Unterstützt von KIST Grant (2E21510), National Honor Scientist Programm des Ministeriums für Bildung, und die Original Technology Research Program für Neurowissenschaften durch die National Research Foundation of Korea durch das Ministerium für Bildung, Wissenschaft und Technologie (2010-0018944) finanziert.

1. Zusammenfassung C57BL/6J - 129S4/SvJae Hybrid-Mäusen (12 ~ 15 Wochen alt) werden mit Ketamin (120 mg / kg ip) und Xylazin (6 mg / kg, ip) Cocktail. Schwanz oder Zehen kneifen geht der Operation, um die Tiefe der Narkose zu untersuchen. Die Maus wird durch stereotaktische Apparat (David Kopf Instruments, Modell 902, Calif, USA) fixiert. Die Kopfhaut wird auf der Mittellinie etwa 25 mm auf den Schädel unter dem Lidocain-Behandlung zur Schmerzreduktion aussetzen eingeschnitten. Alle Ablagerungen auf den Schädel wird durch Kochsalzlösung getränkt Baumwolle Tipps abgetrocknet, um die Einhaltung der Elektrode auf den Schädel zu verbessern. Die Bregma und Lambda-Punkte markiert sind und stellen in der gleichen horizontalen Ebene. Die Polyimid-Basis Mikroelektroden-Array (PBM-array), so dass die vertikale Mittellinie der Mittellinie des Schädels entspricht positioniert. Die Bregma Punkt sollte in der Mitte des 5. Schicht der vorderen von PBM-Arrays angeordnet werden. Zwei oder drei Mikroschrauben sind an der Nullraum in den Rand des Schädels zur Sicherung der Position der Elektrode mit Zahnzement verwendet. Für stützen die PBM-Array-Anschluss, positionieren wir eine Strebe in der Mitte des Kopfes, und decken Sie es mit Zahnzement. Nach dem Aushärten wird der eingeschnittenen Haut vernäht, und mindestens 5 Tage sind für die Verwertung gegeben. Während der Wiederherstellung werden die Mäuse in einzelnen Käfigen mit freiem Zugang zu Futter und Wasser untergebracht. Nach der Wiederherstellung sind EEG-Aufzeichnung durchgeführt. Tierpflege, chirurgischen und Aufzeichnung Verfahren wurden in Übereinstimmung mit den Richtlinien für die Institutional Animal Care und Verwenden Ausschuss, folgende Act 1992 der Korea Lab Animal Care Regulations und die damit verbundenen Richtlinien. Die PBM-Arrays in diesem Manuskript wurden hergestellt, wie Choi beschrieben. et. al. 1 Bitte kontaktieren Sie die Autoren auf die gleiche PBM-Array in dem Video zu verwenden. 2. Verfahren <ol><li> Bereiten Sie das sterilisierte chirurgische Instrumente und stereotaktischen Apparat. </li><li> Anesthetize der Maus mit der Anästhesie (zB Ketamin / Xylazin mit einer Dosis von 120 mg und 60 mg / kg ip, repectively). Schwanz oder Zehen kneifen geht der Operation, um die Tiefe der Narkose zu untersuchen. </li><li> Montieren Sie die Maus auf den stereotaktischen Apparat, indem Ohr Bars in der Maus Gehörgang und ziehen Sie es in Stelle. Die Augen können mit biokompatiblen Gelee (zB Vaseline) abgedeckt werden, um die Augen vor dem Austrocknen durch die Operation leicht zu halten. Nach Befeuchtung der Maus den Kopf mit 70% Ethanol, rasieren das Fell ihm den Kopf ab. </li><li> Incise