皮質局所電界電位、心電図、筋電図、呼吸リズム自由行動ラットからの同時録音
Summary
本研究では、脳、心電図、筋電図、局所電界電位の同時計測と自由行動ラットの信号を呼吸するためのメソッドを紹介します。この技術は、実験のコストを削減し、データの分析を簡素化は、脳と末梢器官との間の相互作用の理解に貢献します。
Abstract
動物の感情的な課題と変化にさらされている脳コントロールで機能と内臓のリズムを体する方法に関する質問の数に対処するために必要な脳と末梢組織の生理的動態は、生活環境。一般に実験、脳や心臓など、さまざまな器官からの信号は、データ ファイルを処理するための複数の録音デバイスと異なる手順を必要とする独立した記録システムによって記録されます。本研究は、複数の脳の領域、心臓のリズムを表す心電図、目を覚ましを表す筋電図局所電界電位の数十を含む電気の生体情報を同時に監視できます新しい方法を記述/睡眠に関連する筋肉の収縮と自由行動ラットにおける信号を呼吸します。このメソッドの記録構成は皮質のローカル フィールド潜在的な記録電極の数十に対応し、これらの電極から得られる信号が 1 つに統合されている従来のマイクロ ドライブ配列に基づいてください。電気キャビネットは、動物の頭にマウント。ここでは、この記録システムの改良だったので末梢器官からの信号にも電気的インタ フェース ボードに転送。シングルの手術で電極が個別に適切な体の部分や対象脳領域に埋め込まれた最初。すべてこれらの電極のオープン エンドは、動物の頭の上の電気基板の個々 のチャンネルにはんだ付け、信号のすべてが単一の電気ボードに組み入れることができます。実験のコストを削減し、同じデータ ファイル内のすべてのデータを処理できるので、データ処理を簡素化する 1 つのデバイスにすべての信号のコレクション録音デバイスにこのボードを接続することができます。この手法は、中枢および末梢の器官間のアソシエーションの神経生理学的相関の理解に役立ちます。
Introduction
中枢神経系は様々 な環境変化に対応した身体の状態を制御し、このコントロールは、通常、心拍数、呼吸数と筋収縮の変化として表されます。ただし、いくつかの研究は、このような末梢の生理的要因が皮質活動に関連付けられている方法をテストしています。この問題を解決するには、は、中枢および末梢組織から電気の生体情報を監視するための大規模な記録方式が必要です。大脳皮質では、ローカル フィールド (LFP) シグナル細胞外皮質組織1,2,3に挿入される電極によって記録されます。ラットやマウスなどの小型哺乳類の皮質領域から複数の LFP 信号を同時に記録するには、多くの研究は、マイクロ ドライブと呼ばれる特注電極アセンブリの様々 なタイプを開発しました。従来のマイクロ ドライブは (これは通常管四極管) 電極、ネジや電極対応コア ボディと金属の穴に対応する電気的インタ フェース ボード (EIB) の中間部分に接続されている金属製のネジから成る(図 1図 2、および図 3) 電極の開いた端部を接続します。この電極アセンブリ多くの電極を数日から数週間、もちろん脳に挿入の深さをコントロールすることが可能でき、動物は様々 な挑戦として、神経活動を長期的な慢性的な記録の実施行動のタスク。末梢器官のハートビート信号はや4,エリア65,の心、周りに注入されている電極の組み合わせによって心電図 (Ecg) として記録され、骨格筋の信号を記録電極で筋電図 (筋電図) として筋組織7,8,9に挿入されました。単一ユニットの録音10,11で嗅球の電気信号と呼吸 (BR) との関係を調べた。従来の録音システムでさまざまな組織からこれらの信号によってキャプチャされた独立した録音デバイス追加実験システムが正確にこれら複数のデバイスを同期する必要があることを意味同時脳体信号の録音。このシステムは、この問題を克服するために開発されました。このシステムでは、心電図、筋電図、呼吸のリズムを反映する嗅球からの電気信号など末梢の器官から記録されたすべての電気信号が単一のマイクロ ドライブ アレイ1,2 に統合します。 ,3, ここで統合のマイクロ ドライブ アレイと呼ばれます。このシステムは 1 つだけマルチ チャンネル記録装置を必要とし、任意の従来のマイクロ ドライブの配列に適用されます。この手法の利点はそれにより信号のすべてが同じタイプのデータとして記録されるのでより便利なデータ処理のため特別なデバイスまたは複数のデバイスの録音時間に合わせてトリガー信号を必要としないことです。この手法は、中枢および末梢の器官間のアソシエーションの神経生理学的相関の理解に役立ちます。本技術に関連する手順をについて説明します、ラットから得られる代表的なデータセットを提示します。
Protocol
Representative Results
Discussion
周辺のアクティビティ レベルと副の脳の変調を理解するため、逆に、大規模な複数の部位から電気の生体情報を同時にキャプチャする方法を記録が必要です。本研究の説明、手術は、脳の局所電界電位、心拍数、筋肉構造とに使用される記録システムに改善されてきた呼吸率の大きさを監視記録システム脳組織の細胞外の録音。このシステムは、統合マイクロ ドライブ配列の単一 EIB に脳と…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この作品は、研こんにちはによって支えられた (17 H 05939; 17 H 05551)、中富財団とスズケン記念財団。
Materials
| FEP Hookup Wire Stranded Stainless Steel | Cooner Wire Company, Chatsworth, CA | AS 633 | Bioflex wire |
| EIB-36-PTB | Neuralynx, Inc., Bozeman, MT | EIB-36-PTB | EIB |
| Cereplex M | Blackrock Microsystems, Salt Lake City, UT | Digital headstage | |
| Cereplex Direct | Blackrock Microsystems, Salt Lake City, UT | Data acquisition system | |
| UEW polyurethane magnet wire | Oyaide.com, Tokyo, Japan | UEW 0.14mm 20m | Enamel wire |
| SD-102 | Narishige, Tokyo, Japan | SD-102 | High-speed drill |
| Minimo ONE SERIES ver.2 | Minitor Co.,Ltd, Tokyo, Japan | C2012 | High-peed drill Power Supply |
