Les auteurs tiennent à remercier C. Roderigo pour l&#39;assistance technique d&#39;experts. Nous remercions S. Köhler (Centre d&#39;imagerie avancée, Université Heinrich Heine de Düsseldorf) de l&#39;aide dans la production vidéo. Recherche dans le laboratoire de l&#39;auteur a été financé par l&#39;Association allemande pour la recherche (DFG: Ro 2,327 / 8-1 à CRR), l&#39;Université Heinrich Heine de Düsseldorf (NH) et par les Instituts nationaux de la Santé accorde R01NS032123 (à MC).

<ol>
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W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bicarbonate-dependent+changes+of+intracellular+sodium+and+pH+in+identified+leech+glial+cells.">Bicarbonate-dependent changes of intracellular sodium and pH in identified leech glial cells.</a> Pflugers Arch. 420, 584-589 (1992).</li><li>Lux, H. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fast+recording+ion+specific+microelectrodes:+their+use+in+pharmacological+studies+in+the+CNS.">Fast recording ion specific microelectrodes: their use in pharmacological studies in the CNS.</a> Neuropharmacology. 13, 509-517 (1974).</li><li>Nicholson, C., Phillips, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ion+diffusion+modified+by+tortuosity+and+volume+fraction+in+the+extracellular+microenvironment+of+the+rat+cerebellum.">Ion diffusion modified by tortuosity and volume fraction in the extracellular microenvironment of the rat cerebellum.</a> J Physiol. 321, 225-257 (1981).</li><li>Chesler, M., Chan, C. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stimulus-induced+extracellular+pH+transients+in+the+in+vitro+turtle+cerebellum.">Stimulus-induced extracellular pH transients in the in vitro turtle cerebellum.</a> Neuroscience. 27, 941-948 (1988).</li><li>Thomas, R. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intracellular+sodium+activity+and+the+sodium+pump+in+snail+neurones.">Intracellular sodium activity and the sodium pump in snail neurones.</a> J Physiol. 220, 55-71 (1972).</li></ol>

The authors declare no competing interests.