den Kopf ca. 25 mm mit einer Kopfhaut. Es empfiehlt sich, eine kleine Menge von 2% gilt Lidocainhydrochlorid unter der Kopfhaut. Drücken Sie die Haut mit Mikro-Klemmen (Fine Science Tools (USA), Inc., 18052-03, Calif, USA) zu halten Einschnitt weit offen. </li><li> Wischen Sie verbleibende Gewebereste auf dem Schädel mit Kochsalzlösung getränkten Wattestäbchen verbessern die Einhaltung der PBM-Array an den Schädel. Mit Wasserstoffperoxid zur Beseitigung des Rückstands der Membran ist ebenfalls wirksam. </li><li> Finden Sie die Bregma und Lambda-Punkte auf dem Schädel, und markieren Sie diese mit einem Öl-basierte Marker. Legen Sie die PBM-Array, so dass die vertikale Mittellinie trifft der Mittellinie des Schädels, wie in Abbildung 1 dargestellt. Positionieren Sie den Bregma in der Mitte des 5. Schicht der vorderen von PBM-Array mit einem Tropfen Leitungswasser. Swab der Film Elektrode aus der medial nach lateral sorgfältig für eine bessere Einhaltung. Um den Film Elektrode haften fester an den Schädel zu helfen, sollte der Film Elektrode vollständig trocken auf dem Schädel. Der Film Elektrode bleibt auf dem Schädel durch van der Waals-Kraft fixieren. Wenn Neupositionierung der Elektrode, ist ein weiterer Tropfen Leitungswasser notwendig, um die Elektrode entfernt, zerrissen zu verhindern. <img src="/files/ftp_upload/2562/2562fig1.jpg" alt="Abbildung 1" /> Abbildung 1 (links). Ein PBM-Array auf der Maus Schädel. Die anterio-posterioren Achse des PBM-Array entspricht der Linie zwischen Bregma (BP) und Lambda-Punkte (LP). (Rechts) Die vermeintliche Elektrodenpositionen auf der Maus Hirnoberfläche. Die Anatomie der Maus segmentiert aus dem 3-D-MRT digitalen Atlas Datenbank von einem Erwachsenen C57BL/6J Gehirn der Maus in Brookhaven National Lab und die Elektrode Standorten produziert werden nach der stereotaktischen Messung markiert. Ground (G) und Referenz (Ref) Elektroden sind in der Abbildung rechts markiert. </li><li> Mark mindestens drei Positionen auf dem offenen Bereich des Schädels, und dann Löcher in den Orten mit einer zahnärztlichen Bohrer für die Positionierung der Unterstützung Mikroschrauben. Diese Mikroschrauben eine Rolle von Runge und mechanisch unterstützen die Zahnzement auf den Schädel. Besondere Vorsicht ist beim Bohren notwendig. Da die Maus Schädel besteht aus dünnen Schichten, können Blutungen auftreten, einfach während des Bohrens. Wenn die Blutung auftritt, halten Sie Bohr-und gelten kleine Menge blutstillende Pulver in das Loch. </li><li> Übernehmen Sie die zahnärztliche Acrylzement (Vertex-Dental, Vertex Self-Härtung, Niederlande), die PBM-Array, Ankerschrauben, und der Rest des Schädels zu decken. Bereiten Sie den Zahnzement in einer klebrigen und zähen condition. </li><li> Position eine starre Stick als einer Strebe auf der Mitte des Kopfes mit starken Klebstoff (z. B. Loctite, Henkel Loctite Corp, Dublin, Irland). Legen Sie doppelseitigen Klebeband auf der Rückseite des Steckers Ebene. Bearbeiten Sie die