Het onderzoeken van Lokaal netwerk met behulp van Multi-Processing contact opnemen Laminar Electrode
Summary
Een fundamenteel probleem in ons begrip van corticale circuit is hoe netwerken in verschillende corticale lagen coderen zintuiglijke informatie. We beschrijven hier elektrofysiologische technieken gebruik te maken van multi-contact laminaire elektroden voor single-eenheden en lokale veld mogelijkheden en de huidige analyses opnemen corticale lagen te identificeren.
Abstract
Corticale lagen zijn alomtegenwoordig structuren in heel neocortex 1-4 die bestaan uit zeer terugkerende lokale netwerken. In de afgelopen jaren is aanzienlijke vooruitgang geboekt in onze kennis van de verschillen in respons eigenschappen van de neuronen in de verschillende corticale lagen 5-8, maar er is nog veel linker om te leren over de vraag of en hoe neuronale populaties informatie te coderen in een laminaire-specifieke manier.
Bestaande multi-elektrode-array technieken, maar informatief voor het meten van de reacties over vele millimeters van corticale de ruimte langs het corticale oppervlak, zijn niet geschikt om het probleem van de laminaire corticale circuits aanpak. Hier presenteren we onze methode voor het opzetten en het opnemen van individuele neuronen en de lokale veld potentialen (LFP's) over corticale lagen van de primaire visuele cortex (V1) gebruik te maken van multi-contact laminaire elektroden (figuur 1; Plextrode U-Probe, Plexon Inc).
Onder meer de methoden zijn opname-apparaat de bouw, de identificatie van corticale lagen, en de identificatie van receptieve velden van de individuele neuronen. Het identificeren van corticale lagen, meten we de opgewekte reacties potentials (ERP) van de LFP tijdreeksen met behulp van full-field flitste stimuli. Vervolgens hebben we voeren current-source dichtheid (CSD) analyse om de polariteit inversie vergezeld van de sink-source configuratie aan de basis van laag 4 (de wastafel is in layer 4, later aangeduid als granulaire laag 9-12) te identificeren. Huidige-source dichtheid is nuttig omdat het een index van de locatie, richting, en de dichtheid van transmembraan stroom, waardoor we nauwkeurig te positioneren elektroden op te nemen van alle lagen in een penetratie 6, 11, 12.
Protocol
Discussion
Multi-unit opnames hebben een standaard geworden voor het analyseren van hoe de neurale netwerken in de cortex stimulus informatie te coderen. Gezien de recente ontwikkelingen in de elektrode-technologie, de uitvoering van de laminaire elektroden maakt een ongekende karakterisering van de lokale corticale circuits. Hoewel de multi-elektrode opnames bieden nuttige informatie over de neurale populatiedynamiek, meerdere laminaire elektroden kunnen hogere resolutie en meer informatie over de specifieke locatie van neuronen….
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Wij danken Gij Wang voor discussies en Sorin Pojoga voor gedragsverandering training. Ondersteund door de NIH EUREKA-programma, het National Eye Institute, het Pew Scholars Program, de James S. McDonnell Foundation (VD), en een NIH Vision Training Grant (BJH).
Materials
| Name of Equipment | Company | Catalogue number | Comments |
| Nan microdrive system | Nan Instruments | NAN-S4 | Figure 2. Custom clamps are needed to use the U-Probe. Everything mentioned with exception of the U-Probe is provided by NAN instruments. |
| Screw microdrives | MIT Machine shop | Anything that is able to secure a guide tube to the NAN grid should be appropriate. | |
| Stainless Steel Guide Tubes | Small Parts | B00137QHNS (1) or B00137QHO2 (5) | These are 60 in long and cut to size in the laboratory using a Dremel hand drill |
| Plexon U-Probe | Plexon, Inc | PLX-UP-16-25ED-100-SE-360-25T-500 | See U-Probe specifications available at www.plexon.com Also see Figure 1. |
Table 1. Hardware.
| Name of Software | Company | Website | Comments |
| NAN software | NAN | http://www.naninstruments.com/DesignConcept.htm | Computer interface requires an additional serial port to accommodate the Plexon system and the NAN hardware |
| Offline Sorter, FPAlign, PlexUtil, MATLAB programs | Plexon | http://www.plexon.com/downloads.html#Software | Under ‘Installation Packages’ |
| NeuroExplorer | NeuroExplorer | http://www.neuroexplorer.com/ | Under ‘Resources’ |
| CSDplotter Version 0.1.1 | Klas H. Petterson | http://arken.umb.no/~klaspe/user_guide.pdf |
Table 2. Software.
