JoVE Journal > Neuroscience
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
العربية

Automatically Generated
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Neuroscience

نشاط شبيه بالنوبات عالية الجودة من شرائح الدماغ الحادة باستخدام نظام صفيف أقطاب كهربائية دقيقة عالي الكثافة من أكسيد المعادن وأشباه الموصلات

Published: September 27, 2024
doi:
10.3791/67065
, , , , , , , ,
1Department of Cell Biology and Physiology,Brigham Young University, 2Neuroscience Center,Brigham Young University, 3Department of Statistics,Brigham Young University, 4Department of Biology,Brigham Young University, 5Department of Physics and Astronomy,Brigham Young University

Summary

هنا ، نحدد بروتوكولا لاستخدام أنظمة صفيف الأقطاب الكهربائية الدقيقة عالية الكثافة التكميلية لأكسيد المعادن وأشباه الموصلات (CMOS-HD-MEAs) لتسجيل النشاط الشبيه بالنوبات من شرائح الدماغ خارج الجسم الحي .

Abstract

يمكن لأنظمة مصفوفة الأقطاب الكهربائية الدقيقة عالية الكثافة لأشباه الموصلات المعدنية التكميلية (CMOS-HD-MEA) تسجيل النشاط الفسيولوجي العصبي من مزارع الخلايا وشرائح الدماغ خارج الجسم الحي بتفاصيل فيزيولوجية كهربية غير مسبوقة. تم تحسين CMOS-HD-MEAs لأول مرة لتسجيل نشاط وحدة عصبية عالية الجودة من مزارع الخلايا ولكن ثبت أيضا أنها تنتج بيانات عالية الجودة من شرائح الشبكية والمخيخ الحادة. استخدم الباحثون مؤخرا CMOS-HD-MEAs لتسجيل إمكانات الحقل المحلي (LFPs) من شرائح دماغ القوارض القشرية الحادة. أحد LFP المثير للاهتمام هو النشاط الشبيه بالنوبات. في حين أن العديد من المستخدمين قد أنتجوا تصريفات صرعية قصيرة وعفوية باستخدام CMOS-HD-MEAs ، فإن قلة من المستخدمين ينتجون نشاطا شبيها بالنوبات عالية الجودة. قد تساهم العديد من العوامل في هذه الصعوبة ، بما في ذلك الضوضاء الكهربائية ، والطبيعة غير المتسقة لإنتاج نشاط يشبه النوبات عند استخدام غرف التسجيل المغمورة ، والقيود التي تسجلها رقائق 2D CMOS-MEA فقط من سطح شريحة الدماغ. يجب أن تمكن التقنيات المفصلة في هذا البروتوكول المستخدمين من حث وتسجيل نشاط شبيه بالنوبات عالية الجودة باستمرار من شرائح الدماغ الحادة باستخدام نظام CMOS-HD-MEA. بالإضافة إلى ذلك ، يحدد هذا البروتوكول المعالجة المناسبة لرقائق CMOS-HD-MEA ، وإدارة المحاليل وشرائح الدماغ أثناء التجريب ، وصيانة المعدات.