PBM-Array-Anschluss der Lage, mit der Spitze des Stabes verbinden. Der vertikale Abstand zwischen dem Schädel und dem Anschluss sollte mehr als 5 mm. Stecken Sie die Stecker-Ebene und der Spitze des Stockes mit starken Klebstoff für eine bessere Haftung. </li><li> Stellen Sie sicher, dass die Zahnzement vollständig geheilt ist. Dann gelten die zahnärztliche Acrylzement über den Schädel und die Rückseite des Steckers Flugzeug mit dem Anschluss an den Schädel zu sichern. </li><li> Entfernen Sie die Micro-Klemmen. Suture eingeschnittenen Haut mit sterilisierten Nähte Faser. Entfernen Sie die Maus aus dem Gerät. Sie können daher keine zusätzliche zahnärztliche Acrylzement der exponierten Schädel Schild. Wenden Sie ein Antibiotikum (Fucidin Salbe, Dong Wha Apotheke, Süd-Korea) um den Zement-und vernäht Haut. </li><li> Platzieren Sie die Maus in eine sterilisierte Käfig, bis es seine ursprüngliche Körpergewicht (ca. 5 bis 7 Tage) erholt. Es wird empfohlen, keine Käfig Kollegen vorzustellen. </li><li> Nach der Erholung, verbinden Sie die Maus von einem leichten Leiterplatte (PCB) Anschluss mit dem Stoffauflauf einer Mehrkanal-EEG-Verstärker-System (Synamps 2, North Carolina, USA) in seinen eigenen Käfig. Die Verbindungsleitungen sollten sorgfältig behandelt werden, damit es nicht verheddert nicht zu bekommen. </li><li> Nach 1 Stunde Gewöhnung führen EEG-Aufzeichnung. Scan 4.4. (North Carolina, USA) Übernahme-Software wurde in diesem Experiment verwendet. Ein typischer Trace Reihe von Maus-EEG ist in Abbildung 2 dargestellt. Es wird empfohlen, um das Video log, um das Verhalten der Maus beziehen. </li><li> Erhaltene Signal kann durch MATLAB (MathWorks, Natick, MA, USA) analysiert werden, um die topographische Karte des Gehirns zu erzeugen. Beispiel Topographien von EEG-Strom Karte Maushirn sind in Abbildung 3 dargestellt. </li></ol> 3. Repräsentative Ergebnisse Wenn über chirurgische Verfahren korrekt durchgeführt werden, werden mit 40 Kanälen Maus EEG-Aufzeichnung erfolgreich und ohne schlechtes Kanälen durchgeführt werden. Folgenden Abbildungen zeigen die repräsentativen Roh-EEG-Spuren und topografische Karten. <img src="/files/ftp_upload/2562/2562fig2.jpg" alt="Abbildung 2" /> Abbildung 2. Eine Probe Spuren von EEG erleben Absence durch Injektion γ-Butyrolacton (GBL, 50mg/kg, ip) induziert. Red Balken zeigt Spike-wave-und Entladungen (SWDs) während der Abwesenheit Beschlagnahme. Die horizontalen und vertikalen Achsen geben Zeit und Spannung, bzw.. Die Nummer folgt dem Kanal Montage in Abbildung definiert. 1 (rechts). <img src="/files/ftp_upload/2562/2562fig3.jpg" alt="Abbildung 3" /> Abbildung 3. Die topographischen Karten zeigen von 2-6 Hz der Energieverteilung. Der Wert in der colorbar stellt die Farbskala der Macht Karte. Während Spike-wave-und Entladungen (SWDs) von γ-Butyrolacton (GBL, 50mg/kg, ip), die Macht in den großen frontoparietal kortikalen Regionen induzierte signifikant verglichen mit der Macht, bevor GBL-Injektion (Baseline) zu erhöhen.

