Undersøgelser om Ændringer af hippocampus Circuit funktion efter Mild traumatisk hjerneskade
Summary
En flerstrenget tilgang til at undersøge funktionelle ændringer i hippocampus kredsløb er forklaret. Elektrofysiologiske teknikker er beskrevet sammen med skaden protokol, adfærdsmæssige test og regional dissektionsmetoden. Kombinationen af disse teknikker kan anvendes på lignende måde for andre områder af hjernen og videnskabelige emner.
Abstract
Traumatisk hjerneskade (TBI) hjemsøger mere end 1,7 millioner mennesker i USA hvert år, og selv mild TBI kan føre til vedvarende neurologiske nedskrivninger 1. To udbredte og invaliderende symptomer opleves af TBI overlevende, hukommelse underskud og en reduktion i krampetærsklen, menes at være medieret af TBI-induceret hippocampus dysfunktion 2,3. For at demonstrere, hvordan ændret hippocampus kredsløbsfunktion skader adfærd efter TBI hos mus, vi beskæftiger lateral væske slagtøj skade, et almindeligt anvendt dyremodel for TBI, der genskaber mange funktioner af human TBI herunder neuronal celletab, gliosis, og ioniske forstyrrelse 4 – 6.
Her har vi demonstrere en kombinatorisk metode til at undersøge TBI-induceret hippocampus dysfunktion. Vores tilgang indbefatter adskillige ex vivo fysiologiske teknikker sammen med dyrs adfærd og biokemiske analyser, med henblik på at analyserepost-TBI ændringer i hippocampus. Vi begynder med den eksperimentelle skade paradigme sammen med adfærdsmæssige analyse for at vurdere kognitive handicap efter TBI. Næste, vi har tre forskellige ex vivo optagelse teknikker: ekstracellulære område potentiel optagelse, visualiseret hel-celle patch-fastspænding og spænding følsomt farvestof optagelse. Endelig viser vi en fremgangsmåde til regionalt dissekering subregioner af hippocampus, der kan være nyttig til detaljeret analyse af neurokemiske og metaboliske ændringer efter TBI.
Disse fremgangsmåder er blevet anvendt til at undersøge ændringer i hippocampus kredsløb efter TBI og til at probe de modstående ændringer i netværket kredsløbsfunktion, der forekommer i den tandede gyrus og CA1 subregioner af hippocampus (se figur 1). Evnen til at analysere de post-TBI ændringer i hver subregion er nødvendigt for at forstå de underliggende mekanismer, der bidrager til TBI-induceret adfærdsmæssige og kognitive deficits.
Den multi-facetteret system, skitseret her giver efterforskerne at skubbe forbi karakterisering af fænomenologi induceret af en sygdomstilstand (i dette tilfælde TBI) og bestemme de mekanismer, der er ansvarlige for den observerede patologi forbundet med TBI.
Protocol
Discussion
Hver teknik skitseret ovenfor bidrager til større forståelse af den underliggende mekanisme årsag til den konstaterede adfærdsmæssige underskud. Ved at kombinere det unikke oplysninger indhentet ved hver metode, vi er i stand til at undersøge de biologiske mekanismer med mere præcision.
Måling fEPSPs er nyttigt til kvantificering af netto-synaptisk virkning af store, rumligt definerede regioner af neuroner. Det kan også give oplysninger om potentialet i en gruppe af celler til at ge…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Forfatterne vil gerne takke Elliot Bourgeois for hans teknisk bistand. Dette arbejde blev finansieret af National Institutes of Health tilskud R01HD059288 og R01NS069629.
Materials
| Name of the equipment | Company | Catalogue number | Comments (optional) |
| Axopatch 200B amplifier | Molecular Devices | AXOPATCH 200B | Patch-clamp rig |
| Digidata 1322A digitizer | Molecular Devices | Patch-clamp rig | |
| MP-225 micromanipulator | Sutter | MP-225 | Patch-clamp rig |
| DMLFSA microscope | Leica | Patch-clamp rig | |
| Multiclamp 700B amplifier | Molecular Devices | MULTICLAMP 700B | Multipurpose (field) rig |
| Digidata 1440 digitizer | Molecular Devices | Multipurpos (field) rig | |
| MPC-200 micromanipulator | Sutter | MPC-200 | Multipurpose (field) rig |
| BX51WI microscope | Olympus | BX51WI | Multipurpose (field) rig |
| Axoclamp 900A amplifier | Molecular Devices | AXOCLAMP 900A | VSD rig |
| Digidata 1322 digitizer | Molecular Devices | VSD rig | |
| Redshirt CCD-SMQ camera | Redshirt | NCS01 | VSD rig |
| VT 1200S Vibratome | Leica | 14048142066 | |
| P-30 Electrode puller | Sutter | P-30/P | |
| cOmplete protease inhibitor | Roche | 11697498001 |
References
- Faul, M., Xu, L., Wald, M. M., Coronado, V. G. Traumatic Brain Injury in the United States: Emergency Department Visits Hospitalizations and Deaths 2002-2006. Centers for Disease Control and Prevention, National Center for Injury Prevention and Control. , (2010).
- McAllister, T. W. Neuropsychiatric sequelae of head injuries. Psychiatr. Clin. North Am. 15, 395-413 (1992).
- Pierce, J. E., Smith, D. H., Trojanowski, J. Q., McIntosh, T. K. Enduring cognitive, neurobehavioral and histopathological changes persist for up to one year following severe experimental brain injury in rats. NSC. 87, 359-369 (1998).
- Dixon, C. E., et al. A fluid percussion model of experimental brain injury in the rat. J. Neurosurg. 67, 110-119 (1987).
- McIntosh, T. K., et al. Traumatic brain injury in the rat: characterization of a lateral fluid-percussion model. Neuroscience. 28, 233-244 (1989).
- Carbonell, W. S., Grady, M. S. Regional and temporal characterization of neuronal, glial, and axonal response after traumatic brain injury in the mouse. Acta Neuropathol. 98, 396-406 (1999).
- Toth, Z., Hollrigel, G. S., Gorcs, T., Soltesz, I. Instantaneous perturbation of dentate interneuronal networks by a pressure wave-transient delivered to the neocortex. J. Neurosci. 17, 8106-8117 (1997).
- D’Ambrosio, R., Maris, D. O., Grady, M. S., Winn, H. R., Janigro, D. Selective loss of hippocampal long-term potentiation, but not depression, following fluid percussion injury. Brain Res. 786, 64-79 (1998).
- Witgen, B. M. Regional hippocampal alteration associated with cognitive deficit following experimental brain injury: A systems, network and cellular evaluation. Neuroscience. 133, 1-15 (2005).
- Schwarzbach, E., Bonislawski, D. P., Xiong, G., Cohen, A. S. Mechanisms underlying the inability to induce area CA1 LTP in the mouse after traumatic brain injury. Hippocampus. 16, 541-550 (2006).
- Cole, J. T. Dietary branched chain amino acids ameliorate injury-induced cognitive impairment. Proceedings of the National Academy of Sciences. 107, 366-371 (2010).
