Diese Arbeit wurde vom NIH / NINDS gewähren 4R00 NS 057940, und gewähren SCBI 200-12 aus dem Rückenmark und Hirn-Trauma Forschung Fonds aus der Indiana State Department of Health unterstützt.

1. Eine einfache Vorrichtung für unterboten Chirurgie <ol><li> Der Hinterschnitt Gerät, das wir geschaffen besteht aus drei Teilen (Abb. 1): (1) eine Trägerplatte aus Edelstahl oder Kunststoff, die Befestigung von einem Führungsrohr und einer Nadel ermöglicht, und sitzt auf den kranialen Fenster während der Operation gemacht, (2) einem Führungsrohr, dass eine Nadel in Position hält und erlaubt Zeigerumdrehung; und (3) eine Nadel, die 90 Grad bei ~ 3 mm von der Spitze gebogen ist, und ist beweglich durch Rotation und Einfügen. </li><li> Schneiden Sie ein Stück von 1-1,5 mm dick, 7 ~ 10 x 30 mm rechteckig aus Edelstahl oder transparentem Kunststoff (1) auf die Trägerplatte zu machen. Bereiten Sie eine 1,5-Zoll-22-Gauge-(BD Unternehmen, # 305156) und ein 1,5-Zoll-25-Gauge-(BD Unternehmen, # 305127) Spritzennadel. Um ein Führungsrohr, schneiden Sie die Kunststoff-Ende und der unteren Nadel Spitze des 22-Gauge-Kanüle, so dass ihre Gesamtlänge ca. 31-32 mm (2) ist. Sand das Metall Ende zu machen, flach und glatt. Die endgültige Länge dieses Führungsrohr sollte ca. 5-6 mm kürzer als die 25-Gauge-Kanüle werden. </li><li> Verwenden Sie Sekundenkleber auf dem Führungsrohr auf die Trägerplatte zu beheben, um sicherzustellen, dass die Nadel senkrecht auf die Kante des Metalls. </li><li> Legen Sie die 25-Gauge-Kanüle in die Führungsrohr, und biegen Sie die Nadel um 90 Grad 2,5-3 mm von der Spitze (Abb. 1). </li><li> Stellen Sie die vertikale Schwenkbereich der Nadel durch Aufkleben eines kleinen Plastikschlauch auf die bis Ende der Nadel (Abb. 1, Nadel-Stop). Die endgültige Bewegungsbereich der Nadel bestimmt, wie tief die Nadel in die Rinde eingesetzt werden kann, und sollte 1,6-1,8 mm für P21 Ratten und 1,3-1,5 mm für P21 Mäusen werden. Diese Länge muss für verschiedene Arten und Alter der Tiere angepasst werden. </li><li> Bringen Sie einen kleinen Kupferdraht oder ein kleines Stück Klebeband auf das obere Ende der Nadel in die gleiche Richtung wie die gebogenen Spitze (Abb. 1 Nadel-Anzeige). Der Draht oder Band zeigt den Drehwinkel der Nadel während der Operation unterschritten (Abb. 1). </li></ol> 2. Tierische Vorbereitung <ol><li> Alle chirurgischen Instrumente müssen autoklaviert, sterilisiert werden mit einem Glas-Bead-Sterilisator oder desinfiziert mit 70% Ethanol. </li><li> Wir verwenden Sprague / Dawley Ratten bei postnatalen Alter von 20 bis 22 Tage (P20-22) oder CD1-Mäusen im gleichen Alter. Verschiedene Stämme von Mäusen oder Ratten können für bestimmte Projekte eingesetzt werden. </li><li> Anesthetize der Maus mit einer ip Injektion von Ketamin 80 mg / kg und Xylazin 8 mg / kg. Der chirurgische Eingriff beginnt nach dem Tier nicht bis zum Schwanz kneifen reagieren. Während der Operation, wenn nötig, eine Auffrischimpfung mit einem Drittel der ursprünglichen Dosis des Anästhetikums Cocktail gegeben, um den ursprünglichen Zustand wiederherzustellen Betäubung werden. </li><li> Schneiden Sie die Haare auf der Kopfhaut des Tieres mit einem elektrischen Haarschneider. Eine kleine Menge von Augensalbe auf die Augen des Tieres für den Schutz vor Trockenheit während der Narkose. Desinfizieren Sie die Kopfhaut mit einer 10% PVP-Jod-Lösung, die von 70% Ethanol gefolgt. </li><li> Montieren Sie das Tier auf einem stereotaktischen Apparat auf den Kopf in einer stabilen festen Position zu halten. Während der Operation, halten wir das Tier auf einem Heizkissen, um eine Unterkühlung zu verhindern. </li><li> Machen Sie eine Mittellinie anterior-posteriore Inzision auf der Kopfhaut mit einem Skalpell, die sich von lambda, um zwischen den Augen. Verwenden Sie Hämostatika auf die Haut beiseite ziehen und setzen den linken Schädel ausreichend. </li><li> Machen Sie einen rechteckigen Ausschnitt auf der linken Schädel, und verwenden Sie das Skalpell abkratzen Periost. Dieser Schritt reduziert Blutung und erleichtern die Bohrungen auf dem Schädel. </li></ol> 3. Machen Hinterschneidungen <ol><li> Fügen Sie eine kleine Menge von steriler Kochsalzlösung auf der exponierten Schädel-Bereich, und verwenden Sie dann mehrere Q-Tipps, die das Blut reinigen und trocknen Sie den Bereich. </li><li> Unter einem Operationsmikroskop, Anbohren einer rechteckigen Nut (~ 5 x 7 mm bei Ratten, 4 x 5 mm in Mäusen) auf die Mitte des linken Schädel (etwa oberhalb der linken sensomotorischen Kortex). Anwenden eines Tropfen Kochsalzlösung auf dem Schädel erleichtert Bohr-und Wärmeableitung. Nach ca. 2 / 3 Tiefe der Knochen