Detection of Neuronal Activity in the Hippocampus of Sleep Deprived Rats Using Microelectrode Arrays

Zeying Lu Shengwei Xu Hao Wang Juntao Liu Fei Gao Yilin Song Jingyu Xie Guihua Xiao Yu Zhang Yuchuan Dai Yun Wang Lina Qu Xinxia Cai

Citation:  Lu Zeying, Xu Shengwei, Wang Hao, Liu Juntao, Gao Fei, Song Yilin, Xie Jingyu, Xiao Guihua, Zhang Yu, Dai Yuchuan, Wang Yun, Qu Lina, Cai Xinxia. Detection of Neuronal Activity in the Hippocampus of Sleep Deprived Rats Using Microelectrode Arrays[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2020, 36(12): 1907033-0. doi: 10.3866/PKU.WHXB201907033 shu

基于微电极阵列的睡眠剥夺大鼠海马区神经电活动检测

    通讯作者: 曲丽娜, linaqu@263.net
    蔡新霞, xxcai@mail.ie.ac.cn
  • 基金项目:

    国家自然科学基金 61527815

    国家自然科学基金 61775216

    国家自然科学基金 61771452

    国家重大研究发展计划项目(2017YFA0205902), 国家自然科学基金(61527815, 61771452, 61775216)及中国科学院前沿科学重点研究项目(QYZDJ-SSW-SYS015)资助

    中国科学院前沿科学重点研究项目 QYZDJ-SSW-SYS015

    国家重大研究发展计划项目 2017YFA0205902

摘要: 睡眠剥夺是一种能够实现个体睡眠部分或完全丧失的技术手段,由睡眠干扰所引发的逐渐积累的睡眠压力能导致多种生理方面的变化,甚至是个体的死亡。在本次研究中,我们使用旋转滚动式睡眠剥夺仪对大鼠进行了长达14天的睡眠剥夺,同时我们制作了一种16通道的微电极阵列并将其植入到大鼠海马区进行实时电生理信号检测。结果显示睡眠剥夺之后,大鼠海马区内的椎体神经元和中间神经元动作电位幅值提升,两种神经元动作电位的发放频率也显著增大。同时,场电位的波动也更加剧烈。神经细胞在睡眠剥夺后的快速发放模式表明长期清醒状态下神经细胞兴奋性的提升。此外,场电位在0–50 Hz频段的平均功率计算结果显示,睡眠剥夺之后各个频段的功率均有所提升,且在δ频段的变化最为明显。场电位在低频段的功率改变表明了睡眠剥夺所致的睡眠压力增大,此改变还将会进一步损伤大脑的相关功能。

English

    1. [1]

      Zielinski, M. R.; McKenna, J. T.; McCarley, R. W. AIMS Neurosci. 2016, 3, 67. doi: 10.3934/Neuroscience.2016.1.67 doi: 10.3934/Neuroscience.2016.1.67

    2. [2]

      Marks, G. A.; Shaffery, J. P.; Oksenberg, A.; Speciale, S. G.; Roffwarg, H. P. Behav. Brain Res. 1995, 69, 1. doi: 10.1016/0166-4328(95)00018-O doi: 10.1016/0166-4328(95)00018-O

    3. [3]

      Lee, K. J. Neurosci. Biobehav. Rev. 1996, 20, 289. doi: 10.1016/0149-7634(95)00019-4 doi: 10.1016/0149-7634(95)00019-4

    4. [4]

      Hobson, J. A.; Pace-Schott, E. F. Nat. Rev. Neurosci. 2002, 3, 679. doi: 10.1038/nrn915 doi: 10.1038/nrn915

    5. [5]

      Peigneux, P.; Laureys, S.; Delbeuck, X.; Maquet, P. Neuroreport 2001, 12, 111. doi: 10.1097/00001756-200112210-00001 doi: 10.1097/00001756-200112210-00001

    6. [6]

      Mohammed, H. S.; Aboul Ezz, H. S.; Khadrawy, Y. A.; Noor, N. A. Behav. Brain Res. 2011, 225, 39. doi: 10.1016/j.bbr.2011.06.018 doi: 10.1016/j.bbr.2011.06.018

    7. [7]

      Rechtschaffen, A. Perspect. Biol. Med. 1998, 41, 359. doi: 10.1353/pbm.1998.0051 doi: 10.1353/pbm.1998.0051

    8. [8]

      Wilkinson, R. T.; Edwards, R. S.; Haines, E. Psychon. Sci. 1966, 5, 471. doi: 10.3758/BF03328474 doi: 10.3758/BF03328474

    9. [9]

      Pilcher, J. J.; Huffcutt, A. I. Sleep 1996, 19, 318. doi: 10.1016/0278-5846(96)00044-9 doi: 10.1016/0278-5846(96)00044-9

    10. [10]

      Manaceine, M. D. Arch. Ital. Biol. 1894, 21, 322.

    11. [11]

      Daddi, L. Riv. Patol. Nerv. Ment. 1898, 3, 1.

    12. [12]

      Lopez, J.; Roffwarg, H. P.; Dreher, A.; Bissette, G.; Karolewicz, B.; Shaffery, J. P. Neuroscience 2008, 153, 44. doi: 10.1016/j.neuroscience.2008.01.072 doi: 10.1016/j.neuroscience.2008.01.072

    13. [13]

      Colavito, V.; Fabene, P. F.; Grassi-Zucconi, G.; Pifferi, F.; Lamberty, Y.; Bentivoglio, M.; Bertini, G. Front. Syst. Neurosci. 2013, 7, 106. doi: 10.3389/fnsys.2013.00106 doi: 10.3389/fnsys.2013.00106

    14. [14]

      Giorgi, F. S.; Maestri, M.; Guida, M.; Di Coscio, E.; Carnicelli, L.; Perini, D.; Pizzanelli, C.; Iudice, A.; Bonanni, E. Epilepsy Res. Treat. 2013, 2013, 614685. doi: 10.1155/2013/614685 doi: 10.1155/2013/614685

    15. [15]

      Strijkstra, A. M.; Beersma, D. G. M.; Drayer, B.; Halbesma, N.; Daan, S. Neurosci. Lett. 2003, 340, 17. doi: 10.1016/S0304-3940(03)00033-8 doi: 10.1016/S0304-3940(03)00033-8

    16. [16]

      Ferreira, C.; Deslandes, A.; Moraes, H.; Cagy, M.; Pompeu, F.; Basile, L. F.; Piedade, R.; Ribeiro, P. Arq. Neuro-Psiquiatr. 2006, 64, 388. doi: 10.1590/S0004-282X2006000300007 doi: 10.1590/S0004-282X2006000300007

    17. [17]

      Ugalde, E.; Corsi-Cabrera, M.; Juarez, J.; Ramos, J.; Arce, C. Sleep 1994, 17, 226. doi: 10.1093/sleep/17.3.226 doi: 10.1093/sleep/17.3.226

    18. [18]

      Vyazovskiy, V. V. Nat. Sci. Sleep. 2015, 7, 171. doi: 10.2147/NSS.S54036 doi: 10.2147/NSS.S54036

    19. [19]

      Dijk, D. J. Behav. Brain Res. 1995, 69, 109. doi: 10.1016/0166-4328(95)00007-G doi: 10.1016/0166-4328(95)00007-G

    20. [20]

      Naylor, E.; Aillon, D. V.; Gabbert, S.; Harmon, H.; Johnson, D. A.; Wilson, G. S.; Petillo, P. A. J. Electroanal. Chem. 2011, 656, 106. doi: 10.1016/j.jelechem.2010.12.031 doi: 10.1016/j.jelechem.2010.12.031

    21. [21]

      Rapp, P. E.; Keyser, D. O.; Albano, A.; Hernandez, R.; Gibson, D. B.; Zambon, R. A.; Hairston, W. D.; Hughes, J. D.; Krystal, A.; Nichols, A. S. Front. Hum. Neurosci. 2015, 9, 11. doi: 10.3389/fnhum.2015.00011 doi: 10.3389/fnhum.2015.00011

    22. [22]

      Fan, X.; Song, Y.; Ma, Y.; Zhang, S.; Xiao, G.; Yang, L.; Xu, H.; Zhang, D.; Cai, X. Sensors 2017, 17, 61. doi: 10.3390/s17010061 doi: 10.3390/s17010061

    23. [23]

      Zhang, S.; Song, Y.; Wang, M.; Zhang, Z.; Fan, X.; Song, X.; Zhuang, P.; Yue, F.; Chan, P.; Cai, X. Biosens. Bioelectron. 2016, 85, 53. doi: 10.1016/j.bios.2016.04.087 doi: 10.1016/j.bios.2016.04.087

    24. [24]

      Li, Z.; Song, Y.; Xiao, G.; Gao, F.; Xu, S.; Wang, M.; Zhang, Y.; Guo, F.; Liu, J.; Xia, Y.; Cai, X. Anal. Biochem. 2018, 550, 123. doi: 10.1016/j.ab.2018.04.023 doi: 10.1016/j.ab.2018.04.023

    25. [25]

      Belitski, A.; Gretto, A.; Magri, C.; Murayama, Y. J. Neurosci. 2008, 28, 22. doi: 10.1523/JNEUROSCI.0009-08.2008 doi: 10.1523/JNEUROSCI.0009-08.2008

    26. [26]

      Wei, W.; Song, Y.; Wang, L.; Zhang, S.; Luo, J.; Xu, S.; Cai, X. Microsyst. Nanoeng. 2015, 1, 15002. doi: 10.1038/micronano.2015.2 doi: 10.1038/micronano.2015.2

    27. [27]

      Avery, T.; Szafran, M. J.; Bryan, B.; Mendelson, W. B. Anesthesiology 2002, 97, 906. doi: 10.1097/00000542-200210000-00024 doi: 10.1097/00000542-200210000-00024

    28. [28]

      Christie, M. A.; McKenna, J. T.; Connolly, N. P.; McCarley, R. W.; Strecker, R. E. J. Sleep Res. 2010, 17, 376. doi: 10.1111/j.1365-2869.2008.00698.x doi: 10.1111/j.1365-2869.2008.00698.x

    29. [29]

      Gao, F.; Xiao, G.; Song, Y.; Wang, M.; Li, Z.; Zhang, Y.; Xu, S.; Xie, J.; Cai, X. IEEE Trans. Biomed. Eng. 2019, 1, 1. doi: 10.1109/TBME.2019.2900251 doi: 10.1109/TBME.2019.2900251

    30. [30]

      Zhang, S.; Song, Y.; Wang, M.; Xiao, G.; Gao, F.; Li, Z.; Tao, G.; Zhuang, P.; Yue, F.; Chan, P.; Cai, X. Microsyst. Nanoeng. 2018, 4, 17070. doi: 10.1038/micronano.2017.70 doi: 10.1038/micronano.2017.70

    31. [31]

      Xiao, G.; Xu, S.; Song, Y.; Zhang, Y.; Li, Z.; Gao, F.; Xie, J.; Sha, L.; Xu, Q.; Shen, Y.; Cai, X. Sens. Actuator B-Chem. 2019, 288, 601. doi: 10.1016/j.snb.2019.03.035 doi: 10.1016/j.snb.2019.03.035

    32. [32]

      Huber, R.; Deboer, T.; Tobler, I. Brain Res. 2000, 857, 8. doi: 10.1016/S0006-8993(99)02248-9 doi: 10.1016/S0006-8993(99)02248-9

    33. [33]

      Vanderwolf, C. H.; Robinson, T. E. Behav. Brain Sci. 1981, 4, 459. doi: 10.1017/S0140525X00009869 doi: 10.1017/S0140525X00009869

    34. [34]

      Silva, F. L. D. Electroencephalogr. Clin. Neurophysiol. 1991, 79, doi: 81.10.1016/0013-4694(91)90044-5 doi: 10.1016/0013-4694(91)90044-5

    35. [35]

      Hankins, T. C.; Wilson, G. F. Aviat. Space Environ. Med. 1998, 69, 360. doi: 10.1111/j.1445-5994.1998.tb02982.x doi: 10.1111/j.1445-5994.1998.tb02982.x

    36. [36]

      Fisher, S. P.; Cui, N.; McKillop, L. E.; Gemignani, J.; Bannerman, D. M.; Oliver, P. L.; Peirson, S. N.; Vyazovskiy, V. V. Nat. Commun. 2016, 7, 13138. doi: 10.1038/ncomms13138 doi: 10.1038/ncomms13138

    37. [37]

      Suchecki, D.; Tiba, P. A.; Tufik, S. J. Neuroendocrinol. 2010, 14, 549. doi: 10.1046/j.1365-2826.2002.00812.x doi: 10.1046/j.1365-2826.2002.00812.x

    38. [38]

      Post, R. M.; Kotin, J.; Goodwin, F. K. Arch. Gen. Psychiatry. 1976, 33, 627. doi: 10.1001/archpsyc.1976.01770050077012 doi: 10.1001/archpsyc.1976.01770050077012

    39. [39]

      Graves, L. A.; Heller, E. A.; Pack, A. I. Learn. Mem. 2003, 10, 168. doi: 10.1101/lm.48803 doi: 10.1101/lm.48803

    40. [40]

      Yang, R. H.; Hu, S. J.; Yuan, W.; Zhang, W. B.; Luo, W. J.; Chen, J. Y. Brain Res. 2008, 1230, 224. doi: 10.1016/j.brainres.2008.07.033 doi: 10.1016/j.brainres.2008.07.033

    41. [41]

      Kamal, S. M. J. Exp. Pharmacol. 2010, 2, 65. doi: 10.2147/jep.s11143 doi: 10.2147/jep.s11143

    42. [42]

      Bettendorff, L.; Sallanon-Moulin, M.; Touret, M.; Wins, P.; Margineanu, I.; Schoffeniels, E. Sleep 1996, 19, 65. doi: 10.1093/sleep/19.1.65 doi: 10.1093/sleep/19.1.65

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  5
  • 文章访问数:  57
  • HTML全文浏览量:  9
文章相关
  • 发布日期:  2020-12-15
  • 收稿日期:  2019-07-10
  • 接受日期:  2019-09-11
  • 修回日期:  2019-08-31
  • 网络出版日期:  2019-09-16
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章