تقييم التجانب في نصف الكرة الأرضية مع التسجيل الميداني المحلي الثنائي المحتمل في القشرة الحركية الثانوية للفئران
يوليو 31, 2019
نقدم في الجسم الحي التسجيل الكهربائي الفسيولوجي للإمكانات الميدانية المحلية (LFP) في القشرة الحركية الثانوية الثنائية (M2) من الفئران، والتي يمكن تطبيقها لتقييم جانبي نصف الكرة الأرضية. وكشفت الدراسة عن تغيير مستويات التزامن بين اليسار واليمين M2 في الفئران APP /PS1 مقارنة مع ضوابط WT.
يمكن استخدام هذه التقنية لمراجعة بعض الخصائص الأساسية للفيزياء الكهربائية الأقاليمية لإضفاء الطابع الجانبي على نصف الكرة الأرضية، وكذلك الاتصال والاتجاه والاقتران. القياس الكهربائي هو وسيلة حساسة وفعالة لتقييم في الحيوانات، والأنشطة العصبية. يوفر هذا البروتوكول طريقة أفضل لدعم في تزامن الإشارات الكهربائية.
قد يوفر فهم الآلية الأساسية لإضفاء الطابع الجانبي للدماغ المتغير المحتمل في مرض الزهايمر المسبب للمرض، رؤى جديدة حول المؤشرات الحيوية المحتملة لعلاج مرض الزهايمر. قبل الجراحة ، تأكد من عمق التخدير من الماوس ، عن طريق إجراء ذيل أو إصبع قدم قرصة مع ملقط. المقبل، ووضع الماوس في جهاز stereotaxic، وإصلاح رأسه.
تطبيق مرهم على كلتا العينين للحفاظ على رطوبة. ثم، حلق الرأس، وتعقيم المنطقة. إجراء شق صغير من 12 إلى 15 ملليمتر، في منتصف المنطقة الحليقة.
باستخدام ملقط، سحب بلطف فروة الرأس بعيدا عن خط الوسط. بعد ذلك، فصل الجلد بلطف، وإزالة الأنسجة المتبقية. تنظيف الجمجمة، وذلك باستخدام براعم القطن المغلفة بيروكسيد الهيدروجين.
تحت مجهر ستيريو، حفر اثنين من الثقوب الصغيرة، من 1 إلى 1.5 ملليمتر رادي، على الجانبين الأيسر والأيمين من الجمجمة، للسماح بإدراج ميكروكيلتروديس تسجيل في المناطق M2. إزالة بعناية ماطر دورا مع إبرة التنغستن. ثم، إدراج اثنين من تسجيل ميكروليكترودات تسجيل منفصلة، مليئة 0.5 كلوريد الصوديوم الضرس، في الثقوب، في زاوية 60 درجة، وذلك باستخدام ميكروموديلاتورات الميكانيكية.
بالنسبة لتسجيل LFP، قم ببطء بخفض أقطاب الزجاج اليمنى والأيسر إلى إحداثيات M2. لمراقبة الجودة، اختبار مقاومة كل قطب كهربائي، وذلك باستخدام مكبر للصوت التفاضلي. المقبل ، تعيين عملية تسجيل في 0.1 هرتز تمريرة عالية ، و1000 تمريرة هرتز منخفضة ، مع 1000 مرة التضخيم.
جمع البيانات الرقمية LFP الخام في حالة مستقرة، لمدة 60 ثانية على الأقل، مع الماوس التنفس بالتساوي في اثنين من التنفس في الثانية الواحدة، تحت التخدير. بعد التسجيل ، ورفع ببطء الأقطاب الكهربائية من الدماغ. حفظ البيانات وتحليل دون اتصال، مع برنامج التحليل.
لإجراء تحليل الارتباط المتبادل، في برنامج التحليل، انقر فوق التحليل، ثم الارتباط الموجي، واستيراد البيانات. بعد ذلك، قم بتعيين إشارة قناة الموجي لتكون القناة الأولى، والآخر كمرجع. قم بتعيين العرض كـ 2، وإزاحته كـ واحد.
لاحقاً، تعيين مدة كل من LFPs إلى 100 ثانية عن طريق تحديد وقت البدء ووقت الانتهاء. ثم اضغط على زر العملية لإجراء تحليل الارتباط المتبادل. انقر فوق الملف، تصدير باسم، ثم حفظ نتائج الارتباط المتبادل المقابلة للمخطط المنبثق الناتج في تنسيق النص.