gebohrt, entfernen überschüssige Kochsalzlösung und reinigen Sie die Bohrungen mit einem Q-Tip. Langsam und vorsichtig tiefer bohren, bis das Mittelstück des Knochens ist beweglich auf sanfte Berührung einer Pinzette. </li><li> Entfernen Sie vorsichtig das zentrale Stück des Knochens durch das Einfügen einer scharfen Spitze einer Pinzette auf die Kante des Knochens und langsam heben die Zange auf die linke Hemisphäre aussetzen. </li><li> Unter dem Operationsmikroskop, halten die Hinterschneidung Gerät, und richten Sie die Nadel im parasagittal Richtung und die Trägerplatte senkrecht zur Mittellinie, Kippen des Gerätes leicht nach kaudal, so dass die Visualisierung der Nadelspitze und Ziel kortikalen Bereich aufrecht zu erhalten. Richten Sie die Spitze der Nadel in einen Bereich von 1-2 mm lateral der überlegenen Pfeilnaht, in der Mitte des kranialen Fenster, und vermeiden Sie direkte Eindringen von großen Schiffen. </li><li> Führen Sie die Nadel in horizontaler Richtung durch die Dura und unter der Pia, so dass die Blutgefäße zu schonen. Sit der Unterseite des Gerätes unterschrittenauf den beiden Rändern des kranialen Fenster, so dass die Nadel positioniert ist normal, dass die kortikale Oberfläche (Abb. 1). Halten Sie das Gerät auf den beiden Rändern des kranialen Fenster von Hand erheblich reduzieren oder zu eliminieren Hand schüttelte während des folgenden Verfahrens. Heben Sie die Nadel unter die pia anschließend langsam wieder an einen transkortikalen Schnitt erstellen, bis die Nadel nicht gehen kann tiefer. Drehen ~ 135 ° von der Mittellinie entfernt, um einen Halbkreis weißen Substanz / tiefe Schicht VI unterboten zu schaffen. Dann heben Sie die Nadel wieder unter der Pia. Kippen Sie das Gerät zurück und ziehen Sie die Nadel. </li><li> Optional kann man den obigen Vorgang wiederholen (Schritt 2,5), aber ohne Drehen der Nadel so als zusätzliche transkortikalen Schnitt an den seitlichen Rändern des Fensters zu schaffen. Dadurch wird eine vollständigere kortikalen Isolation. </li><li> Legen Sie ein Stück Plastikfolie (6 x 6 mm) auf den kranialen Fenster für den Schutz und Naht der Kopfhaut. Legen Sie das Tier auf einem Heizkissen, bis sie vollständig aus der Narkose erholt. </li></ol> 4. Repräsentative Ergebnisse: Koronare kortikalen Scheiben herstellen, um den Erfolg der Hinterschneidung Operation zu bestätigen. In Scheiben&gt; 2 Wochen nach der Operation vorbereitet werden transkortikalen und unterboten Schnitte unter Low-Power-Objektiv eines Mikroskops (Abb. 2) erkennbar. Die teilweise isoliert Kortex der Regel wird etwas dünner, und epileptiforme Aktivität kann in der Mehrzahl der kortikalen Scheiben mit Feldpotential Aufnahme (Abb. 3) nachgewiesen werden. Im Gegensatz, die Bildung von großen Löchern in der weißen Substanz oder in tiefen kortikalen Schichten, dramatischen Ausdünnung des lädierten Kortex oder eine fehlgeleitete Schnitt oberhalb oder unterhalb der weißen Substanz wird das Gehirn unbrauchbar für weitere Experimente. <img src="/files/ftp_upload/2840/2840fig1.jpg" alt="Abbildung 1"/> Abbildung 1. Aufbau und Anwendung einer Hinterschneidung Gerät. Ein Führungsrohr (2) wird auf eine Trägerplatte (1), die aus Edelstahl oder transparentem Kunststoff geklebt ist. Eine Kanüle (3) wird durch das Führungsrohr und bog bei ~ 3 mm an der Spitze eingesetzt. Ein Nadelstopp aus Kunststoff Rohr ist auf das obere Ende der Nadel, so dass die vertikalen Bewegungsbereich der Nadel ~ 1,2 mm und ~ 1,5 mm für den Einsatz in P21 Mäusen und Ratten ist jeweils begrenzt geklebt. Ein Segment der kleinen Kupferdraht ist unter dem Griff als Nadel Indikator für die Ausrichtung der gebogenen Nadel befestigt. Beachten Sie, dass das Gerät gekippt wird und in Kontakt mit den beiden Rand des kranialen Fenster, so dass ein Schnitt gemacht parallel zur pialen Oberfläche. <img src="/files/ftp_upload/2840/2840fig2.jpg" alt="Abbildung 2"/> Abbildung 2. Ein repräsentatives Bild unterbieten Scheibe. A. Fluoreszenzbild von einer Scheibe, die zwei Wochen vorbereitet, nachdem unterboten Läsion in einer P48 Ratte wurde. Das Schneiden Wunde wurde mit Fluoreszenzfarbstoff DiI markiert. Die weißen Pfeile auf der rechten Seite zeigen transkortikalen geschnitten, und die Pfeile auf dem Boden zeigen, unterboten, dass, obwohl die Grenze zwischen der Schicht IV und weiße Substanz bestanden. <img src="/files/ftp_upload/2840/2840fig3.jpg" alt="Abbildung 3"/> Abbildung 3. Feldpotential Aufnahme von einer Hinterschneidung in Scheiben schneiden. Feldpotential Aufnahme von einer Hinterschneidung Hirnschnitt ausgestellt epileptiforme Aktivität, was darauf hindeutet Übererregbarkeit des verletzten kortikalen Gewebe.

