Gelijktijdige opnamen van corticale lokale veld Potentials, elektrocardiogram Electromyogram en ademhaling ritme van een vrij bewegende Rat
Summary
Deze studie introduceert een methode voor het gelijktijdig opnemen van lokale veld potentieel in de hersenen, elektrocardiogrammen, electromyograms en signalen voor een vrij bewegend rat te ademen. Deze techniek, die experimentele kosten vermindert en vereenvoudigt gegevensanalyse, zal bijdragen aan het begrip van de interacties tussen de hersenen en perifere organen.
Abstract
Bewaking van de fysiologische dynamiek van de hersenen en perifere weefsels is noodzakelijk voor het aanpakken van een aantal vragen over hoe de hersenen controles body functies en inwendige organen ritmes wanneer dieren worden blootgesteld aan emotionele uitdagingen en veranderingen in hun leefomgeving. In het algemeen worden experimenten, signalen van verschillende organen, zoals de hersenen en het hart, door onafhankelijke opnamesystemen die vereisen meerdere opname-apparaten en verschillende procedures voor het verwerken van de gegevensbestanden geregistreerd. Deze studie beschrijft een nieuwe methode die gelijktijdig elektrische biosignals, met inbegrip van tientallen lokale veld potentieel in meerdere hersengebieden elektrocardiogrammen die de cardiale ritme vertegenwoordigen, en electromyograms die wakker vertegenwoordigen kunt controleren / slaap-gerelateerde spiercontractie en signalen, in een vrij bewegende rat te ademen. De configuratie van de opname van deze methode is gebaseerd op een conventionele micro-drive-arrays voor corticale lokale potentiële veldopnames waarin tientallen elektroden worden ondergebracht en de signalen die deze elektroden verkregen zijn geïntegreerd in één Elektrisch bord gemonteerd op de kop van het dier. Hier, was deze opname-systeem verbeterd zodat signalen uit het perifere organen ook naar een elektrische interfacekaart overgebracht worden. In een enkele operatie, zijn elektroden eerst apart ingeplant de juiste lichaamsdelen en de doelgebieden van de hersenen. De open uiteinden van al deze elektroden zijn daarna vastgesoldeerd aan afzonderlijke kanalen van het elektrische bord boven het hoofd van het dier, zodat alle signalen kunnen worden geïntegreerd in de interne elektrische bestuur. Dit bord verbinden met een opname-apparaat zorgt voor de verzameling van alle signalen in een enkel apparaat, die experimentele kosten vermindert en vereenvoudigt de verwerking van de gegevens, omdat alle gegevens kunnen worden verwerkt in het zelfde gegevensbestand. Deze techniek zal helpen het begrip van de neurofysiologische correlaten van de associaties tussen centrale en perifere organen.
