विट्रो में मध्यस्थ वेस्टीबुलर न्यूक्लियस न्यूरोन संवेदनशीलता के आकलन के लिए Stochastic शोर आवेदन
Summary
मानव में गैल्वेनिक वेस्टिबुलर उत्तेजना वेस्टिबुलर समारोह में सुधार दर्शाती है। हालांकि, यह अज्ञात है कि कैसे ये प्रभाव होते हैं। यहाँ, हम कैसे sinusoidal और stochastic विद्युत शोर लागू करने के लिए और अलग-अलग मध्य वेस्टिबुलर नाभिक न्यूरॉन्स में C57BL/6 माउस में उपयुक्त उत्तेजना आयाम का मूल्यांकन करने के लिए वर्णन करते हैं।
Abstract
Galvanic वेस्टिबुलर उत्तेजना (जीवीएस) संतुलन या वेस्टिबुलर हानि के साथ व्यक्तियों में संतुलन उपायों में सुधार करने के लिए दिखाया गया है। यह स्टोकेस्टिक अनुनाद (एसआर) घटना के कारण होने का प्रस्ताव है, जिसे कमजोर संकेतों का पता लगाने में वृद्धि करने के लिए एक अरैखिक प्रणाली के निम्न स्तर/उपथ्थेली प्रोत्साहन के अनुप्रयोग के रूप में परिभाषित किया गया है। हालांकि, यह अभी भी अज्ञात है कि एसआर मानव संतुलन पर इसके सकारात्मक प्रभाव को कैसे दर्शाता है। यह अलग-अलग न्यूरॉन्स पर साइनॉइडल और स्टोकेस्टिक शोर के प्रभाव के पहले प्रदर्शनों में से एक है। पूरे सेल पैच दबाना इलेक्ट्रोफिजियोलॉजी का उपयोग करना, sinusoidal और stochastic शोर सीधे C57BL/6 चूहों के मध्यस्थ वेस्टिबुलर नाभिक (MVN) में व्यक्तिगत न्यूरॉन्स के लिए लागू किया जा सकता है. यहाँ हम कैसे sinusoidal और stochastic उत्तेजनाओं उपथ्थेलस हैं सुनिश्चित करने के लिए MVN न्यूरॉन्स की सीमा निर्धारित करने के लिए प्रदर्शन और इस से, प्रभाव है कि शोर के प्रत्येक प्रकार MVN न्यूरॉन लाभ पर है निर्धारित. हम बताते हैं कि subthreshold sinusoidal और stochastic शोर बेसल फायरिंग दरों को प्रभावित किए बिना MVN में व्यक्तिगत न्यूरॉन्स की संवेदनशीलता को मॉड्युलेट कर सकते हैं.
Introduction
वेस्टिबुलर (या संतुलन) प्रणाली श्रवण, प्रोप्रियोसेप्टिव, सोमेटोसेंसरी और दृश्य जानकारी को एकीकृत करके संतुलन की हमारी भावना को नियंत्रित करती है। वेस्टिबुलर प्रणाली का अवक्रमण आयु के एक कार्य के रूप में दर्शाया गया है और इसके परिणामस्वरूप संतुलन घाटा1,2हो सकता है . तथापि, वेस्टिबुलर प्रणाली के कार्यकरण को लक्षित करने वाले उपचार दुर्लभ हैं।
Galvanic Vestibular उत्तेजना (जीवीएस) संतुलन उपायों में सुधार करने के लिए दिखाया गया है , autonomic कामकाज और अन्य संवेदी तौर तरीकों के भीतर मनुष्य के भीतर3,4,5,6. इन सुधारों को स्टोचैस्टिक अनुनाद (एसआर) घटना के कारण कहा जाता है, जो उपथ्रेशोल्ड शोर7,8के अनुप्रयोग के माध्यम से गैर रेखीय प्रणालियों में कमजोर संकेतों का पता लगाने में वृद्धि है। इन अध्ययनों से स्थिर9,10 और गतिशील11,12 शेष और वेस्टिबुलर आउटपुट परीक्षण जैसे ओकुलर काउंटर रोल (ओसीआर)13में सुधार हुआ है . हालांकि, इन अध्ययनों के कई इस तरह के सफेद शोर9के रूप में उत्तेजना मानकों के विभिन्न संयोजनों का इस्तेमाल किया है, रंग का शोर13, विभिन्न उत्तेजना आवृत्ति पर्वतमाला और दहलीज तकनीक. इसलिए, इष्टतम उत्तेजना मानकों अज्ञात रहते हैं और इस प्रोटोकॉल सबसे प्रभावी मापदंडों का निर्धारण करने के साथ सहायता कर सकते हैं. उत्तेजना मानकों के अलावा, उत्तेजना के प्रकार भी चिकित्सकीय और प्रयोगात्मक प्रभावकारिता में महत्वपूर्ण है. मनुष्य में उपरोक्त काम विद्युत शोर उत्तेजनाओं का उपयोग कर प्रदर्शन किया गया था, जबकि विवो पशु काम के बहुत यांत्रिक14,15 या optogenetic16 शोर उत्तेजनाओं का इस्तेमाल किया गया है. यह प्रोटोकॉल वेस्टिबुलर नाभिक पर पड़ने वाले प्रभावों की जांच करने के लिए विद्युत ीय शोर का उपयोग करेगा।
