Innspillingen romlig begrenset oscillerende prefiks oppfører seg mus
Summary
Denne protokollen beskriver innspillingen av lokale feltet potensialer med flere shank lineær silisium sonder. Konvertering av signaler ved hjelp av gjeldende kilde density analyse kan gjenoppbyggingen av lokale elektrisk aktivitet i musen hippocampus. Med denne teknikken, kan romlig begrenset hjernen svingninger bli studert i fritt flytte mus.
Abstract
Lokale feltet potensial (LFP) kommer fra ion bevegelser over nevrale membraner. Siden spenningen av LFP elektroder gjenspeiler det summerte elektriske feltet av store mengder hjernevev, er trekke ut informasjon om lokale aktivitet utfordrende. Studere neuronal microcircuits, men krever en pålitelig skillet mellom virkelig lokale arrangementer og volum-gjennomførte signaler opprinnelse i fjerne hjernen områder. Gjeldende kilde tetthet (CSD) analyse tilbyr en løsning for dette problemet ved å gi informasjon om gjeldende vasker og kilder i elektrodene. I hjernen områder med laminær cytoarchitecture som hippocampus, kan endimensjonal CSD fås ved å estimere den andre romlige deriverte av LFP. Her beskriver vi en metode for å registrere multilaminar LFPs bruker lineær silisium sonder implantert i dorsal hippocampus. CSD spor beregnes langs personlige shanks av sonden. Denne protokollen dermed beskriver en fremgangsmåte for å løse romlig begrenset nevrale nettverk oscillerende prefiks fritt flytte mus.
Introduction
Svingninger i LFP er kritisk involvert i informasjonsbehandling av nevrale kretser. De dekker et bredt spekter av frekvenser, alt fra treg bølger (~ 1 Hz) til rask rippel svingninger (~ 200 Hz)1. Forskjellige frekvensbånd forbindes med kognitive funksjoner inkludert minne, emosjonelle behandling og navigasjon2,3,4,5,6,7. Strøm over neuronal membraner utgjør den største delen av LFP signal8. Kasjoner inn cellen (f.eks via aktivering av glutamatergic eksitatoriske synapser) representerer en aktiv gjeldende vask (som kostnad forlater den ekstracellulære mediet). Derimot viser netto flyten av positive ladningen til den ekstracellulære mediet, for eksempel ved aktivering av GABAergic hemmende synapser, en aktiv strømkilde på denne plasseringen. I neuronal dipoler, er gjeldende synker sammen med passiv kilder og omvendt på grunn av kompenserende strøm påvirker membranen kostnad på fjerntliggende områder.
Det elektriske feltet produsert av eksterne nevrale prosesser kan også resultere i betydelig spenning avvisninger er på et opptak-elektrode og kan således anses som feilaktig som et lokalt arrangement. Dette volumet ledning utgjør en alvorlig utfordring til tolkningen av LFP signaler. CSD analyse gir informasjon om lokale gjeldende vasker og kilder underliggende LFP signaler og derfor består av å redusere virkningen av volum ledning8. I laminert strukturer som hippocampus, kan endimensjonal CSD signaler fås ved den andre romlige deriverte av LFP innspilt fra equidistant elektroder arrangert vinkelrett til laminær fly9. Ankomsten av kommersielt tilgjengelig lineær silisium sonder har tillatt forskere å utnytte CSD metoden for studier av lokale oscillation aktivitet prefiks. For eksempel har det vært vist at forskjellige gamma svingninger dukke opp i en lag-spesifikk måte i CA1 området10. Videre har CSD analyse identifisert uavhengig aktiveringspunkt gamma aktivitet i viktigste celle laget av dentate gyrus11. Viktigere, var disse funnene bare i lokale CSD men ikke LFP signaler. CSD analysen gir dermed et kraftig verktøy for å få innsikt i microcircuit driften av hippocampus.
I denne protokollen gir vi en omfattende guide for å få endimensjonal CSD signaler med silisium sonder. Disse metodene kan brukere undersøke lokaliserte oscillation hendelser i hippocampus oppfører mus.
Protocol
Representative Results
Discussion
Økende bevis viser at hjernen svingninger i hippocampus nevrale kretser oppstår i diskret romlige domener10,11,16. CSD analyse reduserer drastisk påvirkning av volum ledning, en avgjørende forutsetning for studiet av lokale oscillation hendelser. Med denne videoen gir vi en guide til implanting silisium sonder i musen hippocampus for analyse av CSD data. Vi vise eksemplene CSD signalene skarp-bølge krusninger i CA1 og lokal…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi er takknemlige for Karin Winterhalter og Kerstin Semmler for teknisk assistanse. Dette arbeidet ble støttet av klyngen av fortreffelighet BrainLinks – BrainTools (eks 1086) tysk Research Foundation.
