Cette recherche a été financée par le National Institutes of Health (R03DC009339-02, NIDCD) et par la défense Projets de recherche avancée Agence (DARPA) Microsystems Technology Office (MTO), sous les auspices de M. Jack W. Judy (jack.judy @ darpa.mil) dans le cadre du programme de technologie Neural fiable, à travers l&#39;espace et Naval Warfare Systems Command (SPAWAR) Systems Center (SSC) du Pacifique subvention n ° N66001-11-1-4013.

1. Mettre en place l&#39;instrument Electrochimie <ol><li> L&#39;instrumentation Electrochimie comme un PGSTAT Methrohm Autolab (Utrecht, Pays-Bas) est nécessaire pour l&#39;EIE, CV et de rajeunissement. Le FRA2 add-on permet l&#39;EIE, et le multiplexeur de canal (MUX) add-on est utile pour tester multi-canaux électrodes. </li><li> Construire un adaptateur headstage pour raccorder le canal MUX à l&#39;headstage. </li><li> Effectuez les connexions. Connecter le travail et des électrodes de détection sur le canal MUX, et connecter la référence et contre-électrodes à la partie de l&#39;adaptateur headstage connecté au trajet de retour de courant, typiquement une vis osseuse implanté en acier inoxydable ou en titane. </li></ol> 2. Spectroscopie d&#39;impédance électrique <ol><li> Démarrez le réponse de l&#39;analyseur de fréquence (FRA) du logiciel, et de vérifier les paramètres du fichier de procédure. La procédure devrait être mis à l&#39;essai deux multi-sine des formes d&#39;onde de chaque composé de 15 sinus simultanément allant de 10 Hz à 30kHz. La tension appliquée doit être de 25 mV ou moins (voir les méthodes complémentaires). </li><li> Ouvrez et modifiez le fichier de projet. Le projet utilise le fichier de procédure, une boucle à travers chaque canal, et enregistre le résultat (voir les méthodes complémentaires). </li><li> Connectez sujet animal avec un passif (pas d&#39;amplificateurs) headstage. Headstages actifs ne passera pas les signaux d&#39;entrée. </li><li> Exécutez le fichier de projet. Chaque canal prend des dizaines de secondes en fonction de paramètres. </li><li> Affichage et interpréter les résultats. Analyser les fichiers texte de sortie avec MATLAB (Cambridge, MA), et de faire un diagramme de Nyquist. Un demi-cercle à des fréquences plus élevées indique une réaction tissulaire. </li></ol> 3. Voltampérométrie cyclique <ol><li> Démarrez le système général de But Electrochimie (GPES) logiciel, et de vérifier les paramètres du fichier de procédure. La procédure doit être mis à balayer la tension de 50 mV / s dans les limites de l&#39;hydrolyse, qui est entre 0,8 et -0,6 V pour les matériaux d&#39;électrodes typiques neuronaux (Pt,Ir, IrOx). Au moins trois balayages doit être exécuté pour le système pour atteindre l&#39;équilibre. Les résultats de l&#39;analyse finale sont enregistrés (voir les méthodes complémentaires). La vitesse de balayage peut être augmentée à 1 V / s pour réduire le temps de mesure, mais la forme de la courbe IV sera susceptible de changer si la vitesse de balayage est plus rapide que les réactions de transfert de charge se produisant à l&#39;interface électrode-tissu. </li><li> Ouvrez et modifiez le fichier de projet. Le projet utilise le fichier de procédure, une boucle à travers chaque canal, et enregistre le résultat (voir les méthodes complémentaires). </li><li> Connectez sujet animal avec un headstage passive. </li><li> Exécutez le fichier de projet. Chaque canal prend environ trois minutes en fonction de paramètres. L&#39;augmentation de la vitesse de balayage à 1 V / s réduit le temps de la mesure à une dizaine de secondes par canal. </li><li> Affichage et interpréter les résultats. Analyser les fichiers texte de sortie avec MATLAB, et de tracer la relation IV. La charge la capacité de charge est quantifiée par l&#39;intégration de la régiondu courant cathodique dans le CV. </li></ol> 4. Rajeunissement <ol><li> Démarrez le système général de But Electrochimie (GPES) logiciel, et de vérifier les paramètres du fichier de procédure. En utilisant les étapes et la méthode de Sweeps, la procédure devrait être réglée à l&#39;étape de la tension à 1,5 V pour une durée de 4 secondes (voir les méthodes complémentaires). </li><li> Ouvrez et modifiez le fichier de projet. Le projet utilise le fichier de procédure, une boucle à travers chaque canal, et enregistre le résultat (voir les méthodes complémentaires). </li><li> Connectez sujet animal avec un headstage passive. </li><li> Exécutez le fichier de projet. Chaque canal prend une dizaine de secondes. 