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신경과학

Bewertung der Hemisphärenlateralisierung mit bilateraler lokaler Feldpotentialaufzeichnung im sekundären Motorcortex von Mäusen

Published: July 31, 2019
doi:
10.3791/59310
, , ,
1School of Life Sciences,Guangzhou University, 2Institute for Brain Research and Rehabilitation,South China Normal University, 3School of Life Sciences,South China Normal University

Summary

Wir präsentieren in vivo elektrophysiologische Aufzeichnung des lokalen Feldpotentials (LFP) in bilateraler sekundärer motorischer Kortex (M2) von Mäusen, die zur Bewertung der Hemisphärenlateralisierung angewendet werden können. Die Studie ergab veränderte Synchronisationsniveaus zwischen dem linken und rechten M2 in APP/PS1-Mäusen im Vergleich zu WT-Kontrollen.

Abstract

Dieser Artikel zeigt vollständige, detaillierte Verfahren sowohl für die in vivo bilaterale Erfassung und Analyse des lokalen Feldpotenzials (LFP) in den kortikalen Bereichen von Mäusen, die für die Bewertung möglicher Lateralitätsdefizite nützlich sind, als auch für Bewertung der Gehirnkonnektivität und Kopplung neuronaler Netzwerkaktivitäten bei Nagetieren. Die pathologischen Mechanismen, die der Alzheimer-Krankheit (AD), einer häufigen neurodegenerativen Erkrankung, zugrunde liegen, bleiben weitgehend unbekannt. Veränderte Hirnlateralität wurde bei alternden Menschen gezeigt, aber ob abnormale Lateralisierung ist eines der frühen Anzeichen von AD ist nicht bestimmt. Um dies zu untersuchen, haben wir bilaterale LFPs in 3-5-Monats-Ad-Modellmäusen, APP/PS1, zusammen mit Wurfmate Wild Type (WT) Kontrollen aufgezeichnet. Die LFPs des linken und rechten sekundären Motorkortex (M2), speziell im Gammaband, wurden in APP/PS1-Mäusen stärker synchronisiert als in WT-Steuerelementen, was auf eine abgelehnte hemisphärische Asymmetrie von bilateralem M2 in diesem AD-Mausmodell hindeutet. Insbesondere sind die Aufzeichnungs- und Datenanalyseprozesse flexibel und einfach durchzuführen und können auch auf andere Hirnwege angewendet werden, wenn Experimente durchgeführt werden, die sich auf neuronale Schaltkreise konzentrieren.

Introduction

Alzheimer -Krankheit (AD) ist die häufigste Form von Demenz1,2. Extrazelluläres Beta-Amyloid-Protein (-Amyloid-Protein, A)-Abscheidung und intrazelluläre neurofibrilläre Verwicklungen (NFTs) sind die wichtigsten pathologischen Merkmale von AD3,4,5, aber die Mechanismen, die AD Pathogenese bleibt weitgehend unklar. Die Großhirnrinde, eine Schlüsselstruktur in Kognition und Gedächtnis, ist in AD6beeinträchtigt, und motorische Defizite wie langsames Gehen, Schwierigkeiten beim Navigieren in der Umgebung und Gangstörungen treten mit zunehmendem Altervon 7Jahren auf. A-Ablagerung und neurofibrilläre Verwicklungen wurden auch im prämotorischen Kortex (PMC) und im ergänzenden motorischen Bereich (SMA) bei AD-Patienten8 und kognitiv betroffenen älteren Erwachsenen beobachtet9, was auf die Beteiligung eines beeinträchtigten Motors hindeutet. System in der AD-Pathogenese.

Das Gehirn wird durch zwei verschiedene zerebrale Hemisphären gebildet, die durch eine Längsspalte geteilt werden. Ein gesundes Gehirn weist sowohl strukturelle als auch funktionelle Asymmetrienauf 10, die als “Lateralisierung” bezeichnet werden, was es dem Gehirn ermöglicht, mehrere Aufgaben und Aktivitäten effizient zu bewältigen. Alterung führt zu einer Verschlechterung der Kognition und Fortbewegung, zusammen mit einer Verringerung der Hirnlateralität11,12. Die motorischen Fähigkeiten der linken Hemisphäre sind leicht sichtbar im gesunden Gehirn13, aber im AD Gehirn aberrant Lateralität tritt als Folge des Scheiterns der linken Hemisphäre Dominanz verbunden mit linken kortikalen Atrophie14, 15,16. Daher kann ein Verständnis einer möglichen Veränderung der Hirnlateralisierung bei der AD-Pathogenese und den zugrunde liegenden Mechanismen neue Erkenntnisse über die AD-Pathogenese liefern und zur Identifizierung potenzieller Biomarker für die Behandlung führen.

