Die Autoren möchten auch dank Kris Burner, Stephen McKinney, Laura Tobin, Jenny Gilbreath, Ashley Olley, Megan Hoffer, und Megan Hyde für ihre Arbeit bei der Feinabstimmung dieser Test auszudrücken.

1. Erstellung von individuellen Fliegen für Locomotion Assay <ol><li> Über fliegt durch leichtes Klopfen in einzelne leere Fläschchen und Kappe die Fläschchen mit einem Wattebausch. Lassen Fliegen ungestört 20-30 min vor Beobachtung zu sitzen. Es ist wichtig, um die Fliegen in den Stunden vor der Verhaltensbeobachtung nicht betäuben wie frühere Studien haben gezeigt, Anästhesie Exposition Verhalten zu ändern im Vergleich zu 14 narkotisierten Fliegen. </li><li> Klopfen Sie leicht die Fliege aus dem Fläschchen und legen einzelne Fliegen unter einem Durchmesser von 5 cm Petrischale Deckel (5 mm hoch) mit kleinen Schlitzen auf Luftdurchgang zu ermöglichen. Illuminate von unten und beobachten Sie die Fliegen mit einer Webcam über der Petrischale montiert. </li></ol> 2. Erstellung von individuellen Fliegen für Beschlagnahme Assay <ol><li> Feed-zwei Tage alten Beschlagnahme empfindlich Fliegen entweder Standard-Hefe / Maismehl / Agar-Medien-oder Standard-Medien direkt mit Drogen gemischt. Für die hier vorgestellten Daten wurden Fliegen entweder ein unterwegs zugeführtf Standardmedien oder 1 g Standardmedien mit 25 mg Metformin gemischt. </li><li> Nachdem die Fliegen haben für zwei Tage auf die Medien oder Medien sowie Drogen zugeführt wird, übertragen Sie sie durch leichtes Klopfen in einzelne leere Flaschen und Fläschchen, die Kappe mit einem Wattebausch. Lassen Sie fliegt nach 20 Minuten ruhig stehen, bevor Beobachtung. Es ist wichtig, um die Fliegen in den Stunden vor der Verhaltensbeobachtung nicht betäuben wie frühere Studien haben gezeigt, Anästhesie Exposition Verhalten zu ändern im Vergleich zu 14 narkotisierten Fliegen. </li><li> Vortex einzelnen Ampullen mit einer Fliege auf einem Vortexer Labor mit der höchsten Einstellung für 10 Sekunden. Legen Sie die immobilisiert Fliege auf einem leeren weißen Blatt Papier direkt unter einer Webcam über der Papier montiert. </li></ol> 3. Video Recording <ol><li> Nehmen Sie die Bewegung oder die SLA mit dem Software-Programm HandyAvi <a href="http://www.azcendant.com/download.htm">http://www.azcendant.com/download.htm</a> . Dieses Programm verwendet die Webcam andie Aufnahmen auf der Basis der Benutzereinstellungen. </li><li> Wählen Sie die Option Bilder Zeitraffer der Registerkarte Capture Wenn das Fenster öffnet, wählen Sie die Webcam als Aufnahmegerät. Bei den meisten Versuchen wurde die Videobildgröße von 640 x 480 ist ausreichend. </li><li> Wählen Sie Intel IYUV Codec für die Komprimierung und wählen 0,1 sec / Rahmen für die Beschlagnahme-Assay oder wählen 0,1-0,5 sec / Rahmen für die Bewegung Assay. Auf der Registerkarte Erweitert, wählen Sie schaffen ein. BMP-Bild-Datei für jede Erfassung und wählen Sie einen Ordner für das Programm, um die Bilder, die es braucht (die Bildstapel) zu speichern. </li><li> Legen Sie eine tote Fliege auf dem Blatt Papier. Klicken Sie auf das Video Feld Einstellungen und passen Sie die Einstellungen auf der Registerkarte Geräteeinstellungen so, dass es einen hellen weißen Hintergrund und eine klare Kontrast zu den dunkleren Fliege. </li><li> Klicken Sie auf die Start-Taste, um die Aufnahme zu starten. Sobald die Aufnahmedauer beendet ist, klicken Sie auf die Stopp-Taste. Die Bildstapel sollte nun in der ausgewählten Ordner. Hinweis: Vor der Aufnahme sicher, dass die folder für die Bildstapel ausgewählt ist leer. </li></ol> 4. Datenanalyse mit ImageJ <ol><li> Offene NIH kostenlosen Bildbearbeitungssoftware ImageJ, die heruntergeladen werden kann <a href="http://rsbweb.nih.gov/ij/download.html">http://rsbweb.nih.gov/ij/download.html</a> . Hinweis: Neben dem Herunterladen des Programms, muss der Multitracker-Plug-in heruntergeladen und installiert, wie bei angegeben werden <a href="http://rsbweb.nih.gov/ij/plugins/index.html">http://rsbweb.nih.gov/ij/plugins/index.html</a> . </li><li> Importieren Sie die Bildstapel in ImageJ, indem Sie auf der Registerkarte Datei und wählen Sie dann Import → Bildsequenz. <ol><li> Wählen Sie den Ordner, der die Bildstapel enthält, markieren Sie eines der Bilder und wählen Sie geöffnet. Eine