وأيد هذا البحث من قبل المعاهد الوطنية للصحة (R03DC009339-02، NIDCD) ومتقدمة الدفاع وكالة مشاريع البحوث (داربا) مايكروسيستمز التكنولوجيا مكتب (MTO)، تحت رعاية الدكتور جورج جودي جاك (jack.judy @ darpa.mil) كجزء من برنامج تكنولوجيا العصبية يمكن الاعتماد عليها، من خلال الفضاء والحرب البحرية نظم القيادة (SPAWAR) نظم مركز (SSC) المحيط الهادي منحة رقم N66001-11-1-4013.

1. إعداد الصك كهربية <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وهناك حاجة الأجهزة الكهربائية مثل PGSTAT Autolab Methrohm (أوترخت، هولندا) لنظام المعلومات البيئية، والسيرة الذاتية والتجدد. وFRA2 إضافة على تمكن EIS، ومعدد قناة (MUX) إضافة على غير مفيدة لاختبار متعدد القنوات الأقطاب. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بناء محول headstage لربط قناة MUX إلى headstage. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> جعل اتصالات. ربط العمل والاستشعار عن بعد الأقطاب الكهربائية إلى القناة MUX، وربط مرجعية وأقطاب كهربائية مضادة لجزء من محول headstage متصلا طريق العودة الحالية، وعادة ما تزرع المسمار عظم الفولاذ المقاوم للصدأ أو التيتانيوم. </li></ol> 2. المعاوقة الكهربائية التحليل الطيفي <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بدء محلل استجابة التردد (فرنسا) والبرمجيات، والتحقق من إعدادات ملف الداخلي. وينبغي وضع إجراءات لاختبار 2 متعددة شرط الطول الموجي يتألف كل منها من 15 في وقت واحد الجيوب التي تتراوح من 10 هرتز إلى 30كيلوهرتز. يجب أن يطبق الجهد أن يكون 25 أو أقل بالسيارات (انظر الطرق التكميلية). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> فتح وتحرير ملف المشروع. ويستخدم المشروع ملف الداخلي، حلقات عبر كل قناة، ويوفر النتيجة (انظر الطرق التكميلية). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ربط موضوع الحيوان مع headstage (لا توجد مكبرات الصوت) المبني للمجهول. وسوف headstages نشط لن تمر إشارات الدخل. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تنفيذ ملف المشروع. كل قناة يستغرق عشرات ثانية اعتمادا على إعدادات. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> عرض وتفسير النتائج. تحليل ملفات نصية الإخراج مع MATLAB (ناتيك، ماجستير)، وجعل مؤامرة نايكويست. شكل نصف دائرة على ترددات أعلى يشير إلى وجود استجابة الأنسجة. </li></ol> 3. دوري Voltammetry <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بدء كهربية الغرض النظام العام (GPES) والبرمجيات، والتحقق من إعدادات الملف الداخلي. وينبغي وضع إجراءات لاكتساح التيار الكهربائي في 50 بالسيارات / ثانية وذلك في حدود المائي الذي هو بين +0.8 و -0.6 V لنموذجي المواد القطب العصبية (حزب العمال،الأشعة تحت الحمراء، IrOx). يجب تشغيل لا يقل عن ثلاث عمليات التفحص لنظام للوصول إلى التوازن. ويتم حفظ نتائج من الفحص النهائي (انظر الطرق التكميلية). ويمكن زيادة معدل المسح إلى 1 V / S للحد من قياس الوقت، إلا أن شكل المنحنى الرابع سيتغير على الأرجح إذا كان معدل المسح الضوئي أسرع من ردود الفعل ونقل المسؤول عن الذي يحدث في واجهة الكهربائي في الأنسجة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> فتح وتحرير ملف المشروع. ويستخدم المشروع ملف الداخلي، حلقات عبر كل قناة، ويوفر النتيجة (انظر الطرق التكميلية). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ربط موضوع الحيوان مع headstage السلبي. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تنفيذ ملف المشروع. كل قناة يستغرق حوالي ثلاث دقائق اعتمادا على إعدادات. زيادة معدل المسح إلى 1 V / S يقلل من وقت القياس إلى ما يقرب من عشر ثوان لكل قناة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> عرض وتفسير النتائج. تحليل ملفات نصية الإخراج مع MATLAB، ورسم العلاقة الرابع. وكميا التهمة القدرة على التحمل من خلال دمج منطقةالتيار الكاثودية في السيرة الذاتية. </li></ol> 4. تجديد <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بدء كهربية الغرض النظام العام (GPES) والبرمجيات، والتحقق من إعدادات الملف الداخلي. باستخدام الخطوات وطريقة اعتقالات، يجب تعيين الإجراء لزيادة الجهد الى 1.5 V لمدة 4 ثوان (انظر الطرق التكميلية). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> فتح وتحرير ملف المشروع. ويستخدم المشروع ملف الداخلي، حلقات عبر كل قناة، ويوفر النتيجة (انظر الطرق التكميلية). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ربط موضوع الحيوان مع headstage السلبي. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تنفيذ ملف المشروع. كل قناة يستغرق نحو عشر ثوان. 4.5) جمع EIS والسيرة الذاتية البيانات وتفسير النتائج. </li></ol> 5. ممثل النتائج ويرد سير العمل النموذجي، بما في ذلك تسجيلات، EIS، السيرة الذاتية والتجدد، في الشكل 1. يتم جمع التسجيلات وEIS في معظم الأحيان (يومية أو أسبوعية) عبر جميع القنوات، في حين أن السيرة الذاتية وويمكن استخدام تجديد إذا ارتفاعه نشاط لم تعد قابلة للكشف. هو مزروع تغيرات EIS على مدى أيام وأسابيع بعد إلكترود. عندما يتم عرض البيانات كما EIS مؤامرة نايكويست، نصف الدائرة على ترددات أعلى (بالقرب من الأصل) يدل على استجابة الأنسجة في موقع القطب (الشكل رقم 2). السيرة الذاتية تنتج تيارا الجهد (IV) منحنى تظهر بعض التباطؤ. إحصاء السيرة الذاتية الأكثر أهمية هو المسؤول عن القدرة على التحمل، ومنطقة داخل المنحنى الرابع تطبيع من قبل القطب منطقة موقع (شكل 3 أ). ويفضل الأقطاب مع قدرة كبيرة لتهمة الدقيقة التحفيز. خلال تجديد يتم تطبيق نبضة الجهد الذي ينتج عادة في قدرة تهمة زيادة وانخفاض أحجام مقاومة (الشكل 3A &amp; B). ويمكن أيضا التشويك استعادتها في القنوات التي سبق والتموج، الشكل (4A). في حين تجديد سوى آثار على المدى القصير على مقاومة وإشارة إلى عدم<html> ايسي نسبة (SNR)، يمكن تطبيق هذه التقنية يوميا. رقم 4B &amp; C يظهر يوميا قبل وبعد تجديد مقاومة كيلوهرتز 1 حجم والبيانات SNR لمجموعة وقناة 16 مزروع في غينيا خنزير قشرة. تجديد له تأثير قوي على خفض مقاومة كيلوهرتز 1 حجم بأمر من حجم بعد كل تطبيق. ونتيجة لذلك من الإشارات تعافى وأقل مقاومة، SNR يزيد بعد كل دورة تجديد. في النهاية، قد فقدت كل الإشارات بعد 160 يوما بعد غرس وتجديد شباب لم تعد فعالة. <img src="/files/ftp_upload/3566/3566fig1.jpg" alt="الشكل 1" /> ويتم قياس الشكل 1. EIS بعد كل جلسة تسجيل. إذا تم تسجيل أي طفرات في القناة التي سبق المسامير، وEIS يظهر عنصر النسيج الكبيرة التي ازدادت على مر الزمن، ثم يتم حاولت السيرة الذاتية والتجدد في هذه القناة. ثم يتم استخدام نظام المعلومات البيئية والتسجيلات لتحديد ما إذا كان العلاج كان ناجحا. &quot;jove_content&quot;&gt; <img src="/files/ftp_upload/3566/3566fig2.jpg" alt="الشكل 2" /> الشكل 2. البيانات EIS المعروضة في مؤامرة نايكويست لموقع الكهربائي مباشرة بعد الزرع (الأزرق)، و 4 أشهر في وقت لاحق (الخضراء). كل نقطة على مؤامرة نايكويست يمثل مقاومة حقيقية وخيالية في وتيرة واحدة. شكل نصف دائرة جزئي بسبب أنسجة حول الموقع هو واضح في ترددات أعلى. <img src="/files/ftp_upload/3566/3566fig3.jpg" alt="الشكل (3)" /> الشكل 3. السيرة الذاتية وEIS التغييرات من إلكترود الايريديوم أكسيد مزروع قبل وبعد التجديد. (أ) تجديد يزيد من مساحة المنحنى الرابع الموافق شحنة زيادة القدرة على التحمل. (ب) ويلاحظ عموما تحولا كبيرا في مقاومة specra إلى انخفاض مستويات مقاومة بعد تجديد. <img src="/files/ftp_upload/3566/3566fig4.jpg" alt="الشكل 4" /> الشكل 4. EFFEسنت من الجهد يتحامل على التسجيلات ومقاومة. (أ) قبل وبعد تجديد التسجيلات تظهر يمكن استردادها المسامير على القنوات التي كانت سابقا صامت. يوميا قبل وبعد تجديد النتائج في انخفاض (B) قوي في 1 كيلو هرتز حجم مقاومة و (ج) زيادة في دائرة الاستخبارات الوطنية لما يقرب من 150 يوما بعد الجراحة. Errorbars تمثل الخطأ المعياري من البيانات التي تم جمعها من مجموعة من 16 قناة مزروع في غينيا خنزير قشرة.

