이 프로토콜은 자유롭게 움직이는 의식이 있는 마우스의 세포외 전기생리학적 특성을 밝히기 위해 운동 피질(MC)에서 세포외 기록 방법론을 설명하고, 관심 행동의 기저에 있는 네트워크 신경 활동을 평가하는 데 유용한 국소전위(LFP) 및 스파이크의 데이터 분석을 설명합니다.
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방법 논문
자유롭게 움직이는 마우스의 다채널 세포외 기록
* These authors contributed equally
이 논문에서
요약
초록
이 프로토콜은 전기생리학적 신호를 자발적 및/또는 특정 행동과 연관시킴으로써 특정 작업을 수행하는 마우스에서 신경 세포 발화 및 네트워크 국소장 전위(LFP)의 특성을 밝히는 것을 목표로 합니다. 이 기술은 이러한 행동의 기초가 되는 뉴런 네트워크 활동을 연구하는 데 유용한 도구입니다. 이 논문은 자유롭게 움직이는 의식이 있는 마우스에서 전극 이식 및 그에 따른 세포외 기록에 대한 상세하고 완전한 절차를 제공합니다. 이 연구에는 미세 전극 어레이를 이식하고, 다중 채널 시스템을 사용하여 운동 피질(MC)에서 LFP 및 신경 세포 스파이크 신호를 캡처하고, 후속 오프라인 데이터 분석을 위한 자세한 방법이 포함됩니다. 의식이 있는 동물에서 다중 채널 기록의 장점은 더 많은 수의 스파이킹 뉴런과 뉴런 아형을 얻고 비교할 수 있어 특정 행동과 관련 전기생리학적 신호 간의 관계를 평가할 수 있다는 것입니다. 특히, 본 연구에서 기술한 다채널 세포외 기록 기법 및 데이터 분석 절차는 행동하는 마우스에서 실험을 수행할 때 다른 뇌 영역에도 적용될 수 있다.
서론
세포외 신호의 중요한 구성 요소인 국소전위(LFP)는 여러 행동에 대한 신경 코드를 형성하는 대규모 뉴런 집단의 시냅스 활동을 반영합니다1. 신경 활동에 의해 생성된 스파이크는 LFP에 기여하는 것으로 간주되며 신경 코딩에 중요합니다2. 스파이크와 LFP의 변화는 알츠하이머병과 같은 여러 뇌 질환과 두려움 등의 감정을 매개하는 것으로 입증되었습니다.3,4. 많은 연구에서 동물의 스파이크 활동이 깨어 있는 상태와 마취된 상태 간에 유의한 차이가 있음을 강조했다는 점은 주목할 가치가 있다5. 마취된 동물에서의 기록은 고도로 정의된 피질 동기화 상태에서 최소한의 인공물로 LFP를 평가할 수 있는 기회를 제공하지만, 결과는 깨어 있는 피험자에서 발견될 수 있는 것과는 어느 정도 다르다 6,7,8. 따라서 뇌에 이식된 전극을 이용하여 각성 뇌 상태에서 각종 질환의 장시간 규모와 넓은 공간적 규모에 걸친 신....
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프로토콜
모든 마우스는 상업적으로 수득하였고, 22-25°C의 실온 및 50%-60%의 상대 습도에서 12시간 빛/12시간 어두운 주기(현지 시간 08:00에 점등)로 유지하였다. 생쥐들은 먹이와 물을 지속적으로 공급받을 수 있었다. 모든 실험은 화남사범대학의 실험동물 관리 및 사용 지침에 따라 수행되었으며 기관 동물 윤리 위원회의 승인을 받았습니다. 생후 3-5개월 된 수컷 C57BL/6J 마우스를 실험에 사용하였다.
1. 마이크로 드라이브 시스템 조립
- 이동식 마이크로 드라이브를 고정하는 나사와 두 개의 스툴을 사용하여 두 개의 컴퓨터 설계 기판을 연결하고 커넥터를 하나의 기판에 연결합니다(그림 1A, Bi-iii). 나사(0.5mm/원)를 비틀어 마이크로 드라이브를 구동합니다.
- 마이크로 드라이브가 MC 영역의 각 측면에 대해 8개의 가이드 튜브(길이 ~3cm, 내경 ~50μm, 외경 ~125μm)로 구성된 두 세트를 운반할 수 있는지 확인한 다음 동일한 길이(최소 15mm; 그림 1Biv, v).
- 직....
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결과
고역 통과(250Hz) 필터를 적용하여 원시 신호에서 다중 단위 스파이크를 추출했습니다(그림 6A). 또한, PCA에 의해 정렬된 일반 마우스의 MC에서 기록된 단위를 검증하고(그림 7A-D), 마우스의 MC에 있는 단위의 밸리 폭과 파형 지속 시간을 기록했습니다. 그 결과, 생쥐에서 MC 추정 피라미드 뉴런(Pyn)의 밸리 폭과 파형 지속 시간이 추정 인터뉴런(IN)보다 높다는 것을 보여주었습니다(그림 7E,F; 두 개의 샘플 Mann-Whitney 테스트; 밸리 폭의 경우, 추정 Pyn: 0.636ms ± 0.004ms, 추정 IN: 0.614ms ± 0.001ms, p = 0.002; 파형 지속 시간, 추정 Pyn: 0.095 ms ± 0.004 ms, 추정.......
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토론
자유롭게 움직이는 마우스의 다중 채널 기록은 신경 과학 연구에서 유용한 기술로 간주되어 왔지만 초보자가 신호를 기록하고 분석하는 것은 여전히 매우 어렵습니다. 본 연구에서는 마이크로 드라이브 시스템을 만들고 전극 이식을 수행하기 위한 간단한 지침과 스파이크 분류 소프트웨어 및 신경 생리학적 데이터 분석을 위한 소프트웨어를 통해 전기 신호를 캡처하고 분석하는 간단한 절차를 제공합니다.
맞춤형 마이크로 드라이브 시스템의 품질이 자유롭게 움직이는 마우스(14,15,16,17)에서 안정적이고 정성적인 신호의 획득에 크게 기여한다는 점을 감안할 때, 본 연구에서는 마이크로 드라이브 시스템을 위해 보다 견고하고 가벼운 구조를 설계하고 사용했으며, .......
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공개 사항
저자는 공개할 것이 없습니다.
감사의 글
이 연구는 중국 국립자연과학재단(31871170, 32170950, 31970915), 광둥성 자연과학재단(2021A1515010804 및 2023A1515010899), 광둥성 자연과학재단 주요 재배 프로젝트(2018B030336001), 광둥성 보조금: 뇌질환 치료를 위한 핵심 기술(2018B030332001)의 보조금으로 지원되었습니다.
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참고문헌
- Buzsáki, G., Anastassiou, C. A., Koch, C. The origin of extracellular fields and currents--EEG, ECoG, LFP and spikes. Nature Reviews Neuroscience. 13 (6), 407-420 (2012).
- Singer, W. Synchronization of cortical ac....
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