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	<li>Hoffman, S. N., Salin, P. A., Prince, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chronic+neocortical+epileptogenesis+in+vitro.">Chronic neocortical epileptogenesis in vitro.</a> J Neurophysiol. 71, 1762-1773 (1994).</li><li>Topolnik, L., Steriade, M., Timofeev, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hyperexcitability+of+intact+neurons+underlies+acute+development+of+trauma-related+electrographic+seizures+in+cats+in+vivo.">Hyperexcitability of intact neurons underlies acute development of trauma-related electrographic seizures in cats in vivo.</a> Eur J Neurosci. 18, 486-496 (2003).</li><li>Graber, K., Prince, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Models of Seizures and Epilepsy. , 477-493 (2005).</li><li>Nita, D. A., Cisse, Y., Timofeev, I., Steriade, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Increased+propensity+to+seizures+after+chronic+cortical+deafferentation+in+vivo.">Increased propensity to seizures after chronic cortical deafferentation in vivo.</a> J Neurophysiol. 95, 902-913 (2006).</li><li>Sharpless, S. K., Halpern, L. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+electrical+excitability+of+chronically+isolated+cortex+studied+by+means+of+permanently+implanted+electrodes.">The electrical excitability of chronically isolated cortex studied by means of permanently implanted electrodes.</a> Electroencephalogr Clin Neurophysiol. 14, 244-255 (1962).</li><li>Echlin, F. A., Battista, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Epileptiform+Seizures+from+Chronic+Isolated+Cortex.">Epileptiform Seizures from Chronic Isolated Cortex.</a> Arch Neurol. 9, 154-170 (1963).</li><li>Prince, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Epileptogenic+neurons+and+circuits.">Epileptogenic neurons and circuits.</a> Adv Neurol. 79, 665-684 (1999).</li><li>Marin-Padilla, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Developmental+neuropathology+and+impact+of+perinatal+brain+damage.+II:+white+matter+lesions+of+the+neocortex.">Developmental neuropathology and impact of perinatal brain damage. II: white matter lesions of the neocortex.</a> J Neuropathol Exp Neurol. 56, 219-235 (1997).</li><li>Jin, X., Prince, D. A., Huguenard, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enhanced+excitatory+synaptic+connectivity+in+layer+v+pyramidal+neurons+of+chronically+injured+epileptogenic+neocortex+in+rats.">Enhanced excitatory synaptic connectivity in layer v pyramidal neurons of chronically injured epileptogenic neocortex in rats.</a> J Neurosci. 26, 4891-4900 (2006).</li><li>Li, H., Prince, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synaptic+activity+in+chronically+injured,+epileptogenic+sensory-motor+neocortex.">Synaptic activity in chronically injured, epileptogenic sensory-motor neocortex.</a> J Neurophysiol. 88, 2-12 (2002).</li><li>Salin, P., Tseng, G. F., Hoffman, S., Parada, I., Prince, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Axonal+sprouting+in+layer+V+pyramidal+neurons+of+chronically+injured+cerebral+cortex.">Axonal sprouting in layer V pyramidal neurons of chronically injured cerebral cortex.</a> J Neurosci. 15, 8234-8245 (1995).</li><li>Avramescu, S., Nita, D. A., Timofeev, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neocortical+post-traumatic+epileptogenesis+is+associated+with+loss+of+GABAergic+neurons.">Neocortical post-traumatic epileptogenesis is associated with loss of GABAergic neurons.</a> J Neurotrauma. 26, 799-812 (2009).</li><li>Avramescu, S., Timofeev, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synaptic+strength+modulation+after+cortical+trauma:+a+role+in+epileptogenesis.">Synaptic strength modulation after cortical trauma: a role in epileptogenesis.</a> J Neurosci. 28, 6760-6772 (2008).</li></ol>

Keine Interessenskonflikte erklärt.

Der Hinterschnitt-Modell ist ein hocheffizientes System zur Untersuchung von posttraumatischen Epileptogenese. Eine typische Operation dauert nur ca. 20-30 Minuten zu beenden, und evozierte oder spontane epileptiforme Aktivität kann in Scheiben von den meisten Tieren 2 Wochen nach der Operation 1-2 aufgenommen werden. Noch wichtiger ist, ahmt dieses Modell Aspekte der Veränderungen nach Schädel-Hirn-Verletzungen wie Blutungen, Entzündungen, Ödemen, Axotomie und neuronalen Tod 7.. Nicht nur, da...

<table border="1"><tbody><tr><td> Material Name </td><td> Typ </td><td> Firma </td><td> Katalog-Nummer </td></tr><tr><td> Foredom Mikromotor-Kit </td><td> Ausstattung </td><td> Foredom </td><td> K.1070 </td></tr><tr><td> 1,5-Zoll-22-Gauge-Injektionsnadel </td><td> Material </td><td> BD Unternehmen </td><td> 305156 </td></tr><tr><td> 1,5-Zoll-25-Gauge-Injektionsnadel </td><td> Material </td><td> BD Unternehmen </td><td> 305127 </td></tr><tr><td> Sekundenkleber </td><td> Material </td><td> Ted Pella </td><td> 14450 </td></tr></tbody></table>

preparing undercut model of posttraumatic epileptogenesis in rodents

Teilweise isoliert Cortex (&quot;unterboten&quot;) ist ein Tiermodell für posttraumatische Epileptogenese. Der chirurgische Eingriff beinhaltet das Schneiden durch die sensomotorischen Kortex und der unter der weißen Substanz (Hinterschnitt), so dass eine bestimmte Region der Großhirnrinde weitgehend aus dem benachbarten Kortex und subkortikale Regionen 1-3 isoliert. Nach einer Latenzzeit von zwei oder mehr Wochen nach der Operation können epileptiforme Entladungen in Hirnschnitten von Nagetieren 1 aufgezeichnet werden, und elektrische oder Verhalten Anfälle können in vivo aus anderen Arten wie Katze und Affe 4-6 beobachtet werden. Dieses etablierte Tiermodell ist effizient zu erzeugen und imitiert mehrere wichtige Merkmale von Schädel-Hirn-Verletzungen. Allerdings ist es technisch anspruchsvollen Versuch, präzise kortikalen Läsionen in der kleinen Nager Gehirn mit einer freien Hand zu machen. Basierend auf dem Verfahren zunächst in Dr. David Prince Labor an der Stanford University 1 festgestellt, hier präsentieren wir eine verbesserte Technik, um eine Operation für die Vorbereitung dieses Modell bei Mäusen und Ratten durchgeführt. Wir zeigen, wie man einen einfachen chirurgischen Gerät zu machen und es verwenden, um eine bessere Kontrolle der Schnitttiefe und der Winkel, um genauere und reproduzierbare Ergebnisse erzeugen zu gewinnen. Das Gerät ist einfach zu machen, und das Verfahren ist schnell zu erlernen. Die Erzeugung dieses Tiermodell bietet ein effizientes System zur Studie über die Mechanismen der posttraumatischen Epileptogenese.

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Preparing Undercut Model of Posttraumatic Epileptogenesis in Rodents

Teilweise isoliert Cortex (&quot;unterboten&quot;) ist ein effizientes Tiermodell der posttraumatischen Epileptogenese. Hier zeigen wir, wie eine neuartige chirurgische Gerät zu machen und es verwenden, um genauere und konsistente Läsionen zu machen, um dieses Modell zu generieren.

Vorbereitung Undercut Modell Posttraumatische Epileptogenese in Nagetiere

Partially isolated cortex ("undercut") is an animal model of posttraumatic epileptogenesis. The surgical procedure involves cutting through the ...