<ol>
	<li>Szarowski, D. H., Andersen, M. D., Retterer, S., Spence, A. J., Isaacson, M., Craighead, H. G., Turner, J. N., Shain, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Brain+responses+to+micro&#45;machined+silicon+devices.">Brain responses to micro&#45;machined silicon devices.</a> Brain Res. 983, 23-35 (2003).</li><li>Vetter, R. J., Williams, J. C., Hetke, J. F., Nunamaker, E. A., Kipke, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chronic+neural+recording+using+silicon&#45;substrate+microelectrode+arrays+implanted+in+cerebral+cortex.">Chronic neural recording using silicon&#45;substrate microelectrode arrays implanted in cerebral cortex.</a> IEEE Trans. Biomed. Eng. 51, 896-904 (2004).</li><li>Williams, J. C., Hippensteel, J. A., Dilgen, J., Shain, W., Kipke, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Complex+impedance+spectroscopy+for+monitoring+tissue+responses+to+inserted+neural+implants.">Complex impedance spectroscopy for monitoring tissue responses to inserted neural implants.</a> J. Neural Eng. 4, 410-423 (2007).</li><li>Johnson, M. D., Otto, K. J., Kipke, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Repeated+voltage+biasing+improves+unit+recordings+by+reducing+resistive+tissue+impedances.">Repeated voltage biasing improves unit recordings by reducing resistive tissue impedances.</a> IEEE Trans. Neural Syst. Rehabil. Eng. 13, 160-165 (2005).</li><li>Otto, K. J., Johnson, M. D., Kipke, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Voltage+pulses+change+neural+interface+properties+and+improve+unit+recordings+with+chronically+implanted+microelectrodes.">Voltage pulses change neural interface properties and improve unit recordings with chronically implanted microelectrodes.</a> IEEE Trans. Biomed. Eng. 53, 333-340 (2006).</li><li>Pickup, P. G., Birss, V. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+model+for+anodic+hydrous+oxide&#45;growth+at+iridium.">A model for anodic hydrous oxide&#45;growth at iridium.</a> J. Electroanal. Chem. 220, 83-100 (1987).</li></ol>

الإعلان عن أي تضارب في المصالح.

العصبية تسجيل النظم الاصطناعية عرض محدود مدى الحياة الوظيفية والقدرة على تسجيل تدريجيا مع مرور الوقت في مرحلة ما بعد الزرع. المساهم المحتمل أن أداء تناقص هو استجابة الأنسجة على رد الفعل إلى الجهاز المزروع كما غمد المدمجة الدبقية يعزل وظيفيا لجسم غريب من الأنسجة السليمة 1. جنبا إلى جنب مع تسجيل العصبية، وعادة ما تستخدم القياسات الكهروكيميائية (EIS والسيرة الذاتية) لرصد طولي من واجهة قطب النسيج 2،3. EIS مفيد عمليا في تقييم قدرة تسجيل واجهة. مقاومة يزيد بسرعة مع مرور الوقت بعد غرس يشير الى ان رد الفعل استجابة الأنسجة يغير الخصائص الكهربائية واجهة 3. وبالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام بيانات نظام المعلومات البيئية في تصميم نموذج لتكوين الخلايا المجاورة للقطب كهربائي مزروع 3-5. ويمكن استخدام voltammetry دوري للتحقيق مزيد من التغييرات في التسجيلات وEIS. وإلكترونياتقصيدة المادية وخشونة، وكذلك ردود الفعل الكهروكيميائية والأنسجة المحيطة بها تؤثر في شكل المنحنى الرابع. ويفضل عادة تهمة كبير القدرة على التحمل، تحديد من منطقة المنحنى الرابع، وخاصة لتحفيز الصغيرة الكهربائية. وكثيرا ما يرتبط انخفاض سعة الشحن مع زيادة EIS. قد إمكانات تطبيقها خلال السيرة الذاتية في حد ذاته تغير قدرة تهمة وEIS، وخاصة إذا كان الجهد طائفة كبيرة بما يكفي لدفع تفاعلات الأكسدة والاختزال. تطبيق يتحامل التيار الكهربائي أو تجديد، ويمكن استخدامها مع الغرض من تهمة زيادة القدرة على التحمل، وخفض مقاومة، وزيادة عدد قنوات مع ارتفاع المسجلة 5. الأكسدة يحدث على الأرجح في واجهة الكهربائي خلال تجديد، وبمواد الايريديوم وهو أحادي الطبقة أكسيد مائي يشكل في إمكانات انوديك من 1.2 V 6. وقد اقترح أن تشكيل هذه قد تؤدي الى ازالة أحادي الطبقة الخلوية وacelمادة lular تعلق على قطب كهربائي مما أدى إلى انخفاض مقاومة في ال 5 واجهة. في حين يمكن استرداد فقدت تجديد الإشارات العصبية، هو الأكثر فعالية إذا ما استخدمت على القنوات التي سبق المسامير في غضون بضعة أيام قبل. يمكن أفضل التسجيلات، EIS، السيرة الذاتية، وتجديد شباب استخدامها كأدوات تكميلية في مراقبة واجهة العصبية وتحسين وظائف على المدى الطويل من الأجهزة مزروع.

<table border="1" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><td> معدات </td><td> شركة </td><td> فهرس العدد </td><td> تعليقات </td></tr><tr><td> آلات الكهربائية </td><td> Metrohm Autolab </td><td> PGSTAT128N </td><td> إضافات: FRA2، قناة MUX </td></tr><tr><td> سلبي Headstage </td><td> تاكر، ديفيس تقنيات </td><td></td><td> نموذج يعتمد على الموصل والعد قناة </td></tr><tr><td> 26 دبوس موصل أنثى </td><td> AMP </td><td> 5749069-2 </td><td> محول Headstage أو رابط المناسبة بديلا عن headstage الخاص </td></tr><tr><td> الموز الرافعات </td><td> Digikey </td><td> J151-ND </td><td> محول Headstage القناة Autolab MUX والمقابس الموز </td></tr></tbody></table>

voltage biasing, cyclic voltammetry, &amp; electrical impedance spectroscopy for neural interfaces

ويمكن استخدام التحليل الطيفي مقاومة كهربائية (EIS) ودوري voltammetry (CV) خصائص مقياس من واجهة قطب النسيج دون إجراءات إضافية الغازية، ورصد أداء الكهربائي على المدى الطويل. EIS يقيس المعاوقة الكهربائية عند ترددات متعددة، والزيادات في مقاومة تشير إلى زيادة تكوين ندب الدبقية حول الجهاز، في حين voltammetry دوري يقيس تهمة تحمل قدرة القطب الكهربائي، ويشير إلى كيفية نقل المسؤول في مستويات الجهد مختلفة. كما أقطاب كهربائية مزروعة العمر، والسيرة الذاتية EIS تغيير البيانات، ومواقع القطب الذي سبق تسجيله الخلايا العصبية التشويك تظهر في كثير من الأحيان أقل من ذلك بكثير فعالية لتسجيل العصبية. ويمكن تطبيق نبضة الجهد قصيرة لصفائف القطب المزروع، والمعروفة باسم تجديد، اعادة ارتفاعه النشاط على مواقع غير ذلك القطب صامتا لفترة من الزمن. تجديد يغير EIS والسيرة الذاتية، ويمكن رصدها من قبل هذه الأساليب التكميلية. عادة، يتم قياس EIS اليومي، وذلك دلالة على استجابة الأنسجة في موقع القطب. إذا لا وجود طفرات في القناة التي سبق المسامير، ثم يتم استخدام السيرة الذاتية لتحديد المسؤول القدرة على التحمل من موقع القطب، ويمكن تطبيقها تجديد لتحسين فعالية واجهة. وتتكرر بعد ذلك السيرة الذاتية وEIS للتحقق من التغييرات في واجهة الكهربائي في الأنسجة، ويتم جمع التسجيلات العصبية. الهدف العام من تجديد هو توسيع مدى الحياة الوظيفية للصفائف مزروع.

Watch this Scientific Journal Video about Voltage Biasing, Cyclic Voltammetry, & Electrical Impedance Spectroscopy for Neural Interfaces at JoVE.com

Voltage Biasing, Cyclic Voltammetry, &amp; Electrical Impedance Spectroscopy for Neural Interfaces

ويمكن وصف واجهة قطب من الأقطاب الكهربائية الأنسجة العصبية مع تسجيل الطيفي المعاوقة الكهربائية (EIS) ودوري voltammetry (السيرة الذاتية). تطبيق الجهد قدرة تسجيل يتحامل التغييرات خصائص الكهروكيميائية واجهة قطب النسيج وتحسين يمكن. يتحامل التيار الكهربائي، EIS، السيرة الذاتية، والتسجيلات العصبية متكاملان.

يتحامل التيار الكهربائي، Voltammetry دوري، والتحليل الطيفي المعاوقة الكهربائية للواجهات العصبية

Electrical impedance spectroscopy (EIS) and cyclic voltammetry (CV) measure properties of the electrode-tissue interface without additional invasive ...

voltage-biasing-cyclic-voltammetry-electrical-impedance-spectroscopy

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Electrical Engineering

Neuroscience

Unit 1

Sampling

Basics of Electric Circuits

SCIENTISTS IN ACTION

24.4K Views.  Purdue University. ويمكن وصف واجهة قطب من الأقطاب الكهربائية الأنسجة العصبية مع تسجيل الطيفي المعاوقة الكهربائية (EIS) ودوري voltammetry (السيرة الذاتية). تطبيق الجهد قدرة تسجيل يتحامل التغييرات خصائص الكهروكيميائية واجهة قطب النسيج وتحسين يمكن. يتحامل التيار الكهربائي، EIS، السيرة الذا...

Video: Voltage Biasing, Cyclic Voltammetry, & Electrical Impedance Spectroscopy for Neural Interfaces

Presynaptic Dopamine Dynamics in Striatal Brain Slices with Fast-scan Cyclic Voltammetry

Extensive research has focused on the neurotransmitter dopamine because of its importance in the mechanism of action of drugs of abuse (e.g. cocaine and amphetamine), the role it plays in psychiatric illnesses (e.g. schizophrenia and Attention Deficit Hyperactivity Disorder), and its involvement in degenerative disorders like Parkinson's and Huntington's disease. Under normal physiological conditions, dopamine is known to regulate locomotor activity, cognition, learning, emotional affect, and neuroendocrine hormone secretion. One of the largest densities of dopamine neurons is within the striatum, which can be divided in two distinct neuroanatomical regions known as the nucleus accumbens and the caudate-putamen. The objective is to illustrate a general protocol for slice fast-scan cyclic voltammetry (FSCV) within the mouse striatum. FSCV is a well-defined electrochemical technique providing the opportunity to measure dopamine release and uptake in real time in discrete brain regions. Carbon fiber microelectrodes (diameter of ~ 7 &mu;m) are used in FSCV to detect dopamine oxidation. The analytical advantage of using FSCV to detect dopamine is its enhanced temporal resolution of 100 milliseconds and spatial resolution of less than ten microns, providing complementary information to in vivo microdialysis.

Using fast-scan cyclic voltammetry to measure electrically evoked presynaptic dopamine dynamics in striatal brain slices.

حيوية قبل المشبكي الدوبامين في الدماغ العقدة المخططة مع شرائح Voltammetry دائرى سريع التفحص

Extensive research has focused on the neurotransmitter dopamine because of its importance in the mechanism of action of drugs of abuse (e.g. cocaine and ...

Detection of Microregional Hypoxia in Mouse Cerebral Cortex by Two-photon Imaging of Endogenous NADH Fluorescence

The brain's ability to function at high levels of metabolic demand depends on continuous oxygen supply through blood flow and tissue oxygen diffusion. Here we present a visualized experimental and methodological protocol to directly visualize microregional tissue hypoxia and to infer perivascular oxygen gradients in the mouse cortex. It is based on the non-linear relationship between nicotinamide adenine dinucleotide (NADH) endogenous fluorescence intensity and oxygen partial pressure in the tissue, where observed tissue NADH fluorescence abruptly increases at tissue oxygen levels below 10 mmHg1. We use two-photon excitation at 740 nm which allows for concurrent excitation of intrinsic NADH tissue fluorescence and blood plasma contrasted with Texas-Red dextran. The advantages of this method over existing approaches include the following: it takes advantage of an intrinsic tissue signal and can be performed using standard two-photon in vivo imaging equipment; it permits continuous monitoring in the whole field of view with a depth resolution of ~50 &mu;m. We demonstrate that brain tissue areas furthest from cerebral blood vessels correspond to vulnerable watershed areas which are the first to become functionally hypoxic following a decline in vascular oxygen supply. This method allows one to image microregional cortical oxygenation and is therefore useful for examining the role of inadequate or restricted tissue oxygen supply in neurovascular diseases and stroke.

Here we describe a method to directly visualize microregional tissue hypoxia in the mouse cortex in vivo. It is based on concurrent two-photon imaging of nicotinamide adenine dinucleotide (NADH) and the cortical microcirculation. This method is useful for high resolution analysis of tissue oxygen supply.

كشف عن نقص الأكسجة Microregional في اللحاء المخي الفأر بواسطة التصوير ثنائي الفوتون من الإسفار NADH الذاتية

The brain's ability to function at high levels of metabolic demand depends on continuous oxygen supply through blood flow and tissue oxygen diffusion. ...

