Ce protocole décrit une méthode simple pour l’enregistrement simultané de co localisée électroencéphalographie (EEG) et multi-laminaire champ local potentiel chez un rat anesthésié. Un trou foré dans le crâne pour l’insertion d’une microélectrode est montré pour produire une distorsion négligeable du signal EEG.
Bien que l’électroencéphalographie (EEG) est largement utilisé comme une technique non invasive pour l’enregistrement des activités neuronales du cerveau, notre compréhension de la neurogenèse de l’EEG est encore très limitée. Potentiels de champs locaux (LFPs), enregistrées via une microélectrode multi-laminaire peuvent fournir un compte rendu plus détaillé de l’activité neurale simultanée à travers différentes couches corticales dans le néocortex, mais la technique est envahissante. Combinant des mesures EEG et la LFP dans un modèle préclinique peut grandement améliorer la compréhension des mécanismes neurones impliqués dans la génération de signaux EEG et faciliter l’obtention d’un modèle mathématique biologiquement précis et plus réaliste de l’EEG. Une simple procédure d’acquisition EEG simultané et co localisée et multi-laminaire LFP signaux chez le rongeur anesthésié est présentée ici. Nous avons aussi étudié si des signaux EEG ont été significativement affectés par un trou foré dans le crâne pour l’insertion d’une microélectrode. Nos résultats suggèrent que le trou de trépan a un impact négligeable sur les enregistrements EEG.
Il est généralement admis que le LFPs enregistrés principalement par l’intermédiaire de microélectrodes reflètent la somme pondérée des synchronisée activités synaptiques excitatrices et inhibitrices des populations locales de neurones pyramidaux1,2,3 , 4. nos recherches récentes ont démontré que le profil du signal LFP pourrait être divisé en composants de l’excitation et l’inhibition de5,6. Cependant, LFP est normalement mesurée via une procédure invasive, elle ne convient pas pour la plupart des études du cerveau humain.
En revanche, l’EEG est une technique non invasive pour mesurer l’activité électrique du cerveau. Il est largement utilisé comme un outil de diagnostic pour certains types de maladies neurologiques comme l’épilepsie et comme un outil de recherche en études cognitives humaines. Malgré sa popularité, une limitation majeure de l’EEG est l’incapacité d’interpréter ses profils temporels précisément en ce qui concerne les signaux neuronaux sous-jacents7,8,9.
De plus en plus, les modèles mathématiques de l’EEG sont développées pour améliorer la compréhension du cerveau fonction10,11,12,13,14,15. La plupart des modèles existants de EEG est élaborée en fonction sur le montage caractéristiques de domaine de fréquence du modèle prédit la sortie vers le spectre de données EEG au cours de l’activité spontanée, et très peu de modèles EEG peut générer des potentiels évoqués sensitifs réalistes. Dans ce contexte, des enregistrements simultanés d’EEG et LFP fournira un aperçu important et contraintes pour développer des modèles mathématiques plus précis de l’EEG.
Pour répondre à ce besoin d’enregistrements simultanés afin d’étudier l’origine neurale de l’EEG, nous avons développé une méthodologie permettant d’enregistrer simultanément les EEG et multi-laminaire LFP signaux dans le néocortex du rat anesthésié. La configuration est similaire à des études antérieures de EEG/LFP simultanées menées en primates16,17. Nous avons examiné l’effet d’un trou foré dans le crâne sur les enregistrements EEG entourant le trou, en comparant les enregistrements EEG bilatérales (c.-à-d., un hémisphère avec un trou de trépan, l’autre hémisphère intact) en l’absence de sensoriel stimulation. Nos résultats démontrent que concurrentes enregistrements EEG/LFP peuvent être effectuées simplement et efficacement, avec petite distorsion du signal EEG depuis le trou dans le crâne.
Nous avons décrit une procédure expérimentale pour l’enregistrement simultané des signaux EEG et LFP co localisée d’un rat anesthésié isoflurane en réponse à la stimulation de coussin moustaches. Une microélectrode a été insérée dans le néocortex par une ouverture dans l’électrode EEG araignée a été alignée sur un trou foré dans le crâne. L’électrode a été fixé au crâne par un conducteur et adhésif EEG coller23. Le cône de nez pour l’administration d’isoflurane a été modifié afin que les électrodes de stimulation pourrait être insérée dans le coussin moustache avec facilité.