<ol>
	<li>Choi, J. H., Koch, K. P., Poppendieck, W., Lee, M., Shin, H. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High+resolution+Electroencephalography+in+Freely+Moving+Mice.">High resolution Electroencephalography in Freely Moving Mice.</a> J Neurophysiol. , .</li><li>Lee, M., Shin, H. S., Choi, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simultaneous+recording+of+brain+activity+and+functional+connectivity+in+the+mouse+brain.">Simultaneous recording of brain activity and functional connectivity in the mouse brain.</a> Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc. , 2934-2936 (2009).</li></ol>

Hier berichten wir über chirurgische und Aufzeichnung Verfahren zur High-Density-EEG in sich frei bewegenden Mäusen zu erwerben. Diese Methode ermöglicht es uns, funktionale Gehirn Karten von Maus-Modell zu erhalten, um molekulare Mechanismen der spontanen rhythmischen 1,2 oder ein Ereignis im Zusammenhang Hirnaktivitäten zu studieren. Übernahme aller Kanäle in der PBM-Array ist eine notwendige Voraussetzung, um ganze Brain Mapping zu erhalten, macht jedoch eine sichere Kontaktierung für jeden Kanal ist eine große Herausforderung. Zur Aufrechterhaltung gleichmäßigen Kontakt des Kanals auf dem Schädel, sind die folgenden Verfahren erwies sich als wichtig. Zunächst einmal kann jeder Gewebereste auf dem Schädel auseinander gesetzt die Elektrode aus dem Schädel. Daher ist es sehr wichtig, alle Gewebereste mit sterilisierten Wattestäbchen entfernen und trocken bis der Kopfoberfläche. Zweitens ist die Fähigkeit des PBM-Array, das auf der Kopfoberfläche Stick kann van der Waals-Kraft. Es wird vorgeschlagen, einen Tropfen Leitungswasser auf den Schädel zu Wasser Schicht bauen, bevor man gelten PBM-Array, um den Schädel gelten. Drittens ist die richtige Viskosität von Zahnzement sehr wichtig. Wenn es zu flüssig ist, kann es eine isolierende Schicht unter der PBM-Array zu bauen. Wenn es zu dicht ist, wird das Zahnzement leicht auseinander fallen aus dem Schädel durch sein eigenes Gewicht. Schließlich sollte mindestens drei tragenden Mikroschrauben auf dem Schädel der Zahnzement fest mit dem Schädel verbunden machen implantiert werden. Die Unterstützung Mikroschrauben halten die Zahnzement und sichern Sie die headstage, was wesentlich ist für die langfristige Studie. Die Anwendung des PBM-Array wird zu einer chronischen Studie mit erwachsenen Mäusen aufgrund seiner Größe und Gewicht begrenzt. Basierend auf unserer Erfahrung, sind Mäuse mehr als 25 g ausreichend zu bedienen. Als weitere Anwendungen, durch die Null-Raum zwischen Filialen in unserer PBM-Array kann man einführen sekundären Elektroden für die Aufzeichnung oder Stimulation Zweck.

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<td>&nbsp;</td>		</tbody>
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high-density eeg recordings of the freely moving mice using polyimide-based microelectrode

Elektroenzephalogramm (EEG) zeigt die gemittelten elektrischen Aktivität des neuronalen Populationen auf eine groß angelegte Ebene. Es wird allgemein als eine nicht-invasive Gehirn-Monitoring-Tool in den kognitiven Neurowissenschaften sowie ein Diagnose-Tool für Epilepsie und Schlafstörungen in der Neurologie eingesetzt. Allerdings ist die zugrunde liegende Mechanismus des EEG Rhythmus Generation noch unter dem Schleier. Kürzlich eingeführte Polyimid-Basis Mikroelektrode (PBM-array) für hochauflösende Maus EEG 1 ist einer der Studien zu den neurophysiologischen Fragen zur EEG-Signale auf eine reiche genetische Ressource, die das Maus-Modell enthält für die Analyse von komplexen EEG-Generation-Prozess basiert beantworten. Diese Anwendung der nanofabricated PBM-Array Maus Schädel ist ein effizientes Werkzeug für das Sammeln großer Hirnaktivität von transgenen Mäusen und beherbergt um die neuronalen Korrelate bestimmter EEG-Rhythmen in Verbindung mit Verhalten zu identifizieren. Doch seine ultra-dünne Dicke und gegabelte Struktur zu Problemen führen in der Handhabung und Implantation von PBM-Array. In der vorgestellten Videos sind die Vorbereitung und Operation Schritte für die Implantation von PBM-Array auf einem Maus Schädel Schritt für Schritt beschrieben. Handhabung und Chirurgie Tipps helfen Forschern gelingt Implantation sind ebenfalls vorhanden.

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High-density EEG Recordings of the Freely Moving Mice using Polyimide-based Microelectrode

In diesem Artikel beschrieben wir die Chirurgie Verfahren und Handhabung Tipps für die Implantation von ultra-dünnen Polyimid-Basis Mikroelektroden-Array (PBM-array) auf der Maus Schädel für den Erwerb von High-Density-Encephalographie (EEG) in einem Mausmodell.

High-Density-EEG-Aufzeichnungen der sich frei bewegenden Mäusen mit Polyimid-Basis Mikroelektroden

Electroencephalogram (EEG) indicates the averaged electrical activity of the neuronal populations on a large-scale level. It is widely utilized as a ...

high-density-eeg-recordings-freely-moving-mice-using-polyimide-based

Research

JoVE Journal

Neuroscience

36.9K Aufrufe.  Korea Institute of Science and Technology (KIST). In diesem Artikel beschrieben wir die Chirurgie Verfahren und Handhabung Tipps für die Implantation von ultra-dünnen Polyimid-Basis Mikroelektroden-Array (PBM-array) auf der Maus Schädel für den Erwerb von High-Density-Encephalographie (EEG) in einem Mausmodell.

Serie: High-density EEG Recordings of the Freely Moving Mice using Polyimide-based Microelectrode

Combining Computer Game-Based Behavioural Experiments With High-Density EEG and Infrared Gaze Tracking

Experimental paradigms are valuable insofar as the timing and other parameters of their stimuli are well specified and controlled, and insofar as they yield data relevant to the cognitive processing that occurs under ecologically valid conditions. These two goals often are at odds, since well controlled stimuli often are too repetitive to sustain subjects' motivation. Studies employing electroencephalography (EEG) are often especially sensitive to this dilemma between ecological validity and experimental control: attaining sufficient signal-to-noise in physiological averages demands large numbers of repeated trials within lengthy recording sessions, limiting the subject pool to individuals with the ability and patience to perform a set task over and over again. This constraint severely limits researchers' ability to investigate younger populations as well as clinical populations associated with heightened anxiety or attentional abnormalities. Even adult, non-clinical subjects may not be able to achieve their typical levels of performance or cognitive engagement: an unmotivated subject for whom an experimental task is little more than a chore is not the same, behaviourally, cognitively, or neurally, as a subject who is intrinsically motivated and engaged with the task. A growing body of literature demonstrates that embedding experiments within video games may provide a way between the horns of this dilemma between experimental control and ecological validity. The narrative of a game provides a more realistic context in which tasks occur, enhancing their ecological validity (Chaytor &amp; Schmitter-Edgecombe, 2003). Moreover, this context provides motivation to complete tasks. In our game, subjects perform various missions to collect resources, fend off pirates, intercept communications or facilitate diplomatic relations. In so doing, they also perform an array of cognitive tasks, including a Posner attention-shifting paradigm (Posner, 1980), a go/no-go test of motor inhibition, a psychophysical motion coherence threshold task, the Embedded Figures Test (Witkin, 1950, 1954) and a theory-of-mind (Wimmer &amp; Perner, 1983) task. The game software automatically registers game stimuli and subjects' actions and responses in a log file, and sends event codes to synchronise with physiological data recorders. Thus the game can be combined with physiological measures such as EEG or fMRI, and with moment-to-moment tracking of gaze. Gaze tracking can verify subjects' compliance with behavioural tasks (e.g. fixation) and overt attention to experimental stimuli, and also physiological arousal as reflected in pupil dilation (Bradley et al., 2008). At great enough sampling frequencies, gaze tracking may also help assess covert attention as reflected in microsaccades - eye movements that are too small to foveate a new object, but are as rapid in onset and have the same relationship between angular distance and peak velocity as do saccades that traverse greater distances. The distribution of directions of microsaccades correlates with the (otherwise) covert direction of attention (Hafed &amp; Clark, 2002).

Procedures for recording high-density EEG and gaze data during computer game-based cognitive tasks are described. Using a video game to present cognitive tasks enhances ecological validity without sacrificing experimental control.

Die Kombination Computer Game-Based Behavioural Experimente mit High-Density EEG-und Infrarot-Tracking-Gaze

Experimental paradigms are valuable insofar as the timing and other parameters of their stimuli are well specified and controlled, and insofar as they ...

