Nos gustaría dar las gracias al cerebro Products GmbH para proporcionar a sus equipos, experiencia y ayuda. Este estudio fue financiado por el Ministerio Federal de Economía y Tecnología a través de una donación de la Agencia Espacial Alemana (DLR) 50WB0819.

1. Procedimiento experimental <ol><li> En el suelo la preparación prevuelo - La preparación de sujetos se realiza en un cuarto separado en el aeropuerto. (1-2 horas antes del vuelo) <ol><li> Montaje de la tapa de EEG / NIRS <ol><li> Electrodos y sensores de NIR son adheridos al cuero cabelludo con una tapa de EEG. Este método garantiza la correcta posición de los sensores. </li><li> El tamaño de la tapa se determina por el tamaño de la cabeza del sujeto </li><li> El operador se asegura de la correcta posición de la tapa. El electrodo Cz se encuentra en el vértice (el punto medio entre el nasion y cebolla), la PO9 PO10-y los electrodos de FP1, FP2 es horizontal, el límite es simétrica. </li><li> El electrodo de la frecuencia cardíaca se coloca en el pecho </li></ol></li><li> Reducción al mínimo de impedancia <ol><li> Los productos del cerebro electrodos actiCAP están conectados a la caja de control. </li><li> Cada electrodo contiene LEDs, que a su vez de color rojo, cuando la medición de la impedancia se ha iniciado. </li><li> El pelo se mueve lejos de la punta del electrodo con una aguja de punta roma. </li><li> Gel se inyecta entre la punta del electrodo y la superficie de la piel. </li><li> El color de los pilotos cambian, a medida que disminuye la impedancia. El color rojo inicial se convierte en amarillo, el amarillo a verde, si el valor de la impedancia objetivo se logra. </li><li> La impedancia es de 25 kOhm objetivo, ya que los electrodos activos ofrecen una buena relación señal-ruido de la ración por debajo de este valor. Por lo tanto, la preparación de la PAC es rápido y conveniente. </li><li> El operador comienza a trabajar en los electrodos de referencia y el suelo, y se repite para todos los otros electrodos. </li></ol></li></ol></li><li> A bordo de preparación previa al vuelo <ol><li> Pre-medidas <ol><li> Los sujetos se colocan en el montaje experimental, los cinturones de seguridad se fijan libremente </li><li> Los cables están conectados, las baterías se cargan. </li><li> El operador inicia el módulo de EEG y NIRS, los controles de la conectividad y la calidad de la señal de EEG / NIRS. </li><li> Grabación de estado de reposo EEG / NIRS. Los sujetos no tienen ninguna tarea. </li><li> La grabación se detiene. </li><li> Los sujetos realizan la tarea cognitiva en el suelo. La tarea cognitiva es una tarea de atención / cálculo ( <a href="http://itunes.apple.com/us/app/chalkboard-challenge/id317961833?mt=8">http://itunes.apple.com/us/app/chalkboard-challenge/id317961833?mt=8</a> ), donde los sujetos tienen que identificar de que lado de la ecuación, que es mayor que el otros en relación con la velocidad y precisión. </li></ol></li><li> El almacenamiento del equipo <ol><li> El operador de tiendas de la cámara y los iPhones para el despegue. </li></ol></li></ol></li><li> En la medición de vuelo <ol><li> Preparación <ol><li> Operador monta la cámara de video de pasamanos y comienza la grabación. </li><li> Los iPhones se encuentran en el tramo superior de los sujetos. </li><li> El operador inicia el módulo de EEG y NIRS, controla la calidad de la señal de EEG / NIRS, y comienza la grabación. </li></ol></li><li> Medición <ol><li> Los sujetos realizan la tarea cognitiva en dos bloques de cinco parábolas parábola entre 11-15 y 16-20. Tarea se llevará a cabo en un orden aleatorio en condiciones de ingravidez o gravedad normal. Sólo estado de reposo EEG / NIRS se registra durante los primeros 10 parábolas. Las parábolas última se utilizará en caso de falta de mediciones anteriores (ver Figura 1). </li><li> El operador controla la grabación, e instruye a los sujetos. El operador se escribe todos los resultados de las pruebas cognitivas y los tiempos. </li></ol></li></ol></li><li> En el suelo después del vuelo de medición <ol><ol><li> Estado de reposo EEG / NIRS medición se lleva a cabo. </li></ol></ol></li></ol> Esperamos encontrar una mayor activación cerebral durante la ingravidez, como se muestra antes (Schneider et. Al 2008 + 2009). Esperamos además que ve aumento del tejido oxigenada en el cerebro frontal en condiciones de ingravidez y menor tejido oxigenada en hipergravedad. La tarea de atención se supone que es afectada durante todo el vuelo en comparación con el pre y post vuelo y tal vez aún más en condiciones de ingravidez, debido a una mayor activación central y la excitación en condiciones de ingravidez. 2. Resultados representante Mapeo de la transición de la fase de hipergravedad a la ingravidez, pudimos observar una mayor actividad de la corteza cerebral en la corteza frontal y disminución de la actividad en la corteza temporal y occipital 2000 - 2350 ms después del inicio de la ingravidez (Figura 2a, b). sLORETA permitido la localización de esta activación frontal aumento en el área de Brodmann 9 de la corteza prefrontal dorsolateral, que es conocido por estar involucrado en las funciones ejecutivas con la integración de la información sensorial y mnemónica en el curso de la planificación motora, organización y regulación, (Figura 3a, b). Además, dos sujetos mostraron un aumento en el área 6 de Brodmann, la corteza premotora, que desempeña un papel en la orientación sensorial en el curso de la estabilización del cuerpo (ver Figura 3b). Promedio durante los primeros 10 parábolas, análisis NIRS reveló disminución de la hemoglobina oxigenada (HHb) la concentración de ambos temas en hipergravedad, así como aumento de la hemoglobina oxigenada (O2Hb) en condiciones de ingravidez. Para la hemoglobina HHb en un tema nos encontramos con una tendencia a un aumento en la fase previa a la ingravidez hipergravedad, así como una disminución en la ingravidez y la fase de hipergravedad después de la ingravidez. En este O2Hb tema volvió a la línea de base 10 a 15 segundos después de la parábola. En materia de contraste 2 mostró un ligero aumento, junto con la disminución de la O2Hb en la fase previa a la ingravidez hipergravedad, un aumento en la ingravidez y una disminución en hipergravedad después de la ingravidez. Por esta O2Hb tema aún no se redujo durante unos 30 segundos después de la parábola (Figura 4a, b) La tarea cognitiva como resultado una disminución del rendimiento en las puntuaciones de los dos participantes en la gravedad normal durante el vuelo en comparación con una sesión previa al vuelo. Sólo dos sujetos mostraron una puntuación menor en weightlessnes (Figura 5). <img src="/files/ftp_upload/2670/2670fig1.jpg" alt="Figura 1" /> Figura 1. Secuencia de vuelo parabólico. Orden de las tareas y las mediciones durante el vuelo, el número de parábolas se indican en gris, los números con apóstrofe indica la longitud de descansos más largos entre las parábolas. <img src="/files/ftp_upload/2670/2670fig2a.jpg" alt="Figura 2a" /> <img src="/files/ftp_upload/2670/2670fig2b.jpg" alt="Figura 2b" /> Figura 2 Mapa visión de dos sujetos en el marco de tiempo de 500 ms antes de ingravidez (en hipergravedad) hasta 2500 ms en condiciones de ingravidez. Punto de vista es desde arriba de la cabeza, pequeños círculos indican las posiciones de los electrodos, disminuye el color azul y amarillo a los aumentos de color rojo de la actividad electrocortical en micro voltios. <img src="/files/ftp_upload/2670/2670fig3a.jpg" alt="Figura 3a" /> <img src="/files/ftp_upload/2670/2670fig3b.jpg" alt="Figura 3b" /> Figura 3 Tres vistas Loreta. (Arriba: desde arriba, abajo a la izquierda: desde el lado izquierdo, abajo a la derecha: desde la parte posterior) de dos sujetos en el marco de tiempo de 2000 ms hasta 2350 ms después del inicio de la ingravidez. El color rojo indica una mayor actividad cerebral. <img src="/files/ftp_upload/2670/2670fig4a.jpg" alt="Figura 4a" /> <img src="/files/ftp_upload/2670/2670fig4b.jpg" alt="Figura 4b" /> Figura 4 rastros NIRS (rojo: la hemoglobina oxigenada, azul: la hemoglobina oxigenada, negro: nivel de gravedad). Durante el período de una parábola de 40 segundos antes de la parábola de la gravedad normal (1G: área amarilla), en la fase de hipergravedad primero (1,8 G: área azul), la ingravidez (0G: zona roja) y la fase hipergravedad segundo (1,8 g: zona azul) hasta 40 segundos después de la parábola. Nivel de gravedad se muestra inversa (reducción de la huella que suponga el incremento de la gravedad a partir de igual a gravedad normal (1G) 0. Los datos que se muestra es un promedio de más de 10 parábolas. <img src="/files/ftp_upload/2670/2670fig5.jpg" alt="Figura 5" /> Figura 5. Puntuación de rendimiento de la tarea cognitiva del participante 1 (azul traza) y 2 (rojo traza) para la formación de las mediciones antes del vuelo y durante el vuelo en condiciones de ingravidez (0G) y la gravedad normal (1G).

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	<li>Santo, N. G. D. e., Cirillo, M., Kirsch, K. A., Correale, G., Drummer, C., Frassl, W., Perna, A. F., Stazio, E. D. i., Bellini, L., Gunga, H. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Anemia+and+erythropoietin+in+space+flights.">Anemia and erythropoietin in space flights.</a> Semin Nephrol. 25, 379-387 (2005).</li><li>Ellis, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Collisions+in+space.">Collisions in space.</a> , 4-9 (2000).</li><li>Genik, R. J. 2. n. d., Green, C. C., Graydon, F. X., Armstrong, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cognitive+avionics+and+watching+spaceflight+crews+think:+generation-after-next+research+tools+in+functional+neuroimaging.+Aviat+Space+Environ+Med+76.">Cognitive avionics and watching spaceflight crews think: generation-after-next research tools in functional neuroimaging. Aviat Space Environ Med 76.</a> , 208-212 (2005).</li><li>Schneider, S., Brummer, V., Carnahan, H., Dubrowski, A., Askew, C. D., Struder, H. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=What+happens+to+the+brain+in+weightlessness?+A+first+approach+by+EEG+tomography.">What happens to the brain in weightlessness? A first approach by EEG tomography.</a> Neuroimage. 42, 1316-1323 (2008).</li><li>Schneider, S., Brummer, V., Mierau, A., Carnahan, H., Dubrowski, A., Strueder, H. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Increased+brain+cortical+activity+during+parabolic+flights+has+no+influence+on+a+motor+tracking+task.">Increased brain cortical activity during parabolic flights has no influence on a motor tracking task.</a> Exp Brain Res. 185, 571-579 (2008).</li><li>Schneider, S., Brummer, V., Gobel, S., Carnahan, H., Dubrowski, A., Struder, H. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Parabolic+flight+experience+is+related+to+increased+release+of+stress+hormones.">Parabolic flight experience is related to increased release of stress hormones.</a> Eur J Appl Physiol. 100, 301-308 (2007).</li></ol>

La producción de este artículo fue patrocinado por los productos del cerebro, GmbH. Roland Csuhaj es un empleado de los productos del cerebro, GmbH, que fabrica un instrumento utilizado en este artículo.

Debido a la falta de imágenes del cerebro métodos en condiciones extremas hasta ahora los procesos neurofisiológicos subyacentes del deterioro en el rendimiento cognitivo y el estado mental no han sido evaluadas. En este trabajo hemos sido capaces de mostrar los cambios en la actividad cerebral cortical y el nivel de oxigenación en el curso de un vuelo parabólico y la localización de estos cambios en el cerebro con EEG combinado con Loreta y NIRS. Como era de esperar, se encontró un aumento en la actividad electrocortical en ingravidez, que fue localizado en las regiones frontales del cerebro (las áreas de Brodmann 9 6). Los resultados indican que aproximadamente 2000 ms después de la actividad cerebral cortical transición se altera sobre todo en las regiones frontales del cerebro. Se podría suponer que este aumento de la actividad en el área de Brodmann 6 y 9 refleja los mecanismos del cerebro para detectar y procesar las nuevas condiciones de la gravedad para mantener la estabilidad del cuerpo, así como la capacidad del motor en condiciones de gravedad alterada. En cuanto a los cambios hemodinámicos, NIRS reveló que el O2Hb de la región frontal del cerebro disminuye en gran medida en la fase de hipergravedad primero y el aumento de la ingravidez, mientras que, HHb mostró sólo cambios moderados. En consecuencia, este efecto no puede ser atribuido a un cambio de volumen de sangre únicamente. Más probable es que esto parece reflejar una especie de autorregulación cerebral, especialmente en el aumento de la O2Hb ocurre mucho antes de la transición de 1,8 G a 0G (especialmente en la figura 4). Por el contrario O2Hb y HHB tanto disminución de la fase de hipergravedad segundo. Los resultados de la tarea cognitiva indican que no hay un claro deterioro en la gravedad normal o la ingravidez en vuelo en comparación con una sesión previa al vuelo. Basándose en los resultados de dos sujetos no declaración clara es posible si los vuelos parabólicos o gravedad junto con el aumento en la actividad cerebral y el nivel de oxigenación tienen una influencia en el rendimiento cognitivo. Estudios anteriores dan motivos para creer que en este contexto, el estrés también podría desempeñar un papel (Schneider et al. 2007), sin embargo, no hay cambios en la concentración de cortisol podrían ser obtenidos por las distintas asignaturas. Se necesitan más datos para validar estos resultados y permitir la correlación de los cambios en la actividad cerebral cortical, alteraciones hemodinámicas, así como el rendimiento cognitivo. Este trabajo pretende demostrar que el seguimiento de los cambios locales en la actividad cerebral cortical y el nivel de oxigenación a través de las diferentes fases de gravedad cambia es posible mediante el uso de EEG en combinación con NIRS y Loreta. Estos resultados son un éxito para la investigación espacial y permitirá mostrar los cambios complejos y locales de la actividad cerebral cortical en hipergravedad o la ingravidez y la correlación test mental o de motor con cambios objetivos en el cerebro. El siguiente paso es aplicar este método durante las misiones espaciales de larga duración.

coherence between brain cortical function and neurocognitive performance during changed gravity conditions

Los procesos de estudios previos de habilidades cognitivas, mentales y / o del motor durante la corta, la ingravidez de mediano y largo plazo, sólo han sido de carácter descriptivo, y se centró en los aspectos psicológicos. Hasta ahora, la observación objetiva de los parámetros neurofisiológicos no se ha llevado a cabo -, sin duda, porque los medios técnicos y metodológicos que no han estado disponibles -, las investigaciones sobre los efectos neurofisiológicos de la ingravidez en su infancia (Schneider et al 2008).. Aunque las técnicas de imagen como la tomografía por emisión de positrones (PET) y resonancia magnética (MRI) no sería aplicable en el espacio, y no-invasivas espectroscopia de infrarrojo cercano (NIRS) técnica representa un método de mapeo de los procesos de hemodinámica en el cerebro en tiempo real que es a la vez relativamente barato y que se pueden utilizar incluso en condiciones extremas. La combinación con la electroencefalografía (EEG) se abre la posibilidad de seguir los procesos electrocortical bajo condiciones cambiantes de gravedad con una resolución más fina temporal, así como con la localización más profunda, por ejemplo, con electrotomography (Loreta). Estudios anteriores mostraron un aumento de la frecuencia de la actividad beta en condiciones de gravedad normal y una disminución en condiciones de ingravidez durante un vuelo parabólico (Schneider et al. 2008a + b). Los estudios revelaron cambios de inclinación diferente en función del cerebro, que permiten sugerir que los cambios en vuelo parabólico podría reflejar procesos emocionales en vez de los cambios hemodinámicos. Sin embargo, todavía no está claro si estos efectos son de gravedad cambia o cambios hemodinámicos en el cerebro. La combinación de EEG / NIRS Loreta y debe, por primera vez hacen posible el mapa del efecto de la ingravidez y gravedad reducida en ambos procesos hemodinámicos y electrofisiológicos en el cerebro. Inicialmente, esto se debe hacer como parte de un estudio de factibilidad durante un vuelo parabólico. Después, también está previsto utilizar ambas técnicas durante el vuelo espacial a medio y largo plazo. Se puede suponer que la redistribución a largo plazo del volumen de sangre y el consiguiente aumento en el suministro de oxígeno al cerebro dará lugar a cambios en el sistema nervioso central, que también son responsables de los procesos anémicos, y que a su vez puede reducir el rendimiento (De Santo et al. 2005), lo que significa que podría ser crucial para el éxito y la seguridad de una misión (Genik et al. 2005, Ellis 2000). Dependiendo de estos resultados, será necesario para desarrollar y emplear medidas amplias. Los resultados iniciales del estudio MARS500 sugieren que, además de su importancia en el contexto de los sistemas cardiovascular y locomotor, el deporte y la actividad física puede desempeñar un papel en la mejora de los parámetros neurocognitivos. Antes de que esto puede ser totalmente establecido, sin embargo, parece necesario para aprender más sobre la influencia de los cambios en las condiciones de gravedad en los procesos neurofisiológicos y deterioro neurocognitivo asociado.

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Coherence between Brain Cortical Function and Neurocognitive Performance during Changed Gravity Conditions

El efecto de la ingravidez y hipergravedad en ambos procesos hemodinámicos y electrofisiológicos en el cerebro se va a seguir durante el vuelo parabólico con técnicas de EEG y NIRS. Un estudio de viabilidad de un experimento más complejo, que está previsto llevar a cabo durante el vuelo espacial a medio y largo plazo.

La coherencia entre la función cerebral cortical y rendimiento neurocognitivo en condiciones de gravedad ha cambiado

Previous studies of cognitive, mental and/or motor processes during short-, medium- and long-term weightlessness have only been descriptive in nature, and ...

coherence-between-brain-cortical-function-neurocognitive-performance

Research

JoVE Journal

Neuroscience

19.4K vistas.  German Sport University Cologne. El efecto de la ingravidez y hipergravedad en ambos procesos hemodinámicos y electrofisiológicos en el cerebro se va a seguir durante el vuelo parabólico con técnicas de EEG y NIRS. Un estudio de viabilidad de un experimento más complejo, que está previsto llevar a cabo durante el vuelo espacial a medio y largo plazo.

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Mapping Cortical Dynamics Using Simultaneous MEG/EEG and Anatomically-constrained Minimum-norm Estimates: an Auditory Attention Example

Magneto- and electroencephalography (MEG/EEG) are neuroimaging techniques that provide a high temporal resolution particularly suitable to investigate the cortical networks involved in dynamical perceptual and cognitive tasks, such as attending to different sounds in a cocktail party. Many past studies have employed data recorded at the sensor level only, i.e., the magnetic fields or the electric potentials recorded outside and on the scalp, and have usually focused on activity that is time-locked to the stimulus presentation. This type of event-related field / potential analysis is particularly useful when there are only a small number of distinct dipolar patterns that can be isolated and identified in space and time. Alternatively, by utilizing anatomical information, these distinct field patterns can be localized as current sources on the cortex. However, for a more sustained response that may not be time-locked to a specific stimulus (e.g., in preparation for listening to one of the two simultaneously presented spoken digits based on the cued auditory feature) or may be distributed across multiple spatial locations unknown a priori, the recruitment of a distributed cortical network may not be adequately captured by using a limited number of focal sources.
Here, we describe a procedure that employs individual anatomical MRI data to establish a relationship between the sensor information and the dipole activation on the cortex through the use of minimum-norm estimates (MNE). This inverse imaging approach provides us a tool for distributed source analysis. For illustrative purposes, we will describe all procedures using FreeSurfer and MNE software, both freely available. We will summarize the MRI sequences and analysis steps required to produce a forward model that enables us to relate the expected field pattern caused by the dipoles distributed on the cortex onto the M/EEG sensors. Next, we will step through the necessary processes that facilitate us in denoising the sensor data from environmental and physiological contaminants. We will then outline the procedure for combining and mapping MEG/EEG sensor data onto the cortical space, thereby producing a family of time-series of cortical dipole activation on the brain surface (or "brain movies") related to each experimental condition. Finally, we will highlight a few statistical techniques that enable us to make scientific inference across a subject population (i.e., perform group-level analysis) based on a common cortical coordinate space.

We use magneto- and electroencephalography (MEG/EEG), combined with anatomical information captured by magnetic resonance imaging (MRI), to map the dynamics of the cortical network associated with auditory attention.

Asignación Dinámica de trauma con MEG / estimaciones simultáneas norma mínima-EEG y anatómico limitado-un ejemplo: Atención Auditiva

Magneto- and electroencephalography (MEG/EEG) are neuroimaging techniques that provide a high temporal resolution particularly suitable to investigate the ...

Investigación

Neurociencias

Thinned-skull Cortical Window Technique for In Vivo Optical Coherence Tomography Imaging

Optical coherence tomography (OCT) is a biomedical imaging technique with high spatial-temporal resolution. With its minimally invasive approach OCT has been used extensively in ophthalmology, dermatology, and gastroenterology1-3. Using a thinned-skull cortical window (TSCW), we employ spectral-domain OCT (SD-OCT) modality as a tool to image the cortex in vivo. Commonly, an opened-skull has been used for neuro-imaging as it provides more versatility, however, a TSCW approach is less invasive and is an effective mean for long term imaging in neuropathology studies. Here, we present a method of creating a TSCW in a mouse model for in vivo OCT imaging of the cerebral cortex.

Thinned-skull Cortical Window Technique for In Vivo Optical Coherence Tomography Imaging

We present a method of creating a thinned-skull cortical window (TSCW) in a mouse model for in vivo OCT imaging of the cerebral cortex.

Diluido-skull técnica de ventana cortical para<em&gt; En Vivo</em&gt; Tomografía de Coherencia Óptica de imagen

Optical coherence tomography (OCT) is a biomedical imaging technique  with high spatial-temporal resolution. With its minimally invasive approach OCT  has ...

Juxtasomal Biocytin Labeling to Study the Structure-function Relationship of Individual Cortical Neurons

The cerebral cortex is characterized by multiple layers and many distinct cell-types that together as a network are responsible for many higher cognitive functions including decision making, sensory-guided behavior or memory. To understand how such intricate neuronal networks perform such tasks, a crucial step is to determine the function (or electrical activity) of individual cell types within the network, preferentially when the animal is performing a relevant cognitive task. Additionally, it is equally important to determine the anatomical structure of the network and the morphological architecture of the individual neurons to allow reverse engineering the cortical network. Technical breakthroughs available today allow recording cellular activity in awake, behaving animals with the valuable option of post&#160;hoc identifying the recorded neurons. Here, we demonstrate the juxtasomal biocytin labeling technique, which involves recording action potential spiking in the extracellular (or loose-patch) configuration using conventional patch pipettes. The juxtasomal recording configuration is relatively stable and applicable across behavioral conditions, including anesthetized, sedated, awake head-fixed, and even in the freely moving animal. Thus, this method allows linking cell-type specific action potential spiking during animal behavior to reconstruction of the individual neurons and ultimately, the entire cortical microcircuit. In this video manuscript, we show how individual neurons in the juxtasomal configuration can be labeled with biocytin in the urethane-anaesthetized rat for post&#160;hoc identification and morphological reconstruction.

To understand the structure of neuronal networks, functional and morphological characterization of individual neurons is a necessity. Here, we demonstrate juxtasomal biocytin labeling, which allows electrophysiological recordings in the extracellular configuration, yet maintaining the ability to intracellularly label the neuron for post&#160;hoc reconstruction of dendritic and axonal architecture.

Juxtasomal Biocitina Etiquetado para estudiar la estructura-función de la relación de un individuo neuronas corticales

The cerebral cortex is characterized by multiple layers and many distinct cell-types that together as a network are responsible for many higher cognitive ...

Subtype-selective Electroporation of Cortical Interneurons

The study of central nervous system (CNS) maturation relies on genetic targeting of neuronal populations. However, the task of restricting the expression of genes of interest to specific neuronal subtypes has proven remarkably challenging due to the relative scarcity of specific promoter elements. GABAergic interneurons constitute a neuronal population with extensive genetic and morphological diversity. Indeed, more than 11 different subtypes of GABAergic interneurons have been characterized in the mouse cortex1. Here we present an adapted protocol for selective targeting of GABAergic populations. We achieved subtype selective targeting of GABAergic interneurons by using the enhancer element of the homeobox transcription factors Dlx5 and Dlx6, homologues of the Drosophila distal-less (Dll) gene2,3, to drive the expression of specific genes through in utero electroporation.

This procedure shows how to target interneurons in the developing mouse forebrain by means of in utero electroporation. This technique was particularly efficient to achieve selective gene expression in interneuron subtypes destined to the superficial layers of the cortex.

-Subtipo selectivo electroporación de interneuronas corticales

The study of central nervous system (CNS) maturation relies on genetic targeting of neuronal populations. However, the task of restricting the expression ...

Imaging Serotonergic Fibers in the Mouse Spinal Cord Using the CLARITY/CUBIC Technique

Long descending fibers to the spinal cord are essential for locomotion, pain perception, and other behaviors. The fiber termination pattern in the spinal cord of the majority of these fiber systems have not been thoroughly investigated in any species. Serotonergic fibers, which project to the spinal cord, have been studied in rats and opossums on histological sections and their functional significance has been deduced based on their fiber termination pattern in the spinal cord. With the development of CLARITY and CUBIC techniques, it is possible to investigate this fiber system and its distribution in the spinal cord, which is likely to reveal previously unknown features of serotonergic supraspinal pathways. Here, we provide a detailed protocol for imaging the serotonergic fibers in the mouse spinal cord using the combined CLARITY and CUBIC techniques. The method involves perfusion of a mouse with a hydrogel solution and clarification of the tissue with a combination of clearing reagents. Spinal cord tissue was cleared in just under two weeks, and the subsequent immunofluorescent staining against serotonin was completed in less than ten days. With a multi-photon fluorescent microscope, the tissue was scanned and a 3D image was reconstructed using Osirix software.

Supraspinal projections are important for pain perception and other behaviors, and serotonergic fibers are one of these fiber systems. The present study focused on the application of the combined CLARITY/CUBIC protocol to the mouse spinal cord in order to investigate the termination of these serotonergic fibers.

Las fibras serotoninérgicos proyección de imagen en la médula espinal de ratón El uso de la claridad / Técnica CÚBICO

Long descending fibers to the spinal cord are essential for locomotion, pain perception, and other behaviors. The fiber termination pattern in the spinal ...

Studying Brain Function in Children Using Magnetoencephalography

Magnetoencephalography (MEG) is a non-invasive neuroimaging technique which directly measures magnetic fields produced by the electrical activity of the human brain. MEG is quiet and less likely to induce claustrophobia compared with magnetic resonance imaging (MRI). It is therefore a promising tool for investigating brain function in young children. However, analysis of MEG data from pediatric populations is often complicated by head movement artefacts which arise as a consequence of the requirement for a spatially-fixed sensor array that is not affixed to the child's head. Minimizing head movements during MEG sessions can be particularly challenging as young children are often unable to remain still during experimental tasks. The protocol presented here aims to reduce head movement artefacts during pediatric MEG scanning. Prior to visiting the MEG laboratory, families are provided with resources that explain the MEG system and the experimental procedures in simple, accessible language. An MEG familiarization session is conducted during which children are acquainted with both the researchers and the MEG procedures. They are then trained to keep their head still whilst lying inside an MEG simulator. To help children feel at ease in the novel MEG environment, all of the procedures are explained through the narrative of a space mission. To minimize head movement due to restlessness, children are trained and assessed using fun and engaging experimental paradigms. In addition, children's residual head movement artefacts are compensated for during the data acquisition session using a real-time head movement tracking system. Implementing these child-friendly procedures is important for improving data quality, minimizing participant attrition rates in longitudinal studies, and ensuring that families have a positive research experience.

This article introduces a child-friendly research protocol designed to improve data quality by reducing head movement during pediatric magnetoencephalography (MEG). We familiarize families with the MEG environment, train children to remain still using an MEG simulator, and correct for residual head movement artefacts using a real-time head movement detection system.

Estudiar la función cerebral en niños utilizando Magnetoencefalografía

Magnetoencephalography (MEG) is a non-invasive neuroimaging technique which directly measures magnetic fields produced by the electrical activity of the ...

Chronic Implantation of Whole-cortical Electrocorticographic Array in the Common Marmoset

Electrocorticography (ECoG) allows the monitoring of electrical field potentials from the cerebral cortex with high spatiotemporal resolution. Recent development of thin, flexible ECoG electrodes has enabled conduction of stable recordings of large-scale cortical activity. We have developed a whole-cortical ECoG array for the common marmoset. The array continuously covers almost the entire lateral surface of cortical hemisphere, from the occipital pole to the temporal and frontal poles, and it captures whole-cortical neural activity in one shot. This protocol describes a chronic implantation procedure of the array in the epidural space of the marmoset brain. Marmosets have two advantages regarding ECoG recordings, one being the homologous organization of anatomical structures in humans and macaques, including frontal, parietal, and temporal complexes. The other advantage is that the marmoset brain is lissencephalic and contains a large number of complexes, which are more difficult to access in macaques with ECoG, that are exposed to the brain surface.These features allow direct access to most cortical areas beneath the surface of the brain. This system provides an opportunity to investigate global cortical information processing with high resolutions at a sub-millisecond order in time and millimeter order in space.

We have developed a whole-cortical electrocorticographic array for the common marmoset that continuously covers almost the entire lateral surface of cortex, from the occipital pole to the temporal and frontal poles. This protocol describes a chronic implantation procedure of the array in the epidural space of the marmoset brain.

Implantación crónica de todo cortical matriz electrocorticográfica en el tití común

Electrocorticography (ECoG) allows the monitoring of electrical field potentials from the cerebral cortex with high spatiotemporal resolution. Recent ...

Flow Cytometric Analysis of Multiple Mitochondrial Parameters in Human Induced Pluripotent Stem Cells and Their Neural and Glial Derivatives

Mitochondria are important in the pathophysiology of many neurodegenerative diseases. Changes in mitochondrial volume, mitochondrial membrane potential (MMP), mitochondrial production of reactive oxygen species (ROS), and mitochondrial DNA (mtDNA) copy number are often features of these processes. This report details a novel flow cytometry-based approach to measure multiple mitochondrial parameters in different cell types, including human induced pluripotent stem cells (iPSCs) and iPSC-derived neural and glial cells. This flow-based strategy uses live cells to measure mitochondrial volume, MMP, and ROS levels, as well as fixed cells to estimate components of the mitochondrial respiratory chain (MRC) and mtDNA-associated proteins such as mitochondrial transcription factor A (TFAM). 
By co-staining with fluorescent reporters, including MitoTracker Green (MTG), tetramethylrhodamine ethyl ester (TMRE), and MitoSox Red, changes in mitochondrial volume, MMP, and mitochondrial ROS can be quantified and related to mitochondrial content. Double staining with antibodies against MRC complex subunits and translocase of outer mitochondrial membrane 20 (TOMM20) permits the assessment of MRC subunit expression. As the amount of TFAM is proportional to mtDNA copy number, the measurement of TFAM per TOMM20 gives an indirect measurement of mtDNA per mitochondrial volume. The entire protocol can be carried out within 2-3 h. Importantly, these protocols allow the measurement of mitochondrial parameters, both at the total level and the specific level per mitochondrial volume, using flow cytometry.

This study reports a novel approach to measure multiple mitochondrial functional parameters based on flow cytometry and double staining with two fluorescent reporters or antibodies to detect changes in mitochondrial volume, mitochondrial membrane potential, reactive oxygen species level, mitochondrial respiratory chain composition, and mitochondrial DNA.

Análisis citométrico de flujo de múltiples parámetros mitocondriales en células madre pluripotentes inducidas por humanos y sus derivados neuronales y gliales

Mitochondria are important in the pathophysiology of many neurodegenerative diseases. Changes in mitochondrial volume, mitochondrial membrane potential ...

Investigation of Spatial Interaction Between Astrocytes and Neurons in Cleared Brains

Combining viral vector transduction and tissue clearing using the CLARITY method makes it possible to simultaneously investigate several types of brain cells and their interactions. Viral vector transduction enables the marking of diverse cell types in different fluorescence colors within the same tissue. Cells can be identified genetically by activity or projection. Using a modified CLARITY protocol, the potential sample size of astrocytes and neurons has grown by 2-3 orders of magnitude. The use of CLARITY allows the imaging of complete astrocytes, which are too large to fit in their entirety in slices, and the examination of the somata with all their processes. In addition, it provides the opportunity to investigate the spatial interaction between astrocytes and different neuronal cell types, namely, the number of pyramidal neurons in each astrocytic domain or the proximity between astrocytes and specific inhibitory neuron populations. This paper describes, in detail, how these methods are to be applied.

Combining viral vector transduction and brain clearing using the CLARITY method allows the investigation of a large number of neurons and astrocytes simultaneously.

Investigación de la interacción espacial entre astrocitos y neuronas en cerebros despejados

Combining viral vector transduction and tissue clearing using the CLARITY method makes it possible to simultaneously investigate several types of brain ...

Robust and Highly Reproducible Generation of Cortical Brain Organoids for Modelling Brain Neuronal Senescence In Vitro

Brain organoids are three-dimensional models of the developing human brain and provide a compelling, cutting-edge platform for disease modeling and large-scale genomic and drug screening. Due to the self-organizing nature of cells in brain organoids and the growing range of available protocols for their generation, issues with heterogeneity and variability between organoids have been identified. In this protocol paper, we describe a robust and replicable protocol that largely overcomes these issues and generates cortical organoids from neuroectodermal progenitors within 1 month, and that can be maintained for more than 1 year. This highly reproducible protocol can be easily carried out in a standard tissue culture room and results in organoids with a rich diversity of cell types typically found in the developing human cortex. Despite their early developmental make-up, neurons and other human brain cell types will start to exhibit the typical signs of senescence in neuronal cells after prolonged in vitro culture, making them a valuable and useful platform for studying aging-related neuronal processes. This protocol also outlines a method for detecting such senescent cells in cortical brain organoids using senescence-associated beta-galactosidase staining.

Robust and Highly Reproducible Generation of Cortical Brain Organoids for Modelling Brain Neuronal Senescence In Vitro

In this study, we provide a detailed technique for a simple yet robust cortical organoid culture system using standard feeder-free hPSC cultures. This is a rapid, efficient, and reproducible protocol for generating organoids that model aspects of brain senescence in vitro.

Generación robusta y altamente reproducible de organoides cerebrales corticales para modelar la senescencia neuronal cerebral in vitro

Brain organoids are three-dimensional models of the developing human brain and provide a compelling, cutting-edge platform for disease modeling and ...