Stokastisk støy søknad om vurdering av midtre Vestibular nucleus Nevron følsomhet in vitro
Summary
Galvanisk Vestibular stimulering hos mennesker utviser forbedringer i Vestibular funksjon. Det er imidlertid ukjent hvordan disse effektene oppstår. Her beskriver vi hvordan du bruker sinusformet og Stokastisk elektrisk støy og evaluere passende stimulans amplituder i individuelle midtre Vestibular nucleus neurons i C57BL/6 musen.
Abstract
Galvanisk Vestibular stimulering (GVS) har vist å forbedre balanse tiltakene hos personer med balanse-eller Vestibular nedskrivninger. Dette foreslås å være på grunn av Stokastisk resonans (SR) fenomen, som er definert som anvendelse av et lavt nivå/subthreshold stimulans til en ikke-lineær system for å øke påvisning av svakere signaler. Men det er fortsatt ukjent hvordan SR utstillinger sine positive effekter på menneskelig balanse. Dette er en av de første demonstrasjoner av virkningene av sinusformet og Stokastisk støy på individuelle neurons. Ved hjelp av hele cellen patch klemme elektrofysiologi, sinusformet og Stokastisk støy kan brukes direkte til individuelle neurons i midtre Vestibular nucleus (MVN) av C57BL/6 mus. Her viser vi hvordan du fastslår terskelen til MVN neurons for å sikre sinusformet og Stokastisk stimuli er subthreshold og fra dette, bestemme virkningene at hver type støy har på MVN neuronal gevinst. Vi viser at subthreshold sinusformet og Stokastisk støy kan modulere følsomheten til individuelle neurons i MVN uten å påvirke basal avfyring priser.
Introduction
Vestibular (eller balanse) systemet styrer vår balanse følelse ved å integrere hørbar, Proprioceptive, somatosensory og visuell informasjon. Forringelse av Vestibular systemet har vist å forekomme som en funksjon av alder og kan resultere i balanse underskudd1,2. Men terapier rettet mot funksjon av Vestibular systemet er knappe.
Galvanic Vestibular stimulering (GVS) har vist å forbedre balanse tiltak, autonom funksjon og andre sensoriske modaliteter innen mennesker3,4,5,6. Disse forbedringene er sagt å være på grunn av Stokastisk resonans (SR) fenomen, som er økningen i påvisning av svakere signaler i ikke-lineære systemer via anvendelsen av subthreshold støy7,8. Disse studiene har vist forbedringer i statiske9,10 og Dynamic11,12 balanse, og Vestibular output tester som øye Counter roll (OCR)13. Men mange av disse studiene har brukt ulike kombinasjoner av stimulans parametre som hvit støy9, farget støy13, ulike stimulans frekvensområder og terskelverdi teknikker. Derfor, optimale stimulans parametre forblir ukjent, og denne protokollen kan bistå med å bestemme de mest effektive parametrene. Foruten stimulans parametere, den type stimulans er også viktig i terapeutisk og eksperimentell effekt. Ovennevnte arbeid hos mennesker ble utført ved hjelp av elektrisk støy stimuli, mens mye av in vivo Animal arbeidet har brukt mekaniske14,15 eller optogenetic16 støy stimuli. Denne protokollen vil bruke elektrisk støy for å undersøke virkningene på Vestibular kjerner.
Tidligere ble anvendelsen av GVS for å stimulere primær Vestibular afferents utført i vivo i ekorn Monkeys17, Chinchillas18, kylling embryo15 og marsvin14. Men bare to av disse studiene undersøkte effekten GVS har på gevinst av primær Vestibular afferents14,15. Disse eksperimentene ble utført i Vivo, noe som betyr at de presise mønstrene for stimulering pålagt Vestibular kjerner ikke kan fastslås. Til vår kunnskap, har bare en annen studie brukt Stokastisk støy til individuelle enzymatisk dissosiert neurons i sentralnervesystemet19. Men ingen eksperimenter har blitt utført i de sentrale Vestibular kjerner for å vurdere passende stimulans parametre og terskelverdi teknikker, noe som gjør denne protokollen mer presis i å bestemme stimulans effekter på individuelle neurons innenfor Vestibular Kjerner.
