בקשת הרעש סטוכסטי להערכת המין המדיאלי שיווי מערכת הרגישות לנוירונים בחוץ
Summary
גירוי בפרוזדור הגלווני בבני אדם מציג שיפורים בתפקוד השייווי. עם זאת, לא ידוע כיצד מתרחשות תופעות אלה. כאן, אנו מתארים כיצד להחיל רעש חשמלי sinusoidal וסטוכסטי ולהעריך הגברה גירוי מתאים המוני בתוך הC57BL האמצעי המדילי בפרוזדור הבין-שיווי של הנוירונים בתוך העכבר.
Abstract
גירוי בפרוזדור הגלווני (GVS) הוכח לשפר את צעדי האיזון אצל אנשים עם איזון או ליקויי שיווי משקל. זה מוצע בגלל תופעת התהודה הסטוכסטית (SR), המוגדרת כיישום של גירוי ברמה נמוכה/תת-הסף למערכת לא-לינארית כדי להגביר את הזיהוי של אותות חלשים. עם זאת, עדיין לא ידוע כיצד SR מציג את ההשפעות החיוביות שלו על איזון האדם. זוהי אחת ההפגנות הראשונות של ההשפעות של רעש sinusoidal וסטוכסטי על נוירונים בודדים. שימוש בתאים כולו מהדק התיקון האלקטרופיזיולוגיה, sinusoidal והרעש סטוכסטי ניתן להחיל ישירות על נוירונים בודדים בגרעין הפרוזדור המדיאלי (MVN) של C57BL/6 עכברים. כאן אנו מדגימים כיצד לקבוע את הסף של נוירונים MVN על מנת להבטיח את הגירוי sinusoidal ו סטוכסטי הם תת הסף ומכאן, לקבוע את ההשפעות כי כל סוג של רעש יש על הרווח העצבי MVN. אנו מראים כי sinusoidal הסף ואת הרעש סטוכסטי יכול לווסת את הרגישות של נוירונים בודדים ב MVN מבלי להשפיע על שיעורי ירי בסיס.
Introduction
מערכת שיווי המאזניים (או איזון) שולטת בתחושת האיזון שלנו על-ידי שילוב של מידע שמיעתי, בעלי מראה מסוחושי וחזותי. השפלה של מערכת שיווי המאזניים הוצגה כפונקציה של הגיל והיא עלולה לגרום לשיווי משקל1,2. עם זאת, טיפולים המכוונים לתפקוד מערכת השמיעה הם נדירים.
גירוי באוזן הגלותי (gvs) הוכח לשפר את צעדי האיזון, התפקוד האוטונומי ושיטות החישה האחרות בתוך בני אדם3,4,5,6. שיפורים אלה אמורים להיות בשל תופעת התהודה הסטוכסטית (SR), שהיא העלייה בזיהוי אותות חלשים יותר במערכות שאינן לינאריות דרך היישום של רעש תת-הסף7,8. מחקרים אלה הראו שיפוריםסטטי 9,10 ודינמי 11,12 איזון, ובדיקות פלט שיווי משקל כגון גליל הדלפק (OCR)13. עם זאת, רבים של מחקרים אלה השתמשו צירופים שונים של פרמטרים הגירוי כגון רעש לבן9, רעש צבעוני13, שונים תדירות הגירוי טווחים וטכניקות סף. לכן, פרמטרי גירוי אופטימליים נשארים בלתי ידועים ופרוטוקול זה יכול לסייע בקביעת הפרמטרים היעילים ביותר. מלבד הגירוי פרמטרים, סוג של גירוי חשוב גם ביעילות טיפולית וניסויית. העבודה לעיל בבני אדם בוצעה באמצעות גירויים רעש חשמלי, בעוד הרבה של vivo בעלי חיים בעבודה השתמשו מכני14,15 או אלקטרואופטיקה16 גירויים רעש. פרוטוקול זה ישתמש ברעש חשמלי כדי לבחון את ההשפעות על גרעיני השמיעה.
בעבר, היישום של gvs לעורר שיווי מעיים העיקרי afferents בוצעה ב vivo בקופי סנאי17, שינשילות18, עוברי עוף15 ושרקנים14. עם זאת, רק שניים ממחקרים אלה בדק את האפקט gvs יש על הרווח של שיווי המשקל הראשי afferents14,15. ניסויים אלו בוצעו בvivo כלומר, לא ניתן לקבוע את דפוסי הגירוי המדויקים המוטלים על גרעיני השמיעה. לידיעתך, רק מחקר אחד נוסף החלה רעש סטוכסטי לנוירונים בודדים אנזימטי הפרעות במערכת העצבים המרכזית19. עם זאת, ניסויים לא בוצעו בתוך הגרעין המרכזי שיווי הבמה כדי להעריך את הפרמטרים המתאימים גירוי וטכניקות סף, מה שהופך את הפרוטוקול הזה מדויק יותר בקביעת השפעות גירוי על נוירונים בודדים בתוך הפרוזדור גרעינים.
כאן, אנו מתארים כיצד להחיל sinusoidal ו סטוכסטי (חשמל) רעש ישירות לנוירונים בודדים בגרעין הפרוזדור המדיאלי (MVN), לקבוע סף עצבי ולמדוד שינויים רווח/רגישות.
Protocol
Representative Results
Discussion
ההשפעות של גירוי שיווי הגוף הגלווני (gvs) על מערכת השמיעה היתה מודגשת בשנת vivo בבני אדם3,13,23, שרקנים14, מכרסמים18 ו פרימטים לא אנושיים24. עם זאת, אף אחד ממחקרים אלה העריכו את ההשפעה הישירה של רעש חשמלי על הרג…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
SPS הייתה נתמכת על ידי מלגת המחקר של אוניברסיטת סידני לתואר שני.
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. Neuroscience. 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. Neuroscience. 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. Neuroscience. 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).
