Die Autoren danken Elliot Bourgeois für seine technische Unterstützung. Diese Arbeit wurde von den National Institutes of Health Zuschüsse R01HD059288 und R01NS069629 finanziert.

Ein. Lateral Flüssigkeit Percussion Injury <ol><li> Betäuben die Maus mit einem Gemisch aus Ketamin und Xylazin intraperitoneal gegeben. Dann bereiten Sie die Maus den Kopf zur Inzision mit einer Jod-Peeling. </li><li> Durchführen einer Kraniektomie über dem rechten parietalen Region unter Verwendung von 3 mm (Außendurchmesser) Trepan. </li><li> Sichere Luer-Lok Nadelnabe (Innendurchmesser 3 mm) über die Verwendung Kraniektomie cyanoarylate und zahnmedizinischen Acryl. </li><li> 24 Stunden später, betäuben Sie die Maus mit Isofluran durch Inhalation. </li><li> Sobald die normale Atmung wieder aufgenommen wird, aber bevor die Maus wird empfindlich auf Stimulation, liefern 20 ms Puls von Kochsalzlösung in den Schädel über das Fluid Schlagwerk Verletzungen Vorrichtung. </li><li> Unmittelbar nach der Verletzung entfernen Sie den Hub, reanaesthetize die Maus mit Isofluran und vernähen die Kopfhaut geschlossen. Sham-operierten Kontrollen eine identische Prozedur mit Schritt 1,5 weggelassen erhalten. </li></ol> 2. Behavioral Analysis - konditionierte Furcht RespOnse <ol><li> Griff Mäusen an zwei aufeinanderfolgenden Tagen vor der konditionierten Angstreaktion (CFR) Ausbildung. </li><li> Bewegen Sie die Maus in Klimakammer für 3 min vor der Verabreichung von 1,5 mA Boden Schock für 2 sek. Hinterlegen Maus in der Kammer für weitere 30 sek. </li><li> Nach Verzögerungszeit (in der Regel 24 Stunden), Rückkehr Maus Klimakammer für 5 min. Bewerten Einfrieren bei 5 sec Intervallen. Analyse besteht aus den Vergleich der relativen Höhe der Zeit Einfrieren in zwei Populationen, in unserem Fall hirnverletzte Mäusen und Sham-Kontrollen. Niedrigeren Gefrierpunkt Raten (im Vergleich zur Kontrolle) weisen Unfähigkeit, die Zuordnung zwischen dem Rahmen und dem Boden Schock, ein Indiz für Gedächtnisstörung und kognitiver Dysfunktion zurückzuhalten. </li></ol> 3. Vorbereiten Akute Hippocampusschnitte * Hinweis: Betäubung mit einem Bell Jar kann nur für Terminal-Verfahren (wie das Gehirn Dissektion beschrieben) umgesetzt werden. <ol><li> 7 Tage nachVerletzungen, stellen 1 l künstlicher Zerebrospinalflüssigkeit (aCSF) und 250 ml Saccharose Schneidlösung. </li><li> Verwenden ice freizügig um sicherzustellen, dass alle Instrumente und Lösungen während Hirnschnitt Zubereitung verwendet eiskalt sind. </li><li> Betäuben Maus mit Isofluran. Schnell und schonend zu entfernen Gehirn von Mäusen und in Saccharose. </li><li> Trim Gehirn und auf Schneidfläche auf einem Tropfen Sekundenkleber vor einem Agar-Block. </li><li> Cut 350 um dicke koronale Schnitte, sollten Sie in der Lage sein 4 oder 5 Scheiben mit dem intakten Hippocampus Schaltung zu bekommen. </li><li> Inkubieren Scheiben für mindestens 1 h bei 37 ° C. </li></ol> 4. Extrazelluläre Feldpotential Recording <ol><li> Ziehen Sie Borosilikatglas Elektroden 2-5 MΩs mit vertikalen Puller. </li><li> Ort Scheibe in Kammer und Insert Elektrode auf Elektrodenhalter. </li><li> Senken Stimulationselektrode in Bereich in einer axonalen Trakt wie die perforans oder Schaffer Kollateralen. Lower Aufnahme-Elektrodein Position während Überwachungsausgang Spuren um sicherzustellen, daß Elektroden zur gleichen z-Ebene (Tiefe) sind. Wenn eine maximale Reaktion erzielt wird, anhält Reizstrom konstant sind Elektroden zur gleichen z-Ebene. </li><li> Der resultierende Messkurve besteht aus drei Komponenten: dem präsynaptischen Faser volley, das Feld extrazellulären postsynaptischen Potentials (fEPSP) und der postsynaptischen Bevölkerung spike. Die Komponenten können zeitlich überlappen bei einigen Präparaten, was die Analyse erschwert. Wenn nicht eindeutig zwischen ob Antworten sind präsynaptischen oder postsynaptische kann APV und CNQX zu dem Bad, um exzitatorischen Übertragungsblocks hinzugefügt werden, und alle verbleibenden Signale werden von präsynaptischen Ursprungs sein. </li><li> Stimulationsprotokolle variieren drei verschiedene Experimente Arten erzeugen: Input / Output-Kurven, gepaart Puls Aufnahmen und langfristige Plastizität Experimente. Analyse typischerweise aus Messungen Vergleichen der Steigung der fEPSP quer in beiden hirnverletzte Mäusen und scheinBetrieben Kontrollen Steuerung zur Eingabe Stärke durch Messung der Faser volley. </li></ol> 5. Visualisierte Patch-Clamp-Aufzeichnung <ol><li> Planen Scheiben, Elektroden und rig aufzuzeichnen, wie zuvor oben bis zu 4,2 Schritt beschrieben. </li><li> Man überlege Zellen tiefer als 80 um in das Gewebe als Zellen näher an der Oberfläche wird tot sein und / oder reduziert haben Konnektivität. Nähern einer Zelle mit positiven Druck an der Elektrode zu gewährleisten, dass sie nicht verstopfen, wie es unten bewegt durch das Gewebe. Wenn die Elektrode leicht berührt die Zelle gelten Unterdruck um eine &quot;Giga&quot; zwischen der Elektrode und der Plasmamembran zu erstellen. </li><li> Anwenden von kurzen Bursts Unterdruck, um einem Bersten der Membran plama unter der Elektrode und erreichen Ganzzell-Konfiguration. </li><li> Beseitigen Kapazität Transienten mit dem elektrischen