Undersøkelser på Endringer i Hippocampus Circuit Funksjon Etter mild traumatisk hjerneskade
Summary
En mangesidig tilnærming til å undersøke funksjonelle endringer i hippocampus kretsene er forklart. Elektrofysiologiske teknikker er beskrevet sammen med skaden protokollen, atferdsmessige testing og regional disseksjon metoden. Kombinasjonen av disse teknikker kan anvendes på lignende måte for andre områder av hjernen og vitenskapelige spørsmål.
Abstract
Traumatisk hjerneskade (TBI) rammer mer enn 1,7 millioner mennesker i USA hvert år, og selv mild TBI kan føre til vedvarende nevrologiske svekkelser en. To gjennomgripende og invalidiserende symptomer oppleves av TBI overlevende, minne underskudd og en reduksjon i krampeterskelen, antas å være mediert av TBI-indusert hippocampus dysfunksjon 2,3. For å demonstrere hvordan endret hippocampus krets funksjon negativt påvirker atferd etter TBI i mus, ansetter vi lateral væske perkusjon skade, et vanlig dyr modell av TBI som gjenskaper mange funksjoner i menneskets TBI inkludert neuronal celle tap, gliosis, og ionisk perturbasjon 4 – 6.
Her viser vi en kombinatorisk metode for å undersøke TBI-indusert hippocampus dysfunksjon. Vår tilnærming omfatter flere ex vivo fysiologiske teknikker sammen med dyrs adferd og biokjemisk analyse, for å analyserepost-TBI endringer i hippocampus. Vi begynner med den eksperimentelle skade paradigmet sammen med atferdsanalyse å vurdere kognitiv funksjonshemming etter hodeskader. Deretter har vi tre forskjellige ex vivo opptak teknikker: ekstracellulære felt potensielle opptak, visualisert hel-celle patch-klemming og spenning sensitive dye opptak. Endelig viser vi en metode for regionalt dissekere underregioner av hippocampus som kan være nyttig for detaljert analyse av nevrokjemiske og metabolske endringer etter TBI.
Disse metodene har blitt brukt til å undersøke endringer i hippocampus kretser etter TBI og å sondere motstanderens endringer i nettverket krets funksjon som oppstår i dentate gyrus og CA1 underregioner av hippocampus (se figur 1). Evnen til å analysere post-TBI endringer i hver underregion er nødvendig for å forstå de underliggende mekanismene som bidrar til TBI-indusert atferdsmessige og kognitive deficits.
Den mangesidig system beskrevet her tillater undersøkere å skyve fortiden karakterisering av fenomenologi indusert av en sykdomstilstand (i dette tilfellet TBI) og bestemme mekanismene som er ansvarlige for den observerte patologi assosiert med hodeskader.
Protocol
Discussion
Hver teknikk som er skissert ovenfor bidrar til større forståelse av den underliggende mekanisme forårsaker observerte atferdsmessige underskudd. Ved å kombinere den unike informasjonen han fikk fra hver metode kan vi undersøke de biologiske mekanismene med mer presisjon.
Måle fEPSPs er nyttig for kvantifisering av netto synaptiske effekt av store, romlig definerte regioner av nerveceller. Det kan også gi informasjon om potensialet for en gruppe av celler til å gjennomgå synaptisk p…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Forfatterne ønsker å takke Elliot Bourgeois for hans teknisk assistanse. Dette arbeidet ble finansiert av National Institutes of Health tilskudd R01HD059288 og R01NS069629.
Materials
| Name of the equipment | Company | Catalogue number | Comments (optional) |
| Axopatch 200B amplifier | Molecular Devices | AXOPATCH 200B | Patch-clamp rig |
| Digidata 1322A digitizer | Molecular Devices | Patch-clamp rig | |
| MP-225 micromanipulator | Sutter | MP-225 | Patch-clamp rig |
| DMLFSA microscope | Leica | Patch-clamp rig | |
| Multiclamp 700B amplifier | Molecular Devices | MULTICLAMP 700B | Multipurpose (field) rig |
| Digidata 1440 digitizer | Molecular Devices | Multipurpos (field) rig | |
| MPC-200 micromanipulator | Sutter | MPC-200 | Multipurpose (field) rig |
| BX51WI microscope | Olympus | BX51WI | Multipurpose (field) rig |
| Axoclamp 900A amplifier | Molecular Devices | AXOCLAMP 900A | VSD rig |
| Digidata 1322 digitizer | Molecular Devices | VSD rig | |
| Redshirt CCD-SMQ camera | Redshirt | NCS01 | VSD rig |
| VT 1200S Vibratome | Leica | 14048142066 | |
| P-30 Electrode puller | Sutter | P-30/P | |
| cOmplete protease inhibitor | Roche | 11697498001 |
References
- Faul, M., Xu, L., Wald, M. M., Coronado, V. G. Traumatic Brain Injury in the United States: Emergency Department Visits Hospitalizations and Deaths 2002-2006. Centers for Disease Control and Prevention, National Center for Injury Prevention and Control. , (2010).
- McAllister, T. W. Neuropsychiatric sequelae of head injuries. Psychiatr. Clin. North Am. 15, 395-413 (1992).
- Pierce, J. E., Smith, D. H., Trojanowski, J. Q., McIntosh, T. K. Enduring cognitive, neurobehavioral and histopathological changes persist for up to one year following severe experimental brain injury in rats. NSC. 87, 359-369 (1998).
- Dixon, C. E., et al. A fluid percussion model of experimental brain injury in the rat. J. Neurosurg. 67, 110-119 (1987).
- McIntosh, T. K., et al. Traumatic brain injury in the rat: characterization of a lateral fluid-percussion model. 신경과학. 28, 233-244 (1989).
- Carbonell, W. S., Grady, M. S. Regional and temporal characterization of neuronal, glial, and axonal response after traumatic brain injury in the mouse. Acta Neuropathol. 98, 396-406 (1999).
- Toth, Z., Hollrigel, G. S., Gorcs, T., Soltesz, I. Instantaneous perturbation of dentate interneuronal networks by a pressure wave-transient delivered to the neocortex. J. Neurosci. 17, 8106-8117 (1997).
- D’Ambrosio, R., Maris, D. O., Grady, M. S., Winn, H. R., Janigro, D. Selective loss of hippocampal long-term potentiation, but not depression, following fluid percussion injury. Brain Res. 786, 64-79 (1998).
- Witgen, B. M. Regional hippocampal alteration associated with cognitive deficit following experimental brain injury: A systems, network and cellular evaluation. 신경과학. 133, 1-15 (2005).
- Schwarzbach, E., Bonislawski, D. P., Xiong, G., Cohen, A. S. Mechanisms underlying the inability to induce area CA1 LTP in the mouse after traumatic brain injury. Hippocampus. 16, 541-550 (2006).
- Cole, J. T. Dietary branched chain amino acids ameliorate injury-induced cognitive impairment. Proceedings of the National Academy of Sciences. 107, 366-371 (2010).
