Gleichzeitige Aufnahmen von kortikalen lokales Feld Potentialen und Electrocorticograms in Reaktion auf Reize der nozizeptiven Laser von frei beweglichen Ratten
Summary
Wir entwickelten eine Technik, die gleichzeitig Electrocorticography und lokales Feld Potentiale in Reaktion auf Reize der nozizeptiven Laser von frei beweglichen Ratten aufzeichnet. Diese Technik hilft, eine direkte Verbindung von Electrocortical Signalen auf mesoskopischen und makroskopischen Ebene aufzubauen, die erleichtert die Untersuchung der nozizeptiven Informationsverarbeitung im Gehirn.
Abstract
Electrocortical Antworten, hervorgerufen durch Hitze Laserpulse, die selektiv nozizeptiven freie Nervenendigungen aktivieren, sind in vielen Tier- und Humanstudien verbreitet, um die kortikale Verarbeitung von nozizeptiven Informationen zu untersuchen. Diese Gehirn Laser-evozierten Potentiale (LEPs) bestehen mehrere vorübergehende Reaktionen, die zum Ausbruch von Laser Reize mal gesperrt sind. Die funktionellen Eigenschaften der LEP Antworten sind jedoch noch weitgehend unbekannt, aufgrund des Fehlens einer Sampling-Technik, die neuronalen Aktivitäten an der Oberfläche des Kortex (d.h., Electrocorticogram [ECoG] und Kopfhaut gleichzeitig aufnehmen kann Elektroenzephalogramm [Scalp EEG]) und im Inneren des Gehirns (d. h.lokale Feld möglicher [LFP]). Um dieses Problem zu beheben, stellen wir hier eine Tiere Protokoll mit frei beweglichen Ratten. Dieses Protokoll setzt sich aus drei wichtigsten Verfahren: (1) tierische Vorbereitung und chirurgische Eingriffe, (2) eine gleichzeitige Aufnahme von ECoG und LFP nozizeptiven Laser Reize und (3) Analyse und KE Datenextraktion. Insbesondere wurden mit Hilfe einer 3D-gedruckten schützende Schale, ECoG und LFP Elektroden implantiert auf die Ratte Schädel sicher zusammengehalten. Während der Datenerfassung wurden Laserpulse auf die Ratte in den Vorderpfoten durch Lücken in der Unterseite der Kammer geliefert, wenn das Tier in spontanen Stille war. Laufende weißes Rauschen wurde gespielt, um die Aktivierung des auditorischen Systems vermeiden durch Laser erzeugt Ultraschall. Infolgedessen wurden selektiv nur nozizeptiven Antworten aufgezeichnet. Verwenden die standard-analytische Verfahren (z.B., Bandpass-filtern, Epoche Extraktion und Basislinienkorrektur), Stimulus-bezogene Gehirn Antworten zu extrahieren, erhalten wir Ergebnisse zeigen, dass LEPs mit hohem Signal-Rausch-Verhältnis waren gleichzeitig von ECoG und LFP Elektroden aufgezeichnet. Diese Methodik ermöglicht die gleichzeitige Aufnahme von ECoG und LFP-Aktivitäten, die schlägt eine Brücke von Electrocortical Signalen auf mesoskopischen und makroskopischen Ebene, wodurch die Untersuchung der nozizeptiven Informationsverarbeitung im Gehirn.
Introduction
EEG ist eine Technik zum Aufzeichnen von elektrischen Potentiale und oszillierenden Hirnaktivitäten durch die synchronisierten Aktivitäten von Tausenden von Nervenzellen im Gehirn erzeugt. Hiermit wird im Volksmund in vielen grundlegenden Studien und klinischen Anwendungen1,2. Zum Beispiel Wärme EEG Antworten zu intensiven Laser Impulse (d.h.LEPs) werden weit angenommen, um die periphere und zentrale Verarbeitung von nozizeptiven sensorischen input3,4,5zu untersuchen. Beim Menschen, LEPs bestehen hauptsächlich aus drei unterschiedliche Durchbiegungen: die frühen Komponente (N1), somatotop organisiert und wahrscheinlich um die Aktivität der primären somatosensorischen Cortex (S1)6widerzuspiegeln und die späten Komponenten (N2 und P2), die zentral sind verteilt und eher um die Aktivität der sekundären somatosensorischen Cortex, Insula und anterioren cingulären Cortex7,8widerzuspiegeln. In früheren Studien9,10wir bewiesen, dass Ratte LEPs, abgetastet mit ECoG (eine Art von intrakraniellen EEG) von Elektroden direkt auf der sichtbaren Oberfläche des Gehirns, auch bestehen aus drei unterschiedlichen Verformungen ( d. h., somatotop organisierte N1 und die zentral verteilte N2 und P2). Die Polarität, die Ordnung und die Topographie der Ratte LEP Komponenten ähneln menschlichen LEPs11. Jedoch aufgrund der begrenzten räumlichen Auflösung des Scalp EEG und subdurale ECoG Aufnahmen12sowie die ungenaue Natur des EEG Quelle Analyse Techniken13, der ausführliche Beitrag der neuronalen Aktivitäten auf die LEP-Komponenten viel wird diskutiert. Es ist beispielsweise unklar, ob und inwieweit die S1 zu den frühen Teil der kortikalen Antwort (N1) hervorgerufen durch Laser Reize6beiträgt.
Anders als die Aufnahmetechnik auf der makroskopischen Ebenen, direkte intrakraniellen Aufnahmen mit Microwire Arrays unterstützt von einer stereotaktischen Apparat und Microdrives14,15 konnten neuronale Aktivitäten (z.B.drängendere messen ) der einzelnen Regionen. Drängendere spiegeln vor allem die Summierung der inhibitorischen und exzitatorischen postsynaptischen Potenziale der neuronalen Bevölkerungen16. Da LFP in die Stichprobe einbezogenen neuronale Aktivitäten neuronaler Prozesse, die in Hunderten von Mikrometern rund um die Aufnahme-Elektrode widerspiegeln, ist dieser Aufnahmetechnik verbreitet, die Informationsverarbeitung im Gehirn auf der mesoskopischen Ebene zu untersuchen. Allerdings nur konzentriert sich auf präzise lokale Veränderungen der Gehirnaktivität und nicht beantworten die Frage, wie Signale aus mehreren Regionen integriert sind (z. B., wie bei mehreren Hirnregionen LEP Komponenten integriert sind).
Es ist erwähnenswert, dass die gleichzeitige Aufnahme von einem ECoG und kortikalen drängendere von frei beweglichen Ratten die Untersuchung der kortikale Informationsverarbeitung sowohl makroskopischen erleichtern könnte und mesoskopischen Ebenen. Darüber hinaus bietet diese Methode eine ausgezeichnete Gelegenheit zu untersuchen, inwieweit die neuronalen Aktivitäten der vordefinierten Hirnregionen zur die LEPs beitragen. In der Tat mehrere frühere Studien beurteilten die Kohärenz zwischen Spikes, kortikale LFP und ECoG signalisiert17,18 und gezeigt, dass die LFP19,20 angrenzend an die EEG-Elektroden, trägt die Bildung von Stimulus-bezogene Gehirn Antworten. Jedoch wird die vorhandene Technik in der Regel verwendet, um Gehirn Antworten von narkotisierten Tieren durch das Fehlen von eine schützende Hülle zu verhindern, dass die Elektroden durch die Kollision beschädigt aufzeichnen. Das heißt, fehlt die Technik, die den Bau der Brücke von Electrocortical Signalen auf mesoskopischen (kortikale LFP) und makroskopischen (EEG und ECoG) Ebene in konnte frei beweglichen Ratten noch.
Um dieses Problem zu beheben, entwickelten wir eine Technik, die eine ECoG und kortikalen drängendere in mehreren Gehirnregionen gleichzeitig von frei beweglichen Ratten aufnehmen konnte. Diese Technik hilft, die direkte Beziehung von Electrocortical Signalen auf mesoskopischen und makroskopischen Ebene und erleichtert so die Untersuchung von nozizeptiven Informationsverarbeitung im Gehirn zu schaffen.
Protocol
Representative Results
Discussion
In der vorliegenden Studie beschrieben, eine Technik, um ECoGs und kortikale LFP Reaktionen hervorgerufen durch nozizeptiven Laser Impulse aus frei beweglichen Ratten gleichzeitig aufzeichnen. Die Ergebnisse zeigten, dass LEP Antworten nach dem Einsetzen der Laser Reize in ECoG und LFP-Signale eindeutig nachgewiesen werden konnte. Die gleichzeitige Aufzeichnung von ECoG und kortikalen LFP-Signale ermöglichen Wissenschaftlern, ihre Beziehung für ein besseres Verständnis des Beitrags der neuronalen Aktivitäten auf die …
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde unterstützt durch CAS Key Laboratory of Mental Health, Institut für Psychologie, der National Natural Science Foundation von China (31671141 und 31822025), der 13th Fünfjahres-Informatisierung planen der chinesischen Akademie der Wissenschaften (XXH13506), und die wissenschaftliche Fundierung-Projekt des Instituts für Psychologie, Chinese Academy of Sciences (Y6CX021008).
Materials
| Male Sprague-Drawley rats | Vital River | ||
| Isoflurane | RWD Life Science | ||
| Small animal isoflurane anaesthetic system | RWD Life Science | Including the anesthesia gas mask for rats | |
| Stereotaxic apparatus | RWD Life Science | ||
| The apparatus with combined ECoG and LFP electrodes | The apparatus is home-made, which assembles the ECoG and depth wire electrodes to a connector module | ||
| 3D-printed protective shell | The texture of shell is polylactic, and the shell is home-made and contains three parts: a base, a wall and a cap. The wall is covered by copper tapers to construct as a Faraday cage | ||
| Tungsten wires (diameter: 50 mm) | California Fine Wires Company | The electrodes for cortical LFP recording | |
| Stainless steel screws (diameter: 0.6 mm) |
The electrodes for ECoG recording | ||
| Electric cranial drill | RWD Life Science | ||
| Drill bit (diameter: 0.5 mm) | RWD Life Science | The drill is used for drilling the holes of ECoG screws | |
| Drill bit (diameter: 0.2 mm) | RWD Life Science | The drill is used for drilling the holes of depth wires | |
| Dental arylic powder | SNC dental | ||
| Dental arylic liquid | SNC dental | ||
| Paraffin | Fisher Scientific | The mixture is used for seal the craniotomy to ensure the following movement of micro-wire arrays | |
| Mineral Oil | Fisher Scientific | ||
| Electrocoagulator | Bovie medical Corporation | ||
| RHD2132 Amplifier Boards | Intan Technologies | A 32-channel headstage | |
| RHD2000 systerm | Intan Technologies | The data acquisition systerm | |
| Infrared neodymium yttrium aluminum perovskite (Nd:YAP) laser generator | Electronical Engineering | ||
| Matlab R2016b | The MathWorks |
Riferimenti
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