इससे पहले, प्राथमिक वेस्टिबुलर एफ़ीरेंट को प्रोत्साहित करने के लिए जीवीएस का प्रयोग गिलहरी बंदरों में विवो में किया गया था17, चिंचिलस18, चिकन भ्रूण15 और गिनी पिग14. तथापि, इनमें से केवल दो अध्ययनों से यह पता चला है कि प्राथमिक वेस्टिबुलर एफ़ीरेटर्स14,15के लाभ पर जीवीएस के प्रभाव की जांच की गई है . ये प्रयोग विवो में किए गए थे जिसका अर्थ है कि वेस्टिबुलर नाभिक पर लगाए गए उत्तेजना के सटीक पैटर्न का निर्धारण नहीं किया जा सकता है। हमारी जानकारी के लिए, केवल एक अन्य अध्ययन केंद्रीय तंत्रिका तंत्र19में व्यक्तिगत एंजाइमी रूप से असंबद्ध न्यूरॉन्स के लिए stochastic शोर लागू किया गया है। हालांकि, उचित उत्तेजना मानकों और दहलीज तकनीकों का आकलन करने के लिए केंद्रीय वेस्टिबुलर न्यूक्लिय में कोई प्रयोग नहीं किया गया है, जिससे इस प्रोटोकॉल को वेस्टिबुलर के भीतर अलग-अलग न्यूरॉन्स पर प्रोत्साहन प्रभाव ों का निर्धारण करने में अधिक सटीक बना दिया गया है। नाभिक.
यहाँ, हम कैसे sinusoidal और stochastic लागू करने के लिए (विद्युत) शोर सीधे मध्यस्थ वेस्टिबुलर नाभिक में अलग-अलग न्यूरॉन्स के लिए लागू करने के लिए (MVN), न्यूरॉन सीमा निर्धारित करने और लाभ में परिवर्तन को मापने /
Protocol
Representative Results
Discussion
वेस्टिबुलर प्रणाली पर जस्तवेनी वेस्टिबुलर उत्तेजना (जीवीएस ) के प्रभाव कोमनुष्योंमें विवो में 3 ,13,23, गिनी पिग14, कृन्तकों18 और गैर -मानव प्राइमेट<sup class="xr…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
एसपीएस सिडनी स्नातकोत्तर अनुसंधान छात्रवृत्ति के विश्वविद्यालय द्वारा समर्थित किया गया था.
Materials
| CaCl | Scharlau | CA01951000 | Used for ACSF and sACSF |
| D-(+)-Glucose | Sigma | G8270 | Used for ACSF and sACSF |
| EGTA | Sigma | E0396-25G | Used for K-based intracellular solution |
| HEPES | Sigma | H3375-25G | Used for K-based intracellular solution |
| KCl | Chem-supply | PA054-500G | Used for ACSF, sACSF and intracellular solution |
| K-gluconate | Sigma | P1847-100G | Used for K-based intracellular solution |
| Mg-ATP | Sigma | A9187-500MG | Used for K-based intracellular solution |
| MgCl | Chem-supply | MA00360500 | Used for ACSF and sACSF |
| Na3-GTP | Sigma | G8877-100MG | Used for K-based intracellular solution |
| NaCl | Chem-supply | SO02270500 | Use for ACSF and intracellular solution |
| NaH2PO4.2H2O | Ajax | AJA471-500G | Used for ACSF and sACSF |
| NaHCO3 | Sigma | S5761-1KG | Used for ACSF and sACSF |
| Sucrose | Chem-supply | SA030-500G | Used for sACSF |
| Isoflurane | Henry Schein | 1169567762 | Used for anaesthetising mice |
| EQUIPMENT | |||
| Borosilicate glass capillaries | Warner instruments | GC150T-7.5 | 1.5mm OD, 1.16mm ID, 7.5cm length |
| Data acquisition software | Axograph | Used for electrophysiology and analysis | |
| Friedmen-Pearson Rongeurs | World precision instruments | 14089 | Used for dissection |
| Micropipette puller | Narishige | PP-830 | Used for micropipette |
| Multiclamp amplifier | Axon instruments | 700B | Used for electrophysiology |
| pH meter | Sper scientific | 860033 | Used for internal solution |
| Standard pattern scissors | FST | 14028-10 | Used for dissection |
| Sutter micromanipulator | Sutter | MP-225/M | Used for electrophysiology |
| Upright microscope | Olympus | BX51WI | Used for electrophysiology |
| Vibratome | Leica | VT1200 | Used for slicing brain tissue |
References
- Amiridis, I. G., Hatzitaki, V., Arabatzi, F. Age-induced modifications of static postural control in humans. Neuroscience Letters. 350 (3), 137-140 (2003).
