Untersuchen Local Network Processing mit Multi-Contact-Laminar Electrode Recording
Summary
Ein grundlegendes Problem in unserem Verständnis der kortikalen Schaltung ist, wie Netzwerke in verschiedenen kortikalen Schichten kodieren sensorische Informationen. Hier beschreiben wir elektrophysiologische Techniken unter Verwendung von Multi-Contact-laminar Elektroden an Single-Einheiten und lokale Feld Potenziale und vorliegenden Analysen Datensatz kortikalen Schichten zu identifizieren.
Abstract
Kortikalen Schichten sind allgegenwärtig Strukturen im gesamten Neokortex 1-4, dass der hochgradig rezidivierendem lokalen Netzwerken bestehen. In den letzten Jahren wurden erhebliche Fortschritte in unserem Verständnis der Unterschiede wurden in Reaktion Eigenschaften von Neuronen in verschiedenen kortikalen Schichten 5-8 gemacht, aber es gibt noch viel zu links, ob und wie neuronale Populationen kodieren Informationen in einer Laminar-spezifischen lernen Art und Weise.
Bestehende Multi-Elektroden-Array-Techniken, obwohl informative zur Messung Antworten auf viele Millimeter der kortikalen Raum entlang der kortikalen Oberfläche, sind ungeeignet, um das Problem der laminaren kortikalen Schaltkreisen Ansatz. Hier präsentieren wir unsere Methode für den Aufbau und die Aufnahme einzelner Neurone und lokale Feld-Potentiale (LFPs) über kortikale Schichten der primären Sehrinde (V1) unter Verwendung von Multi-Contact-laminar Elektroden (Abbildung 1; Plextrode U-Probe, Plexon Inc).
Die Methoden enthalten sind Aufnahmegerät Konstruktion, die Identifizierung von kortikalen Schichten und die Identifizierung der rezeptiven Felder von einzelnen Neuronen. Zur Identifizierung kortikalen Schichten, messen wir die evozierte Potentiale (EKP) des LFP Zeitreihen mit Full-Field geflasht Reize. Wir führen Sie dann Strom-Quelle Dichte (CSD) Analyse auf die Umpolung von der sink-source-Konfiguration an der Basis der Schicht 4 (die Spüle ist in Schicht 4, nachfolgend als Körnerschicht 9-12 bezeichnet) ermittelt werden können. Current-Source-Dichte ist nützlich, weil es ein Indiz für die Lage, Richtung und Dichte der transmembrane Stromfluss sorgt, so dass wir genau zu positionieren Elektroden aus allen Schichten in einem einzigen Eindringen 6, 11, 12 aufzunehmen.
Protocol
Discussion
Multi-unit-Aufnahmen sind zum Standard geworden für die Analyse, wie neuronale Netzwerke im Kortex Stimulus Informationen zu kodieren. Angesichts der jüngsten Fortschritte in der Elektroden-Technologie, ermöglicht die Implementierung von laminar Elektroden eine beispiellose Charakterisierung von lokalen kortikalen Schaltkreisen. Obwohl Multi-Elektroden-Aufnahmen nützliche Informationen über neuronale Populationsdynamik bieten, können mehrere Laminar Elektroden eine höhere Auflösung und mehr Informationen über d…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Wir danken Ye Wang für Diskussionen und Sorin Pojoga für Verhaltenstraining. Unterstützt durch die NIH EUREKA-Programm, das National Eye Institute, die Pew Scholars Program, die James S. McDonnell Foundation (VD), und ein NIH Vision Training Grant (BJH).
Materials
| Name of Equipment | Company | Catalogue number | Comments |
| Nan microdrive system | Nan Instruments | NAN-S4 | Figure 2. Custom clamps are needed to use the U-Probe. Everything mentioned with exception of the U-Probe is provided by NAN instruments. |
| Screw microdrives | MIT Machine shop | Anything that is able to secure a guide tube to the NAN grid should be appropriate. | |
| Stainless Steel Guide Tubes | Small Parts | B00137QHNS (1) or B00137QHO2 (5) | These are 60 in long and cut to size in the laboratory using a Dremel hand drill |
| Plexon U-Probe | Plexon, Inc | PLX-UP-16-25ED-100-SE-360-25T-500 | See U-Probe specifications available at www.plexon.com Also see Figure 1. |
Table 1. Hardware.