Materials
| Crocodile clamp with stand | Reichelt Elektronik | HALTER ZD-10D | |
| Silicon probe | Cambridge Neurotech | P-series 32 | |
| Stereoscope | Olympus | SZ51 | |
| Varnish-insulated copper wire | Bürklin Elektronik | 89 F 232 | |
| Ground screws | Screws & More GmbH (screwsandmore.de) | DIN 84 A2 M1x2 | |
| Flux | Stannol | 114018 | |
| Ceramic-tipped forceps | Fine Science Tools | 11210-60 | |
| Paraffine Wax | Sigma-Aldrich | 327204 | |
| Cauterizer | Fine Science Tools | 18010-00 | |
| Soldering iron | Kurtz Ersa | OIC1300 | |
| Multimeter | Uni-T | UT61C | |
| Ethanol | Carl Roth | 9065.1 | |
| Pasteur pipettes | Carl Roth | EA65.1 | |
| Heat sterilizer | Fine Science Tools | 18000-45 | |
| Stereotaxic frame | David Kopf | Model 1900 | |
| Stereotaxic electrode holder | David Kopf | Model 1900 | |
| Isoflurane | Abbvie | B506 | |
| Oxygen concentrator | Respironix | 1020007 | |
| Buprenorphine | Indivior UK Limited | ||
| Electrical shaver | Tondeo | Eco-XS | |
| Heating pad | Thermolux | 463265/-67 | |
| Surgical clamps | Fine Science Tools | 18050-28 | |
| Hydrogen peroxide | Sigma-Aldrich | H1009 | |
| Sterile cotton wipes | Carl Roth | EH12.1 | |
| Drill | Proxxon | Micromot 230/E | |
| 21G injection needle | B. Braun | 4657527 | |
| Phosphate buffer/phosphate buffered saline | |||
| Stereotaxic atlas | Elsevier | 9.78012E+12 | |
| Surgical scissors | Fine Science Tools | 14094-11 | |
| Surgical forceps | Fine Science Tools | 11272-40 | |
| 27G injection needles | B. Braun | 4657705 | |
| Vaseline | |||
| Dental cement | Sun Medical | SuperBond T&M | |
| Carprofen | Zoetis | Rimadyl 50mg/ml | |
| Recording amplifier | Intan Technologies | C3323 | |
| USB acquisition board | Intan Technologies | C3004 | |
| Recording cables | Intan Technologies | C3216 | |
| Electrical commutator | Doric lenses | HRJ-OE_FC_12_HARW | |
| Acquisition software | OpenEphys (www.open-ephys.org) | GUI | allows platform-independent data acquisition |
| Computer for data acquisition | |||
| Analysis environment | Python (www.python.org) | allows platform-independent data analysis | |
| Urethane | Sigma-Aldrich | ||
| Vibratome | Leica | VT1000 | |
| Microscope slides | Carl Roth | H868.1 | |
| Cover slips | Carl Roth | H878.2 | |
| Embedding medium | Sigma-Aldrich | 81381-50G | |
| Distilled water | Millipore | Milli Q | Table-top machine for the production of distilled water |
| Tergazyme | Alconox | Tergazyme |
References
- Buzsáki, G., Draguhn, A. Neuronal oscillations in cortical networks. Science. 304 (5679), 1926-1929 (2004).
- Keefe, J., Recce, M. L. Phase relationship between hippocampal place units and the EEG theta rhythm. Hippocampus. 3 (3), 317-330 (1993).
- Benchenane, K., et al. Coherent theta oscillations and reorganization of spike timing in the hippocampal-prefrontal network upon learning. Neuron. 66 (6), 921-936 (2010).
- Jadhav, S. P., Kemere, C., German, P. W., Frank, L. M. Awake hippocampal sharp-wave ripples support spatial memory. Science. 336 (6087), 1454-1458 (2012).
- Yamamoto, J., Suh, J., Takeuchi, D., Tonegawa, S. Successful execution of working memory linked to synchronized high-frequency gamma oscillations. Cell. 157 (4), 845-857 (2014).
- Karalis, N., et al. 4-Hz oscillations synchronize prefrontal-amygdala circuits during fear behavior. Nature Neuroscience. 19 (4), 605-612 (2016).
- Khodagholy, D., Gelinas, J. N., Buzsáki, G. Learning-enhanced coupling between ripple oscillations in association cortices and hippocampus. Science. 358 (6361), 369-372 (2017).
- Buzsáki, G., Anastassiou, C. A., Koch, C. The origin of extracellular fields and currents–EEG, ECoG, LFP and spikes. Nature Reviews Neuroscience. 13 (6), 407-420 (2012).
- Mitzdorf, U. Current source-density method and application in cat cerebral cortex: investigation of evoked potentials and EEG phenomena. Physiological Reviews. 65 (1), 37-100 (1985).
- Lasztóczi, B., Klausberger, T. Layer-specific GABAergic control of distinct gamma oscillations in the CA1 hippocampus. Neuron. 81 (5), 1126-1139 (2014).
- Strüber, M., Sauer, J. -. F., Jonas, P., Bartos, M. Distance-dependent inhibition facilitates focality of gamma oscillations in the dentate gyrus. Nature Communications. 8 (1), 758 (2017).
- Franklin, K. B. J., Paxinos, G. . The mouse brain in stereotaxic coordinates. , (2007).
- Gage, G. J., Kipke, D. R., Shain, W. Whole animal perfusion fixation for rodents. Journal of Visualized Experiments. (65), e3564 (2012).
- Kajikawa, Y., Schroeder, C. E. How local is the local field potential?. Neuron. 72 (5), 847-858 (2011).
- Berens, P., Keliris, G. A., Ecker, A. S., Logothetis, N. K., Tolias, A. S. Feature selectivity of the gamma-band of the local field potential in primate primary visual cortex. Frontiers in Neuroscience. 2 (2), 199-207 (2008).
- Lastóczi, B., Klausberger, T. Distinct gamma oscillations in the distal dendritic field of the dentate gyrus and the CA1 area of mouse hippocampus. Brain Structure and Function. 222 (7), 3355-3365 (2017).
- Nguyen Chi, V., Müller, C., Wolfenstetter, T., Yanovsky, Y., Draguhn, A., Tort, A. B. L., Brankačk, J. Hippocampal respiration-driven rhythm distinct from theta oscillations in awake mice. Journal of Neuroscience. 36 (1), 162-177 (2016).
- Chung, J., Sharif, F., Jung, D., Kim, S., Royer, S. Micro-drive and headgear for chronic implant and recovery of optoelectronic probes. Scientific Reports. 7 (1), 2773 (2017).