Forschung

Neurowissenschaften

Recording Single Neurons' Action Potentials from Freely Moving Pigeons Across Three Stages of Learning

While the subject of learning has attracted immense interest from both behavioral and neural scientists, only relatively few investigators have observed single-neuron activity while animals are acquiring an operantly conditioned response, or when that response is extinguished. But even in these cases, observation periods usually encompass only a single stage of learning, i.e. acquisition or extinction, but not both (exceptions include protocols employing reversal learning; see Bingman&#160;et al.1 for an example). However, acquisition and extinction entail different learning mechanisms and are therefore expected to be accompanied by different types and/or loci of neural plasticity.
Accordingly, we developed a behavioral paradigm which institutes three stages of learning in a single behavioral session and which is well suited for the simultaneous recording of single neurons&#39; action potentials. Animals are trained on a single-interval forced choice task which requires mapping each of two possible choice responses to the presentation of different novel visual stimuli (acquisition). After having reached a predefined performance criterion, one of the two choice responses is no longer reinforced (extinction). Following a certain decrement in performance level, correct responses are reinforced again (reacquisition). By using a new set of stimuli in every session, animals can undergo the acquisition-extinction-reacquisition process repeatedly. Because all three stages of learning occur in a single behavioral session, the paradigm is ideal for the simultaneous observation of the spiking output of multiple single neurons. We use pigeons as model systems, but the task can easily be adapted to any other species capable of conditioned discrimination learning.

Learning new stimulus-response associations engages a wide range of neural processes which are ultimately reflected in changing spike output of individual neurons. Here we describe a behavioral protocol allowing for the continuous registration of single-neuron activity while animals acquire, extinguish, and reacquire a conditioned response within a single experimental session.

Aufnahme von Aktionspotentialen einzelner Neuronen &quot;sich frei zu bewegen Tauben auf drei Stages of Learning

While the subject of learning has attracted immense interest from both behavioral and neural scientists, only relatively few investigators have observed ...

Recording EEG in Freely Moving Neonatal Rats Using a Novel Method

EEG is a useful method to detect electrical activity in the brain. Moreover, it is a widely used diagnostic tool for various neurological conditions, such as epilepsy and neurodegenerative disorders. However, it is technically difficult to obtain EEG recordings in neonates as it requires specialized handling and great care. Here, we present a novel method to record EEG in neonatal rat pups (P8-P15). We designed a simple and reliable electrode using computer pin loci; it can be easily implanted into the skull of a rat pup to record high-quality EEG signals in the normal and epileptic brain. Pups were given an intraperitoneal (i.p.) injection of the neurotoxin kainic acid (KA) to induce epileptic seizures. The surgical implantation performed in this procedure is less expensive than other EEG procedures for neonates. This method allows one to record high-quality and stable EEG signals for more than 1 week. Furthermore, this procedure can also be applied to adult rats and mice to study epilepsy or other neurological disorders.

Here, we introduce a novel technique designed to record electroencephalography (EEG) in freely moving neonatal epileptic pups and describe its procedures, features, and applications. This method allows one to record EEG for more than 1 week.

Aufzeichnung von EEG in frei bewegten neonatalen Ratten mit einer neuartigen Methode

EEG is a useful method to detect electrical activity in the brain. Moreover, it is a widely used diagnostic tool for various neurological conditions, such ...

Visual Evoked Potential Recordings in Mice Using a Dry Non-invasive Multi-channel Scalp EEG Sensor

For scalp EEG research environments with laboratory mice, we designed a dry-type 16 channel EEG sensor which is non-invasive, deformable, and re-usable because of the plunger-spring-barrel structural facet and mechanical strengths resulting from metal materials. The whole process for acquiring the VEP responses in vivo from a mouse consists of four steps: (1) sensor assembly, (2) animal preparation, (3) VEP measurement, and (4) signal processing. This paper presents representative measurements of VEP responses from multiple mice with a submicro-voltage signal resolution and sub-hundred millisecond temporal resolution. Although the proposed method is safer and more convenient compared to other previously reported animal EEG acquiring methods, there are remaining issues including how to enhance the signal-to-noise ratio and how to apply this technique with freely moving animals. The proposed method utilizes easily available resources and shows a repetitive VEP response with a satisfactory signal quality. Therefore, this method could be utilized for longitudinal experimental studies and reliable translational research exploiting non-invasive paradigms.