La pâte de l’EEG a été efficace pour monter l’électrode araignée solidement sur le crâne, tout en offrant l’excellente conductivité électrique toute la journée expérimentale sans la nécessité d’une application supplémentaire de pâte. Il a remplacé l’utilisation indésirable de colle pour fixer la périphérie de l’électrode d’araignée sur le crâne, car la colle est non-conducteur et peut augmenter l’impédance de l’électrode, si elle s’étend entre le crâne et l’électrode. Pâte d’EEG a un certain nombre d’avantages par rapport aux gel EEG qui est difficile à forme autour du trou de trépan et puisse sécher au cours de l’expérience, ayant pour résultat des signaux EEG pauvres.
Comme le rat a été placé dans une cage de Faraday, bruit électrique en raison de l’environnement a été considérablement atténuée. Cependant, parfois le signal neuronal était encore assez bruyant. Dans la plupart des cas, cela était dû à l’électrode de référence pas solidement positionné et devait donc être réajustée ou EEG plus pâte utilisée. Un autre problème courant est que la LFP évoquée était faible amplitude. Cela pourrait être dû à la microélectrode ne pas positionnée au centre de la région corticale activée par les électrodes stimulants. Au lieu de ré-insérer la microélectrode, qui pourrait causer plus de dommages aux neurones les, nous avons ajusté habituellement la position des électrodes stimulants du coussin moustaches jusqu’à une amplitude raisonnable de la LFP (> 3 mV) a pu être observée.
Une des limites de la technique est la faible résolution spatiale de l’électrode de l’araignée, qui a un diamètre de 6 mm. C’est grand par rapport à la taille du crâne du rat. Malheureusement, l’électrode d’araignée utilisé ici est le plus petit disponible à la vente. Il sera souhaitable de réduire le diamètre de l’électrode de l’araignée à 2-4 mm, ce qui augmente la spécificité spatiale des enregistrements EEG, faisant la comparaison entre le signal EEG et la supragranular de LFP signal moins ambiguë.
Plusieurs étapes cruciales dans le protocole requièrent une attention particulière. Le premier est l’insertion de la microélectrode à travers le trou de trépan. La dure-mère est autrement intacte, la précision de l’insertion est cruciale. Une légère résistance à la pointe de l’électrode signifie généralement que l’électrode n’est pas positionné correctement. Il doit être relevé, position ajustée et réinsérés. La seconde est la position du cône de nez sur le rat. Il ne doit pas être trop lâche, comme l’isoflurane s’échappera du cône. Il également est trop serré, car cela peut obstruer les narines du rat et causer des difficultés respiratoires. Une attention particulière est également tenue de veiller à ce que l’amplitude de l’enregistrement de l’EEG est beaucoup plus petit (habituellement de 5 à 10 fois moins) que l’enregistrement de canal du haut du LFP. Si elles sont similaires, c’est une indication que la sonde de l’EEG est entré en contact direct ou indirect avec la microélectrode. Un contact indirect est habituellement par l’intermédiaire du liquide céphalorachidien (LCR) qui parfois se remplit le trou foré dans le crâne. La conductivité du CSF est généralement 100 fois celui du crâne24,25. Ainsi, si le niveau du LCR à l’intérieur du trou de trépan est suffisamment élevé, il peut faire contact avec l’électrode de l’araignée. Pour éviter cela, le trou doit être nettoyé fréquemment avec des éponges de coton super absorbant comme les lances d’absorption.
L’effet d’un trou (diamètre < 2 mm) dans le crâne sur l’EEG enregistrement entourant le trou a été étudiée en plaçant une autre électrode araignée sur le crâne intact au sommet du cortex ipsi-latérale baril afin que les enregistrements d’EEG bilatérales pourraient être comparées. Les résultats affichés dans la Figure 9 et Figure 10, suggèrent l’effet négligeable au niveau de signification de 0,05. Autres facteurs affectant l’amplitude de l’EEG comprennent bien la pâte de l’EEG a été en contact avec le crâne, comment ferme l’électrode a été pressé à la pâte et l’étendue spatiale de la pâte d’EEG sur le crâne.
Il convient également de noter que le protocole décrit ici enregistré crâne EEG, qui diffère du cuir chevelu EEG utilisé dans les études chez l’homme EEG. Le cuir chevelu se comporte comme une résistance ou un filtre passe-bas, qui permettra de réduire le rapport signal sur bruit de l’EEG d’enregistrement supplémentaires.
