Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова, 2020, T. 70, № 4, стр. 528-542

ДОЛГОВРЕМЕННАЯ СТАБИЛЬНАЯ РЕГИСТРАЦИЯ ИМПУЛЬСНОЙ АКТИВНОСТИ ОДИНОЧНЫХ НЕЙРОНОВ В МИНДАЛИНЕ БОДРСТВУЮЩИХ КРОЛИКОВ

Л. Н. Васильева 1, И. В. Бондарь 1*

1 Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН
Москва, Россия

* E-mail: bondar@ihna.ru

Поступила в редакцию 05.11.2019
После доработки 12.12.2019
Принята к публикации 16.12.2019

Аннотация

Развитие современных технологий нейрофизиологических исследований сделало возможным одновременное наблюдение за активностью большого количества нейронов, вовлеченных в работу распределенных нейронных сетей целого мозга. Важным аспектом таких исследований является стабильность регистрируемого сигнала, под которой подразумевается возможность отведения сигнала от одной и той же клетки длительное время. Целью нашей работы является оценка возможности использования хронически имплантированных множественных микропроволок для стабильной регистрации активности одиночных нейронов в мозге кролика. Исследования проводились на двух взрослых самцах европейского кролика (Orictolagus cuniculus), которым были имплантированы пучки микропроволок в миндалину. Накопление экспериментальных данных было возможно в течение 72 дней у кролика № 1 и в течение 964 дней – у кролика № 2. Проведенная оценка качества регистрации нейронного сигнала показала, что данная конструкция регистрирующего устройства обеспечивает запись активности одиночных нейронов хорошего качества в течение длительного времени. С использованием автоматизированного алгоритма выявлены стабильно регистрируемые одиночные нейроны, что в будущем позволит всесторонне изучать связь изменений в активности клеток мозга со сложным поведением.

Ключевые слова: хроническая регистрация, микроэлектроды, нейроны, стабильная регистрация, кролик, нейрофизиология, зрительные стимулы, слуховые стимулы, бодрствующие животные, миндалина

DOI: 10.31857/S0044467720040103

Список литературы

  1. Блинков С.М., Бразовская Ф.А., Пуцилло М.В. Атлас мозга кролика. Акад. мед. наук СССР. Москва: Медицина. 1973.

  2. Бондарь И.В., Васильева Л.Н., Бадаква А.М., Миллер Н.В., Зобова Л.Н., Рощин В.Ю. Качество регистрации нейронного сигнала в моторной коре обезьян при использовании хронически имплантированных множественных микропроволок. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2014. 64 (1): 101.

  3. Васильева Л.Н., Бадаква А.М., Миллер Н.В., Зобова Л.Н., Рощин В.Ю., Бондарь И.В. Длительная регистрация одиночных нейронов и критерии ее оценки. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2014. 64 (6): 693–701.

  4. Павлова И.В., Рысакова М.П. Влияние введения агониста и антагониста гамка-рецепторов в миндалину кроликов на дыхательный и сердечный компоненты условнорефлекторного страха. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2013. 63 (6): 730.

  5. Швыркова Н.А., Андрушко С.В. Активность нейронов сенсомоторной области коры мозга кроликов в зоосоциальном поведении. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 1990. 40 (1): 52–58.

  6. Adrian E.D. The impulses produced by sensory nerve endings: Part 4. Impulses from Pain Receptors. The Journal of Physiology. 1926. 62 (1): 33–51.

  7. Bondar I.V., Leopold D.A., Richmond B.J., Victor J.D., Logothetis N.K. Long-term stability of visual pattern selective responses of monkey temporal lobe neurons. PLoS One. 2009. 4 (12): e8222.

  8. Chauviere L., Pothof F., Gansel K.S., Klon-Lipok J., Aarts A.A.A., Holzhammer T., Singer W.J., Ruther P. In vivo recording quality of mechanically decoupled floating versus skull-fixed silicon-based neural probes. Frontiers in Neuroscience. 2019. 13: 464.

  9. Coffey K.R., Barker D.J., Gayliard N., Kulik J.M., Pawlak A.P., Stamos J.P., West M.O. Electrophysiological evidence of alterations to the nucleus accumbens and dorsolateral striatum during chronic cocaine self-administration. European Journal of Neuroscience. 2015. 41: 1538–1552.

  10. Cohen L., Koffman N., Meiri H., Yarom Y., Lampl I., Mizrahi A. Time-lapse electrical recordings of single neurons from the mouse neocortex. Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2013. 110: 5665–5670. https://doi.org/10.1073/pnas.1214434110

  11. Dhawale A.K., Poddar R., Wolff S.B.E., Normand V.A., Kopelowitz E., Ölveczky B.P. Automated long-Term recording and analysis of neural activity in behaving animals. ELife. 2017. 6.

