Inspelning rumsligt begränsade svängningar i Hippocampus av beter sig möss
Summary
Det här protokollet beskriver inspelningen av lokala fältet potentialer med flera skaft linjär kisel sonder. Konvertering av de signaler som använder aktuell källa densitet analys tillåter återuppbyggnaden av lokala elektrisk aktivitet i mus hippocampus. Med denna teknik, kan rumsligt begränsade hjärnan svängningar studeras i fritt rörliga möss.
Abstract
Den lokala fält potentialen (LFP) framträder från ion rörelser över neurala membran. Eftersom spänningen inspelad av LFP elektroder återspeglar fältet summerade elektriska av en stor volym av hjärnvävnad, är extrahera information om lokala aktiviteter utmanande. Studera neuronala mikrokretsar, kräver dock en tillförlitlig åtskillnad mellan verkligt lokala evenemang och volym-genomfört signaler med ursprung i avlägsna hjärnområden. Aktuella källa densitet (CSD) analys erbjuder en lösning för detta problem genom att tillhandahålla information om nuvarande sänkor och källor i närheten av elektroderna. I områden med laminar cytoarchitecture såsom hippocampus i hjärnan, kan endimensionell CSD erhållas genom att uppskatta rumslig andraderivatan av LFP. Här, beskriver vi en metod för att registrera multilaminar LFPs använder linjär kisel sonder implanteras i dorsala hippocampus. CSD spår beräknas längs enskilda skaft av sonden. Det här protokollet beskriver således ett förfarande för att lösa rumsligt begränsade neuronala nätverket svängningar i hippocampus av fritt rörliga möss.
Introduction
Svängningar i LFP är kritiskt involverade i informationsbehandling av neuronala kretsar. De täcker ett brett spektrum av frekvenser, alltifrån långsamma vågor (~ 1 Hz) till snabb rippel svängningar (~ 200 Hz)1. Olika frekvensband är associerade med kognitiva funktioner som minne, emotionell bearbetning och navigering2,3,4,5,6,7. Strömflödet över neuronala membran utgör den största delen av LFP signalen8. Kationer som förs in i cellen (t.ex. via aktivering av glutamatergic retande synapser) representerar en aktiv nuvarande sink (som kostnadsfritt lämnar det extracellulära mediet). Däremot skildrar nettoflödet av positiv laddning till extracellulära medium, till exempel genom aktivering av GABAergic hämmande synapser, en aktiv strömkälla på den platsen. I neuronala dipoles paras nuvarande sänkor med passiv källor och omvänt på grund av förädlingsprodukter strömmar som påverkar membranet kostnadsfritt på avlägsna platser.
Det elektriska fält som produceras av remote neural bearbetar kan också resultera i betydande spänning omläggningar på en inspelning elektrod och kan således betraktas falskt som en lokal händelse. Denna volym överledning utgör en allvarlig utmaning för tolkningen av LFP signaler. CSD-analysen ger information om lokala aktuella sänkor och källor underliggande LFP signaler och består därför av ett sätt att minska effekten av volym överledning8. I laminerat strukturer som hippocampus, kan endimensionell CSD signaler erhållas genom rumslig andraderivatan av den LFP inspelade från ekvidistanta elektroder ordnade vinkelrätt till den laminar plan9. Tillkomsten av kommersiellt tillgängliga linjär kisel sonder har gjort det möjligt för forskare att utnyttja metoden CSD för studier av lokala svängning aktiviteten i hippocampus. Det har till exempel visats att distinkt gamma svängningar dyker upp i ett lager-specifika sätt i CA1 område10. Dessutom har CSD analys identifierade oberoende inneställen gamma aktivitet i det huvudsakliga celllagrar av dentate gyrus11. Dessa fynd var allt bara uppenbar i lokala CSD men inte i LFP signaler. CSD analys ger alltså ett kraftfullt verktyg för att få inblick i hippocampus resonanskrets verksamhet.
I detta protokoll ger vi en omfattande guide för att få endimensionell CSD signaler med kisel sonder. Dessa metoder kommer att ge användarna att undersöka lokaliserade svängning händelser i hippocampus beter sig möss.
Protocol
Representative Results
Discussion
Ökande bevis tyder på att hjärnan svängningar i hippocampus neuronala kretsar uppkomma i diskreta rumsliga domäner10,11,16. CSD analys minskar drastiskt påverkan av volym överledning, en avgörande förutsättning för studier av lokala svängning händelser. Med denna video ger vi en guide till implantera kisel sonder i mus hippocampus för analys av CSD data. Vi visar representativa exempel på CSD-signaler av sharp-wav…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi är tacksamma att Karin Winterhalter och Kerstin Semmler för tekniskt bistånd. Detta arbete stöds av kluster av excellence BrainLinks – BrainTools (EXC 1086) av den tyska forskningsfondens.
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).