Enfin, la comparaison de la dynamique temporelle de l’ERP et celui de la LFP évoquée à travers les couches corticales suggèrent que les potentiels évoqués somatosensoriels reflètent mieux la LFP dans la couche supragranular du cortex que celle dans le granulé et infragranular couches. C’est en accord avec notre précédent travail6, démontrant que le segment initial (P1) de l’ERP est lié à l’actuel retour résultant de l’afflux au excitateurs synaptique actuel se trouvant dans la couche granuleuse, tandis que la baisse) N1) en ERP peut être liée à l’arrivée tardive des couches afférente à la corticale thalamiques II/III ou anticipatif signaux de couches corticales plus profondes. En conclusion, les enregistrements simultanés d’EEG/LFP peuvent améliorer la compréhension de la genèse de neurones de l’EEG et faciliter la modélisation mathématique de l’EEG en ce qui concerne les signaux neuronaux entre couches corticales.
The authors have nothing to disclose.
Nous tenons à remercier Andrew Cripps et l’unité de BioResource à l’Université de Reading. Cette recherche a été financée par le BBSRC (numéro de licence : BB/K010123/1). Données associées à cet ouvrage sont disponibles gratuitement depuis Y.Z. (ying.zheng@reading.ac.uk).
Female Lister Hood rats | Charles Rivers | ||
Spider electrode | Unimed Electrode Supplies Ltd | SCS24-426 | |
EEG paste: Ten20 | Unimed Electrode Supplies Ltd | 10-20-S | |
Stereotaxic holder with dual micromanipulator arms: Dual Manipulator Stereotaxic Frame with 18° Ear Bars | WPI (World Precision Instruments) | 502603 | |
Isoflurane | National Vet Services Limited | 50878 | |
Hard plastic nose cone: Anasthesia Gas Mask for Rat | WPI | 502054 | |
Small animal isoflurane anaesthetic system | WPI | EZ-B800A | |
Thermostatic heating pad: Rat Blanket System 230V | Harvard Apparatus UK | 50-7221-F | |
Ophthalmic ointment: Optixcare eye lube | Viovet | 203865 | |
Lidocaine Hydrochloride (Injection 2%) | Larkmead Vets | ||
Jacquette Scaler #1SSE, 18cm, Hollow | WPI | 503421 | |
Serrated and curved dissecting forceps | WPI | 15915 | |
Braided silk, non-absorbable suture: Mersilk Suture W502H | National Vet Services Limited | 153746 | |
Dental drill: BONE MICRO DRILL SYST 230 VAC | Harvard Apparatus UK | 72-4860 | |
Sterile Saline: Sodium chloride 0.9% | Animalcare Ltd | 14K26BT | |
Drill bit #4 : Ball Mill, Carbide, #4 | Harvard Apparatus UK | 72-4958 | |
Drill bit #4 : Ball Mill, Carbide, #1/4 | Harvard Apparatus UK | 72-4962 | |
Faraday cage | Newport Corporation | VIS-FDC-3600 | |
Vibration isolation workstation: Vision IsoStation | Newport Corporation | M-VIS3660-RG4-325A | |
Oximeter Control Unit and sensor: MouseOxPlus, Starr Life Sciences Corp. | WPI | O15001 | |
Transparent soft nose cone: Microflex Non-Rebreathing Unit with a Rat Nosecone | WPI | EZ-103A | |
Stainless steel stimulating electrodes | PlasticsOne | E363/1/SPC | |
Isolated current stimulator | Made in House | ||
16-channel micro-electrode, 100 μm spacing, area of each site 177 μm2 | NeuroNexus | A1x16-10mm-100-177-A16 | |
16-channel acute headstage | Tucker David Technologies Inc., TDT | RA16AC-Z | |
Pre-Amplifier: Z-Series 64-Channel Neuro-Digitizing Preamp | TDT | PZ5-64 | |
Passive signal splitter: 32-Channel Splitter Box for PZ5 | TDT | S-BOX_PZ5 | |
Data acquisition unit: RZ2 BioAmp Processor. Z-Series 4-DSP ultra high performance processor | TDT | RZ2-4 | |
Software for Neurophysiology: OpenEX | TDT | ||
Matlab | MathWorks | ||
Absorption spears | Fine Sicence Tools | 18105-01 |