Esta investigación fue financiada por los Institutos Nacionales de Salud (R03DC009339-02, NIDCD) y por la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) Oficina de Tecnología de Microsistemas (MTO), bajo los auspicios del Dr. Jack W. Judy (jack.judy @ darpa.mil) como parte del Programa de Tecnología Neural fiable, a través de la Guerra Espacial y Naval Sistemas de Comando (SPAWAR) Centro de Sistemas (SSC) del Pacífico N º de subvención N66001-11-1-4013.

1. Coloque el instrumento de Electroquímica <ol><li> Instrumentación de Electroquímica, como un PGSTAT Methrohm Autolab (Utrecht, Países Bajos) es necesario para la EIS, CV y ​​el rejuvenecimiento. El FRA2 add-on permite a los EIS, y el canal de multiplexor (MUX) add-on es útil para probar múltiples canales de electrodos. </li><li> Construir un adaptador para conectar el cabezal de la platina canal MUX para el cabezal de la platina. </li><li> Realice las conexiones. Conectar el trabajo y electrodos sensores para el canal MUX, y conectar el contador de referencia y los electrodos a la parte del adaptador de cabezal de la platina conectado a la trayectoria de retorno de corriente, típicamente una implantado de acero inoxidable o titanio tornillo óseo. </li></ol> 2. Espectroscopia de Impedancia Eléctrica <ol><li> Inicie el Analizador de Respuesta en frecuencia (FRA) de software, y verificar la configuración del archivo del procedimiento. El procedimiento se debe establecer para poner a prueba dos formas de onda sinusoidal de múltiples cada uno compuesto de 15 senos al mismo tiempo que van desde 10 Hz a 30kHz. El voltaje aplicado debe ser de 25 mV o menos (ver métodos complementarios). </li><li> Abrir y editar el archivo de proyecto. El proyecto utiliza el archivo de procedimiento, recorre cada canal, y guarda el resultado (ver métodos complementarios). </li><li> Conecte el sujeto animal con un pasivo (sin necesidad de amplificadores) cabezal de la platina. Cabezales activos no pasará las señales de entrada. </li><li> Ejecute el archivo de proyecto. Cada canal tiene decenas de segundos dependiendo de la configuración. </li><li> Mostrar e interpretar los resultados. Analizar los archivos de texto de salida con MATLAB (Natick, MA), y hacer un diagrama de Nyquist. Un semicírculo en frecuencias más altas indica una respuesta del tejido. </li></ol> 3. Voltametría cíclica <ol><li> Inicie la Electroquímica de uso general del sistema (GPES) de software, y verificar la configuración del archivo del procedimiento. El procedimiento debe ser ajustado a barrer la tensión en 50 mV / s dentro de los límites de la hidrólisis, que es entre 0,8 y -0,6 V para típicos materiales de los electrodos neurales (Pt,Ir, IROX). Al menos tres exploraciones se debe ejecutar para que el sistema alcance el equilibrio. Los resultados de la exploración final se salva (ver métodos complementarios). La velocidad de exploración se puede aumentar a 1 V / s para reducir el tiempo de medición, sin embargo, la forma de la curva IV es probable que cambie, si la velocidad de exploración es más rápida que las reacciones de transferencia de carga que ocurren en la interfase electrodo-tejido. </li><li> Abrir y editar el archivo de proyecto. El proyecto utiliza el archivo de procedimiento, recorre cada canal, y guarda el resultado (ver métodos complementarios). </li><li> Conecte el sujeto animal con un cabezal pasivo. </li><li> Ejecute el archivo de proyecto. Cada canal tiene unos tres minutos, dependiendo de la configuración. El aumento de la velocidad de barrido a 1 V / s reduce el tiempo de medición a aproximadamente diez segundos por canal. </li><li> Mostrar e interpretar los resultados. Analizar los archivos de texto de salida con MATLAB, y trazar la relación IV. La carga capacidad de carga se cuantifica mediante la integración de la zonade la corriente catódica en el CV. </li></ol> 4. Rejuvenecimiento <ol><li> Inicie la Electroquímica de uso general del sistema (GPES) de software, y verificar la configuración del archivo del procedimiento. Siguiendo los pasos y el método de barridos, el procedimiento se debe establecer en el paso de la tensión de 1,5 V con una duración de 4 segundos (ver métodos complementarios). </li><li> Abrir y editar el archivo de proyecto. El proyecto utiliza el archivo de procedimiento, recorre cada canal, y guarda el resultado (ver métodos complementarios). </li><li> Conecte el sujeto animal con un cabezal pasivo. </li><li> Ejecute el archivo de proyecto. Cada canal tiene unos diez segundos. 