Authors
Contact Us

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • תוצאות
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

אנו מציגים הקלטה vivo electroפיסיולוגית של פוטנציאל השדה המקומי (lfp) בקליפת המנוע הדו המשני (M2) של עכברים, אשר ניתן להחיל על הערכת האונה הצדדית. המחקר חשף רמות ששונו של סנכרון בין M2 שמאל וימין ב-APP/PS1 עכברים לעומת שולטת WT.

Abstract

מאמר זה מדגים הליכים שלמים ומפורטים הן בהקלטה ובניתוח vivo דו-צדדיים של פוטנציאל השדה המקומי (lfp) באזורים הקורטיקליים של העכברים, השימושיים להערכת שימוש אפשרי בחסרונות, כמו גם עבור הערכת קישוריות המוח צימוד של פעילויות הרשת העצבית במכרסמים. המנגנונים הפתולוגיים שבבסיס מחלת האלצהיימר (AD), מחלה ניווניות נפוצה, נשארים לא ידועים ברובו. שונה המוח משני הוכח הפגינו אנשים הזדקנות, אבל אם הפרט החריג הוא אחד הסימנים המוקדמים של AD לא נקבע. כדי לחקור את זה, הקלטנו את הדו LFPs ב 3-5-החודש-הישן לספירה עכברים מודל, APP/PS1, יחד עם מסוג פראי להזדווג (WT) פקדים. LFPs של קליפת מנוע שמאל וימין משני (M2), במיוחד בלהקת גמא, היו מסונכרנים יותר ב-APP/PS1 עכברים מאשר בפקדים WT, מציע האונה המיורה סימטרי של M2 דו צדדי במודל זה לעכבר לספירה. בעיקר, תהליכי ההקלטה וניתוח הנתונים הם גמישים וקלים לביצוע, ויכולים להיות גם מיושמים על מסלולים אחרים במוח כאשר עורכים ניסויים המתמקדים במעגלים עצביים.

Introduction

מחלת אלצהיימר (AD) היא הצורה השכיחה ביותר של דמנציה1,2. ביתא עמילואיד בחלבון (β-עמילואיד בחלבון, Aβ) התצהיר ו neurofibrillary סבך (בתרי) הם המאפיינים הפתולוגיים העיקריים של המודעה3,4,5, אבל המנגנונים הבסיסיים לספירה פתוגנזה נשארת בלתי ברורה. קליפת המוח, מבנה המפתח בקוגניציה ובזיכרון, לקויה ב-6לספירה, וליקויים מוטוריים כגון הליכה איטית, הקושי מנווט את הסביבה ואת הפרעות הליכה להתרחש עם ההתקדמות גיל7. Aβ ההצהרה ואת נוירופיבריליאן סבך יש גם נצפתה בקליפת premotor (PMC) ובאזור מנוע המשלים (SMA) ב לספירה חולים8 ו מבוגרים השפיעו באופן בלתי מבוגר9, המציין את מעורבות של מנוע לקויי מערכת בפתוגנזה לספירה.

המוח נוצר על ידי שתי אונות מוחית נפרדות המחולקים באמצעות סדק אורכי. מוח בריא מציג הן אסימטריות מבניים והן פונקציונלי10, אשר נקרא "הקשר", המאפשר למוח להתמודד ביעילות עם משימות ופעילויות מרובות. הזדקנות התוצאות בהתדרדרות בקוגניציה ובתנועה, יחד עם הפחתה במוח החוצה11,12. היכולות המוטוריים של האונה השמאלית ברור במוח בריא13, אבל במוח המודעה הקשר החריג מתרחשת כתוצאה של כישלון של שליטה האונה השמאלית הקשורה ניוון שמאל של קליפת המוח14, 15,16. לכן, הבנה של שינוי אפשרי של מחדש המוח בפתוגנזה לספירה ואת המנגנונים הבסיסיים עשויים לספק תובנות חדשות לתוך פתוגנזה לספירה ולהוביל זיהוי של סמנים פוטנציאליים לטיפול.