Sequenz Optionen Dialogfeld wird geöffnet. Klicken Sie auf die Namen numerisch sortieren und wählen Sie OK und die Bildstapel werden in ImageJ geladen werden. </li></ol></li><li> Schwellen alle Bilder, so dass jedes aus einem weißen Hintergrund mit der Flug wobeiumgewandelt, um einen schwarzen Punkt. Um diesen Prozess zu beginnen, konvertieren Sie das Bild in ein 8-Bit-Format, indem Sie → 8-Bit-Typ unter der Registerkarte Bild. <ol><li> Klicken Sie auf der Registerkarte Bild und wählen Sie erneut einstellen → Threshold. Dies eröffnet den Threshold Dialogbox, in der die Schwelle abgeschnitten Punkt kann eingestellt werden. </li><li> Scannen Sie durch die Bilder zu sehen, ob es zusätzliche schwarze Punkte oder wenn ein Stück fehlt ein schwarzer Punkt. Wenn dies der Fall ist, der Schwellenwert eingestellt werden, um das Problem zu lindern. Regel die Schwelle muss nicht als Standardprogramm auf einen angemessenen Wert eingestellt werden. Hinweis: Jede Folie in der Stapel sollte nur ein schwarzer Punkt, der die Position der Fliege haben. </li><li> Wählen Sie gelten in der Schwelle Dialog und eine Umwandlung in Dialog-Maske wird geöffnet. Klicken Sie nicht auf eine der Optionen, sondern einfach auf OK, um Schwellen klicken Sie auf die Bildstapel. </li></ol></li><li> Nach den Schwellenbildstapel, wählen Sie den Multitracker-Plug-in auf der Registerkarte Plugins, ummessen die Bewegung der Fliege in Pixel. Der Objekt-Tracker Dialogfeld erscheinen. <ol><li> Klicken Sie auf alle vier Optionen im Dialogfeld gegeben, und wählen Sie OK. Der Multitracker Plug-in wird dann bringen Koordinaten an dem schwarzen Punkt in jeder Scheibe und listen diese im Fenster Ergebnisse sowie die gesamte Weglänge in Pixel. Das Fenster Pfade gibt eine grafische Anzeige des Weges die Fliege nahm. </li><li> Kopieren Sie die x-und y-Koordinatenliste aus dem Fenster Ergebnisse und fügen Sie die Daten in eine Excel-Tabelle. Wenn eine Folie in der Stapel nicht über einen schwarzen Punkt in ihr, wird die Multitracker-Programm an dieser Folie zu stoppen. Wenn dies geschieht, ist es notwendig, zurück auf 4,2 und Re-Schwelle den Stapel Schritt, um sicherzustellen, dass die Fliege Register als schwarzer Punkt in der Folie in Frage. </li></ol></li><li> Um wandeln die Weglängen von Pixel cm, einen separaten Bild von zwei Punkten, die einen cm auseinander auf ein weißes Blatt Papier angeordnet sind. <ol><li> Folgen Sie der obenSchritte (3.1-4.4.2), um die x bestimmen, y-Koordinaten für die beiden Pixel-Punkten und verwenden diese Informationen, um die Anzahl der Pixel, die einen cm zu bestimmen. Dieser Umrechnungsfaktor wird in Schritt fünf verwendet, um Bewegungsdaten in cm zu erzeugen. Hinweis: Sobald dies erledigt ist, ist es wichtig, die für alle zukünftigen Aufnahmen feste Kamera halten. Jedes Mal, wenn die Kamera bewegt wird oder eingestellt werden, muss man diesen Schritt wiederholen, um die Pixel cm konvertieren. </li><li> Die Pfadlänge, die von der Multitracker-Plug-in erzeugt wird überschätzt Bewegung, weil geringe Schwankungen der Körperposition und der Lichtintensität / Reflexion wird die Größe und die Mitte der schwarzen Punkt, der erzeugt wird, wenn Schwellen die Bilder beeinflussen. Dieses Geräusch muss, um eine genaue Schätzung der Fliege Bewegung bekommen entfernt werden. </li></ol></li></ol> 5. Datenanalyse mit Excel <ol><li> Entfernen Sie das Rauschen aus den aufgezeichneten Daten durch den Import der Serie von x, y-Koordinaten durch die Multitracker pr erzeugtOgram in Fly-Analyse, einer Excel Visual Basic-Programm von den Autoren. (Das Programm ist durch Kontaktieren der Autoren verfügbar.) </li><li> Klicken Sie auf die Schaltfläche Klicken Sie mich an und wählen Sie einen Schwellenwert Abschaltung. Einen Schwellenwert von 0,5 cm / sec Wählen Sie für SLA-Analyse oder wählen Sie einen Wert zwischen 0,1 bis 0,3 cm / sec für Bewegungsanalyse. Klicken Sie auf OK und das Programm wird die Geschwindigkeit, Zeit und Strecke der Bewegung zu berechnen. Hinweis: Das Programm verwendet eine Schiebefenster-Analyse, um die Daten in aufeinanderfolgenden Bins 0,5-1,0 sec bewerten und berechnet die Geschwindigkeit während dieses Fensters. Alles, was über den benutzerdefinierten Abschaltung wie Flugbewegung behandelt. </li></ol>

