A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
Pair recordings are simultaneous whole cell patch clamp recordings from two synaptically connected neurons, enabling precise electrophysiological and pharmacological characterization of the synapses between individual neurons. Here we describe the detailed methodology and requirements for establishing this technique in organotypic hippocampal slice cultures in any laboratory equipped for electrophysiology.
Pair recordings involve simultaneous whole cell patch clamp recordings from two synaptically connected neurons, enabling not only direct electrophysiological characterization of the synaptic connections between individual neurons, but also pharmacological manipulation of either the presynaptic or the postsynaptic neuron. When carried out in organotypic hippocampal slice cultures, the probability that two neurons are synaptically connected is significantly increased. This preparation readily enables identification of cell types, and the neurons maintain their morphology and properties of synaptic function similar to that in native brain tissue. A major advantage of paired whole cell recordings is the highly precise information it can provide on the properties of synaptic transmission and plasticity that are not possible with other more crude techniques utilizing extracellular axonal stimulation. Paired whole cell recordings are often perceived as too challenging to perform. While there are challenging aspects to this technique, paired recordings can be performed by anyone trained in whole cell patch clamping provided specific hardware and methodological criteria are followed. The probability of attaining synaptically connected paired recordings significantly increases with healthy organotypic slices and stable micromanipulation allowing independent attainment of pre- and postsynaptic whole cell recordings. While CA3-CA3 pyramidal cell pairs are most widely used in the organotypic slice hippocampal preparation, this technique has also been successful in CA3-CA1 pairs and can be adapted to any neurons that are synaptically connected in the same slice preparation. In this manuscript we provide the detailed methodology and requirements for establishing this technique in any laboratory equipped for electrophysiology.
مستقبلات الغلوتامات توسط غالبية انتقال متشابك مثير في نقاط الاشتباك العصبي الجهاز العصبي المركزي. الأنواع الفرعية الرئيسية اثنين من مستقبلات الغلوتامات ionotropic المحلية على رأس العمود الفقري للغشاء بعد المشبكي هي N-ميثيل مد اسبارتاتي (NMDA) وα-أمينو 3 هيدروكسي-5-methylisoxazole-4-proprionic حمض (أمبا) مستقبلات. في إمكانات غشاء يستريح، مستقبلات أمبا تحمل معظم التيار بعد المشبكي أثناء انتقال متشابك. في قرن آمون، ومستقبلات NMDA يلعب دورا رئيسيا في إحداث تغييرات في عدد مستقبلات أمبا في الغشاء بعد المشبكي: من خلال العمل ك "كاشف صدفة" 1 لبدء تغييرات في قوة متشابك 1، يشارك مستقبلات NMDA في آليات متشابك التي يعتقد أنها تدعم التعلم والذاكرة عند مستوى التحت خلوية. ردا على الاستقطاب من عصبون بعد المشبكي بالتوازي مع إطلاق الارسال قبل المشبكي، يدخل الكالسيوم عبر NMDAمستقبلات لبدء أمبا مستقبلات الإدراج أو إزالة 2. هذه الديناميات مستقبلات تكمن وراء المشبك اللدونة: زيادة في قوة متشابك هي على المدى الطويل التقوية 2،3 (LTP)، في حين أن الانخفاض في قوة متشابك طويل الأجل الاكتئاب 4 (LTD). لذا يعتقد حركة مستقبلات أمبا ليكون مسؤولا عن اللدونة متشابك التعبير، في حين يعتقد مستقبلات NMDA للسيطرة على تحريض لها.
تحديد الآليات الدقيقة الكامنة وراء انتقال متشابك واللدونة يتطلب دراسة المجموعات الصغيرة من نقاط الاشتباك العصبي، من الناحية المثالية نقاط الاشتباك العصبي واحدة. في حين أن بعض نقاط الاشتباك العصبي هي مناسبة للغاية للدراسة في هذا المستوى، على سبيل المثال، كاليكس من عقد 5، للسكان الأكثر متشابك هذا أمر صعب للغاية نظرا لطبيعة الصغيرة ومنتشر من الاتصالات متشابك. وقد وضعت اثنين من التقنيات الرئيسية لدراسة الكهربية اتصالات متشابك واحدة: الأول هو الحد الأدنى من التحفيز، وهرالبريد يفترض الألياف قبل المشبكي واحد حفز خارج الخلية. يتم إقران التقنية الثانية التسجيلات، حيث يتم تنفيذ اثنين في وقت واحد التسجيلات خلية كاملة من الخلايا العصبية مرتبطة synaptically. والميزة الرئيسية لأدنى التحفيز هو أنه سريع وبسيط نسبيا لأداء، التي تنطوي على وضع لتحفيز الكهربائي خارج الخلية في الجهاز محور عصبي أثناء تسجيل في وقت واحد من عصبون بعد المشبكي. الشاغل الرئيسي عند استخدام هذه التقنية هو أن التحفيز موثوق بها من خلية واحدة نادرا ما يمكن ضمان المحاكمة بعد المحاكمة.
