一个可靠的方法来研究神经元雪崩,即规模不变的时空活动突发,在大脑皮层的临界状态动力学指示。雪崩出现自发的发展培养皮层的表面层与平面集成多电极阵列(MEA)的精确控制的条件下允许活动的长期测量。
皮层是自发活跃,即使在没有任何特定的输入或电机输出。在发展过程中,这个活动是非常重要的皮层细胞类型,迁移和分化形成的神经元连接1。在成熟的动物,正在进行的活动,反映过去和目前的状态到感官刺激的无缝集成,计算未来行动的动物。因此,一个清醒的认识即正在进行的自发活动的组织是一个先决条件,以了解皮质功能。
众多的录音技术透露,正在进行的活动是在大脑皮层的个别活动的瞬时总结较大的事件,与细胞外微电极可以在局部领域的潜力(LFP)检测,或在脑电图(EEG),magnetoencephalogram(MEG的许多神经元组成),并从功能磁共振成像(fMRI)的大胆信号。磷酸锂铁是目前的首选方法,在学习时,在介观尺度的高时空分辨率(数千神经元)神经元群活动。在细胞外微电极,在本地同步活动空间相邻的神经元在LFP数百毫伏的快速变形的结果。当使用微电极阵列,这种变形的组织可以很方便地监控在时间和空间。
神经元雪崩描述持续2,3大脑中的神经活动的规模不变的时空组织。它们是针对4,5 体外成立6在麻醉大鼠体内的,肤浅的的皮质层,并在清醒的猴子 7 。更重要的是,理论和实证研究2,8-10表明,神经元雪崩指示的皮质精美平衡的临界状态动态,优化信息传输和信息处理。
为了研究神经元雪崩的发展,维护和调节机制, 在体外的准备工作非常有益,因为它们允许精确控制的条件下稳定的雪崩活动录音。目前的协议,介绍了如何在体外培养的神经元雪崩研究器官皮质文化,即片文化上的平面,集成的微电极阵列(MEA;见11-14)增长,利用浅层发展优势。
1。技术问题:
2。皮质文化的发育年龄来研究神经元雪崩
通常采取的PND 0 – 1片从大鼠皮层,急性和培养“千年生态系统评估”的几个星期。早期的研究已清楚地表明,单皮质切片培养, 在体外培养的几个星期后,保持与识别细胞类型的层状结构,可以很容易地比较在体内细胞类18,18-21。分层组织已在体外系统在此方便地用于研究丘脑22日至24日在开发过程中,以及支配的皮层皮层下结构,如纹状体 25,26驾驶。事实上,在形成的大脑区域内和跨的神经元连接的特殊性, 允许复杂的体外系统,重新夺回了许多详细的投影系统的建设 ,如皮层基底节电路27-30。
经过4 – 6周在体外,单皮质片31和皮质切片培养与纹状体26或32丘脑显示自发向上和向下通常在33乌拉坦麻醉大鼠体内发现的状态这些最多的国家的优秀时间组织负有标志嵌套θ-和γ-振荡的锥体神经元和GABA能interneurons快速扣球31 electrophysiologically成熟的网络指标。重要的是,在多巴胺D2受体的刺激的情况下,成熟的小白蛋白阳性皮质interneurons延迟约2 周皮质切片文化34。嵌套在这些研究结果,发展的时间当然θ,β-和γ-振荡匹配体内的皮质切片时,腹侧被盖区(VTA),其中包含的多巴胺能神经元投射到联合培养皮质6。
这些研究表明,在研究神经雪崩,关键取决于成熟快的GABA能抑制,并在位于大脑皮层2,4的 浅层时,应采取非常谨慎,以保证适当的皮层组织成熟。虽然神经元雪崩出现超过2的时间当然在单一皮质文化- 5 周 4,当需要一个发展的时间当然这是在体内发育匹配,皮质片需要适当的多巴胺受体刺激,例如共培养皮层切片腹侧被盖区6。
The authors have nothing to disclose.
这项研究是由院内研究计划部的国立精神卫生研究所,国立卫生研究院(DIRP)。
Name of the reagent | Company | Catalogue number | Comments (optional) |
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Integrated planar multielectrode array | Multichannel Systems (www.multichannelsystems.com) ALA Scientific Instruments (www.alascience.com) |
200/30iR-ITO-w/o | Titanium Nitrate (TiN) electrodes (30 mm diameter) have large surface resulting in low impedance ( ~1.5 kΩ at 1 kHz) and excellent wide-band recordings ( w/o – without ring) |
Chamber glass | www.aceglass.com | 7620-32 | Threaded glass cylinder |
Chamber cap | www.aceglass.com | 7622-114 | Plastic cap with Teflon insert |
Sylgard 184 | www.wpiinc.com | SYLG184 | Two-part silicone elastomer |
Poly-D-lysine | Sigma-Aldrich | P6407-5mg | γ-irradiated, lyophilized powder, cell cultured tested. Reconstituted with 5 ml deionised water before use. |
Gey’s Balanced Salt solution | Sigma-Aldrich | G9779-500mL | sterile filtered and cultured tested |
chicken plasma | Sigma-Aldrich | P3266-5mL | Lyophilized, reconstitute with 5 ml deionized water before use. |
thrombin | Sigma-Aldrich | T6634-1KU | from bovine plasma, lyophilized powder form. |
horse serum | Sigma-Aldrich | H1138-100mL | donor herd, heat inactivated, cell culture tested |
Basal Medium Eagle | Invitrogen | 21010-046 | 1x, 500 ml – (+) Earle’s Salts, (-) L-glutamine), |
Hank’s Buffered Saline Solution | Invitrogen | 24020-117 | 500 ml – (+) Magnesium, (+) calcium, w/phenol red) |
Chamber slides | Lab-Tek-Chamber Slide w/cover (Nunc), sterile | 177429 | |
Uridine | Sigma-Aldrich | U3003 | |
ARA-C cytosine-β-D-arabinofuranoside | Sigma-Aldrich | C6645 | |
5-fluoro-2’-deoxyuridine | Sigma-Aldrich | F0503 |