Introduction

تعد أنظمة صفيف الأقطاب الكهربائية الدقيقة عالية الكثافة (HD-MEA) المتاحة تجاريا ، والتي تشمل شريحة MEA مع الآلاف من نقاط التسجيل 1,2 ومنصة MEA لتضخيم البيانات ورقمنتها ، أداة ناشئة لأبحاث الفيزيولوجيا الكهربية. تستخدم أنظمة HD-MEA هذه تقنية أشباه الموصلات المعدنية التكميلية (CMOS) لتسجيل البيانات الفيزيولوجية الكهربية بحساسية عالية من مزارع الخلايا ومستحضرات شرائح الدماغ خارج الجسم الحي. توفر أنظمة MEA هذه دقة مكانية وزمانية غير مسبوقة لأبحاث الفسيولوجيا العصبية من خلال كثافة عالية للأقطاب الكهربائية ونسب إشارة إلى ضوضاءعالية الجودة 3. تم استخدام هذه التقنية في الغالب لدراسة إمكانات العمل خارج الخلية ، ولكن يمكنها أيضا التقاط إمكانات المجال المحلي عالية الجودة (LFPs) من مختلف مستحضرات شرائح الدماغ العصبية4،5،6،7،8،9،10،11،12،13،14،15. نظرا لقدرة التسجيل عالية الدقة المذكورة أعلاه لأنظمة CMOS-HD-MEA ، يمكن للمستخدمين تتبع النشاط الفيزيولوجي الكهربي بدقة مكانية كبيرة16،17،18. وهذه الإمكانية ذات صلة خاصة بتتبع أنماط انتشار LFPsللشبكة 5،12،15،19،20،21. لذلك ، يمكن أن توفر أنظمة CMOS-HD-MEA فهما غير مسبوق لأنماط انتشار النشاط الفسيولوجي والمرضي من مختلف مستحضرات زراعة الخلايا وشرائح الدماغ. وتجدر الإشارة بشكل خاص إلى أن هذه القدرات لأنظمة CMOS-HD-MEA يمكن أن تسمح للباحثين بمقارنة أنماط النوبات في مناطق الدماغ المختلفة في وقت واحد وفحص كيفية تأثير المركبات المختلفة المضادة للصرع على هذه الأنماط. من خلال القيام بذلك ، فإنه يوفر طريقة مبتكرة لدراسة التكون الشعاعي وانتشار ictal ولفهم كيف يعطل علم الصيدلة نشاط الشبكة المرضية7،10،14. لذلك ، يمكن أن تساهم هذه القدرات الجديدة لأنظمة CMOS-HD-MEA بشكل كبير في البحث عن الاضطرابات العصبية ، فضلا عن المساعدة في أبحاث اكتشاف الأدوية5،7،11،22. نهدف إلى تقديم تفاصيل حول استخدام أنظمة CMOS-HD-MEA لدراسة النشاط الشبيه بالنوبات.

عند استخدام أنظمة CMOS-HD-MEA لدراسة LFPs ، مثل نشاط الصرع في شرائح الدماغ الحادة ، يمكن للمستخدمين مواجهة العديد من التحديات ، بما في ذلك الضوضاء الكهربائية المنهكة ، والحفاظ على صحة الشريحة أثناء التجربة ، واكتشاف إشارة الجودة من شريحة CMOS-MEA ثنائية الأبعاد (2D) التي تسجل فقط من سطح شريحة الدماغ. يصف هذا البروتوكول الخطوات الأساسية لتأريض منصة MEA والمعدات الأخرى المستخدمة في التجارب بشكل صحيح ، وهي خطوة حاسمة قد تتطلب التخصيص الفردي لكل إعداد مختبر. بالإضافة إلى ذلك ، نناقش خطوات للمساعدة في الحفاظ على صحة شريحة الدماغ أثناء التسجيلات الطويلة في الغرف المغمورة المستخدمة مع أنظمة CMOS-HD-MEA23،24،25. بالإضافة إلى ذلك ، على عكس طرق التسجيل الكهربية الأكثر شيوعا ، والتي تسجل من أعماق شريحة الدماغ ، تستخدم معظم أنظمة CMOS-HD-MEA رقائق 2D التي لا تخترق الشريحة. لذلك ، تتطلب هذه الأنظمة طبقة خارجية عصبية صحية لإنتاج غالبية إشارات LFP المسجلة. وتشمل التحديات الأخرى تصور الكم الهائل من البيانات التي تم إنشاؤها بواسطة الآلاف من الأقطاب الكهربائية. للتغلب على هذه التحديات ، نوصي ببروتوكول بسيط ولكنه فعال يزيد من احتمالية تحقيق نشاط صرع شبكي عالي الجودة ينتشر عبر شريحة الدماغ. نقوم أيضا بتضمين وصف موجز لواجهة المستخدم الرسومية (GUI) المتاحة للجمهور التي طورناها مع الموارد المرتبطة بها للمساعدة في تصور البيانات10.