بعد ذلك، إزالة قيم الارتباط في الوقت الفاصل بين صفر زائد و ناقص 01 ثانية ثم التعامل مع بقية البيانات عبر الارتباط. لإجراء تحليل الاتساق، قم بتشغيل البيانات في برنامج التحليل. بعد ذلك، ترتيب إشارات LFP اثنين كالقنوات الموجي الأول والثاني، ثم تعيين قيمة حجم الكتلة كـ 4096.
حجم الكتلة يعني عدد نقاط البيانات المستخدمة في الأول للتحويل الحقيقي. كلما كان حجم الكتلة أكبر، كلما كان دقة التردد أفضل. حرك الخطوط المنقطة يدويًا، للتأكد من أن دقة الوقت للإشارات في كلتا القناتين يتم تعيينها على أنها نفس الفترة.
اضغط على زر الإضافة لتحميل المنطقة وإجراء تحليل التماسك. بعد ذلك انقر فوق ملف وحفظ باسم، لحفظ نتائج الاتساق المقابلة للمخطط المنبثق الناتجة في شكل نص. لمعرفة ما إذا كان الباثولوجيا مرض الزهايمر المبكر يضعف قدرة التميمة نصف الكرة الأرضية، تم تسجيل LFPs خارج الخلية في M2 اليسار واليمين من فئران APP/PS1 والضوابط نوع البرية، وتم تحليل العلاقة المتبادلة.
وفي أنواع الفئران البرية، أظهرت النتائج أن متوسط الارتباط بين الـ LFPs الأيسر والأيني في فترات زمنية إيجابية يختلف اختلافاً كبيراً عن ذلك في فترات التأخير الزمنية السلبية، مما يعني وجود أوجه عدم تماثل في نصف الكرة الأرضية في مناطق M2 من ضوابط النوع البري. وبالمقارنة، أظهرت LFPs اليسرى والأيمانية لفئران APP/PS1 تزامنًا أعلى في مجال الوقت، مما يشير إلى انخفاض عدم التماثل بين M2 الأيسر والأيني. ثم تم تصفية ذبذبات غاما من LFPs وأجريت تحليلات الاتساق لقياس تشابه الإشارات الكهربائية في نطاق ترددات غاما. وأظهرت النتيجة أن تماسك غاما بين اليسار واليمين M2 في فئران APP/PS1 كان أعلى بكثير من ذلك في فئران النوع البري، مما يشير إلى تزامن أعلى، وبالتالي خفض التميمة بين M2 الأيسر والأيني في فئران APP/PS1.
يوريثان هو السامة والمواد المسببة للسرطان، لذا يرجى دائما توخي الحذر، واتباع أنظمة السلامة عند التعامل معها. من المهم جداً اختبار عمق التخدير كل ساعة، من أجل ضمان LFPs مستقرة يتم تسجيلها. يمكن تطبيق عملية التسجيل والتحليل على مسارات الدماغ الأخرى ، وخاصة بالنسبة للمختبرات التي ليس لديها أنظمة للتسجيل متعدد القنوات في الحيوانات المتحركة بحرية.
اعرض النص الكامل واحصل على الوصول إلى آلاف الفيديوهات العلمية
نظرة عامة
تقدم هذه الدراسة تسجيلات كهروبسيويلوجية داخل الجسم الحي للجهود الميدانية المحلية (LFP) في القشرة الحركية الثانوية (M2) الثنائية الجانب لدى الفئران، مع التركيز على التمييز الجانبي لنصفي الكرة المخية. يبحث هذا البحث في اختلافات التزامن بين فئران APP/PS1 ومجموعة ضابطة من النوع البري (WT)، مما يكشف عن تغير في التمييز الجانبي للدماغ قد يكون مرتبطاً بمرض الزهايمر.
مكونات الدراسة الرئيسية
مجال العلم
- علم الأعصاب
- الفيزيولوجيا الكهربائية
- أبحاث مرض ألزهايمر
خلفية علمية
- تعد الجهود الميدانية المحلية (LFPs) ضرورية لتقييم النشاط العصبي.
- يعد التزامن مهماً لفهم التمايز الجانبي لنصفي الكرة المخية.
- قد يؤدي مرض Alzheimer إلى تغيير آليات التمايز الجانبي للدماغ.
- تستخدم الدراسة نموذج فأر (APP/PS1) لاستكشاف هذه التغييرات.
الغرض من الدراسة
- لتقييم مستويات التزامن بين المنطقة M2 اليسرى واليمنى في فئران APP/PS1.
