جيل من التذبذبات CA1 γ المحلية من خلال تحفيز كزازي
Summary
التذبذبات هي خصائص الشبكة الأساسية ومنظم من قبل المرض والمخدرات. دراسة التذبذبات الدماغ شريحة يسمح توصيف شبكات معزولة تحت ظروف خاضعة للرقابة. وتقدم بروتوكولات لإعداد شرائح الدماغ الحادة لاستثارة CA1 التذبذبات γ.
Abstract
التذبذبات الشبكة العصبية هي السمات الهامة لنشاط الدماغ في الصحة والمرض، ويمكن عن طريق التضمين مجموعة من الأدوية المستخدمة سريريا. ويرد بروتوكول لإنشاء نموذج لدراسة التذبذبات CA1 γ (20-80 هرتز). هذه التذبذبات γ مستقرة لمدة 30 دقيقة على الأقل، وتعتمد على النشاط متشابك مثير والمثبطة بالإضافة إلى تفعيل التيارات جهاز تنظيم ضربات القلب. التذبذبات حفز Tetanically لديها عدد من الخصائص استنساخه وقابلة للقياس بسهولة بما في ذلك عدد السنبلة، مدة التذبذب، الكمون وتردد أن يقدم على حالة الشبكة. وتشمل مزايا التذبذبات حفز كهربائيا الاستقرار، واستنساخ وحيازة عرضية تمكين توصيف قوية وظيفة الشبكة. هذا النموذج من CA1 التذبذبات γ يمكن استخدامها لدراسة الآليات الخلوية والتحقيق بشكل منهجي كيف العصبية شبكة النشاط يتم تبديل في المرض والمخدرات.الصيدلة حالة المرض يمكن إدراجها بسهولة عن طريق استخدام شرائح الدماغ من النماذج الحيوانية المعدلة وراثيا أو التدخلية لتمكين مجموعة من العقاقير التي تستهدف على وجه التحديد آليات المرض.
Introduction
تحدث اهتزازات الشبكة الدماغ في نطاقات الترددات المختلفة التي ترتبط إلى الدول السلوكية. في القوارض، التذبذبات θ الحصين – ويلاحظ (5 10 هرتز) خلال السلوكيات الاستكشافية 1،2، في حين التذبذبات γ (20-80 هرتز) مع الزميلة العمليات المعرفية المختلفة، بما في ذلك الإدراك والانتباه 3،4. هو متورط متزامن نشاط الشبكة γ أيضا في أمراض اضطرابات مثل الصرع والفصام 5،6. على سبيل المثال، يعتقد أن التذبذبات γ لتتوافق مع مجالات القشرية بؤر صرعية 5،7،8 ويمكن أن تستخدم كعلامات من pharmacosensitivity أو المقاومة، واثنين من المجالات الهامة للتحقيق في أبحاث الصرع 9.
شريحة الدماغ الحصين هو النموذج الذي تم استخدامه على نطاق واسع للتحقيق في نشاط الشبكة 10-12. وقد وضعت بروتوكولات مختلفة لتوليد اهتزازات γ في شرائح الدماغ التي عادة ما طnvolve تعديل الدوائي مثل انخفاض المغنيسيوم 2+، 4-aminopyridine (4AP)، bicuculline، وحمض الكايينيك 12-17. أوجه القصور في التذبذبات أثار دواء هي أنها تحدث بشكل عشوائي بعد تطبيق المخدرات ولم يتم إنشاؤها بشكل موثوق أو مستقرة على مر الزمن. أثار كهربائيا التذبذبات γ التغلب على كثير من هذه المشاكل ولها أيضا ميزة حبسهم زمنيا لحدث مثير السماح لتسجيل وتحليل العرضية. هنا يوصف بروتوكول لتوليد اهتزازات CA1 γ من خلال تقديم التحفيز كزازي إلى الطبقة المتجهة في شريحة الحصين.
Protocol
Representative Results
Discussion
ووصف طريقة قوية لتوليد CA1 التذبذبات γ في شرائح الدماغ الحادة. دعت التذبذبات الناتجة عن الدوائر المحلية مما يتيح فرصة أفضل للمراقبة وفهم الأساس العصبي من التذبذبات شبكة 12. مستقبلات أمبا، GABA A المستقبلات، I ساعة وT-نوع كا 2+ القنوات كلها اللازمة لا…
Disclosures
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 |
References
- 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. 신경과학. 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).