وقد وفرت المنشورات السابقة بروتوكولات ذات صلة لاستخدام أنظمة التسجيل في الاتفاقات البيئية المتعددة الأطراف26 و27 و28 و29. ومع ذلك ، يهدف هذا العمل إلى مساعدة المجربين الذين يستخدمون أنظمة CMOS-HD-MEA مع رقائق 2D ، وتحديدا أولئك الذين يسعون إلى دراسة نشاط الصرع عالي الجودة من شرائح الدماغ. بالإضافة إلى ذلك ، نقارن اثنين من أكثر عمليات التلاعب بالحلول شيوعا لتحريض النشاط الشبيه بالنوبات ، وهما نماذج 0 Mg2+ و 4-AP ، لمساعدة المستخدمين على تحديد الوسائط المتشنجة الأكثر ملاءمة لتطبيقهم المحدد. على الرغم من أن البروتوكول يركز في المقام الأول على توليد نشاط يشبه النوبات ، إلا أنه يمكن تعديله لاستكشاف الظواهر الفيزيولوجية الكهربية الأخرى باستخدام شرائح الدماغ.

Protocol

تمت الموافقة على الإجراءات التي تنطوي على الفئران من قبل اللجنة المؤسسية لرعاية واستخدام (IACUC) في جامعة بريغهام يونغ. تم استخدام ذكور وإناث (ن = 8) C57BL / 6 الفئران التي تتراوح أعمارها بين P21 على الأقل في التجارب التالية. <img alt="Figure 1" class="xfigi…

Representative Results

كما هو معتاد عند تصور النشاط من العديد من القنوات1،4،5،10 ، نجد أنه من المفيد أولا إنشاء مخطط نقطي للبيانات التي نحصل عليها باستخدام CMOS-HD-MEA (الشكل 4A ، C ، E). يمكن أن تخلق …

Discussion

يتضمن هذا البروتوكول إرشادات محددة تتعلق بإدارة شرائح الدماغ الحادة التي تعالج المشكلات الشائعة التي يواجهها مستخدمو CMOS-HD-MEA ، وهي تطوير الضوضاء تحت شريحة الدماغ والحفاظ على بيئة صحية لشريحة الدماغ. يحدث تطور الضوضاء تحت الشريحة عندما لا تلتصق الشريحة بشكل صحيح بالمصفو…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

يشكر المؤلفون أعضاء مختبر باريش السابقين والحاليين على تعديلاتهم على هذه المخطوطة. نود أيضا أن نشكر أليساندرو ماكيوني من 3Brain على ملاحظاته حول هذا العمل. تم تمويل هذا العمل من قبل جائزة AES / EF Junior Investigator ومن قبل كليات علوم الحياة والعلوم الفيزيائية والرياضية بجامعة بريغهام يونغ.