| Provinice 250 mL | Shofu Inc., Kyoto, Japan | 213620136 | Dental cement |
| Small Animal Anesthetizer | Biomachinery, Chiba, Japan | TK-7 | Anesthetizer |
| Buprenorphine hydrochloride | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO | B7536-1ML | Analgesic |
| Isoflurane | DS Pharma Animal Health, Osaka, Japan | Isoflu 250mL | |
| Vaseline, White | Wako Pure Chemical Industries, Ltd., Osaka, Japan | 224-00165 | Vet ointment |
| Sodium alginate | Nacalai tesque, Kyoto, Japan | 31131-85 | |
| Calcium Chloride Dihydrate | Wako Pure Chemical Industries, Ltd., Osaka, Japan | 031-00435 | |
| Stainless steel screw M1.0×4.0 | MonotaRO, Hyogo, Japan | 42617504 | Stainless steel screw for BR electrodes |
| Stainless steel screw M1.4×3.0 | MonotaRO, Hyogo, Japan | 42617687 | Stainless steel screw for g/r electrodes and anchors |
References
- Kloosterman, F., et al. Micro-drive Array for Chronic in vivo Recording: Drive Fabrication. JoVE. (26), e1094 (2009).
- Nguyen, D. P., et al. Micro-drive Array for Chronic in vivo Recording: Tetrode Assembly. Journal of Visualized Experiments : JoVE. (26), e1098 (2009).
- Jog, M. S., et al. Tetrode technology: advances in implantable hardware, neuroimaging, and data analysis techniques. J Neurosci Methods. 117 (2), 141-152 (2002).
- Fenske, S., et al. Comprehensive multilevel in vivo and in vitro analysis of heart rate fluctuations in mice by ECG telemetry and electrophysiology. Nat Protoc. 11 (1), 61-86 (2016).
- Rossi, S., et al. The effect of aging on the specialized conducting system: a telemetry ECG study in rats over a 6 month period. PLoS One. 9 (11), 112697 (2014).
- Cesarovic, N., Jirkof, P., Rettich, A., Arras, M. Implantation of radiotelemetry transmitters yielding data on ECG, heart rate, core body temperature and activity in free-moving laboratory mice. JoVE. (57), (2011).
- Zeredo, J. L., Kumei, Y., Shibazaki, T., Yoshida, N., Toda, K. Measuring biting behavior induced by acute stress in the rat. Behav Res Methods. 41 (3), 761-764 (2009).
- Young, G. A., Khazan, N. Electromyographic power spectral changes associated with the sleep-awake cycle and with diazepam treatment in the rat. Pharmacol Biochem Be. 19 (4), 715-718 (1983).
- Oishi, Y., et al. Polygraphic Recording Procedure for Measuring Sleep in Mice. JoVE. (107), e53678 (2016).
- Chaput, M. A. Respiratory-phase-related coding of olfactory information in the olfactory bulb of awake freely-breathing rabbits. Physiol Behav. 36 (2), 319-324 (1986).
- Ravel, N., Pager, J. Respiratory patterning of the rat olfactory bulb unit activity: Nasal versus tracheal breathing. Neurosci Lett. 115 (2-3), 213-218 (1990).
- Okada, S., Igata, H., Sakaguchi, T., Sasaki, T., Ikegaya, Y. A new device for the simultaneous recording of cerebral, cardiac, and muscular electrical activity in freely moving rodents. J Pharmacol Sci. 132 (1), 105-108 (2016).
- Sasaki, T., Nishimura, Y., Ikegaya, Y. Simultaneous Recordings of Central and Peripheral Bioelectrical Signals in a Freely Moving Rodent. Biol Pharm Bull. 40 (5), 711-715 (2017).