4.5) Recopilación de datos del EIS y el CV e interpretar los resultados. </li></ol> 5. Los resultados representativos Un flujo de trabajo típico, incluyendo grabaciones, EIS, CV y ​​el rejuvenecimiento, se muestra en la figura 1. Grabaciones y EIS se recogen con más frecuencia (diaria o semanalmente) en todos los canales, mientras que CV yrejuvenecimiento se puede utilizar si spiking actividad ya no es detectable. EIS cambios en el transcurso de días o semanas después se implanta un electrodo. Cuando EIA datos se muestra como un diagrama de Nyquist, un semicírculo en frecuencias más altas (cerca del origen) es indicativo de la respuesta del tejido a la zona de los electrodos (Fig. 2). CV produce una corriente-tensión (IV), la curva que muestra algunas de histéresis. La estadística de CV más relevante es la carga de la capacidad de carga, el área dentro de la curva IV normalizado por el área de zona de los electrodos (Fig. 3 a). Los electrodos con capacidad de carga de grandes son los preferidos para la micro-estimulación. Durante el rejuvenecimiento de un pulso de voltaje que se aplica por lo general resulta en la capacidad de carga mayor y menor magnitud de impedancia (Figura 3a yb). Un rápido aumento también puede ser restaurada en los canales que antes tenían los picos (Figura 4a). Mientras que el rejuvenecimiento sólo tiene efectos a corto plazo sobre la impedancia y la señal de no-ISE (SNR), esta técnica se puede aplicar a diario. Figura 4b y c muestra todos los días pre y post-rejuvenecimiento de una magnitud de la impedancia kHz y los datos de SNR para una amplia canal 16 implantados en la corteza conejillo de indias. Rejuvenecimiento tiene un fuerte efecto en la reducción de la magnitud de 1 kHz la impedancia en un orden de magnitud después de cada aplicación. Como resultado de las señales recuperadas y menor impedancia, SNR aumenta después de cada sesión de rejuvenecimiento. En última instancia, todas las señales se perdieron después de 160 días después de la implantación y el rejuvenecimiento ya no era efectiva. <img src="/files/ftp_upload/3566/3566fig1.jpg" alt="Figura 1" /> Figura 1. EIS se mide después de cada sesión de grabación. Si no hay picos se registran en un canal que antes tenían los picos, y EIA muestra un componente de tejido, que ha aumentado con el tiempo, entonces CV y ​​el rejuvenecimiento son juzgados en este canal. EIA y grabaciones se utilizan entonces para determinar si el tratamiento tuvo éxito. Figura 2. Los datos del EIS se muestran en un diagrama de Nyquist de una zona de los electrodos inmediatamente después de la implantación (azul), y 4 meses más tarde (verde). Cada punto en el diagrama de Nyquist representa la impedancia real y lo imaginario en una sola frecuencia. Un semicírculo parcial debido a que el tejido alrededor de la zona es evidente a frecuencias más altas. <img src="/files/ftp_upload/3566/3566fig3.jpg" alt="Figura 3" /> Figura 3. CV y EIS cambios de un electrodo de óxido de iridio implantado pre-y post-renovación. (A) Rejuvenecimiento aumenta el área de la curva IV correspondiente a una carga mayor capacidad de carga. (B) Un cambio significativo en la specra impedancia a niveles más bajos de impedancia generalmente se observa después del rejuvenecimiento. <img src="/files/ftp_upload/3566/3566fig4.jpg" alt="Figura 4" /> Figura 4. Effects de tensión de polarización en las grabaciones y la impedancia. (A) antes y después de rejuvenecimiento de las grabaciones muestran picos se puede recuperar en los canales que habían sido previamente silencio. Diario de pre y post-rejuvenecimiento de los resultados en un sólido (B) una caída de la magnitud de la impedancia kHz y (C) aumento de la SNR de aproximadamente 150 días después de la cirugía. Errorbars representan el error estándar de los datos recogidos a partir de un conjunto de 16 canales implantados en la corteza conejillo de indias.

