דור של תנודות γ CA1 מקומיות על ידי גירוי Tetanic
Summary
תנודות הן מאפייני רשת בסיסיים והם מווסתים על ידי מחלה ותרופות. לומד תנודות המוח פרוסה מאפשר אפיון של רשתות מבודדות בתנאים מבוקרים. פרוטוקולים ניתנים להכנת פרוסות מוח חריפות ללעורר תנודות γ CA1.
Abstract
תנודות רשת עצביות הן תכונות חשובות של פעילות מוח בבריאות ובמחלה ויכולות להיות מווסתת על ידי מגוון רחב של תרופות בשימוש קלינית. פרוטוקול מסופק ליצור מודל לחקר תנודות γ CA1 (20 – 80 הרץ). תנודות γ אלה הן יציבים לפחות 30 דק 'ותלויים בפעילות הסינפטית מעוררת ומעכבת בנוסף להפעלה של זרמי קוצב לב. יש תנודות מגורה Tetanically מספר המאפיינים לשחזור בקלות ובכימות כוללים ספירת ספייק, משך תנודה, חביון ותדירות שתדווחנה על מצב הרשת. היתרונות של תנודות גירוי חשמלי כוללים יציבות, שחזור ורכישת אפיזודי המאפשרים אפיון חזק של פונקצית רשת. מודל זה של תנודות γ CA1 יכול לשמש כדי לחקור מנגנונים תאיים ולחקור באופן שיטתי כיצד עצבי רשת פעילות משתנה במחלה ועל ידי תרופות.פרמקולוגיה מדינת מחלה ניתן לשלב בקלות על ידי השימוש בפרוסות מוח ממודלים של בעלי חיים מהונדסים גנטי או התערבותית כדי לאפשר בחירה של תרופות שמתמקדות מנגנוני מחלה.
Introduction
תנודות רשת המוח מתרחשות בתוך תחומי תדרים שונים שתואמים למדינות התנהגותיות. במכרסמים, תנודות בהיפוקמפוס θ (5 – 10 הרץ) הם נצפו בהתנהגויות גישוש 1,2, תוך תנודות γ – עמית (20 80 הרץ) עם תהליכים קוגניטיביים שונים, כוללים תפיסה ותשומת לב 3,4. פעילות רשת γ סינכרוני גם מעורבת בפתולוגיה של הפרעות כגון 5,6 אפילפסיה וסכיזופרניה. לדוגמא, תנודות γ הם חשבו מתאימות לאזורים של מוקדי אפילפסיה קליפת המוח 5,7,8 ויכולות לשמש כסמנים של pharmacosensitivity או התנגדות, שני תחומים חשובים של חקירה באפילפסיה מחקר 9.
פרוסת המוח בהיפוקמפוס היא מודל שכבר בשימוש נרחב כדי לחקור את פעילות רשת 10-12. פרוטוקולים שונים פותחו כדי ליצור תנודות γ בפרוסות מוח, כי בדרך כלל אניאפנון תרופתי nvolve כגון Mg 2 + הנמוך, 4-aminopyridine (4AP), bicuculline, וחומצת kainic 12-17. חסרונות של תנודות מופעלות פרמקולוגית הם שהם מתרחשים באופן אקראי לאחר יישום סמים ולא אמין שנוצרו או יציב לאורך זמן. חשמלי מופעל תנודות γ להתגבר רבות של בעיות אלה וגם יש את היתרון של להיות נעול באופן זמני לאירוע המעורר המאפשר הקלטה וניתוח אפיזודי. הנה פרוטוקול מתואר ליצירת תנודות γ CA1 ידי מתן גירוי tetanic לאוריין השכבה בפרוסה בהיפוקמפוס.
Protocol
Representative Results
Discussion
שיטה חזקה כדי ליצור תנודות γ CA1 בפרוסות מוח חריפות מתוארת. התנודות שנוצרו נובעות ממעגל מקומי מאפשר הזדמנות טובה יותר לשליטה והבנת בסיס neurophysiological של תנודות רשת 12. כל ערוצי 2 + קולטני AMPA, קולטני GABA, אני שעות ו- T-הסוג Ca נדרשים לתנודות γ במודל זה. בעוד תנודו…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Supported by APA to RJH, NHMRC program grant 400121 to SP, and NMHRC fellowship 1005050 to SP. CAR acknowledges the support of the ARC (FT0990628) and the DOWD fellowship scheme. The Florey Institute of Neuroscience and Mental Health is supported by Victorian State Government infrastructure funds.