على مدى السنوات الخمس عشرة الماضية ولقد استخدمت بشكل روتيني تقرن تسجيلات خلية كاملة من اثنين من الخلايا العصبية الهرمية مرتبطة synaptically 6-17. والميزة الرئيسية لهذا الأسلوب هو أن واحدا فقط عصبون قبل المشبكي يتم تحفيز باستمرار وبشكل موثوق. كما يسمح ليس فقط توصيف الكهربية ولكن أيضا التلاعب الدوائية للعصبون قبل المشبكي 6،18 </ سوب>. ومع ذلك، فإن احتمال اتصال متشابك بين الخلايا العصبية منخفضة، مما يجعل أزواج متصلة الصعب الحصول على 19. استخدام عضوي النمط الثقافات شريحة الدماغ تلتف هذه العقبة واتصال متشابك يمكن إعادة إنشاء في المختبر، وعلاوة على ذلك طبيعة الربط الناتجة مماثلة لتلك التي في أنسجة المخ الأم 20. بالإضافة إلى ذلك، الثقافات عضوي النمط تعبر LTP، LTD 7-10،12-15،21 وأشكال إضافية من اللدونة متشابك على المدى القصير بما في ذلك تسهيل إقران النبض (PPF)، والاكتئاب (PPD) 6،22،23، وتمكين آليات اللدونة ل دراستها في أزواج من الخلايا العصبية. نحن هنا وصف منهجية مفصلة المشاركة في تحقيق التسجيلات المقترنة في هذا النظام بنجاح في المختبر. يمكن بسهولة أن تتكيف هذه المعلومات إلى أنظمة تجريبية أخرى، بما في ذلك شرائح الحادة ومناطق أخرى من الدماغ.
بيان أخلاقيات الحيوان:
البروتوكولات وصفها في هذه المخطوطة تتبع المبادئ التوجيهية رعاية الحيوان التي وضعتها جامعة أوكلاند وجامعة ستانفورد. الموت الرحيم كانت الفئران الوليدة P7 بواسطة قطع الرأس السريع. ثم يتم إجراء تشريح الحصين على الفور كما هو موضح أدناه.
1. الحصين عضوي النمط من الثقافة شريحة
2. المقترنة تسجيلات خلية كاملة
اتصال متشابك هو واضح من خلال تحفيز الخلايا العصبية قبل المشبكي لإطلاق إمكانات العمل عن طريق تمرير نبض الحالي إزالة إستقطاب (عادة 20-50 السلطة الفلسطينية لمدة 20 ميللي ثانية) عبر القطب تسجيل. ثم يتم فحص التتبع الحالي بعد المشبكي عن وجود EPSC الأحادي المشبك أثار في القصير (<...
هنا وصفناها متطلبات إنشاء ناجحة تسجيلات خلية كاملة مقترنة عضوي النمط الثقافات شريحة الحصين. ويمكن أيضا أن التسجيلات تقرن أن يؤديها في الاستعدادات متعددة، بما في ذلك شرائح الحادة ونظم الاستزراع فصل 26،27. في حين أن التركيز كان هنا على تحريض أشكال أطول من اللدونة ?...
The authors have nothing to disclose
We would like to thank the members of the Montgomery and Madison labs for helpful discussion. We acknowledge the funding received from the following sources in this research: NFNZ, AMRF, Marsden Fund, HRC, and NIH.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Minimum Essential Medium | Stable motorized micromanipulators | ||
Penicillin-Streptomycin solution | Shallow tissue bath | ||
HEPES buffer solution | DIC camera | ||
1 M Tris stock solution | Amplifier | ||
Hank’s Balanced Salt Solution | Computer | ||
Horse Serum | Vibration isolation table | ||
Plastic-coated miniature spatulas | Upright microscope | ||
Soft paintbrush | Data acquistion and analysis software | ||
Manual tissue chopper | Electrode puller | ||
#2 Filter paper | Faraday cage | ||
#5 Forceps | |||
Membrane inserts | |||
CO2 incubator | |||
Dissection hood | |||
Class II hood |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved