Eletroencefalografia simultânea, em tempo real de medição da concentração de lactato e Manipulação optogenética da atividade neuronal do córtex cerebral de roedores
Summary
Um procedimento é descrito para manipular a actividade de neurónios piramidais corticais cerebrais optogenetically enquanto o electroencefalograma, electromiograma, e concentração do lactato cerebral são monitorados. Gravações experimentais são realizados em ratinhos de cabo-cativos, enquanto eles sofrem espontâneas do sono / vigília ciclos. Optogenética equipamento é montado no nosso laboratório, o equipamento de gravação encontra-se comercialmente disponível.
Abstract
Embora o cérebro representa menos de 5% da massa corporal por, utiliza cerca de um quarto da glucose utilizada pelo corpo em repouso 1. A função do sono movimento rápido dos olhos não (NREMS), a maior porção do sono pelo tempo, é incerto. No entanto, uma característica saliente do NREMS é uma redução significativa da taxa de utilização de glicose cerebral em relação ao estado de vigília 2-4. Esta e outras descobertas levaram à crença de que o sono tem uma função relacionada ao metabolismo cerebral. No entanto, os mecanismos subjacentes à redução no metabolismo da glicose cerebral durante NREMS permanecem por ser elucidados.
Um fenômeno associado com NREMS que podem afetar a taxa metabólica cerebral é a ocorrência de ondas lentas, oscilações em freqüências menos de 4 Hz, no eletroencefalograma 5,6. Estas ondas lentas detectados ao nível do crânio ou da superfície cortical cerebral reflectir aoscilações de neurônios subjacentes entre um estado despolarizado / up e um estado hiperpolarizada / baixo 7. Durante o estado para baixo, as células não sofrem potenciais de ação em intervalos de até vários milissegundos cem. Restauração dos gradientes de concentração iônica subseqüentes para os potenciais de ação representa uma carga significativa metabólica na célula 8; ausência de potenciais de ação durante os estados para baixo associados NREMS pode contribuir para um metabolismo reduzido em relação ao acordar.
Dois desafios técnicos tiveram que ser abordadas para que essa hipotética relação a ser testada. Em primeiro lugar, foi necessário medir o metabolismo glicolítico cerebral com uma resolução temporal de reflexo da dinâmica do EEG cerebral (isto é, ao longo de segundos em vez de minutos). Para o fazer, foi medida a concentração de lactato, o produto da glicólise aeróbica, e, portanto, uma leitura da taxa do metabolismo da glucose no cérebro dos ratos. Lactato foimedida utilizando um sensor de lactato-oxidase com base em tempo real, incorporado no córtex frontal. O mecanismo de detecção é constituído por um eléctrodo de platina-irídio rodeado por uma camada de moléculas de oxidase de lactato. O metabolismo do lactato pela lactato oxidase produz peróxido de hidrogénio, o qual produz uma corrente no eléctrodo de platina-irídio. Assim, uma rampa para cima da glicólise cerebral proporciona um aumento na concentração do substrato para a oxidase de lactato, que, em seguida, reflecte-se no aumento da corrente no eléctrodo de detecção. Era ainda necessário medir estas variáveis enquanto manipulando a excitabilidade do córtex cerebral, a fim de isolar esta variável de outras facetas NREMS.
Criámos um sistema experimental para a medição simultânea de actividade neuronal por meio do elecetroencephalogram, a medição do fluxo glicolítico através de um biossensor de lactato, e a manipulação da actividade neuronal cortical cerebral através optogenética activação de pyraneurônios MIDAL. Foi utilizado este sistema para documentar a relação entre o sono relacionada electroencefalográfico formas de onda e a dinâmica momento-a-momento da concentração de lactato no córtex cerebral. O protocolo pode ser útil para qualquer indivíduo interessados em estudar, em livremente comportando roedores, a relação entre a actividade neuronal medido ao nível EEG e energetics celulares dentro do cérebro.
Protocol
Representative Results
Discussion
Os métodos aqui apresentados permitem medir a relação entre o sono e as alterações na concentração do lactato cérebro intermediário glicolítico numa escala de tempo não era possível anteriormente. Animais sofrem transições espontâneas entre vigília, NREMS e REMS. Além disso, somos capazes de aplicar estímulos optogenética enquanto que os animais submetidos a estas transições. Os dados recolhidos até à data demonstram que tanto espontânea e induzida por ondas de impacto sobre a leitura de um bioss…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Pesquisa financiada pelo Departamento de Defesa (Defense Advanced Research Projects Agency, Prêmio Faculdade Young, Grant Número N66001-09-1-2117) e NINDS (R15NS070734).
Materials
| Component | Company | Catalogue number | Comments (optional) |
| BASi Mouse Guide Cannula | Pinnacle Technology/BASi Inc | 7032 | |
| Lactate Biosensor | Pinnacle Technology | 7004 | |
| Head Mount | Pinnacle Technology | 8402 | |
| Sleep/Biosensor Recording system | Pinnacle Technology | 8400-K1-SL | 2 EEG channels, 1 EMG channel, & 1 biosensor |
| Tethered Mouse in-vitro Calibration kit | Pinnacle Technology | 7000-K1-T | |
| Fiber Optic Guide Cannula | Plastics One | C312G | 21 Gauge Guide Cannula |
| Dummy Cannula | Plastics One | C312DC | 21 Gauge Dummy |
| Diamond Fiber Scribe | Thorlabs | S90W | |
| Fiber Connector Crimp Tool | Thorlabs | CT042 | |
| Furcation Tubing | Thorlabs | FT030 | 03.0 mm |
| Thorlabs | T10S13 | Max Dia. 0.012 | |
| Furcation Tube Stripper | Thorlabs | FTS3 | |
| Bare Hard Cladding Multimode Fiber | Thorlabs | BFL37-200 | 200 μm Core, 0.37 NA |
| Wire Snips/Kevlar Shears | Thorlabs | T865 | |
| Fiber Optic Epoxy | Thorlabs | F112 | |
| Fiber Stripper Tool | Thorlabs | ||
| Glass Polishing Plate | Thorlabs | CTG913 | |
| Rubber Polishing Pad | Thorlabs | NRS913 | |
| Eye Loupe | Thorlabs | JEL10 | |
| Kim Wipes | Thorlabs | KW32 | |
| Compressed Air | Thorlabs | CA3 | |
| Polishing Puck | Thorlabs | D50-xx | |
| Fiber Inspection scope | Thorlabs | CL-200 | |
| Polishing Films | Thorlabs | LFG5P, LFG3P, LFG1P, LFG03P | |
| FC/PC connector end | Thorlabs | 30126G2-240 | 240 μm Bore, SS Ferrule |
| MC Stimulus Unit | Multi-Channel Systems | STG-4002 | |
| MC Stimulus Software | Multi-Channel Systems | MC-Stimulus V 2.1.5 | |
| Blue Laser | CrystaLaser | CL473-050-0 | |
| Laser Power supply | CrystaLaser | CL2005 | |
| Fiber Optic Rotary Joint | Doric Lenses | FRJ-v4 | |
| Table 2. Supplies and equipment. |
References
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