التسجيلات المتزامنة الإمكانات الميدانية المحلية القشرية، ورسم القلب، اليكتروميوجرام وإيقاع من الفئران تتحرك بحرية في التنفس
Summary
يقدم هذه الدراسة أسلوب التسجيل المتزامن للإمكانات الميدانية المحلية في الدماغ، كهربية، اليكتروميوجرامس، وإشارات للفئران تتحرك بحرية في التنفس. هذا الأسلوب، مما يقلل من تكاليف التجريبية ويبسط تحليل البيانات، سوف تسهم في فهم التفاعلات بين الدماغ والأجهزة الطرفية.
Abstract
رصد ديناميات الفسيولوجية للدماغ والأنسجة المحيطية ضروري للتصدي لعدد من الأسئلة حول كيف يتحكم الدماغ الجسم وظائفها وايقاعات الجهاز الداخلية عند الحيوانات تتعرض للتحديات العاطفية والتغييرات في هذه البيئة المعيشية. عموما تسجل التجارب، إشارات من أجهزة مختلفة، مثل الدماغ والقلب، وعن طريق نظم التسجيل المستقلة التي تتطلب العديد من أجهزة التسجيل وإجراءات مختلفة لمعالجة ملفات البيانات. تصف هذه الدراسة أسلوب جديد في نفس الوقت ويمكن رصد بيوسيجنالس الكهربائية، بما في ذلك عشرات إمكانات الميدانية المحلية في عدة مناطق الدماغ، كهربية تمثل إيقاع القلب، اليكتروميوجرامس التي تمثل مستيقظا/ تقلص العضلات المتصلة بالنوم، والإشارات، في الفئران تتحرك بحرية في التنفس. تكوين تسجيل هذا الأسلوب يستند إلى مجموعة محرك الأقراص الصغيرة تقليدية للتسجيلات الميدانية المحلية القشرية المحتملة التي تستوعب عشرات الأقطاب، وتتكامل الإشارات التي تم الحصول عليها من هذه الأقطاب في واحد المجلس الكهربائية المركبة على رأس الحيوان. هنا، تم تحسين هذا النظام تسجيل ذلك كما يتم نقل الإشارات من الأجهزة الطرفية إلى هيئة واجهة كهربائية. أولاً كل على حدة في عملية جراحية واحدة، هي زرع أقطاب في أجزاء الجسم المناسبة والمناطق المستهدفة الدماغ. ثم هي ملحوم نهايات مفتوحة لكل من هذه الأقطاب على قنوات منفردة للمجلس الكهربائية فوق رأسه الحيوان حيث أن كل الإشارات التي يمكن أن تدمج في المجلس كهربائية واحدة. ربط هذا المجلس إلى جهاز تسجيل يسمح لجمع جميع الإشارات إلى جهاز واحد، مما يقلل من تكاليف التجريبية ويبسط تجهيز البيانات، لأنه يمكن معالجة كافة البيانات في نفس ملف البيانات. هذا الأسلوب سيساعد فهم يرتبط العصبية من الاقترانات بين الأجهزة المركزية والطرفية.
