Publicado

2015-09-01

Registro de actividad eléctrica en la retina de una rata albina empleando una matriz de microelectrodos

Recording of Electrical Activity in the Retina of an Albino Rat Employing a Microelectrode Array

Palabras clave:

células ganglionares retinales, clasificación de espigas, potenciales evocados, potenciales extracelulares (es)
evoked potentials, extracellular potentials, retinal ganglion cells, spike sorting (en)

Descargas

Autores/as

  • Edwin Alexander Cerquera Universidad Antonio Nariño
  • Jeimy Muñoz Facultad de Ingeniería Biomédica, Electrónica y Mecatrónica; Grupo de Investigación Sistemas Complejos. Universidad Antonio Nariño. Carrera 3 Este n.º 47 A-15, Bloque 4 Piso1. Bogotá, Colombia
  • Joaquín Araya Centro Interdisciplinario de Neurociencias de Valparaíso, Facultad de Ciencias. Universidad de Valparaíso. Gran Bretaña 1111 Valparaíso, Chile.
  • Olivero Gómez Facultad de Ingeniería Biomédica, Electrónica y Mecatrónica; Grupo de Investigación Sistemas Complejos. Universidad Antonio Nariño. Carrera 3 Este n.º 47 A-15, Bloque 4 Piso1. Bogotá, Colombia

Las matrices de microelectrodos son dispositivos que permiten la detección de potenciales de acción o espigas en poblaciones de células excitables, ofreciendo varias aplicaciones en el campo de las neurociencias y la biología. Este trabajo muestra un protocolo para el registro de espigas en una población de células ganglionares retinales empleando una matriz de microelectrodos. La retina de una rata albina fue extraída y preparada para ser estimulada in vitro con luz led blanca, con el fin de registrar sus espigas evocadas ante estos estímulos. Cada microelectrodo puede registrar espigas de más de una célula ganglionar, razón por la cual se determinó a qué célula pertenece cada espiga aplicando un procedimiento conocido como “clasificación de espigas”. El trabajo permitió obtener el registro de un periodo de estimulación y otro de no estimulación, con el fin de representar los potenciales de acción evocados con luz y los espontáneos. Los registros fueron almacenados para visualizar las espigas de las células ganglionares y poder aplicar la herramienta de clasificación de espigas. De este modo, se almacenan los instantes de tiempo en los cuales cada célula ganglionar registrada generó potenciales de acción. Este trabajo conllevó al establecimiento de un protocolo de experimentación básico enfocado al uso de matrices MEA en el laboratorio de adquisición de potenciales extracelulares de la Universidad Antonio Nariño Sede Bogotá, no sólo para caracterizar los potenciales de acción de células ganglionares retinales, sino también para otro tipo de células que puedan ser estudiadas empleando matrices de microelectrodos.

 

The microelectrode arrays (MEA) are devices that allow the detection of action potentials or spikes in populations of excitable cells, offering a wide spectrum of applications in topics of Neurosciences and Biology. This work describes a protocol for recording of spikes in a population of retinal ganglion cells employing a microelectrode array. The retina of an albino rat was dissected and prepared to be stimulated in vitro with white led light and to record their evoked spikes. Each microelectrode can record spikes from more than a ganglion cell, for which it was necessary to determine which cell fires each spike applying a procedure known as spike sorting. The work allowed to obtain the recording of a stimulation period and another of non-stimulation, representing evoked and spontaneous action potentials. The recordings were saved, in order to visualize the action potentials of the ganglion cells detected and to apply a computational method for the spike sorting. In this way, it was saved the time stamps in which each action potential was fired by its respective cell. This work established a basic experimentation protocol focused to the use of MEA devices in the laboratory for acquisition of extracellular potentials at the Antonio Nariño University - Bogota Headquarters, not only for characterization of action potentials fired by retinal ganglion cells populations, but also for other kind of cells that can be studied employing MEA devices.

Descargas

Los datos de descargas todavía no están disponibles.

Citas

Branner A, Stein R, Normann R. Selective Stimulation of Cat Sciatic Nerve Using an Array of Varying-Length Microelectrodes. J Neurophysiol. 2001;85(4):1585-1594.

