Tuning na banda Theta do hipocampo<em> In Vitro</em>: Metodologias para gravação a partir do Circuito de Septohippocampal de Roedores Isolado
Summary
Aqui, apresentamos um protocolo para a gravação da teta de rede neuronal rítmica e das oscilações gama de uma preparação isolada do hipocampo inteiro. Descrevemos os passos experimentais da extração do hipocampo para detalhes de gravações de grampos de campo, unidade e toda célula, bem como a estimulação optogenética do ritmo de theta.
Abstract
Este protocolo descreve os procedimentos para a preparação e gravação do hipocampo inteiro isolado, de WT e camundongos transgênicos, além de melhorias recentes em metodologias e aplicações para o estudo das oscilações theta. Uma caracterização simples da preparação isolada do hipocampo é apresentada pelo qual a relação entre os osciladores internamente da teta do hipocampo é examinada em conjunto com a atividade das células piramidais e interneurônios GABAérgicos, nas áreas cornu ammonis-1 (CA1) e subículo (SUB). No geral, mostramos que o hipocampo isolado é capaz de gerar oscilações theta intrínsecas in vitro e que a ritmicidade gerada no hipocampo pode ser manipulada com precisão pela estimulação optogenética de interneurônios com parvalbumina positiva (PV). A preparação de hipocampo isolado in vitro oferece uma oportunidade única de usar gravações simultâneas de grampos e grampos intracelulares de neu visualmente identificadoRons para entender melhor os mecanismos subjacentes à geração de ritmo theta.
Introduction
As oscilações do hipocampo (4 – 12 Hz) estão entre as formas mais predominantes de atividade rítmica no cérebro de mamíferos e acreditam desempenhar papéis fundamentais nas funções cognitivas, como o processamento da informação espaciotemporal e a formação de memórias episódicas 1 , 2 , 3 . Enquanto vários estudos in vivo que realçam a relação das células do quadrado modificadas com estudos espaciais de navegação e lesão, além de evidências clínicas, sustentam a visão de que as oscilações do theta do hipocampo estão envolvidas na formação da memória 4 , 5 , 6 , os mecanismos associados Com a geração das oscilações do theta do hipocampo ainda não são totalmente compreendidas. As primeiras investigações in vivo sugeriram que a atividade theta dependia principalmente de osciladores extrínsecos, em particular a entrada rítmicaA partir de estruturas cerebrais aferentes, como o septo e o córtex entorrinal 7 , 8 , 9 , 10 . Um papel para fatores intrínsecos – conectividade interna das redes neurais do hipocampo juntamente com as propriedades dos neurônios do hipocampo – também foi postulado com base em observações in vitro 11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18 . No entanto, além de alguns estudos históricos 19 , 20 , 21 , dificuldades no desenvolvimento de abordagens que poderiam replicar atividades de população fisiologicamente realistas em simples preparações de fatia in vitroS têm, durante muito tempo, um exame experimental mais detalhado das habilidades intrínsecas do hipocampo e áreas relacionadas para auto-gerar oscilações theta.
Uma desvantagem importante da configuração experimental padrão de fatias finas in vitro é que a organização celular e sináptica 3D das estruturas cerebrais geralmente está comprometida. Isso significa que muitas formas de atividades de rede concertada baseadas em conjuntos de células espacialmente distribuídos, que vão desde grupos localizados (≤ 1 mm de raio) até populações de neurônios espalhados por uma ou mais áreas cerebrais (> 1 mm), não podem ser suportadas. Diante dessas considerações, era necessário um tipo diferente de abordagem para estudar como as oscilações theta emergem no hipocampo e se propagam para estruturas de saída corticais e subcorticais relacionadas.
Nos últimos anos, o desenvolvimento inicial da preparação "septo-hipocampo completo" para examinar a interação bidirecionalAs citações das duas estruturas 22 e a evolução subseqüente da preparação do "hipocampo isolado" revelaram que as oscilações teta intrínsecas ocorrem espontaneamente no hipocampo que não possui entrada rítmica externa 23 . O valor dessas abordagens reside na visão inicial de que toda a estrutura funcional dessas regiões teve que ser preservada para funcionar como um gerador de ritmo theta in vitro 22 .
Protocol
Representative Results
Discussion
Embora as gravações eletrofisiológicas de fatias agudas do hipocampo constituam uma técnica in vitro padrão, os métodos aqui apresentados diferem substancialmente da abordagem clássica. Ao contrário das preparações finas em fatias onde as camadas celulares específicas são visíveis na superfície e podem ser examinadas diretamente, as preparações intactas do hipocampo são mais parecidas com as configurações in vivo onde os eletrodos são abaixados em regiões cerebrais direcionadas enq…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabalho foi apoiado pelos Institutos canadenses de Pesquisa em Saúde e Ciências Naturais.