- Iwasaki, S., Yamasoba, T. Dizziness and imbalance in the elderly: age-related decline in the vestibular system. Aging and disease. 6 (1), (2015).
- Fujimoto, C., et al. Noisy galvanic vestibular stimulation induces a sustained improvement in body balance in elderly adults. Scientific Reports. 6, 37575 (2016).
- Breen, P. P., et al. Peripheral tactile sensory perception of older adults improved using subsensory electrical noise stimulation. Medical Engineering & Physics. 38 (8), 822-825 (2016).
- Yamamoto, Y., Struzik, Z. R., Soma, R., Ohashi, K., Kwak, S. Noisy vestibular stimulation improves autonomic and motor responsiveness in central neurodegenerative disorders. Annals of Neurology. 58 (2), 175-181 (2005).
- Soma, R., Nozaki, D., Kwak, S., Yamamoto, Y. 1/f noise outperforms white noise in sensitizing baroreflex function in the human brain. Physical Review Letters. 91 (7), 078101 (2003).
- Wiesenfeld, K., Moss, F. Stochastic resonance and the benefits of noise: from ice ages to crayfish and SQUIDs. Nature. 373 (6509), 33-36 (1995).
- Moss, F., Ward, L. M., Sannita, W. G. Stochastic resonance and sensory information processing: a tutorial and review of application. Clinical Neurophysiology. 115 (2), 267-281 (2004).
- Goel, R., et al. Using low levels of stochastic vestibular stimulation to improve balance function. PloS one. 10 (8), e0136335 (2015).
- Inukai, Y., et al. Effect of noisy galvanic vestibular stimulation on center of pressure sway of static standing posture. Brain Stimulation: Basic, Translational, and Clinical Research in Neuromodulation. 11 (1), 85-93 (2018).
- Mulavara, A. P., et al. Using low levels of stochastic vestibular stimulation to improve locomotor stability. Frontiers in Systems Neuroscience. 9, 117 (2015).
- Iwasaki, S., et al. Noisy vestibular stimulation increases gait speed in normals and in bilateral vestibulopathy. Brain stimulation. 11 (4), 709-715 (2018).
- Serrador, J. M., Deegan, B. M., Geraghty, M. C., Wood, S. J. Enhancing vestibular function in the elderly with imperceptible electrical stimulation. Scientific Reports. 8 (1), 336 (2018).
- Kim, J., Curthoys, I. S. Responses of primary vestibular neurons to galvanic vestibular stimulation (GVS) in the anaesthetised guinea pig. Brain Research Bulletin. 64 (3), 265-271 (2004).
- Flores, A., et al. Stochastic resonance in the synaptic transmission between hair cells and vestibular primary afferents in development. 신경과학. 322, 416-429 (2016).
- Huidobro, N., et al. Brownian Optogenetic-Noise-Photostimulation on the Brain Amplifies Somatosensory-Evoked Field Potentials. Frontiers in Neuroscience. 11, 464-464 (2017).
- Goldberg, J., Ferna, C., Smith, C. Responses of vestibular-nerve afferents in the squirrel monkey to externally applied galvanic currents. Brain Research. 252 (1), 156-160 (1982).
- Baird, R., Desmadryl, G., Fernandez, C., Goldberg, J. The vestibular nerve of the chinchilla. II. Relation between afferent response properties and peripheral innervation patterns in the semicircular canals. Journal of Neurophysiology. 60 (1), 182-203 (1988).
- Remedios, L., et al. Effects of Short-Term Random Noise Electrical Stimulation on Dissociated Pyramidal Neurons from the Cerebral Cortex. 신경과학. 404, 371-386 (2019).
- Paxinos, G., Franklin, K. B. . The mouse brain in stereotaxic coordinates. , (2004).
- Camp, A. J., Callister, R. J., Brichta, A. M. Inhibitory synaptic transmission differs in mouse type A and B medial vestibular nucleus neurons in vitro. Journal of Neurophysiology. 95 (5), 3208-3218 (2006).
- Camp, A., et al. Attenuated glycine receptor function reduces excitability of mouse medial vestibular nucleus neurons. 신경과학. 170 (1), 348-360 (2010).
- Iwasaki, S., et al. Effect of Noisy Galvanic Vestibular Stimulation on Ocular Vestibular-Evoked Myogenic Potentials to Bone-Conducted Vibration. Front in Neurology. 8, 26 (2017).
- Goldberg, J., Smith, C. E., Fernandez, C. Relation between discharge regularity and responses to externally applied galvanic currents in vestibular nerve afferents of the squirrel monkey. Journal of Neurophysiology. 51 (6), 1236-1256 (1984).
