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このプロトコルは、マウス大脳皮質の時間と頭頂領域の上に大規模な一方的な開頭手術を作成するための方法を提示しています。これは、皮質半球の広大な面積でリアルタイムイメージングのために特に便利です。
開頭術は、in vivo実験のために脳を露出させるために一般的に実行される手順です。マウスの研究では、ほとんどのラボは、小さな開頭、典型的には3ミリメートル×3ミリメートルを利用します。このプロトコルは、マウスの時間と頭頂皮質上大脳半球の大部分を露出させ、実質的により大きな7ミリメートルX 6ミリメートル頭蓋窓を作成する方法を紹介( -横4.5ミリメートル0 - 6ミリメートル、例えば、2.5をブレグマ)。この手術を行うために、ヘッドは約30°傾斜しなければならないと頭筋の多くが後退しなければなりません。骨の除去を大量に、この手順は、手術や実験を通して麻酔した動物と急性実験のために意図されます。
この革新的な大きな横頭蓋窓の主な利点は、皮質の両方の内側と外側の領域への同時アクセスを提供することです。この大規模な一方的な頭蓋窓は、細胞間の神経ダイナミクスを研究するために使用することができ、多電極電気生理学的記録、ニューロン活動( 例えば、内因性または外因性のイメージング)の画像化、および光発生刺激を組み合わせることによって、異なる皮質領域の間で行うことができる。さらに、この大きな開頭術は皮質血管の広い領域を露出させ、側皮皮質脈管構造の直接操作を可能にする。
開頭術は、脳の一部を明らかにするために神経科学者が使用する標準的な手順です。電気生理学の始まり以来、開頭術は神経科学の分野で未曾有のブレークスルーを可能にしました。大脳皮質と電極との密なマッピングは、これらのマップに基づいて仮説と理論を試験する実験につながった。我々は最近、皮質血流1,2,3および神経血管構造4の インビボイメージングのために開頭術が利用される新しい時代に入り、露出領域5,6,7内の皮質活動のリアルタイム視覚化を可能にする。多くの研究が、皮質ニューロン、グリア、およびコルの構造および機能を研究するために、 インビボ光学イメージング技術と組み合わせた頭蓋切開術を使用するがTICAL血管系8、9、さらなる調査が露出皮質の小領域によって制限され(ただし、10を参照)されています。
このプロトコルの目的は、大きな横方向の開頭術を作成squamosal骨に正中線から大脳皮質を露出し、ブレグマとラムダを超えて拡張するための方法を提供することです。この大きな開頭術は、関連皮質(retrosplenial、帯状、及び頭頂部)、第一級および第二モータ、体性感覚、視覚、及び聴覚皮質の同時観察を可能にします。この方法は、以前に皮質領域は、自発的及び刺激誘発性の皮質活動5、11、12の間に互いに相互作用する方法を複数調査する電圧感受性色素イメージング(VSDI)と結合されています。この手順の最も挑戦的な側面は、ヘッドの位置決めが含ま動物の、ヘッドプレートを固定し、頭頂骨から頭筋を分離しながら出血を回避することができます。ケアはまた、斜めの角度で頭蓋骨曲線として掘削および頭蓋骨除去プロセス中に撮影されなければなりません。
以下のプロトコルは、レスブリッジ大学の動物実験委員会(ACC)のガイドラインに従い、動物ケアのカナダ・カウンシル(CCAC)の基準に準拠して実施されます。
1.準備
2.スキンの取り外しとスカルからのマッスルの引き込み
3.頭蓋切開術
注:外科医は頭蓋骨の除去中に勤勉にしなければならず、不要な合併症を回避するために硬膜。合併症が発生しなければならないトラブルシューティングのステップが含まれています。
4.デュラの取り外し
注:デュラ除去は細心の注意を必要とし、15分かけてかかる場合があります。
頭蓋窓の準備5.
