Opname ruimtelijk beperkte schommelingen in de Hippocampus gedragen muizen
Summary
Dit protocol beschrijft de opname van het lokale veld potentieel met multi schacht lineaire silicon sondes. Conversie van de signalen met behulp van de huidige Bronanalyse dichtheid kan de wederopbouw van lokale elektrische activiteit in de hippocampus muis. Met deze techniek, kunnen ruimtelijk beperkte hersenen oscillaties in vrij bewegende muizen bestudeerd worden.
Abstract
Het lokale veld potentieel (LFP) blijkt uit ion bewegingen over neurale membranen. Aangezien de spanning opgenomen door LFP elektroden de opgeteld elektrisch veld van een groot volume van hersenweefsel weerspiegelt, is extraheren van informatie over lokale activiteit uitdagend. Bestuderen van neuronale micro schakelingen, vereist echter een betrouwbaar onderscheid tussen echt lokale evenementen en volume-uitgevoerd signalen van oorsprong uit verre hersengebieden. Huidige Bronanalyse dichtheid (CSD) biedt een oplossing voor dit probleem door het verstrekken van informatie over huidige wastafels en bronnen in de nabijheid van de elektroden. In de hersengebieden met laminaire cytoarchitecture zoals de hippocampus, kan eendimensionale CSD worden verkregen door de schatten van de tweede ruimtelijke afgeleide van de LFP. Hier beschrijven we een methode om record multilaminar LFPs met behulp van lineaire silicon sondes de dorsale hippocampus ingeplant. CSD sporen worden berekend langs individuele shanks van de sonde. Dit protocol beschrijft dus een procedure om het oplossen van ruimtelijk beperkte neuronale netwerk schommelingen in de hippocampus vrij verplaatsen van muizen.
Introduction
Trillingen in de LFP zijn kritisch betrokken bij informatieverwerking door neuronale circuits. Zij bestrijken een breed spectrum van frequenties, variërend van langzame golven (~ 1 Hz) tot snelle rimpel oscillaties (~ 200 Hz)1. Verschillende frequentiebanden worden geassocieerd met cognitieve functies, zoals geheugen, emotionele verwerking en navigatie2,3,4,5,6,7. Stroom over neuronale membranen vormt het grootste deel van de LFP signaal8. Caties invoeren van de cel (bijvoorbeeld via activatie van glutamaterge excitatory synapsen) vertegenwoordigen een actieve huidige wastafel (zoals gratis het extracellulaire medium verlaat). Netto stroom van positieve lading naar de extracellulaire medium, bijvoorbeeld door activering van GABAergic inhiberende synapsen, toont daarentegen een actieve stroombron op die locatie. In neuronale dipolen, zijn huidige putten gekoppeld met passieve bronnen en vice versa toe te schrijven aan de schadeloosstelling van de stromingen beïnvloeden membraan tenlastelegging op verre locaties.
Het elektrische veld geproduceerd door externe neurale processen kan ook leiden tot grote spanning verlegging op een opname-elektrode en aldus ten onrechte kan worden beschouwd als een lokaal evenement. Dit volume geleiding vormt een serieuze uitdaging voor de interpretatie van de LFP signalen. CSD analyse geeft informatie over lokale huidige wastafels en bronnen onderliggend LFP signalen en bestaat dus uit een middel om de impact van volume geleiding8te verminderen. In gelaagde structuren zoals de hippocampus, kunnen eendimensionale CSD signalen worden verkregen door de tweede ruimtelijke afgeleide van de LFP geregistreerd vanaf equidistante elektroden gerangschikt loodrecht naar de laminaire vliegtuigen9. De komst van verkrijgbare lineaire silicon sondes hebben onderzoekers gebruik maken van de CSD-methode voor de studie van lokale trilling activiteit in de hippocampus. Bijvoorbeeld, is gebleken dat verschillende gamma oscillaties naar voren in een laag-specifieke wijze in de CA1 gebied10 komt. Bovendien heeft CSD analyse onafhankelijke hot spots van gamma activiteit in de belangrijkste cellaag van de getand gyrus11vastgesteld. Deze bevindingen werden nog belangrijker is, alleen herkenbaar in lokale CSD maar niet in LFP signalen. CSD analyse biedt dus een krachtig hulpmiddel om inzicht in de activiteiten van de microcircuit van de hippocampus te krijgen.
In dit protocol bieden wij een uitgebreide gids voor eendimensionale CSD signalen met silicium sondes. Deze methoden kunnen gebruikers gelokaliseerde trilling gebeurtenissen in de hippocampus van gedragend muizen onderzoeken.
Protocol
Representative Results
Discussion
Toenemende bewijzen duiden dat hersenen oscillaties in hippocampal neuronale schakelingen in discrete ruimtelijke domeinen10,11,16 voorkomen. CSD analyse vermindert drastisch de invloed van volume geleiding, een cruciale voorwaarde voor de studie van lokale trilling gebeurtenissen. Met deze video bieden wij een gids voor het implanteren van siliconen sondes in de hippocampus muis voor de analyse van de CSD-gegevens. Representati…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Wij zijn Karin Winterhalter en Kerstin Semmler dankbaar voor technische bijstand. Dit werk werd gesteund door het cluster van excellence BrainLinks – BrainTools (UITM 1086) van de Duitse 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 |
Riferimenti
- 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).