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Research

JoVE Journal

Neuroscience

9.3K Aufrufe.  Indiana University School of Medicine. Teilweise isoliert Cortex ("unterboten") ist ein effizientes Tiermodell der posttraumatischen Epileptogenese. Hier zeigen wir, wie eine neuartige chirurgische Gerät zu machen und es verwenden, um genauere und konsistente Läsionen zu machen, um dieses Modell zu generieren.

Serie: Preparing Undercut Model of Posttraumatic Epileptogenesis in Rodents

Habituation and Prepulse Inhibition of Acoustic Startle in Rodents

The acoustic startle response is a protective response, elicited by a sudden and intense acoustic stimulus. Facial and skeletal muscles are activated within a few milliseconds, leading to a whole body flinch in rodents1. Although startle responses are reflexive responses that can be reliably elicited, they are not stereotypic. They can be modulated by emotions such as fear (fear potentiated startle) and joy (joy attenuated startle), by non-associative learning processes such as habituation and sensitization, and by other sensory stimuli through sensory gating processes (prepulse inhibition), turning startle responses into an excellent tool for assessing emotions, learning, and sensory gating, for review see 2, 3. The primary pathway mediating startle responses is very short and well described, qualifying startle also as an excellent model for studying the underlying mechanisms for behavioural plasticity on a cellular/molecular level3.
We here describe a method for assessing short-term habituation, long-term habituation and prepulse inhibition of acoustic startle responses in rodents. Habituation describes the decrease of the startle response magnitude upon repeated presentation of the same stimulus. Habituation within a testing session is called short-term habituation (STH) and is reversible upon a period of several minutes without stimulation. Habituation between testing sessions is called long-term habituation (LTH)4. Habituation is stimulus specific5. Prepulse inhibition is the attenuation of a startle response by a preceding non-startling sensory stimulus6. The interval between prepulse and startle stimulus can vary from 6 to up to 2000 ms. The prepulse can be any modality, however, acoustic prepulses are the most commonly used.
Habituation is a form of non-associative learning. It can also be viewed as a form of sensory filtering, since it reduces the organisms' response to a non-threatening stimulus. Prepulse inhibition (PPI) was originally developed in human neuropsychiatric research as an operational measure for sensory gating7. PPI deficits may represent the interface of "psychosis and cognition" as they seem to predict cognitive impairment8-10. Both habituation and PPI are disrupted in patients suffering from schizophrenia11, and PPI disruptions have shown to be, at least in some cases, amenable to treatment with mostly atypical antipsychotics12, 13. However, other mental and neurodegenerative diseases are also accompanied by disruption in habituation and/or PPI, such as autism spectrum disorders (slower habituation), obsessive compulsive disorder, Tourette's syndrome, Huntington's disease, Parkinson's disease, and Alzheimer's Disease (PPI)11, 14, 15 Dopamine induced PPI deficits are a commonly used animal model for the screening of antipsychotic drugs16, but PPI deficits can also be induced by many other psychomimetic drugs, environmental modifications and surgical procedures.

Habituation and prepulse inhibition of startle are operational measures of sensory gating. Sensory gating is disrupted in schizophrenia, and some other mental disorders and neurodegenerative diseases. We here describe a standard protocol to assess short-term and long-term habituation as well as prepulse inhibition of acoustic startle responses in rats and mice.

Habituation und Vorpuls Hemmung der Acoustic Startle in Nagetiere

The acoustic startle response is a protective response, elicited by a sudden and intense acoustic stimulus. Facial and skeletal muscles are activated ...

Forschung

Neurowissenschaften

Large-scale Recording of Neurons by Movable Silicon Probes in Behaving Rodents

A major challenge in neuroscience is linking behavior to the collective activity of neural assemblies. Understanding of input-output relationships of neurons and circuits requires methods with the spatial selectivity and temporal resolution appropriate for mechanistic analysis of neural ensembles in the behaving animal, i.e. recording of representatively large samples of isolated single neurons. Ensemble monitoring of neuronal activity has progressed remarkably in the past decade in both small and large-brained animals, including human subjects1-11. Multiple-site recording with silicon-based devices are particularly effective because of their scalability, small volume and geometric design.
Here, we describe methods for recording multiple single neurons and local field potential in behaving rodents, using commercially available micro-machined silicon probes with custom-made accessory components. There are two basic options for interfacing silicon probes to preamplifiers: printed circuit boards and flexible cables. Probe supplying companies (<a href="http://www.neuronexustech.com/" >http://www.neuronexustech.com/</a>; <a href="http://www.sbmicrosystems.com/">http://www.sbmicrosystems.com/</a>; <a href="http://www.acreo.se/">http://www.acreo.se/</a>) usually provide the bonding service and deliver probes bonded to printed circuit boards or flexible cables. Here, we describe the implantation of a 4-shank, 32-site probe attached to flexible polyimide cable, and mounted on a movable microdrive. Each step of the probe preparation, microdrive construction and surgery is illustrated so that the end user can easily replicate the process.

