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

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

פעילות דמוית פרכוסית באיכות גבוהה מפרוסות מוח חריפות באמצעות מערכת משלימה של מערך מיקרואלקטרודות בצפיפות גבוהה של מתכת-תחמוצת-מוליכים למחצה

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

כאן, אנו מתארים פרוטוקול לשימוש במערכות משלימות של מערך מיקרואלקטרודות בצפיפות גבוהה של תחמוצת מתכת מוליכים למחצה (CMOS-HD-MEAs) כדי לתעד פעילות דמוית התקף מפרוסות מוח ex vivo .

Abstract

מערכות משלימות של מערך מיקרואלקטרודות בצפיפות גבוהה של תחמוצת מתכת מוליכים למחצה (CMOS-HD-MEA) יכולות לתעד פעילות נוירופיזיולוגית מתרביות תאים ומפרוסות מוח ex vivo בפירוט אלקטרופיזיולוגי חסר תקדים. CMOS-HD-MEAs עברו אופטימיזציה ראשונה לתיעוד פעילות יחידה עצבית באיכות גבוהה מתרביות תאים, אך הוכחו גם כמפיקים נתונים איכותיים מפרוסות חריפות ברשתית ובמוח הקטן. חוקרים השתמשו לאחרונה ב-CMOS-HD-MEAs כדי לרשום פוטנציאלי שדה מקומיים (LFPs) מפרוסות מוח חריפות של מכרסמים בקליפת המוח. אחד ממוקדי העניין הוא פעילות דמוית התקף. בעוד משתמשים רבים הפיקו הפרשות אפילפטיפורמיות קצרות וספונטניות באמצעות CMOS-HD-MEAs, משתמשים מעטים מייצרים באופן אמין פעילות דמוית התקף איכותי. גורמים רבים עשויים לתרום לקושי זה, כולל רעש חשמלי, האופי הלא עקבי של הפקת פעילות דמוית התקף בעת שימוש בתאי הקלטה שקועים, והמגבלה ששבבי CMOS-MEA דו-ממדיים מקליטים רק מפני השטח של פרוסת המוח. הטכניקות המפורטות בפרוטוקול זה אמורות לאפשר למשתמשים לגרום ולתעד באופן עקבי פעילות דמוית התקף באיכות גבוהה מפרוסות מוח חריפות באמצעות מערכת CMOS-HD-MEA. בנוסף, פרוטוקול זה מתאר את הטיפול הנכון בשבבי CMOS-HD-MEA, ניהול תמיסות ופרוסות מוח במהלך ניסויים ותחזוקת ציוד.

Introduction

מערכות זמינות מסחרית של מערך מיקרואלקטרודות בצפיפות גבוהה (HD-MEA), הכוללות שבב MEA עם אלפי נקודות הקלטה 1,2 ופלטפורמת MEA להגברה ודיגיטציה של הנתונים, הן כלי מתפתח למחקר אלקטרופיזיולוגי. מערכות HD-MEA אלה משתמשות בטכנולוגיית מוליכים למחצה משלימים של תחמוצת מתכת (CMOS) כדי להקליט נתונים אלקטרופיזיולוגיים עם רגישות גבוהה מתרביות תאים ותכשירים לפרוסות מוח ex vivo. מערכות MEA אלה מעניקות רזולוציה מרחבית וזמנית חסרת תקדים למחקר נוירופיזיולוגי באמצעות צפיפות אלקטרודות גבוהה ויחסי אות לרעש איכותיים3. טכנולוגיה זו שימשה בעיקר לחקר פוטנציאלי פעולה חוץ-תאיים, אך היא יכולה גם ללכוד פוטנציאלי שדה מקומיים באיכות גבוהה (LFPs) מתכשירים שונים של פרוסות מוח עצביות 4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15 . בשל יכולת ההקלטה ברזולוציה גבוהה שהוזכרה לעיל של מערכות CMOS-HD-MEA, משתמשים יכולים לעקוב אחר פעילות אלקטרופיזיולוגית בדיוק מרחבי רב 16,17,18. יכולת זו רלוונטית במיוחד למעקב אחר דפוסי התפשטות של LFPsברשת 5,12,15,19,20,21. לכן, מערכות CMOS-HD-MEA יכולות לספק הבנה חסרת תקדים של דפוסי ההתפשטות של פעילות פיזיולוגית ופתולוגית מתרביות תאים שונות ותכשירי פרוסות מוח. יש לציין במיוחד כי יכולות אלה של מערכות CMOS-HD-MEA יכולות לאפשר לחוקרים להשוות דפוסי התקפים של אזורי מוח שונים בו זמנית ולהעריך כיצד תרכובות אנטי-אפילפטיות שונות משפיעות על דפוסים אלה. בכך הוא מספק שיטה חדשנית לחקר איקטוגנזה והתפשטות איקטלית ולהבנת האופן שבו פרמקולוגיה משבשת את פעילות הרשת הפתולוגית 7,10,14. לכן, יכולות חדשות אלה של מערכות CMOS-HD-MEA יכולות לתרום באופן משמעותי לחקר הפרעות נוירולוגיות, כמו גם לסייע במחקר גילוי תרופות 5,7,11,22. אנו שואפים לספק פרטים על השימוש במערכות CMOS-HD-MEA כדי לחקור פעילות דמוית התקף.

