Name: simultaneous recordings of cortical local field potentials, electrocardiogram, electromyogram, and breathing rhythm from a freely moving rat
Uploaded: 2018-04-02T13:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Simultaneous Recordings of Cortical Local Field Potentials, Electrocardiogram, Electromyogram, and Breathing Rhythm from a Freely Moving Rat at JoVE.com

Dette arbejde blev støttet af Kak-Hej 17 H 05939; 17 H 05551, Nakatomi Foundation og Suzuken Memorial Foundation.

Alle de procedurer, der involverer dyr emner blev udført ifølge NIH retningslinjer for pleje og brug af dyr.
1. forberedelse af matrixen Integrativ mikro-drev
<ol><li>Oprette en mikro-drev array for kortikale LFP optagelser som beskrevet andetsteds1,2,3. Orlov på mindst 6 metal huller åbne på en elektrode grænsefladekredsløb (EIB) til brug som EMG-ECG-BR-kanaler, der er tilsluttet bioflex led...

<ol>
	<li>Kloosterman, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Micro-drive+Array+for+Chronic+in+vivo+Recording:+Drive+Fabrication.">Micro-drive Array for Chronic in vivo Recording: Drive Fabrication.</a> JoVE. (26), e1094 (2009).</li><li>Nguyen, D. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Micro-drive+Array+for+Chronic+in+vivo+Recording:+Tetrode+Assembly.">Micro-drive Array for Chronic in vivo Recording: Tetrode Assembly.</a> Journal of Visualized Experiments : JoVE. (26), e1098 (2009).</li><li>Jog, M. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tetrode+technology:+advances+in+implantable+hardware,+neuroimaging,+and+data+analysis+techniques.">Tetrode technology: advances in implantable hardware, neuroimaging, and data analysis techniques.</a> J Neurosci Methods. 117 (2), 141-152 (2002).</li><li>Fenske, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comprehensive+multilevel+in+vivo+and+in+vitro+analysis+of+heart+rate+fluctuations+in+mice+by+ECG+telemetry+and+electrophysiology.">Comprehensive multilevel in vivo and in vitro analysis of heart rate fluctuations in mice by ECG telemetry and electrophysiology.</a> Nat Protoc. 11 (1), 61-86 (2016).</li><li>Rossi, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effect+of+aging+on+the+specialized+conducting+system:+a+telemetry+ECG+study+in+rats+over+a+6+month+period.">The effect of aging on the specialized conducting system: a telemetry ECG study in rats over a 6 month period.</a> PLoS One. 9 (11), 112697 (2014).</li><li>Cesarovic, N., Jirkof, P., Rettich, A., Arras, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Implantation+of+radiotelemetry+transmitters+yielding+data+on+ECG,+heart+rate,+core+body+temperature+and+activity+in+free-moving+laboratory+mice.">Implantation of radiotelemetry transmitters yielding data on ECG, heart rate, core body temperature and activity in free-moving laboratory mice.</a> JoVE. (57), (2011).</li><li>Zeredo, J. L., Kumei, Y., Shibazaki, T., Yoshida, N., Toda, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measuring+biting+behavior+induced+by+acute+stress+in+the+rat.">Measuring biting behavior induced by acute stress in the rat.</a> Behav Res Methods. 41 (3), 761-764 (2009).</li><li>Young, G. A., Khazan, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electromyographic+power+spectral+changes+associated+with+the+sleep-awake+cycle+and+with+diazepam+treatment+in+the+rat.">Electromyographic power spectral changes associated with the sleep-awake cycle and with diazepam treatment in the rat.</a> Pharmacol Biochem Be. 19 (4), 715-718 (1983).</li><li>Oishi, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Polygraphic+Recording+Procedure+for+Measuring+Sleep+in+Mice.">Polygraphic Recording Procedure for Measuring Sleep in Mice.</a> JoVE. (107), e53678 (2016).</li><li>Chaput, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Respiratory-phase-related+coding+of+olfactory+information+in+the+olfactory+bulb+of+awake+freely-breathing+rabbits.">Respiratory-phase-related coding of olfactory information in the olfactory bulb of awake freely-breathing rabbits.</a> Physiol Behav. 36 (2), 319-324 (1986).</li><li>Ravel, N., Pager, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Respiratory+patterning+of+the+rat+olfactory+bulb+unit+activity:+Nasal+versus+tracheal+breathing.">Respiratory patterning of the rat olfactory bulb unit activity: Nasal versus tracheal breathing.</a> Neurosci Lett. 115 (2-3), 213-218 (1990).</li><li>Okada, S., Igata, H., Sakaguchi, T., Sasaki, T., Ikegaya, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+new+device+for+the+simultaneous+recording+of+cerebral,+cardiac,+and+muscular+electrical+activity+in+freely+moving+rodents.">A new device for the simultaneous recording of cerebral, cardiac, and muscular electrical activity in freely moving rodents.</a> J Pharmacol Sci. 132 (1), 105-108 (2016).</li><li>Sasaki, T., Nishimura, Y., Ikegaya, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simultaneous+Recordings+of+Central+and+Peripheral+Bioelectrical+Signals+in+a+Freely+Moving+Rodent.">Simultaneous Recordings of Central and Peripheral Bioelectrical Signals in a Freely Moving Rodent.</a> Biol Pharm Bull. 40 (5), 711-715 (2017).</li></ol>

For at forstå hvordan hjernen modulerer perifere aktivitetsniveau, og vice versa, storstilet optagelse metoder til at samtidig indfange elektriske biosignalers fra flere krop områder er nødvendige. Denne undersøgelse beskrev en kirurgisk procedure, og en optagelse system til overvågning af cerebral lokale felt potentialer, hjerte rum, omfanget af muskel opførelse og respiratorisk satser, der er blevet forbedret på et registreringssystem, der bruges til ekstracellulære optagelser i hjernevæv. Dette system indsaml...

Centralnervesystemet styrer kroppen stater som svar på forskellige miljømæssige ændringer, og denne kontrol er typisk repræsenteret som ændringer i hjertefrekvens, åndedrætsfrekvens og muskelsammentrækninger. Men få undersøgelser har testet hvor perifere fysiologiske faktorer er forbundet med kortikale aktivitet. For at løse dette problem, er en storstilet optagelse metode til overvågning af elektriske biosignalers fra både centrale og perifere væv nødvendige. I hjernebarken registreres lokale felt potentielle (LFP) signaler extracellularly af elektroder, der er indsat i det kortikale væv1,2,3. Hvis du vil samtidig optage flere LFP signaler fra de kortikale regioner af små pattedyr, såsom rotter og mus, har en række undersøgelser udviklet forskellige typer af skræddersyede elektrode assemblies, der kaldes mikro-drev. En konventionel micro-drive er sammensat af metal skruer knyttet til de midterste dele af elektroderne, (som typisk er Tetroder), en core krop, som kan rumme skruer og elektroder og en elektrisk grænsefladekredsløb (EIB), der kan rumme metal huller til Tilslut de åbne ender af elektroder (figur 1, figur 2og figur 3). Denne elektrode samling gør det muligt for operatøren at styre dybden af mange elektroder indsat i hjernen i løbet af dage til uger, og giver mulighed for gennemførelse af langfristede kroniske optagelser af neuronal aktivitet som dyret bliver udfordret med forskellige adfærdsmæssige opgaver. I perifere organer, hjerteslag signaler registreres som elektrokardiogrammer (EKG'er) af et par af elektroder, der er implanteret på eller omkring hjertet område4,5,6, og skeletmuskulatur signaler registreres som electromyograms (EMGs) med elektroder, som er indsat i muskel væv7,8,9. Forholdet mellem elektriske signaler af olfaktoriske pære og vejrtrækning (BR) rytme er blevet undersøgt med enkelt enhed optagelser10,11. I konventionelle optagelsessystemer, disse signaler fra forskellige væv har været fanget af uafhængige enheder til videooptagelse, hvilket betyder, at en yderligere eksperimentel system skal netop synkronisere disse flere enheder for samtidige optagelser af hjerne-krop signaler. Dette system blev udviklet for at overvinde dette problem. I dette system, er alle elektriske signaler registreret fra de perifere organer, herunder EKG'er, EMGs og elektriske signaler fra lugtekolben, der afspejler vejrtrækning rytme, integreret i en enkelt micro-drev array1,2 ,3, her kaldes en integrativ mikro-drev array. Dette system kræver kun en multi-kanal optagelse enhed, og gælder for alle konventionelle mikro-drev array. Fordelene ved denne teknik er at det ikke kræver nogen særlige enheder eller udløser signaler til at matche optagetid på flere enheder, og det giver mulighed for mere praktisk databehandling, da alle signalerne, der er registreret som lignende datatyper. Denne teknik vil støtte forståelsen af de neurofysiologiske korrelerer til Associeringskontrakter mellem centrale og perifere organer. Dette papir beskriver de procedurer, der er forbundet med teknikken og præsenterer repræsentative datasæt fra en rotte.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:1088px;" width="1089">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:307px;">FEP Hookup Wire Stranded Stainless Steel&#160;</td>
			<td style="width:324px;">Cooner Wire Company, Chatsworth, CA</td>
			<td style="width:127px;">AS 633</td>
			<td style="width:331px;">Bioflex wire</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">EIB-36-PTB</td>
			<td>Neuralynx, Inc., Bozeman, MT</td>
			<td>EIB-36-PTB</td>
			<td>EIB</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Cereplex&#160; M</td>
			<td>Blackrock&#160; Microsystems, Salt Lake City, UT</td>
			<td></td>
			<td>Digital headstage</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Cereplex Direct&#160;</td>
			<td>Blackrock&#160; Microsystems, Salt Lake City, UT</td>
			<td></td>
			<td>Data acquisition system</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">UEW polyurethane magnet wire</td>
			<td>Oyaide.com, Tokyo, Japan</td>
			<td>UEW 0.14mm 20m&#160;</td>
			<td>Enamel wire</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">SD-102</td>
			<td>Narishige, Tokyo, Japan</td>
			<td>SD-102</td>
			<td>High-speed drill</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Minimo ONE SERIES ver.2</td>
			<td>Minitor Co.,Ltd, Tokyo, Japan</td>
			<td>C2012</td>
			<td>High-peed drill Power Supply&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Provinice 250 mL</td>
			<td>Shofu Inc., Kyoto, Japan</td>
			<td style="width:127px;">213620136</td>
			<td style="width:331px;">Dental cement</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Small Animal Anesthetizer&#160;</td>
			<td>Biomachinery, Chiba, Japan</td>
			<td>TK-7</td>
			<td>Anesthetizer&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Buprenorphine hydrochloride</td>
			<td>Sigma-Aldrich, St. Louis, MO</td>
			<td style="width:127px;">B7536-1ML</td>
			<td>Analgesic</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Isoflurane</td>
			<td>DS Pharma Animal Health, Osaka, Japan&#160;</td>
			<td>Isoflu 250mL</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Vaseline, White&#160;</td>
			<td>Wako Pure Chemical Industries, Ltd., Osaka, Japan</td>
			<td>224-00165&#160;</td>
			<td>Vet ointment&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">&#160;Sodium alginate</td>
			<td>Nacalai tesque, Kyoto, Japan</td>
			<td>31131-85</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Calcium Chloride Dihydrate</td>
			<td>Wako Pure Chemical Industries, Ltd., Osaka, Japan</td>
			<td>031-00435&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Stainless steel screw M1.0&#215;4.0&#160;</td>
			<td>MonotaRO, Hyogo, Japan</td>
			<td style="width:127px;">42617504</td>
			<td>Stainless steel screw for BR electrodes</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:307px;">Stainless steel screw M1.4&#215;3.0</td>
			<td>MonotaRO, Hyogo, Japan</td>
			<td>42617687</td>
			<td>Stainless steel screw for g/r electrodes and anchors</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

simultaneous recordings of cortical local field potentials, electrocardiogram, electromyogram, and breathing rhythm from a freely moving rat

Overvågning af fysiologiske dynamikken i hjernen og perifere væv er nødvendige for at løse en række spørgsmål om, hvordan hjernen styrer kroppen funktioner og indre organ rytmer når dyr udsættes for følelsesmæssige udfordringer og ændringer i deres levende miljøer. I almindelighed, eksperimenter, signaler fra forskellige organer, såsom hjernen og hjertet, registreres af uafhængige optagelsessystemer, der kræver flere enheder til videooptagelse og forskellige procedurer for behandling af datafiler. Denne undersøgelse beskriver en ny metode, der samtidig kan overvåge elektriske biosignalers, herunder titusinder af lokale felt potentialer i flere områder af hjernen, elektrokardiogrammer, der repræsenterer den hjerterytmen, electromyograms, der repræsenterer vågen / søvn-relateret muskelsammentrækning, og vejrtrækning signaler, i en frit bevægende rotte. Optagelse konfigurationen af denne metode er baseret på en konventionel mikro-drev array for kortikale lokale felt potentielle optagelser, hvor snesevis af elektroder er indkvarteret, og signalerne fra disse elektroder er integreret i en enkelt elektrisk bord monteret på dyrets hoved. Her, blev denne optagelse system forbedret, så signaler fra de perifere organer er også overført til en elektrisk interface bord. I en enkelt operation, er elektroder først separat implanteret i de passende kropsdele og hjernen målområder. De åbne ender af alle disse elektroder er derefter loddet til individuelle kanaler af elektriske bestyrelsen over dyrets hoved, så at alle signaler kan integreres i den enkelt elektrisk bord. Tilsluttet en optageenhed dette board giver mulighed for samling af alle signalerne i en enkelt enhed, der reducerer eksperimentelle omkostninger og forenkler databehandling, fordi alle data kan håndteres i den samme datafil. Denne teknik vil støtte forståelsen af de neurofysiologiske korrelerer til Associeringskontrakter mellem centrale og perifere organer.