À base de liquide transporteur, électrodes sélectives d&#39;ions ont été utilisés avec succès depuis des décennies et pour de nombreux ions, des capteurs très spécifiques sont disponibles 22-26. Lorsqu&#39;il est utilisé dans l&#39;espace extracellulaire (ECS) des préparations de cerveau des vertébrés, il faut cependant garder à l&#39;esprit, que ce soit une technique très invasive: tandis que la largeur de l&#39;ECS est seulement autour de 20-50 nm, le diamètre de l&#39;ion-sélective microélectrodes est d&#39;environ 1 pm (électrodes à deux coups) ou plus (électrodes concentriques). Les conseils de microélectrodes sélectives d&#39;ions seront donc non seulement endommager les tissus pendant leur empalement du tissu, mais aussi agrandir l&#39;ECS, favorisant une sous-estimation des transitoires d&#39;ions. Malgré ces écueils, les transitoires d&#39;ions extracellulaires en réponse à l&#39;activité neuronale sont remarquablement cohérents entre les différents laboratoires 7,8, attestant de la fiabilité de cette méthode. La performance et la pertinence des électrodes sélectives d&#39;ionsest fonction de leur sensibilité et de sélectivité, qui est défini par le cocktail de capteur (&#39;ionophore à membrane liquide &quot;) utilisé. Cocktails de capteurs contiennent une molécule porteuse spéciale, par exemple valinomycine K + microélectrodes sélectifs qui présente une haute sélectivité pour le potassium 27. Nonobstant, la réactivité croisée avec d&#39;autres ions peut se produire et doit être testé. Valinomycine présente une réactivité croisée significative pour l&#39;ammonium, qui doit être considéré lors de l&#39;interprétation des résultats (par exemple 11,12). En outre, parce que la tension de réponse des ionophores en résulte un comportement de Nernst (cf. équation 1), le rapport signal sur bruit et seuil de détection dépend de la concentration de l&#39;ion à mesurer. Ainsi, tandis que les petites [K +] o transitoires évoquer de grandes variations de tension contre le faible niveau de référence [K +] o, petite [Na +] o transitoires sont beaucoup plus difficiles à détecter contre le salutgh référence [Na +] o (cf. Figure 5 et 6). La performance des électrodes sélectives d&#39;ions est également déterminée par la résolution temporelle, qui est largement régi par la constante de temps électrique. Celle-ci est principalement déterminée par la résistance axiale du capteur, et par la capacité répartie le long de la longueur de la pipette, entre ses solutions interne et le fluide externe. Dans la configuration à deux coups, la résistance est élevée, en raison de la longue colonne de capteur d&#39;ions remblayée. Pour un diélectrique isolante suivant (dans ce cas verre borosilicate), la capacité est régie par l&#39;épaisseur diélectrique. Dans électrodes à deux coups, la largeur diélectrique revient à la paroi de verre de la pipette. Comme le verre amincit près de la pointe, la largeur diélectrique tombe, et la capacité augmente. Ces facteurs se combinent pour produire des électrodes avec des temps de réponse qui vont de plusieurs centaines de millisecondes à plusieurssecondes, que ces facteurs sont variés. Un avantage majeur de la conception concentrique est que la résistance axiale et à la capacité du bain sont grandement diminuées. Les pipettes shunts concentriques plupart de la résistance de l&#39;échangeur d&#39;ions remblayé, laissant seulement un vestige dans les dernières micromètres avant la pointe. En outre, la solution de remplissage à l&#39;intérieur de la pipette concentrique est physiquement éloignée de la baignoire, séparés par l&#39;épaisseur de deux parois de verre, ce qui réduit considérablement la capacité. 