<ol>
	<li>Szarowski, D. H., Andersen, M. D., Retterer, S., Spence, A. J., Isaacson, M., Craighead, H. G., Turner, J. N., Shain, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Brain+responses+to+micro&#45;machined+silicon+devices.">Brain responses to micro&#45;machined silicon devices.</a> Brain Res. 983, 23-35 (2003).</li><li>Vetter, R. J., Williams, J. C., Hetke, J. F., Nunamaker, E. A., Kipke, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chronic+neural+recording+using+silicon&#45;substrate+microelectrode+arrays+implanted+in+cerebral+cortex.">Chronic neural recording using silicon&#45;substrate microelectrode arrays implanted in cerebral cortex.</a> IEEE Trans. Biomed. Eng. 51, 896-904 (2004).</li><li>Williams, J. C., Hippensteel, J. A., Dilgen, J., Shain, W., Kipke, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Complex+impedance+spectroscopy+for+monitoring+tissue+responses+to+inserted+neural+implants.">Complex impedance spectroscopy for monitoring tissue responses to inserted neural implants.</a> J. Neural Eng. 4, 410-423 (2007).</li><li>Johnson, M. D., Otto, K. J., Kipke, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Repeated+voltage+biasing+improves+unit+recordings+by+reducing+resistive+tissue+impedances.">Repeated voltage biasing improves unit recordings by reducing resistive tissue impedances.</a> IEEE Trans. Neural Syst. Rehabil. Eng. 13, 160-165 (2005).</li><li>Otto, K. J., Johnson, M. D., Kipke, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Voltage+pulses+change+neural+interface+properties+and+improve+unit+recordings+with+chronically+implanted+microelectrodes.">Voltage pulses change neural interface properties and improve unit recordings with chronically implanted microelectrodes.</a> IEEE Trans. Biomed. Eng. 53, 333-340 (2006).</li><li>Pickup, P. G., Birss, V. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+model+for+anodic+hydrous+oxide&#45;growth+at+iridium.">A model for anodic hydrous oxide&#45;growth at iridium.</a> J. Electroanal. Chem. 220, 83-100 (1987).</li></ol>

No hay conflictos de interés declarado.

Neuronales grabación sistemas protésicos mostrar toda una vida funcional limitada como la capacidad de grabación disminuye con el tiempo después de la implantación. El contribuyente probable que el rendimiento disminuye es la respuesta del tejido reactiva al dispositivo implantado como una vaina glial compacto funcionalmente aísla el objeto extraño de tejido sano 1. Junto con la grabación neuronal, las mediciones electroquímicas (EIA y CV) se utilizan normalmente para el seguimiento longitudinal de la interfase electrodo-tejido 2,3. EIS es útil en la práctica en la evaluación de la capacidad de grabación de la interfaz. La impedancia aumenta rápidamente con el tiempo después de la implantación sugiriendo la respuesta del tejido reactivo altera las propiedades eléctricas de la interfaz 3. Además, los datos del EIS se puede utilizar para modelar la composición celular adyacente al electrodo implantado 3-5. Voltametría cíclica se puede utilizar para investigar más a fondo los cambios en las grabaciones y EIS. La electrmaterial de oda y rugosidad, así como las reacciones electroquímicas y el tejido circundante influir en la forma de la curva IV. Carga de gran capacidad de carga, determinada a partir del área de la curva IV, normalmente se prefiere, especialmente para eléctrico de micro-estimulación. Capacidad de carga baja se asocia a menudo con el aumento de EIS. El potencial aplicado durante CV puede alterar misma capacidad de carga y EIS, especialmente si el intervalo de tensión es lo suficientemente grande como para conducir reacciones redox. La aplicación de la tensión de polarización, o rejuvenecimiento, se puede utilizar con el propósito de aumentar la capacidad de carga de carga, disminuyendo la impedancia, y el aumento de los canales número con picos grabados 5. La oxidación se probable que ocurren en la interfase electrodo durante rejuvenecimiento, y con materiales de iridio, una monocapa de óxido hidratado se forma en los potenciales anódicos de 1,2 V 6. Se ha sugerido que la formación de esta monocapa celular puede quitar y Acellular material de electrodo conectado a la resultante en la parte baja impedancia a la interfaz de 5. Mientras que el rejuvenecimiento puede recuperar perdido las señales neuronales, es más eficaz si se utiliza en los canales que antes tenían los picos en unos pocos días antes. Grabaciones, EIS, CV, y el rejuvenecimiento puede ser mejor utilizados como herramientas complementarias en el control de la interfaz de los nervios y la mejora de la funcionalidad a largo plazo de los dispositivos implantados.

