Questo protocollo descrive un metodo semplice per la registrazione simultanea di co-localizzato l’elettroencefalografia (EEG) e multi-laminare locale campo potenziale in un ratto anestetizzato. Un foro della bava nel cranio per l’inserimento di un microelettrodo è indicato per produrre distorsione trascurabile del segnale EEG.
Sebbene l’elettroencefalografia (EEG) è ampiamente usato come una tecnica non invasiva per la registrazione di attività neurale del cervello, la nostra comprensione della neurogenesi di EEG è ancora molto limitata. Potenziali di campo locale (LFPs) registrati tramite un microelettrodo precomposto in grado di fornire un resoconto più dettagliato dell’attività neurale simultanea attraverso diversi strati corticali nella neocorteccia, ma la tecnica è dilagante. Combinando misurazioni EEG e LFP in un modello preclinico può notevolmente migliorare la comprensione dei meccanismi neurali coinvolti nella generazione dei segnali EEG e facilitare la derivazione di un modello matematico più realistico e biologicamente accurata di EEG. Una procedura semplice per l’acquisizione di EEG simultanee e co-localizzati e precomposto LFP segnali nel roditore anestetizzato è presentata qui. Inoltre abbiamo studiato se i segnali EEG sono stati influenzati significativamente da un foro della bava nel cranio per l’inserimento di un microelettrodo. I nostri risultati indicano che il foro della bava ha un impatto trascurabile sulle registrazioni di EEG.
È generalmente accettato che LFPs registrato tramite microelettrodi principalmente riflettono la somma ponderata dei sincronizzato attività sinaptica eccitatoria e inibitoria di popolazioni neurali piramidale locali1,2,3 , 4. la nostra recente ricerca ha dimostrato che il profilo del segnale LFP potrebbe essere suddiviso in componenti di eccitazione ed inibizione5,6. Tuttavia, come LFP è normalmente misurato tramite una procedura invasiva, non è adatto per la maggior parte degli studi del cervello umano.
D’altra parte, l’EEG è una tecnica non invasiva per misurare l’attività elettrica del cervello. È ampiamente usato come uno strumento diagnostico per alcuni tipi di malattie neurologiche come l’epilessia e come strumento di ricerca in studi cognitivi umani. Nonostante la sua popolarità, una limitazione importante di EEG è l’incapacità di interpretare i suoi profili temporali proprio in termini di segnali neurali sottostanti7,8,9.
Sempre più, modelli matematici di EEG sono stati sviluppati per migliorare la comprensione del cervello funzione10,11,12,13,14,15. La maggior parte dei modelli esistenti di EEG sono sviluppata basata su montaggio caratteristiche del dominio di frequenza del modello preveduto uscita allo spettro di dati EEG durante attività spontanea, e pochissimi modelli di EEG possono generare potenziali evocati sensitivi realistici. In questo contesto, registrazioni simultanee di EEG e LFP fornirà importanti informazioni e vincoli per lo sviluppo di modelli matematici più accurata del EEG.
Per soddisfare questa esigenza per registrazioni simultanee di esplorare ulteriormente l’origine neurale di EEG, abbiamo sviluppato una metodologia per registrare simultaneamente EEG e precomposto LFP segnali nella neocorteccia di ratto anestetizzato. L’installazione è simile al precedente simultanee EEG/LFP studi condotti in primati16,17. Abbiamo studiato ulteriormente l’effetto di un foro della bava trapanato il cranio su registrazioni di EEG che circonda il buco, confrontando bilaterale registrazioni di EEG (cioè, un emisfero con un foro della bava, l’altro emisfero intatto) in assenza di sensoriale stimolazione. I nostri risultati dimostrano che le registrazioni simultanee di EEG/LFP possono essere condotta semplice ed efficace, con poca distorsione del segnale EEG dal foro della bava nel cranio.
Abbiamo descritto una procedura sperimentale per la registrazione simultanea dei segnali EEG e LFP co-localizzati di un ratto anestetizzato isoflurano in risposta alla stimolazione di whisker pad. Un microelettrodo è stato inserito nella neocorteccia attraverso un’apertura nell’elettrodo di ragno di EEG che è stata stata allineata con un foro della bava nel cranio. L’elettrodo è stato fissato al cranio da un conduttivo e incollare adesivo EEG23. Il cono di naso utilizzato per l’amministrazione di isoflurane è stato modificato in modo che gli elettrodi di stimolazione potrebbero essere inserito nel riquadro whisker con facilità.
La pasta di EEG era efficace a montaggio elettrodo ragno saldamente al cranio, fornendo al contempo eccellente conduttività elettrica per tutta la giornata sperimentale senza la necessità di ulteriore applicazione della pasta. Ha sostituito l’uso indesiderabile di colla per fissare la periferia dell’elettrodo ragno al cranio, come colla è non conduttivo e può aumentare l’impedenza dell’elettrodo se corre tra il cranio e l’elettrodo. Pasta di EEG ha un numero di vantaggi sopra gel di EEG, che è difficile forma intorno al foro della bava e può seccare durante l’esperimento, con conseguente scarso segnali EEG.
