Este protocolo descreve um método simples para gravação simultânea de co localizada Eletroencefalografia (EEG) e multi-laminar local campo potencial em um rato anestesiado. Um orifício de trépano, perfurado o crânio para a inserção de um microeléctrodo é mostrado para produzir distorção negligenciável do sinal EEG.
Apesar de eletroencefalografia (EEG) é amplamente utilizada como uma técnica não-invasiva para gravação de atividades neurais do cérebro, nosso entendimento sobre a neurogênese de EEG é ainda muito limitado. Potenciais de campo local (LFPs) gravados através de um microeléctrodo multi-laminar podem fornecer um relato mais detalhado da atividade neural simultânea em diferentes camadas corticais no neocórtex, mas a técnica é invasiva. Combinar medidas de EEG e LFP em um modelo pré-clínico pode extremamente aumentar a compreensão dos mecanismos neurais envolvidos na geração de sinais EEG e facilitar a derivação de um modelo matemático mais realista e biologicamente exato de EEG. Um procedimento simples para a aquisição de EEG simultâneo e co localizada e multi-laminar LFP sinais no roedor anestesiado é aqui apresentado. Também investigamos se sinais EEG foram significativamente afetados por um orifício de trépano, perfurado o crânio para a inserção de um microeléctrodo. Nossos resultados sugerem que a trepanação tem um impacto insignificante na gravações de EEG.
É geralmente aceite que LFPs gravadas através de microeletrodos principalmente refletem a soma ponderada das atividades sinápticas excitatórias e inibitórias sincronizadas de populações locais de neural piramidal1,2,3 , 4. nossa pesquisa recente demonstrou que o perfil do sinal do LFP pode ser separado em componentes de excitação e inibição de5,6. No entanto, LFP é normalmente medido através de um procedimento invasivo, não é adequado para a maioria dos estudos do cérebro humano.
Por outro lado, o EEG é uma técnica não-invasiva para medir a atividade elétrica do cérebro. É amplamente utilizado como uma ferramenta diagnóstica para certos tipos de doenças neurológicas como a epilepsia e como uma ferramenta de pesquisa em estudos cognitivos humanos. Apesar de sua popularidade, uma grande limitação de EEG é a incapacidade de interpretar seus perfis temporais precisamente em termos do subjacente sinais neurais7,8,9.
Cada vez mais, os modelos matemáticos de EEG são desenvolvidos para melhorar a compreensão do cérebro função10,11,12,13,14,15. A maioria dos modelos existentes de EEG é desenvolvida com base na frequência domínio as características do modelo previsto de saída para o espectro de dados de EEG durante a atividade espontânea de montagem, e muito poucos modelos de EEG podem gerar potenciais evocados sensoriais realistas. Neste contexto, gravações simultâneas de EEG e LFP irão fornecer uma visão importante e restrições para o desenvolvimento de modelos matemáticos mais precisos de EEG.
Para atender a essa necessidade para gravações simultâneas explorar a origem neural do EEG, desenvolvemos uma metodologia para gravar simultaneamente EEG e multi-laminar LFP sinais no neocórtex do rato anestesiado. A instalação é semelhante de estudos anteriores de EEG/LFP simultâneos, realizados em primatas16,17. Investigamos mais o efeito de um orifício de trépano, perfurado o crânio em gravações de EEG em torno do furo, através da comparação bilaterais gravações de EEG (ou seja, um hemisfério com um orifício de trépano, o outro hemisfério intacto) na ausência de sensorial estimulação. Nossos resultados demonstram que gravações simultâneas de EEG/LFP podem efectuar-se simples e eficaz, com pouca distorção do sinal EEG da trepanação do crânio.
Descrevemos um procedimento experimental para gravação simultânea de sinais de EEG e LFP co localizadas de um rato de isoflurano anestesiados em resposta à estimulação de almofada whisker. Um microeléctrodo foi inserido o neocórtex através de uma abertura no eletrodo de aranha EEG que foi alinhado com um orifício de trépano, perfurado o crânio. O eletrodo foi fixado ao crânio por um condutor e adesivo EEG colar23. O cone de nariz, usado para a administração de isoflurano foi modificado para que os eletrodos de estimulação pode ser inserido a almofada dos whiskers com facilidade.