Denne metode kan samtidig indfange bioelektriske signaler fra flere organer, der repræsenterer den neuronal aktivitet i hjernen, puls, vejrtrækning rytme og skeletmuskulatur sammentrækninger (figur 1). Figur 4 giver repræsentative optagelse data fra en frit bevægende rotte, der frit fouragering i en rektangulær kasse (25 × 40 cm2). Eksempel datasættet omfatter typisk adfærdsmæssige overgange ...

Watch this Scientific Journal Video about Simultaneous Recordings of Cortical Local Field Potentials, Electrocardiogram, Electromyogram, and Breathing Rhythm from a Freely Moving Rat at JoVE.com

Simultaneous Recordings of Cortical Local Field Potentials, Electrocardiogram, Electromyogram, and Breathing Rhythm from a Freely Moving Rat

Denne undersøgelse introducerer en metode til den samtidige optagelse af lokalt felt potentialer i hjernen, elektrokardiogrammer, electromyograms, og vejrtrækning signaler af en frit bevægende rotte. Denne teknik, som reducerer eksperimentelle omkostninger og forenkler dataanalyse, vil bidrage til forståelse af samspillet mellem hjernen og perifere organer.

Samtidige optagelser af kortikale lokale felt potentialer, elektrokardiogram, Electromyogram og vejrtrækning rytmen fra en frit bevægende rotte

Monitoring the physiological dynamics of the brain and peripheral tissues is necessary for addressing a number of questions about how the brain controls ...

Research

JoVE Journal

Neuroscience

High-density EEG Recordings of the Freely Moving Mice using Polyimide-based Microelectrode

Electroencephalogram (EEG) indicates the averaged electrical activity of the neuronal populations on a large-scale level. It is widely utilized as a ...

Recording Single Neurons' Action Potentials from Freely Moving Pigeons Across Three Stages of Learning

Optagelse Single Neurons &#39;virkningspotentialer fra Frit Moving Duer Across tre stadier af læring

While the subject of learning has attracted immense interest from both behavioral and neural scientists, only relatively few investigators have observed ...

Simultaneous Recording of Electroretinography and Visual Evoked Potentials in Anesthetized Rats

Samtidig optagelse af Elektroretinografi og Visual evoked potentials i bedøvede rotter

The electroretinogram (ERG) and visual evoked potential (VEP) are commonly used to assess the integrity of the visual pathway. The ERG measures the ...

Recording EEG in Freely Moving Neonatal Rats Using a Novel Method

Optagelse af EEG i frit bevægende neonatale rotter ved hjælp af en ny metode

EEG is a useful method to detect electrical activity in the brain. Moreover, it is a widely used diagnostic tool for various neurological conditions, such ...

Acute In Vivo Electrophysiological Recordings of Local Field Potentials and Multi-unit Activity from the Hyperdirect Pathway in Anesthetized Rats

Acute In Vivo Electrophysiological Recordings of Local Field Potentials and Multi-unit Activity from the Hyperdirect Pathway in Anesthetized Rats

Spids<em&gt; In vivo</em&gt; Elektrofysiologiske optagelser af lokale feltpotentialer og multi-enhed aktivitet fra Hyperdirect-banen i bedøvede rotter

Converging evidence shows that many neuropsychiatric diseases should be understood as disorders of large-scale neuronal networks. To better understand the ...

Noninvasive EEG Recordings from Freely Moving Piglets

Noninvasiv EEG optagelser fra frit flytte smågrise

The method allows the recording of high-quality electroencephalograms (EEGs) from freely moving piglets directly in the pigpen. We use a one-channel ...

Microdialysis of Excitatory Amino Acids During EEG Recordings in Freely Moving Rats

Mikrodalyse af excitatoriske aminosyrer under EEG optagelser i frit flytte rotter

Microdialysis is a well-established neuroscience technique that correlates the changes of neurologically active substances diffusing into the brain ...

Multi-Fiber Photometry to Record Neural Activity in Freely-Moving Animals

Multi fiber fotometri til registrering af neurale aktiviteter i frit bevægende dyr

Recording the activity of a group of neurons in a freely-moving animal is a challenging undertaking. Moreover, as the brain is dissected into smaller and ...

Construction of Local Field Potential Microelectrodes for in vivo Recordings from Multiple Brain Structures Simultaneously

Construction of Local Field Potential Microelectrodes for in vivo Recordings from Multiple Brain Structures Simultaneously

Konstruktion af lokale feltpotentiale mikroelektroder til in vivo-optagelser fra flere hjernestrukturer samtidigt

Researchers often need to record local field potentials (LFPs) simultaneously from several brain structures. Recording from multiple desired brain regions ...

Intracerebroventricular Delivery of Gut-Derived Microbial Metabolites in Freely Moving Mice

Intracerebroventrikulær levering af tarmafledte mikrobielle metabolitter i frit bevægelige mus

The impact of gut microbiota and their metabolites on host physiology and behavior has been extensively investigated in this decade. Numerous studies have ...