Introduction
يتحكم الجهاز العصبي المركزي هيئة الدول استجابة للتغيرات البيئية المختلفة، وعادة ما يمثل عنصر التحكم هذا كالتغيرات في معدل ضربات القلب ومعدل التنفس وتقلصات العضلات. ومع ذلك، اختبرت دراسات قليلة كيف ترتبط هذه العوامل الفسيولوجية الطرفية مع نشاط القشرية. ولمعالجة هذه المسألة، طريقة تسجيل على نطاق واسع لرصد بيوسيجنالس الكهربائية من أنسجة كل من المركزية والطرفية ضروري. في قشرة الدماغ، تسجل الميدانية المحلية المحتملة (طابعات الحجم الكبير) إشارات اكستراسيلولارلي طريق الأقطاب الكهربائية التي يتم إدراجها في الأنسجة القشرية1،،من23. في وقت واحد تسجيل إشارات متعددة من طابعات الحجم الكبير من المناطق القشرية من الثدييات الصغيرة مثل الفئران والجرذان، وضعت عددا من الدراسات أنواع مختلفة من الجمعيات القطب مصنوعة خصيصا التي توصف بمحركات الأقراص الصغيرة. محرك أقراص صغيرة تقليدية تتكون من مسامير معدنية تعلق على أجزاء الأوسط من أقطاب كهربائية (وعادة تيتروديس) وهيئة أساسية التي تتسع بمسامير واقطاب مجلس واجهة كهربائية (بنك الاستثمار الأوروبي) أن يستوعب ثقوب معدنية قم بتوصيل نهايات مفتوحة لأقطاب كهربائية (الشكل 1و الشكل 2و الشكل 3). هذه الجمعية القطب يتيح للمشغل للتحكم في عمق العديد من أقطاب إدراجها في الدماغ على مدى أيام إلى أسابيع، وتتيح إجراء تسجيلات مزمنة طويلة الأمد لنشاط الخلايا العصبية كما هو تحدي الحيوان مع مختلف المهام السلوكية. في الأجهزة الطرفية، تسجل إشارات نبضات القلب كهربية (اكجس) بزوج من الأقطاب الكهربائية التي يتم زرعها في أو حول قلب المنطقة4،،من56، ويتم تسجيل إشارات الهيكل العظمى والعضلات كما اليكتروميوجرامس (امجس) مع الأقطاب الكهربائية التي يتم إدراجها في أنسجة العضلات7،،من89. ودرست العلاقة بين الإشارات الكهربائية للمصباح شمي وإيقاع التنفس (BR) مع وحدة واحدة تسجيلات10،11. في أنظمة التسجيل التقليدية، هذه الإشارات من أنسجة مختلفة ألقت أجهزة التسجيل المستقلة، مما يعني أن نظام تجريبي إضافي مطلوب لمزامنة هذه الأجهزة المتعددة للضبط المتزامن تسجيلات لإشارات الدماغ والجسم. تم تطوير هذا النظام للتغلب على هذه المشكلة. في هذا النظام، تتكامل جميع الإشارات الكهربائية المسجلة من الأجهزة الطرفية، بما في ذلك ECGs، امجس، وإشارات كهربائية من لمبة شمي تعكس إيقاع التنفس، صفيف الأقراص الصغيرة مفرد1،2 ،3، صفيف الأقراص الصغيرة تكاملية التي يطلق عليها هنا. هذا النظام يتطلب جهاز تسجيل متعدد القنوات واحد فقط، وينطبق على أي مجموعة محرك الأقراص الصغيرة التقليدية. مزايا هذه التقنية هي أنها لا تتطلب أي أجهزة خاصة أو إشارات الزناد بحيث تتطابق مع تسجيل الوقت من أجهزة متعددة، وأنها تسمح لتجهيز البيانات أكثر ملاءمة، حيث يتم تسجيل كل الإشارات كأنواع بيانات مماثلة. هذا الأسلوب سيساعد فهم يرتبط العصبية من الاقترانات بين الأجهزة المركزية والطرفية. هذا الكتاب يصف الإجراءات المرتبطة بهذه التقنية ويعرض الممثل مجموعات البيانات التي تم الحصول عليها من الفئران.
Protocol
Representative Results
Discussion
لفهم كيف ينظم الدماغ مستويات النشاط المحيطية، والعكس بالعكس، واسعة النطاق تسجيل طرق لالتقاط بيوسيجنالس الكهربائية من مناطق الجسم متعددة في نفس الوقت ضرورية. هذه الدراسة وإجراء العمليات جراحية، ونظام تسجيل لرصد الإمكانات الميدانية المحلية الدماغية، ومعدل ضربات القلب، وحجم البناء العضل…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
تم دعم هذا العمل من كاكين-مرحبا (17 ح 05939؛ 17 ح 05551)، ومؤسسة ناكاتومي، ومؤسسة النصب التذكاري سوزوكين.
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 |
References
- 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).