Materials

2D Workbench Cloudray LM04CLLD26B
4-Aminopyridine Sigma-Aldrich 275875
Accura Chip 3Brain Accura HD-MEA CMOS-HD-MEA chip
Agarose Thermo Fisher Scientific BP160-100
Vibration isolation table Kinetic Systems 91010124
Beaker for the slice holding chamber, 270 mL VWR 10754-772
BioCam 3Brain BioCAM DupleX CMOS-HD-MEA platform
Brainwave Software 3Brain Version 4 CMOS-HD-MEA software
Calcium Chloride Thermo Fisher Scientific BP510-500
Carbogen Airgas X02OX95C2003102
Carbogen Airgas 12005
Carbogen Stones Supelco 59277
Compresstome Precissionary VF-300-0Z
Computer Dell Precission3650
Crocodile Clip Grounding Cables JWQIDI B06WGZG17W
Detergent Metrex 10-4100-0000
D-Glucose Macron Fine Chemicals 4912-12
Dihydrogen Sodium Phosphate Thermo Fisher Scientific BP329-500
DinoCam Dino-Lite AM73915MZTL
Ethanol Thermo Fisher Scientific A407P-4
Forceps Fine Science Tools 11980-13
Hot plate Thermo Fisher Scientific SP88857200
Ice Machine Hoshizaki F801MWH
Inflow and outflow needles Jensen Global JG 18-3.0X
Inline Solution Heater Warner Instruments SH-27B
Isofluorine Dechra 08PB-STE22002-0122
Kim Wipes Thermo Fisher Scientific 06-666
Magnesium Chloride Thermo Fisher Scientific FLM33500
Micropipets Gilson F144069
Mili-Q Water Filter Mili-Q ZR0Q008WW
Paintbrush Daler Rowney AF85 Round: 0
Paper Filter Whatman EW-06648-24
Parafilm American National Can PM996
Perfusion System Multi Channel System PPS2
Pipetor Thermo Fisher Scientific FB14955202
Platinum Harp 3Brain 3Brain
Potassium Chloride Thermo Fisher Scientific P330-3
Razor blade Personna BP9020
Scale Metter Toledo AB204
Scissors Solingen 92008
Slice Holding Chamber Custom Custom Custom 3D Printer Design, available upon request
Sodium Bicarbonate Macron Fine Chemicals 7412-06
Sodium Chloride Thermo Fisher Scientific S271-3
Temperature Control Box Warner Instruments TC344B
Transfer Pipettes Genesee Scientific 30-200
Tubing Tygon B-44-3 TPE
Vibratome VZ-300 Precissionary VF-00-VM-NC
Weigh Boat Electron Microscopy Sciences 70040
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Obien, M. E. J., Frey, U. Large-scale, high-resolution microelectrode arrays for interrogation of neurons and networks. Adv Neurobiol. 22, 83-123 (2019).
  2. Schroter, M., et al. Functional imaging of brain organoids using high-density microelectrode arrays. MRS Bull. 47 (6), 530-544 (2022).
  3. Miccoli, B., et al. High-density electrical recording and impedance imaging with a multi-modal CMOS multi-electrode array chip. Front Neurosci. 13, 641 (2019).
  4. Emery, B. A., Hu, X., Khanzada, S., Kempermann, G., Amin, H. High-resolution CMOS-based biosensor for assessing hippocampal circuit dynamics in experience-dependent plasticity. Biosens Bioelectron. 237, 115471 (2023).
  5. Ferrea, E., et al. high-resolution electrophysiological imaging of field potentials in brain slices with microelectronic multielectrode arrays. Front Neural Circuits. 6, 80 (2012).
  6. Gagliano, G., et al. Non-linear frequency dependence of neurovascular coupling in the cerebellar cortex implies vasodilation-vasoconstriction competition. Cells. 11 (6), 1047 (2022).
  7. Goodchild, S. J., et al. Molecular pharmacology of selective Na(V)1.6 and dual Na(V)1.6/Na(V)1.2 channel inhibitors that suppress excitatory neuronal activity ex vivo. ACS Chem Neurosci. 15 (6), 1169-1184 (2024).
  8. Hu, X., Khanzada, S., Klutsch, D., Calegari, F., Amin, H. Implementation of biohybrid olfactory bulb on a high-density CMOS-chip to reveal large-scale spatiotemporal circuit information. Biosens Bioelectron. 198, 113834 (2022).
  9. Kim, S., et al. Alteration of neural network and hippocampal slice activation through exosomes derived from 5XFAD nasal lavage fluid. Int J Mol Sci. 24 (18), 14064 (2023).
  10. Mahadevan, A., Codadu, N. K., Parrish, R. R. Xenon LFP analysis platform is a novel graphical user interface for analysis of local field potential from large-scale MEA recordings. Front Neurosci. 16, 904931 (2022).