Verstärker und einen Ausgleich für Serienwiderstand. Kompensation der Serienwiderstand der Zelle ist unabdingbar, um eine sicherccurate Messungen. </li><li> Zwei Modi der einzelnen Zelle Aufnahmen können durchgeführt werden: Stromzange (Messmembran Spannung) und Voltage-Clamp (Messung Strom durch Ionenkanäle in der Membran). Mögliche Arten der Analyse sind zahlreich, aber in unserem Fall bestehen meist aus biophysikalische Analyse quantifiziert die Geschwindigkeit und Größe der spontanen synaptischen Ströme in beiden hirnverletzte Mäusen und Sham-Kontrollen. </li></ol> 6. Voltage Sensitive Dye Imaging (VSD) <ol><li> Bereiten Scheiben und rig zu erfassen, wie zuvor oben bis zu 4,2 Schritt beschrieben. </li><li> Bereiten Farbstoff Lager durch Mischen von 1 mg di-3-ANEPPDHQ in 50 ul Ethanol; verzichten 2 ul Aliquots in Folie eingewickelt Rohre, bei -20 ° C. Machen die Arbeit Farbstofflösung täglich, durch Verdünnen 1:200 in aCSF. </li><li> Inkubieren Scheibe auf aCSF angefeuchtetem Filterpapier und Flecken mit 90 ul von Farbstoff für 16 min; gründlich mit aCSF und in-Schnittstelle Aufnahme Kammer. </li><li> Passen Licht stimulation Intensität, bis Antwort in der Mitte der Kamera-Sortiment zentriert. Bilder werden typischerweise mit einer Rate von 500-1.000 Frames pro Sekunde erfasst. </li><li> Trigger Shutter für leichte Stimulation 200 ms vor elektrischer Stimulation zu ermöglichen anfängliche schnelle Ausbleichen zu stabilisieren. Mögliche Akquisition Studien zwischen elektrisch stimulierten und nicht-elektrisch stimuliert, um später Subtraktion nicht stimulierten Hintergrund ermöglichen. Rekord Ruhestätte Lichtintensität (Fluoreszenz Lesung mit Shutter geschlossen) vor dem Öffnen Verschluss. Jedes VSD-Studie wird ein x Pixel mal y Pixel betragen by time &quot;Film&quot; der Fluoreszenz Lesungen. Rekord 10 bis 12 VSD Studien in jedem Test Zustand. </li><li> Alle Messungen an dem Intra-Pixel vor elektrische Stimulus-normalisierte Fluoreszenz Änderung durchgeführt werden, folgt dF / F, die wie folgt berechnet wird: Subtrahieren Sie die Ruhe Lichtintensität von der VSD raw erworbenen Studie. Für jedes Pixel in jedem Versuch nach dem Pre-elektrische Stimulus-Mittelwert für die NormalisierungStudie und Subtrahieren Einheit. Tun Sie dies für beide den elektrisch stimulierten und nicht-elektrisch stimuliert Studien. Erstellen einer mittleren &quot;Hintergrundfluoreszenz&quot; trial von den nicht-elektrisch stimuliert Studien und subtrahieren diesem Hintergrund Studie aus den elektrisch stimulierten Studien. 12 solche Studien, die auch üblicherweise in Raum und Zeit, um das Signal-Rausch-Verhältnis zu verbessern filtriert - weitere Analyse wird typischerweise auf dem Durchschnitt von 10 durchgeführt. </li></ol> 7. Regional Dissektionen für Biochemische Analysen <ol><li> Entfernen des Gehirns aus der Maus, wie zuvor beschrieben. </li><li> Bereiten Scheiben mit Gewebe-Chopper. </li><li> Lay Abschnitt flach, microdissect Area CA1 und DG. </li><li> Sofort tauchen in Lysepuffer Protease-Inhibitor. Einfrieren in flüssigem Stickstoff und bei -80 ° C. </li></ol> 8. Repräsentative Ergebnisse Unsere Experimente beginnen in der Regel mit einer Verhaltenstherapie Daten, um die erwarten, bestätigened kognitiven Defiziten, die in hirnverletzte Mäusen existieren. Wir beschäftigen kontextuellen konditionierte Angstreaktion Tests, da es eine Hippocampus abhängige Verhalten, die zuverlässig ist und nur ein Training und ein Test-Session ist. Die Daten in Abbildung 2 dargestellt darstellt Verhaltenstests an anterograde Speicher zu messen, jedoch kann die Prüfung auch zur retrograden Speicher zu messen, wenn das Training vor der Verletzung durchgeführt wird. Feld exzitatorischen postsynaptischen Potentiale (fEPSPs) gemessen werden, um das Netz synaptische Wirksamkeit einer großen Population von Zellen (3A) zu bestimmen. Wir verwenden üblicherweise drei verschiedene Arten von Erregungsmuster, die jeweils BIETEN seine eigenen Ergebnisse und Schlussfolgerungen. Erstens durch eine Erhöhung der Stimulationsintensität durch eine Reihe von Schritten, erzeugen wir eine Eingangs / Ausgangskennlinie (3B / C). Anschließend wird durch Zuführen zwei Stimulationen von der gleichen Intensität separatend von einer kurzen Verzögerung (in der Regel 50 ms) untersuchen wir potenzielle Veränderungen in der synaptischen Vesikel-Freisetzung Wahrscheinlichkeit;. Außerdem haben wir oft durchführen Langzeit-Potenzierung (LTP) Experimente. Nach dem Herstellen einer Basislinienantwort, kurze Hochfrequenzstimulation (üblicherweise 100Hz) mit derselben Intensität abgegeben wird, was eine Kaskade intrazellulärer, die zu einer potenzierten synaptischen Reaktion führt, wenn die normale Stimulation wieder aufgenommen wird. Elektrischer Aktivität von Ganzzell-Patch-eingespannt Zellen in zwei Modi aufgezeichnet werden können. In Spannungsklammer Modus steuert der Experimentator der Membranspannung des Pflasters eingespannten Zelle in Bezug auf das Bad, über Computersoftware, die mit dem Verstärker verbunden ist. In diesem Fall Ströme Vermittlung postsynaptischen Ereignisse aufgezeichnet werden, die Informationen über präsynaptische Freisetzung Frequenz, Anzahl der postsynaptischen