- لاستقصاء تأثير باثولوجيا مرض ألزهايمر على التمايز الجانبي لنصفي الكرة المخية.
- لتحديد المؤشرات الحيوية المحتملة لعلاجات مرض ألزهايمر من خلال المقاييس الفيزيولوجية الكهربائية.
الطرق المستخدمة
- تسجيل الكهرومؤشرات الفسيولوجية داخل الجسم لجهود الحقل المحلي (LFPs) في مناطق M2 لدى الفئران.
- تم استخدام فئران APP/PS1 ومجموعة ضابطة من النوع البري لتقييم تأثيرات الجانبية.
- أُجريت تحليلات التماسك والارتباط المتبادل على بيانات LFPs التي تم التقاطها.
- فُصلت عملية وضع الأقطاب الكهربائية، ومراقبة الجودة، واكتساب البيانات في البروتوكول.
- شملت الطرق الترشيح عالي التمرير والترشيح منخفض التمرير وتضخيم الإشارات من أجل التحليل.
النتائج الرئيسية
- أظهر الارتباط المتقاطع أن الفئران من النوع البري أظهرت عدم تماثل ملحوظ في جهود الحقل المحلي (LFPs)، على عكس فئران APP/PS1 التي أظهرت زيادة في التزامن.
- أشارت النتائج إلى وجود تماسك أعلى لنطاق غاما في فئران APP/PS1، مما يشير إلى انخفاض في التجانب.
- قد ترتبط التغيرات الفيزيولوجية الكهربائية بالآليات الكامنة وراء مسببات مرض الزهايمر.
الاستنتاجات
- تُظهر الدراسة أن التزامن المتغير في M2 قد يعمل كعلامة دالة على باثولوجيا مرض الزهايمر.
- قد تساهم هذه الرؤى في فهم الآليات العصبية المرتبطة بجانبية نصف الكرة المخية ومرض الزهايمر.
- يسلط هذا البحث الضوء على أهمية القياسات الفيزيولوجية الكهربائية في استكشاف نماذج الأمراض.
الأسئلة الأكثر شيوعاً
الأهمية التنفيذية في الصناعة
يوفر تقييم التجانب النصف كروي عبر تسجيل الجهد الميداني المحلي (LFP) ثنائي الجانب قراءة كهروبيوكيميائية كمية لتقييم تماثل الدوائر العصبية في النماذج قبل السريرية. يدعم هذا النهج التحقق من الأهداف عن طريق ربط عدم التماثل النيروفيزيولوجي بالأنماط الظاهرية المرتبطة بالمرض، مما يوفر تقليلاً للمخاطر الآلية للفرضيات العلاجية للجهاز العصبي المركزي. تمكن هذه الطريقة من الكشف المبكر عن التغيرات على مستوى الشبكة التي قد تسبق التدهور المعرفي، مما يعزز الثقة التنبؤية في نماذج مرض الزهايمر.
التطبيقات الاستراتيجية في البحث والتطوير في مجال الأدوية الحيوية
الاكتشاف المبكر والتحقق من الهدف
- القيمة العلمية: يختبر الفرضيات العلاجية من خلال قياس التزامن بين نصفي الكرة المخية كمؤشر وظيفي لسلامة الشبكة القشرية.
- القيمة التشغيلية: يتيح الحد من المخاطر البيولوجية من خلال المقارنة المباشرة لأنماط التجانب الظاهرية بين نماذج المرض ومجموعات الضبط من النوع البري.
- القيمة التنبؤية: يدعم فرز محفظة المشاريع من خلال تحديد المؤشرات الحيوية الفيزيولوجية الكهربائية التي ترتبط بالتقدم المرضي في فئران APP/PS1.
الفحص وتطوير المقايسة
- جاهزية المقايسة: توفر مقاييس معيارية وقابلة للقياس الكمي لمزامنة وتماسك الـ LFP، مما يجعلها مناسبة للتتبع الطولي عالي الدقة.
- القابلية للتوسع: تتيح مرونة البروتوكول تطبيقه عبر مسارات دماغية مختلفة، مما يسمح بمسح أهداف متعددة في دراسات الدوائر العصبية.
- إمكانية التكرار: يدعم التحديد الدقيق لموضع القطب الكهربائي، ومعايير الترشيح، ونوافذ التحليل اتساق النتائج بين المختبرات في التوصيف المظهري الفيزيولوجي الكهربائي.