Materials
| Reagents | |||
| Sodium Chloride | Sigma Aldrich | S9625 | |
| Sucrose | Sigma Aldrich | S9378 | |
| Sodium Bicarbonate | Sigma Aldrich | S5761 | |
| NaH2PO4 – sodium phosphate monobasic | Sigma Aldrich | S8282 | |
| Magnesium sulfate | Sigma Aldrich | M7506 | |
| Potassium Chloride | Sigma Aldrich | P3911 | |
| D-(+)-Glucose | Sigma Aldrich | G7528 | |
| Calcium chloride dihydrate | Sigma Aldrich | C5080 | |
| Sodium Ascorbate | Sigma Aldrich | A7631-25G | |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Equipment | |||
| Standard Dissecting Scissors | Fisher Scientific | 08-951-25 | brain extraction |
| Scalpel Handle #4, 14cm | WPI | 500237 | brain extraction |
| Filter forceps, flat jaws, straight (11cm) | WPI | 500456 | brain extraction |
| Paragon Stainless Steel Scalpel Blades #20 | Ultident | 02-90010-20 | brain extraction |
| Fine Point Curved Dissecting Scissors | Thermo Fisher Scientific | 711999 | brain extraction |
| Teflon (PTFE) -coated thin spatula | VWR | 82027-534 | hippocampal preparation |
| Hayman Style Microspatula | Fisher Scientific | 21-401-25A | hippocampal preparation |
| Lab spoon | Fisher Scientific | 14-375-20 | hippocampal preparation |
| Borosilicate Glass Pasteur Pipets | Fisher Scientific | 13-678-20A | hippocampal preparation |
| Droper | Fisher Scientific | hippocampal preparation | |
| Razor blades Single edged | VWR | 55411-055 | hippocampal preparation |
| Lens paper (4X6 inch) | VWR | 52846-001 | hippocampal preparation |
| Glass petri dishes (100 x 20 mm) | VWR | 25354-080 | hippocampal preparation |
| Plastic tray for ice; size 30 x 20 x 5 cm | n.a. | n.a. | hippocampal preparation |
| Single Inline Solution Heater | Warner Instruments | SH-27B | perfusion system |
| Aquarium air stones for bubbling | n.a. | n.a. | perfusion system |
| Tygon E-3603 tubing (ID 1/16 OD 1/8) | Fisherbrand | 14-171-129 | perfusion system |
| Electric Skillet | Black & Decker | n.a. | perfusion system |
| 95% O2/5% CO2 gas mixture (carbogen) | Vitalaire | SG466204A | perfusion system |
| Glass bottles/flasks (4 x 1 L) | n.a. | n.a. | perfusion system |
| Submerged recording Chamber | custom design (FM) | n.a. | Commercial alternative may be used |
| Glass pipettes (1.5 / 0.84 OD/ID (mm) ) | WPI | 1B150F-4 | electrophysiology |
| Hum Bug 50/60 Hz Noise Eliminator | Quest Scientific | Q-Humbug | electrophysiology |
| Multiclamp 700B patch-clamp amplifier | Molecular devices | MULTICLAMP | electrophysiology |
| Multiclamp 700B Commander Program | Molecular devices | MULTICLAMP | electrophysiology |
| Digital/Analogue converter | Molecular devices | DDI440 | electrophysiology |
| PCLAMP10 | Molecular devices | PCLAMP10 | electrophysiology |
| Vibration isolation table | Newport | n.a. | electrophysiology |
| Micromanipulators (manually operated ) | Siskiyou | MX130 | electrophysiology (LFP) |
| Micromanipulators (automated) | Siskiyou | MC1000e | electrophysiology (patch) |
| Audio monitor | A-M Systems | Model 3300 | electrophysiology |
| Micropipette/Patch pipette puller | Sutter | P-97 | electrophysiology |
| Custom-built upright fluorescence microscope | Siskiyou | n.a. | Imaging |
| Analogue video camera | COHU | 4912-2000/0000 | Imaging |
| Digital frame grabber with imaging software | EPIX, Inc | PIXCI-SV7 | Imaging |
| Olympus 2.5x objective | Olympus | MPLFLN | Imaging |
| Olympus 40x water immersion objective | Olympus | UIS2 LUMPLFLN | Imaging |
| Custom-made light-emitting diode (LED) system | custom | n.a. | optogenetic stimulation (Amhilon et al., 2015) |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Animals | |||
| PV::Cre (KI) mice | Jackson Laboratory | stock number 008069 | Allow Cre-directed gene expression in PV interneurons |
| Constitutive-conditional Ai9 mice (R26-lox-stop-lox-tdTomato (KI)) | Jackson Laboratory | stock number 007905 | Express TdTomato following Cre-mediated recombination |
| Ai32 mice (R26-lox-stop-lox-ChR2(H134R)-EYFP | Jackson Laboratory | stock number 012569 |
Express the improved channelrhodopsin-2/EYFP fusion protein following exposure to Cre recombinase |
| PVChY mice | In house breeding | n.a. | Offspring obtained from cross-breeding the PV-Cre line with Ai32 mice (R26-lox-stop-lox-ChR2(H134R)-EYFP |
References
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