O colar de EEG foi eficaz na montagem do eletrodo de aranha firmemente ao crânio, proporcionando excelente condutividade elétrica durante todo o dia experimental, sem a necessidade de aplicativos adicionais de colar. Substituiu o uso indesejável de colagem para reparar a periferia do eléctrodo aranha no crânio, como colagem é não-condutora e pode aumentar a impedância do eléctrodo se corre entre o crânio e o eletrodo. Colar de EEG tem um número de vantagens sobre gel de EEG, que é difícil de forma ao redor do orifício de trépano e pode secar durante o experimento, resultando em sinais de EEG pobres.
Como o rato foi colocado dentro de uma gaiola de Faraday, ruído elétrico devido ao ambiente extremamente foi atenuado. No entanto, às vezes o sinal neural ainda era muito barulhento. Na maioria dos casos, isso foi causado pelo eletrodo de referência não está bem posicionado e, portanto, precisava ser reajustado ou EEG mais colar usado. Outro problema comum que era a LFP evocado pequena amplitude. Isto pode ser devido o microeléctrodo não posicionado no centro da região cortical ativada pelos eletrodos de estimulação. Em vez de re-inserir o microeléctrodo, que poderia causar mais danos para os neurônios locais, geralmente ajustamos a posição dos eléctrodos de estimulação da almofada da Suiça até uma razoável amplitude de LFP (> 3 mV) podia ser observada.
Uma das limitações da técnica é a resolução espacial pobre do eléctrodo aranha, que tem um diâmetro de 6 mm. Isto é grande em comparação com o tamanho do crânio de ratos. Infelizmente, o eletrodo de aranha usado aqui é o menor disponível para compra. Será desejável para reduzir o diâmetro do eletrodo aranha para 2-4 mm, aumentando assim a especificidade espacial de gravações de EEG, fazendo a comparação entre o sinal de EEG e o supragranular LFP sinal menos ambíguo.
Vários passos críticos no protocolo precisam de atenção especial. O primeiro é a inserção do microeléctrodo através do orifício de trépano. Como a dura-máter, caso contrário está intacta, a precisão da inserção é crucial. Uma leve resistência na ponta do eletrodo geralmente significa que o eletrodo não está posicionado corretamente. Ele deve ser aumentado, posição ajustada e re-inserido. O segundo é a posição do cone de nariz no rato. Não deve ser demasiado solta, como o isoflurano pode escapar através do cone. Também não deve ser muito apertado, pois isso pode obstruir as narinas do rato e causar dificuldade para respirar. Atenção especial também é necessário para garantir que a amplitude da gravação do EEG é muito menor (geralmente 5 a 10 vezes menor) do que a LFP top canais de gravação. Se eles são semelhantes, é uma indicação de que a sonda de EEG tem entrar em contato direto ou indireto com o microeléctrodo. Um contato indireto é geralmente através do fluido espinal cerebral (CSF) que às vezes enche o buraco perfurado no crânio. A condutividade do CSF é tipicamente 100 vezes do crânio24,25. Assim, se o nível do CSF do orifício de trépano é suficientemente elevado, pode fazer contato com o eletrodo de aranha. Para evitar isso, o furo deve ser limpos frequentemente com esponjas algodão super absorvente, tais como as lanças de absorção.
O efeito de uma trepanação (diâmetro < 2 mm) no crânio no EEG gravação em torno do buraco foi estudada, colocando outro eletrodo de aranha no crânio intacto no topo do barril ipsi-lateral córtex para que as gravações de EEG bilaterais podem ser comparadas. Os resultados mostrados na Figura 9 e Figura 10, sugiro que o efeito de ser insignificante para o nível de significância de 0,05. Outros fatores que afetam a amplitude do EEG incluem quão bem o colar de EEG foi em contato com o crânio, firme como o eletrodo foi pressionado para o colar e a extensão espacial da pasta de EEG no crânio.
Também vale a pena notar que o protocolo descrito aqui registada crânio EEG, que é diferente do couro cabeludo EEG usado em estudos humanos de EEG. O couro cabeludo age como um resistor ou um filtro low-pass, que irá reduzir a relação sinal-ruído de EEG gravação ainda mais.