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L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mediators+of+a+long-term+movement+abnormality+in+a+Drosophila+melanogaster+model+of+classic+galactosemia.">Mediators of a long-term movement abnormality in a Drosophila melanogaster model of classic galactosemia.</a> Dis. Model Mech. 5, 796-803 (2012).</li><li>Seiger, M. B., Kink, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effect+of+anesthesia+on+the+photoresponses+of+four+sympatric+species+of+Drosophila.">The effect of anesthesia on the photoresponses of four sympatric species of Drosophila.</a> Behav. Genet. 23, 99-104 (1993).</li><li>Pavlidis, P., Ramaswami, M., Tanouye, M. 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A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Drosophila+as+a+model+for+epilepsy:+bss+is+a+gain-of-function+mutation+in+the+para+sodium+channel+gene+that+leads+to+seizures.">Drosophila as a model for epilepsy: bss is a gain-of-function mutation in the para sodium channel gene that leads to seizures.</a> Genetics. , 187-534 (2011).</li><li>Hardie, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Role+of+AMP-activated+protein+kinase+in+the+metabolic+syndrome+and+in+heart+disease.">Role of AMP-activated protein kinase in the metabolic syndrome and in heart disease.</a> FEBS Lett. 582, 81-89 (2008).</li><li>Fulgencio, J. P., Kohl, C., Girard, J., Pegorier, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+metformin+on+fatty+acid+and+glucose+metabolism+in+freshly+isolated+hepatocytes+and+on+specific+gene+expression+in+cultured+hepatocytes.">Effect of metformin on fatty acid and glucose metabolism in freshly isolated hepatocytes and on specific gene expression in cultured hepatocytes.</a> Biochem. Pharma. 62, 439-446 (2001).</li></ol>

Die Autoren erklären, dass sie keine finanziellen Interessen konkurrieren.

Bei der Prüfung des Bewegungs oder Bewegungsmuster in Drosophila, ist es nützlich, in der Lage, Informationen über die zurückgelegte Wegstrecke, die Geschwindigkeit der Bewegung und die Bewegungsmuster zu extrahieren. Um diese Informationen zu extrahieren, hat teure Ausrüstung traditionell verwendet worden, die oft unerschwinglich für kleinere Labore oder Labors, die solche Tests sparsam verwenden möchten 4,8,9 ist. Die hier beschriebenen Assays können zur Bestimm...

Aufgrund ihrer kurzen Lebensdauer und die robusten genetische Werkzeuge zur Verfügung, ist Drosophila melanogaster eine ausgezeichnete Modellsystem für die Untersuchung der Ursachen verschiedener Erkrankungen und die zugrunde liegende Physiologie der verschiedenen biologischen Prozessen. In vielen Fällen ist es vorteilhaft, um die Auswirkungen, dass Verhaltens, genetische oder pharmakologische Manipulationen haben auf die Fortbewegung in diesen Modellorganismen 1,2 messen. Es gibt eine Vielzahl von Verfahren, die üblicherweise zur Messung der Flugbewegung in zwei Dimensionen 3-7 verwendet werden. Diese Systeme können die Tracking von mehreren Fliegen gleichzeitig unterstützt und kann Geschwindigkeit, Plattenpfadlängen messen und aufzeichnen den Prozentsatz der Zeit eine Fliege verbrachte bewegt. Sie wurden benutzt, um die Bewegung in einer Vielzahl von Zusammenhängen einschließlich der Auswirkungen von Drogen auf die Fortbewegung und die sexuelle Natur der Fliege dimorphic Bewegung 6-9 studieren. Der wesentliche Nachteil dieser Systeme sind die Kosten der Spur system oder die entsprechende Software und Kamera. In einigen Fällen kann dies in die Tausende von Dollar. Die Kosten sind ein besonderes Anliegen für ein Labor, die nur noch eingeschränkte Nutzung würde ein solches System, zum Beispiel, Quantifizierung Lokomotive Muster eines neu isolierten Mutante. Eine einfachere, aber weniger robuste Methode ist es, Systeme, die Rekord-Bewegung auf, wie oft eine Fliege kreuzt einen Infrarotlichtstrahl Pfad, der in der Mitte des geschlossenen Rohr 10,11 platziert wird, verwenden. Während solche Systeme können wertvolle Informationen über die Bewegung und Schlaf-Wach-Zyklen geben, können sie über oder unter Schätzung Bewegung, weil sie nicht den tatsächlichen Pfad der Fliege zu erfassen. So wird beispielsweise Fliegen, die erhebliche Bewegung zeigen an den Enden der Röhre so niedrig Bewegung registrieren fliegt obwohl zusätzliche hochauflösende Methoden verwendet wurden, um zu versuchen, diese Einschränkungen zu umgehen 12. Einfacher und noch billiger sind Klettergeräte, die geotaxi messens, die Aufwärtsbewegung entfernt, durch ein einzelnes Rohr oder eine Reihe von Rohren 2,13. Während solche Systeme sind billig und leicht erkennen können Geotaxis Mängel, scheitern sie an viele andere Aspekte der Bewegung, die von Interesse für die Ermittler wäre zu erfassen. Für viele Labors, eine kostengünstige robuste Analysesystem, das einfach zu gründen und zu betreiben wäre eine vorteilhafte Werkzeug zur Charakterisierung von Verhaltensunterschiede in D. melanogaster Stämme sein. Hier beschreiben wir einen Assay, der Set-up kann die weniger als zweihundert Dollar und ist in der Lage, Informationen über den Weg, Geschwindigkeit und Dauer der Bewegung der Fliege geben. Um die Wirksamkeit des Tests nachweisen, Daten, die zeigen, dass es verwendet werden kann, um zu identifizieren, präsentieren wir: 1) eine Bewegungs Defekt in einem Bang-und Kleinschreibung (BS)-Mutante, die anfällig für Anfälle und 2) die Fähigkeit des Medikaments Metformin, ist die wird häufig verwendet, um Typ-II-Diabetes zu behandeln, um die Intensität der Beschlagnahme-ähnliche Aktivität (SLA) i reduzierenn zwei BS Mutanten.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:1117px;" width="1117">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="68">
			<td height="68" style="height:68px;width:251px;">Name of the Reagent/Equipment</td>
			<td style="width:152px;">Company</td>
			<td style="width:169px;">Catalog Number/Model</td>
			<td style="width:545px;">Comments</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">WebCam</td>
			<td>Logitech</td>
			<td>Pro900</td>
			<td>Any quality webcam will suffice.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">HandiAVI time-lapse software</td>
			<td>Azcendant software</td>
			<td></td>
			<td>Latest version can be found at http://www.azcendant.com/</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">ImageJ</td>
			<td>NIH</td>
			<td></td>
			<td>Latest version can be found at http://rsbweb.nih.gov/ij/download.html</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Multiracker Plug-In</td>
			<td>NIH</td>
			<td></td>
			<td>Latest version can be found at http://rsbweb.nih.gov/ij/plugins/index.html</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Vortexer</td>
			<td>VWR</td>
			<td>Vortex Genie 2</td>
			<td>Most standard size vortexers such as the Vortex Genie 2 will suffice.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">5cm petri dish cover</td>
			<td>LabM Limited</td>
			<td>D011</td>
			<td>Smaller or larger petri dish covers can be used for an arena in movement assay.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Light box</td>
			<td colspan="2">Built from scrap material.</td>
			<td>Illumination is used for the locomotion assay. Depending on the room lighting, it is possible to perform the assay without the light box.&#160;</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a low-cost method for analyzing seizure-like activity and movement in drosophila

Video-Tracking-Systeme sind weit verbreitet, um Drosophila melanogaster Bewegung erkennen und analysieren verschiedene Anomalien im Verhalten Lokomotive. Während diese Systeme kann eine Fülle von Verhaltens Informationen zu liefern, können die Kosten und die Komplexität dieser Systeme unerschwinglich für viele Labore. Wir haben eine Low-Cost-Assay zur Messung Lokomotive Verhalten und Beschlagnahme Bewegung in D. melanogaster entwickelt. Das System verwendet eine Web-Cam Bilder, die mit einer Kombination aus preiswerten und freie Software auf die Spur der Abstand bewegt verarbeitet werden können, zu erfassen, die mittlere Geschwindigkeit der Bewegung und die Dauer der Bewegung während einer bestimmten Zeitspanne. Um den Nutzen dieses Systems zu demonstrieren, untersuchten wir eine Gruppe von D. melanogaster-Mutanten, die Bang-und Kleinschreibung (BS) Gelähmte, die 3-10 mal anfälliger für Beschlagnahme-ähnliche Aktivität (SLA) als Wildtyp-Fliegen sind. Unter Verwendung dieses neuartigen Systems, waren wir in der Lage, zu erkennen, dass die BS Mutant Knall sinnlos (BSS) weist geringere Sondierungsfortbewegung in einer neuen Umgebung als Wildtyp-Fliegen. Außerdem wurde das System verwendet, um zu identifizieren, dass das Medikament Metformin, die üblicherweise verwendet wird, um Typ-II-Diabetes, reduziert die Intensität des SLA in den BS-Mutanten.

Die hier beschriebene Technik bereits verwendet wurde, um Unterschiede in der SLA in den Drosophila-Mutanten BS 1 zu analysieren. Die hier dargestellten Ergebnisse beziehen die BS-Stämme leicht schockiert (EAS), Knall sinnlos (BSS) und technischen KO (TKO). Das EAS-Locus kodiert für ein Ethanolamin-Kinase in Phosphatidylethanolamin 15 Synthese beteiligt und die tko Locus kodiert für eine mitochondriale riboprotein 16. Die BSS-Mutation</...

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A Low-cost Method for Analyzing Seizure-like Activity and Movement in Drosophila

Mit einer Webcam und einer Kombination aus kostenlosen und kostengünstigen Software-Programme können Lokomotive Muster in Drosophila melanogaster analysiert werden, um Unterschiede in der Geschwindigkeit, Distanz, Zeit und der verschiedenen motorischen Aktivitäten zu erkennen.

Ein Low-Cost-Methode für die Analyse von Beschlagnahme-ähnliche Aktivität und Bewegung in<em&gt; Drosophila</em

Video tracking systems have been used widely to analyze Drosophila melanogaster movement and detect various abnormalities in locomotive behavior. While ...

a-low-cost-method-for-analyzing-seizure-like-activity-movement

Research

JoVE Journal

Neuroscience

A Low-cost Method for Analyzing Seizure-like Activity and Movement in Drosophila

13.5K Aufrufe.  Franciscan University of Steubenville.  Mit einer Webcam und einer Kombination aus kostenlosen und kostengünstigen Software-Programme können Lokomotive Muster in Drosophila melanogaster analysiert werden, um Unterschiede in der Geschwindigkeit, Distanz, Zeit und der verschiedenen motorischen Aktivitäten zu erkennen. 

Serie: A Low-cost Method for Analyzing Seizure-like Activity and Movement in Drosophila

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 ...

Forschung

Neurowissenschaften

A Human-machine-interface Integrating Low-cost Sensors with a Neuromuscular Electrical Stimulation System for Post-stroke Balance Rehabilitation

A stroke is caused when an artery carrying blood from heart to an area in the brain bursts or a clot obstructs the blood flow to brain thereby preventing delivery of oxygen and nutrients. About half of the stroke survivors are left with some degree of disability. Innovative methodologies for restorative neurorehabilitation are urgently required to reduce long-term disability. The ability of the nervous system to reorganize its structure, function and connections as a response to intrinsic or extrinsic stimuli is called neuroplasticity. Neuroplasticity is involved in post-stroke functional disturbances, but also in rehabilitation. Beneficial neuroplastic changes may be facilitated with non-invasive electrotherapy, such as neuromuscular electrical stimulation (NMES) and sensory electrical stimulation (SES). NMES involves coordinated electrical stimulation of motor nerves and muscles to activate them with continuous short pulses of electrical current while SES involves stimulation of sensory nerves with electrical current resulting in sensations that vary from barely perceivable to highly unpleasant. Here, active cortical participation in rehabilitation procedures may be facilitated by driving the non-invasive electrotherapy with biosignals (electromyogram (EMG), electroencephalogram (EEG), electrooculogram (EOG)) that represent simultaneous active perception and volitional effort. To achieve this in a resource-poor setting, e.g., in low- and middle-income countries, we present a low-cost human-machine-interface (HMI) by leveraging recent advances in off-the-shelf video game sensor technology. In this paper, we discuss the open-source software interface that integrates low-cost off-the-shelf sensors for visual-auditory biofeedback with non-invasive electrotherapy to assist postural control during balance rehabilitation. We demonstrate the proof-of-concept on healthy volunteers.

A novel low-cost human-machine interface for interactive post-stroke balance rehabilitation system is presented in this article. The system integrates off-the-shelf low-cost sensors towards volitionally driven electrotherapy paradigm. The proof-of-concept software interface is demonstrated on healthy volunteers.

Eine Mensch-Maschine-Schnittstelle Integration von Low-Cost-Sensoren mit einem Neuromuskuläre Elektrostimulation System zur Post-Stroke Balance Rehabilitation

A stroke is caused when an artery carrying blood from heart to an area in the brain bursts or a clot obstructs the blood flow to brain thereby preventing ...

A Method to Inflict Closed Head Traumatic Brain Injury in Drosophila

Traumatic brain injury (TBI) affects millions of people each year, causing impairment of physical, cognitive, and behavioral functions and death. Studies using Drosophila have contributed important breakthroughs in understanding neurological processes. Thus, with the goal of understanding the cellular and molecular basis of TBI pathologies in humans, we developed the High Impact Trauma (HIT) device to inflict closed head TBI in flies. Flies subjected to the HIT device display phenotypes consistent with human TBI such as temporary incapacitation and progressive neurodegeneration. The HIT device uses a spring-based mechanism to propel flies against the wall of a vial, causing mechanical damage to the fly brain. The device is inexpensive and easy to construct, its operation is simple and rapid, and it produces reproducible results. Consequently, the HIT device can be combined with existing experimental tools and techniques for flies to address fundamental questions about TBI that can lead to the development of diagnostics and treatments for TBI. In particular, the HIT device can be used to perform large-scale genetic screens to understand the genetic basis of TBI pathologies.

A Method to Inflict Closed Head Traumatic Brain Injury in Drosophila

Here we describe a method to inflict closed head traumatic brain injury (TBI) in Drosophila. This method provides a gateway to investigate the cellular and molecular mechanisms that underlie TBI pathologies using the vast array of experimental tools and techniques available for flies.

Eine Methode, um geschlossene Kopftraumatische Hirnverletzung in Verursacht<em&gt; Drosophila</em

Traumatic brain injury (TBI) affects millions of people each year, causing impairment of physical, cognitive, and behavioral functions and death. Studies ...

Direct-current Stimulation and Multi-electrode Array Recording of Seizure-like Activity in Mice Brain Slice Preparation

Cathodal transcranial direct-current stimulation (tDCS) induces suppressive effects on drug-resistant seizures. To perform effective actions, the stimulation parameters (e.g., orientation, field strength, and stimulation duration) need to be examined in mice brain slice preparations. Testing and arranging the orientation of the electrode relative to the position of the mice brain slice are feasible. The present method preserves the thalamocingulate pathway to evaluate the effect of DCS on anterior cingulate cortex seizure-like activities. The results of the multichannel array recordings indicated that cathodal DCS significantly decreased the amplitude of the stimulation-evoked responses and duration of 4-aminopyridine and bicuculline-induced seizure-like activity. This study also found that cathodal DCS applications at 15 min caused long-term depression in the thalamocingulate pathway. The present study investigates the effects of DCS on thalamocingulate synaptic plasticity and acute seizure-like activities. The current procedure can test the optimal stimulation parameters including orientation, field strength, and stimulation duration in an in vitro mouse model. Also, the method can evaluate the effects of DCS on cortical seizure-like activities at both the cellular and network levels.

Studies have shown that cathodal transcranial direct-current stimulation can produce suppressive effects on drug-resistant seizures. In this study, an in vitro experimental setup was devised in which the direct-current stimulation and multielectrode array recording of seizure-like activity were evaluated in mice brain slice preparation. The direct-current stimulation parameters were evaluated.

Gleichstrom-Stimulation und Multi-Elektroden-Array-Aufnahme von Seizure-ähnliche Aktivität in Mäuse-Gehirn Scheibe Vorbereitung

Cathodal transcranial direct-current stimulation (tDCS) induces suppressive effects on drug-resistant seizures. To perform effective actions, the ...

High-density Electroencephalographic Acquisition in a Rodent Model Using Low-cost and Open-source Resources

Advanced electroencephalographic analysis techniques requiring high spatial resolution, including electrical source imaging and measures of network connectivity, are applicable to an expanding variety of questions in neuroscience. Performing these kinds of analyses in a rodent model requires higher electrode density than traditional screw electrodes can accomplish. While higher-density electroencephalographic montages for rodents exist, they are of limited availability to most researchers, are not robust enough for repeated experiments over an extended period of time, or are limited to use in anesthetized rodents.1-3 A proposed low-cost method for constructing a durable, high-count, transcranial electrode array, consisting of bilaterally implantable headpieces is investigated as a means to perform advanced electroencephalogram analyses in mice or rats.

Procedures for headpiece fabrication and surgical implantation necessary to produce high signal to noise, low-impedance electroencephalographic and electromyographic signals are presented. While the methodology is useful in both rats and mice, this manuscript focuses on the more challenging implementation for the smaller mouse skull. Freely moving mice are only tethered to cables via a common adapter during recording. One version of this electrode system that includes 26 electroencephalographic channels and 4 electromyographic channels is described below.

Instructions for the low-cost construction and surgical implantation of a chronic transcranial high-density electroencephalographic montage into mice are provided. Signal recording, extraction, and processing techniques are also described.

Mit hoher Dichte Elektroenzephalographische Acquisition in einem Nagetiermodell unter Verwendung von Low-Cost-und Open-Source-Ressourcen

Advanced electroencephalographic analysis techniques requiring high spatial resolution, including electrical source imaging and measures of network ...

Acute In Vivo Electrophysiological Recordings of Local Field Potentials and Multi-unit Activity from the Hyperdirect Pathway in Anesthetized Rats

Converging evidence shows that many neuropsychiatric diseases should be understood as disorders of large-scale neuronal networks. To better understand the pathophysiological basis of these diseases, it is necessary to precisely characterize in which way the processing of information is disturbed between the different neuronal parts of the circuit. Using extracellular in vivo electrophysiological recordings, it is possible to accurately delineate neuronal activity within a neuronal network. The application of this method has several advantages over alternative techniques, e.g., functional magnetic resonance imaging and calcium imaging, as it allows a unique temporal and spatial resolution and does not rely on genetically engineered organisms. However, the use of extracellular in vivo recordings is limited since it is an invasive technique that cannot be universally applied. In this article, a simple and easy to use method is presented with which it is possible to simultaneously record extracellular potentials such as local field potentials and multiunit activity at multiple sites of a network. It is detailed how a precise targeting of subcortical nuclei can be achieved using a combination of stereotactic surgery and online analysis of multi-unit recordings. Thus, it is demonstrated, how a complete network such as the hyperdirect cortico-basal ganglia loop can be studied in anesthetized animals in vivo.

Acute In Vivo Electrophysiological Recordings of Local Field Potentials and Multi-unit Activity from the Hyperdirect Pathway in Anesthetized Rats

In this study, the methodology is presented on how to perform multi-site in vivo electrophysiological recordings from the hyperdirect pathway under urethane anesthesia.

Akut<em&gt; In vivo</em&gt; Elektrophysiologische Aufzeichnungen von lokalen Feldpotentialen und Multi-Unit-Aktivitäten von der Hyperdirect-Pathway in anästhesierten Ratten

Converging evidence shows that many neuropsychiatric diseases should be understood as disorders of large-scale neuronal networks. To better understand the ...

In vivo Calcium Imaging in Mouse Inferior Olive

Inferior olive (IO), a nucleus in the ventral medulla, is the only source of climbing fibers that form one of the two input pathways entering the cerebellum. IO has long been proposed to be crucial for motor control and its activity is currently considered to be at the center of many hypotheses of both motor and cognitive functions of the cerebellum. While its physiology and function have been relatively well studied on single-cell level in vitro, presently there are no reports on the organization of the IO network activity in living animals. This is largely due to the extremely challenging anatomical location of the IO, making it difficult to subject to conventional fluorescent imaging methods, where an optic path must be created through the entire brain located dorsally to the region of interest.
Here we describe an alternative method for obtaining state-of-the-art -level calcium imaging data from the IO network. The method takes advantage of the extreme ventral location of the IO and involves a surgical procedure for inserting a gradient-refractive index (GRIN) lens through the neck viscera to come into contact with the ventral surface of the calcium sensor GCaMP6s-expressing IO in anesthetized mice. A representative calcium imaging recording is shown to demonstrate the feasibility to record IO neuron activity after the surgery. While this is a non-survival surgery and the recordings must be conducted under anesthesia, it avoids damage to life-critical brainstem nuclei and allows conducting large variety of experiments investigating spatiotemporal activity patterns and input integration in the IO. This procedure with modifications could be used for recordings in other, adjacent regions of the ventral brainstem.

In vivo Calcium Imaging in Mouse Inferior Olive

We present a protocol to expose the brainstem of adult mouse from the ventral side. By using a gradient-refractive index lens with a miniature microscope, calcium imaging can be used to examine the activity of inferior olive neural somata in vivo.

In vivo Calcium Imaging in Maus Inferior Olive

Inferior olive (IO), a nucleus in the ventral medulla, is the only source of climbing fibers that form one of the two input pathways entering the ...

Stimulating and Analyzing Adult Neurogenesis in the Drosophila Central Brain

The molecular and cellular mechanisms underlying neurogenesis in response to disease or injury are not well understood. However, understanding these mechanisms is crucial for developing neural regenerative therapies. Drosophila melanogaster is a leading model for studies of neural development but historically has not been exploited to investigate adult brain regeneration. This is primarily because the adult brain exhibits very low mitotic activity. Nonetheless, penetrating traumatic brain injury (PTBI) to the adult Drosophila central brain triggers the generation of new neurons and new glia. The powerful genetic tools available in Drosophila combined with the simple but rigorous injury protocol described here now make adult Drosophila brain a robust model for neural regeneration research. Provided here are detailed instructions for (1) penetrating injuries to the adult central brain and (2) dissection, immunohistochemistry, and imaging post-injury. These protocols yield highly reproducible results and will facilitate additional studies to dissect mechanisms underlying neural regeneration.

Stimulating and Analyzing Adult Neurogenesis in the Drosophila Central Brain

This article provides detailed protocols for inflicting Penetrating Traumatic Brain Injury (PTBI) to adult Drosophila and examining the resulting neurogenesis.

Stimulation und Analyse der adulten Neurogenese im zentralen Gehirn von Drosophila

The molecular and cellular mechanisms underlying neurogenesis in response to disease or injury are not well understood. However, understanding these ...

Stimulation des Gehirns von Mäusen mit einem kostengünstigen EEG und einer millimetergroßen Spule

Low-Cost Electroencephalographic Recording System Combined with a Millimeter-Sized Coil to Transcranially Stimulate the Mouse Brain In Vivo

A low-cost electroencephalographic (EEG) recording system is proposed here to drive transcranial magnetic stimulation (TMS) of the mouse brain in vivo, utilizing a millimeter-sized coil. Using conventional screw electrodes combined with a custom-made, flexible, multielectrode array substrate, multi-site recording can be carried out from the mouse brain. In addition, we explain how a millimeter-sized coil is produced using low-cost equipment usually found in laboratories. Practical procedures for fabricating the flexible multielectrode array substrate and the surgical implantation technique for screw electrodes are also presented, which are necessary to produce low-noise EEG signals. Although the methodology is useful for recording from the brain of any small animal, the present report focuses on electrode implementation in an anesthetized mouse skull. Furthermore, this method can be easily extended to an awake small animal that is connected with tethered cables via a common adapter and fixed with a TMS device to the head during recording.The present version of the EEG-TMS system, which can include a maximum of 32 EEG channels (a device with 16 channels is presented as an example with fewer channels) and one TMS channel device, is described. Additionally, typical results obtained by the application of the EEG-TMS system to anesthetized mice are briefly reported.

Autor im Rampenlicht: Kostengünstiges elektroenzephalographisches Aufzeichnungssystem in Kombination mit einer millimetergroßen Spule zur transkraniellen Stimulation des Mausgehirns in vivo  

A low-cost electroencephalographic recording system combined with a millimeter-sized coil is proposed to drive transcranial magnetic stimulation of the mouse brain in vivo. Using conventional screw electrodes with a custom-made, flexible, multielectrode array substrate, multi-site recording can be carried out from the mouse brain in response to transcranial magnetic stimulation.

Kostengünstiges elektroenzephalographisches Aufzeichnungssystem in Kombination mit einer millimetergroßen Spule zur transkraniellen Stimulation des Mäusegehirns in vivo

A low-cost electroencephalographic (EEG) recording system is proposed here to drive transcranial magnetic stimulation (TMS) of the mouse brain in vivo, ...