Il ratto è stato inserito all’interno di una gabbia di Faraday, rumore elettrico a causa dell’ambiente era notevolmente attenuata. Tuttavia, a volte il segnale neurale era ancora piuttosto rumoroso. Nella maggior parte dei casi, questo è stato causato dall’elettrodo di riferimento non saldamente posizionato e pertanto dovevano essere ri-regolato o EEG più pasta usata. Un altro problema comune era che la LFP evocate era piccola in ampiezza. Questo potrebbe essere dovuto il microelettrodo non posizionato al centro della regione corticale attivata dagli elettrodi stimolanti. Invece di re-inserire il microelettrodo, che poteva causare più danni ai neuroni locali, ci siamo adattati solitamente la posizione degli elettrodi stimolanti del tampone whisker fino ad un’ampiezza ragionevole la LFP (> 3 mV) ha potuto essere osservato.
Uno dei limiti della tecnica è la scarsa risoluzione spaziale dell’elettrodo ragno, che ha un diametro di 6 mm. Questo è grande rispetto alle dimensioni del cranio del ratto. Purtroppo, l’elettrodo di ragno usato qui è il più piccolo disponibile per l’acquisto. Sarebbe auspicabile ridurre il diametro dell’elettrodo ragno per 2-4 mm, aumentando così la specificità spazio delle registrazioni di EEG, facendo il confronto tra il segnale EEG e la supragranular LFP segnale meno ambiguo.
Diversi passaggi critici nel protocollo necessitano di particolare attenzione. La prima è l’inserimento del microelettrodo attraverso il foro della bava. Come la dura madre altrimenti è intatta, la precisione dell’inserimento è cruciale. Una leggera resistenza alla punta dell’elettrodo di solito significa che l’elettrodo non è posizionato correttamente. Essa deve essere sollevata, posizione regolata e reinserito. Il secondo è la posizione del cono di naso il ratto. Non deve essere troppo allentato, come isoflurano scapperà dal cono. Esso inoltre non deve essere troppo stretto, poiché ciò può ostruire le narici del ratto e causare difficoltà di respirazione. Particolare attenzione è necessaria anche per garantire che l’ampiezza della registrazione EEG è molto più piccolo (solitamente 5-10 volte più piccolo) che la registrazione del canale superiore LFP. Se sono simili, è un’indicazione che la sonda di EEG è entrato in contatto diretto o indiretto con il microelettrodo. Un contatto indiretto è solitamente attraverso il liquido spinale cerebrale (CSF) che a volte si riempie il foro praticato nel cranio. La conducibilità del CSF è in genere 100 volte quella del cranio24,25. Così, se il livello di CSF all’interno del foro della bava è sufficientemente elevato, può fare contatto con l’elettrodo di ragno. Per evitare questo problema, il foro deve essere pulito frequentemente con spugne di cotone super assorbente come la spears di assorbimento.
L’effetto di un foro della bava (diametro < 2 mm) nel cranio sull'EEG registrazione che circonda il buco è stato studiato da un altro elettrodo di ragno sul cranio intatto in cima la corteccia barile ipsi-laterale per poter effettuare registrazioni EEG bilaterale potrebbero essere paragonate. I risultati mostrati in Figura 9 e Figura 10, suggeriscono l’effetto di essere insignificante presso il livello di significatività 0,05. Altri fattori che influenzano l’ampiezza del EEG comprendono quanto bene la pasta di EEG era in contatto con il cranio, come ditta l’elettrodo è stato premuto per la pasta e l’estensione spaziale della pasta EEG sul cranio.
Vale anche la pena notare che il protocollo descritto qui registrato EEG del cranio, che è diverso dal cuoio capelluto EEG utilizzato negli studi umani di EEG. Il cuoio capelluto agisce come un resistore o un filtro passa-basso, che consentirà di ridurre il rapporto segnale-rumore del EEG registrazione ulteriormente.
Infine, il confronto tra la dinamica temporale del ERP e che la LFP evocati attraverso strati corticali suggeriscono che potenziali evocati somatosensoriali riflettano meglio la LFP nello strato supragranular della corteccia di quello nel granulare e infragranular strati. Questo è in accordo con il nostro precedente lavoro6, dimostrando che il segmento iniziale (P1) di ERP è imparentato con l’attuale ritorno derivanti dall’afflusso dell’avvenimento della corrente sinaptica eccitatoria nello strato granulare, mentre la successiva diminuzione ( N1) in ERP può essere collegata l’arrivo in ritardo dei segnali II/III e/o feedforward thalamic strati afferente alla corticale da strati corticali più profondi. In conclusione, le registrazioni simultanee di EEG/LFP possono migliorare la comprensione della Genesi neurale dell’EEG e facilitare la modellizzazione matematica di EEG in termini di segnali neurali attraverso strati corticali.
The authors have nothing to disclose.
Vorremmo ringraziare Andrew Cripps e l’unità di BioResource presso l’Università di Reading. Questa ricerca è stata finanziata dal BBSRC (concessione numero: BB/K010123/1). Dati associati a questo lavoro sono liberamente disponibili da 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 |