Gleichzeitige Aufnahmen der kortikalen lokales Feld Potentiale, Elektrokardiogramm, Elektromyogramm und Atemrhythmus aus einem frei beweglichen Ratte
Summary
Diese Studie stellt eine Methode für die gleichzeitige Aufzeichnung von lokales Feld Potenziale im Gehirn, EKG, Elektromyogrammen und Signale einer frei beweglichen Ratte zu atmen. Diese Technik, die experimentelle Kosten reduziert und vereinfacht die Analyse der Daten, wird zum Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Gehirn und periphere Organe beitragen.
Abstract
Überwachung der physiologischen Dynamik des Gehirns und des peripheren Geweben ist notwendig für eine Reihe von Fragen, wie das Gehirn kontrolliert Körper Funktionen und inneren Organe Rhythmen, wenn Tiere emotionale Herausforderungen und Veränderungen in ausgesetzt sind ihrer Wohnwelten. Im Allgemeinen werden Experimente, Signale von verschiedenen Organe wie das Gehirn und das Herz von unabhängigen Recording-Systeme erfasst, die mehrere Aufnahmegeräte und verschiedene Verfahren für die Bearbeitung der Datendateien erfordern. Diese Studie beschreibt eine neue Methode, die gleichzeitig elektrischen Biosignalen überwachen können, darunter Zehntausende lokales Feld Potenziale in mehreren Hirnregionen, Elektrokardiogramme, die das Herzrhythmus darstellen, Elektromyogrammen, die wach darstellen / schlafbezogenen Muskelkontraktion und Signale in einer frei beweglichen Ratte zu atmen. Aufnahmekonfiguration dieser Methode basiert auf eine konventionelle Mikro-Laufwerk-Array für kortikale lokales Feld möglicher Aufnahmen, in denen zig Elektroden untergebracht und die Signale, die von diesen Elektroden erhalten sind integriert in einem einzigen Schalttafel montiert auf den Kopf des Tieres. Hier wurde diese Aufnahme-System verbessert, so dass Signale aus den peripheren Organen auch eine elektrische Schnittstelle-Board übertragen werden. In einer einzigen Operation werden Elektroden zuerst separat in die entsprechenden Körperteile und den Zielgebieten Gehirn implantiert. Die offenen Enden der all diese Elektroden werden dann auf einzelne Kanäle von der Schalttafel über dem Kopf des Tieres verlötet, so dass alle Signale in elektrische Einplatinen integriert werden können. Dieses Board zu einem Aufnahmegerät anschließen ermöglicht die Sammlung aller Signale in einem einzigen Gerät, das experimentelle Kosten reduziert und vereinfacht, Datenverarbeitung, da alle Daten in der gleichen Datendatei behandelt werden können. Diese Technik wird das Verständnis für die neurophysiologische Korrelate der Zusammenhänge zwischen zentralen und peripheren Organe unterstützen.
Introduction
Das zentrale Nervensystem steuert Körper Staaten als Reaktion auf verschiedene Veränderungen der Umwelt, und dieses Steuerelement ist in der Regel als Veränderungen der Herzfrequenz, Atemfrequenz und Muskelkontraktionen vertreten. Jedoch haben einige Studien getestet wie periphere physiologische Faktoren kortikale Aktivität zugeordnet sind. Um dieses Problem zu beheben, ist eine groß angelegte Aufnahmemethode zur Überwachung von elektrischen Biosignalen von zentralen und peripheren Gewebe notwendig. In der Großhirnrinde sind lokale Feld möglicher (LFP) Signale extrazellulär von Elektroden aufgenommen, die in der kortikalen Gewebe1,2,3eingefügt werden. Um gleichzeitig mehrere LFP-Signale aus den kortikalen Regionen kleine Säugetiere wie Ratten und Mäuse, aufzuzeichnen haben eine Reihe von Studien verschiedene Arten von maßgeschneiderten Elektroden-Einheiten entwickelt, die Mikro-Laufwerke bezeichnet werden. Einem konventionellen Mikro-Antrieb besteht aus Metall Schrauben befestigt, die mittleren Teile der Elektroden (die in der Regel Tetroden sind), ein Kernkörper, der die Schrauben und die Elektroden unterbringt und eine elektrische Schnittstelle-Board (EIB), das Metall Löcher, bietet Platz für Schließen Sie die offenen Enden der Elektroden (Abbildung 1, Abbildung 2und Abbildung 3). Diese Elektrodenanordnung ermöglicht dem Bediener die Tiefe der vielen Elektroden in das Gehirn im Laufe von Tagen bis Wochen eingesetzt Steuern und ermöglicht die Durchführung von chronischen Langzeitaufzeichnungen neuronaler Aktivität wie das Tier mit verschiedenen in Frage gestellt wird Verhaltens Aufgaben. In den peripheren Organen Herzschlag Signale werden durch zwei Elektroden, die am oder um das Herz Bereich4,5,6implantiert werden als Elektrokardiogramm (EKG) aufgezeichnet und Skelettmuskulatur Signale aufgezeichnet als Elektromyogrammen (EMGs) mit Elektroden, die in den Muskel Gewebe7,8,9eingefügt werden. Die Beziehung zwischen elektrischen Signale von den Riechkolben und Atemrhythmus (BR) wurde mit Einheit Aufnahmen10,11untersucht. In herkömmlichen Aufzeichnungssysteme, diese Signale aus verschiedenen Geweben erfasst wurden von unabhängigen Aufnahmegeräte, was bedeutet, dass ein zusätzliches experimentelle System erforderlich ist, um genau diese mehrere Geräte für synchronisieren gleichzeitigen Aufnahmen von Gehirn-Körper-Signale. Dieses System wurde entwickelt, um dieses Problem zu umgehen. In diesem System sind alle elektrischen Signale aufgezeichnet aus den peripheren Organen, einschließlich EKG, EMGs und elektrische Signale von den Riechkolben, die den Atemrhythmus zu reflektieren in einem einzigen Micro-Drive Array1,2 integriert. ,3, hier ein integrativer Micro-Drive Array bezeichnet. Dieses System erfordert nur eine Mehrkanal-Aufnahme-Gerät und ist anwendbar auf jedem herkömmlichen Mikro-Laufwerk-Array. Die Vorteile dieser Technik sind, dass es keiner, keine spezielle Geräte oder Triggersignale entsprechend der Aufnahmedauer von mehreren Geräten und ermöglicht es bequemer Datenverarbeitung, da alle Signale als ähnliche Datentypen aufgezeichnet werden. Diese Technik wird das Verständnis für die neurophysiologische Korrelate der Zusammenhänge zwischen zentralen und peripheren Organe unterstützen. Dieses Whitepaper beschreibt die Verfahren in Zusammenhang mit der Technik und präsentiert repräsentative Datasets aus einer Ratte gewonnen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Für das Verständnis, wie das Gehirn moduliert peripheren Bewegungsstufen und Vice Versa, großflächige Aufnahme Methoden zur elektrischen Biosignalen aus mehreren Körperregionen gleichzeitig zu erfassen sind notwendig. Diese Studie beschrieben ein chirurgischer Eingriff und eine Aufnahme-System für die Überwachung der zerebralen lokales Feld Potentiale, Herzfrequenzen, das Ausmaß der Muskelaufbau und Atemfrequenz, der auf eine Aufnahme-System verbessert worden, die für verwendet wird extrazelluläre Aufnahmen im …
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde unterstützt von Kaken-Hallo (17 H 05939; 17 H 05551), die Nakatomi-Stiftung und der 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).