Her beskriver vi hvordan du bruker sinusformet og Stokastisk (elektrisk) støy direkte til individuelle neurons i midtre Vestibular nucleus (MVN), bestemme neuronal terskelen og måle endringer i gevinst/følsomhet.
Protocol
Representative Results
Discussion
Effektene av Galvanic Vestibular stimulering (GVS) på Vestibular systemet har blitt fremhevet in vivo hos mennesker3,13,23, Guinea Pigs14, gnagere18 og ikke-menneskelige primater24. Imidlertid har ingen av disse studiene vurdert den direkte virkningen av elektrisk støy på følsomheten til individuelle neurons i Vestibular systemet. Her viser vi den først…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
SPS ble støttet av University of Sydney Postgraduate forskning stipend.
Materials
| CaCl | Scharlau | CA01951000 | Used for ACSF and sACSF |
| D-(+)-Glucose | Sigma | G8270 | Used for ACSF and sACSF |
| EGTA | Sigma | E0396-25G | Used for K-based intracellular solution |
| HEPES | Sigma | H3375-25G | Used for K-based intracellular solution |
| KCl | Chem-supply | PA054-500G | Used for ACSF, sACSF and intracellular solution |
| K-gluconate | Sigma | P1847-100G | Used for K-based intracellular solution |
| Mg-ATP | Sigma | A9187-500MG | Used for K-based intracellular solution |
| MgCl | Chem-supply | MA00360500 | Used for ACSF and sACSF |
| Na3-GTP | Sigma | G8877-100MG | Used for K-based intracellular solution |
| NaCl | Chem-supply | SO02270500 | Use for ACSF and intracellular solution |
| NaH2PO4.2H2O | Ajax | AJA471-500G | Used for ACSF and sACSF |
| NaHCO3 | Sigma | S5761-1KG | Used for ACSF and sACSF |
| Sucrose | Chem-supply | SA030-500G | Used for sACSF |
| Isoflurane | Henry Schein | 1169567762 | Used for anaesthetising mice |
| EQUIPMENT | |||
| Borosilicate glass capillaries | Warner instruments | GC150T-7.5 | 1.5mm OD, 1.16mm ID, 7.5cm length |
| Data acquisition software | Axograph | Used for electrophysiology and analysis | |
| Friedmen-Pearson Rongeurs | World precision instruments | 14089 | Used for dissection |
| Micropipette puller | Narishige | PP-830 | Used for micropipette |
| Multiclamp amplifier | Axon instruments | 700B | Used for electrophysiology |
| pH meter | Sper scientific | 860033 | Used for internal solution |
| Standard pattern scissors | FST | 14028-10 | Used for dissection |
| Sutter micromanipulator | Sutter | MP-225/M | Used for electrophysiology |
| Upright microscope | Olympus | BX51WI | Used for electrophysiology |
| Vibratome | Leica | VT1200 | Used for slicing brain tissue |
References
- Amiridis, I. G., Hatzitaki, V., Arabatzi, F. Age-induced modifications of static postural control in humans. Neuroscience Letters. 350 (3), 137-140 (2003).
- Iwasaki, S., Yamasoba, T. Dizziness and imbalance in the elderly: age-related decline in the vestibular system. Aging and disease. 6 (1), (2015).
- Fujimoto, C., et al. Noisy galvanic vestibular stimulation induces a sustained improvement in body balance in elderly adults. Scientific Reports. 6, 37575 (2016).
- Breen, P. P., et al. Peripheral tactile sensory perception of older adults improved using subsensory electrical noise stimulation. Medical Engineering & Physics. 38 (8), 822-825 (2016).
- Yamamoto, Y., Struzik, Z. R., Soma, R., Ohashi, K., Kwak, S. Noisy vestibular stimulation improves autonomic and motor responsiveness in central neurodegenerative disorders. Annals of Neurology. 58 (2), 175-181 (2005).