Materials
| 4-(N-Ethyl-N-phenylamino)-1,2- dimethyl-6-(methylamino) pyrimidinium chloride (ZD7288) | Sigma-Aldrich | Z3777 | |
| Biuculline | Sigma-Aldrich | 14340 | |
| 6-cyano-7-nitroquinoxa- line-2,3-dione (CNQX) | Sigma-Aldrich | C127 | |
| Nickel | Sigma-Aldrich | 266965 | |
| Carbamazepine | Sigma-Aldrich | C4024 | |
| (2R)-amino-5-phosphonopentano-ate (APV) | Tocris Bioscience | 0105 | |
| Retigabine | ChemPacific | 150812-12-7 | |
| Choline-Cl | Sigma Aldrich | C1879-5KG | |
| KCl | Sigma Aldrich | P9333-500G | |
| NaH2PO4 | Sigma Aldrich | S9638-250G | |
| NaHCO3 | Sigma Aldrich | S6297-250G | |
| NaCl | Sigma Aldrich | S7653-5KG | |
| Glucose | Sigma Aldrich | G8270-1KG | |
| CaCl2.2H2O | Sigma Aldrich | 223506-500G | |
| MgCl2.6H2O | Sigma Aldrich | M2670-500G | |
| Electrode glass | Harvard Apparatus | GC150F-10 | |
| Concentric bipolar stimulating metal electrode | FHC | CBBPF75 | |
| Digital Isolator | Getting Instruments | Model BJN8-9V1 | |
| Model 1800 amplifier | A-M systems | Model 1800 amplifier | |
| Digitizer | National Intruments | NI USB-6211 | |
| Vibrotome | Leica | VT1200s |
Riferimenti
- Buzsaki, G. Theta rhythm of navigation: link between path integration and landmark navigation, episodic and semantic memory. Hippocampus. 15 (7), 827-840 (2005).
- Vanderwolf, C. H. Hippocampal electrical activity and voluntary movement in the rat. Electroencephalogr. Clin. Neurophysiol. 26 (4), 407-418 (1969).
- Bartos, M., Vida, I., Jonas, P. Synaptic mechanisms of synchronized gamma oscillations in inhibitory interneuron networks. Nat. Rev. Neurosci. 8 (1), 45-56 (2007).
- Buzsáki, G., Wang, X. -. J. Mechanisms of gamma oscillations. Annu. Rev. Neurosci. 35, 203-225 (2012).
- Kobayashi, K., et al. Cortical contribution to scalp EEG gamma rhythms associated with epileptic spasms. Brain Dev. 35 (8), 762-770 (2013).
- Andreou, C., et al. Increased Resting-State Gamma-Band Connectivity in First-Episode Schizophrenia. Schizophr Bull. , (2014).
- Alarcon, G., Binnie, C. D., Elwes, R. D., Polkey, C. E. Power spectrum and intracranial EEG patterns at seizure onset in partial epilepsy. Electroencephalogr. Clin. Neurophysiol. 94 (5), 326-337 (1995).
- Fisher, R. S., Webber, W. R., Lesser, R. P., Arroyo, S., Uematsu, S. High-frequency EEG activity at the start of seizures. J. Clin. Neurophysiol. 9 (3), 441-448 (1992).
- Kwan, P., Brodie, M. J. Early identification of refractory epilepsy. N. Engl. J. Med. 342 (5), 314-319 (2000).
- Traub, R. D., Kopell, N., Bibbig, A., Buhl, E. H., LeBeau, F. E., Whittington, M. A. Gap junctions between interneuron dendrites can enhance synchrony of gamma oscillations in distributed networks. J. Neurosci. 21 (23), 9478-9486 (2001).