Reproducible Mouse Sciatic Nerve Crush and Subsequent Assessment of Regeneration by Whole Mount Muscle Analysis

Regeneration in the peripheral nervous system (PNS) is widely studied both for its relevance to human disease and to understand the robust regenerative response mounted by PNS neurons thereby possibly illuminating the failures of CNS regeneration1. Sciatic nerve crush (axonotmesis) is one of the most common models of peripheral nerve injury in rodents2. Crushing interrupts all axons but Schwann cell basal laminae are preserved so that regeneration is optimal3,4. This allows the investigator to study precisely the ability of a growing axon to interact with both the Schwann cell and basal laminae4. Rats have generally been the preferred animal models for experimental nerve crush. They are widely available and their lesioned sciatic nerve provides a reasonable approximation of human nerve lesions5,4. Though smaller in size than rat nerve, the mouse nerve has many similar qualities. Most importantly though, mouse models are increasingly valuable because of the wide availability of transgenic lines now allows for a detailed dissection of the individual molecules critical for nerve regeneration6, 7. Prior investigators have used multiple methods to produce a nerve crush or injury including simple angled forceps, chilled forceps, hemostatic forceps, vascular clamps, and investigator-designed clamps8,9,10,11,12. Investigators have also used various methods of marking the injury site including suture, carbon particles and fluorescent beads13,14,1. We describe our method to obtain a reproducibly complete sciatic nerve crush with accurate and persistent marking of the crush-site using a fine hemostatic forceps and subsequent carbon crush-site marking. As part of our description of the sciatic nerve crush procedure we have also included a relatively simple method of muscle whole mount we use to subsequently quantify regeneration.

In this report we describe a method to crush mouse sciatic nerve. This method uses readily available hemostatic forceps and easily and reproducibly produces complete sciatic nerve crush. In addition, we describe a method to prepare muscle whole mounts suitable for analysis of nerve regeneration after sciatic nerve crush.

استنساخه سحق الفأر العصب الوركي وتقييم لاحق للتجديد من قبل الجامعة جبل تحليل العضلات

Regeneration in the peripheral nervous system (PNS) is widely studied both for its relevance to human disease and to understand the robust regenerative ...

Laser Nanosurgery of Cerebellar Axons In Vivo

Only a few neuronal populations in the central nervous system (CNS) of adult mammals show local regrowth upon dissection of their axon. In order to understand the mechanism that promotes neuronal regeneration, an in-depth analysis of the neuronal types that can remodel after injury is needed. Several studies showed that damaged climbing fibers are capable of regrowing also in adult animals1,2. The investigation of the time-lapse dynamics of degeneration and regeneration of these axons within their complex environment can be performed by time-lapse two-photon fluorescence (TPF) imaging in vivo3,4. This technique is here combined with laser surgery, which proved to be a highly selective tool to disrupt fluorescent structures in the intact mouse cortex5-9.
This protocol describes how to perform TPF time-lapse imaging and laser nanosurgery of single axonal branches in the cerebellum in vivo. Olivocerebellar neurons are labeled by anterograde tracing with a dextran-conjugated dye and then monitored by TPF imaging through a cranial window. The terminal portion of their axons are then dissected by irradiation with a Ti:Sapphire laser at high power. The degeneration and potential regrowth of the damaged neuron are monitored by TPF in vivo imaging during the days following the injury.

Laser Nanosurgery of Cerebellar Axons In Vivo

Two-photon imaging, coupled to laser nanodissection, are useful tools to study degenerative and regenerative processes in the central nervous system with subcellular resolution. This protocol shows how to label, image, and dissect single climbing fibers in the cerebellar cortex in vivo.

الليزر Nanosurgery من مخيخي محاور عصبية<em&gt; في فيفو</em

Only a few neuronal populations in the central nervous system (CNS) of adult mammals show local regrowth upon dissection of their axon. In order to ...

Assessment of Neuromuscular Function Using Percutaneous Electrical Nerve Stimulation

Percutaneous electrical nerve stimulation is a non-invasive method commonly used to evaluate neuromuscular function from brain to muscle (supra-spinal, spinal and peripheral levels). The present protocol describes how this method can be used to stimulate the posterior tibial nerve that activates plantar flexor muscles. Percutaneous electrical nerve stimulation consists of inducing an electrical stimulus to a motor nerve to evoke a muscular response. Direct (M-wave) and/or indirect (H-reflex) electrophysiological responses can be recorded at rest using surface electromyography. Mechanical (twitch torque) responses can be quantified with a force/torque ergometer. M-wave and twitch torque reflect neuromuscular transmission and excitation-contraction coupling, whereas H-reflex provides an index of spinal excitability. EMG activity and mechanical (superimposed twitch) responses can also be recorded during maximal voluntary contractions to evaluate voluntary activation level. Percutaneous nerve stimulation provides an assessment of neuromuscular function in humans, and is highly beneficial especially for studies evaluating neuromuscular plasticity following acute (fatigue) or chronic (training/detraining) exercise.

We present a protocol to assess changes in neuromuscular function. Percutaneous electrical nerve stimulation is a non-invasive method that evokes muscular responses. Electrophysiological and mechanical properties of these responses permit the evaluation of neuromuscular function from brain to muscle (supra-spinal, spinal and peripheral levels).

تقييم عصبي عضلي وظيفة عن طريق العصب عن طريق الجلد الكهربائية تحفيز

Percutaneous electrical nerve stimulation is a non-invasive method commonly used to evaluate neuromuscular function from brain to muscle (supra-spinal, ...

