הקלטה במרחב מוגבל תנודות בהיפוקמפוס מתנהגים באופן עכברים
Summary
פרוטוקול זה מתאר את ההקלטה של פוטנציאל שדה מקומי עם רב shank סיליקון ליניארי רגשים. המרה של האותות באמצעות ניתוח צפיפות המקור הנוכחי מאפשר השחזור של הפעילות החשמלית המקומית בהיפוקמפוס העכבר. בטכניקה זו, תנודות המוח מוגבל יכול להילמד במעבר בחופשיות עכברים.
Abstract
הפוטנציאל שדה מקומי (LFP) מתגלה מתנועות יון מעבר ממברנות עצביות. מאז המתח שהוקלט על ידי אלקטרודות LFP משקף את השדה החשמלי מסוכם של כמויות גדולות של רקמת המוח, חילוץ מידע אודות פעילות מקומית הוא מאתגר. עם זאת, למדתי מתוכנת עצביים, דורש הבחנה אמין בין אירועים מקומיים באמת כמנצח נפח אותות שמקורם באזורים מרוחקים המוח. הניתוח הנוכחי של צפיפות (CSD) מקור מציע פתרון בעיה זו על-ידי מתן מידע על כיורים הנוכחי ועל מקורות באזור האלקטרודות. באזורים במוח עם למינריות cytoarchitecture כגון ההיפוקמפוס, CSD חד-ממדי ניתן להשיג על ידי הערכת המרחבי הנגזרת השנייה של LFP. כאן, אנו מתארים שיטה LFPs multilaminar הרשומה באמצעות סיליקון ליניארי הגששים מושתל לתוך ההיפוקמפוס הגבי. עקבות CSD מחושבים לאורך שאנקס בודדים של המכשיר. פרוטוקול זה ובכך מתאר הליך כדי לפתור תנודות מוגבל ברשת עצביים בהיפוקמפוס לנוע בחופשיות עכברים.
Introduction
תנודות ב- LFP מעורבים באופן ביקורתי מידע עיבוד על ידי מעגלים עצביים. הם מכסים מגוון רחב של תדרים, ועד גלים איטיים (~ 1 Hz) ריפל במהירות תנודות (~ 200 Hz)1. תדירות ברורים להקות הקשורים עם תפקודים קוגניטיביים, כולל זיכרון, עיבוד רגשי של ניווט2,3,4,5,6,7. הזרימה הנוכחית מעבר ממברנות עצביים מהווה את החלק הגדול ביותר של האות LFP8. קטיונים הזנת התא (למשל באמצעות הפעלה של הסינפסות סינאפסות glutamatergic) מייצגים כיור הנוכחי פעיל (כמו תשלום משאיר המדיום חוץ-תאית). לעומת זאת, זרימה נטו של מטען חיובי למדיום חוץ-תאית, למשל על-ידי הפעלה של GABAergic הסינפסות מעכבות, מתארת מקור הנוכחי פעיל במיקום זה. ב הדיפולים עצביים, כיורים הנוכחי ניתן לזווג עם מקורות סביל ולהפך עקב קיזוז הזרמים המשפיעים על קרום תשלום באתרים מרוחקים.
השדה החשמלי שנוצר על-ידי תהליכים עצביים מרחוק יכול גם לגרום מתח ניכר deflections על אלקטרודה הקלטה, עשויות ובכך באופן כוזב להיחשב כאירוע מקומי. הולכה נפח זה מהווה אתגר רציני הפרשנות של אותות LFP. ניתוח CSD מספק מידע אודות כיורים הנוכחי מקומיים ומקורות שבבסיס LFP אותות ולכן כוללת אמצעים כדי להפחית את ההשפעה של אמצעי האחסון הולכה8. במבנים למינציה כמו ההיפוקמפוס, ניתן לקבל אותות CSD חד-ממדי הנגזרת המרחבית השנייה של LFP להקליט מ קו מקביל אלקטרודות המסודרים בניצב מטוסים למינריות9. כניסתו של הגששים סיליקון ליניארי זמינים מסחרית אפשרה לחוקרים לנצל את השיטה CSD לצורך המחקר של תנודה המקומי פעילות ההיפוקמפוס. לדוגמה, זה הוכח כי תנודות גמא ברורים להגיח באופן ספציפי שכבה באזור CA110. יתר על כן, ניתוח CSD זיהה עצמאית נקודות חמות של פעילות גמא בשכבה התא העיקרי של הפיתול משוננת11. חשוב לציין, ממצאים אלה היו רק לכאורה CSD המקומי, אבל לא LFP אותות. ניתוח CSD ובכך מספק כלי רב עוצמה כדי לקבל תובנה בפעולות microcircuit של ההיפוקמפוס.