מדידה אלקטרופיסיולוגית היא שיטה רגישה ואפקטיבית להערכת שינויים בפעילויות הנוירואליות של בעלי חיים. הפחתה של המירה א-סימטריה בזקני (הרולד)17 תועדה על ידי מחקר אלקטרולוגי עם זמן העברה מסונכרן בין-ממדי, המראה היחלשות או היעדרות של המירה-סימטריה להצגה מונאורית גירוי דיבור בקשישים18. ניצול APP/PS1, אחד הדגמים הנפוצים ביותר בשימוש בעכבר19,20,21,22, בשילוב עם vivo הקלטה דו צדדית של lfps בשתי שמאל וימין M2, אנחנו ערך הערכה של למידת הספירה האפשרית ב-AD. בנוסף, עם הגדרות פרמטרים פשוטות, הפונקציה המובנית של תוכנת ניתוח נתונים (ראה טבלת החומרים) מספקת דרך מהירה וישירה יותר לנתח את הסנכרון של אותות חשמליים מבחינה מתמטית שפת תכנות מורכבת, הידידותית למתחילים עם vivo electrophysiology.

Protocol

כל בעלי החיים היו משויכים בתנאים סטנדרטיים (12 h אור/כהה, טמפרטורה קבועה, גישה חופשית למזון ולמים) על פי משרד המדע הסינית למדעי הטכנולוגיה בעלי חיים הנחיות וניסויים אושרו על ידי הוועדה האתית המקומית של אוניברסיטת גואנגג'ואו. . זהו נוהל שאינו הישרדות

הערה: עבור נתונים המוצגים בתוצאות הנציג, APP/PS1 (B6C3-Tg (APPswe PSEN1dE9) 85 Dbo/J) עכברים כפולים טרנסגניים וכפר מסוג פראי (WT) שולטת ב 3-5 חודשים של גיל, שימשו הקלטות (n = 10, לכל קבוצה).

1. הרדמה לבעלי חיים וניתוח

  1. משטר ההרדמה המאושר שלך. מועדת הטיפול בבעלי החיים המקומי
  2. לבצע זנב או לצבוט בבוהן עם מלקחיים כדי לאשר הרדמה עמוקה לפני הניתוח.
  3. הצב את העכבר במנגנון סטריאוטקאני ותקן את ראשו.
  4. להחיל משחה העין על שתי העיניים כדי לשמור לח. בצע את ההנחיות לטיפול בבעלי חיים מקומי בנוגע לחוסר כאבים מראש ולאחר הניתוח.
  5. לגלח את השיער באמצעות קוצץ כירורגי. לעשות חתך קטן (12-15 מ"מ) באמצע האזור כירורגי חשוף עם מספריים. באמצעות מלקחיים, משוך בעדינות את הקרקפת הרחק מקו האמצע.
  6. הפרידו את העור בעדינות והסירו רקמה שיורית. לנקות את הגולגולת באמצעות מימן מצופה תחמוצת כותנה ניצנים.
  7. מקדחה שני חורים קטנים של רדיוi 1.0-1.5 מ"מ בצדדים שמאל וימין של הגולגולת כדי לאפשר החדרת מיקרואלקטרודות ההקלטה לאזורים M2 תחת stereomicroscope (איור 1א).
    הערה: מיקומים סטריאוטקליים של M2 דו-ממדי: 1.94 מ"מ הקדמי אל ברז, 1.0 מ"מ לרוחב קו האמצע, ו 0.8-1.1 מ"מ והוא לתוך הדורא.
  8. הסר את מאטר דורא בזהירות עם מחט טונגסטן.
  9. משוך זכוכית בורוסיליקט-מיקרופיפטות (קוטר חיצוני: 1.0 מ"מ) מיקרואלקטרודות הקלטה עם עמידות של 1-2 MΩ.
  10. הכנס שני מיקרואלקטרודות הקלטה נפרדות מלאות 0.5 מ ' לתוך החורים באמצעות מיקרומניפולציה מכניים (ב 60 °, איור 1ב).

