تعديل لColliculo-مهادية قشرية ماوس الدماغ شريحة، دمج الطباعة 3-D من مكونات الغرفة ومتعدد المقاييس التصوير الضوئي
Summary
باستخدام زوايا متعددة لقطع دماغ الفأر الجرو، نحسن على شريحة الدماغ الحادة التي سبق وصفها، الذي يجسد الروابط بين أكثر من المخ الأوسط والدماغ الأمامي الهياكل السمعية الكبرى.
Abstract
The ability of the brain to process sensory information relies on both ascending and descending sets of projections. Until recently, the only way to study these two systems and how they interact has been with the use of in vivo preparations. Major advances have been made with acute brain slices containing the thalamocortical and cortico-thalamic pathways in the somatosensory, visual, and auditory systems. With key refinements to our recent modification of the auditory thalamocortical slice1, we are able to more reliably capture the projections between most of the major auditory midbrain and forebrain structures: the inferior colliculus (IC), medial geniculate body (MGB), thalamic reticular nucleus (TRN), and the auditory cortex (AC). With portions of all these connections retained, we are able to answer detailed questions that complement the questions that can be answered with in vivo preparations. The use of flavoprotein autofluorescence imaging enables us to rapidly assess connectivity in any given slice and guide the ensuing experiment. Using this slice in conjunction with recording and imaging techniques, we are now better equipped to understand how information processing occurs at each point in the auditory forebrain as information ascends to the cortex, and the impact of descending cortical modulation. 3-D printing to build slice chamber components permits double-sided perfusion and broad access to networks within the slice and maintains the widespread connections key to fully utilizing this preparation.
Introduction
في النظام السمعي، على الرغم من أن هناك معالجة كبير من المعلومات بين المحيط الحسي وأكيمة السفلي، هناك معالجة إضافية كبيرا قبل أن تصل إلى القشرة السمعية. نحن نعرف القليل جدا حول كيفية يتم ذلك تجهيز وبالتالي قليلا حول كيفية هذا التحول يسمح للدماغ لتفسير المعلومات الحسية الواردة. باستثناء الشم، كل من الحواس لديه منظمة مشابهة جدا مع إشارات هامشية في البداية يتم ترحيل مع الدقة العالية التي ترفض كما يصعد إشارة إلى القشرة. القشرة ثم يرسل التوقعات إلى الهياكل السفلية لزيادة تعدل المعلومات الواردة. وقد تمت دراسة هذا النظام المعقد في مجموعة متنوعة من الطرق في الجسم الحي، وكذلك في عدد من التحضيرات في المختبر. في السابق، كافة الاتصالات سليمة، مما يمكن الباحث للتحقيق في أي مجموعة من الاتصالات، مع التحكم في المدخلات الحسية وقياسالناتج في أي منطقة معينة. مع هذا النهج، هناك قليل من دون السيطرة على مجموعة كبيرة ومتنوعة من المدخلات الأخرى، بما في ذلك مدخلات أخرى الحسية، والإثارة، والاهتمام، مما أدى إلى إخراج معقدة بشكل مكثف. في المختبر، وقد تم قطع شرائح الدماغ لالتقاط أي مجموعة واحدة من الإسقاطات، أو منطقتين في المخ متصلة، والتي تسمح للباحثين لتحفيز وتقييم afferents أو مناطق الدماغ المختلفة. هذه غالبا ما تكون شرائح إما مهادية قشرية أو سقفي مهادي حيث يتم الاحتفاظ إما مساهمة في المهاد أو المهاد وانتاجها إلى القشرة 2-5. هذه الاستعدادات تسمح لمجموعة واسعة من التلاعب الدوائية والكهربائية، وoptogenetic. ولكن مع مناطق الدماغ اثنين فقط، فإنها تقيم في المقام الأول على نقل المعلومات وتفتقر إلى القدرة على تقييم تحول المعلومات لأنها تمر عبر المهاد. أيضا إسقاط الشبكي مهادي، والتي قد تلعب دورا في الانتباه تعديل 6-9 والعلاقات العامةESENT في هذه الشريحة. نحن هنا لشرح التحسينات عليها لدينا إعداد السابق 1، التي تتيح التحكم محقق من المدخلات المختلفة إلى المهاد لإعطاء منظور فريد من كيف بوابات المهاد والمرشحات من المعلومات. نحن زوجين هذا التحضير شريحة الرواية مع التصوير بروتين فلافيني تألق ذاتي لتقييم الربط شريحة والتحليل بالتنشيط على نطاق واسع، والتصوير الكالسيوم في المهاد لتحليل السكان الخلايا العصبية، وتسجيل خلية واحدة لقياس تأثير المدخلات المختلفة على مستوى خلية واحدة.
للمساعدة في الحفاظ على هذه الاتصالات على نطاق واسع وضعنا عددا من التعديلات على شريحة مرساة العادي (ويعرف أيضا باسم "القيثارة") لعقد شريحة الدماغ في مكان وجسر لرفع شريحة لتعزيز نضح. تم تصميم القيثارة في شكل حدوة حصان تعديل لتطويق شريحة والسماح لنقاط التعلق قابلة للسلاسل القيثارة. ثلاث سلاسل هيالمرفقة بحيث ط) واحدة تقع أفقيا على طول الحافة وسطي من شريحة والثاني) واحد يمتد من الحافة الذيلية من IC إلى الحافة الذيلية للAC والثالث) واحد يمتد قطريا من الحافة وسطي من شريحة إلى منطقة منقاري إلى AC (انظر الشكل 1A). الفجوات الصغيرة في إطار لعلامة (مع الغراء cyanoacrylate) من القيثارة سلاسل تسمح لكمية انخفض الضغط على شريحة للمساعدة في الحفاظ على سلامة شريحة (انظر الشكل 1B). باستخدام ثلاث الطباعة ثلاثية الأبعاد، ونحن قادرون على العيدان تصميم مخصص لدينا مواصفات فريدة من نوعها، فضلا عن الجسور التي تسمح لتدفق مثالي من السائل النخاعي الاصطناعي (ACSF) فوق وتحت الأنسجة. هذا يحافظ أيضا مساحات واسعة للضوء لاختراق الأنسجة لالمشبك التصحيح الكهربية.
