Supported by APA to RJH, NHMRC program grant 400121 to SP, and NMHRC fellowship 1005050 to SP. CAR acknowledges the support of the ARC (FT0990628) and the DOWD fellowship scheme. The Florey Institute of Neuroscience and Mental Health is supported by Victorian State Government infrastructure funds.

Alle Experimente an Mäusen wurden durch die Florey Institute Tierethikkommission genehmigt. 1. Einrichtung zum Schneiden Hirnschnitten <ol><li> Vorbereitung einer von (mM) 125 Cholin-Cl, 2,5 KCl, 0,4 CaCl 2, 6 MgCl 2, 1,25 NaH 2 PO 4, 26 NaHCO 3 umfasst Schneidmittel, 20 D-Glucose mit Carbogen Gas (95% O 2 -5 gesättigten % CO 2) und ein künstlicher Cerebrospinalflüssigkeit (aCSF) Aufnahmelösung (mM) 125 NaCl, 2,5 KCl, 2 CaCl 2, 2 MgCl 2, 1,25 NaH 2 PO 4, 26 NaHCO 3 enthielt, 10 D-Glucose, mit gesättigter Carbogen. Legen Sie die Schnittlösung auf Eis, um sie kalt zu halten. </li><li> Frieren Sie ca. 400 ml des Schneid Lösung und Mischung zusammen mit 100 ml nicht gefrorenen Schneidelösung, um ein Eisbrei erstellen. Blase mit Carbogen (95% O 2 -5% CO 2) bei einem Fluss von etwa 0,5 L / min durch kleine cAliber Schlauch oder Sinterglas, um einen stetigen, aber sanfte Strömung von Luftblasen zu produzieren. </li><li> Bereiten ein 250 ml Becherglas mit einem erhöhten Nylongewebeeinlage, auf der die Gehirnscheiben platziert wird. Füllen Sie mit aCSF, um das Netz um etwa 2 cm und Blase mit Carbogen abdecken, um sicherzustellen, dass die Blasen nicht unmittelbar die Scheibe Haltebereich stören. Es ist auch wichtig, dass sich keine Luftblasen in der Nylon-Mesh, also, wenn irgendeine vorhanden entfernen. Dies wird die Haltekammer und bei RT gehalten (20 - 25 ° C). </li><li> Layout Das Sezieren Instrumente, darunter eine große Schere, eine kleine Schere, kleine und große Mikro Spatel, und große und kleine Paare von Zangen und entspannen sie auf Eis. Legen Sie die Vibratom Gewebeschneiden Block auf Eis auf einem quadratischen Aluminiumfolie. Erhalten 2 Stück 6 cm Filterpapier, eine einzige Rasierklinge und einem 25-ml-Becher mit dem Schneid Lösungsaufschlämmung gefüllt als auch. </li><li> Füllen Sie einen zweiten Behälter mit Eis, und legen ein Stück Gewebe paper auf dem Eis und legen Sie eine 12 cm Kulturschale an der Spitze. Füllen Sie die Kulturschale mit Schnittlösung Eisbrei und Blase mit Carbogen. Dies ist der Container, in dem das Gehirn Dissektion durchgeführt werden. </li><li> Bereiten Sie die Vibratom. Entfernen Sie einen neuen zweischneidiges Rasierklinge (verwenden Sie eine frische Klinge jedes Mal) aus der Verpackung und Spray mit 80% Ethanol dann deionisiertes Wasser. Schneiden Sie ein 3-ml-Plastiktransferpipette an dem Punkt, wo es beginnt zu verjüngen. Dies wird verwendet, um Gehirnscheiben zu übertragen. Biege einen 27 G-Nadel an der Basis etwa 45 ° und heften sich an einer 1 ml-Spritze. Dies wird verwendet, um Scheiben beim Schneiden zu manipulieren. </li></ol> 2. Schneiden Hirnschnitten <ol><li> Betäuben eine Maus (P16 - P18) mit 2% Isofluran oder einer lokal zugelassenen Methode. Nach der Induktion, enthaupten, das Tier mit einem großen Schere und Tropfen den Kopf in den 12 cm Kulturschale, die mit Bläschen Schneid Lösungsaufschlämmung enthält. Der Schlamm muss völlig den Kopf eintauchen fürschnelle Abkühlung. </li><li> Halten Sie die Vorderseite des Kopfes mit einer Hand Peeling die Haut und Bindegewebe nach vorn in Richtung der Nase. Mit den kleinen Schere das Bindegewebe die zugrunde liegende Schädel zu offenbaren. Dann entfernen Sie die Muskeln überlagert dorsalen Aspekt der Schädel und Hals. </li><li> Entfernen Sie das Gehirn aus dem Schädel durch erste Sicherung der Vorderseite des Schädel mit den großen Zange und dann zwei seitliche Schnitte durch den Knochen auf beiden Seiten des Foramen magnum mit den kleinen Schere (Abbildung 1, Schnitte mit A1 und A2). <ol><li> Eine weitere Schnitt zwischen den Augen (nur Front des Bregma) (Abbildung 1, geschnitten mit B) vorsichtig entlang der Pfeilnaht geschnitten vorne und beziehen sich auf die Schnittschädelabschnitte, um das Gehirn (Abbildung 1, schneiden markierten C) zu offenbaren. </li><li> Verwenden Sie den kleinen Spatel, um auf einer Kulturschale schaufelt aus dem Gehirn und den Ort. Seien Sie sich der cranial Nerven auf dem Unterrand des Gehirns die müssen getrennt werden, kann dies unter Verwendung der kleineren Mikro Spachtel erfolgen. Mit den größeren Spachtel übertragen das Gehirn, um die 25-ml-Becher mit dem Schneid Lösungsaufschlämmung gefüllt. </li></ol></li><li> Vorbereiten des Gehirnhälfte zum Schneiden. <ol><li> Legen Sie ein Stück der 6 cm Filterpapier in den Boden einer frischen Kulturschale dann mit frischen Schnitt Lösungsaufschlämmung und Blase zu füllen. Verwenden Sie den größeren Spachtel, um das Gehirn, Bauchseite nach unten zu positionieren, auf das Filterpapier. Nehmen Sie eine neue und gereinigt einzigen Rasierklinge und schneiden Sie das Gehirn, um das Kleinhirn zu entfernen, dann ein Schnitt entlang der Mittellinie, um das Gehirn in zwei Hemisphären zu trennen. </li></ol></li><li> Vorbereiten des Vibratom Gewebeblock. <ol><li> Nehmen Sie die gekühlte Vibratom Gewebeblock, trocknen Sie die Oberfläche, und einen Tropfen Sekundenkleber in der Mitte und gleichmäßig verteilt auf die ungefähre Größe des Gehirns. Verwenden Sie den kleinen Spatel zu einem der ManipulationGehirnhälften auf die große Mikro Spatel so dass die mediale Seite des Gehirns ab. </li><li> Berührt die Kante der Spatel an der Grenzfläche des Gehirns auf dem zweiten Stück Filterpapier, um so viel von der Lösung, wie möglich zu entfernen. Schieben des Gehirns abseits grosser Spatel unter Verwendung der kleineren