A-متعدد القطب نظام التصحيح، المشبك بمساعدة الحاسوب
Summary
متعدد القطب التسجيلات التصحيح، المشبك يشكل مهمة معقدة. نحن هنا تظهر كيف، من خلال أتمتة العديد من الخطوات التجريبية، فمن الممكن لتسريع عملية تؤدي إلى تحسن نوعي في الأداء وعدد من التسجيلات.
Abstract
تقنية التصحيح، المشبك هو اليوم الأسلوب الأكثر راسخة لتسجيل النشاط الكهربائي من الخلايا العصبية الفردية أو المقصورات الخاصة التحت خلوية. ومع ذلك، فإن تحقيق التسجيلات مستقرة، حتى من الخلايا الفردية، يبقى إجراء تستغرق وقتا طويلا من التعقيد. أتمتة العديد من الخطوات بالتزامن مع عرض المعلومات فعالة يمكن أن تساعد إلى حد كبير التجريبيون في أداء عدد أكبر من التسجيلات مع زيادة الموثوقية وفي وقت أقل. من أجل تحقيق التسجيلات على نطاق واسع استنتجنا النهج الأكثر فعالية هو عدم تلقائية تماما ولكن عملية لتبسيط الخطوات التجريبية وتقليل فرص الخطأ البشري في حين تتضمن بكفاءة تجربة المجرب وردود الفعل البصري. مع هذه الأهداف في الاعتبار وضعنا نظام بمساعدة الحاسوب الذي يركز كل الضوابط اللازمة لمتعدد القطب تجربة التصحيح، المشبك في واجهة واحدة، والمبادلات التجارغمبد اللاسلكية المتوفرة ially، أثناء عرض المعلومات والإرشادات المتعلقة العظة التجربة على شاشة الكمبيوتر. نحن هنا تصف المكونات المختلفة للنظام الذي سمح لنا لتقليل الوقت المطلوب لتحقيق تكوين تسجيل وبشكل كبير زيادة فرص تسجيل أعداد كبيرة من الخلايا العصبية في وقت واحد بنجاح.
Introduction
القدرة على تسجيل وتنشيط مواقع متعددة مع الدقة ميكرومتر مفيد للغاية لتحقيق تجريبيا على فهم أفضل للنظم العصبية. وقد تم تطوير العديد من التقنيات لتحقيق هذه الغاية ولكن لا شيء يسمح القرار submillivolt تحقيقه عن طريق تقنية التصحيح، المشبك، من الضروري لدراسة النشاط دون العتبي والإمكانات الفردية بعد المشبكي. نحن هنا تغطية تطوير نظام التصحيح، المشبك بمساعدة الحاسوب اثني عشر القطب تهدف إلى تسجيل في وقت واحد وتحفيز عدد كبير من الخلايا الفردية بدقة كافية لدراسة الربط العصبية. بينما العديد من التطبيقات الأخرى يمكن تصورها لمثل هذا النظام، فإنه يفسح المجال بشكل خاص لدراسة الربط متشابك بالنظر إلى أن عدد الاتصالات الممكنة ضمن مجموعة من الخلايا العصبية تنمو بشكل متناسب مع مربع عدد الخلايا العصبية في السؤال. لذلك، في حين أن نظام مع ثلاثة أقطاب يسمح اختبارحدوث ما يصل الى ستة اتصالات وغالبا ما يسجل واحدة واحدة، وتسجيل اثني عشر الخلايا العصبية يسمح اختبار حدوث ما يصل الى 132 الاتصالات ومراقبة كثير من الأحيان أكثر من اثني عشر (الشكل 1). مراقبة العشرات من الاتصالات في وقت واحد يجعل من الممكن لتحليل تنظيم الشبكات الصغيرة واستنتاج الخصائص الإحصائية للبنية الشبكة التي لا يمكن بحثها إلا 1. وعلاوة على ذلك، والتحفيز الدقيق للخلايا عديدة كما يسمح الكمي للتجنيد الخلايا بعد المشبكي 2.
Protocol
Representative Results
Discussion
سؤال يطرح نفسه على الفور عادة بشأن معدل نجاح العملية وصفنا. بالنسبة لمعدلات نجاح عالية إعداد أمر ضروري. يجب أن يكون ماصات الفتحات التي هي غيض كافية لخلايا الكائنات المسجلة. تصفية الحل داخل الخلايا لتجنب انسداد ماصات مهم أيضا. نظيفة للغاية الماصات، وسحبت حديثا هي شرط ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
نود أن نشكر جلعاد سيلبيربيرج، ميشيل بغناتيلي، توماس K. بيرغر، لوكا Gambazzi، وسونيا جارسيا لمشورة قيمة بشأن التحسينات لأتمتة إجراءات التصحيح، المشبك. نشكر راجنيش رانجان للحصول على المشورة والمساعدة في تنفيذ برامج قيمة. وقد تم تمويل هذا العمل في جزء من مشروع الاتحاد الأوروبي المشبك وجزئيا من قبل برنامج العلوم حدود الإنسان.
Materials
| Microscope | Olympus | BX51WI | 40X Immersion Objective |
| Manipulators | Luigs & Neumann | SM-5 | Serial protocol used |
| Amplifiers | Axon Instruments | MultiClamp 700B | SDK used |
| Camera | Till Photonics | VS 55 | BNC analog output |
| Framegrabber | Data Translation | DT3120 | SDK used |
| Oscilloscopes | Tektronix | TDS 2014 | Serial communication |
| Data acquisition | InstruTECH | ITC 1600 | |
| Data acquisition | National Instruments | PCI-6221 | Library used (.dll) |
| Pressure valve | SMC | SMC070C-6BG-32 | |
| Pressure sensor | Honeywell | 24PCDFA6G | |
| Membrane pump | Schego | Optimal |
References
- Perin, R., Berger, T. K., Markram, H. A synaptic organizing principle for cortical neuronal groups. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 108, 5419-5424 (2011).
- Berger, T. K., Silberberg, G., Perin, R., Markram, H. Brief Bursts Self-Inhibit and Correlate the Pyramidal Network. PLoS Biol. 8, e1000473 (2010).
- Fino, E., Yuste, R. Dense inhibitory connectivity in neocortex. Neuron. 69, 1188-1203 (2011).
- Packer, A. M., Yuste, R. Dense, Unspecific Connectivity of Neocortical Parvalbumin-Positive Interneurons: A Canonical Microcircuit for Inhibition. J. Neurosci. 31, 13260-13271 (2011).
- Berger, T. K., Perin, R., Silberberg, G., Markram, H. Frequency-dependent disynaptic inhibition in the pyramidal network: a ubiquitous pathway in the developing rat neocortex. J. Physiol. 587, 5411-5425 (2009).
- Kodandaramaiah, S. B., Franzesi, G. T., Chow, B. Y., Boyden, E. S., Forest, C. R. Automated whole-cell patch-clamp electrophysiology of neurons in vivo. Nat. Methods. 9, 585-587 (2012).
- Anastassiou, C. A., Perin, R., Markram, H., Koch, C. Ephaptic coupling of cortical neurons. Nat. Neurosci. 14, 217-223 (2011).
- Prakash, R., et al. Two-photon optogenetic toolbox for fast inhibition, excitation and bistable modulation. Nat. Methods. 9, 1171-1179 (2012).
- Papagiakoumou, E., et al. Scanless two-photon excitation of channelrhodopsin-2. Nat Methods. 7, 848-854 (2010).
- Ko, H., et al. Functional specificity of local synaptic connections in neocortical networks. Nature. 473, 87-91 (2011).
- Wickersham, I. R., et al. Monosynaptic Restriction of Transsynaptic Tracing from Single, Genetically Targeted Neurons. Neuron. 53, 639-647 (2007).
- Liang, C. W., Mohammadi, M., Santos, M. D., Tang, C. -. M. Patterned Photostimulation with Digital Micromirror Devices to Investigate Dendritic Integration Across Branch Points. J. Vis. Exp. (49), e2003 (2011).
- Nikolenko, V., et al. SLM Microscopy: Scanless Two-Photon Imaging and Photostimulation with Spatial Light Modulators. Front Neural Circuits. 2, (2008).