Cerquera A, Greschner M, Freund J. Classifying the Motion ofVisual Stimuli from the Spike Response of a Population of Retinal Ganglion Cells. Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc. 2008;4082-4085.

Cerquera A, Freund J. Fast Estimation of Motion from Selected Populations of Retinal Ganglion Cells. Biol Cybern. 2011;104(1-2):53-64. Doi: https://doi.org/10.1007/s00422-011-0418-x.

Chen A, Zhou Y, Gong H, Liang P. Firing Rates and Dynamic Correlated Activities of Ganglion Cells both Contribute to Retinal Information Processing. Brain Res. 2004;107(1-2):13-20. Doi: https://doi.org/10.1016/j.brainres.2004.04.081.

Chong S, Benilova I, Shaban H, De Strooper B, Devijver H, Moechars D, et al. Synaptic Dysfunction in Hippocampus of Transgenic Mouse Models of Alzheimer's Disease: a Multi-Electrode Array Study. Neurobiol Dis. 2011;44(3):284-91. Doi: https://doi.org/10.1016/j.nbd.2011.07.006.

Fernández E, Ferrández J, Ammermueller J, Normann R. Population Coding in Spike Trains of Simultaneously Recorded Retinal Ganglion Cells. Brain Res. 2000;887(1):222-229. Doi: https://doi.org/10.1016/S0006-8993(00)03072-9.

Fiscella M, Farrow K, Jones I, Jáckel D, Müller J, Frey U, et al. Recording from Defined Populations of Retinal Ganglion Cells Using a High-density CMOS-integrated Microelectrode Array with Real-time Switchable Electrode Selection. J Neurosci Methods. 2012;211(1):103-113.Doi: https://doi.org/10.1016/j.jneumeth.2012.08.017

Freund J, Cerquera A. How Spurious Correlations Affect a Correlation-based Measure of Spike Timing Reliability. Neurocomputing. 2012;81(1):97-103. Doi: https://doi.org/10.1016/j.neucom.2011.10.014.

García-Rill E. Electrophysiology in Translational Neuroscience. In: García-Rill E, editor. Translational Neuroscience: A Guide to a Successful Program. 1 ed. Hoboken, NJ, USA: Wiley-Blackwell; 2011. p. 85-86.

Gómez O, Muñoz A, Juárez L, Cerquera A. Decoding of Visual Stimuli from Extracellular Responses of a Retinal Ganglion Cells Population. Health Care Exchanges (PAHCE). Pan American; 2013. p. 1-5.

Greschner M, Thiel A, Kretzberg J, Ammermueller J. Complex Spike-event Pattern of Transient ON-OFF Retinal Ganglion Cells. J Neurophysiol. 2006;96(6):2845-56. Doi: https://doi.org/10.1152/jn.01131.2005.

Gunning D, Adams C, Cunningham W, Mathieson K, O'Shea V, Smith K, et al. 30jm Spacing 519-electrode Arrays for In Vitro Retinal Studies. Nucl Instrum Methods Phys Res A. 2005;546(1-2):148-153. Doi: https://doi.org/10.1016/j.nima.2005.03.021.

Homma K, Osakada F, Hirami Y, Jin Z, Mandai M, Takahashi M. Detection of Localized Retinal Malfunction in Retinal Degeneration Model Using a Multielectrode Array System. J Neurosci Res. 2009;87(9):2175-82. Doi: 10.1002/jnr.22024.

Matthews G. Cellular Physiology of Nerve and Muscle. 4 ed. Padstow, Cornwall, UK: Wiley-Blackwell; 2003. p. 57-83.

Morefield S, Keefer E, Chapman K, Gross G. Drug Evaluations Using Neuronal Networks Cultured on Microelectrode Arrays. Biosens Bioelectron. Doi: 2000;15(7-8):383-96.

Multichannel Systems. Microelectrode Array (MEA) Manual. [Internet]. Multi Channel Systems MCS GmbH, Reutlingen, Alemania; 2014[actualizado 5 May 2015; citado 13 oct 2014]. Disponible en http://www.multichannelsystems.com/sites/multichannelsystems.com/files/documents/manuals/MEA_Manual.pdf.