10 Comme indiqué précédemment, l&#39;effet combiné de la résistance et de la capacité réduite est une amélioration de la résolution temporelle de deux ordres de grandeur. Dans le cas de concentriques Ca2 + et de pH microélectrodes, les temps de réponse de 90% étaient aussi bas que 10-20 ms 10. Un avantage connexe de la conception concentrique est le faible niveau de bruit (cf. Figure 8). En raison de la résistance considérablement réduit, les transitoires de tension de toute Ambient bruit sont minimisés. En outre, la récupération de ces transitoires est rapide, en raison de la constante de temps rapide. Ces artefacts sont donc petit et rapide, et ont un effet moins perturbateur sur les enregistrements physiologiques (cf. Figure 8). Il ya aussi des inconvénients de la technique concentrique. Tout d&#39;abord, leur assemblage est plus complexe et prend du temps. Un deuxième inconvénient est la nécessité de placer un micro-électrode de référence séparée avec sa pointe, entraînant l&#39;utilisation soit d&#39;un micromanipulateur séparé ou un double manipulateur spécialisé. Enfin, deux coups microélectrodes peuvent être étendus à une conception triple canon, ce qui permet la détection de deux espèces différentes d&#39;ions en même temps 28, ce qui est impossible pour des électrodes concentriques. Pièges les plus courants Silanisation inefficace. L&#39;étape la plus importante, et principal obstacle dans la fabrication de tout liquide-sensou microélectrode sélective d&#39;ions à base de la procédure de silanisation. Lorsque les électrodes ne parviennent pas à répondre aux changements dans la concentration d&#39;ions spécifiques, ou de répondre avec une réponse sous-nernstienne (bien au moins de 58 mV par différence de concentration dix fois), une mauvaise efficacité de silanisation est généralement la cause. Dans notre expérience, cela peut se produire si l&#39;humidité atmosphérique est trop élevée ou trop faible, typique des conditions à la hauteur de l&#39;été, ou en hiver, respectivement. Si il est possible d&#39;exercer un certain contrôle sur l&#39;humidité ambiante, ces problèmes peuvent être surmontés. Résistance d&#39;électrode est trop élevée. Si nécessaire, la résistance du corps sensible aux ions peut être réduite par chanfreinage. À cette fin, exposer sa pointe à un puissant jet d&#39;un abrasif en suspension dans l&#39;eau pendant quelques secondes. Cela entraînera sa pointe de upmost à casser et à réduire la résistance à la valeur souhaitée. Ponts sel. Seldes ponts entre les barils d&#39;ions et de référence entraînent électrodes mal ou aucun-réponse et peuvent donc aussi confondre grandement leur performance dans l&#39;étalonnage. Comme mentionné ci-dessus (voir point 1.6.), Cela est principalement un problème lorsque deux coups de verre thêta est choisi, mais est un événement rare lorsque vous utilisez le, la technique du canon tordu décalage décrit ici. Avec la facilité de fabrication à l&#39;esprit, la conception à double canon original de Lux 29 peut souvent être utilisé avec profit. Cette méthode utilise pré-remplissage des ions et de référence de barils avec des solutions salines, une exposition rapide à une solution de silane par son aspiration et l&#39;expulsion de la pointe, à la suite par incorporation de l&#39;échangeur d&#39;ions, également par la pointe (voir 30,31) . Ces électrodes peuvent être fabriquées dans environ 10 min, mais leur taille de la pointe est généralement 4 pm ou plus et ils sont plus enclins à l&#39;échec lors d&#39;une expérience. En revanche, les méthodes de silanisation qui impliquent l&#39;exposition aux vapeurs de silane et de la chaleurING peut produire des électrodes avec de petits conseils qui derniers jours et parfois des semaines. Pris dans leur ensemble, il existe plusieurs protocoles et des approches sur la façon de préparer des microélectrodes sélectives d&#39;ions. Ici, nous avons décrit deux procédures principales pour la fabrication de microélectrodes à deux coups ainsi que concentriques torsadés qui fonctionnent bien et de manière fiable dans nos laboratoires, avec un taux de réussite global de près de 100%. Fait important, ces techniques pourront être transférés à la mesure d&#39;autres espèces, y compris les ions calcium ou le pH, et sera également applicable à d&#39;autres préparations que le cerveau, y compris des cavités ou des liquides remplis de liquide en général. Dernier point, mais non le moindre, microélectrodes sélectives d&#39;ions permettent de déterminer les concentrations d&#39;ions à l&#39;intérieur des cellules. En raison de leur taille relativement grande de pointe (~ 1 pm), cette volonté, toutefois, être possible que dans les cellules avec un corps à grandes cellules, par exemple, comme on en trouve dans les préparations invertébrés 28,32.

An author's middle initial was omitted from the publication, <a href="http://www.jove.com/video/53058/double-barreled-concentric-microelectrodes-for-measurement">Double-barreled and Concentric Microelectrodes for Measurement of Extracellular Ion Signals in Brain Tissue</a>. The author&#39;s name has been updated to:
Christine R. Rose
from:
Christine Rose

A correction was made to Double-barreled and Concentric Microelectrodes for Measurement of Extracellular Ion Signals in Brain Tissue.

Erratum: Double-barreled and Concentric Microelectrodes for Measurement of Extracellular Ion Signals in Brain Tissue

Electrical signaling in the brain is based on the flux of ions across plasma membranes. Major ion movements into and from the extracellular space are not only mediated by passage through voltage-gated ion channels, but also by postsynaptic ionotropic receptors as well as ion transporters. Neuronal activity is thus accompanied by complex changes in the extracellular concentration of all major ions 1. For example, influx of sodium into neurons during excitatory activity has been shown to result in a decrease in the extracellular sodium concentration ([Na+]o) 2. The same holds true for the extracellular calcium concentration because calcium ions rapidly enter both pre- and postsynaptic structures 3. At the same time, potassium moves the opposite way and this mediates an increase in the extracellular potassium concentration ([K+]o) in the low mM range 4,5. Synaptic activity also causes changes in extracellular pH that are partly mitigated by concomitant glial membrane fluxes that change intraglial pH 6,7. These activity-related changes in extracellular ion concentrations have significant functional consequences. For example, even small increases in [K+]o depolarize neurons as well as glial cells thereby altering neuronal excitability, and several mechanisms exist to remove excess potassium 8. Failure of these may result in epileptiform activity of neurons or phenomena like spreading depression 1. 
Because of their critical importance, quantitative determination of extracellular ion concentrations is often necessary and required to understand the function and dysfunction of neural networks under physiological and pathophysiological conditions. For decades, double-barreled ion-selective microelectrodes have proven to be excellent tools for such measurements in brain tissue 9. For many ions, highly specific sensors with low cross-reactivity for other ions are available. In addition to the classical double-barreled electrodes, so-called concentric electrodes were recently introduced. The latter provide a superior time resolution, but take a little more time and effort to construct 10. 
In the following, we will describe the preparation and calibration of these two types of ion-selective microelectrodes. We then show how these electrodes can be employed in brain slice preparations for measurement of changes in [K+]o or [Na+]o induced by excitatory activity following different stimulation paradigms including bath and pressure application of drugs.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Abrasive&#160;&#160;</td>
			<td>MicroPolish&#160;</td>
			<td>Buehler GmbH</td>
			<td>Dissolved in A.dest</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Borosilicate-glass capillaries</td>
			<td>1405059</td>
			<td>Hilgenberg</td>
			<td>Application pipette; 75 mm x 2 mm, wall thickness 0.3 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Borosilicate glass capillaries with filament</td>
			<td>GC 150 F-15&#160;</td>
			<td>Clark Electromedical Instruments, Harvard Apparatus</td>
			<td>For the sensor of double-barreled microelectrodes&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Borosilicate glass capillaries with filament</td>
			<td>GC100-F-15</td>
			<td>Clark Electromedical Instruments, Harvard Apparatus</td>
			<td>For the reference of double-barreled microelectrodes&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Borosilicate glass capillaries with filament</td>
			<td>GB-200TF-15&#160;</td>
			<td>Science Products</td>
			<td>Concentric, outer channel. o.d. 2.0 mm&#160;&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Borosilicate glass capillaries with filament</td>
			<td>GB-120TF-10</td>
			<td>Science Products</td>
			<td>Concentric, inner channel. o.d. 1.2 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Digidata</td>
			<td>1322A</td>
			<td>Axon Instruments</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electrometer amplifier with headstage</td>
			<td></td>
			<td>Custom-made</td>
			<td>Rin = 10T&#937; and Ibias=50fA-1pA (commercially available&#160; alternatives: e. g. Dagan IX2-700, with headstage (10 Gig feedback resistor) or EPMS-07, NPI, Tamm, Germany)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Experimental chamber</td>
			<td></td>
			<td>Custom-made</td>
			<td>Commercially available from e.g.&#160; Warner Instruments,USA;&#160; Scientifica, UK</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Furnace</td>
			<td></td>
			<td>Heraeus</td>
			<td>Must stay constant at 200&#176;C</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hard sticky wax / dental wax&#160;</td>
			<td>Deiberit 502&#160;</td>