- Traub, R. D., Whittington, M. A., Buhl, E. H., Jefferys, J. G., Faulkner, H. J. On the mechanism of the gamma –> beta frequency shift in neuronal oscillations induced in rat hippocampal slices by tetanic stimulation. J. Neurosci. 19 (3), 1088-1105 (1999).
- Whittington, M. A., Stanford, I. M., Colling, S. B., Jefferys, J. G., Traub, R. D. Spatiotemporal patterns of gamma frequency oscillations tetanically induced in the rat hippocampal slice. J. Physiol. 502 (3), 591-607 (1997).
- Avoli, M., Panuccio, G., Herrington, R., D’Antuono, M., de Guzman, P., Lévesque, M. Two different interictal spike patterns anticipate ictal activity in vitro. Neurobiol. Dis. 52, 168-176 (2013).
- Boido, D., Jesuthasan, N., de Curtis, M., Uva, L. Network Dynamics During the Progression of Seizure-Like Events in the Hippocampal-Parahippocampal Regions. Cereb Cortex. 24 (1), 162-173 (2014).
- Gloveli, T., Albrecht, D., Heinemann, U. Properties of low Mg2+ induced epileptiform activity in rat hippocampal and entorhinal cortex slices during adolescence. Brain Res. Dev. Brain Res. 87 (2), 145-152 (1995).
- McLeod, F., Ganley, R., Williams, L., Selfridge, J., Bird, A., Cobb, S. R. Reduced seizure threshold and altered network oscillatory properties in a mouse model of Rett syndrome. Neuroscienze. 231, 195-205 (2013).
- Bracci, E., Vreugdenhil, M., Hack, S. P., Jefferys, J. G. On the synchronizing mechanisms of tetanically induced hippocampal oscillations. J. Neurosci. 19 (18), 8104-8113 (1999).
- Main, M. J., Cryan, J. E., Dupere, J. R., Cox, B., Clare, J. J., Burbidge, S. A. Modulation of KCNQ2/3 potassium channels by the novel anticonvulsant retigabine. Mol. Pharmacol. 58 (2), 253-262 (2000).
- Wickenden, A. D., Yu, W., Zou, A., Jegla, T., Wagoner, P. K. Retigabine, a novel anti-convulsant, enhances activation of KCNQ2/Q3 potassium channels. Mol. Pharmacol. 58 (3), 591-600 (2000).
- Otto, J. F., Kimball, M. M., Wilcox, K. S. Effects of the anticonvulsant retigabine on cultured cortical neurons: changes in electroresponsive properties and synaptic transmission. Mol. Pharmacol. 61 (4), 921-927 (2002).
- Pomper, J. K., Graulich, J., Kovacs, R., Hoffmann, U., Gabriel, S., Heinemann, U. High oxygen tension leads to acute cell death in organotypic hippocampal slice cultures. Brain Res. Dev. Brain Res. 126 (1), 109-116 (2001).
- Hatch, R. J., Reid, C. A., Petrou, S. Enhanced in vitro CA1 network activity in a sodium channel β1(C121W) subunit model of genetic epilepsy. Epilepsia. 55 (4), 601-608 (2014).
- Lord, L. -. D., Expert, P., Huckins, J. F., Turkheimer, F. E. Cerebral energy metabolism and the brain/’s functional network architecture: an integrative review. J. Cereb. Blood Flow Metab. 33 (9), 1347-1354 (2013).
- Hájos, N., et al. Maintaining network activity in submerged hippocampal slices: importance of oxygen supply. Eur. J. Neurosci. 29 (2), 319-327 (2009).
- Hájos, 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).
- Boido, D., Jesuthasan, N., de Curtis, M., Uva, L. Network Dynamics During the Progression of Seizure-Like Events in the Hippocampal-Parahippocampal Regions. Cereb Cortex. 24 (1), 163-173 (2012).
- Antuono, M., Köhling, R., Ricalzone, S., Gotman, J., Biagini, G., Avoli, M. Antiepileptic drugs abolish ictal but not interictal epileptiform discharges in vitro. Epilepsia. 51 (3), 423-431 (2010).
- Stenkamp, K., et al. Enhanced temporal stability of cholinergic hippocampal gamma oscillations following respiratory alkalosis in vitro. J. Neurophysiol. 85 (5), 2063-2069 (2001).