2. LFP הקלטות ב-M2 דו צדדי של עכברים

  1. הנמך את אלקטרודות הזכוכית השמאלית והימנית לאט לתוך הקואורדינטות המתאימות של M2 דו-ממדי (איור 1ג).
  2. עבור בקרת איכות, לבדוק את ההתנגדות של כל אלקטרודה באמצעות המגבר ההפרש לפני לכידת LFPs.
  3. הגדר את תהליך ההקלטה ב 0.1 Hz high-pass ו 1,000 הרץ נמוך לעבור עם 1, 000x הגברה.
  4. איסוף נתונים סרוקים LFP גולמיים של לפחות 60 s פעילויות ספונטניות במצב יציב, עם עכברים נושמים באופן שווה בקצב הנשימה של 2 נשימות לשנייה תחת הרדמה.
  5. לאחר ההקלטה, להרים לאט את האלקטרודות מהמוח, ואז המתת החסד של העכברים על ידי נקע בצוואר הרחם.
  6. שמור את הנתונים ונתח באופן לא מקוון.

3. ניתוח מתאם צולב

  1. לחץ על ניתוח-מתאם צורת גל בתוכנת הניתוח ויבא את הנתונים.
  2. הגדרות פרמטר
    1. הגדר אות ערוץ אחד בצורת גל כערוץ הראשון והשני כהפניה. הגדר רוחב כ-2 והיסט כ-1 (איור 2א).
    2. הגדר את משך הזמן של שני LFPs עבור 100 s על-ידי בחירה בשעת ההתחלה ובשעת הסיום. לחץ על לחצן התהליך כדי לבצע ניתוח מתאם חוצה (איור 2ב).
      הערה: אותות דו-צדדיים בו עם משכים כאלה יהיו ארוכים מספיק כדי להציג פעילויות ספונטניות באופן עצבי, ובכך לחשוף את המאפיינים הבסיסיים של סנכרון.
  3. לחץ על קובץ-ייצוא בשם, ולאחר מכן שמור את תוצאות מתאם מקושרות המתאימות לתרשים המוקפץ המתקבל בתבנית. txt.
  4. פתח את קובץ ה-. txt (איור 2ג), הסר את ערכי המתאם בזמן פערים נע 0 ± 0.01 s (מכיוון ששני גלי גמא רציפים יש לפחות מרווח של 0.01 s), ולאחר מכן הממוצע את שאר נתוני מתאם החוצה בחלק השלילי בזמן שלילי או ממוצע את שאר נתוני המתאם החוצה בחלק החיובי של זמן ההשהיה.

4. אנליזה קוהרנטית

  1. יבא והפעל את הנתונים בתוכנת הניתוח.
  2. הקצה את שני האותות LFP להיות הערוצים הראשון והשני בצורת גל בנפרד. לאחר מכן הגדר את ערך גודל הבלוק (איור 3א).
    הערה: גודל הבלוק משמעו את מספר נקודות הנתונים המשמשות ב-FFT. ככל שגודל הבלוק גדול יותר, כך ייטב רזולוציית התדירות. כאן אנו ממליצים להגדיר את זה כ 4096.
  3. הזז את הקווים המנוקדים באופן ידני כדי לוודא שדיוק הזמן עבור אותות בשני הערוצים מוגדר כאותה תקופה (איור 3ב). לחצו על הלחצן ' הוסף אזור ' כדי לטעון את האזור ולבצע ניתוח קוהרנטיות.
  4. לחץ על קובץ שמירה בשם כדי לשמור את התוצאות קוהרנטיות המתאימות לתרשים המוקפץ המתקבל בתבנית. txt (איור 3ב).