בעת שימוש במערכות CMOS-HD-MEA לחקר LFPs, כגון פעילות אפילפטיפורמית בפרוסות מוח חריפות, משתמשים יכולים להתמודד עם אתגרים רבים, כולל רעש חשמלי מתיש, שמירה על בריאות הפרוסה במהלך ניסויים, וזיהוי אות איכות משבב CMOS-MEA דו-ממדי (2D) המקליט רק מפני השטח של פרוסת המוח. פרוטוקול זה מתאר שלבים בסיסיים להארקה נכונה של פלטפורמת MEA וציוד אחר המשמש לניסויים, שלב חיוני שעשוי לדרוש התאמה אישית אישית עבור כל הגדרת מעבדה. בנוסף, אנו דנים בצעדים שיסייעו לשמור על בריאות פרוסת המוח במהלך הקלטות ארוכות בתאים השקועים המשמשים במערכות CMOS-HD-MEA 23,24,25. בנוסף, בניגוד לשיטות הקלטה אלקטרופיזיולוגיות נפוצות יותר, המקליטות מעומק פרוסת המוח, רוב מערכות CMOS-HD-MEA משתמשות בשבבים דו-ממדיים שאינם חודרים לתוך הפרוסה. לכן, מערכות אלה דורשות שכבה חיצונית עצבית בריאה כדי לייצר את רוב אותות ה- LFP המוקלטים. אתגרים אחרים כוללים ויזואליזציה של כמות עצומה של נתונים שנוצרו על ידי אלפי אלקטרודות. כדי להתגבר על אתגרים אלה, אנו ממליצים על פרוטוקול פשוט אך יעיל המגדיל את הסיכוי להשיג פעילות אפילפטיפורמית איכותית ברשת המתפשטת על פני פרוסת המוח. אנו כוללים גם תיאור קצר של ממשק משתמש גרפי (GUI) הזמין לציבור שפיתחנו עם משאבים משויכים כדי לסייע בתצוגה חזותית של נתונים10.

פרסומים קודמים סיפקו פרוטוקולים קשורים לשימוש במערכות הקלטה MEA 26,27,28,29. עם זאת, עבודה זו נועדה לסייע לנסיינים המשתמשים במערכות CMOS-HD-MEA עם שבבים דו-ממדיים, במיוחד אלה המבקשים לחקור פעילות אפילפטיפורמית באיכות גבוהה מפרוסות מוח. בנוסף, אנו משווים שתיים ממניפולציות הפתרון הנפוצות ביותר להשראת פעילות דמוית התקף, כלומר פרדיגמות 0 Mg2+ ו- 4-AP, כדי לעזור למשתמשים לזהות את המדיה העוויתית המתאימה ביותר ליישום הספציפי שלהם. למרות שהפרוטוקול מתמקד בעיקר ביצירת פעילות דמוית התקף, ניתן לשנות אותו כדי לחקור תופעות אלקטרופיזיולוגיות אחרות באמצעות פרוסות מוח.

Protocol

נהלים המערבים עכברים אושרו על ידי הוועדה המוסדית לטיפול ושימוש בבעלי חיים (IACUC) באוניברסיטת בריגהם יאנג. זכרים ונקבות (n = 8) עכברי C57BL/6 שגילם לפחות P21 שימשו בניסויים הבאים. איור…

Representative Results

כפי שנהוג כאשר אנו ממחישים פעילות מערוציםרבים 1,4,5,10, אנו מוצאים שזה מועיל ליצור תחילה תרשים רסטר של הנתונים שאנו רוכשים עם CMOS-HD-MEA (איור 4A,C,E). תרשים זה יכול ליצור מבט מ?…

Discussion

פרוטוקול זה כולל הנחיות ספציפיות הקשורות לניהול פרוסות מוח חריפות המטפלות בבעיות נפוצות העומדות בפני משתמשי CMOS-HD-MEA, כלומר פיתוח רעש מתחת לפרוסת המוח ושמירה על סביבה בריאה עבור פרוסת המוח. התפתחות רעש מתחת לפרוסה מתרחשת כאשר הפרוסה אינה נצמדת כראוי למערך; אם פרוסת המוח א…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

המחברים מודים לחברי מעבדת פאריש בעבר ובהווה על עריכתם בכתב יד זה. ברצוננו גם להודות לאלסנדרו Maccione מ-3Brain על המשוב שלו על עבודה זו. עבודה זו מומנה על ידי פרס AES/EF Junior Investigator Award ועל ידי המכללות למדעי החיים ולמדעים פיזיקליים ומתמטיים של אוניברסיטת בריגהם יאנג.

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