Modeling Fast-scan Cyclic Voltammetry Data from Electrically Stimulated Dopamine Neurotransmission Data Using QNsim1.0

Central dopaminergic (DAergic) pathways have an important role in a wide range of functions, such as attention, motivation, and movement. Dopamine (DA) is implicated in diseases and disorders including attention deficit hyperactivity disorder, Parkinson's disease, and traumatic brain injury. Thus, DA neurotransmission and the methods to study it are of intense scientific interest. In vivo fast-scan cyclic voltammetry (FSCV) is a method that allows for selectively monitoring DA concentration changes with fine temporal and spatial resolution. This technique is commonly used in conjunction with electrical stimulations of ascending DAergic pathways to control the impulse flow of dopamine neurotransmission. Although the stimulated DA neurotransmission paradigm can produce robust DA responses with clear morphologies, making them amenable for kinetic analysis, there is still much debate on how to interpret the responses in terms of their DA release and clearance components. To address this concern, a quantitative neurobiological (QN) framework of stimulated DA neurotransmission was recently developed to realistically model the dynamics of DA release and reuptake over the course of a stimulated DA response. The foundations of this model are based on experimental data from stimulated DA neurotransmission and on principles of neurotransmission adopted from various lines of research. The QN model implements 12 parameters related to stimulated DA release and reuptake dynamics to model DA responses. This work describes how to simulate DA responses using QNsim1.0 and also details principles that have been implemented to systematically discern alterations in the stimulated dopamine release and reuptake dynamics.

Fast-scan cyclic voltammetry can monitor in vivo dopamine neurotransmission in the context of drugs, disease, and other experimental manipulations. This work describes the implementation of QNsim1.0, a software to model electrically stimulated dopamine responses according to the quantitative neurobiological model to quantify estimates of dopamine release and reuptake dynamics.

النمذجة سريع مسح بيانات فولتامتري دوري من تحفيز الدوبامين كهربائيا نقل البيانات باستخدام QNsim1.0

Central dopaminergic (DAergic) pathways have an important role in a wide range of functions, such as attention, motivation, and movement. Dopamine (DA) is ...

Electrophysiological Method for Whole-cell Voltage Clamp Recordings from Drosophila Photoreceptors

Whole-cell voltage clamp recordings from Drosophila melanogaster photoreceptors have revolutionized the field of invertebrate visual transduction, enabling the use of D. melanogaster molecular genetics to study inositol-lipid signaling and Transient Receptor Potential (TRP) channels at the single-molecule level. A handful of labs have mastered this powerful technique, which enables the analysis of the physiological responses to light under highly controlled conditions. This technique allows control over the intracellular and extracellular media; the membrane voltage; and the fast application of pharmacological compounds, such as a variety of ionic or pH indicators, to the intra- and extracellular media. With an exceptionally high signal-to-noise ratio, this method enables the measurement of dark spontaneous and light-induced unitary currents (i.e.&#160;spontaneous and quantum bumps) and macroscopic Light-induced Currents (LIC) from single D. melanogaster photoreceptors. This protocol outlines, in great detail, all the key steps necessary to perform this technique, which includes both electrophysiological and optical recordings. The fly retina dissection procedure for the attainment of intact and viable ex vivo isolated ommatidia in the bath chamber is described. The equipment needed to perform whole-cell and fluorescence imaging measurements are also detailed. Finally, the pitfalls in using this delicate preparation during extended experiments are explained.

Electrophysiological Method for Whole-cell Voltage Clamp Recordings from Drosophila Photoreceptors

Whole-cell recordings from Drosophila melanogaster photoreceptors enable the measurement of spontaneous dark bumps, quantum bumps, macroscopic responses to light, and current-voltage relationships under various conditions. In combination with D. melanogaster genetic manipulation tools, this method enables the study of the ubiquitous inositol-lipid signaling pathway and its target, the TRP channel.

طريقة الكهربية لالكامل خلية الجهد المشبك تسجيلات من<em&gt; ذبابة الفاكهة</em&gt; المستقبلات الضوئية

Whole-cell voltage clamp recordings from Drosophila melanogaster photoreceptors have revolutionized the field of invertebrate visual transduction, ...