תוצאות

כדי לראות אם מוקדם לפתולוגיה של AD פוגע בקיבולת של החצי הכדור המחצית, ערכנו הקלטות lfp דו צדדיות בשמאל ובימין M2 של APP/PS1 עכברים ו-WT שולטת (בגילאי 3-5 חודשים), וניתח את הקורלציה הצולבת של אלה שמאל ו ימין LFPs. בעכברים WT, התוצאות הראו כי הקורלציה מתכוון בין שמאל לימין LFPs בזמן חיובי lfps שונה באופן משמעות?...

Discussion

אנו מדווחים כאן על ההליך בהקלטה vivo דו-צדדיים דו צדדית, יחד עם ניתוח הסנכרון של אותות lfp באזור כפול, שהוא גמיש וקל לנהל להערכת המוח האונה הסופי, כמו גם ה קישוריות, כיוון או צימוד בין פעילות עצבית של שני אזורי מוח. זה יכול לשמש רבות כדי לחשוף לא רק פעילויות נוירואליות, אלא גם כמה מאפיינים בס...

Disclosures

. למחברים אין מה לגלות

Acknowledgements

עבודה זו הייתה נתמכת על ידי מענקים מן הקרן הלאומית למדע הטבע של סין (31771219, 31871170), חטיבת המדע והטכנולוגיה של גואנג-דונג (2013KJCX0054), ואת הקרן המדע הטבעי של פרובינצית גואנג-דונג (2014A030313418, 2014A030313440).

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
AC/DC Differential AmplifierA-M SystemsModel 3000
Analog Digital converterCambridge Electronic Design Ltd.Micro1401
Glass borosilicate micropipettesNanjing spring teaching experimental equipment company161230Outer diameter: 1.0mm
Microelectrode pullerNarishigePC-10
NaClGuangzhou Chemical Reagent Factory7647-14-5
Pin microelectrode holderWorld Precision Instruments, INC.MEH3SW10
Spike2 Cambridge Electronic Design Ltd.
StereomicroscopeZeiss435064-9020-000
Stereotaxic apparatus RWD Life Science68045
UrethaneSigma-Aldrich94300

References

  1. Goedert, M., Spillantini, M. G. A century of Alzheimer's disease. Science. 314 (5800), 777-781 (2006).
  2. Perrin, R. J., Fagan, A. M., Holtzman, D. M. Multimodal techniques for diagnosis and prognosis of Alzheimer's disease. Nature. 461 (7266), 916-922 (2009).
  3. Cummings, B. J., Pike, C. J., Shankle, R., Cotman, C. W. Beta-amyloid deposition and other measures of neuropathology predict cognitive status in Alzheimer's disease. Neurobiology of aging. 17 (6), 921-933 (1996).
  4. Gordon, M. N., et al. Correlation between cognitive deficits and Abeta deposits in transgenic APP+PS1 mice. Neurobiology of aging. 22 (3), 377-385 (2001).
  5. Fitzpatrick, A. W. P., et al. Cryo-EM structures of tau filaments from Alzheimer's disease. Nature. 547 (7662), 185-190 (2017).
  6. Shankar, G. M., et al. Amyloid-beta protein dimers isolated directly from Alzheimer's brains impair synaptic plasticity and memory. Nature medicine. 14 (8), 837-842 (2008).
  7. Buchman, A. S., Bennett, D. A. Loss of motor function in preclinical Alzheimer's disease. Expert review of neurotherapeutics. 11 (5), 665-676 (2011).
  8. Arnold, S. E., Hyman, B. T., Flory, J., Damasio, A. R., Van Hoesen, G. W. The topographical and neuroanatomical distribution of neurofibrillary tangles and neuritic plaques in the cerebral cortex of patients with Alzheimer's disease. Cerebral cortex. 1 (1), 103-116 (1991).
  9. Giannakopoulos, P., Hof, P. R., Michel, J. P., Guimon, J., Bouras, C. Cerebral cortex pathology in aging and Alzheimer's disease: a quantitative survey of large hospital-based geriatric and psychiatric cohorts. Brain research. Brain research reviews. 25 (2), 217-245 (1997).
  10. Renteria, M. E. Cerebral asymmetry: a quantitative, multifactorial, and plastic brain phenotype. Twin research and human genetics : the official journal of the International Society for Twin Studies. 15 (3), 401-413 (2012).
  11. Derflinger, S., et al. Grey-matter atrophy in Alzheimer's disease is asymmetric but not lateralized. Journal of Alzheimer's disease : JAD. 25 (2), 347-357 (2011).
  12. Abdul Manan, H., Yusoff, A. N., Franz, E. A., Sarah Mukari, S. Z. Early and Late Shift of Brain Laterality in STG, HG, and Cerebellum with Normal Aging during a Short-Term Memory Task. ISRN neurology. 2013, 892072 (2013).
  13. Kim, S. G., et al. Functional magnetic resonance imaging of motor cortex: hemispheric asymmetry and handedness. Science. 261 (5121), 615-617 (1993).
  14. Bartolomeo, P., D'Erme, P., Perri, R., Gainotti, G. Perception and action in hemispatial neglect. Neuropsychologia. 36 (3), 227-237 (1998).
  15. Bartolomeo, P., et al. Right-side neglect in Alzheimer's disease. Neurology. 51 (4), 1207-1209 (1998).
  16. Thompson, P. M., et al. Tracking Alzheimer's disease. Annals of the New York Academy of Sciences. 1097, 183-214 (2007).
  17. Cabeza, R., Anderson, N. D., Locantore, J. K., McIntosh, A. R. Aging gracefully: compensatory brain activity in high-performing older adults. NeuroImage. 17 (3), 1394-1402 (2002).
  18. Bellis, T. J., Nicol, T., Kraus, N. Aging affects hemispheric asymmetry in the neural representation of speech sounds. The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience. 20 (2), 791-797 (2000).
  19. Jankowsky, J. L., et al. Co-expression of multiple transgenes in mouse CNS: a comparison of strategies. Biomolecular engineering. 17 (6), 157-165 (2001).
  20. Venegas, C., et al. Microglia-derived ASC specks cross-seed amyloid-beta in Alzheimer's disease. Nature. 552 (7685), 355-361 (2017).
  21. Busche, M. A., et al. Tau impairs neural circuits, dominating amyloid-beta effects, in Alzheimer models in vivo. Nat Neurosci. 22 (1), 57-64 (2019).
  22. Velazquez, R., et al. Maternal choline supplementation ameliorates Alzheimer's disease pathology by reducing brain homocysteine levels across multiple generations. Molecular Psychiatry. , (2019).
  23. Huo, Q., et al. Prefrontal Cortical GABAergic Dysfunction Contributes to Aberrant UP-State Duration in APP Knockout Mice. Cerebral Cortex. 27 (8), 4060-4072 (2017).
  24. Palop, J. J., et al. Aberrant excitatory neuronal activity and compensatory remodeling of inhibitory hippocampal circuits in mouse models of Alzheimer's disease. Neuron. 55 (5), 697-711 (2007).
  25. Ang, G., et al. Absent sleep EEG spindle activity in GluA1 (Gria1) knockout mice: relevance to neuropsychiatric disorders. Translational Psychiatry. 8 (1), 154 (2018).