  12. Fraser G.W., Schwartz A.B. Recording from the same neurons chronically in motor cortex. J Neurophysiol. 2012. 107 (7): 1970-8. https://doi.org/10.1152/jn.01012.2010

  13. Fyhn M.1., Hafting T., Treves A., Moser M.B., Moser E.I. Hippocampal remapping and grid realignment in entorhinal cortex. Nature. 2007. 446 (7132): 190-4.

  14. Guan S., Wang J., Gu X., Zhao Y., Hou R., Fan H., Zou L., Gao L., Du M., Li C., Fang Y. Elastocapillary self-assembled neurotassels for stable neural activity recordings. Science Advances. 2019. 5 (3).

  15. Hong J.H., Koyano K.W., Russ B.E., Leopold D.A. Comparing experience-dependent changes in stimulus response selectivity of macaque AM and AF face patch neurons. The Annual Meeting of Society for Neuroscience Abstract. 2017. Online.

  16. Hubel D., Wiesel T. Receptive fields of single neurones in the cat ’ s striate cortex. In the: Central nervous system the visual pathway from retina to striate cortex. 1959. 574–591.

  17. Koyano K.W., Russ B.E., Leopold D.A. Recording from face patch AM neurons of a macaque monkey using implanted microwire bundles. The Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society Abstract. 2016. P1-142.

  18. Krüger J., Caruana F., Volta R.D., Rizzolatti G. Seven years of recording from monkey cortex with a chronically implanted multiple microelectrode. Front Neuroeng. 2010. 3: 6.

  19. Kuraoka K., Nakamura K. Responses of single neurons in monkey amygdala to facial and vocal emotions. J. Neurophysiol. 2007. 97 (2): 1379–1387.

  20. Kuraoka K., Konoike N., Nakamura K. Functional differences in face processing between the amygdala and ventrolateral prefrontal cortex in monkeys. Neuroscience. 2015. 304: 71–80.

  21. Lanzilotto M., Livi A., Maranesi M., Gerbella M., Barz F., Ruther P., Fogassi L., Rizzolatti G., Bonini L. Extending the cortical grasping network: Pre-supplementary motor neuron activity during vision and grasping of objects. Cerebral Cortex. 2016. 26: 4435–4449.

  22. Lewicki M.S. A review of methods for spike sorting: the detection and classification of neural action potentials. Network. 1998. 9 (4): R53-78.

  23. Logothetis N.K., Pauls J., Augath M., Trinath T., Oeltermann A. Neurophysiological investigation of the basis of the fMRI signal. Nature. 2001. 412 (6843): 150-7.

  24. McMahon D.B.T., Russ B.E., Elnaiem H.D., Kurnikova A.I., Leopold D.A. Single-unit activity during natural vision: Diversity, consistency, and spatial sensitivity among AF face patch neurons. Journal of Neuroscience. 2015. 35 (14): 5537–5548.

  25. Mosher C.P., Zimmerman P.E., Gothard K.M. Neurons in the monkey amygdala detect eye contact during naturalistic social interactions // Curr. Biol. 2014. 24 (20): 2459–2464.

  26. Okun M., Lak A., Carandini M., Harris K.D. Long Term Recordings with Immobile Silicon Probes in the Mouse Cortex // PLoS ONE. 2016. 11 (3): e0151180.

  27. Park S.H., Russ B.E., McMahon D.B.T., Koyano K.W., Berman R.A., Leopold D.A. Functional Subpopulations of Neurons in a Macaque Face Patch Revealed by Single-Unit fMRI Mapping. Neuron. 2017. 95 (4): 971–981.

  28. Porada I., Bondar I., Spatz W.B., Krüger J. Rabbit and monkey visual cortex: more than a year of recording with up to 64 microelectrodes. J Neurosci Methods. 2000. 95 (1): 13–28.

  29. Renshaw B. Central effects of centripetal impulses in axons of spinal ventral roots. Journal of Neurophysiology. 1946. 9: 191–204.

  30. Stosiek C., Garaschuk O., Holthoff K., Konnerth A. In vivo two-photon calcium imaging of neuronal networks. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2003. 100 (12): 7319–7324.

  31. Strumwasser F. Long-term recording from single neurons in brain of unrestrained mammals. Science. 1958. 127 (3296): 469–470.

  32. Thompson L.T., Best P.J. Long-term stability of the place-field activity of single units recorded from the dorsal hippocampus of freely behaving rats. Brain Research. 1990. 509 (2): 299–308.

  33. Tinbergen N., Lorenz K. Taxis und Instinkthandlung in der Eirollbewegung der Graugans. Z. Tierpsychol. 1938. 2: 1–29.

  34. Tolias A.S., Ecker A.S., Siapas A.G., Hoenselaar A., Keliris G.A., Logothetis N.K. Recording chronically from the same neurons in awake, behaving primates. J Neurophysiol. 2007. 98 (6): 3780-90.

  35. Verzeano M. Activity of cerebral neurons in the transition from wakefulness to sleep. Science. 1956. 124 (3217): 366–367.

Дополнительные материалы отсутствуют.