Natarajan A, Stancescu M, Dhir V, Armstrong C, Sommerhage F, Hickman J, et al. Patterned Cardiomyocytes on Microelectrode Arrays as a Functional, High Information Content Drug Screening Platform. Biomaterials. 2011;32(18):4267-74. Doi: https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2010.12.022.

Palacios A, Escobar M, Vielma A, Araya J, Astudillo A; Valdivia G, et al. Role of Connexin Channels in the Retinal Light Response of a Diurnal Rodent. Front Cell Neurosci. 2014; 8(1):1-13. Doi: https://doi.org/10.3389/fncel.2014.00249.

Pradhapan P, Kuusela J, Viik J, Aalto-Setálá K, Hyttinen J. Cardiomyocyte MEA Data Analysis (CardioMDA) - A Novel Field Potential Data Analysis Software for Pluripotent Stem Cell Derived Cardiomyocytes. PLoS One. 2013;8(9):e73637. Doi: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0073637.

Quian R.: Spike sorting [Internet]. c2007 [cited 13 oct 2014]. Scholarpedia; [aprox. 10 pantallas] Disponible en http://www.scholarpedia.org/article/Spike_sorting.https://doi.org/10.4249/scholarpedia.3583.

Sharpee T. Computational Identification of Receptive Fields. Annu Rev Neurosci. 2013;36(1):103-120. Doi:http://x.doi.org/10.1146/annurev-neuro-062012-170253.

Shi Y, Gong X, Gong H, Liang P, Zhang P, Lu Q. Effect of the Entorhinal Cortex on Ictal Discharges in Low-Mg2+-induced Epileptic Hippocampal Slice Models. Neural Plast. 2014;2014(1):1-15. Doi: https://doi.org/10.1155/2014/205912.

Spira M, Hai A. Multi-electrode Array Technologies for Neuroscience and Cardiology. Nat Nanotechnol. 2013;8(1):83-94. Doi: https://doi.org/doi:10.1038/nnano.2012.265.

Van Bergen A, Papanikolaou T, Schuker A, Moeller A, Schlosshauer B. Long-term Stimulation of Mouse Hippocampal Slice Culture on Microelectrode Array. Brain Res Brain Res Protoc. 2003;11(2):123-33. Doi: https://doi.org/10.1016/S1385-299X(03)00024-2.

Yew D, Wai M, Li W. An Atlas on the Comparative Anatomy of the Retinae of Vertebrates. Hong Kong: Bentham Science Publishers; 2012. p. 3-190. Doi: https://doi.org/10.2174/97816080519461120101.

Yu Z, Graudejus O, Tsay C, Lacour SP, Wagner S, Morrison B 3rd. Monitoring Hippocampus Electrical Activity In Vitro on an Elastically Deformable Microelectrode Array. J Neurotrauma. 2009;26(7):1135-45. Doi: https://doi.org/10.1089/neu.2008.0810.

Licencia

Derechos de autor 2015 Acta Biológica Colombiana

Creative Commons License

Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución 4.0.

1. La aceptación de manuscritos por parte de la revista implicará, además de su edición electrónica de acceso abierto bajo licencia Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0  (CC BY NC SA), la inclusión y difusión del texto completo a través del repositorio institucional de la Universidad Nacional de Colombia y en todas aquellas bases de datos especializadas que el editor considere adecuadas para su indización con miras a incrementar la visibilidad de la revista.

2. Acta Biológica Colombiana permite a los autores archivar, descargar y compartir, la versión final publicada, así como las versiones pre-print y post-print incluyendo un encabezado con la referencia bibliográfica del articulo publicado.

3. Los autores/as podrán adoptar otros acuerdos de licencia no exclusiva de distribución de la versión de la obra publicada (p. ej.: depositarla en un archivo telemático institucional o publicarla en un volumen monográfico) siempre que se indique la publicación inicial en esta revista.

4. Se permite y recomienda a los autores/as difundir su obra a través de Internet (p. ej.: en archivos institucionales, en su página web o en redes sociales cientificas como Academia, Researchgate; Mendelay) lo cual puede producir intercambios interesantes y aumentar las citas de la obra publicada. (Véase El efecto del acceso abierto).