Introduction
Het centrale zenuwstelsel besturingselementen lichaam Staten in reactie op de diverse veranderingen in het milieu en dit besturingselement wordt meestal weergegeven als veranderingen in harttarief, ademhalingstarief, en spiercontracties. Nochtans, hebben de weinige studies getest hoe dergelijke perifere fysiologische factoren worden geassocieerd met corticale activiteit. Om dit probleem te verhelpen, is een grootschalige opnamemethode voor controle van elektrische biosignals van zowel de centrale en de perifere weefsels noodzakelijk. In de hersenschors, zijn lokale veld potentiële (LFP) signalen extracellularly opgenomen door elektroden die worden ingevoegd in de corticale weefsels1,2,3. Als u wilt gelijktijdig opnemen van meerdere LFP signalen van de corticale gebieden van kleine zoogdieren, zoals ratten en muizen, hebben een aantal studies ontwikkeld verschillende soorten op maat gemaakte elektrode-assemblages die micro-stations worden genoemd. Een conventionele micro-aandrijving is samengesteld uit metalen schroeven gekoppeld aan de middelste delen van de elektroden (die zijn meestal schutterijofficieren) en een romp dat geschikt is voor de schroeven en de elektroden een elektrische interfacekaart (EIB) dat geschikt is voor metalen gaatjes Sluit de open uiteinden van de elektroden (Figuur 1, Figuur 2en Figuur 3). Deze elektrode vergadering maakt de exploitant aan het bepalen van de diepte van vele elektroden in de hersenen in de loop van dagen tot weken ingevoegd, en laat de uitvoering van langdurige chronische opnames van neuronale activiteit als het dier wordt uitgedaagd met verschillende gedrags taken. In de perifere organen, heartbeat signalen worden opgenomen als elektrocardiogrammen (ECG) door een paar van elektroden die worden geïmplanteerd op of rond het hart gebied4,5,6, en skeletspieren signalen zijn opgenomen Als electromyograms (EMGs) met elektroden die worden ingevoegd in de spier weefsel7,8,9. De relatie tussen elektrische signalen van de bulbus olfactorius en ritme van de ademhaling (BR) is onderzocht met één eenheid opnames10,11. In conventionele opnamesystemen, deze signalen uit verschillende weefsels en zijn vastgelegd door onafhankelijke opname-apparaten, wat betekent dat een extra experimenteel systeem moet juist het synchroniseren van deze meerdere apparaten voor gelijktijdige opnames van signalen van de hersenen-lichaam. Dit systeem werd ontwikkeld om deze kwestie te overwinnen. In dit systeem, zijn alle elektrische signalen opgenomen van perifere organen, met inbegrip van ECG’s, EMGs en elektrische signalen van de bulbus olfactorius die overeenkomen met het ritme van de ademhaling, geïntegreerd in een enkele micro-drive arrays1,2 ,3, hier genoemd een integratieve micro-drive-arrays. Dit systeem vereist slechts één multi-kanaals opname-apparaat, en is van toepassing op elke conventionele micro-drive-arrays. De voordelen van deze techniek zijn dat het vereist geen speciale apparatuur of trigger signalen aan de opnametijd van meerdere apparaten, en het laat voor gegevensverwerking handiger, omdat alle signalen worden geregistreerd als soortgelijke gegevens. Deze techniek zal helpen het begrip van de neurofysiologische correlaten van de associaties tussen centrale en perifere organen. Deze paper beschrijft de procedures die zijn gekoppeld aan de techniek en presenteert representatieve datasets verkregen van een rat.
Protocol
Representative Results
Discussion
Om inzicht te krijgen hoe de hersenen moduleert perifere activiteitenniveaus, en vice versa, grootschalige methoden om gelijktijdig vangen elektrische biosignals uit meerdere lichaamsgebieden opname noodzakelijk zijn. Deze studie beschreven een chirurgische ingreep, en een opname-systeem voor het toezicht op cerebrale lokale veld mogelijkheden, tarieven van het hart, de omvang van de bouw van de spier en de luchtwegen tarieven die zijn verbeterd op een opnamesysteem dat wordt gebruikt voor extracellulaire opnamen in hers…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd gesteund door Kaken-hi 17 H 05939; 17 H 05551, de Nakatomi Foundation, en de Suzuken Memorial Foundation.