| Name of Software | Company | Website | Comments |
| NAN software | NAN | http://www.naninstruments.com/DesignConcept.htm | Computer interface requires an additional serial port to accommodate the Plexon system and the NAN hardware |
| Offline Sorter, FPAlign, PlexUtil, MATLAB programs | Plexon | http://www.plexon.com/downloads.html#Software | Under ‘Installation Packages’ |
| NeuroExplorer | NeuroExplorer | http://www.neuroexplorer.com/ | Under ‘Resources’ |
| CSDplotter Version 0.1.1 | Klas H. Petterson | http://arken.umb.no/~klaspe/user_guide.pdf |
Table 2. Software.
References
- Hubel, D. H., Wiesel, T. N. Receptive fields and functional architecture of monkey striate cortex. J Physiol. 195, 215-243 (1968).
- Mountcastle, V. B. Modality and topographic properties of single neurons of cat’s somatic sensory cortex. J Neurophysiol. 20, 408-434 (1957).
- Nassi, J. J., Callaway, E. M. Parallel processing strategies of the primate visual system. Nat Rev Neurosci. 10, 360-372 (2009).
- Ringach, D. L., Hawken, M. J., Shapley, R. Dynamics of orientation tuning in macaque primary visual cortex. Nature. 387, 281-284 (1997).
- Martinez, L. M. Receptive field structure varies with layer in the primary visual cortex. Nat Neurosci. 8, 372-379 (2005).
- Lakatos, P., Karmos, G., Mehta, A. D., Ulbert, I., Schroeder, C. E. Entrainment of neuronal oscillations as a mechanism of attentional selection. Science. 320, 110-113 (2008).
- Sun, W., Dan, Y. Layer-specific network oscillation and spatiotemporal receptive field in the visual cortex. Proc Natl Acad Sci U S A. 106, 17986-17991 (2009).
- Maier, A., Adams, G. K., Aura, C., Leopold, D. A. Distinct superficial and deep laminar domains of activity in the visual cortex during rest and stimulation. Frontiers in Systems Neuroscience. 4, 12-12 (2010).
- Mitzdorf, U. Current source-density method and application in cat cerebral cortex: investigation of evoked potentials and EEG phenomena. Physiol Rev. 65, 37-100 (1985).
- Mitzdorf, U., Singer, W. Excitatory synaptic ensemble properties in the visual cortex of the macaque monkey: a current source density analysis of electrically evoked potentials. J Comp Neurol. 187, 71-83 (1979).
- Schroeder, C. E., Mehta, A. D., Givre, S. J. A spatiotemporal profile of visual system activation revealed by current source density analysis in the awake macaque. Cereb Cortex. 8, 575-592 (1998).
- Schroeder, C. E., Tenke, C. E., Givre, S. J., Arezzo, J. C., Vaughan, H. G. Striate cortical contribution to the surface-recorded pattern-reversal VEP in the alert monkey. Vision Res. 31, 1143-1157 (1991).
- Amzica, F., Steriade, M. Cellular substrates and laminar profile of sleep K-complex. Neurosciences. 82, 671-686 (1998).
- Kandel, A., Buzsaki, G. Cellular-synaptic generation of sleep spindles, spike-and-wave discharges, and evoked thalamocortical responses in the neocortex of the rat. J Neurosci. 17, 6783-6797 (1997).
- Sakata, S., Harris, K. D. Laminar structure of spontaneous and sensory-evoked population activity in auditory cortex. Neuron. 64, 404-418 (2009).
- Nicholson, C., Freeman, J. A. Theory of current source-density analysis and determination of conductivity tensor for anuran cerebellum. J Neurophysiol. 38, 356-368 (1975).
- Pettersen, K. H., Devor, A., Ulbert, I., Dale, A. M., Einevoll, G. T. Current-source density estimation based on inversion of electrostatic forward solution: effects of finite extent of neuronal activity and conductivity discontinuities. J Neurosci Methods. 154, 116-133 (2006).
- Vaknin, G., DiScenna, P. G., Teyler, T. J. A method for calculating current source density (CSD) analysis without resorting to recording sites outside the sampling volume. J Neurosci Methods. 24, 131-135 (1988).
