急性小鼠脑切片研究自发海马网络活动

体外活海马片 的 电生理测量是一种强大的实验方法，具有诸多优点。实验者可以使用显微镜、微操纵器和记录系统直接可视化和收集组织中单个神经元的测量结果。组织切片也非常容易用于光刺激或药物输送，用于光遗传学、化学遗传学或药理学实验。

海马网络在体内产生高度同步的人动，可见于细胞外局部场的振荡潜力^{1 ， 2 ， 3 ， 4 ， 5 。}脑切片方法已被利用来深入了解这些神经元网络振荡背后的细胞和回路机制。迈尔等人的基础工作表明，尖锐的波纹复合物（SWR）可以自发地出现在腹海马^6，7的切片中。来自多个研究者的后续研究已经逐渐阐明了SWR的许多方面，包括神经调节器在调节海马^8、9、10的网络状态方面的作用，以及推动神经元合奏在^体内活动期间体外重新激活的突触机制。脑切片实验也提供了对伽马范围振荡（30-100赫兹）的洞察，这是一种独特的海马网络状态，被认为支持内存编码和回忆^12，13。最后，认识到海马和相关结构在时间叶癫痫病理生理学中的核心作用^14、15，研究人员利用海马切片制剂研究癫痫活性的生成和繁殖。Carter等人证明，从慢性癫痫动物身上制备的海马-内皮层组合片可以在体外¹⁶中自发产生癫痫放电。随后，Karlécai等人利用经过改良的人工脑脊液（ACSF）改变离子浓度（降低Mg²⁺或升高K^+）或添加药物（4AP或加巴津^）17，探索了海马片中癫痫放电的机制。

研究者已经开发出许多海马切片方法，这些方法在关键方面有所不同：（1） 切片中海马的区域（多孔、中间或腹腔）：（二）内皮层等外皮组织的存在或者不存在的：（3） 用于切割切片（冠状、下垂、水平或倾斜）的方向：（4） 切片后组织维持的条件（完全浸入ACSF或保存在ACSF的接口和加湿，富含碳水化合物的空气）。

使用哪种切片方法的选择应由实验目标决定。例如，在水下条件下保存的背海马的横向或日冕切片已非常有效地用于研究海马内电路和突触可塑性^{18、19、20。}然而，这种准备不会像^21、22、23号海马的叶片那样自发地产生网络振荡。虽然从多佛和心室海马²⁴的横向切片中，破伤风刺激可以诱发持续的SWR活动状态，但自发性SWR更容易在腹腔切片^7、25中观察到。

在体内和体外²⁶进行的研究支持了多骨和心室海马之间固有的生理和解剖学区别。大鼠的录音显示，整个脊椎和中海马的节奏非常连贯，但腹腔区域与^海马27号其余部分之间的连贯性较差。体内的 SWR 很容易在多拉尔和中海马之间传播，而源自腹海马体的 SWR 通常仍然是本地^{的 28}。来自位于背心和中海马体的CA3金字塔神经元的关联投影沿着海马的纵轴进行长距离投射。来自腹地的CA3预测仍然相对局部，因此在切^{片过程中不太可能}被^切断。因此，心室切片可以更好地保存生成人口同步所需的经常性网络。室室切片在体外产生自发网络活动的倾向也可能反映金字塔神经元的内在兴奋性更高，或与更多的背部区域³¹相比，心室海马体中较弱的GABAErgic抑制。事实上，腹海马片更容易受到癫痫活性^32，33。因此，许多关于自发生理^{8、9、11、24}或病理^学16、34、35、36网络振荡的研究传统上都采用水平切片方法，有时在前脑方向有轻微的角度，产生与心室海马横向平面平行的组织切片。