We designed a dry-type 16 channel EEG sensor which is non-invasive, deformable, and re-usable. This paper describes the whole process from manufacturing the proposed EEG electrode to signal processing of visual evoked potential (VEP) signals measured on a mouse scalp using a dry non-invasive multi-channel EEG sensor.

Visuelle evozierte möglichen Aufnahmen bei Mäusen mit einer trockenen nichtinvasive Mehrkanal Scalp EEG Sensor

For scalp EEG research environments with laboratory mice, we designed a dry-type 16 channel EEG sensor which is non-invasive, deformable, and re-usable ...

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.

Gleichzeitige Aufnahmen der kortikalen lokales Feld Potentiale, Elektrokardiogramm, Elektromyogramm und Atemrhythmus aus einem frei beweglichen Ratte

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

Noninvasive EEG Recordings from Freely Moving Piglets

The method allows the recording of high-quality electroencephalograms (EEGs) from freely moving piglets directly in the pigpen. We use a one-channel telemetric electroencephalography system in combination with standard self-adhesive hydrogel electrodes. The piglets are calmed down without the use of sedatives. After their release into the pigpen, the piglets behave normally&#8212;they drink and sleep in the same cycle as their siblings. Their sleep phases are used for the EEG recordings.

Here, we present a protocol to record telemetric electroencephalograms (EEGs) from freely moving piglets directly in the pigpen without the use of a sedative, making it possible to record typical EEG patterns during non-REM sleep, like spindle bursts.

Nicht-invasive EEG-Ableitungen von frei beweglichen Ferkel

The method allows the recording of high-quality electroencephalograms (EEGs) from freely moving piglets directly in the pigpen. We use a one-channel ...

Microdialysis of Excitatory Amino Acids During EEG Recordings in Freely Moving Rats

Microdialysis is a well-established neuroscience technique that correlates the changes of neurologically active substances diffusing into the brain interstitial space with the behavior and/or with the specific outcome of a pathology (e.g., seizures for epilepsy). When studying epilepsy, the microdialysis technique is often combined with short-term or even long-term video-electroencephalography (EEG) monitoring to assess spontaneous seizure frequency, severity, progression and clustering. The combined microdialysis-EEG is based on the use of several methods and instruments. Here, we performed in vivo microdialysis and continuous video-EEG recording to monitor glutamate and aspartate outflow over time, in different phases of the natural history of epilepsy in a rat model. This combined approach allows the pairing of changes in the neurotransmitter release with specific stages of the disease development and progression. The amino acid concentration in the dialysate was determined by liquid chromatography. Here, we describe the methods and outline the principal precautionary measures one should take during in vivo microdialysis-EEG, with particular attention to the stereotaxic surgery, basal and high potassium stimulation during microdialysis, depth electrode EEG recording and high-performance liquid chromatography analysis of aspartate and glutamate in the dialysate. This approach may be adapted to test a variety of drug or disease induced changes of the physiological concentrations of aspartate and glutamate in the brain. Depending on the availability of an appropriate analytical assay, it may be further used to test different soluble molecules when employing EEG recording at the same time.

Here, we describe a method for in vivo microdialysis to analyze aspartate and glutamate release in the ventral hippocampus of epileptic and non-epileptic rats, in combination with EEG recordings. Extracellular concentrations of aspartate and glutamate may be correlated with the different phases of the disease.

Mikrodialyse exzitatorischen Aminosäuren während der EEG-Ableitungen in Ratten frei beweglich

Microdialysis is a well-established neuroscience technique that correlates the changes of neurologically active substances diffusing into the brain ...

Long-term Sensory Conflict in Freely Behaving Mice

Long-term sensory conflict protocols are a valuable means of studying motor learning. The presented protocol produces a persistent sensory conflict for experiments aimed at studying long-term learning in mice. By permanently wearing a device fixed on their heads, mice are continuously exposed to a sensory mismatch between visual and vestibular inputs while freely moving in home cages. Therefore, this protocol readily enables the study of the visual system and multisensory interactions over an extended timeframe that would not be accessible otherwise. In addition to lowering the experimental costs of long-term sensory learning in naturally behaving mice, this approach accommodates the combination of in vivo and in vitro experiments. In the reported example, video-oculography is performed to quantify the vestibulo-ocular reflex (VOR) and optokinetic reflex (OKR) before and after learning. Mice exposed to this long-term sensory conflict between visual and vestibular inputs presented a strong VOR gain decrease but exhibited few OKR changes. Detailed steps of device assembly, animal care, and reflex measurements are hereby reported.