6.安楽死
注:私たちの経験では、この手順は経験のテイク外科医少なくとも3から4の練習手術は90%以上を達成するために、成功率。経験の少ない外科医はもっと練習が必要な場合があります。開頭術またはdurotomyの間に、脳は、脳内への骨ドリルスルーパンチかのようにダメージを、維持することがあります。開頭の端にいくつかのマイナーなダメージが許されることがあります。脳が真っ赤な損傷を受けていない血管や白皮質と「クリーン」を見ていない場合は、実験が終了する必要があるかもしれません。貧しい製剤の例としては、死んだ血管を有するものを含む、または皮質が破れたり損傷した血管でマークされたとき。これらの兆候のいずれかが存在する場合、実験はそう、高品質なデータが得られます。手術/実験が成功したかどうかは、人道的に、実験の終了時にマウスを安楽死させます。
6mmの横 - 単一の半球内皮質領域間の相互作用を研究するために、我々は、矢状静脈洞及び5を横切って延びる大きな開頭術を用います。この頭蓋窓は、一次(モータ、体性感覚、視覚、聴覚)、二次(視覚モータ)、および右の脳半球の対応付け(retrosplenial、帯状回、頭頂協会)皮質( 図3A)を含んでいました。この作業のために、我々は3膜電位の変化を反映する電圧感受性色素(VSD)イメージングを使用しました。このプロトコルはまた、他の外因性( 例えば 、カルシウム17およびグルタミン酸18イメージング)又は固有イメージング実験のために有用であろう。後肢、前肢、ウィスカー、視覚的、または0.5%イソフルランを用いて軽く麻酔したマウスの聴覚系を刺激する場合、我々は、(皮質脱分極のコンセンサスパターンを観察し>図3B)。以前の研究5、19、20、21、22と一致して、我々は、C2のバレル皮質の簡単な触覚刺激は、一次体性感覚領域の活性化だけでなく、機能的に関連する領域内の回答の「島」につながったことがわかりました。例えば、一次運動野(M1)または体性感覚皮質の二次表現(S2; 図3Bi)。単一の1ミリ秒のトーンピップ(25 kHzの)刺激は、約20ミリ秒の聴覚刺激( 図3Bii)の後に、一次聴覚野(A1)の活性化につながりました。今後数ミリ秒かけて、脱分極は、聴覚皮質に広がると、隣接二次体性感覚野に渡されます。約25ミリ秒のトーン発症後、二次皮質脱分極は1.0に位置し、出てくるでしょう7; 0.2ミリメートルの内側および1.9±0.1ブレグマへミリメートル後方相対(N = 9匹のマウス)。これは、約頭頂連合野(PTA)の位置です。 VSD信号は、他の皮質関連領域はretrosplenial(RS)及び帯状皮質(CG)などに配置されている正中線領域に伝播しました。したがって、聴覚刺激は、そこからVSD脱分極の広がりの進行波正中皮質内のより広い領域には2つの別々の焦点領域の活性化につながりました。 1ミリ秒の緑色と反対側の眼の焦点刺激は、パルスLED 40ミリ秒( 図3BV)内の一次視覚野の活性化につながりました。横方向、内側に位置する隣接領域にVSD脱分極の(1)空間的拡張、および初期の活性化領域の前方;視覚皮質のこの一次活性化が続きました(2)第二中間皮質領域の脱分極は刺激後約50ミリ秒(N = 8回の実験)SAに沿って配置され gittal縫合糸。これは、前肢( 図3Biii)、後肢( 図3Biv)、C2ウィスカー、または聴覚の感覚刺激と同様でした。刺激後40ミリ - 前肢、後肢、または聴覚の感覚刺激から誘発VSDI応答は、最初の活性の異方性拡散、ならびに20の周囲皮質の正中線の活性化に続いて、それぞれの一次感覚皮質を、活性化しました。この結果は、視覚とウィスカの刺激からの応答と同様でした。これらの正中線経路に沿って感覚誘発活動の伝播及び自発活動6による同じ領域の頻繁な活性化は、これらの領域は、感覚情報が自発的皮質活動と統合してもよいしたマウスの皮質の接続コアの中央ハブであることを示唆してもよいです。
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図1。 外科セットアップと準備。 (A)マウスヘッドは、洗浄、剃毛横露光に約30°回転し、耳バーの平滑末端で固定されています。イソフルラン麻酔薬は、ノーズピースと歯ホルダを介して送達されます。マウスは増加無菌性と暖かさのための自己粘着性プラスチックラップで覆われています。 (B)のクローズアップを示す皮膚と頭頂頭蓋骨プレートから除去骨膜は、頭筋はそのままです。 (C)側頭筋は、時間プレートとsquamosal骨を露出除去され、表在静脈が損傷を受けていないことに注意。固定の前に(D)は 、ヘッドプレートをワックスで正しい位置に配置されています。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
図2。 ステップバイステップの外科的処置。 (A)は 、ヘッドプレートは、前方および後方の位置でエチルシアノアクリレート接着剤で頭蓋骨に取り付けられています。ブレグマの位置(三角テープの黒い部分)に注意してください。 (B)頭蓋窓は、ヘッドプレートと頭蓋骨との間に厚く歯科用セメントを塗布することにより調製されます。そのブレグマに注意しsquamosalランドマークが表示されたまま。セメントの乾燥後(C)は 、脳のバッファは、頭蓋骨を軟化させ、硬膜の付着を防止するために添加されます。ロール組織は、掘削前に脳のバッファを削除するのに役立ちます。 (D)開頭のエッジが獲得されてきました。血管系がより簡単に歯科用セメントのエッジ付近で薄くなった骨を通して見ている注意してください。 (E)頭頂および時間頭蓋骨プレートをremovされていますEDと硬膜が表示されます。正常な小出血、硬膜からの血液の傷に注意してください。 2下の慎重な検討 - 4Xの倍率は、血管の二層、硬膜内の1とPIAの他を明らかにします。 (F)硬膜は、原始皮質を明らかに除去されます。軟膜血管系の現在無し傷と明るい赤です。頭蓋窓の縁に白色硬膜の浮遊片に留意されたいです。この例では、急速凝固頭蓋窓の後部におけるマイナー硬膜出血がありました。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