4.5) Recueillir des données relatives à l&#39;EIE et de CV et interpréter les résultats. </li></ol> 5. Les résultats représentatifs Un flux de travail typique, y compris les enregistrements, EIS, CV et de rajeunissement, est montré dans la figure 1. Enregistrements et SIE sont recueillis le plus souvent (quotidienne ou hebdomadaire) sur tous les canaux, tandis que CV etle rajeunissement peut être utilisé si l&#39;activité de dopage n&#39;est plus détectable. Changements EIS au cours de jours à quelques semaines après une électrode est implantée. Lorsque l&#39;EIE de données est affiché comme un diagramme de Nyquist, un demi-cercle à des fréquences plus élevées (près de l&#39;origine) est indicative de la réponse tissulaire à l&#39;emplacement de l&#39;électrode (figure 2). CV produit un courant-tension (IV) affichant une courbe d&#39;hystérésis. Le chiffre le plus pertinent CV est la charge de la capacité de charge, la zone comprise entre la courbe IV normalisée par la surface du site d&#39;électrode (figure 3a). Électrodes avec capacité de charge importante sont préférés pour les micro-stimulation. Au cours de rajeunissement une impulsion de tension est appliqué, qui entraîne habituellement la capacité de charge accrue et une diminution des grandeurs d&#39;impédance (figure 3a et b). Dopage peut aussi être rétabli dans les canaux qui avaient auparavant des pointes (figure 4a). Alors que le rajeunissement ne dispose que de court terme des effets sur l&#39;impédance et le signal-à-pasise (SNR), cette technique peut être appliquée quotidiennement. Figure 4b &amp; c montre tous les jours pré-et post-rajeunissement 1 magnitude kHz Impédance et les données SNR pour un tableau de 16 canaux implantés en Guinée porc cortex. Rajeunissement a un effet robuste sur l&#39;abaissement de l&#39;ampleur à 1 kHz Impédance par un ordre de grandeur après chaque application. À la suite de signaux récupérés et une impédance plus faible, SNR augmente après chaque séance de rajeunissement. En fin de compte, tous les signaux ont été perdus à la suite de 160 jours après l&#39;implantation et le rajeunissement n&#39;était plus efficace. <img src="/files/ftp_upload/3566/3566fig1.jpg" alt="Figure 1" /> Figure 1. EIS est mesurée après chaque session d&#39;enregistrement. Si aucune des pointes sont enregistrées sur un canal, qui avait auparavant pointes, et l&#39;EIS représente une composante du tissu grande qui a augmenté au fil du temps, puis CV et le rajeunissement sont jugés sur ce canal. EIE et les enregistrements sont ensuite utilisés pour déterminer si le traitement a réussi. Figure 2. Données de l&#39;EIS affichées dans un diagramme de Nyquist d&#39;un site de l&#39;électrode immédiatement après l&#39;implantation (en bleu), et 4 mois plus tard (en vert). Chaque point sur la parcelle de Nyquist représente l&#39;impédance réelle et imaginaire à une seule fréquence. Un demi-cercle partielle due au tissu autour du site est évidente à des fréquences plus élevées. <img src="/files/ftp_upload/3566/3566fig3.jpg" alt="Figure 3" /> Figure 3. CV et l&#39;EIS changements d&#39;une électrode d&#39;oxyde d&#39;iridium implanté pré-et post-rajeunissement. (A) augmente la surface de rajeunissement de la courbe IV correspondant à une charge de capacité de transmission accrue. (B) Un changement significatif dans la specra impédance de la baisse des niveaux d&#39;impédance est généralement observée après le rajeunissement. <img src="/files/ftp_upload/3566/3566fig4.jpg" alt="Figure 4" /> Figure 4. Effects de tension de polarisation sur les enregistrements et d&#39;impédance. (A) pré-et post-rajeunissement enregistrements montrent des pics peuvent être récupérés sur les canaux qui étaient auparavant silencieuse. Daily pré-et post-rajeunissement se traduit par une robuste (B) baisse de 1 magnitude impédance kHz et (C) augmentation de la SNR d&#39;environ 150 jours après la chirurgie. Errorbars représentent l&#39;erreur-type à partir des données recueillies à partir d&#39;un tableau à 16 canaux implantés en Guinée porc cortex.

<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>

Pas de conflits d&#39;intérêt déclarés.

Neural systèmes d&#39;enregistrement prothèses afficher une durée de vie limitée fonctionnelle que la capacité d&#39;enregistrement diminue avec le temps post-implantation. Le facteur susceptible d&#39;exécution est diminuant la réponse tissulaire réactif sur le dispositif implanté comme une gaine compacte gliale isole fonctionnellement le corps étranger à partir des tissus sains 1. Avec l&#39;enregistrement de neurones, des mesures électrochimiques (EIS et CV) sont généralement utilisés pour le suivi longitudinal de l&#39;interface électrode-tissu 2,3. EIS est pratiquement utile dans l&#39;évaluation de la capacité d&#39;enregistrement de l&#39;interface. L&#39;impédance augmente rapidement avec le temps post-implantation suggérant la réponse tissulaire réactive modifie les propriétés électriques de l&#39;interface 3. En outre, les données relatives à l&#39;EIE peut être utilisé pour modéliser la composition cellulaire adjacente à l&#39;électrode implantée 3-5. Voltamétrie cyclique peut être utilisé pour étudier plus avant les changements dans les enregistrements et les EIE. Le électrode matériau et la rugosité ainsi que les réactions électrochimiques et les tissus environnants influencer la forme de la courbe IV. De charge à grande capacité de charge, déterminé à partir de la zone de la courbe IV, est généralement préférée, en particulier pour la stimulation électrique des micro-. Capacité de charge faible est souvent associée à une augmentation EIE. Le potentiel appliqué au cours de CV peut se modifier la capacité de charge et l&#39;EIS, surtout si la plage de tension est assez grande pour conduire des réactions d&#39;oxydo-réduction. L&#39;application de tension de polarisation, ou le rajeunissement, peut être utilisé dans le but de la charge croissante capacité de transport, la baisse d&#39;impédance, et en augmentant le nombre des canaux avec des pointes enregistrées 5. L&#39;oxydation est susceptible se produisant à l&#39;interface électrode pendant le rajeunissement, et avec des matériaux d&#39;iridium, d&#39;une monocouche d&#39;oxyde hydraté forme à des potentiels anodiques de 1,2 V 6. Il a été suggéré que la formation de cette monocouche cellulaire et peut enlever ACELlume matériau fixée à l&#39;électrode résultant en une impédance plus faible à l&#39;extrémité 5 &#39;interface. Alors que le rajeunissement peut récupérer perdu des signaux neuronaux, il est plus efficace s&#39;il est utilisé sur les chaînes qui avaient auparavant des pointes dans les quelques jours avant. Enregistrements, EIS, CV, et de rajeunissement peut être mieux utilisés comme des outils complémentaires dans le suivi de l&#39;interface neurale et l&#39;amélioration de la fonctionnalité à long terme des dispositifs implantés.

<table border="1"><tbody><tr><td> Équipement </td><td> Entreprise </td><td> Numéro de catalogue </td><td> Commentaires </td></tr><tr><td> Instrument Electrochimie </td><td> Metrohm Autolab </td><td> PGSTAT128N </td><td> add-ons: FRA2, le canal MUX </td></tr><tr><td> Headstage passive </td><td> Tucker-Davis Technologies </td><td></td><td> modèle dépend de connecteur et le nombre de voies </td></tr><tr><td> 26 broches de connecteur femelle </td><td> AMP </td><td> 5749069-2 </td><td> Adaptateur Headstage Ou substitut connecteur approprié pour votre headstage </td></tr><tr><td> Fiches bananes </td><td> Digikey </td><td> J151-ND </td><td> Adaptateur Headstage Le canal Autolab MUX a fiches bananes </td></tr></tbody></table>

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

Spectroscopie d&#39;impédance électrique (SIE) et cyclique voltamétrie (CV) mesurent les propriétés de l&#39;interface électrode-tissu, sans autres procédures invasives, et peut être utilisé pour surveiller la performance d&#39;électrode sur le long terme. EIS mesure l&#39;impédance électrique à des fréquences multiples, et l&#39;augmentation de l&#39;impédance indiquent augmenté la formation de cicatrices gliales autour de l&#39;appareil, tandis que voltamétrie cyclique mesure la charge la capacité de charge de l&#39;électrode, et indique comment charge est transférée à différents niveaux de tension. Comme électrodes implantées âge, EIS et CV de changement de données et des sites d&#39;électrodes qui précédemment enregistrées neurones impulsionnels présentent souvent l&#39;efficacité significativement plus faible pour l&#39;enregistrement de neurones. L&#39;application d&#39;une impulsion de tension brève réseaux d&#39;électrodes implantées, connus sous le nom de rajeunissement, elle peut ramener dopage activité sur les sites d&#39;électrodes sinon silencieuses pour une période de temps. Rajeunissement modifie l&#39;EIE et CV, et peut être contrôlé par ces méthodes complémentaires. En règle générale, l&#39;EIE est mesurée quotidiennement comme une indication de la réponse tissulaire à l&#39;emplacement de l&#39;électrode. Si les pointes sont absents dans un canal, qui avait auparavant pointes, puis CV est utilisé pour déterminer la charge la capacité de charge de l&#39;emplacement de l&#39;électrode, et le rajeunissement peut être appliquée pour améliorer l&#39;efficacité d&#39;interface. CV et l&#39;EIS sont ensuite répétées pour vérifier les changements à l&#39;interface électrode-tissu, et des enregistrements de neurones sont collectées. L&#39;objectif global de rajeunissement est d&#39;étendre la durée de vie fonctionnelle de tableaux implantés.

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

L&#39;interface électrode-tissu d&#39;électrodes d&#39;enregistrement de neurones peut être caractérisée par spectroscopie d&#39;impédance électrique (SIE) et la voltamétrie cyclique (CV). Application de la capacité d&#39;enregistrement des changements de tension de polarisation des propriétés électrochimiques de l&#39;interface électrode-tissu et peut améliorer. Tension de polarisation, EIS, CV, et des enregistrements de neurones sont complémentaires.

Tension de polarisation, voltampérométrie cyclique, et la spectroscopie d&#39;impédance électrique pour des 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 vues.  Purdue University. L'interface électrode-tissu d'électrodes d'enregistrement de neurones peut être caractérisée par spectroscopie d'impédance électrique (SIE) et la voltamétrie cyclique (CV). Application de la capacité d'enregistrement des changements de tension de polarisation des propriétés électrochimiques de l'interface électrode-tissu et peut améliorer. Tension de polarisation, EIS, CV, et des enregistrements de neurones sont complémentaires.

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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.

Dynamique présynaptique de la dopamine dans le striatum avec des tranches de cerveau de voltampérométrie cyclique à balayage rapide

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 ...

Recherche

Neurosciences

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 détection de l&#39;hypoxie dans le cortex de souris microrégionale cérébrale par imagerie à deux photons de fluorescence endogène 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.

Reproductible écrasement du nerf sciatique de souris et l&#39;évaluation subséquente de la régénération par l&#39;analyse du Mont muscle entier

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 nanochirurgie de cervelet axones<em&gt; In 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).

Évaluation des systèmes neuromusculaire Fonction Utilisation percutanée électrique stimulation du nerf

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.

Modélisation des données de voltamétrie cyclique à balayage rapide à partir de données de neurotransmission de dopamine à stimulation électrique utilisant 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.

Méthode électrophysiologique pour les enregistrements de la pince à tension intégrale à partir de<em&gt; Drosophila</em&gt; Photorécepteurs

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.

Augmentation de la réponse du réseau à la stimulation des cultures cellulaires neuronales sur les tableaux de microélectrodes

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.

Enregistrements simultanés des potentiels corticaux champ Local, électrocardiogramme, électromyogramme et respiration rythmique d’un Rat librement mobile

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.

Enregistrement optique à grand champ à un seul photon dans des tranches de cerveau à l'aide de teinture sensible à la tension

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