- Soma, R., Nozaki, D., Kwak, S., Yamamoto, Y. 1/f noise outperforms white noise in sensitizing baroreflex function in the human brain. Physical Review Letters. 91 (7), 078101 (2003).
- Wiesenfeld, K., Moss, F. Stochastic resonance and the benefits of noise: from ice ages to crayfish and SQUIDs. Nature. 373 (6509), 33-36 (1995).
- Moss, F., Ward, L. M., Sannita, W. G. Stochastic resonance and sensory information processing: a tutorial and review of application. Clinical Neurophysiology. 115 (2), 267-281 (2004).
- Goel, R., et al. Using low levels of stochastic vestibular stimulation to improve balance function. PloS one. 10 (8), e0136335 (2015).
- Inukai, Y., et al. Effect of noisy galvanic vestibular stimulation on center of pressure sway of static standing posture. Brain Stimulation: Basic, Translational, and Clinical Research in Neuromodulation. 11 (1), 85-93 (2018).
- Mulavara, A. P., et al. Using low levels of stochastic vestibular stimulation to improve locomotor stability. Frontiers in Systems Neuroscience. 9, 117 (2015).
- Iwasaki, S., et al. Noisy vestibular stimulation increases gait speed in normals and in bilateral vestibulopathy. Brain stimulation. 11 (4), 709-715 (2018).
- Serrador, J. M., Deegan, B. M., Geraghty, M. C., Wood, S. J. Enhancing vestibular function in the elderly with imperceptible electrical stimulation. Scientific Reports. 8 (1), 336 (2018).
- Kim, J., Curthoys, I. S. Responses of primary vestibular neurons to galvanic vestibular stimulation (GVS) in the anaesthetised guinea pig. Brain Research Bulletin. 64 (3), 265-271 (2004).
- Flores, A., et al. Stochastic resonance in the synaptic transmission between hair cells and vestibular primary afferents in development. Neurosciences. 322, 416-429 (2016).
- Huidobro, N., et al. Brownian Optogenetic-Noise-Photostimulation on the Brain Amplifies Somatosensory-Evoked Field Potentials. Frontiers in Neuroscience. 11, 464-464 (2017).
- Goldberg, J., Ferna, C., Smith, C. Responses of vestibular-nerve afferents in the squirrel monkey to externally applied galvanic currents. Brain Research. 252 (1), 156-160 (1982).
- Baird, R., Desmadryl, G., Fernandez, C., Goldberg, J. The vestibular nerve of the chinchilla. II. Relation between afferent response properties and peripheral innervation patterns in the semicircular canals. Journal of Neurophysiology. 60 (1), 182-203 (1988).
- Remedios, L., et al. Effects of Short-Term Random Noise Electrical Stimulation on Dissociated Pyramidal Neurons from the Cerebral Cortex. Neurosciences. 404, 371-386 (2019).
- Paxinos, G., Franklin, K. B. . The mouse brain in stereotaxic coordinates. , (2004).
- Camp, A. J., Callister, R. J., Brichta, A. M. Inhibitory synaptic transmission differs in mouse type A and B medial vestibular nucleus neurons in vitro. Journal of Neurophysiology. 95 (5), 3208-3218 (2006).
- Camp, A., et al. Attenuated glycine receptor function reduces excitability of mouse medial vestibular nucleus neurons. Neurosciences. 170 (1), 348-360 (2010).
- Iwasaki, S., et al. Effect of Noisy Galvanic Vestibular Stimulation on Ocular Vestibular-Evoked Myogenic Potentials to Bone-Conducted Vibration. Front in Neurology. 8, 26 (2017).
- Goldberg, J., Smith, C. E., Fernandez, C. Relation between discharge regularity and responses to externally applied galvanic currents in vestibular nerve afferents of the squirrel monkey. Journal of Neurophysiology. 51 (6), 1236-1256 (1984).