We describe methods for large-scale recording of multiple single units and local field potential in behaving rodents with silicon probes. Drive fabrication, probe attachment to the drive and probe implantation processes are illustrated in sufficient details for easy replication.

Großflächige Aufnahme von Neuronen durch Movable Silicon Probes in Behaving Nagetiere

A major challenge in neuroscience is linking behavior to the collective activity of neural assemblies. Understanding of input-output relationships of ...

A Low Cost Setup for Behavioral Audiometry in Rodents

In auditory animal research it is crucial to have precise information about basic hearing parameters of the animal subjects that are involved in the experiments. Such parameters may be physiological response characteristics of the auditory pathway, e.g. via brainstem audiometry (BERA). But these methods allow only indirect and uncertain extrapolations about the auditory percept that corresponds to these physiological parameters. To assess the perceptual level of hearing, behavioral methods have to be used. A potential problem with the use of behavioral methods for the description of perception in animal models is the fact that most of these methods involve some kind of learning paradigm before the subjects can be behaviorally tested, e.g. animals may have to learn to press a lever in response to a sound. As these learning paradigms change perception itself 1,2 they consequently will influence any result about perception obtained with these methods and therefore have to be interpreted with caution. Exceptions are paradigms that make use of reflex responses, because here no learning paradigms have to be carried out prior to perceptual testing. One such reflex response is the acoustic startle response (ASR) that can highly reproducibly be elicited with unexpected loud sounds in na&iuml;ve animals. This ASR in turn can be influenced by preceding sounds depending on the perceptibility of this preceding stimulus: Sounds well above hearing threshold will completely inhibit the amplitude of the ASR; sounds close to threshold will only slightly inhibit the ASR. This phenomenon is called pre-pulse inhibition (PPI) 3,4, and the amount of PPI on the ASR gradually depends on the perceptibility of the pre-pulse. PPI of the ASR is therefore well suited to determine behavioral audiograms in na&iuml;ve, non-trained animals, to determine hearing impairments or even to detect possible subjective tinnitus percepts in these animals. In this paper we demonstrate the use of this method in a rodent model (cf. also ref. 5), the Mongolian gerbil (Meriones unguiculatus), which is a well know model species for startle response research within the normal human hearing range (e.g. 6).

A fast and inexpensive method for the behavioral determination of hearing parameters like hearing thresholds, hearing impairments or phantom perceptions (subjective tinnitus) is described. It uses pre-pulse inhibition of the acoustic startle response and can be easily implemented in a personal computer using a programmable AD/DA-converter and a piezo sensor.

Ein Low-Cost-Setup für Verhaltensaudiometrie in Nagetiere

In auditory animal research it is crucial to have precise information about basic hearing parameters of the animal subjects that are involved in the ...

Recording and Analysis of Circadian Rhythms in Running-wheel Activity in Rodents

When rodents have free access to a running wheel in their home cage, voluntary use of this wheel will depend on the time of day1-5. Nocturnal rodents, including rats, hamsters, and mice, are active during the night and relatively inactive during the day. Many other behavioral and physiological measures also exhibit daily rhythms, but in rodents, running-wheel activity serves as a particularly reliable and convenient measure of the output of the master circadian clock, the suprachiasmatic nucleus (SCN) of the hypothalamus. In general, through a process called entrainment, the daily pattern of running-wheel activity will naturally align with the environmental light-dark cycle (LD cycle; e.g. 12 hr-light:12 hr-dark). However circadian rhythms are endogenously generated patterns in behavior that exhibit a ~24 hr period, and persist in constant darkness. Thus, in the absence of an LD cycle, the recording and analysis of running-wheel activity can be used to determine the subjective time-of-day. Because these rhythms are directed by the circadian clock the subjective time-of-day is referred to as the circadian time (CT). In contrast, when an LD cycle is present, the time-of-day that is determined by the environmental LD cycle is called the zeitgeber time (ZT).
Although circadian rhythms in running-wheel activity are typically linked to the SCN clock6-8, circadian oscillators in many other regions of the brain and body9-14 could also be involved in the regulation of daily activity rhythms. For instance, daily rhythms in food-anticipatory activity do not require the SCN15,16 and instead, are correlated with changes in the activity of extra-SCN oscillators17-20. Thus, running-wheel activity recordings can provide important behavioral information not only about the output of the master SCN clock, but also on the activity of extra-SCN oscillators. Below we describe the equipment and methods used to record, analyze and display circadian locomotor activity rhythms in laboratory rodents.

Circadian rhythms in voluntary wheel-running activity in mammals are tightly coupled to the molecular oscillations of a master clock in the brain. As such, these daily rhythms in behavior can be used to study the influence of genetic, pharmacological, and environmental factors on the functioning of this circadian clock.

Aufnahme und Analyse der zirkadianen Rhythmen in Laufen-Rad-Aktivität in Nagetiere

When rodents have free access to a running wheel in their home cage, voluntary use of this wheel will depend on the time of day1-5. Nocturnal rodents, ...

Deep Brain Stimulation with Simultaneous fMRI in Rodents

In order to visualize the global and downstream neuronal responses to deep brain stimulation (DBS) at various targets, we have developed a protocol for using blood oxygen level dependent (BOLD) functional magnetic resonance imaging (fMRI) to image rodents with simultaneous DBS. DBS fMRI presents a number of technical challenges, including accuracy of electrode implantation, MR artifacts created by the electrode, choice of anesthesia and paralytic to minimize any neuronal effects while simultaneously eliminating animal motion, and maintenance of physiological parameters, deviation from which can confound the BOLD signal.&#160;Our laboratory has developed a set of procedures that are capable of overcoming most of these possible issues. For electrical stimulation, a homemade tungsten bipolar microelectrode is used, inserted stereotactically at the stimulation site in the anesthetized subject. In preparation for imaging, rodents are fixed on a plastic headpiece and transferred to the magnet bore. For sedation and paralysis during scanning, a cocktail of dexmedetomidine and pancuronium is continuously infused, along with a minimal dose of isoflurane; this preparation minimizes the BOLD ceiling effect of volatile anesthetics. In this example experiment, stimulation of the subthalamic nucleus (STN) produces BOLD responses which are observed primarily in ipsilateral cortical regions, centered in motor cortex. Simultaneous DBS and fMRI allows the unambiguous modulation of neural circuits dependent on stimulation location and stimulation parameters, and permits observation of neuronal modulations free of regional bias. This technique may be used to explore the downstream effects of modulating neural circuitry at nearly any brain region, with implications for both experimental and clinical DBS.

This protocol describes a standard method for simultaneous functional magnetic resonance imaging and deep brain stimulation in the rodent. The combined use of these experimental tools allows for the exploration of global downstream activity in response to electrical stimulation at virtually any brain target.

Deep Brain Stimulation mit gleichzeitiger fMRT in Nagetiere

In order to visualize the global and downstream neuronal responses to deep brain stimulation (DBS) at various targets, we have developed a protocol for ...

Acrylic Resin Molding Based Head Fixation Technique in Rodents

Head fixation is a technique of immobilizing animal's head by attaching a head-post on the skull for rigid clamping. Traditional head fixation requires surgical attachment of metallic frames on the skull. The attached frames are then clamped to a stationary platform resulting in immobilization of the head. However, metallic frames for head fixation have been technically difficult to design and implement in general laboratory environment. In this study, we provide a novel head fixation method. Using a custom-made head fixation bar, head mounter is constructed during implantation surgery. After the application of acrylic resin for affixing implants such as electrodes and cannula on the skull, additional resins applied on top of that to build a mold matching to the port of the fixation bar. The molded head mounter serves as a guide rails, investigators conveniently fixate the animal&#8217;s head by inserting the head mounter into the port of the fixation bar. This method could be easily applicable if implantation surgery using dental acrylics is necessary and might be useful for laboratories that cannot easily fabricate CNC machined metal head-posts.

Traditional head fixation techniques have used metallic frames attached on the skull as an interface for head fixation apparatus. This protocol demonstrates a frameless, acrylic resin molding based head fixation technique for behavioral tasks in rodents.

Acrylharz-Form Based Leiter Fixationstechnik in Nagetiere

Head fixation is a technique of immobilizing animal's head by attaching a head-post on the skull for rigid clamping. Traditional head fixation requires ...

Transcranial Electrical Brain Stimulation in Alert Rodents

Transcranial electrical brain stimulation can modulate cortical excitability and plasticity in humans and rodents. The most common form of stimulation in humans is transcranial direct current stimulation (tDCS). Less frequently, transcranial alternating current stimulation (tACS) or transcranial random noise stimulation (tRNS), a specific form of tACS using an electrical current applied randomly within a pre-defined frequency range, is used. The increase of noninvasive electrical brain stimulation research in humans, both for experimental and clinical purposes, has yielded an increased need for basic, mechanistic, safety studies in animals. This article describes a model for transcranial electrical brain stimulation (tES) through the intact skull targeting the motor system in alert rodents. The protocol provides step-by-step instructions for the surgical set-up of a permanent epicranial electrode socket combined with an implanted counter electrode on the chest. By placing a stimulation electrode into the epicranial socket, different electrical stimulation types, comparable to tDCS, tACS, and tRNS in humans, can be delivered. Moreover, the practical steps for tES in alert rodents are introduced. The applied current density, stimulation duration, and stimulation type may be chosen depending on the experimental needs. The caveats, advantages, and disadvantages of this set-up are discussed, as well as safety and tolerability aspects.

This protocol describes a surgical set-up for a permanent epicranial electrode socket and an implanted chest electrode in rodents. By placing a second electrode into the socket, different types of transcranial electrical brain stimulation can be delivered to the motor system in alert animals through the intact skull.