  11. Medrihan, L., Ferrea, E., Greco, B., Baldelli, P., Benfenati, F. Asynchronous GABA release is a key determinant of tonic inhibition and controls neuronal excitability: A study in the synapsin II-/- mouse. Cereb Cortex. 25 (10), 3356-3368 (2015).
  12. Monteverdi, A., Di Domenico, D., D’Angelo, E., Mapelli, L. Anisotropy and frequency dependence of signal propagation in the cerebellar circuit revealed by high-density multielectrode array recordings. Biomedicines. 11 (5), 1475 (2023).
  13. Obien, M. E. J., Hierlemann, A., Frey, U. Accurate signal-source localization in brain slices by means of high-density microelectrode arrays. Sci Rep. 9 (1), 788 (2019).
  14. Thouta, S., et al. Pharmacological determination of the fractional block of Nav channels required to impair neuronal excitability and ex vivo seizures. Front Cell Neurosci. 16, 964691 (2022).
  15. Tognolina, M., Monteverdi, A., D’Angelo, E. Discovering microcircuit secrets with multi-spot imaging and electrophysiological recordings: The example of cerebellar network dynamics. Front Cell Neurosci. 16, 805670 (2022).
  16. Hierlemann, A., Frey, U., Hafizovic, S., Heer, F. Growing cells atop microelectronic chips: Interfacing electrogenic cells in vitro with CMOS-based microelectrode arrays. Proceedings of the IEEE. 99 (2), 252-284 (2011).
  17. Maccione, A., et al. Experimental investigation on spontaneously active hippocampal cultures recorded by means of high-density MEAs: Analysis of the spatial resolution effects. Front Neuroeng. 3, 4 (2010).
  18. van Vliet, E., et al. Electrophysiological recording of re-aggregating brain cell cultures on multi-electrode arrays to detect acute neurotoxic effects. Neurotoxicology. 28 (6), 1136-1146 (2007).
  19. Emery, B. A., et al. Large-scale multimodal recordings on a high-density neurochip: Olfactory bulb and hippocampal networks. Annu Int Conf IEEE Eng Med Biol Soc. 2022, 3111-3114 (2022).
  20. Veleanu, M., et al. Modified climbing fiber/Purkinje cell synaptic connectivity in the cerebellum of the neonatal phencyclidine model of schizophrenia. Proc Natl Acad Sci U S A. 119 (21), e2122544119 (2022).
  21. Giansante, G., et al. Neuronal network activity and connectivity are impaired in a conditional knockout mouse model with PCDH19 mosaic expression. Mol Psychiatry. , (2023).
  22. Dossi, E., Blauwblomme, T., Nabbout, R., Huberfeld, G., Rouach, N. Multi-electrode array recordings of human epileptic postoperative cortical tissue. J Vis Exp. (92), e51870 (2014).
  23. Hajos, N., et al. Maintaining network activity in submerged hippocampal slices: importance of oxygen supply. Eur J Neurosci. 29 (2), 319-327 (2009).
  24. Hill, M. R., Greenfield, S. A. The membrane chamber: a new type of in vitro recording chamber. J Neurosci Methods. 195 (1), 15-23 (2011).
  25. Raimondo, J. V., et al. Methodological standards for in vitro models of epilepsy and epileptic seizures. A TASK1-WG4 report of the AES/ILAE Translational Task Force of the ILAE. Epilepsia. 58 (Suppl 4), 40-52 (2017).
  26. Hales, C. M., Rolston, J. D., Potter, S. M. How to culture, record and stimulate neuronal networks on micro-electrode arrays (MEAs). J Vis Exp. (39), 2056 (2010).
  27. Lin, C. H., Lee, J. K., LaBarge, M. A. Fabrication and use of microenvironment microarrays (MEArrays). J Vis Exp. (68), 4152 (2012).
  28. Panuccio, G., Colombi, I., Chiappalone, M. Recording and modulation of epileptiform activity in rodent brain slices coupled to microelectrode arrays. J Vis Exp. 135, 57548 (2018).
  29. Patel, C., Muthuswamy, J. High efficiency, site-specific transfection of adherent cells with siRNA using microelectrode arrays (MEA). J Vis Exp. 67, e4415 (2012).