<table border="1"><tbody><tr><td> Equipo </td><td> Empresa </td><td> Número de catálogo </td><td> Comentarios </td></tr><tr><td> Electroquímica de instrumentos </td><td> Metrohm Autolab </td><td> PGSTAT128N </td><td> add-ons: FRA2, el canal MUX </td></tr><tr><td> Cabezal de la platina pasiva </td><td> Tucker-Davis Tecnologías </td><td></td><td> modelo depende de conector y el número de canales </td></tr><tr><td> 26-pin conector hembra </td><td> AMP </td><td> 5749069-2 </td><td> Cabezal de la platina o el conector del adaptador sustituto adecuado para el cabezal de la platina </td></tr><tr><td> Banana Jacks </td><td> Digikey </td><td> J151-ND </td><td> Adaptador de cabezal de la platina El canal Autolab MUX tiene conectores banana </td></tr></tbody></table>

voltage biasing, cyclic voltammetry, &amp; electrical impedance spectroscopy for neural interfaces

Espectroscopia de impedancia eléctrica (EIS) y voltametría cíclica (CV), las propiedades de medida de la interfase electrodo-tejido sin procedimientos invasivos adicionales, y puede ser usado para monitorear el desempeño del electrodo en el largo plazo. EIA mide la impedancia eléctrica en múltiples frecuencias, y los aumentos en la impedancia indican una mayor formación cicatriz glial alrededor del dispositivo, mientras que voltametría cíclica mide la capacidad de transporte de carga del electrodo, y se indica cómo carga se transfiere a diferentes niveles de tensión. Como electrodos implantados de edad, EIS y el cambio de residencia de datos y sitios de los electrodos que previamente grabadas las neuronas enriquecidas a menudo presentan una eficacia significativamente más baja para la grabación de los nervios. La aplicación de un pulso de voltaje breve a las matrices de electrodos implantados, conocidos como rejuvenecimiento, puede traer adición actividad en sitios de los electrodos de otro modo silencioso para un período de tiempo. Rejuvenecimiento altera la EIS y CV, y puede ser monitoreado por estos métodos complementarios. Típicamente, EIS se midieron diariamente como una indicación de la respuesta del tejido a la zona de los electrodos. Si los picos están ausentes en un canal que previamente tenía picos, entonces CV se utiliza para determinar la capacidad de transporte de carga de la zona de los electrodos, y el rejuvenecimiento puede ser aplicado para mejorar la eficacia de la interfaz. CV y EIS se repiten para comprobar los cambios en la interfase electrodo-tejido, y las grabaciones neuronales se recogen. El objetivo general de rejuvenecimiento es extender el tiempo de vida funcional de las matrices implantadas.

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Voltage Biasing, Cyclic Voltammetry, &amp; Electrical Impedance Spectroscopy for Neural Interfaces

La interfase electrodo-tejido de electrodos de registro neural puede ser caracterizada con la espectroscopia de impedancia eléctrica (EIS) y voltametría cíclica (CV). Aplicación de máxima tensión de polarización de grabación cambios de las propiedades electroquímicas de la interfase electrodo-tejido y puede mejorar. Tensión de polarización, EIS, CV, y las grabaciones neuronales son complementarios.

Tensión de polarización, voltametría cíclica, y Espectroscopia de Impedancia Eléctrica para las interfaces neuronales

Electrical impedance spectroscopy (EIS) and cyclic voltammetry (CV) measure properties of the electrode-tissue interface without additional invasive ...

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24.4K vistas.  Purdue University. La interfase electrodo-tejido de electrodos de registro neural puede ser caracterizada con la espectroscopia de impedancia eléctrica (EIS) y voltametría cíclica (CV). Aplicación de máxima tensión de polarización de grabación cambios de las propiedades electroquímicas de la interfase electrodo-tejido y puede mejorar. Tensión de polarización, EIS, CV, y las grabaciones neuronales son complementarios.

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Presynaptic Dopamine Dynamics in Striatal Brain Slices with Fast-scan Cyclic Voltammetry

Extensive research has focused on the neurotransmitter dopamine because of its importance in the mechanism of action of drugs of abuse (e.g. cocaine and amphetamine), the role it plays in psychiatric illnesses (e.g. schizophrenia and Attention Deficit Hyperactivity Disorder), and its involvement in degenerative disorders like Parkinson's and Huntington's disease. Under normal physiological conditions, dopamine is known to regulate locomotor activity, cognition, learning, emotional affect, and neuroendocrine hormone secretion. One of the largest densities of dopamine neurons is within the striatum, which can be divided in two distinct neuroanatomical regions known as the nucleus accumbens and the caudate-putamen. The objective is to illustrate a general protocol for slice fast-scan cyclic voltammetry (FSCV) within the mouse striatum. FSCV is a well-defined electrochemical technique providing the opportunity to measure dopamine release and uptake in real time in discrete brain regions. Carbon fiber microelectrodes (diameter of ~ 7 &mu;m) are used in FSCV to detect dopamine oxidation. The analytical advantage of using FSCV to detect dopamine is its enhanced temporal resolution of 100 milliseconds and spatial resolution of less than ten microns, providing complementary information to in vivo microdialysis.