Protocol
Representative Results
Discussion
This protocol describes improvements upon a previously described colliculo-thalamocortical brain slice in p12-20 mouse to study information flow in the auditory system1. This method has a number of advantages over other, similar, brain slice preparations by retaining connections between more brain areas in a single slice, which gives investigators new tools to understand the interaction and interplay between auditory nuclei in the forebrain. There have been a few key modifications in this protocol, compared to…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was partially supported by National Institute of Deafness and Other Communications Disorders Awards R03-DC-012125 to D. A. Llano and F31-DC-013501 to B. J. Slater as well as the Carver Foundation.
The authors would like to thank Jason MacLean and Matthew Banks for technical advice with calcium imaging.
Materials
| High sucrose cutting solution | in mM: 206 sucrose, 10.0 MgCl2, 11.0 glucose, 1.25 NaH2PO4, 26 NaHCO3, 0.5 CaCl2, 2.5 KCl, pH 7.4 | ||
| Low calcium aCSF | in mM: 126 NaCl, 3.0 MgCl2, 10.0 glucose, 1.25 NaH2PO4, 26 NaHCO3, 1.0 CaCl2, 2.5 KCl, pH 7.4 | ||
| aCSF | in mM: 126 NaCl, 2.0 MgCl2, 10.0 glucose, 1.25 NaH2PO4, 26 NaHCO3, 2.0 CaCl2, 2.5 KCl, pH 7.4 | ||
| Stimulus Isolator | World Precision Instruments | A360 | |
| DMSO | Life Technologies | D12345 | Lot: 1572C502 |
| Fura-2AM | Life Technologies | F1201 | Lot: 144912 |
| Pluronic F-127 | Life Technologies | P3000MP | Lot: 1499369 |
| Large culture dish | Fisherbrand | 08-757-13 | 100x15mm culture dish |
| Small culture dish | Falcon | 353001 | 35x10mm culture dish |
| Raised culture membrane | Millicell | PICMORG50 | Used to maintain oxygenated fluid perfusion on both sides of slice. |
| Flavoprotein imaging fluorescence cube | Olympus | UMNIB | 470–490 nm excitation, 505 nm dichroic, 515 nm emission long pass. We have found that virtually any green fluorescence protein filter cube will work here. |
| Calcium imaging fluorescence cube | Omega Optical | BX-18 | XF1005 365nm exitation, XF2001 400nm dichroic, XF3080 510nm emission |
| Agar for blocking brain | 3% by weight in water | ||
| Viper si Stereo Lithography Apparatus | 3D Systems |
References
- Llano, D. A., Slater, B. J., Lesicko, A. M., Stebbings, K. A. An auditory colliculothalamocortical brain slice preparation in mouse. J. Neurosci. 111, 197-207 (2014).
- Agmon, A., Connors, B. Thalamocortical responses of mouse somatosensory (barrel) cortex in vitro. Neuro. 41, 365-379 (1991).
- Cruikshank, S. J., Rose, H. J., Metherate, R. Auditory Thalamocortical Synaptic Transmission In Vitro. J Neurophysiol. 87, 361-384 (2002).
- Lee, C. C., Sherman, S. M. Topography and physiology of ascending streams in the auditory tectothalamic pathway. PNAS. 107, 372-377 (2010).
- MacLean, J. N., Fenstermaker, V., Watson, B. O., Yuste, R. A visual thalamocortical slice. Nat meth. 3, 129-134 (2006).
- Crabtree, J. W., Isaac, J. T. New intrathalamic pathways allowing modality-related and cross-modality switching in the dorsal thalamus. J. Neurosci. 22, 8754-8761 (2002).
- McAlonan, K., Cavanaugh, J., Wurtz, R. H. Attentional Modulation of Thalamic Reticular Neurons. J. Neurosci. 26, 4444-4450 (2006).
- Weese, G. D., Phillips, J. M., Brown, V. J. Attentional Orienting Is Impaired by Unilateral Lesions of the Thalamic Reticular Nucleus in the Rat. J. Neurosci. 19, 10135-10139 (1999).
- Zikopoulos, B., Barbas, H. Prefrontal Projections to the Thalamic Reticular Nucleus form a Unique Circuit for Attentional Mechanisms. J. Neurosci. 26, 7348-7361 (2006).
- Kalatsky, V. A., Stryker, M. P. New Paradigm for Optical Imaging: Temporally Encoded Maps of Intrinsic Signal. Neuron. 38, 529-545 (2003).
- Llano, D. A., Turner, J., Caspary, D. M. Diminished cortical inhibition in an aging mouse model of chronic tinnitus. J. Neurosci. 32, 16141-16148 (2012).
- Ehret, G. Behavioural studies on auditory development in mammals in relation to higher nervous system functioning. Acta otolaryngol. 99, 31-40 (1985).
- Mikaelian, D., Ruben, R. Development of hearing in the normal CBA-J mouse: correlation of physiological observations with behavioral responses and with cochlear anatomy. Acta. 59, 451-461 (1965).