The presented protocol produces a persistent sensory conflict for experiments aimed at studying long-term learning. By permanently wearing a fixed device on their heads, mice are continuously exposed to a sensory mismatch between visual and vestibular inputs while freely moving in home cages.

Langfristige sensorischen Konflikt in Mäusen frei Verhalten

Long-term sensory conflict protocols are a valuable means of studying motor learning. The presented protocol produces a persistent sensory conflict for ...

Hybrid Microdrive System with Recoverable Opto-Silicon Probe and Tetrode for Dual-Site High Density Recording in Freely Moving Mice

Multi-regional neural recordings can provide crucial information to understanding fine-timescale interactions between multiple brain regions. However, conventional microdrive designs often only allow use of one type of electrode to record from single or multiple regions, limiting the yield of single-unit or depth profile recordings. It also often limits the ability to combine electrode recordings with optogenetic tools to target pathway and/or cell type specific activity. Presented here is a hybrid microdrive array for freely moving mice to optimize yield and a description of its fabrication and reuse of the microdrive array. The current design employs nine tetrodes and one opto-silicon probe implanted in two different brain areas simultaneously in freely moving mice. The tetrodes and the opto-silicon probe are independently adjustable along the dorsoventral axis in the brain to maximize the yield of unit and oscillatory activities. This microdrive array also incorporates a set-up for light, mediating optogenetic manipulation to investigate the regional- or cell type-specific responses and functions of long-range neural circuits. In addition, the opto-silicon probe can be safely recovered and reused after each experiment. Because the microdrive array consists of 3D-printed parts, the design of microdrives can be easily modified to accommodate various settings. First described is the design of the microdrive array and how to attach the optical fiber to a silicon probe for optogenetics experiments, followed by fabrication of the tetrode bundle and implantation of the array into a mouse brain. The recording of local field potentials and unit spiking combined with optogenetic stimulation also demonstrate feasibility of the microdrive array system in freely moving mice.

This protocol describes the construction of a hybrid microdrive array that allows implantation of nine independently adjustable tetrodes and one adjustable opto-silicon probe in two brain regions in freely moving mice. Also demonstrated is a method for safely recovering and reusing the opto-silicon probe for multiple purposes.

Hybrid Microdrive System mit wiederherstellbarer Opto-Silikon-Sonde und Tetrode für Dual-Site High Density Recording in frei beweglichen Mäusen

Multi-regional neural recordings can provide crucial information to understanding fine-timescale interactions between multiple brain regions. However, ...

Multi-Fiber Photometry to Record Neural Activity in Freely-Moving Animals

Recording the activity of a group of neurons in a freely-moving animal is a challenging undertaking. Moreover, as the brain is dissected into smaller and smaller functional subgroups, it becomes paramount to record from projections and/or genetically-defined subpopulations of neurons. Fiber photometry is an accessible and powerful approach that can overcome these challenges. By combining optical and genetic methodologies, neural activity can be measured in deep brain structures by expressing genetically-encoded calcium indicators, which translate neural activity into an optical signal that can be easily measured. The current protocol details the components of a multi-fiber photometry system, how to access deep brain structures to deliver and collect light, a method to account for motion artifacts, and how to process and analyze fluorescent signals. The protocol details experimental considerations when performing single and dual color imaging, from either single or multiple implanted optic fibers.

This protocol details how to implement and perform multi-fiber photometry recordings, how to correct for calcium-independent artifacts, and important considerations for dual-color photometry imaging.

Multi-Fiber Photometrie zur Aufzeichnung neuronaler Aktivität bei frei beweglichen Tieren

Recording the activity of a group of neurons in a freely-moving animal is a challenging undertaking. Moreover, as the brain is dissected into smaller and ...