Samtidige optagelser af kortikale lokale felt potentialer, elektrokardiogram, Electromyogram og vejrtrækning rytmen fra en frit bevægende rotte
Summary
Denne undersøgelse introducerer en metode til den samtidige optagelse af lokalt felt potentialer i hjernen, elektrokardiogrammer, electromyograms, og vejrtrækning signaler af en frit bevægende rotte. Denne teknik, som reducerer eksperimentelle omkostninger og forenkler dataanalyse, vil bidrage til forståelse af samspillet mellem hjernen og perifere organer.
Abstract
Overvågning af fysiologiske dynamikken i hjernen og perifere væv er nødvendige for at løse en række spørgsmål om, hvordan hjernen styrer kroppen funktioner og indre organ rytmer når dyr udsættes for følelsesmæssige udfordringer og ændringer i deres levende miljøer. I almindelighed, eksperimenter, signaler fra forskellige organer, såsom hjernen og hjertet, registreres af uafhængige optagelsessystemer, der kræver flere enheder til videooptagelse og forskellige procedurer for behandling af datafiler. Denne undersøgelse beskriver en ny metode, der samtidig kan overvåge elektriske biosignalers, herunder titusinder af lokale felt potentialer i flere områder af hjernen, elektrokardiogrammer, der repræsenterer den hjerterytmen, electromyograms, der repræsenterer vågen / søvn-relateret muskelsammentrækning, og vejrtrækning signaler, i en frit bevægende rotte. Optagelse konfigurationen af denne metode er baseret på en konventionel mikro-drev array for kortikale lokale felt potentielle optagelser, hvor snesevis af elektroder er indkvarteret, og signalerne fra disse elektroder er integreret i en enkelt elektrisk bord monteret på dyrets hoved. Her, blev denne optagelse system forbedret, så signaler fra de perifere organer er også overført til en elektrisk interface bord. I en enkelt operation, er elektroder først separat implanteret i de passende kropsdele og hjernen målområder. De åbne ender af alle disse elektroder er derefter loddet til individuelle kanaler af elektriske bestyrelsen over dyrets hoved, så at alle signaler kan integreres i den enkelt elektrisk bord. Tilsluttet en optageenhed dette board giver mulighed for samling af alle signalerne i en enkelt enhed, der reducerer eksperimentelle omkostninger og forenkler databehandling, fordi alle data kan håndteres i den samme datafil. Denne teknik vil støtte forståelsen af de neurofysiologiske korrelerer til Associeringskontrakter mellem centrale og perifere organer.
Introduction
Centralnervesystemet styrer kroppen stater som svar på forskellige miljømæssige ændringer, og denne kontrol er typisk repræsenteret som ændringer i hjertefrekvens, åndedrætsfrekvens og muskelsammentrækninger. Men få undersøgelser har testet hvor perifere fysiologiske faktorer er forbundet med kortikale aktivitet. For at løse dette problem, er en storstilet optagelse metode til overvågning af elektriske biosignalers fra både centrale og perifere væv nødvendige. I hjernebarken registreres lokale felt potentielle (LFP) signaler extracellularly af elektroder, der er indsat i det kortikale væv1,2,3. Hvis du vil samtidig optage flere LFP signaler fra de kortikale regioner af små pattedyr, såsom rotter og mus, har en række undersøgelser udviklet forskellige typer af skræddersyede elektrode assemblies, der kaldes mikro-drev. En konventionel micro-drive er sammensat af metal skruer knyttet til de midterste dele af elektroderne, (som typisk er Tetroder), en core krop, som kan rumme skruer og elektroder og en elektrisk grænsefladekredsløb (EIB), der kan rumme metal huller til Tilslut de åbne ender af elektroder (figur 1, figur 2og figur 3). Denne elektrode samling gør det muligt for operatøren at styre dybden af mange elektroder indsat i hjernen i løbet af dage til uger, og giver mulighed for gennemførelse af langfristede kroniske optagelser af neuronal aktivitet som dyret bliver udfordret med forskellige adfærdsmæssige opgaver. I perifere organer, hjerteslag signaler registreres som elektrokardiogrammer (EKG’er) af et par af elektroder, der er implanteret på eller omkring hjertet område4,5,6, og skeletmuskulatur signaler registreres som electromyograms (EMGs) med elektroder, som er indsat i muskel væv7,8,9. Forholdet mellem elektriske signaler af olfaktoriske pære og vejrtrækning (BR) rytme er blevet undersøgt med enkelt enhed optagelser10,11. I konventionelle optagelsessystemer, disse signaler fra forskellige væv har været fanget af uafhængige enheder til videooptagelse, hvilket betyder, at en yderligere eksperimentel system skal netop synkronisere disse flere enheder for samtidige optagelser af hjerne-krop signaler. Dette system blev udviklet for at overvinde dette problem. I dette system, er alle elektriske signaler registreret fra de perifere organer, herunder EKG’er, EMGs og elektriske signaler fra lugtekolben, der afspejler vejrtrækning rytme, integreret i en enkelt micro-drev array1,2 ,3, her kaldes en integrativ mikro-drev array. Dette system kræver kun en multi-kanal optagelse enhed, og gælder for alle konventionelle mikro-drev array. Fordelene ved denne teknik er at det ikke kræver nogen særlige enheder eller udløser signaler til at matche optagetid på flere enheder, og det giver mulighed for mere praktisk databehandling, da alle signalerne, der er registreret som lignende datatyper. Denne teknik vil støtte forståelsen af de neurofysiologiske korrelerer til Associeringskontrakter mellem centrale og perifere organer. Dette papir beskriver de procedurer, der er forbundet med teknikken og præsenterer repræsentative datasæt fra en rotte.
Protocol
Representative Results
Discussion
For at forstå hvordan hjernen modulerer perifere aktivitetsniveau, og vice versa, storstilet optagelse metoder til at samtidig indfange elektriske biosignalers fra flere krop områder er nødvendige. Denne undersøgelse beskrev en kirurgisk procedure, og en optagelse system til overvågning af cerebral lokale felt potentialer, hjerte rum, omfanget af muskel opførelse og respiratorisk satser, der er blevet forbedret på et registreringssystem, der bruges til ekstracellulære optagelser i hjernevæv. Dette system indsaml…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbejde blev støttet af Kak-Hej 17 H 05939; 17 H 05551, Nakatomi Foundation og Suzuken Memorial Foundation.
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 |
Riferimenti
- 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).