Elektrophysiologische Messung ist eine empfindliche und effektive Methode zur Bewertung von Veränderungen in den neuronalen Aktivitäten von Tieren. Die Reduktion der hemisphärischen Asymmetrie bei Älteren (HAROLD)17 wurde durch elektrophysiologische Forschung mit synchronisierter interhemisphärischer Transferzeit dokumentiert, die eine Schwächung oder Abwesenheit von hemisphärischer Asymmetrie zu monaual dargestelltzeigtzeigt. Sprachreize bei älterenMenschen 18. Mit APP/PS1, einem der am häufigsten verwendeten AD-Mausmodelle19,20,21,22, in Kombination mit in vivo bilateraler extrazellulärer Aufzeichnung von LFPs in der linken und rechten M2 mögliche Lateralitätsdefizite in AD bewertet. Darüber hinaus bietet die integrierte Funktion der Datenanalysesoftware (siehe Tabelle der Materialien) mit einfachen Parametereinstellungen eine schnellere und einfachere Möglichkeit, die Synchronisation elektrischer Signale zu analysieren als mathematisch komplexe Programmiersprache, die für Anfänger mit In-vivo-Elektrophysiologie freundlich ist.

Protocol

Alle Tiere wurden unter Standardbedingungen (12 h hell/dunkel, konstante Temperaturumgebung, freier Zugang zu Nahrung und Wasser) nach angaben des chinesischen Ministeriums für Wissenschaft und Technologie Labortiere Richtlinien und Experimente genehmigt wurden von der lokalen Ethikkommission der Universität Guangzhou. Dies ist ein Nicht-Überlebensverfahren. HINWEIS: Für die in den repräsentativen Ergebnissen angegebenen Daten wurden APP/PS1 (B6C3-Tg (APPswe, PSEN1dE9) 85Dbo/J) doppeltran…

Representative Results

Um zu sehen, ob die frühe AD-Pathologie die Fähigkeit der Hemisphären-Lateralisierung beeinträchtigt, führten wir bilaterale extrazelluläre LFP-Aufnahmen im linken und rechten M2 von APP/PS1-Mäusen und WT-Kontrollen (im Alter von 3-5 Monaten) durch und analysierten die Kreuzkorrelation dieser linken und rechte LFPs. Bei WT-Mäusen zeigten die Ergebnisse, dass sich die mittlere Korrelation zwischen linken und rechten LFPs bei positiven Zeitverzögerungen signifikant von der bei negativen Zeitverzögerungen untersch…

Discussion

Wir berichten hier über das Verfahren zur in vivo bilateralen extrazellulären Aufzeichnung, zusammen mit der Analyse der Synchronisation von Dual-Regions-LFP-Signalen, die sowohl flexibel als auch einfach durchzuführen ist, um die Lateralisierung der Gehirnhälfte zu schätzen, sowie die Konnektivität, Richtungsfähigkeit oder Kopplung zwischen neuronalen Aktivitäten zweier Hirnbereiche. Dies kann weit verbreitet verwendet werden, um nicht nur gruppenneuronale Aktivitäten zu offenbaren, sondern auch einige…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Diese Arbeit wurde durch Stipendien der National Natural Science Foundation of China (31771219, 31871170), der Wissenschafts- und Technologieabteilung von Guangdong (2013KJCX0054) und der Natural Science Foundation der Provinz Guangdong (2014A030313418, 2014A030313440).

Materials

AC/DC Differential Amplifier A-M Systems Model 3000
Analog Digital converter Cambridge Electronic Design Ltd. Micro1401
Glass borosilicate micropipettes Nanjing spring teaching experimental equipment company 161230 Outer diameter: 1.0mm
Microelectrode puller Narishige PC-10
NaCl Guangzhou Chemical Reagent Factory 7647-14-5
Pin microelectrode holder World Precision Instruments, INC. MEH3SW10
Spike2  Cambridge Electronic Design Ltd.
Stereomicroscope Zeiss 435064-9020-000
Stereotaxic apparatus  RWD Life Science 68045
Urethane Sigma-Aldrich 94300
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Chen, Y., Li, M., Zheng, Y., Yang, L. Evaluation of Hemisphere Lateralization with Bilateral Local Field Potential Recording in Secondary Motor Cortex of Mice. J. Vis. Exp. (149), e59310, doi:10.3791/59310 (2019).
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