Компьютерный многоэлектродной патч-зажим система
Summary
Многоэлектродной патч-зажим записи представляют собой сложную задачу. Здесь мы показываем, как, за счет автоматизации многих экспериментальных шагов, можно ускорить процесс, ведущий к качественному улучшению производительности и числа записей.
Abstract
Техника патч-зажим является сегодня наиболее устоявшихся способ записи электрической активности от отдельных нейронов или их субклеточных отсеков. Тем не менее, достижение стабильно записи, даже от отдельных клеток, остается много времени процедура значительной сложностью. Автоматизация многих шагов в сочетании с эффективной отображения информации могут оказать большую помощь экспериментаторов в выполнении большего количества записей с большей надежностью и за меньшее время. Для достижения масштабных записи мы пришли к выводу наиболее эффективным подходом не полностью автоматизировать процесс, но для упрощения экспериментальные шаги и уменьшить шансы человеческой ошибки во время эффективно включения опыт экспериментатора и визуальную обратную связь. С учетом этих целей мы разработали с помощью компьютера системы, которая централизует все элементы управления, необходимые для многоэлектродной патч-зажим эксперимента в в одном интерфейсе, в Commercially доступные беспроводные геймпад, при выводе эксперимента, связанных с информационно-сигналы наведения на экране компьютера. Здесь мы опишем различные компоненты системы, которая позволила нам сократить время, необходимое для достижения конфигурацию записи и существенно увеличить шансы на успешное записи большого числа нейронов одновременно.
Introduction
Емкость для записи и стимулировать несколько сайтов с точностью микрометра является чрезвычайно полезным для экспериментально достижения лучшего понимания нейронных систем. Многие методы были разработаны с этой целью, но ни один не позволяют разрешение submillivolt достигается с помощью техники патч-зажим, существенной для изучения подпороговых активность и индивидуальные постсинаптические потенциалы. Здесь мы рассмотрим развитие двенадцати электрода с помощью компьютера патч-зажим системы, направленной на одновременной записи и стимулирования большое количество отдельных клеток с достаточной точностью для изучения нейронной связи. В то время как многие другие приложения можно представить для такой системы, она поддается особенно хорошо изучению синаптической связи, учитывая, что число возможных соединений в группе нейронов возрастает пропорционально квадрату числа нейронов в вопросе. Таким образом, в то время как система с тремя электродами позволяет тестированияВозникновение до шести соединений и чаще всего записи ни одного, записи двенадцать нейронов позволяет тестирование возникновение до 132 соединений и часто наблюдая за один десяток (рис. 1). Наблюдение десятков соединений одновременно позволяет проанализировать организацию небольших сетей и вывести статистические свойства структуры сети, которые не могут быть проверены в противном случае 1. Кроме того, точное стимулирование многочисленных клеток также позволяет оценить количественно набора постсинаптических клеток 2.
Protocol
Representative Results
Discussion
Сразу возникает вопрос, как правило, возникает в отношении показатель успеха процедуры мы описали. За высокие показатели успеха подготовка имеет важное значение. Пипетки должны быть наконечник отверстия, которые адекватны для клеток существ записанных. Фильтрация внутриклеточный ре?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Мы хотели бы поблагодарить Гилада Silberberg, Микеле Пигнателли, Томас К. Бергер, Luca Gambazzi и Sonia Garcia за ценные советы по улучшению для автоматизации процедуры патч-зажим. Мы благодарим Rajnish Ranjan за ценные советы и помощь в реализации программного обеспечения. Эта работа была частично финансируется проекта Synapse ЕС и частично Научная программа по правам границ.
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).