Time-dependent Increase in the Network Response to the Stimulation of Neuronal Cell Cultures on Micro-electrode Arrays

Micro-electrode arrays (MEAs) can be used to investigate drug toxicity, design paradigms for next-generation personalized medicine, and study network dynamics in neuronal cultures. In contrast with more traditional methods, such as patch-clamping, which can only record activity from a single cell, MEAs can record simultaneously from multiple sites in a network, without requiring the arduous task of placing each electrode individually. Moreover, numerous control and stimulation configurations can be easily applied within the same experimental setup, allowing for a broad range of dynamics to be explored. One of the key dynamics of interest in these in vitro studies has been the extent to which cultured networks display properties indicative of learning. Mouse neuronal cells cultured on MEAs display an increase in response following training induced by electrical stimulation. This protocol demonstrates how to culture neuronal cells on MEAs; successfully record from over 95% of the plated dishes; establish a protocol to train the networks to respond to patterns of stimulation; and sort, plot, and interpret the results from such experiments. The use of a proprietary system for stimulating and recording neuronal cultures is demonstrated. Software packages are also used to sort neuronal units. A custom-designed graphical user interface is used to visualize post-stimulus time histograms, inter-burst intervals, and burst duration, as well as to compare the cellular response to stimulation before and after a training protocol. Finally, representative results and future directions of this research effort are discussed.

Mouse neuronal cells cultured on multi-electrode arrays display an increase in response following electrical stimulation. This protocol demonstrates how to culture neurons, how to record activity, and how to establish a protocol to train the networks to respond to patterns of stimulation.

زيادة تعتمد على الوقت في استجابة الشبكة لتحفيز الثقافات خلية الخلايا العصبية على صفائف الدقيقة الكهربائي

Micro-electrode arrays (MEAs) can be used to investigate drug toxicity, design paradigms for next-generation personalized medicine, and study network ...

Simultaneous Recordings of Cortical Local Field Potentials, Electrocardiogram, Electromyogram, and Breathing Rhythm from a Freely Moving Rat

Monitoring the physiological dynamics of the brain and peripheral tissues is necessary for addressing a number of questions about how the brain controls body functions and internal organ rhythms when animals are exposed to emotional challenges and changes in their living environments. In general experiments, signals from different organs, such as the brain and the heart, are recorded by independent recording systems that require multiple recording devices and different procedures for processing the data files. This study describes a new method that can simultaneously monitor electrical biosignals, including tens of local field potentials in multiple brain regions, electrocardiograms that represent the cardiac rhythm, electromyograms that represent awake/sleep-related muscle contraction, and breathing signals, in a freely moving rat. The recording configuration of this method is based on a conventional micro-drive array for cortical local field potential recordings in which tens of electrodes are accommodated, and the signals obtained from these electrodes are integrated into a single electrical board mounted on the animal's head. Here, this recording system was improved so that signals from the peripheral organs are also transferred to an electrical interface board. In a single surgery, electrodes are first separately implanted into the appropriate body parts and the target brain areas. The open ends of all of these electrodes are then soldered to individual channels of the electrical board above the animal's head so that all of the signals can be integrated into the single electrical board. Connecting this board to a recording device allows for the collection of all of the signals into a single device, which reduces experimental costs and simplifies data processing, because all data can be handled in the same data file. This technique will aid the understanding of the neurophysiological correlates of the associations between central and peripheral organs.

This study introduces a method for the simultaneous recording of local field potentials in the brain, electrocardiograms, electromyograms, and breathing signals of a freely moving rat. This technique, which reduces experimental costs and simplifies data analysis, will contribute to the understanding of the interactions between the brain and peripheral organs.

التسجيلات المتزامنة الإمكانات الميدانية المحلية القشرية، ورسم القلب، اليكتروميوجرام وإيقاع من الفئران تتحرك بحرية في التنفس

Monitoring the physiological dynamics of the brain and peripheral tissues is necessary for addressing a number of questions about how the brain controls ...

Wide-field Single-photon Optical Recording in Brain Slices Using Voltage-sensitive Dye

Wide-field single photon voltage-sensitive dye (VSD) imaging of brain slice preparations is a useful tool to assess the functional connectivity in neural circuits. Due to the fractional change in the light signal, it has been difficult to use this method as a quantitative assay. This article describes special optics and slice handling systems, which render this technique stable and reliable. The present article demonstrates the slice handling, staining, and recording of the VSD-stained hippocampal slices in detail. The system maintains physiological conditions for a long time, with good staining, and prevents mechanical movements of the slice during the recordings. Moreover, it enables staining of slices with a small amount of the dye. The optics achieve high numerical aperture at low magnification, which allows recording of the VSD signal at the maximum frame rate of 10 kHz, with 100 pixel x 100-pixel spatial resolution. Due to the high frame rate and spatial resolution, this technique allows application of the post-recording filters that provide sufficient signal-to-noise ratio to assess the changes in neural circuits.

We introduce a reproducible and stable optical recording method for brain slices using voltage-sensitive dye. The article describes voltage-sensitive dye staining and recording of optical signals using conventional hippocampal slice preparations.

تسجيل بصري ذو صورة واحدة في شرائح الدماغ باستخدام صبغ حساس للجهد الكهربائي

Wide-field single photon voltage-sensitive dye (VSD) imaging of brain slice preparations is a useful tool to assess the functional connectivity in neural ...