Spatel, um es auf den Leim zu führen. </li><li> Sichern Sie den Schneideblock in die Vibratom Kammer und füllen Sie die Kammer mit Schneid Lösungsaufschlämmung und Blase, wodurch das Gehirn vollständig eingetaucht ist. Drehen Sie den Schneideblock, so dass die Bauchseite des Gehirns wird die Klinge gegenüber. </li></ol></li><li> Schneiden des Gehirns. Hinweis: Jeder Vibratom ist einzigartig, so folgen Sie den Anweisungen des Herstellers. <ol><li> Stellen Sie die Scheibendicke zu 450 &amp; mgr; m, und sicherzustellen, dass die Klinge schwingt, wie es durch das Gehirn bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,3 mm / s. Vollständig durch das Gehirn von der Bauchseite zu der kortikalen Oberfläche schneiden, wird diese ganze Gehirn sagittal, die B produzierene für elektrophysiologischen Ableitungen verwendet. Slices werden seitlich an medial produziert werden und in der Regel 3-4 Scheiben können aus jeder Hemisphäre abgeschnitten werden. </li><li> Wenn die Basis der Scheibe Aufzüge benutzen Sie den gebogenen 27 G Nadel sanft drücken Sie die Scheibe wieder nach unten. Da jede Scheibe geschnitten wird, verwenden Sie die Transferpipette, um es auf die Plattform in der Haltekammer, wo sie lebensfähig für bis zu 8 Stunden sind zu bewegen. </li></ol></li></ol> 3. Extrazelluläre Elektrophysiologie Recordings <ol><li> Montage der Scheibe in der Aufnahme Kammer. <ol><li> Unter Verwendung der Transferpipette, legen Sie einen Hirnschnitt in einem untergetauchten Aufnahme Kammer mit aCSF in 1 fließt perfundiert - 2 ml / min und 32 ° C erhitzt. Das für Aufzeichnungen verwendet aCSF unterscheidet sich von der in der Haltekammer wie der Mg 2+ -Konzentration von 2 bis 4 mm vergrößert. </li><li> Befestigen Sie die Scheibe mit einem &quot;Harfe&quot; (halbkreisförmige Edelstahl mit Nylon-Stränge an erstreckte sich über 2 - 3 mm Abstand). Platzdie Harfe so dass die Stränge parallel laufen zu CA1. Erhöhen die Geschwindigkeit der Perfusion zum 8 - 10 ml / min bei 32 ° C. </li></ol></li><li> Unter einem Präpariermikroskop Ort eine Stimulationselektrode und eine Aufzeichnungselektrode (Glaselektrode mit der Aufzeichnungslösung gefüllte aCSF) auf der Oberfläche des Stratum radiatum von CA1 (2A). Setzen Sie den ersten Stimulationselektrode dann die Aufzeichnungselektrode. </li><li> Stimulieren die Schaffer-Kollateralen mit 120-150 &amp; mgr; A Amplitude und 0,1 ms Dauer Testimpuls und beobachten Sie die resultierende Feld exzitatorischen postsynaptischen Potentials (fEPSP) Wellenform zu bestimmen, slice Gesundheit (2B). Die anregenden und Aufzeichnungselektroden müssen möglicherweise in die Scheibe bewegt werden etwa 50 bis 100 &amp; mgr; m von der Scheibenoberfläche ein fEPSP Aufnahme mit einer kleinen Faser volley und großer Amplitude zu erhalten. Der Schaffer Sicherheiten evozierte fEPSPs sind stereotype und ein guter Indikator für die Gesundheit Scheibe. HEalthy Scheiben zeigen typischerweise einen Faser volley zum Amplitudenverhältnis von weniger als 0,3 fEPSP. </li><li> Neupositionierung der Elektroden. <ol><li> Verwendung eines Seziermikroskops Bewegen der Stimulationselektrode zu der Mitte der Schicht oriens und bewegen die Aufzeichnungselektrode auf den pyramidalen Zellschicht so nahe an die Aufzeichnungselektrode wie möglich, wie in 3A gezeigt. Die anregenden und Aufzeichnungselektroden müssen möglicherweise in die Scheibe gedrückt werden etwa 50 bis 100 &amp; mgr; m, so dass die fEPSP Antwortamplitude in die 120-150 uA Testimpuls ist ungefähr 1 mV. </li></ol></li><li> Erzeugen γ Schwingungen. <ol><li> So generieren γ Schwingungen stimulieren das Gewebe mit einem Zug von 20 x 0,1 bei 200 Hz geliefert msec Pulse. Diese tetanischen Stimulus können reproduzierbare Reaktionen ergeben bei Auslieferung alle 5 min. </li></ol></li><li> Verwenden Sie die folgenden Aufnahmeparameter. <ol><li> Skalieren Sie die Verstärkung des Ausgangssignals, um den Eingangsspannungsbereich entsprechenDer Analog-Digital-Wandler. Sicherzustellen, dass die maximale erwartete Signal Exkursion wird ein Minimum von 30% der Eingangsspannungsbereich. Seien Sie vorsichtig bei der Einstellung Gewinne zu hoch wie Signale könnten Clip. Die typische Bandbreite für Feldaufnahmen gebraucht wird, ist 500 Hz bei AC-Kopplung bei 0,1 Hz, um Basisliniendrift zu entfernen. </li><li> Digitalisieren mindestens 4-5 mal schneller als die Eckfrequenz des Tiefpassfilters, um Signal Aliasing zu vermeiden. </li></ol></li><li> Datenanalyse. <ol><li> Hochpassfilter Daten bei 5 Hz, alle Grundlinie verschiebt sich zu entfernen. Identifizieren Spikes mit einem Derivat Schwelle mit einer Mindest Ereignis Trennung von 10 ms, ein typisches Ereigniszeit zu Spitze und Regressions Intervall von 7 ms ein Schwellenwert von ~ 100 mV / msec und einer Trenn Tal von 100%. Berechnen Latenz die Zeit für den ersten identifizierten Spike ergriffen werden, um nach dem Ende des Stimulationsartefakt auf. Diese Analyse ermöglicht die Charakterisierung der Anzahl von Spikes, Latenz, inter-Ereignisintervall und die Dauer berechnet alsfolgt: </li><li> Berechnung der Anzahl der Spitzen als die Gesamtzahl der Spitzen pro Schwingung für jeden Durchlauf bestimmt. </li><li> Berechnen Sie die Schwingungs Latenz. Für jede Schwingung, subtrahieren die Zeit des ersten identifizierten Spitze vom Ende des Stimulationsartefakt. </li><li> Berechnen Sie die durchschnittliche inter-Ereignis-Intervall (ISI). Bestimmen Sie die Zeitdauer zwischen mehreren erfassten Spitzen und Durchschnitt. </li><li> Berechnen Sie die Schwingungsdauer. Messen Sie die Zeit zwischen dem ersten und letzten erkannten Spitze innerhalb jeder Schwingung. </li></ol></li></ol>

<ol>
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Neurophysiol. 26 (4), 407-418 (1969).</li><li>Bartos, M., Vida, I., Jonas, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synaptic+mechanisms+of+synchronized+gamma+oscillations+in+inhibitory+interneuron+networks.">Synaptic mechanisms of synchronized gamma oscillations in inhibitory interneuron networks.</a> Nat. Rev. Neurosci. 8 (1), 45-56 (2007).</li><li>Buzs&#225;ki, G., Wang, X. -. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanisms+of+gamma+oscillations.">Mechanisms of gamma oscillations.</a> Annu. Rev. 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Physiol. 502 (3), 591-607 (1997).</li><li>Avoli, M., Panuccio, G., Herrington, R., D&#8217;Antuono, M., de Guzman, P., L&#233;vesque, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Two+different+interictal+spike+patterns+anticipate+ictal+activity+in+vitro.">Two different interictal spike patterns anticipate ictal activity in vitro.</a> Neurobiol. Dis. 52, 168-176 (2013).</li><li>Boido, D., Jesuthasan, N., de Curtis, M., Uva, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Network+Dynamics+During+the+Progression+of+Seizure-Like+Events+in+the+Hippocampal-Parahippocampal+Regions.">Network Dynamics During the Progression of Seizure-Like Events in the Hippocampal-Parahippocampal Regions.</a> Cereb Cortex. 24 (1), 162-173 (2014).</li><li>Gloveli, T., Albrecht, D., Heinemann, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Properties+of+low+Mg2++induced+epileptiform+activity+in+rat+hippocampal+and+entorhinal+cortex+slices+during+adolescence.">Properties of low Mg2+ induced epileptiform activity in rat hippocampal and entorhinal cortex slices during adolescence.</a> Brain Res. Dev. 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A., Petrou, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enhanced+in+vitro+CA1+network+activity+in+a+sodium+channel+&#946;1(C121W)+subunit+model+of+genetic+epilepsy.">Enhanced in vitro CA1 network activity in a sodium channel &#946;1(C121W) subunit model of genetic epilepsy.</a> Epilepsia. 55 (4), 601-608 (2014).</li><li>Lord, L. -. D., Expert, P., Huckins, J. F., Turkheimer, F. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cerebral+energy+metabolism+and+the+brain/'s+functional+network+architecture:+an+integrative+review.">Cerebral energy metabolism and the brain/'s functional network architecture: an integrative review.</a> J. Cereb. 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Neurophysiol. 85 (5), 2063-2069 (2001).</li></ol>

Die Autoren haben nichts zu offenbaren.

Eine robuste Methode, um CA1 γ Schwingungen in akuten Hirnschnitten zu erzeugen, beschrieben. Die erzeugten Schwingungen ergeben sich aus einer lokalen Schaltung ermöglicht eine bessere Gelegenheit für die Steuerung und das Verständnis der neurophysiologischen Grundlagen der Netzwerkschwingungen 12. AMPA-Rezeptoren, GABA A -Rezeptoren, I h und T-Typ Ca2 + -Kanäle sind alle für γ Schwingungen in diesem Modell erforderlich. Während die lokalen hier beschriebenen CA1 Schw...

Gehirn-Netzwerk-Oszillationen treten in unterschiedlichen Frequenzbändern, die zu Verhaltenszustände zu korrelieren. Bei Nagetieren Hippocampus θ Schwingungen - werden (5 10 Hz) während der Sondierungs Verhaltensweisen 1,2 beobachtet, während γ Schwingungen (20 - 80 Hz) assoziieren mit verschiedenen kognitiven Prozesse, einschließlich der Wahrnehmung und Aufmerksamkeit 3,4. Synchron γ Netzwerkaktivität wird auch in der Pathologie von Erkrankungen wie Epilepsie und Schizophrenie 5,6 gebracht. Beispielsweise sind γ Schwingungen gedacht, um Bereiche der kortikalen Epilepsieherden 5,7,8 entsprechen und könnte als Marker der pharmacosensitivity oder Widerstands zwei wichtige Untersuchungsbereiche in Epilepsieforschung 9 verwendet werden. Der Hippocampus Hirnschnitt ist ein Modell, das in großem Umfang verwendet wurde, um die Netzwerkaktivität 10-12 zu untersuchen. Verschiedene Protokolle wurden entwickelt, um γ Schwingungen in Hirnschnitten, die typischerweise erzeugen involve pharmakologischen Modulation, wie niedrige Mg 2+, 4-Aminopyridin (4AP) Bicucullin und Kainsäure 12-17. Mängel der pharmakologisch ausgelöst Schwingungen sind, dass sie nach dem Zufallsprinzip nach der Arzneimittelanwendung auftreten und werden nicht zuverlässig erzeugt oder über die Zeit stabil. Elektrisch ausgelöst γ Schwingungen zu überwinden viele dieser Probleme und haben auch den Vorteil, zeitlich auf die anregende Veranstaltung so dass für episodische Aufzeichnung und Analyse gesperrt. Hier ein Protokoll zur Erzeugung von CA1 γ Schwingungen durch die Bereitstellung einer tetanischen Stimulation, um das Stratum oriens im Hippocampus Scheibe beschrieben.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>4-(N-Ethyl-N-phenylamino)-1,2- dimethyl-6-(methylamino) pyrimidinium chloride (ZD7288)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>Z3777</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Biuculline</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>14340</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>6-cyano-7-nitroquinoxa- line-2,3-dione (CNQX)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>C127</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nickel</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>266965</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Carbamazepine</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>C4024</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>(2R)-amino-5-phosphonopentano-ate (APV)</td>
			<td>Tocris Bioscience</td>
			<td>0105</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Retigabine</td>
			<td>ChemPacific</td>
			<td>150812-12-7</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Choline-Cl</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>C1879-5KG</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>KCl</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>P9333-500G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NaH2PO4</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>S9638-250G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NaHCO3</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>S6297-250G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NaCl</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>S7653-5KG</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glucose</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>G8270-1KG</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CaCl2.2H2O</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>223506-500G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MgCl2.6H2O</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>M2670-500G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electrode glass</td>
			<td>Harvard Apparatus&#160;</td>
			<td>GC150F-10</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Concentric bipolar stimulating metal electrode&#160;</td>
			<td>FHC</td>
			<td>CBBPF75</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Digital Isolator</td>
			<td>Getting Instruments</td>
			<td>Model BJN8-9V1&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Model 1800 amplifier</td>
			<td>A-M systems</td>
			<td>Model 1800 amplifier</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Digitizer</td>
			<td>National Intruments</td>
			<td>NI USB-6211</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vibrotome</td>
			<td>Leica</td>
			<td>VT1200s</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

generation of local ca1 &#947; oscillations by tetanic stimulation

Neuronale Netzwerk-Oszillationen sind wichtige Merkmale der Hirnaktivität in Gesundheit und Krankheit und kann durch eine Reihe von klinisch verwendeten Medikamente moduliert werden. Ein Protokoll ist vorgesehen, um ein Modell zur Untersuchung von CA1 γ Schwingungserzeugung (20 - 80 Hz). Diese γ Schwingungen sind stabil für mindestens 30 min und hängen von exzitatorischen und inhibitorischen synaptischen Aktivität zusätzlich zur Aktivierung des Schrittmacherströme. Tetanically stimuliert Oszillationen haben eine Anzahl von reproduzierbaren und leicht quantifizierbar Eigenschaften einschließlich Spikezahl, Schwingungsdauer, Latenz und Frequenz, die von der Netzwerkstatus zu melden. Die Vorteile der elektrisch stimuliert Schwingungen zählen Stabilität, Reproduzierbarkeit und episodischen Akquisition ermöglicht robuste Charakterisierung der Netzwerkfunktion. Dieses Modell der CA1 γ Schwingungen verwendet werden, um zelluläre Mechanismen zu studieren und systematisch zu untersuchen, wie die neuronale Netzwerkaktivität in Krankheit und durch Medikamente verändert werden.Krankheitszustand Pharmakologie kann leicht durch den Einsatz von Gehirnschnitten, die aus genetisch veränderten oder interventionelle Tiermodellen eingebaut werden, um die Auswahl von Wirkstoffen, die spezifisch auf Krankheitsmechanismen zu aktivieren.

Tetanische Stimulation der Stratum oriens erzeugt robuste und reproduzierbare γ Schwingungen (35,4 ± 2,2 Hz), siehe Abbildung 3B. Um zu demonstrieren, dass die Schwingungen wurden innerhalb des lokalen Netzwerks CA1 die Eingänge von CA3 wurden, indem die Scheibe in der CA2 Region mit einem gebogenen 32 G Nadel getrennt erzeugt. Die Schwingungseigenschaften in den geschnittenen Scheiben nicht von den unbeschnittenen Scheiben unterscheiden (p = 0,85; geschnittenen Scheiben 6,16 ± 1,1 Spitzen, n = 6; u...

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Generation of Local CA1 &amp;#947; Oscillations by Tetanic Stimulation

Schwingungen sind grundlegende Netzeigenschaften und sind von Krankheiten und Arzneimittel moduliert. Studieren Gehirn-slice Schwingungen ermöglicht Charakterisierung der isolierten Netze unter kontrollierten Bedingungen. Protokolle sind für die Herstellung von akuten Gehirnscheiben zum Hervorrufen CA1 γ Schwingungen vorgesehen.

Generation of Local CA1 γ Schwingungen durch tetanische Stimulation

Neuronal network oscillations are important features of brain activity in health and disease and can be modulated by a range of clinically used drugs. A ...

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Research

JoVE Journal

Neuroscience

Generation of Local CA1 &#947; Oscillations by Tetanic Stimulation

8.9K Aufrufe.  University of Melbourne.  Schwingungen sind grundlegende Netzeigenschaften und sind von Krankheiten und Arzneimittel moduliert. Studieren Gehirn-slice Schwingungen ermöglicht Charakterisierung der isolierten Netze unter kontrollierten Bedingungen. Protokolle sind für die Herstellung von akuten Gehirnscheiben zum Hervorrufen CA1 γ Schwingungen vorgesehen. 

Serie: Generation of Local CA1 &#947; Oscillations by Tetanic Stimulation

A Novel Approach for Documenting Phosphenes Induced by Transcranial Magnetic Stimulation

Stimulation of the human visual cortex produces a transient perception of light, known as a phosphene. Phosphenes are induced by invasive electrical stimulation of the occipital cortex, but also by non-invasive Transcranial Magnetic Stimulation (TMS)1 of the same cortical regions. The intensity at which a phosphene is induced (phosphene threshold) is a well established measure of visual cortical excitability and is used to study cortico-cortical interactions, functional organization 2, susceptibility to pathology 3,4 and visual processing 5-7. Phosphenes are typically defined by three characteristics: they are observed in the visual hemifield contralateral to stimulation; they are induced when the subject s eyes are open or closed, and their spatial location changes with the direction of gaze 2. Various methods have been used to document phosphenes, but a standardized methodology is lacking. We demonstrate a reliable procedure to obtain phosphene threshold values and introduce a novel system for the documentation and analysis of phosphenes. We developed the Laser Tracking and Painting system (LTaP), a low cost, easily built and operated system that records the location and size of perceived phosphenes in real-time. The LTaP system provides a stable and customizable environment for quantification and analysis of phosphenes.

Phosphenes are transient percepts of light that can be induced by applying Transcranial Magnetic Stimulation (TMS) to visually sensitive regions of cortex. We demonstrate a standard protocol for determining the phosphene threshold value and introduce a novel method for quantifying and analyzing perceived phosphenes.

Ein neuer Ansatz zur Dokumentation Phosphenes durch TMS induzierte

Stimulation of the human visual cortex produces a transient perception of light, known as a phosphene. Phosphenes are induced by invasive electrical ...

Forschung

Neurowissenschaften

Combining Transcranial Magnetic Stimulation and fMRI to Examine the Default Mode Network

The default mode network is a group of brain regions that are active when an individual is not focused on the outside world and the brain is at "wakeful rest."1,2,3 It is thought the default mode network corresponds to self-referential or "internal mentation".2,3
It has been hypothesized that, in humans, activity within the default mode network is correlated with certain pathologies (for instance, hyper-activation has been linked to schizophrenia 4,5,6 and autism spectrum disorders 7 whilst hypo-activation of the network has been linked to Alzheimer's and other neurodegenerative diseases 8). As such, noninvasive modulation of this network may represent a potential therapeutic intervention for a number of neurological and psychiatric pathologies linked to abnormal network activation. One possible tool to effect this modulation is Transcranial Magnetic Stimulation: a non-invasive neurostimulatory and neuromodulatory technique that can transiently or lastingly modulate cortical excitability (either increasing or decreasing it) via the application of localized magnetic field pulses.9
In order to explore the default mode network's propensity towards and tolerance of modulation, we will be combining TMS (to the left inferior parietal lobe) with functional magnetic resonance imaging (fMRI). Through this article, we will examine the protocol and considerations necessary to successfully combine these two neuroscientific tools.

In this article, we examine the methodology and considerations relevant to the combination of TMS and fMRI to examine the effects of brain stimulation on the default network.

Die Kombination TMS und fMRT dem Standard-Modus Netzwerk Untersuchen

The default mode network is a group of brain regions that are active when an individual is not focused on the outside world and the brain is at "wakeful ...

TMS: Using the Theta-Burst Protocol to Explore Mechanism of Plasticity in Individuals with Fragile X Syndrome and Autism

Fragile X Syndrome (FXS), also known as Martin-Bell Syndrome, is a genetic abnormality found on the X chromosome.1,2 Individuals suffering from FXS display abnormalities in the expression of FMR1 - a protein required for typical, healthy neural development.3 Recent data has suggested that the loss of this protein can cause the cortex to be hyperexcitable thereby affecting overall patterns of neural plasticity.4,5
In addition, Fragile X shows a strong comorbidity with autism: in fact, 30% of children with FXS are diagnosed with autism, and 2 - 5% of autistic children suffer from FXS.6
Transcranial Magnetic Stimulation (a non-invasive neurostimulatory and neuromodulatory technique that can transiently or lastingly modulate cortical excitability via the application of localized magnetic field pulses 7,8) represents a unique method of exploring plasticity and the manifestations of FXS within affected individuals. More specifically, Theta-Burst Stimulation (TBS), a specific stimulatory protocol shown to modulate cortical plasticity for a duration up to 30 minutes after stimulation cessation in healthy populations, has already proven an efficacious tool in the exploration of abnormal plasticity.9,10 
Recent studies have shown the effects of TBS last considerably longer in individuals on the autistic spectrum - up to 90 minutes.11 This extended effect-duration suggests an underlying abnormality in the brain's natural plasticity state in autistic individuals - similar to the hyperexcitability induced by Fragile X Syndrome.
In this experiment, utilizing single-pulse motor-evoked potentials (MEPs) as our benchmark, we will explore the effects of both intermittent and continuous TBS on cortical plasticity in individuals suffering from FXS and individuals on the Autistic Spectrum.

In this article, we examine the effects of Theta-Burst TMS stimulation on cortical plasticity in individuals suffering from Fragile X syndrome and individuals on the autistic spectrum.

TMS: Mit dem Theta-Burst-Protokoll zu Mechasnism der Plastizität in Individuen sich mit Fragile X-Syndrom und Autismus

Fragile X Syndrome (FXS), also known as Martin-Bell Syndrome, is a genetic abnormality found on the X chromosome.1,2 Individuals suffering from FXS ...

The NeuroStar TMS Device: Conducting the FDA Approved Protocol for Treatment of Depression

The Neuronetics NeuroStar Transcranial Magnetic Stimulation (TMS) System is a class II medical device that produces brief duration, pulsed magnetic fields. These rapidly alternating fields induce electrical currents within localized, targeted regions of the cortex which are associated with various physiological and functional brain changes.1,2,3
In 2007, O'Reardon et al., utilizing the NeuroStar device, published the results of an industry-sponsored, multisite, randomized, sham-stimulation controlled clinical trial in which 301 patients with major depression, who had previously failed to respond to at least one adequate antidepressant treatment trial, underwent either active or sham TMS over the left dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC). The patients, who were medication-free at the time of the study, received TMS five times per week over 4-6 weeks.4
The results demonstrated that a sub-population of patients (those who were relatively less resistant to medication, having failed not more than two good pharmacologic trials) showed a statistically significant improvement on the Montgomery-Asberg Depression Scale (MADRS), the Hamilton Depression Rating Scale (HAMD), and various other outcome measures. In October 2008, supported by these and other similar results5,6,7, Neuronetics obtained the first and only Food and Drug Administration (FDA) approval for the clinical treatment of a specific form of medication-refractory depression using a TMS Therapy device (FDA approval K061053).
In this paper, we will explore the specified FDA approved NeuroStar depression treatment protocol (to be administered only under prescription and by a licensed medical profession in either an in- or outpatient setting).

In this article, we examine the methodology and considerations relevant to the FDA approved depression treatment protocol using the Neuronetics NeuroStar TMS device.

Die Neurostar TMS Device: Die Durchführung der FDA genehmigten Protokoll für die Behandlung von Depression

The Neuronetics NeuroStar Transcranial Magnetic Stimulation (TMS) System is a class II medical device that produces brief duration, pulsed magnetic ...

Effects of Transcranial Alternating Current Stimulation on the Primary Motor Cortex by Online Combined Approach with Transcranial Magnetic Stimulation

Transcranial Alternating Current Stimulation (tACS) is a neuromodulatory technique able to act through sinusoidal electrical waveforms in a specific frequency and in turn modulate ongoing cortical oscillatory activity. This neurotool allows the establishment of a causal link between endogenous oscillatory activity and behavior. Most of the tACS studies have shown online effects of tACS. However, little is known about the underlying action mechanisms of this technique because of the AC-induced artifacts on Electroencephalography (EEG) signals. Here we show a unique approach to investigate online physiological frequency-specific effects of tACS of the primary motor cortex (M1) by using single pulse Transcranial Magnetic Stimulation (TMS) to probe cortical excitability changes. In our setup, the TMS coil is placed over the tACS electrode while Motor Evoked Potentials (MEPs) are collected to test the effects of the ongoing M1-tACS. So far, this approach has mainly been used to study the visual and motor systems. However, the current tACS-TMS setup can pave the way for future investigations of cognitive functions. Therefore, we provide a step-by-step manual and video guidelines for the procedure.

Transcranial Alternating Current Stimulation (tACS) allows the modulation of cortical excitability in a frequency-specific fashion. Here we show a unique approach which combines online tACS with single pulse Transcranial Magnetic Stimulation (TMS) in order to "probe" cortical excitability by means of Motor Evoked Potentials.

Effekte der transkraniellen Wechselstrom Stimulation auf Primärbewegungsrinde durch Online-kombinierter Ansatz mit Transcranial magnetische Anregung

Transcranial Alternating Current Stimulation (tACS) is a neuromodulatory technique able to act through sinusoidal electrical waveforms in a specific ...

Ocular Kinematics Measured by In Vitro Stimulation of the Cranial Nerves in the Turtle

After animals are euthanized, their tissues begin to die. Turtles offer an advantage because of a longer survival time of their tissues, especially when compared to warm-blooded vertebrates. Because of this, in vitro experiments in turtles can be performed for extended periods of time to investigate the neural signals and control of their target actions. Using an isolated head preparation, we measured the kinematics of eye movements in turtles, and their modulation by electrical signals carried by cranial nerves. After the brain was removed from the skull, leaving the cranial nerves intact, the dissected head was placed in a gimbal to calibrate eye movements. Glass electrodes were attached to cranial nerves (oculomotor, trochlear, and abducens) and stimulated with currents to evoke eye movements. We monitored eye movements with an infrared video tracking system and quantified rotations of the eyes. Current pulses with a range of amplitudes, frequencies, and train durations were used to observe effects on responses. Because the preparation is separated from the brain, the efferent pathway going to muscle targets can be examined in isolation to investigate neural signaling in the absence of centrally processed sensory information.

Ocular Kinematics Measured by In Vitro Stimulation of the Cranial Nerves in the Turtle

This protocol describes how to use an in vitro isolated turtle head preparation to measure the kinematics of their eye movements. After removal of the brain from the cranium, cranial nerves can be stimulated with currents to quantify rotations of the eye and changes in pupil sizes.

Okuläre Kinematik gemessen durch In-vitro- Stimulation der Hirnnerven in die Schildkröte

After animals are euthanized, their tissues begin to die. Turtles offer an advantage because of a longer survival time of their tissues, especially when ...

Optogenetic Entrainment of Hippocampal Theta Oscillations in Behaving Mice

Extensive data on relationships of neural network oscillations to behavior and organization of neuronal discharge across brain regions call for new tools to selectively manipulate brain rhythms. Here we describe an approach combining projection-specific optogenetics with extracellular electrophysiology for high-fidelity control of hippocampal theta oscillations (5-10 Hz) in behaving mice. The specificity of the optogenetic entrainment is achieved by targeting channelrhodopsin-2 (ChR2) to the GABAergic population of medial septal cells, crucially involved in the generation of hippocampal theta oscillations, and a local synchronized activation of a subset of inhibitory septal afferents in the hippocampus. The efficacy of the optogenetic rhythm control is verified by a simultaneous monitoring of the local field potential (LFP) across lamina of the CA1 area and/or of neuronal discharge. Using this readily implementable preparation we show efficacy of various optogenetic stimulation protocols for induction of theta oscillations and for the manipulation of their frequency and regularity. Finally, a combination of the theta rhythm control with projection-specific inhibition addresses the readout of particular aspects of the hippocampal synchronization by efferent regions.

We describe the use of optogenetics and electrophysiological recordings for selective manipulations of hippocampal theta oscillations (5-10 Hz) in behaving mice. The efficacy of the rhythm entrainment is monitored using local field potential. A combination of opto- and pharmacogenetic inhibition addresses the efferent readout of hippocampal synchronization.

Optogenetische Mitnahme von Hippocampal Theta Schwingungen im Verhalten der Mäuse

Extensive data on relationships of neural network oscillations to behavior and organization of neuronal discharge across brain regions call for new tools ...

Recording Spatially Restricted Oscillations in the Hippocampus of Behaving Mice

The local field potential (LFP) emerges from ion movements across neural membranes. Since the voltage recorded by LFP electrodes reflects the summed electrical field of a large volume of brain tissue, extracting information about local activity is challenging. Studying neuronal microcircuits, however, requires a reliable distinction between truly local events and volume-conducted signals originating in distant brain areas. Current source density (CSD) analysis offers a solution for this problem by providing information about current sinks and sources in the vicinity of the electrodes. In brain areas with laminar cytoarchitecture such as the hippocampus, one-dimensional CSD can be obtained by estimating the second spatial derivative of the LFP. Here, we describe a method to record multilaminar LFPs using linear silicon probes implanted into the dorsal hippocampus. CSD traces are computed along individual shanks of the probe. This protocol thus describes a procedure to resolve spatially restricted neuronal network oscillations in the hippocampus of freely moving mice.

This protocol describes the recording of local field potentials with multi-shank linear silicon probes. Conversion of the signals using current source density analysis allows the reconstruction of local electrical activity in the mouse hippocampus. With this technique, spatially restricted brain oscillations can be studied in freely moving mice.

Aufzeichnung von räumlich eingeschränkt Schwingungen im Hippocampus Verhalten der Mäuse

The local field potential (LFP) emerges from ion movements across neural membranes. Since the voltage recorded by LFP electrodes reflects the summed ...

Dissection of Local Ca2+ Signals in Cultured Cells by Membrane-targeted Ca2+ Indicators

Calcium ion (Ca2+) is a universal intracellular messenger molecule that drives multiple signaling pathways, leading to diverse biological outputs. The coordination of two Ca2+ signal sources&#8212;&#8220;Ca2+ influx&#8221; from outside the cell and &#8220;Ca2+ release&#8221; from the intracellular Ca2+ store endoplasmic reticulum (ER)&#8212;is considered to underlie the diverse spatio-temporal patterns of Ca2+ signals that cause multiple biological functions in cells. The purpose of this protocol is to describe a new Ca2+ imaging method that enables monitoring of the very moment of &#8220;Ca2+ influx&#8221; and &#8220;Ca2+ release&#8221;. OER-GCaMP6f is a genetically encoded Ca2+ indicator (GECI) comprising GCaMP6f, which is targeted to the ER outer membrane. OER-GCaMP6f can monitor Ca2+ release at a higher temporal resolution than conventional GCaMP6f. Combined with plasma membrane-targeted GECIs, the spatio-temporal Ca2+ signal pattern can be described at a subcellular resolution. The subcellular-targeted Ca2+ indicators described here are, in principle, available for all cell types, even for the in vivo imaging of Caenorhabditis elegans neurons. In this protocol, we introduce Ca2+ imaging in cells from cell lines, neurons, and glial cells in dissociated primary cultures, and describe the preparation of frozen stock of rat cortical neurons.

Dissection of Local Ca2+ Signals in Cultured Cells by Membrane-targeted Ca2+ Indicators

Here we present a protocol for Ca2+ imaging in neurons and glial cells, which enables the dissection of Ca2+ signals at subcellular resolution. This process is applicable to all cell types that allow the expression of genetically encoded Ca2+ indicators.

Dissektion der lokalen Ca2 + Signale in kultivierten Zellen durch die Membran-gezielte Ca2 + Indikatoren

Calcium ion (Ca2+) is a universal intracellular messenger molecule that drives multiple signaling pathways, leading to diverse biological outputs. The ...

Investigating Long-term Synaptic Plasticity in Interlamellar Hippocampus CA1 by Electrophysiological Field Recording

The study of synaptic plasticity in the hippocampus has focused on the use of the CA3-CA1 lamellar network. Less attention has been given to the longitudinal interlamellar CA1-CA1 network. Recently however, an associational connection between CA1-CA1 pyramidal neurons has been shown. Therefore, there is the need to investigate whether the longitudinal interlamellar CA1-CA1 network of the hippocampus supports synaptic plasticity.
We designed a protocol to investigate the presence or absence of long-term synaptic plasticity in the interlamellar hippocampal CA1 network using electrophysiological field recordings both in vivo and in vitro. For in vivo extracellular field recordings, the recording and stimulation electrodes were placed in a septal-temporal axis of the dorsal hippocampus at a longitudinal angle, to evoke field excitatory postsynaptic potentials. For in vitro extracellular field recordings, hippocampal longitudinal slices were cut parallel to the septal-temporal plane. Recording and stimulation electrodes were placed in the stratum oriens (S.O) and the stratum radiatum (S.R) of the hippocampus along the longitudinal axis. This enabled us to investigate the directional and layer specificity of evoked excitatory postsynaptic potentials. Already established protocols were used to induce long-term potentiation (LTP) and long-term depression (LTD) both in vivo and in vitro. Our results demonstrated that the longitudinal interlamellar CA1 network supports N-methyl-D-aspartate (NMDA) receptor-dependent long-term potentiation (LTP) with no directional or layer specificity. The interlamellar network, however, in contrast to the transverse lamellar network, did not present with any significant long-term depression (LTD).

We used recording and stimulation electrodes in longitudinal hippocampal brain slices and longitudinally positioned recording and stimulation electrodes in the dorsal hippocampus in vivo to evoke extracellular postsynaptic potentials and demonstrate long-term synaptic plasticity along the longitudinal interlamellar CA1.