ב פרוטוקול זה, אנו מספקים מדריך מקיף כדי לקבל אותות CSD חד-ממדי עם סיליקון הגששים. שיטות אלה יאפשר למשתמשים לחקור אירועים תנודה מקומי בהיפוקמפוס של עכברים להתנהג.
Protocol
Representative Results
Discussion
הגדלת עדויות מציינים כי תנודות המוח במעגלים עצביים בהיפוקמפוס להתרחש דיסקרטית תחומים מרחבי10,11,16. CSD ניתוח מפחיתה באופן דרסטי את השפעת אמצעי הולכה, תנאי חיוני לצורך המחקר של אירועים מקומיים תנודה. עם וידאו זה, אנו מספקים מדריך כדי להשתיל ס?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
אנחנו אסירי תודה קארין וינטרהאלטר, קרסטין Semmler לקבלת סיוע טכני עבודה זו נתמכה על ידי האשכול של מצוינות BrainLinks – BrainTools (סיפורה ה 1086) של קרן המחקר הגרמני.
Materials
| Crocodile clamp with stand | Reichelt Elektronik | HALTER ZD-10D | |
| Silicon probe | Cambridge Neurotech | P-series 32 | |
| Stereoscope | Olympus | SZ51 | |
| Varnish-insulated copper wire | Bürklin Elektronik | 89 F 232 | |
| Ground screws | Screws & More GmbH (screwsandmore.de) | DIN 84 A2 M1x2 | |
| Flux | Stannol | 114018 | |
| Ceramic-tipped forceps | Fine Science Tools | 11210-60 | |
| Paraffine Wax | Sigma-Aldrich | 327204 | |
| Cauterizer | Fine Science Tools | 18010-00 | |
| Soldering iron | Kurtz Ersa | OIC1300 | |
| Multimeter | Uni-T | UT61C | |
| Ethanol | Carl Roth | 9065.1 | |
| Pasteur pipettes | Carl Roth | EA65.1 | |
| Heat sterilizer | Fine Science Tools | 18000-45 | |
| Stereotaxic frame | David Kopf | Model 1900 | |
| Stereotaxic electrode holder | David Kopf | Model 1900 | |
| Isoflurane | Abbvie | B506 | |
| Oxygen concentrator | Respironix | 1020007 | |
| Buprenorphine | Indivior UK Limited | ||
| Electrical shaver | Tondeo | Eco-XS | |
| Heating pad | Thermolux | 463265/-67 | |
| Surgical clamps | Fine Science Tools | 18050-28 | |
| Hydrogen peroxide | Sigma-Aldrich | H1009 | |
| Sterile cotton wipes | Carl Roth | EH12.1 | |
| Drill | Proxxon | Micromot 230/E | |
| 21G injection needle | B. Braun | 4657527 | |
| Phosphate buffer/phosphate buffered saline | |||
| Stereotaxic atlas | Elsevier | 9.78012E+12 | |
| Surgical scissors | Fine Science Tools | 14094-11 | |
| Surgical forceps | Fine Science Tools | 11272-40 | |
| 27G injection needles | B. Braun | 4657705 | |
| Vaseline | |||
| Dental cement | Sun Medical | SuperBond T&M | |
| Carprofen | Zoetis | Rimadyl 50mg/ml | |
| Recording amplifier | Intan Technologies | C3323 | |
| USB acquisition board | Intan Technologies | C3004 | |
| Recording cables | Intan Technologies | C3216 | |
| Electrical commutator | Doric lenses | HRJ-OE_FC_12_HARW | |
| Acquisition software | OpenEphys (www.open-ephys.org) | GUI | allows platform-independent data acquisition |
| Computer for data acquisition | |||
| Analysis environment | Python (www.python.org) | allows platform-independent data analysis | |
| Urethane | Sigma-Aldrich | ||
| Vibratome | Leica | VT1000 | |
| Microscope slides | Carl Roth | H868.1 | |
| Cover slips | Carl Roth | H878.2 | |
| Embedding medium | Sigma-Aldrich | 81381-50G | |
| Distilled water | Millipore | Milli Q | Table-top machine for the production of distilled water |
| Tergazyme | Alconox | Tergazyme |
Referências
- Buzsáki, G., Draguhn, A. Neuronal oscillations in cortical networks. Science. 304 (5679), 1926-1929 (2004).
- Keefe, J., Recce, M. L. Phase relationship between hippocampal place units and the EEG theta rhythm. Hippocampus. 3 (3), 317-330 (1993).
- Benchenane, K., et al. Coherent theta oscillations and reorganization of spike timing in the hippocampal-prefrontal network upon learning. Neuron. 66 (6), 921-936 (2010).
- Jadhav, S. P., Kemere, C., German, P. W., Frank, L. M. Awake hippocampal sharp-wave ripples support spatial memory. Science. 336 (6087), 1454-1458 (2012).
- Yamamoto, J., Suh, J., Takeuchi, D., Tonegawa, S. Successful execution of working memory linked to synchronized high-frequency gamma oscillations. Cell. 157 (4), 845-857 (2014).
- Karalis, N., et al. 4-Hz oscillations synchronize prefrontal-amygdala circuits during fear behavior. Nature Neuroscience. 19 (4), 605-612 (2016).
- Khodagholy, D., Gelinas, J. N., Buzsáki, G. Learning-enhanced coupling between ripple oscillations in association cortices and hippocampus. Science. 358 (6361), 369-372 (2017).
- Buzsáki, G., Anastassiou, C. A., Koch, C. The origin of extracellular fields and currents–EEG, ECoG, LFP and spikes. Nature Reviews Neuroscience. 13 (6), 407-420 (2012).
- Mitzdorf, U. Current source-density method and application in cat cerebral cortex: investigation of evoked potentials and EEG phenomena. Physiological Reviews. 65 (1), 37-100 (1985).
- Lasztóczi, B., Klausberger, T. Layer-specific GABAergic control of distinct gamma oscillations in the CA1 hippocampus. Neuron. 81 (5), 1126-1139 (2014).
- Strüber, M., Sauer, J. -. F., Jonas, P., Bartos, M. Distance-dependent inhibition facilitates focality of gamma oscillations in the dentate gyrus. Nature Communications. 8 (1), 758 (2017).
- Franklin, K. B. J., Paxinos, G. . The mouse brain in stereotaxic coordinates. , (2007).
- Gage, G. J., Kipke, D. R., Shain, W. Whole animal perfusion fixation for rodents. Journal of Visualized Experiments. (65), e3564 (2012).
- Kajikawa, Y., Schroeder, C. E. How local is the local field potential?. Neuron. 72 (5), 847-858 (2011).
- Berens, P., Keliris, G. A., Ecker, A. S., Logothetis, N. K., Tolias, A. S. Feature selectivity of the gamma-band of the local field potential in primate primary visual cortex. Frontiers in Neuroscience. 2 (2), 199-207 (2008).
- Lastóczi, B., Klausberger, T. Distinct gamma oscillations in the distal dendritic field of the dentate gyrus and the CA1 area of mouse hippocampus. Brain Structure and Function. 222 (7), 3355-3365 (2017).
- Nguyen Chi, V., Müller, C., Wolfenstetter, T., Yanovsky, Y., Draguhn, A., Tort, A. B. L., Brankačk, J. Hippocampal respiration-driven rhythm distinct from theta oscillations in awake mice. Journal of Neuroscience. 36 (1), 162-177 (2016).
- Chung, J., Sharif, F., Jung, D., Kim, S., Royer, S. Micro-drive and headgear for chronic implant and recovery of optoelectronic probes. Scientific Reports. 7 (1), 2773 (2017).