References
- Hubel, D. H., Wiesel, T. N. Receptive fields and functional architecture of monkey striate cortex. J Physiol. 195, 215-243 (1968).
- Mountcastle, V. B. Modality and topographic properties of single neurons of cat’s somatic sensory cortex. J Neurophysiol. 20, 408-434 (1957).
- Nassi, J. J., Callaway, E. M. Parallel processing strategies of the primate visual system. Nat Rev Neurosci. 10, 360-372 (2009).
- Ringach, D. L., Hawken, M. J., Shapley, R. Dynamics of orientation tuning in macaque primary visual cortex. Nature. 387, 281-284 (1997).
- Martinez, L. M. Receptive field structure varies with layer in the primary visual cortex. Nat Neurosci. 8, 372-379 (2005).
- Lakatos, P., Karmos, G., Mehta, A. D., Ulbert, I., Schroeder, C. E. Entrainment of neuronal oscillations as a mechanism of attentional selection. Science. 320, 110-113 (2008).
- Sun, W., Dan, Y. Layer-specific network oscillation and spatiotemporal receptive field in the visual cortex. Proc Natl Acad Sci U S A. 106, 17986-17991 (2009).
- Maier, A., Adams, G. K., Aura, C., Leopold, D. A. Distinct superficial and deep laminar domains of activity in the visual cortex during rest and stimulation. Frontiers in Systems Neuroscience. 4, 12-12 (2010).
- Mitzdorf, U. Current source-density method and application in cat cerebral cortex: investigation of evoked potentials and EEG phenomena. Physiol Rev. 65, 37-100 (1985).
- Mitzdorf, U., Singer, W. Excitatory synaptic ensemble properties in the visual cortex of the macaque monkey: a current source density analysis of electrically evoked potentials. J Comp Neurol. 187, 71-83 (1979).
- Schroeder, C. E., Mehta, A. D., Givre, S. J. A spatiotemporal profile of visual system activation revealed by current source density analysis in the awake macaque. Cereb Cortex. 8, 575-592 (1998).
- Schroeder, C. E., Tenke, C. E., Givre, S. J., Arezzo, J. C., Vaughan, H. G. Striate cortical contribution to the surface-recorded pattern-reversal VEP in the alert monkey. Vision Res. 31, 1143-1157 (1991).
- Amzica, F., Steriade, M. Cellular substrates and laminar profile of sleep K-complex. Neurosciences. 82, 671-686 (1998).
- Kandel, A., Buzsaki, G. Cellular-synaptic generation of sleep spindles, spike-and-wave discharges, and evoked thalamocortical responses in the neocortex of the rat. J Neurosci. 17, 6783-6797 (1997).
- Sakata, S., Harris, K. D. Laminar structure of spontaneous and sensory-evoked population activity in auditory cortex. Neuron. 64, 404-418 (2009).
- Nicholson, C., Freeman, J. A. Theory of current source-density analysis and determination of conductivity tensor for anuran cerebellum. J Neurophysiol. 38, 356-368 (1975).
- Pettersen, K. H., Devor, A., Ulbert, I., Dale, A. M., Einevoll, G. T. Current-source density estimation based on inversion of electrostatic forward solution: effects of finite extent of neuronal activity and conductivity discontinuities. J Neurosci Methods. 154, 116-133 (2006).
- Vaknin, G., DiScenna, P. G., Teyler, T. J. A method for calculating current source density (CSD) analysis without resorting to recording sites outside the sampling volume. J Neurosci Methods. 24, 131-135 (1988).