Finalmente, comparação da dinâmica temporal do ERP e da LFP evocado em camadas corticais sugerem que o potencial evocado somatossensorial reflete melhor a LFP na camada supragranular do córtex do que na granular e camadas de infragranular. Isto está de acordo com nossos anteriores trabalhos6, demonstrando que o segmento inicial (P1) do ERP está relacionado com o atual retorno decorrente da afluência do excitatórios sináptica atual que ocorrem na camada granular, enquanto a subsequente diminuição ( N1) em ERP pode estar relacionado com a chegada atrasada de camadas aferente a cortical talâmica II/III e/ou feedforward sinais de camadas corticais mais profundas. Em conclusão, gravações simultâneas de EEG/LFP podem aumentar a compreensão do genesis neural de EEG e facilitar a modelagem matemática de EEG em termos de sinais neurais em camadas corticais.
The authors have nothing to disclose.
Gostaríamos de agradecer a Andrew Cripps e unidade BioResource na Universidade de Reading. Esta pesquisa foi financiada pelo BBSRC (número de concessão: BB/K010123/1). Dados associados a este trabalho são livremente disponíveis a partir do Y.Z. (ying.zheng@reading.ac.uk).
Female Lister Hood rats | Charles Rivers | ||
Spider electrode | Unimed Electrode Supplies Ltd | SCS24-426 | |
EEG paste: Ten20 | Unimed Electrode Supplies Ltd | 10-20-S | |
Stereotaxic holder with dual micromanipulator arms: Dual Manipulator Stereotaxic Frame with 18° Ear Bars | WPI (World Precision Instruments) | 502603 | |
Isoflurane | National Vet Services Limited | 50878 | |
Hard plastic nose cone: Anasthesia Gas Mask for Rat | WPI | 502054 | |
Small animal isoflurane anaesthetic system | WPI | EZ-B800A | |
Thermostatic heating pad: Rat Blanket System 230V | Harvard Apparatus UK | 50-7221-F | |
Ophthalmic ointment: Optixcare eye lube | Viovet | 203865 | |
Lidocaine Hydrochloride (Injection 2%) | Larkmead Vets | ||
Jacquette Scaler #1SSE, 18cm, Hollow | WPI | 503421 | |
Serrated and curved dissecting forceps | WPI | 15915 | |
Braided silk, non-absorbable suture: Mersilk Suture W502H | National Vet Services Limited | 153746 | |
Dental drill: BONE MICRO DRILL SYST 230 VAC | Harvard Apparatus UK | 72-4860 | |
Sterile Saline: Sodium chloride 0.9% | Animalcare Ltd | 14K26BT | |
Drill bit #4 : Ball Mill, Carbide, #4 | Harvard Apparatus UK | 72-4958 | |
Drill bit #4 : Ball Mill, Carbide, #1/4 | Harvard Apparatus UK | 72-4962 | |
Faraday cage | Newport Corporation | VIS-FDC-3600 | |
Vibration isolation workstation: Vision IsoStation | Newport Corporation | M-VIS3660-RG4-325A | |
Oximeter Control Unit and sensor: MouseOxPlus, Starr Life Sciences Corp. | WPI | O15001 | |
Transparent soft nose cone: Microflex Non-Rebreathing Unit with a Rat Nosecone | WPI | EZ-103A | |
Stainless steel stimulating electrodes | PlasticsOne | E363/1/SPC | |
Isolated current stimulator | Made in House | ||
16-channel micro-electrode, 100 μm spacing, area of each site 177 μm2 | NeuroNexus | A1x16-10mm-100-177-A16 | |
16-channel acute headstage | Tucker David Technologies Inc., TDT | RA16AC-Z | |
Pre-Amplifier: Z-Series 64-Channel Neuro-Digitizing Preamp | TDT | PZ5-64 | |
Passive signal splitter: 32-Channel Splitter Box for PZ5 | TDT | S-BOX_PZ5 | |
Data acquisition unit: RZ2 BioAmp Processor. Z-Series 4-DSP ultra high performance processor | TDT | RZ2-4 | |
Software for Neurophysiology: OpenEX | TDT | ||
Matlab | MathWorks | ||
Absorption spears | Fine Sicence Tools | 18105-01 |