Materials
| FEP Hookup Wire Stranded Stainless Steel | Cooner Wire Company, Chatsworth, CA | AS 633 | Bioflex wire |
| EIB-36-PTB | Neuralynx, Inc., Bozeman, MT | EIB-36-PTB | EIB |
| Cereplex M | Blackrock Microsystems, Salt Lake City, UT | Digital headstage | |
| Cereplex Direct | Blackrock Microsystems, Salt Lake City, UT | Data acquisition system | |
| UEW polyurethane magnet wire | Oyaide.com, Tokyo, Japan | UEW 0.14mm 20m | Enamel wire |
| SD-102 | Narishige, Tokyo, Japan | SD-102 | High-speed drill |
| Minimo ONE SERIES ver.2 | Minitor Co.,Ltd, Tokyo, Japan | C2012 | High-peed drill Power Supply |
| Provinice 250 mL | Shofu Inc., Kyoto, Japan | 213620136 | Dental cement |
| Small Animal Anesthetizer | Biomachinery, Chiba, Japan | TK-7 | Anesthetizer |
| Buprenorphine hydrochloride | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO | B7536-1ML | Analgesic |
| Isoflurane | DS Pharma Animal Health, Osaka, Japan | Isoflu 250mL | |
| Vaseline, White | Wako Pure Chemical Industries, Ltd., Osaka, Japan | 224-00165 | Vet ointment |
| Sodium alginate | Nacalai tesque, Kyoto, Japan | 31131-85 | |
| Calcium Chloride Dihydrate | Wako Pure Chemical Industries, Ltd., Osaka, Japan | 031-00435 | |
| Stainless steel screw M1.0×4.0 | MonotaRO, Hyogo, Japan | 42617504 | Stainless steel screw for BR electrodes |
| Stainless steel screw M1.4×3.0 | MonotaRO, Hyogo, Japan | 42617687 | Stainless steel screw for g/r electrodes and anchors |
References
- Kloosterman, F., et al. Micro-drive Array for Chronic in vivo Recording: Drive Fabrication. JoVE. (26), e1094 (2009).
- Nguyen, D. P., et al. Micro-drive Array for Chronic in vivo Recording: Tetrode Assembly. Journal of Visualized Experiments : JoVE. (26), e1098 (2009).
- Jog, M. S., et al. Tetrode technology: advances in implantable hardware, neuroimaging, and data analysis techniques. J Neurosci Methods. 117 (2), 141-152 (2002).
- Fenske, S., et al. Comprehensive multilevel in vivo and in vitro analysis of heart rate fluctuations in mice by ECG telemetry and electrophysiology. Nat Protoc. 11 (1), 61-86 (2016).
- Rossi, S., et al. The effect of aging on the specialized conducting system: a telemetry ECG study in rats over a 6 month period. PLoS One. 9 (11), 112697 (2014).
- Cesarovic, N., Jirkof, P., Rettich, A., Arras, M. Implantation of radiotelemetry transmitters yielding data on ECG, heart rate, core body temperature and activity in free-moving laboratory mice. JoVE. (57), (2011).
- Zeredo, J. L., Kumei, Y., Shibazaki, T., Yoshida, N., Toda, K. Measuring biting behavior induced by acute stress in the rat. Behav Res Methods. 41 (3), 761-764 (2009).
- Young, G. A., Khazan, N. Electromyographic power spectral changes associated with the sleep-awake cycle and with diazepam treatment in the rat. Pharmacol Biochem Be. 19 (4), 715-718 (1983).
- Oishi, Y., et al. Polygraphic Recording Procedure for Measuring Sleep in Mice. JoVE. (107), e53678 (2016).
- Chaput, M. A. Respiratory-phase-related coding of olfactory information in the olfactory bulb of awake freely-breathing rabbits. Physiol Behav. 36 (2), 319-324 (1986).
- Ravel, N., Pager, J. Respiratory patterning of the rat olfactory bulb unit activity: Nasal versus tracheal breathing. Neurosci Lett. 115 (2-3), 213-218 (1990).
- Okada, S., Igata, H., Sakaguchi, T., Sasaki, T., Ikegaya, Y. A new device for the simultaneous recording of cerebral, cardiac, and muscular electrical activity in freely moving rodents. J Pharmacol Sci. 132 (1), 105-108 (2016).
- Sasaki, T., Nishimura, Y., Ikegaya, Y. Simultaneous Recordings of Central and Peripheral Bioelectrical Signals in a Freely Moving Rodent. Biol Pharm Bull. 40 (5), 711-715 (2017).