  30. Ting, J. T., Daigle, T. L., Chen, Q., Feng, G. Acute brain slice methods for adult and aging animals: application of targeted patch clamp analysis and optogenetics. Methods Mol Biol. 1183, 221-242 (2014).
  31. Papouin, T., Haydon, P. G. Obtaining acute brain slices. Bio Protoc. 8 (2), e2699 (2018).
  32. Ting, J. T., et al. Preparation of acute brain slices using an optimized N-Methyl-D-glucamine protective recovery method. J Vis Exp. 132, 53825 (2018).
  33. Van Hoeymissen, E., Philippaert, K., Vennekens, R., Vriens, J., Held, K. Horizontal hippocampal slices of the mouse brain. J Vis Exp. (163), 61753 (2020).
  34. . 3Brain Available from: https://www.3brain.com/ (2022)
  35. Bridges, D. C., Tovar, K. R., Wu, B., Hansma, P. K., Kosik, K. S. MEA Viewer: A high-performance interactive application for visualizing electrophysiological data. PLoS One. 13 (2), e0192477 (2018).
  36. Hawrylycz, M., et al. Inferring cortical function in the mouse visual system through large-scale systems neuroscience. Proc Natl Acad Sci U S A. 113 (27), 7337-7344 (2016).
  37. Maccione, A., et al. Microelectronics, bioinformatics and neurocomputation for massive neuronal recordings in brain circuits with large scale multielectrode array probes. Brain Res Bull. 119 (Pt B), 118-126 (2015).
  38. . 3Brain Available from: https://www.3brain.com/products/software/brainwave4 (2022)
  39. Mahadevan, A. . Xenon LFP Analysis. , (2022).
  40. Mahadevan, A. . xenon-lfp-analysis github. , (2022).
  41. Codadu, N. K., et al. Divergent paths to seizure-like events. Physiol Rep. 7 (19), e14226 (2019).
  42. Kirsch, G. E., Drewe, J. A. Gating-dependent mechanism of 4-aminopyridine block in two related potassium channels. J Gen Physiol. 102 (5), 797-816 (1993).
  43. Levesque, M., Salami, P., Behr, C., Avoli, M. Temporal lobe epileptiform activity following systemic administration of 4-aminopyridine in rats. Epilepsia. 54 (4), 596-604 (2013).
  44. Myers, T. L., Gonzalez, O. C., Stein, J. B., Bazhenov, M. Characterizing concentration-dependent neural dynamics of 4-Aminopyridine-induced epileptiform activity. Epilepsy J. 4 (2), 128 (2018).
  45. Perreault, P., Avoli, M. Physiology and pharmacology of epileptiform activity induced by 4-aminopyridine in rat hippocampal slices. J Neurophysiol. 65 (4), 771-785 (1991).
  46. Rutecki, P. A., Lebeda, F. J., Johnston, D. 4-Aminopyridine produces epileptiform activity in hippocampus and enhances synaptic excitation and inhibition. J Neurophysiol. 57 (6), 1911-1924 (1987).
  47. Chen, Y., Chad, J. E., Cannon, R. C., Wheal, H. V. Reduced Mg2+ blockade of synaptically activated N-methyl-D-aspartate receptor-channels in CA1 pyramidal neurons in kainic acid-lesioned rat hippocampus. Neuroscience. 88 (3), 727-739 (1999).
  48. Fujiwara-Tsukamoto, Y., Isomura, Y., Takada, M. Comparable GABAergic mechanisms of hippocampal seizure-like activity in posttetanic and low-Mg2+ conditions. J Neurophysiol. 95 (3), 2013-2019 (2006).
  49. Swartzwelder, H. S., Anderson, W. W., Wilson, W. A. Mechanism of electrographic seizure generation in the hippocampal slice in Mg2+-free medium: the role of GABAa inhibition. Epilepsy Res. 2 (4), 239-245 (1988).
  50. Trevelyan, A. J., Graham, R. T., Parrish, R. R., Codadu, N. K. Synergistic positive feedback mechanisms underlying seizure initiation. Epilepsy Curr. 23 (1), 38-43 (2023).
  51. Croning, M. D., Haddad, G. G. Comparison of brain slice chamber designs for investigations of oxygen deprivation in vitro. J Neurosci Methods. 81 (1-2), 103-111 (1998).
  52. Hajos, N., Mody, I. Establishing a physiological environment for visualized in vitro brain slice recordings by increasing oxygen supply and modifying aCSF content. J Neurosci Methods. 183 (2), 107-113 (2009).
  53. Huang, Y., Williams, J. C., Johnson, S. M. Brain slice on a chip: opportunities and challenges of applying microfluidic technology to intact tissues. Lab Chip. 12 (12), 2103-2117 (2012).
  54. Andrew, R. D., et al. The critical role of spreading depolarizations in early brain injury: Consensus and contention. Neurocrit Care. 37 (Suppl 1), 83-101 (2022).
  55. Devonshire, I. M., Dommett, E. J., Grandy, T. H., Halliday, A. C., Greenfield, S. A. Environmental enrichment differentially modifies specific components of sensory-evoked activity in rat barrel cortex as revealed by simultaneous electrophysiological recordings and optical imaging in vivo. Neuroscience. 170 (2), 662-669 (2010).
  56. Parrish, R. R., Codadu, N. K., Mackenzie-Gray Scott, C., Trevelyan, A. J. Feedforward inhibition ahead of ictal wavefronts is provided by both parvalbumin- and somatostatin-expressing interneurons. J Physiol. 597 (8), 2297-2314 (2019).
  57. Wang, H., Jing, M., Li, Y. Lighting up the brain: genetically encoded fluorescent sensors for imaging neurotransmitters and neuromodulators. Curr Opin Neurobiol. 50, 171-178 (2018).
  58. Yaksi, E., Jamali, A., Diaz Verdugo, C., Jurisch-Yaksi, N. Past, present and future of zebrafish in epilepsy research. FEBS J. 288 (24), 7243-7255 (2021).
  59. He, M. F., et al. Ex vivo calcium imaging for drosophila model of epilepsy. J Vis Exp. 200, 65825 (2023).
  60. Driscoll, N., et al. Multimodal in vivo recording using transparent graphene microelectrodes illuminates spatiotemporal seizure dynamics at the microscale. Commun Biol. 4 (1), 136 (2021).
  61. Parrish, R. R., Grady, J., Codadu, N. K., Trevelyan, A. J., Racca, C. Simultaneous profiling of activity patterns in multiple neuronal subclasses. J Neurosci Methods. 303, 16-29 (2018).
  62. Valderhaug, V. D., et al. Criticality as a measure of developing proteinopathy in engineered human neural networks. bioRxiv. , (2020).
  63. Carleo, G., Lee, Y. -. S., Secondo, A., Miceli, F., Taglialatela, M. Multi-electrode array (MEASs) to investigate pathogenetic disease mechanisms and pharmacological properties in iPSC-derived neurons modelling neuropsychiatric diseases. , 667-672 (2022).
  64. Ruz, I. D., Schultz, S. R. Localising and classifying neurons from high density MEA recordings. J Neurosci Methods. 233, 115-128 (2014).
  65. Franke, F., Natora, M., Boucsein, C., Munk, M. H. J., Obermayer, K. An online spike detection and spike classification algorithm capable of instantaneous resolution of overlapping spikes. J Comput Neurosci. 29 (1-2), 127-148 (2010).
  66. Vollgraf, R., Obermayer, K. Improved optimal linear filters for the discrimination of multichannel waveform templates for spike-sorting applications. IEEE Signal Processing Letters. 13 (3), 121-124 (2006).
  67. Muller, J., et al. High-resolution CMOS MEA platform to study neurons at subcellular, cellular, and network levels. Lab Chip. 15 (13), 2767-2780 (2015).
  68. Mapelli, L., et al. implementation, and functional validation of a new generation of microneedle 3D high-density CMOS multi-electrode array for brain tissue and spheroids. bioRxiv. , (2022).
  69. Reddy, D. S., Kuruba, R. Experimental models of status epilepticus and neuronal injury for evaluation of therapeutic interventions. Int J Mol Sci. 14 (9), 18284-18318 (2013).
  70. Parrish, R. R., Trevelyan, A. J. Stress-testing the brain to understand its breaking points. J Physiol. 596 (11), 2033-2034 (2018).

Tags

Neuroscienceneuroscienceelectrophysiologysubmerged chamberex vivohippocampusneocortex4-aminopyridine0 magnesiumrodent brain sliceslocal field potentialictalHD-MEA

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Blotter, M. L., Stubbs, I. W., Norby, J. H., Holmes, M., Kearsley, B., Given, A., Hine, K., Shepherd, M. R., Parrish, R. R. High-Quality Seizure-Like Activity from Acute Brain Slices Using a Complementary Metal-Oxide-Semiconductor High-Density Microelectrode Array System. J. Vis. Exp. (211), e67065, doi:10.3791/67065 (2024).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image