Real-time Elektrofysiologi: Brug lukkede kredsløb protokoller til Probe Neuronal Dynamics og Beyond

I de senere år har cellulær elektrofysiologi udviklet sig fra den traditionelle åben sløjfe paradigme anvendes i spænding og strøm clamp-forsøg til moderne lukkede kredsløb protokoller. Den bedst kendte lukkede kredsløb teknik er måske den dynamiske klemme ^6,7, hvilket gjorde det muligt for syntetiske injektion af kunstige spændingsafhængige ionkanaler at bestemme den neuronale membran spænding ^8, den tilbundsgående undersøgelse af virkningerne af ikke-deterministisk flimmer på ionkanaler på neuronale respons dynamik ^9, samt rekreation in vitro af realistiske i vivo- ligesom synaptisk baggrund aktivitet ^10.

Andre lukkede kredsløb paradigmer, der er blevet foreslået omfatter den reaktive klemme ^11, for at studere in vitro generering af selvbærende vedvarende aktivitet, og svaret klemme ^4,12, til at undersøge de cellulære mekanismer underliggende neuronal uro.

Indholdsproduktion "> Her beskriver vi en kraftig ramme, der tillader anvendelse af en bred vifte af lukkede elektrofysiologiske protokoller i forbindelse med hel-celle patch clamp optagelser udført i akutte hjernen skiver. Vi viser hvordan man optager membran spænding somatisk ved hjælp af patch clamp optagelser i pyramideformede neuroner fra somatosensoriske cortex af unge rotter og anvende tre forskellige lukkede kredsløb protokoller bruger LCG, en kommando-linje-baseret software værktøjskasse udviklet i laboratoriet af Teoretisk neurobiologi og Neuroengineering.

Kort fortalt de beskrevne protokoller er først automatiseret injektion af en række aktuelle klemme stimulus kurveformer, der er relevante for karakterisering af et stort sæt egenskaber aktive og passive membran. Disse er blevet foreslået at fange den elektrofysiologiske fænotype af en celle med hensyn til dets respons egenskaber til en stereotyp serie af stimulus bølgeformer. Kendt som e-koden af en celle (f.eks, se & #160; ^13,14), er en sådan samling af elektriske reaktioner, der anvendes af flere laboratorier for objektivt klassificere neuroner på grundlag af deres elektriske egenskaber. Dette omfatter en analyse af den stationære input-output transfer forhold (FI kurve), som en innovativ teknik, der involverer lukket kredsløb, real-time kontrol af satsen for fyring ved hjælp af en proportional-integral-derivat (PID) controller andet genskabelse af realistiske in vivo-lignende baggrund synaptisk aktivitet i de vitro præparater ¹⁰ og for det tredje den kunstige forbindelse i realtid af to samtidigt konstateret pyramideformede neuroner ved hjælp af en virtuel GABAerg interneuron, der simuleres ved computeren.

Derudover LCG gennemfører teknik kendt som aktive elektrode Compensation (AEC) ^15, som tillader gennemførelsen af dynamiske clamp-protokoller under anvendelse af en enkelt elektrode. Dette gør det muligt at kompensere uønskede virkninger (artifacts) af optagelsen elektrode, der opstår, når det anvendes til at levere intracellulære stimuli. Fremgangsmåden er baseret på en ikke-parametrisk skøn over de tilsvarende elektriske egenskaber af optagelsen kredsløb.

De teknikker og eksperimentelle protokoller, der er beskrevet i dette papir kan let anvendes i konventionel åben sløjfe spænding og nuværende clamp-forsøg, og kan udvides til andre præparater, såsom ekstracellulær ^4,16 eller intracellulære optagelser in vivo ^17,18. Den omhyggelige samling af opsætningen for hele celle patch clamp elektrofysiologi er et meget vigtigt skridt for en stabil, høj kvalitet optagelser. I det følgende antager vi, at en sådan forsøgsopstilling er allerede tilgængelig for forsøgslederen, og fokusere vores opmærksomhed på at beskrive brugen af ​​LCG. Læseren bliver peget på ^19-22 for yderligere tips om optimering og debugging.