الأبحاث الانتقالية وما قبل السريرية
- الصلة بالمرض: يرصد الخلل الوظيفي المبكر في الشبكة العصبية لدى فئران APP/PS1، وهو ما يتوافق مع التغير في الجانبية الدماغية الملاحظ في حالات الشيخوخة ومراحل ما قبل السريرية من مرض الزهايمر.
- الاستمرارية الانتقالية: يربط عدم التماثل في الخصائص الفيزيولوجية الكهربائية بالمؤشرات الحيوية المحتملة، مما يدعم الجسر الرابط من مرحلة الاكتشاف إلى التحقق قبل السريري.
- التقدم المعدل حسب المخاطر: يتيح اتخاذ قرارات الاستمرار أو التوقف (go/no-go) بناءً على تطبيع مقاييس الجانبية بعد التدخل العلاجي.
تكامل خطوط المعالجة وسير العمل
تندمج هذه الطريقة ضمن سلسلة الاكتشاف المستمرة، بدءاً من استهداف البروتين وصولاً إلى تحسين المركبات الرائدة، حيث توفر توصيفاً ظاهرياً كهروبيوطرياً يوجه عملية فحص المركبات بناءً على الآلية الميكانيكية.
- بيولوجيا الاكتشاف: تدعم اختبار الفرضيات من خلال قياس عدم التماثل نصف الكروي كمؤشر على توازن واتصالية الدوائر القشرية.
- الفحص: توفر مخرجات كمية جاهزة للمقايسة (الارتباط المتبادل، وتماسك غاما) لتقييم تأثيرات المركبات على تزامُن الشبكة.
- التحليلات: تولد مقاييس LFP متزامنة وأطياف تماسك تتيح المقارنة الإحصائية للاقتران العصبي عبر المجموعات التجريبية.
- البحث الانتقالي: تربط التغيرات في جانبية M2 بالنمط الظاهري للمرض، مما يدعم محاذاة المؤشرات الحيوية في النماذج قبل السريرية لمرض Alzheimer's.
- إعادة الاستخدام المؤسسي: تؤسس منصة فيزيولوجيا كهربائية قابلة لإعادة الاستخدام لتقييم الجانبية في نماذج متنوعة لأمراض الجهاز العصبي المركزي تتجاوز مرض Alzheimer's.
التأثير التشغيلي والمؤسسي
- القيمة العلمية: يقلل من الغموض الميكانيكي من خلال توفير قياسات مباشرة وفي الوقت الفعلي للتواصل القشري بين نصفي الكرة المخية.
- القيمة التشغيلية: يضمن التنميط من خلال إحداثيات جراحية دقيقة، واختبار ممانعة الأقطاب الكهربائية، ومعايير محددة لمعالجة الإشارات.
- القيمة الاستراتيجية: يحسن كفاءة رأس المال من خلال تمكين الكشف المبكر عن الأنماط الظاهرية على مستوى الشبكة، مما يقلل من مخاطر الفشل في البرامج المتقدمة للجهاز العصبي المركزي (CNS).
- التأثير على المحفظة: يوجه عملية تحديد الأولويات المعدلة وفقاً للمخاطر عبر نقاط نهاية كهرومغناطيسية موضوعية ومرتبطة بالمؤشرات الحيوية، والتي تعكس التفاعل مع الهدف وتعديل الدوائر العصبية.
اعتبارات التنفيذ
- يتطلب خبرة في الجراحة التجسيمية، والفيزيولوجيا الكهربائية، ومعالجة الإشارات العصبية لضمان دقة الحصول على الجهود الميدانية المحلية (LFP) وتفسيرها.
- يعتمد على الحفاظ على استقرار التخدير (على سبيل المثال، اليوريثان) ومراقبة جودة الأقطاب الكهربائية لتقليل انزياح الإشارة وضمان دقة التسجيل.
- يستلزم توحيد البروتوكولات الجراحية بين الفرق، وإعدادات الترشيح (0.1 Hz HPF و 1000 Hz LPF)، ونوافذ التحليل (فترات زمنية مدتها 100 ثانية) لضمان تكرار النتائج.
- تتطلب المواءمة مع مناطق أخرى في الدماغ إعادة التحقق من وضع الأقطاب الكهربائية والتأكد من سلامة إشارة LFP في النوى المستهدفة.
- تشمل القيود العملية التدخل الجراحي والاختلافات الفردية بين الحيوانات في وضع الأقطاب الكهربائية، مما قد يؤثر على سعة الإشارة ويتطلب إجراء تسوية (normalization) لكل مجموعة على حدة.