Using fast-scan cyclic voltammetry to measure electrically evoked presynaptic dopamine dynamics in striatal brain slices.

Dinámica presináptica de dopamina estriatal en rodajas de cerebro de voltametría cíclica rápida de exploración

Extensive research has focused on the neurotransmitter dopamine because of its importance in the mechanism of action of drugs of abuse (e.g. cocaine and ...

Investigación

Neurociencias

Detection of Microregional Hypoxia in Mouse Cerebral Cortex by Two-photon Imaging of Endogenous NADH Fluorescence

The brain's ability to function at high levels of metabolic demand depends on continuous oxygen supply through blood flow and tissue oxygen diffusion. Here we present a visualized experimental and methodological protocol to directly visualize microregional tissue hypoxia and to infer perivascular oxygen gradients in the mouse cortex. It is based on the non-linear relationship between nicotinamide adenine dinucleotide (NADH) endogenous fluorescence intensity and oxygen partial pressure in the tissue, where observed tissue NADH fluorescence abruptly increases at tissue oxygen levels below 10 mmHg1. We use two-photon excitation at 740 nm which allows for concurrent excitation of intrinsic NADH tissue fluorescence and blood plasma contrasted with Texas-Red dextran. The advantages of this method over existing approaches include the following: it takes advantage of an intrinsic tissue signal and can be performed using standard two-photon in vivo imaging equipment; it permits continuous monitoring in the whole field of view with a depth resolution of ~50 &mu;m. We demonstrate that brain tissue areas furthest from cerebral blood vessels correspond to vulnerable watershed areas which are the first to become functionally hypoxic following a decline in vascular oxygen supply. This method allows one to image microregional cortical oxygenation and is therefore useful for examining the role of inadequate or restricted tissue oxygen supply in neurovascular diseases and stroke.

Here we describe a method to directly visualize microregional tissue hypoxia in the mouse cortex in vivo. It is based on concurrent two-photon imaging of nicotinamide adenine dinucleotide (NADH) and the cortical microcirculation. This method is useful for high resolution analysis of tissue oxygen supply.

La detección de la hipoxia Microrregional en corteza cerebral de ratón por la imagen de dos fotones de fluorescencia endógena NADH

The brain's ability to function at high levels of metabolic demand depends on continuous oxygen supply through blood flow and tissue oxygen diffusion. ...

Reproducible Mouse Sciatic Nerve Crush and Subsequent Assessment of Regeneration by Whole Mount Muscle Analysis

Regeneration in the peripheral nervous system (PNS) is widely studied both for its relevance to human disease and to understand the robust regenerative response mounted by PNS neurons thereby possibly illuminating the failures of CNS regeneration1. Sciatic nerve crush (axonotmesis) is one of the most common models of peripheral nerve injury in rodents2. Crushing interrupts all axons but Schwann cell basal laminae are preserved so that regeneration is optimal3,4. This allows the investigator to study precisely the ability of a growing axon to interact with both the Schwann cell and basal laminae4. Rats have generally been the preferred animal models for experimental nerve crush. They are widely available and their lesioned sciatic nerve provides a reasonable approximation of human nerve lesions5,4. Though smaller in size than rat nerve, the mouse nerve has many similar qualities. Most importantly though, mouse models are increasingly valuable because of the wide availability of transgenic lines now allows for a detailed dissection of the individual molecules critical for nerve regeneration6, 7. Prior investigators have used multiple methods to produce a nerve crush or injury including simple angled forceps, chilled forceps, hemostatic forceps, vascular clamps, and investigator-designed clamps8,9,10,11,12. Investigators have also used various methods of marking the injury site including suture, carbon particles and fluorescent beads13,14,1. We describe our method to obtain a reproducibly complete sciatic nerve crush with accurate and persistent marking of the crush-site using a fine hemostatic forceps and subsequent carbon crush-site marking. As part of our description of the sciatic nerve crush procedure we have also included a relatively simple method of muscle whole mount we use to subsequently quantify regeneration.

In this report we describe a method to crush mouse sciatic nerve. This method uses readily available hemostatic forceps and easily and reproducibly produces complete sciatic nerve crush. In addition, we describe a method to prepare muscle whole mounts suitable for analysis of nerve regeneration after sciatic nerve crush.

Ratón reproducible aplastamiento del nervio ciático y posterior evaluación de la regeneración mediante el análisis de músculo entero Monte

Regeneration in the peripheral nervous system (PNS) is widely studied both for its relevance to human disease and to understand the robust regenerative ...

Laser Nanosurgery of Cerebellar Axons In Vivo

Only a few neuronal populations in the central nervous system (CNS) of adult mammals show local regrowth upon dissection of their axon. In order to understand the mechanism that promotes neuronal regeneration, an in-depth analysis of the neuronal types that can remodel after injury is needed. Several studies showed that damaged climbing fibers are capable of regrowing also in adult animals1,2. The investigation of the time-lapse dynamics of degeneration and regeneration of these axons within their complex environment can be performed by time-lapse two-photon fluorescence (TPF) imaging in vivo3,4. This technique is here combined with laser surgery, which proved to be a highly selective tool to disrupt fluorescent structures in the intact mouse cortex5-9.
This protocol describes how to perform TPF time-lapse imaging and laser nanosurgery of single axonal branches in the cerebellum in vivo. Olivocerebellar neurons are labeled by anterograde tracing with a dextran-conjugated dye and then monitored by TPF imaging through a cranial window. The terminal portion of their axons are then dissected by irradiation with a Ti:Sapphire laser at high power. The degeneration and potential regrowth of the damaged neuron are monitored by TPF in vivo imaging during the days following the injury.

Laser Nanosurgery of Cerebellar Axons In Vivo

Two-photon imaging, coupled to laser nanodissection, are useful tools to study degenerative and regenerative processes in the central nervous system with subcellular resolution. This protocol shows how to label, image, and dissect single climbing fibers in the cerebellar cortex in vivo.

Laser Nanocirugía del cerebelo Los axones<em&gt; En Vivo</em

Only a few neuronal populations in the central nervous system (CNS) of adult mammals show local regrowth upon dissection of their axon. In order to ...

Assessment of Neuromuscular Function Using Percutaneous Electrical Nerve Stimulation

Percutaneous electrical nerve stimulation is a non-invasive method commonly used to evaluate neuromuscular function from brain to muscle (supra-spinal, spinal and peripheral levels). The present protocol describes how this method can be used to stimulate the posterior tibial nerve that activates plantar flexor muscles. Percutaneous electrical nerve stimulation consists of inducing an electrical stimulus to a motor nerve to evoke a muscular response. Direct (M-wave) and/or indirect (H-reflex) electrophysiological responses can be recorded at rest using surface electromyography. Mechanical (twitch torque) responses can be quantified with a force/torque ergometer. M-wave and twitch torque reflect neuromuscular transmission and excitation-contraction coupling, whereas H-reflex provides an index of spinal excitability. EMG activity and mechanical (superimposed twitch) responses can also be recorded during maximal voluntary contractions to evaluate voluntary activation level. Percutaneous nerve stimulation provides an assessment of neuromuscular function in humans, and is highly beneficial especially for studies evaluating neuromuscular plasticity following acute (fatigue) or chronic (training/detraining) exercise.

We present a protocol to assess changes in neuromuscular function. Percutaneous electrical nerve stimulation is a non-invasive method that evokes muscular responses. Electrophysiological and mechanical properties of these responses permit the evaluation of neuromuscular function from brain to muscle (supra-spinal, spinal and peripheral levels).

Evaluación de la función neuromuscular Usando percutánea estimulación nerviosa eléctrica

Percutaneous electrical nerve stimulation is a non-invasive method commonly used to evaluate neuromuscular function from brain to muscle (supra-spinal, ...

Modeling Fast-scan Cyclic Voltammetry Data from Electrically Stimulated Dopamine Neurotransmission Data Using QNsim1.0

Central dopaminergic (DAergic) pathways have an important role in a wide range of functions, such as attention, motivation, and movement. Dopamine (DA) is implicated in diseases and disorders including attention deficit hyperactivity disorder, Parkinson's disease, and traumatic brain injury. Thus, DA neurotransmission and the methods to study it are of intense scientific interest. In vivo fast-scan cyclic voltammetry (FSCV) is a method that allows for selectively monitoring DA concentration changes with fine temporal and spatial resolution. This technique is commonly used in conjunction with electrical stimulations of ascending DAergic pathways to control the impulse flow of dopamine neurotransmission. Although the stimulated DA neurotransmission paradigm can produce robust DA responses with clear morphologies, making them amenable for kinetic analysis, there is still much debate on how to interpret the responses in terms of their DA release and clearance components. To address this concern, a quantitative neurobiological (QN) framework of stimulated DA neurotransmission was recently developed to realistically model the dynamics of DA release and reuptake over the course of a stimulated DA response. The foundations of this model are based on experimental data from stimulated DA neurotransmission and on principles of neurotransmission adopted from various lines of research. The QN model implements 12 parameters related to stimulated DA release and reuptake dynamics to model DA responses. This work describes how to simulate DA responses using QNsim1.0 and also details principles that have been implemented to systematically discern alterations in the stimulated dopamine release and reuptake dynamics.

Fast-scan cyclic voltammetry can monitor in vivo dopamine neurotransmission in the context of drugs, disease, and other experimental manipulations. This work describes the implementation of QNsim1.0, a software to model electrically stimulated dopamine responses according to the quantitative neurobiological model to quantify estimates of dopamine release and reuptake dynamics.

Modelado de datos de voltametría cíclica de exploración rápida de datos de neurotransmisión de dopamina estimulada eléctricamente usando QNsim1.0

Central dopaminergic (DAergic) pathways have an important role in a wide range of functions, such as attention, motivation, and movement. Dopamine (DA) is ...

Electrophysiological Method for Whole-cell Voltage Clamp Recordings from Drosophila Photoreceptors

Whole-cell voltage clamp recordings from Drosophila melanogaster photoreceptors have revolutionized the field of invertebrate visual transduction, enabling the use of D. melanogaster molecular genetics to study inositol-lipid signaling and Transient Receptor Potential (TRP) channels at the single-molecule level. A handful of labs have mastered this powerful technique, which enables the analysis of the physiological responses to light under highly controlled conditions. This technique allows control over the intracellular and extracellular media; the membrane voltage; and the fast application of pharmacological compounds, such as a variety of ionic or pH indicators, to the intra- and extracellular media. With an exceptionally high signal-to-noise ratio, this method enables the measurement of dark spontaneous and light-induced unitary currents (i.e.&#160;spontaneous and quantum bumps) and macroscopic Light-induced Currents (LIC) from single D. melanogaster photoreceptors. This protocol outlines, in great detail, all the key steps necessary to perform this technique, which includes both electrophysiological and optical recordings. The fly retina dissection procedure for the attainment of intact and viable ex vivo isolated ommatidia in the bath chamber is described. The equipment needed to perform whole-cell and fluorescence imaging measurements are also detailed. Finally, the pitfalls in using this delicate preparation during extended experiments are explained.

Electrophysiological Method for Whole-cell Voltage Clamp Recordings from Drosophila Photoreceptors

Whole-cell recordings from Drosophila melanogaster photoreceptors enable the measurement of spontaneous dark bumps, quantum bumps, macroscopic responses to light, and current-voltage relationships under various conditions. In combination with D. melanogaster genetic manipulation tools, this method enables the study of the ubiquitous inositol-lipid signaling pathway and its target, the TRP channel.

Método electrofisiológico para grabaciones de abrazadera de voltaje de células enteras<em&gt; Drosophila</em&gt; Fotorreceptores

Whole-cell voltage clamp recordings from Drosophila melanogaster photoreceptors have revolutionized the field of invertebrate visual transduction, ...

Time-dependent Increase in the Network Response to the Stimulation of Neuronal Cell Cultures on Micro-electrode Arrays

Micro-electrode arrays (MEAs) can be used to investigate drug toxicity, design paradigms for next-generation personalized medicine, and study network dynamics in neuronal cultures. In contrast with more traditional methods, such as patch-clamping, which can only record activity from a single cell, MEAs can record simultaneously from multiple sites in a network, without requiring the arduous task of placing each electrode individually. Moreover, numerous control and stimulation configurations can be easily applied within the same experimental setup, allowing for a broad range of dynamics to be explored. One of the key dynamics of interest in these in vitro studies has been the extent to which cultured networks display properties indicative of learning. Mouse neuronal cells cultured on MEAs display an increase in response following training induced by electrical stimulation. This protocol demonstrates how to culture neuronal cells on MEAs; successfully record from over 95% of the plated dishes; establish a protocol to train the networks to respond to patterns of stimulation; and sort, plot, and interpret the results from such experiments. The use of a proprietary system for stimulating and recording neuronal cultures is demonstrated. Software packages are also used to sort neuronal units. A custom-designed graphical user interface is used to visualize post-stimulus time histograms, inter-burst intervals, and burst duration, as well as to compare the cellular response to stimulation before and after a training protocol. Finally, representative results and future directions of this research effort are discussed.

Mouse neuronal cells cultured on multi-electrode arrays display an increase in response following electrical stimulation. This protocol demonstrates how to culture neurons, how to record activity, and how to establish a protocol to train the networks to respond to patterns of stimulation.

Incremento dependiente del tiempo en la respuesta de la red a la estimulación de cultivos de células neuronales en matrices de microelectrodos

Micro-electrode arrays (MEAs) can be used to investigate drug toxicity, design paradigms for next-generation personalized medicine, and study network ...

Simultaneous Recordings of Cortical Local Field Potentials, Electrocardiogram, Electromyogram, and Breathing Rhythm from a Freely Moving Rat

Monitoring the physiological dynamics of the brain and peripheral tissues is necessary for addressing a number of questions about how the brain controls body functions and internal organ rhythms when animals are exposed to emotional challenges and changes in their living environments. In general experiments, signals from different organs, such as the brain and the heart, are recorded by independent recording systems that require multiple recording devices and different procedures for processing the data files. This study describes a new method that can simultaneously monitor electrical biosignals, including tens of local field potentials in multiple brain regions, electrocardiograms that represent the cardiac rhythm, electromyograms that represent awake/sleep-related muscle contraction, and breathing signals, in a freely moving rat. The recording configuration of this method is based on a conventional micro-drive array for cortical local field potential recordings in which tens of electrodes are accommodated, and the signals obtained from these electrodes are integrated into a single electrical board mounted on the animal's head. Here, this recording system was improved so that signals from the peripheral organs are also transferred to an electrical interface board. In a single surgery, electrodes are first separately implanted into the appropriate body parts and the target brain areas. The open ends of all of these electrodes are then soldered to individual channels of the electrical board above the animal's head so that all of the signals can be integrated into the single electrical board. Connecting this board to a recording device allows for the collection of all of the signals into a single device, which reduces experimental costs and simplifies data processing, because all data can be handled in the same data file. This technique will aid the understanding of the neurophysiological correlates of the associations between central and peripheral organs.

This study introduces a method for the simultaneous recording of local field potentials in the brain, electrocardiograms, electromyograms, and breathing signals of a freely moving rat. This technique, which reduces experimental costs and simplifies data analysis, will contribute to the understanding of the interactions between the brain and peripheral organs.

Grabaciones simultáneas de potenciales de campo Local Cortical, Electrocardiograma, electromiograma y respirar a ritmo de una rata libremente móvil

Monitoring the physiological dynamics of the brain and peripheral tissues is necessary for addressing a number of questions about how the brain controls ...

Wide-field Single-photon Optical Recording in Brain Slices Using Voltage-sensitive Dye

Wide-field single photon voltage-sensitive dye (VSD) imaging of brain slice preparations is a useful tool to assess the functional connectivity in neural circuits. Due to the fractional change in the light signal, it has been difficult to use this method as a quantitative assay. This article describes special optics and slice handling systems, which render this technique stable and reliable. The present article demonstrates the slice handling, staining, and recording of the VSD-stained hippocampal slices in detail. The system maintains physiological conditions for a long time, with good staining, and prevents mechanical movements of the slice during the recordings. Moreover, it enables staining of slices with a small amount of the dye. The optics achieve high numerical aperture at low magnification, which allows recording of the VSD signal at the maximum frame rate of 10 kHz, with 100 pixel x 100-pixel spatial resolution. Due to the high frame rate and spatial resolution, this technique allows application of the post-recording filters that provide sufficient signal-to-noise ratio to assess the changes in neural circuits.

We introduce a reproducible and stable optical recording method for brain slices using voltage-sensitive dye. The article describes voltage-sensitive dye staining and recording of optical signals using conventional hippocampal slice preparations.

Grabación óptica de campo ancho de un solo fotón en cortes cerebrales con tinte sensible al voltaje

Wide-field single photon voltage-sensitive dye (VSD) imaging of brain slice preparations is a useful tool to assess the functional connectivity in neural ...