図3。 感覚刺激の複数のフォーム中にユニークで合意アクティベーションパターン。 <画像形成された皮質領域を示す片側開頭の/強い>(A)は概略。 (B)各画像に白丸で示したブレグマ広い片側開頭術の顕微鏡写真。皮質の活性化のパターンは、(i)刺激対C2ウィスカーの(STIM)、(ii)の聴覚刺激、(iii)の反対側前肢刺激、(IV)対後肢刺激及び後イソフルラン(0.5%)で麻酔したマウスに示します。 (V)、発光ダイオード(LED)と反対側の眼の視覚刺激。一次感覚皮質活性化後25秒 - 10における感覚刺激のすべての形態(白矢印)後の正中線の活性化がありました。応答は20回の試行の平均値です。第二行(II)の左からの画像は、前(A)、後方(P)、中間(M)及び横方向(L)方向を示しています。 ら、2013 Mohajeraniからの許可を得て変更されました。p_upload / 52642 / 52642fig3large.jpg」ターゲット= 『_空白』>この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
大きな頭蓋窓のためのこの革新的なプロトコルは、大脳皮質の時間と頭頂領域の上に同時イメージングを可能にします。光学イメージングと組み合わせることで、それが自発的かつ刺激によって誘発される活動中の皮質領域内の神経ダイナミクスを明らかにすることができます。この膨張開頭術はまた、血流および虚血モデルの横方向の血管の直接操作のインビボイメージングに有効に、中大脳動脈(MCA)の近位端を含む皮質血管網の大きな拡張を公開します。この技術は、電圧とカルシウム指示薬タンパク質23を発現するマウスの最近開発されたラインに対して非常に有用であろう。これらのマウスは、皮質に電位感受性色素をインキュベートするための必要性をバイパスの実用的な利点を提供します。これらの外因性色素は、適切に脳組織に浸透するには時間がかかる(〜60から90分)し、その穏やかな毒性によって制限されています。大きな開頭術も持っています以前VSDI 11を使用した開発ラットの脳を研究するために利用されて。新生児ラットは、はるかに大きな頭を持っており、成体マウスと同等のサイズのです。これは、トランスジェニックマウスではないとはいえ、神経科学における発達障害を研究するユニークな機会を研究者に提供します。
この方法の主な制限は、慢性実験のためにできないことです。頭蓋骨の曲率は、ドリル加工がより困難になり、時間が少ない開頭術よりも消費します。この大きな開頭術のためには、レンズの焦点面と平行になるように、中央縫合squamosal目印でヘッドを位置決めするために重要です。脳の一部の歪みが脳の曲率から予想されるが、これらは、皮質の表層に焦点を合わせることによって克服されます。この問題は、さらなる刺激と平均の多数の繰り返しを取得することによって軽減されます。要約すると、私たちの大きな開頭技術が広くアプリです神経生物学における現在の問題の研究のためlicable。
著者は、開示することは何もありません。
この作品は、自然科学とカナダの工学研究会(NSERC)ディスカバリーグラント#40352でサポートされていた、キャンパスMHMにイノベーションプログラム委員長、アルバータアルツハイマー研究プログラムのためのアルバータ州、およびNSERCはMKにBIFの博士フェローシップとAIHS大学院の交わりに、CREATE。私たちは、このプロトコルの開発のため、手術の訓練のためにプルトニウムミン・ワング感謝し、そしてベアルー・ミアッサアガーとディ少飼育のために。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Heating Pad | FHC | 40-90-2 | |
Fine Scissors | Fine Science Tools | 14058-09 | |
Forceps | Fine Science Tools | 11251-35 | 2 or more pairs are recommended |
Spring scissors | Fine Science Tools | 15000-00, 15000-10 | 1 pair should be designated for dura removal |
Jet tooth shade powder | LANG Dental | Jet Tooth Shade Powder | to be mixed with the Jet Liquid |
Jet tooth shade liquid | LANG Dental | Jet Tooth Shade Liquid | to be mixed wihth the Jet Powder |
Drill Heads - Carbide Burs FG 1/4 389 | Midwest Dental | 385201 | |
Agarose Powder | Sigma-Aldrich | A9793 | |
Gelfoam | Sinclair Dental Canada | Pfizer Gelfoam | |
Isoflurane | Western Drug Distribution Centre Ltd | 124125 | |
Lidocaine 2% Epinephrine | Western Drug Distribution Centre Ltd | 125299 | |
Dexamethazone 5 mg/mL | Western Drug Distribution Centre Ltd | 125231 | |
Butyl cyanoacrylate glue (VetBond) | Western Drug Distribution Centre Ltd | 12612 |
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