הקלטות סימולטני של פוטנציאל קורטיקלית שדה מקומי, רל, Electromyogram נושם קצב מעכברוש נעה בחופשיות
Summary
מחקר זה מציג שיטה עבור ההקלטה סימולטני של שדה מקומי פוטנציאל המוח, electrocardiograms, electromyograms, ונשימה אותות של חולדה נעה בחופשיות. טכניקה זו, אשר מפחית את עלויות ניסיוני ומפשטת את ניתוח הנתונים, יתרום להבנה של אינטראקציות בין המוח לבין איברים היקפיים בגוף.
Abstract
פיקוח על הדינמיקות פיזיולוגיים של המוח ושל רקמות היקפיים הוא הכרחי עבור כתובות מספר שאלות לגבי איך הפקדים המוח הגוף פונקציות ומקצבים ואיברים פנימיים כאשר חיות נחשפים אתגרים רגשיים ושינויים שלהם סביבות חיים. באופן כללי הניסויים, אותות של איברים שונים, כגון המוח והלב, נרשמים על ידי מערכות הקלטה עצמאיות הדורשים מספר התקני הקלטה והליכים שונים לעיבוד קבצי הנתונים. מחקר זה מתאר שיטה חדשה בו זמנית יכול לפקח biosignals חשמל, כולל עשרות שדה מקומי פוטנציאל מרובות אזורים במוח, electrocardiograms המייצגים את קצב הלב, electromyograms המייצגים ערים / בשינה, להתכווצות שריר הנשימה אותות, בעכברוש נעה בחופשיות. תצורת הקלטה של שיטה זו מבוססת על מערך מיקרו-כונן קונבנציונליים עבור שדה מקומי קורטיקלית פוטנציאליים הקלטות בו עשרות אלקטרודות המשתכנים, וכל האותות המתקבלים האלקטרודות משולבים יחיד לוח חשמל רכוב על ראשה. . הנה, מערכת הקלטה זו שופרו כך אותות האיברים היקפיים מועברים גם לוח חשמל ממשק. בניתוח יחיד, אלקטרודות קודם בנפרד מושתלים לתוך חלקי גוף המתאים ואת אזורי המוח היעד. הקצוות הפתוחים של כל האלקטרודות ואז הולחמו על ערוצים בודדים של הלוח חשמל מעל ראשה כך כל האותות ניתן לשלב את לוח חשמלי יחיד. חיבור לוח זה מכשיר הקלטה מאפשר עבור האוסף של כל האותות במכשיר אחד, אשר מפחית את עלויות ניסיוני ומפשטת עיבוד נתונים, כי כל הנתונים יכולות להיות מטופלות באותו קובץ נתונים. טכניקה זו יסייע להבנת ה”מפה neurophysiological של השיוכים בין מרכזי והיקפי איברים.
Introduction
מערכת העצבים המרכזית שולט הברית הגוף בתגובה לשינויים סביבתיים שונים, שליטה זו מיוצגת בדרך כלל שינויי קצב הלב, קצב נשימה, התכווצויות שרירים. עם זאת, מחקרים מעטים בחנו איך גורמים פיזיולוגיים היקפיים כגון משויכים פעילות קורטיקלית. כדי לטפל בבעיה זו, שיטת ההקלטה בקנה מידה גדול עבור ניטור biosignals חשמל רקמות מרכזי והיקפי הכרחי. בקליפת, שדה מקומי פוטנציאליים (LFP) אותות נרשמים extracellularly על ידי אלקטרודות אשר מוכנסים לתוך רקמות קורטיקלית1,2,3. במקביל להקליט אותות מרובים LFP מהאזורים קורטיקלית של יונקים קטנים, כגון חולדות ועכברים, מספר מחקרים פיתחו סוגים שונים של ההרכבות אלקטרודה מחוייט מכונים מיקרו-כוננים. מיקרו-כונן רגיל מורכב ברגי מתכת המחוברים החלקים האמצעי של האלקטרודות (שהם בדרך כלל tetrodes), גוף הליבה התואם את הברגים ואלקטרודות וקרש הממשק החשמלי (EIB) התואם חורים מתכת כדי לחבר את הקצוות הפתוחים של האלקטרודות (איור 1 2 איור, איור 3). הרכבה אלקטרודה זו מאפשרת למפעיל לשלוט העומק של אלקטרודות רבים מוכנס לתוך המוח במשך ימים עד שבועות, ומאפשר ביצוע הקלטות כרונית לטווח ארוך של פעילות. עצבית כמו החיה היא אתגר שונות פעילויות התנהגותיות. באיברים ההיקפיים, פעימות הלב אותות נרשמים כמו electrocardiograms (ECGs) על-ידי זוג אלקטרודות אשר מושתלים בערך ב-5,64,אזור הלב, שרירי השלד אותות נרשמים כמו electromyograms (EMGs) עם אלקטרודות אשר מוכנסים8,97,רקמת שריר. היחס בין אותות חשמליים של הנורה הריח, קצב הנשימה (BR) נחקרה עם יחידה אחת הקלטות10,11. במערכות הקלטה קונבנציונאלי, אלה אותות ברקמות שונות שנלכדו באמצעות התקני הקלטה עצמאית, מה שאומר כי מערכת ניסויית נוסף נדרש בדיוק לסנכרן את המכשירים הללו מרובים עבור בו זמנית הקלטות של אותות המוח-הגוף. מערכת זו פותחה כדי להתגבר על בעיה זו. בשיטה זו כל אותות חשמליים הקליט האיברים היקפיים, כולל ECGs, EMGs אותות חשמליים מן הנורה הריח המשקפים את קצב הנשימה, משולבים לתוך מערך מיקרו-כונן יחיד1,2 ,3, כאן כינה מערך מיקרו-כונן אינטגרטיבית. מערכת זו דורשת מכשיר הקלטה רב-ערוצית אחד בלבד, החלים על כל מערך מיקרו-כונן קונבנציונלי. היתרונות של שיטה זו הם כי הוא אינו דורש במכשירים מיוחדים או אותות על ההדק כדי להתאים את זמן ההקלטה של התקנים מרובים, זה מאפשר עיבוד נתונים נוחה יותר, מאז כל האותות נרשמים כסוגי נתונים דומים. טכניקה זו יסייע להבנת ה”מפה neurophysiological של השיוכים בין מרכזי והיקפי איברים. מאמר זה מתאר את ההליכים הקשורים עם הטכניקה ומציגה datasets נציג המתקבל חולדה.
Protocol
Representative Results
Discussion
בשביל להבין איך המוח ממיקרו רמות פעילות היקפיים, סגן נחוצים ולהפך, בקנה מידה גדול הקלטה שיטות ללכוד biosignals חשמל מאזורי גוף מרובים בו-זמנית. מחקר זה תיאר הליך כירורגי, ומערכת הקלטה עבור ניטור מוחי שדה מקומי פוטנציאל, הלב, את סדר הגודל של בניית השרירים והדופק, אשר שופרו על מערכת הקלטה המשמש עבו…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה על ידי Kaken-שלום (17 H 05939; 17 H 05551), קרן נקאטומי, וקרן הזיכרון Suzuken.
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).