Rezeptoren aktiviert und vesikulären Neurotransmitter-Konzentration (Abbildung 4A). In Stromzange Modus der Experimentatormanipuliert eingespeisten Strom und misst die Spannung Antwort. Dies kann nützlich sein, um Eigenschaften des Aktionspotential, wie Aktionspotential Schwelle und Halbwertsbreite bestimmen. Diese Merkmale ermöglichen die funktionelle Zuordnung der Neuronen als exzitatorische oder inhibitorische basierend auf ihren Aktionspotential Abfeuern Mustern (4B). Um die zelluläre Identität zu überprüfen wir empfehlen Befüllen Zellen mit Lucifer Yellow nach dem Aufzeichnen und visuell bestätigt Identität durch die Anwesenheit oder Abwesenheit von dendritischen Dornen. (4C, D). Ein Beispiel für Ergebnisse aus einem Versuch mit spannungsempfindlichen Farbstoff auf Veränderungen der Membran Spannung zu messen ist in Abbildung 5 dargestellt. In diesem Fall hat eine stimulierende Elektrode in der Schaffer Sicherheiten Weges gelegt und das resultierende neuronaler Aktivität im Bereich CA1 analysiert wird. Spannung Farbstoff nicht meldet absoluten Werte der Membran Spannung, sondern tEr Änderung in der Spannung von einem Ausgangszustand ohne Stimulation. Allerdings können Analysen Vergleich von zwei Bedingungen (zB gegen Sham-Hirn-Verletzte) verwendet, um die räumlich-zeitliche Parameter der physiologischen Veränderungen, die nicht gemessen mit fEPSPs oder Ganzzell-Patch-Clamp-Aufzeichnung kann ermittelt werden. <img alt="Abbildung 1" src="/files/ftp_upload/4411/4411fig1.jpg" /> Abbildung 1. Hippocampus Schaltplan. Ein horizontaler Schnitt durch den Hippocampus. Die wichtigsten Wege durch den Hippocampus werden gelb dargestellt. Die Axone von Neuronen im entorhinalen Kortex Projekt über das perforans Weg in den Gyrus dentatus bilden Synapsen mit den Dendriten Gyrus dentatus Körnerzellen. Granule Axone Projekt über das Moosfaser Weg zu CA3 wo sie Synapsen mit den Dendriten von CA3 Neuronen. Die Axone der CA3 Neuronen Projekt über die Schaffer Sicherheiten Weg auf den Dendrites von CA1 Pyramidenzellen. Die Axone der CA1 Pyramidenzellen projizieren aus dem Hippocampus durch die Subiculum. Hinweis: Ebenfalls dargestellt sind CA3 Pyramidenzellen Axon Sicherheiten Projektion zur kontralateralen Hippocampus über die Fimbrien. (CA1: Cornu Ammonis 1, CA2: Cornu Ammonis 2, CA3: Cornu Ammonis 3, DG: Gyrus dentatus, zeigt gestrichelte Linie Zellkörperschicht, durchgezogene Linie zeigt strukturelle Grenzen.) <img alt="Abbildung 2" src="/files/ftp_upload/4411/4411fig2.jpg" /> Abbildung 2. Vertreter Behavioral Data A:. Behavioral Daten Darstellung der Unterschied in Gefrierraten zwischen Gehirn-verletzten Mäuse (FPI) und Sham-Kontrollen (Sham) in der konditionierten Angstreaktion Paradigma. Ausbildung erfolgte am 6. Tag nach der Verletzung, mit der Testphase auftretende 24 Stunden später. (** Bezeichnet p &lt;.01). <img alt="Abbildung 3" fo:content-wreite = &quot;5in&quot; fo: src = &quot;/ files/ftp_upload/4411/4411fig3highres.jpg&quot; src = &quot;/ files/ftp_upload/4411/4411fig3.jpg&quot; /&gt; Abbildung 3. Vertreter Extrazelluläre Recording Data A:. Ein Beispiel für ein Feld exzitatorischen postsynaptischen Potentials (fEPSP) Aufnahme im Bereich CA1. Die erste Auslenkung nach unten ist der Stimulus Artefakt, von der präsynaptischen Faser volley und schließlich die fEPSP gefolgt. B: Input / Output-Kurven darstellen einen Rückgang der Netto-synaptische Wirksamkeit in CA1 folgenden Fluid Percussion Verletzungen (FPI). C: Input / Output-Kurven, das ein Anstieg der Netto-synaptischen Wirksamkeit in Gyrus dentatus (DG) nach FPI. (* Bedeutet p &lt;.05). <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/4411/4411fig3large.jpg" target="_blank">Klicken Sie hier für eine größere Abbildung zu sehen</a> . <img alt="Abbildung 4" src="/files/ftp_upload/4411/4411fig4.jpg" /> Abbildung 4. Vertreter Whole-Cell-Patch-Clamp-Daten A:. Ein Beispiel spontaneexzitatorischen postsynaptischen Strom (sEPSC) von einem CA1 Pyramidenzellen. B: Beispiele Aktionspotential Züge von einem CA1-Pyramidenzellen (obere Kurve) und eine schnelle Spiking CA1 Interneuron (untere Kurve). C: Beispiel einer Lucifer Yellow gefüllt CA1 hemmende Interneuronen. Beachten Sie das Fehlen von dendritischen Dornen (oberes Bild). D: Beispiel Lucifer Yellow gefüllt CA1 pyramidalen Neuronen. Beachten Sie die Anwesenheit von dendritischen Dornen (oberes Bild). <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/4411/4411fig4large.jpg" target="_blank">Klicken Sie hier für eine größere Abbildung zu sehen</a> . <img alt="Abbildung 5" src="/files/ftp_upload/4411/4411fig5.jpg" /> Abbildung 5. Vertreter Voltage Sensitive Dye Imaging Data A:. Maus koronalen Hippocampusschnitt angezeigt Anatomie zeigen. (DG: Gyrus dentatus, CA1: Cornu Ammonis 1) B: gelb bis rot Pixeln, die exzitatorischen Aktivität im Bereich CA1 14 ms nach afferenten Schaffer Sicherheiten Stimulation. Red indicates weitere Depolarisation während Gelb deutet auf eine geringere, aber immer noch signifikant Depolarisation. C: Blau Pixeln, die Seiten der inhibitorischen Aktivität im Bereich CA1 56 ms nach dem gleichen afferenten Schaffer Sicherheiten Stimulation B. Darker blau dargestellt zeigt mehr Hyperpolarisation.

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	<li>Faul, M., Xu, L., Wald, M. M., Coronado, V. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Traumatic+Brain+Injury+in+the+United+States:+Emergency+Department+Visits+Hospitalizations+and+Deaths+2002-2006.">Traumatic Brain Injury in the United States: Emergency Department Visits Hospitalizations and Deaths 2002-2006.</a> Centers for Disease Control and Prevention, National Center for Injury Prevention and Control. , (2010).</li><li>McAllister, T. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neuropsychiatric+sequelae+of+head+injuries.">Neuropsychiatric sequelae of head injuries.</a> Psychiatr. Clin. North Am. 15, 395-413 (1992).</li><li>Pierce, J. E., Smith, D. H., Trojanowski, J. Q., McIntosh, T. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enduring+cognitive,+neurobehavioral+and+histopathological+changes+persist+for+up+to+one+year+following+severe+experimental+brain+injury+in+rats.">Enduring cognitive, neurobehavioral and histopathological changes persist for up to one year following severe experimental brain injury in rats.</a> NSC. 87, 359-369 (1998).</li><li>Dixon, C. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+fluid+percussion+model+of+experimental+brain+injury+in+the+rat.">A fluid percussion model of experimental brain injury in the rat.</a> J. Neurosurg. 67, 110-119 (1987).</li><li>McIntosh, T. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Traumatic+brain+injury+in+the+rat:+characterization+of+a+lateral+fluid-percussion+model.">Traumatic brain injury in the rat: characterization of a lateral fluid-percussion model.</a> Neuroscience. 28, 233-244 (1989).</li><li>Carbonell, W. S., Grady, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Regional+and+temporal+characterization+of+neuronal,+glial,+and+axonal+response+after+traumatic+brain+injury+in+the+mouse.">Regional and temporal characterization of neuronal, glial, and axonal response after traumatic brain injury in the mouse.</a> Acta Neuropathol. 98, 396-406 (1999).</li><li>Toth, Z., Hollrigel, G. S., Gorcs, T., Soltesz, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Instantaneous+perturbation+of+dentate+interneuronal+networks+by+a+pressure+wave-transient+delivered+to+the+neocortex.">Instantaneous perturbation of dentate interneuronal networks by a pressure wave-transient delivered to the neocortex.</a> J. Neurosci. 17, 8106-8117 (1997).</li><li>D'Ambrosio, R., Maris, D. O., Grady, M. S., Winn, H. R., Janigro, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Selective+loss+of+hippocampal+long-term+potentiation,+but+not+depression,+following+fluid+percussion+injury.">Selective loss of hippocampal long-term potentiation, but not depression, following fluid percussion injury.</a> Brain Res. 786, 64-79 (1998).</li><li>Witgen, B. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Regional+hippocampal+alteration+associated+with+cognitive+deficit+following+experimental+brain+injury:+A+systems,+network+and+cellular+evaluation.">Regional hippocampal alteration associated with cognitive deficit following experimental brain injury: A systems, network and cellular evaluation.</a> Neuroscience. 133, 1-15 (2005).</li><li>Schwarzbach, E., Bonislawski, D. P., Xiong, G., Cohen, A. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanisms+underlying+the+inability+to+induce+area+CA1+LTP+in+the+mouse+after+traumatic+brain+injury.">Mechanisms underlying the inability to induce area CA1 LTP in the mouse after traumatic brain injury.</a> Hippocampus. 16, 541-550 (2006).</li><li>Cole, J. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dietary+branched+chain+amino+acids+ameliorate+injury-induced+cognitive+impairment.">Dietary branched chain amino acids ameliorate injury-induced cognitive impairment.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 107, 366-371 (2010).</li></ol>

Keine Interessenskonflikte erklärt.

Jede Technik skizzierten trägt zum besseren Verständnis der zugrunde liegende Mechanismus Veranlassen des beobachteten Verhaltens Defizit. Durch die Kombination der eindeutigen Information von jedem Verfahren gewonnenen können wir die biologischen Mechanismen mit größerer Präzision zu untersuchen. Messen fEPSPs ist nützlich für die Quantifizierung des Netto synaptische Wirksamkeit von großen, räumlich definierten Bereichen von Neuronen. Es kann auch über das Potenzial einer Gruppe...

<table border="1"><tbody><tr><td> Bezeichnung des Geräts </td><td> Firma </td><td> Katalog-Nummer </td><td> Kommentare (optional) </td></tr><tr><td> Axopatch 200B Verstärker </td><td> Molecular Devices </td><td> Axopatch 200B </td><td> Patch-Clamp-rig </td></tr><tr><td> Digidata 1322a Digitizer </td><td> Molecular Devices </td><td></td><td> Patch-Clamp-rig </td></tr><tr><td> MP-225 Mikromanipulator </td><td> Sutter </td><td> MP-225 </td><td> Patch-Clamp-rig </td></tr><tr><td> DMLFSA Mikroskop </td><td> Leica </td><td></td><td> Patch-Clamp-rig </td></tr><tr><td> Multiclamp 700B Verstärker </td><td> Molecular Devices </td><td> MultiClamp 700B </td><td> Multipurpose (Feld)Takelage </td></tr><tr><td> Digidata 1440 Digitizer </td><td> Molecular Devices </td><td></td><td> Multipurpos (Feld) rig </td></tr><tr><td> MPC-200 Mikromanipulator </td><td> Sutter </td><td> MPC-200 </td><td> Multipurpose (Feld) rig </td></tr><tr><td> BX51WI Mikroskop </td><td> Olymp </td><td> BX51WI </td><td> Multipurpose (Feld) rig </td></tr><tr><td> Axoclamp 900A Verstärker </td><td> Molecular Devices </td><td> AXOCLAMP 900A </td><td> VSD rig </td></tr><tr><td> Digidata 1322 Digitizer </td><td> Molecular Devices </td><td></td><td> VSD rig </td></tr><tr><td> Redshirt CCD-SMQ Kamera </td><td> Redshirt </td><td> NCS01 </td><td> VSD rig </td></tr><tr><td> VT 1200S Vibratom </td><td> Leica </td> &lt;td&gt; 14048142066 </td><td></td></tr><tr><td> P-30 Electrode Abzieher </td><td> Sutter </td><td> P-30 / P </td><td></td></tr><tr><td> Komplette Protease-Inhibitor </td><td> Roche </td><td> 11697498001 </td><td></td></tr></tbody></table>

investigations on alterations of hippocampal circuit function following mild traumatic brain injury

Schädel-Hirn-Trauma (SHT) leiden mehr als 1,7 Millionen Menschen in den Vereinigten Staaten jedes Jahr und sogar milde TBI kann permanente neurologische Beeinträchtigungen 1 führen. Zwei allgegenwärtig und behindernden Symptome von TBI Überlebenden, Gedächtnisstörungen und eine Verringerung der Krampfschwelle erlebt, sind vermutlich durch TBI-induzierte Hippocampus Dysfunktion 2,3 vermittelt werden. Um zu demonstrieren, wie veränderte hippocampalen Schaltungsfunktion beeinträchtigt Verhalten bei Mäusen nach SHT beschäftigen wir seitlichen Fluid Schlagwerk Verletzung, eine häufig verwendete Tiermodell der TBI die viele Merkmale der menschlichen TBI einschließlich neuronaler Zellverlust, Gliose und ionischen Perturbation 4 nachbildet - 6. Hier zeigen wir eine kombinatorische Methode zur Untersuchung von TBI-induzierte Hippocampus Dysfunktion. Unser Ansatz umfasst mehrere ex vivo physiologische Techniken zusammen mit Tierverhalten und biochemische Analyse, um zu analysieren,post-SHT Veränderungen im Hippocampus. Wir beginnen mit dem experimentellen Verletzungen Paradigma zusammen mit Verhaltensanalyse, um kognitive Behinderung nach TBI beurteilen. Anschließend bieten wir drei verschiedene ex vivo Aufnahmetechnik: extrazelluläre Feldpotential Aufnahme visualisiert whole-cell Patch-Clamp und Spannung Farbstoff Aufnahme. Schließlich zeigen wir eine Methode für regional Sezieren Teilbereiche des Hippocampus, die nützlich sein können für eine detaillierte Analyse der neurochemischen und metabolische Veränderungen post-TBI. Diese Methoden wurden verwendet, um die Veränderungen im Hippocampus Schaltung nach TBI zu untersuchen und die entgegengesetzten Änderungen im Netzwerk Schaltung Funktion, die im Gyrus dentatus und CA1 Teilbereiche des Hippocampus (siehe Abbildung 1) auftreten, zu untersuchen. Die Fähigkeit, die post-TBI Änderungen in jedem Teilbereich zu analysieren ist wesentlich für das Verständnis der zugrunde liegenden Mechanismen einen Beitrag zur TBI-induzierten Verhaltens-und kognitiven deficits. Das vielseitige System hier skizzierten ermöglicht Ermittler in der Vergangenheit Charakterisierung der Phänomenologie von einem Krankheitszustand (in diesem Fall TBI) induziert schieben und bestimmen die verantwortlichen Mechanismen für die beobachteten Pathologie mit TBI verbunden.

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Investigations on Alterations of Hippocampal Circuit Function Following Mild Traumatic Brain Injury

Ein vielschichtiger Ansatz zur Untersuchung funktionelle Veränderungen im Hippocampus Schaltung erläutert. Elektrophysiologischen Verfahren werden zusammen mit der Schädigung Protokoll Verhaltenstests und regionalen Dissektionsverfahren beschrieben. Die Kombination dieser Techniken können in ähnlicher Weise für andere Hirnregionen und wissenschaftlichen Fragen angewendet werden.

Untersuchungen über Veränderungen der hippokampalen Schaltung Funktion Nach Mild Traumatic Brain Injury

Traumatic Brain Injury (TBI) afflicts more than 1.7 million people in the United States each year and even mild TBI can lead to persistent neurological ...

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Research

JoVE Journal

Neuroscience

15.2K Aufrufe.  Children's Hospital of Philadelphia. Ein vielschichtiger Ansatz zur Untersuchung funktionelle Veränderungen im Hippocampus Schaltung erläutert. Elektrophysiologischen Verfahren werden zusammen mit der Schädigung Protokoll Verhaltenstests und regionalen Dissektionsverfahren beschrieben. Die Kombination dieser Techniken können in ähnlicher Weise für andere Hirnregionen und wissenschaftlichen Fragen angewendet werden.

Serie: Investigations on Alterations of Hippocampal Circuit Function Following Mild Traumatic Brain Injury

Effects of Blast-induced Neurotrauma on Pressurized Rodent Middle Cerebral Arteries

Though there have been studies on the histopathological and behavioral effects of blast exposure, fewer have been dedicated to blast&#39;s cerebral vascular effects. Impact (i.e., non-blast) traumatic brain injury (TBI) is known to decrease pressure autoregulation in the cerebral vasculature in both humans and experimental animals. The hypothesis that blast-induced traumatic brain injury (bTBI), like impact TBI, results in impaired cerebral vascular reactivity was tested by measuring myogenic dilatory responses to reduced intravascular pressure in rodent middle cerebral arterial (MCA) segments from rats subjected to mild bTBI using an Advanced Blast Simulator (ABS) shock tube. Adult, male Sprague-Dawley rats were anesthetized, intubated, ventilated and prepared for Sham bTBI (identical manipulation and anesthesia except for blast injury) or mild bTBI. Rats were randomly assigned to receive Sham bTBI or mild bTBI followed by sacrifice 30 or 60 min post-injury. Immediately after bTBI, righting reflex (RR) suppression times were assessed, euthanasia at the time points post-injury was completed, the brain was harvested and the individual MCA segments were collected, mounted and pressurized. As the intraluminal pressure perfused through the arterial segments was reduced in 20 mmHg increments from 100 to 20 mmHg, MCA diameters were measured and recorded. With decreasing intraluminal pressure, MCA diameters steadily increased significantly above baseline in the Sham bTBI groups while MCA dilator responses were significantly reduced (p &#60; 0.05) in both bTBI groups as evidenced by the impaired, smaller MCA diameters recorded for the bTBI groups. In addition, RR suppression in the bTBI groups was significantly (p &#60; 0.05) higher than in the Sham bTBI groups. MCA&#39;s collected from the Sham bTBI groups exhibited typical vasodilatory properties to decreases in intraluminal pressure while MCA&#39;s collected following bTBI exhibited significantly impaired myogenic vasodilatory responses to reduced pressure that persisted for at least 60 min after bTBI.

Here, we present a protocol to describe methods for ex vivo vascular reactivity determination following a primary blast traumatic brain injury (bTBI) using isolated, pressurized, rodent middle cerebral arterial (MCA) segments. bTBI induction is accomplished using a shock tube, also known as an Advanced Blast Simulator (ABS) device.

Auswirkungen der Explosion-induzierte Neurotrauma auf Druck Nagetier mittlerer Hirnarterien

Though there have been studies on the histopathological and behavioral effects of blast exposure, fewer have been dedicated to blast&#39;s cerebral ...

Forschung

Neurowissenschaften

Investigating Alterations in Caecum Microbiota After Traumatic Brain Injury in Mice

Increasing evidence shows that the microbiota-gut-brain axis plays an important role in the pathogenesis of brain diseases. Several studies also demonstrate that traumatic brain injuries cause changes to the gut microbiota. However, mechanisms underlying the bidirectional regulation of the brain-gut axis remain unknown. Currently, few models exist for studying the changes in gut microbiota after traumatic brain injury. Therefore, the presented study combines protocols for inducing traumatic brain injury using a lateral fluid percussion device and analysis of caecum samples following injury for investigating alterations in the gut microbiome. Alterations of the gut microbiota composition after traumatic brain injury are determined using 16S-rDNA sequencing. This protocol provides an effective method for studying the relationships between enteric microorganisms and traumatic brain injury.

Presented here is a protocol to induce diffuse traumatic brain injury using a lateral fluid percussion device followed by the collection of the caecum content for gut microbiome analysis.

Untersuchung von Veränderungen in Caecum Microbiota nach traumatischen Hirnverletzungen bei Mäusen

Increasing evidence shows that the microbiota-gut-brain axis plays an important role in the pathogenesis of brain diseases. Several studies also ...

Advanced Diffusion Imaging in The Hippocampus of Rats with Mild Traumatic Brain Injury

Mild traumatic brain injury (mTBI) is the most common type of acquired brain injury. Since patients with traumatic brain injury show a tremendous variability and heterogeneity (age, gender, type of trauma, other possible pathologies, etc.), animal models play a key role in unraveling factors that are limitations in clinical research. They provide a standardized and controlled setting to investigate the biological mechanisms of injury and repair following TBI. However, not all animal models mimic the diffuse and subtle nature of mTBI effectively. For example, the commonly used controlled cortical impact (CCI) and lateral fluid percussion injury (LFPI) models make use of a craniotomy to expose the brain and induce widespread focal trauma, which are not commonly seen in mTBI. Therefore, these experimental models are not valid to mimic mTBI. Thus, an appropriate model should be used to investigate mTBI. The Marmarou weight drop model for rats induces similar microstructural alterations and cognitive impairments as seen in patients who sustain mild trauma; therefore, this model was selected for this protocol. Conventional computed tomography and magnetic resonance imaging (MRI) scans commonly show no damage following a mild injury, because mTBI induces often only subtle and diffuse injuries. With diffusion weighted MRI, it is possible to investigate microstructural properties of brain tissue, which can provide more insight into the microscopic alterations following mild trauma. Therefore, the goal of this study is to obtain quantitative information of a selected region-of-interest (i.e., hippocampus) to follow up disease progression after obtaining a mild and diffuse brain injury.

The overall goal of this procedure is to obtain quantitative microstructural information of the hippocampus in a rat with mild traumatic brain injury. This is done using an advanced diffusion-weighted magnetic resonance imaging protocol and region-of-interest based analysis of parametric diffusion maps.

Advanced Diffusion Imaging im Hippocampus von Ratten mit leichter traumatischer Hirnverletzung

Mild traumatic brain injury (mTBI) is the most common type of acquired brain injury. Since patients with traumatic brain injury show a tremendous ...

A Metric Test for Assessing Spatial Working Memory in Adult Rats Following Traumatic Brain Injury

Impairments to sensory, short-term, and long-term memory are common side effects after traumatic brain injury (TBI). Due to the ethical limitations of human studies, animal models provide suitable alternatives to test treatment methods, and to study the mechanisms and related complications of the condition. Experimental rodent models have historically been the most widely used due to their accessibility, low cost, reproducibility, and validated approaches. A metric test, which tests the ability to recall the placement of two objects at various distances and angles from one another, is a technique to study impairment in spatial working memory (SWM) after TBI. The significant advantages of metric tasks include the possibility of dynamic observation, low cost, reproducibility, relative ease of implementation, and low stress environment. Here, we present a metric test protocol to measure impairment of SWM in adult rats after TBI. This test provides a feasible way to evaluate physiology and pathophysiology of brain function more effectively.

Traumatic brain injury (TBI) is commonly associated with memory impairment. Here, we present a protocol to assess spatial working memory after TBI via a metric task. A metric test is a useful tool to study spatial working memory impairment after TBI.

Ein metrischer Test zur Beurteilung des räumlichen Arbeitsgedächtnisses bei erwachsenen Ratten nach traumatischer Hirnverletzung

Impairments to sensory, short-term, and long-term memory are common side effects after traumatic brain injury (TBI). Due to the ethical limitations of ...

Electromagnetic Controlled Closed-Head Model of Mild Traumatic Brain Injury in Mice

Highly reproducible animal models of traumatic brain injury (TBI), with well-defined pathologies, are needed for testing therapeutic interventions and understanding the mechanisms of how a TBI alters brain function. The availability of multiple animal models of TBI is necessary to model the different aspects and severities of TBI seen in people. This manuscript describes the use of a midline closed head injury (CHI) to develop a mouse model of mild TBI. The model is considered mild because it does not produce structural brain lesions based on neuroimaging or gross neuronal loss. However, a single impact creates enough pathology that cognitive impairment is measurable at least 1 month after injury. A step-by-step protocol to induce a CHI in mice using a stereotaxically guided electromagnetic impactor is defined in the paper. The benefits of the mild midline CHI model include the reproducibility of the injury-induced changes with low mortality. The model has been temporally characterized up to 1 year after the injury for neuroimaging, neurochemical, neuropathological, and behavioral changes. The model is complementary to open skull models of controlled cortical impact using the same impactor device. Thus, labs can model both mild diffuse TBI and focal moderate-to-severe TBI with the same impactor.

The protocol describes mild traumatic brain injury in a mouse model. In particular, a step-by-step protocol to induce a mild midline closed head injury and the characterization of the animal model is fully explained.

Elektromagnetisch gesteuertes Closed-Head-Modell für leichtes Schädel-Hirn-Trauma bei Mäusen

Highly reproducible animal models of traumatic brain injury (TBI), with well-defined pathologies, are needed for testing therapeutic interventions and ...

Assessing Changes in Synaptic Plasticity Using an Awake Closed-Head Injury Model of Mild Traumatic Brain Injury

Mild traumatic brain injuries (mTBIs) are a prevalent health issue in North America. There is increasing pressure to utilize ecologically valid models of closed-head mTBI in the preclinical setting to increase translatability to the clinical population. The awake closed-headed injury (ACHI) model uses a modified controlled cortical impactor to deliver closed-headed injury, inducing clinically relevant behavioral deficits without the need for a craniotomy or the use of an anesthetic.
This technique does not normally induce fatalities, skull fractures, or brain bleeds, and is more consistent with being a mild injury. Indeed, the mild nature of the ACHI procedure makes it ideal for studies investigating repetitive mTBI (r-mTBI). Growing evidence indicates that r-mTBI can result in a cumulative injury that produces behavioral symptoms, neuropathological changes, and neurodegeneration. r-mTBI is common in youths playing sports, and these injuries occur during a period of robust synaptic reorganization and myelination, making the younger population particularly vulnerable to the long-term influences of r-mTBI.
Further, r-mTBI occurs in cases of intimate partner violence, a condition for which there are few objective screening measures. In these experiments, synaptic function was assessed in the hippocampus in juvenile rats that had experienced r-mTBI using the ACHI model. Following the injuries, a tissue slicer was utilized to make hippocampal slices to evaluate bidirectional synaptic plasticity in the hippocampus at either 1 or 7 days following the r-mTBI. Overall, the ACHI model provides researchers with an ecologically valid model to study changes in synaptic plasticity following mTBI and r-mTBI.

Here, it is demonstrated how an awake closed-head injury model can be used for examining the effects of repeated mild traumatic brain injury (r-mTBI) on synaptic plasticity in the hippocampus. The model replicates important features of r-mTBI in patients and is used in conjunction with in vitro electrophysiology.

Beurteilung von Veränderungen in der synaptischen Plastizität unter Verwendung eines wachen geschlossenen Kopfverletzungsmodells für ein leichtes Schädel-Hirn-Trauma

Mild traumatic brain injuries (mTBIs) are a prevalent health issue in North America. There is increasing pressure to utilize ecologically valid models of ...

Validierung der Verletzungsreaktion und Verhaltensbewertungen in einem mTBI-Rattenmodell

Rat Model of Closed-Head Mild Traumatic Injury and its Validation

Animal models are crucial for advancing our understanding of mild traumatic brain injury (mTBI) and guiding clinical research. To achieve meaningful insights, developing a stable and reproducible animal model is essential. In this study, we report a detailed description of a closed-head mTBI model and a representative validation method using Sprague-Dawley rats to verify the modeling effect. The model involves dropping a 550 g mass weight from a height of 100 cm directly onto the head of a rat on a destructible surface, followed by a 180-degree turn. To assess the injury, rats underwent a series of neurobehavioral assessments 10 min post-injury, including time of loss of consciousness, first seeking-behavior time, escape ability, and beam balance ability test. During the acute and subacute stages following the injury, behavioral tests were conducted to assess motor coordination ability (Beam task), anxiety (Open Field test), and learning and memory abilities (Morris Water Maze test). The closed-head mTBI model produced a consistent injury response with minimal mortality and replicated real-life situations. The validation method effectively verified the model development and ensured the stability and consistency of the model.

Autor im Rampenlicht: Förderung der Forschung zu traumatischen Hirnverletzungen - Ein geschlossenes Modell für genaue Replikation und schnelle Bewertung 

Here, we present a closed-head mild traumatic brain injury (mTBI) rat model and its validation exhibiting remarkable similarity to human mTBI concerning behavioral manifestations during the acute and subacute stages.

Rattenmodell für leichte traumatische Verletzungen mit geschlossenem Kopf und seine Validierung

Animal models are crucial for advancing our understanding of mild traumatic brain injury (mTBI) and guiding clinical research. To achieve meaningful ...

rmTBI-Induktion bei Mäusen über eine geschlossene Kopfverletzungsmethode

Modified Mouse Model of Repetitive Mild Traumatic Brain Injury Incorporating Thinned-Skull Window and Fluid Percussion

Mild traumatic brain injury is a clinically highly heterogeneous neurological disorder. Highly reproducible traumatic brain injury (TBI) animal models with well-defined pathologies are urgently needed for studying the mechanisms of neuropathology after mild TBI and testing therapeutics. Replicating the entire sequelae of TBI in animal models has proven to be a challenge. Therefore, the availability of multiple animal models of TBI is necessary to account for the diverse aspects and severities seen in TBI patients. CHI is one of the most common methods for fabricating rodent models of rmTBI. However, this method is susceptible to many factors, including the impact method used, the thickness and shape of the skull bone, animal apnea, and the type of head support and immobilization utilized. The aim of this protocol is to demonstrate a combination of the thinned-skull window and fluid percussion injury (FPI) methods to produce a precise mouse model of CHI-associated rmTBI. The primary objective of this protocol is to minimize factors that could impact the accuracy and consistency of CHI and FPI modeling, including skull bone thickness, shape, and head support. By utilizing a thinned-skull window method, potential inflammation due to craniotomy and FPI is minimized, resulting in an improved mouse model that replicates the clinical features observed in patients with mild TBI. Results from behavior and histological analysis using hematoxylin and eosin (HE) staining suggest that rmTBI can lead to a cumulative injury that produces changes in both behavior and gross morphology of the brain. Overall, the modified CHI-associated rmTBI presents a useful tool for researchers to explore the underlying mechanisms that contribute to focal and diffuse pathophysiological changes in rmTBI.

Autor im Rampenlicht: Optimierung von Nagetiermodellen zur Untersuchung der Mechanismen und der Rehabilitation bei wiederholten leichten traumatischen Hirnverletzungen

This protocol presents a modified mouse model of repetitive mild traumatic brain injury (rmTBI) induced via a closed-head injury (CHI) method. The approach features a thinned-skull window and fluid percussion to reduce the inflammation commonly caused by meninges exposure, along with improved reproducibility and accuracy in modeling rmTBI in rodents.

Modifiziertes Mausmodell für repetitives leichtes Schädel-Hirn-Trauma mit verdünntem Schädelfenster und flüssiger Perkussion

Mild traumatic brain injury is a clinically highly heterogeneous neurological disorder. Highly reproducible traumatic brain injury (TBI) animal models ...