网络连接不可避免地受到切片过程的影响，因为切片中的许多单元格将被切断。应考虑切片和制备中保留的组织的角度和厚度，以优化感兴趣的电路中的连接性。许多研究利用水平组合海马-内皮层切片（HEC）来探索两种结构在生理或病理网络振荡背景下的相互作用。Roth等人从海马的CA1子场和中腹皮层的V层进行了双重录音，以证明通过 HEC 切片³⁷传播 SWR 活动。许多有关癫痫活性的研究都利用 HEC 切片制剂来研究癫痫菌体如何通过皮质皮质细胞网络 16、35、36、38 传播。需要注意的是，保存完好的皮质皮质环不是自发 SWR、癫痫放电或伽马振荡的先决条件：网络振荡可以在圆周或心室海马的横向切片中产生，没有附加的寄生虫组织21，22，23，25，39，40，41。 海马片中自发生成网络振荡的一个更重要的因素可能是每片的厚度，因为较厚的切片（400-550μm）将保留CA2/CA3复发网络^21、22、25的更多连接。

虽然角水平 HEC 切片（在前部方向的切口角约为 12°角）已用于研究皮质希波坎帕尔环 11、16、34、35、42 的功能连接，但这种角度准备对于自发网络活动^43、44、45并不需要。但是，使用倾斜的切片平面确实允许研究者选择性地制作切片，以最好地保存腹腔或中海马体的横向偏斜，具体取决于是否应用向下或向上的角度（图 1）。这种方法在概念上与2002年帕帕西奥多罗普洛斯等人所使用的方法相似，他们免费解剖了每个海马，然后使用组织斩波器沿着整个正交轴²¹创建横向切片。根据上述腹腔和正向中间海马之间的功能差异，研究人员在设计实验或解释结果时应考虑切片的解剖起源。在切片过程中使用琼脂坡道是一种从中间或心室海马体中优先生产切片的简单方法。

海马切片可以保存在水下室（组织完全浸入ACSF），或界面风格的腔室（如奥斯陆或哈斯室，切片只覆盖由流动介质薄膜覆盖）。接口维护可增强组织的氧化，促进神经元存活，并允许持续高水平的内分活动。传统上，水下记录条件使用较慢的ACSF流速，不能提供足够的组织氧合，以稳定地表达网络水平振荡。在水下海马片中，只观察到卡巴乔尔引起的伽马振荡，瞬时只有^46，47，而它们可以稳定地维持在界面记录室10，48，49。因此，许多关于体外复杂自发活动的研究都依赖于界面记录室来研究剧烈波纹复合体6、7、8、9、10、25、37、伽马振荡^10、13和癫痫活性16、38、45、47。

在水下风格的录音室中，浸入式显微镜目标可用于可视化单个细胞，并选择性地瞄准健康外观的细胞进行录制。水下制剂还允许对细胞环境进行精细控制，因为潜水有助于药物或其他化合物快速扩散到组织。因此，在水下条件下保持稳定的网络振荡的修改方法是一种强有力的实验方法。Höjos等人的工作就是例证，海马切片在简化的界面式支架室中恢复数小时，然后转移到具有高流量ACSF（约6 mL/min）的经过改造的水下录音室，以增强对组织^12、48、49的氧气供应。在这种情况下，在水下录音室中可以保持高水平的自相残杀活动和稳定的自发网络振荡。这种修改的方法允许调查人员执行视觉引导的全细胞贴片夹子录音，并描述形态识别的细胞类型对卡巴乔尔诱导的伽马振荡¹²的贡献。SWR也可以自发地出现在水下海马片中，其快速流速为ACSF 11、48、49。迈尔等人证明，海马片在转移到水下录音室之前在接口室中恢复，可靠地表现出自发的SWR，而在转移到水下录音室之前在烧杯中恢复的片状物则显示出较小的引起场反应，自发突触电流水平较低，而且很少显示自发的SWR^43。施林洛夫等人利用这种改进的方法，展示了帕瓦尔布明表达篮细胞在产生自发^SWR44中的作用。

以下协议提出了一种切片方法，通过这种方法，可以在接口条件下恢复水平海马切片中的自发活跃神经元，随后保存在适合药理学或光遗传学操作和视觉引导记录的水下录音室中。