  26. Funk, C. M., Honjoh, S., Rodriguez, A. V., Cirelli, C., Tononi, G. Local Slow Waves in Superficial Layers of Primary Cortical Areas during REM Sleep. Current Biology. 26 (3), 396-403 (2016).
  27. Gregoriou, G. G., Gotts, S. J., Zhou, H., Desimone, R. High-frequency, long-range coupling between prefrontal and visual cortex during attention. Science. 324 (5931), 1207-1210 (2009).
  28. Zheng, C., Bieri, K. W., Hsiao, Y. T., Colgin, L. L. Spatial Sequence Coding Differs during Slow and Fast Gamma Rhythms in the Hippocampus. Neuron. 89 (2), 398-408 (2016).
  29. Freeman, W. J., Holmes, M. D., West, G. A., Vanhatalo, S. Fine spatiotemporal structure of phase in human intracranial EEG. Clinical neurophysiology : official journal of the International Federation of Clinical Neurophysiology. 117 (6), 1228-1243 (2006).
  30. Fries, P. Rhythms for Cognition: Communication through Coherence. Neuron. 88 (1), 220-235 (2015).
  31. Cardin, J. A., et al. Driving fast-spiking cells induces gamma rhythm and controls sensory responses. Nature. 459 (7247), 663-667 (2009).
  32. Verret, L., et al. Inhibitory interneuron deficit links altered network activity and cognitive dysfunction in Alzheimer model. Cell. 149 (3), 708-721 (2012).
  33. Ahlbeck, J., Song, L., Chini, M., Bitzenhofer, S. H., Hanganu-Opatz, I. L. Glutamatergic drive along the septo-temporal axis of hippocampus boosts prelimbic oscillations in the neonatal mouse. Elife. 7, (2018).
  34. Spellman, T., et al. Hippocampal-prefrontal input supports spatial encoding in working memory. Nature. 522 (7556), 309-314 (2015).
  35. Vandecasteele, M., et al. Optogenetic activation of septal cholinergic neurons suppresses sharp wave ripples and enhances theta oscillations in the hippocampus. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 111 (37), 13535-13540 (2014).
  36. Seidenbecher, T., Laxmi, T. R., Stork, O., Pape, H. C. Amygdalar and hippocampal theta rhythm synchronization during fear memory retrieval. Science. 301 (5634), 846-850 (2003).
  37. Zitnik, G. A., Curtis, A. L., Wood, S. K., Arner, J., Valentino, R. J. Adolescent Social Stress Produces an Enduring Activation of the Rat Locus Coeruleus and Alters its Coherence with the Prefrontal Cortex. Neuropsychopharmacology : official publication of the American College of Neuropsychopharmacology. 41 (5), 1376-1385 (2015).
  38. Rogers, L. J., Zucca, P., Vallortigara, G. Advantages of having a lateralized brain. Proceedings. Biological sciences / The Royal Society. 271, 420-422 (2004).
  39. Vallortigara, G. The evolutionary psychology of left and right: costs and benefits of lateralization. Developmental psychobiology. 48 (6), 418-427 (2006).
  40. MacNeilage, P. F., Rogers, L. J., Vallortigara, G. Origins of the left, right brain. Scientific American. 301 (1), 60-67 (2009).
  41. Habas, P. A., et al. Early folding patterns and asymmetries of the normal human brain detected from in utero MRI. Cerebral cortex. 22 (1), 13-25 (2012).
  42. Dennis, N. A., Kim, H., Cabeza, R. Effects of aging on true and false memory formation: an fMRI study. Neuropsychologia. 45 (14), 3157-3166 (2007).
  43. Cabeza, R., et al. Task-independent and task-specific age effects on brain activity during working memory, visual attention and episodic retrieval. Cerebral cortex. 14 (4), 364-375 (2004).
  44. Cherbuin, N., Reglade-Meslin, C., Kumar, R., Sachdev, P., Anstey, K. J. Mild Cognitive Disorders are Associated with Different Patterns of Brain asymmetry than Normal Aging: The PATH through Life Study. Frontiers in psychiatry / Frontiers Research Foundation. 1, 11 (2010).
  45. Jankowsky, J. L., et al. Mutant presenilins specifically elevate the levels of the 42 residue beta-amyloid peptide in vivo: evidence for augmentation of a 42-specific gamma secretase. Human molecular genetics. 13 (2), 159-170 (2004).
  46. Radde, R., et al. Abeta42-driven cerebral amyloidosis in transgenic mice reveals early and robust pathology. EMBO reports. 7 (9), 940-946 (2006).
  47. Lacor, P. N., et al. Abeta oligomer-induced aberrations in synapse composition, shape, and density provide a molecular basis for loss of connectivity in Alzheimer's disease. The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience. 27 (4), 796-807 (2007).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

149vivo electrophysiology

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved