Запись пространственно ограниченный колебания в гиппокампе поведение мышей
Summary
Этот протокол описывает запись местных потенциалов поля с несколькими хвостовиком, которую Датчики линейные кремния. Преобразование сигналов с использованием текущего источника плотность анализа позволяет реконструкции местной электрической активности в гиппокампе мыши. С этой техникой колебаний пространственно ограниченных мозга могут быть изучены в свободно перемещающихся мышей.
Abstract
Потенциал местных полей (LFP) вытекает из движения ионов через нервные мембраны. Поскольку напряжение, записанная LFP электродами отражает суммируются электрическое поле большого объема ткани головного мозга, извлечение информации о деятельности на местах является сложной задачей. Однако, изучая нейрональных микросхемы, требует надежной различие между действительно местные мероприятия и объем проведенных сигналов, поступающих в областях дистанционного мозга. Текущий анализ плотности (КУР) источник предлагает решение для этой проблемы путем предоставления информации о текущих раковины и источники вблизи электродов. В зонах мозга с ламинарные cytoarchitecture например гиппокампа одномерный кур можно получить путем оценки второй пространственная производная LFP. Здесь мы описываем метод для записи multilaminar LFPs с помощью линейной кремния зондов имплантируется в спинной гиппокампа. КУР следы вычисляются вдоль отдельных хвостовик зонда. Таким образом, этот протокол описывает процедуру решить колебаний пространственно ограниченных нейронной сети в гиппокампе свободно перемещающихся мышей.
Introduction
Колебания в LFP критически участвуют в обработке нейронных цепей информации. Они охватывают широкий спектр частот, начиная от медленных волн (~ 1 Гц) до быстро пульсации колебания (~ 200 Гц)1. Различных частотных полос связаны с когнитивных функций, включая память, эмоциональной обработки и навигации2,3,4,5,6,7. Текущий поток через нейрональных мембран является самой большой частью LFP сигнал8. Вхождении в ячейку (например через глутаматергические синапсов и возбуждающим) катионов представляют активный текущий приемник (как заряд покидает внеклеточных среды). И наоборот чистый поток положительного заряда внеклеточного носитель, например путем активации ГАМК ингибирующее синапсы, изображает активный текущий источник в этом месте. В нейрональных диполей текущий раковины спарены с пассивных источников и наоборот за счет компенсации токов затрагивающих заряда мембраны на удаленных объектах.
Электрические поля, порождаемого удаленного нервные процессы могут также привести к прогибов значительное напряжение на электроде записи и может таким образом быть ложно считается локальное событие. Этот объем проводимости создает серьезную проблему для интерпретации LFP сигналов. КУР анализ предоставляет информацию о местных текущего раковины и лежащие в основе LFP источников сигналов и поэтому включает средства для сокращения воздействия объем проводимости8. В слоистых структурах, таких как гиппокамп одномерный кур сигналов может быть получено второй пространственная производная LFP, записанные с равноотстоящими электроды расположены перпендикулярно ламинарные самолеты9. Появлением коммерчески доступных линейной кремния зонды позволило исследователям использовать метод кур для изучения деятельности местных колебаний в гиппокампе. Например было продемонстрировано, что собственный гамма колебания возникают в соответствии слоя в области СА110. Кроме того кур анализ выявил независимые очаги гамма-активности в слое основных клеток зубчатой извилины11. Важно отметить, что эти выводы были только очевидными в местных кур, но не в LFP сигналов. КУР анализ таким образом предоставляет мощный инструмент, чтобы разобраться в работе микросхемы гиппокампа.
В этом протоколе мы обеспечиваем полное руководство для получения одномерных сигналов кур с зондами кремния. Эти методы позволят пользователям для расследования событий локализованных колебаний в гиппокампе себя мышей.
Protocol
Representative Results
Discussion
Все свидетельства указывают, что колебания мозга в гиппокампе нейронных цепей происходят в дискретных пространственных домены10,11,16. Анализ кур резко уменьшает влияние объема проводимости, решающим условием для изучения местных колеб…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Мы благодарны Винтерхальтер Карин и Керстин Семмлер для оказания технической помощи. Эта работа была поддержана кластера передового опыта BrainLinks – BrainTools (EXC 1086) немецкого фонда научных исследований.
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).