Transkranielle elektrische Hirnstimulation in Alert Nagetiere

Transcranial electrical brain stimulation can modulate cortical excitability and plasticity in humans and rodents. The most common form of stimulation in ...

Cannula Implantation into the Cisterna Magna of Rodents

Cisterna magna cannulation (CMc) is a straightforward procedure that enables direct access to the cerebrospinal fluid (CSF) without operative damage to the skull or the brain parenchyma. In anesthetized rodents, the exposure of the dura mater by blunt dissection of the neck muscles allows the insertion of a cannula into the cisterna magna (CM). The cannula, composed either by a fine beveled needle or borosilicate capillary, is attached via a polyethylene (PE) tube to a syringe. Using a syringe pump, molecules can then be injected at controlled rates directly into the CM, which is continuous with the subarachnoid space. From the subarachnoid space, we can trace CSF fluxes by convective flow into the perivascular space around penetrating arterioles, where solute exchange with the interstitial fluid (ISF) occurs. CMc can be performed for acute injections immediately following the surgery, or for chronic implantation, with later injection in anesthetized or awake, freely moving rodents. Quantitation of tracer distribution in the brain parenchyma can be performed by epifluorescence, 2-photon microscopy, and magnetic resonance imaging (MRI), depending on the physico-chemical properties of the injected molecules. Thus, CMc in conjunction with various imaging techniques offers a powerful tool for assessment of the glymphatic system and CSF dynamics and function. Furthermore, CMc can be utilized as a conduit for fast, brain-wide delivery of signaling molecules and metabolic substrates that could not otherwise cross the blood brain barrier (BBB).

Here we describe a protocol to perform cisterna magna cannulation (CMc), a minimally invasive way to deliver tracers, substrates and signaling molecules into the cerebrospinal fluid (CSF). Combined with different imaging modalities, CMc enables glymphatic system and CSF dynamics assessment, as well as brain-wide delivery of various compounds.

Kanüle Implantation in die Cisterna Magna von Nagetieren

Cisterna magna cannulation (CMc) is a straightforward procedure that enables direct access to the cerebrospinal fluid (CSF) without operative damage to ...

Intracranial Pharmacotherapy and Pain Assays in Rodents

Pain is a salient sensory experience with affective and cognitive dimensions. However, central mechanisms for pain remain poorly understood, hindering the development of effective therapeutics. Intracranial pharmacology presents an important tool for understanding the molecular and cellular mechanisms of pain in the brain, as well as for novel treatments. Here we present a protocol that integrates intracranial pharmacology with pain behavior testing. Specifically, we show how to infuse analgesic drugs into a select brain region, which may be responsible for pain modulation. Furthermore, to determine the effect of the candidate drug in the central nerve system, pain assays are performed after intracranial treatment. Our results demonstrate that intracranial administration of analgesic drugs in a targeted region can provide relief of pain in rodents. Thus, our protocol successfully demonstrates that intracranial pharmacology, combined with pain behavior testing, can be a powerful tool for the study of pain mechanisms in the brain.

Here we present a protocol to perform intracranial pharmacological experiments followed by pain behavior assays in rodents. This protocol allows researchers to deliver molecular and cellular targets in the brain, for pharmacologic agents in the treatment of pain.

Intrakranielle Pharmakotherapie und Schmerz-Assays bei Nagern

Pain is a salient sensory experience with affective and cognitive dimensions. However, central mechanisms for pain remain poorly understood, hindering the ...

The Power of Interstimulus Interval for the Assessment of Temporal Processing in Rodents

Temporal processing deficits have been implicated as a potential elemental dimension of higher-level cognitive processes, commonly observed in neurocognitive disorders. Despite the popularization of prepulse inhibition (PPI) in recent years, many current protocols promote using a percent of control measure, thereby precluding the assessment of temporal processing. The present study used cross-modal PPI and gap prepulse inhibition (gap-PPI) to demonstrate the benefits of employing a range of interstimulus intervals (ISIs) to delineate effects of sensory modality, psychostimulant exposure, and age. Assessment of sensory modality, psychostimulant exposure, and age reveals the utility of an approach varying the interstimulus interval (ISI) to establish the shape of the ISI function, including increases (sharper curve inflections) or decreases (flattening of the response amplitude curve) in startle amplitude. Additionally, shifts in peak response inhibition, suggestive of a differential sensitivity to the manipulation of ISI, are often revealed. Thus, the systematic manipulation of ISI affords a critical opportunity to evaluate temporal processing, which may reveal the underlying neural mechanisms involved in neurocognitive disorders.

Temporal processing, a preattentive process, may underlie deficits in higher-level cognitive processes, including attention, commonly observed in neurocognitive disorders. Using prepulse inhibition as an exemplar paradigm, we present a protocol for manipulating interstimulus interval (ISI) to establish the shape of the ISI function to provide an assessment of temporal processing.