			<td>Siladent Dr. Boehme &#38; Schoeps GmbH</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hot plate</td>
			<td></td>
			<td>Custom-made</td>
			<td>Must stay constant at 40&#176;C</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microelectrodes holder made of plexiglas</td>
			<td></td>
			<td>Custom-made</td>
			<td>Double-barreled: o.d.&#160; capillaries 1.5 mm, concentric: o.d.&#160; capillaries 2 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micromanipulator</td>
			<td></td>
			<td>Leitz</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micromanipulator</td>
			<td>MD4R</td>
			<td>Leica</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stereo microscope</td>
			<td>M205C</td>
			<td>Leica</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Objective</td>
			<td>Plan 0.8xLWD</td>
			<td>Leica</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pipette puller</td>
			<td>Model PP-830</td>
			<td>Narishige</td>
			<td>Concentric microelectrodes&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pipette puller</td>
			<td>Model P-97</td>
			<td>Sutter Instruments&#160;</td>
			<td>Sensor of concentric microelectrodes&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pneumatic drug ejection system</td>
			<td>Picospritzter Type II</td>
			<td>General Valve TM Corporation</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Travel dovetail stage</td>
			<td>DT 25/M</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Two-component glue</td>
			<td>&#160;Araldite</td>
			<td>Huntsman advanced materials GmbH</td>
			<td>One may also use a small stripe of aluminum foil to stick the capillaries together&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silverwire</td>
			<td>99.9%&#160;</td>
			<td>Wieland Edelmetalle</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Slicer / Vibratome</td>
			<td>Microm HM 650 V</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Software</td>
			<td>AxoScope 8.1&#160;</td>
			<td>Axon Instruments</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vertical puller&#160;</td>
			<td>Type PE-2</td>
			<td>Narishige Scientific Instruments</td>
			<td>With a revolvable chuck for&#160; double-barreled microelectrodes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>x/y translational stage</td>
			<td></td>
			<td>Custom-made</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Name of Compound</td>
			<td>Company</td>
			<td>Catalog Number</td>
			<td>Comments/Description</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1(S),9(R)-(&#8722;)-Bicuculline methiodide</td>
			<td>Sigma aldrich</td>
			<td>14343</td>
			<td>Competitive antagonist of GABAA receptors (light-sensitive); CAUTION toxic</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CNQX</td>
			<td>Sigma aldrich</td>
			<td>C-127</td>
			<td>AMPA/kainate receptor antagonist; CAUTION toxic</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dimethyl sulfoxide (DMSO)</td>
			<td>Sigma aldrich</td>
			<td>D5879</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DL-AP5</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>J64210</td>
			<td>NMDA receptor antagonist; CAUTION toxic</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hexamethyldisilazane (HMDS)</td>
			<td>Sigma aldrich</td>
			<td>440191</td>
			<td>CAUTION: Flammable, acute toxicity (oral, dermal, inhalation) and corrosive to metals and skin</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>L-Aspartic acid</td>
			<td>Sigma aldrich</td>
			<td>A9256</td>
			<td>Activates NMDA and non-NMDA and EAATs</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>L-Glutamic acid monosodium salt hydrate</td>
			<td>Sigma aldrich</td>
			<td>G1626</td>
			<td>Activates NMDA-R, AMPA-R, QA-R and KA-R),&#160; mGluRs and EAATs</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potassium ionophore I - cocktail B</td>
			<td>Fluka&#160;</td>
			<td>60403</td>
			<td>Based on valinomycin; CAUTION toxic</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium ionophore II - cocktail A</td>
			<td>Fluka&#160;&#160;</td>
			<td>71178</td>
			<td>Based on ETH 157</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TTX</td>
			<td>Ascent Scientific</td>
			<td>Asc-055</td>
			<td>Inhibitor of voltage-dependent Na+ channels; CAUTION toxic</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Water, ultra pure</td>
			<td>Sigma aldrich</td>
			<td>W3500&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

double-barreled and concentric microelectrodes for measurement of extracellular ion signals in brain tissue

Electrical activity in the brain is accompanied by significant ion fluxes across membranes, resulting in complex changes in the extracellular concentration of all major ions. As these ion shifts bear significant functional consequences, their quantitative determination is often required to understand the function and dysfunction of neural networks under physiological and pathophysiological conditions. In the present study, we demonstrate the fabrication and calibration of double-barreled ion-selective microelectrodes, which have proven to be excellent tools for such measurements in brain tissue. Moreover, so-called &#8220;concentric&#8221; ion-selective microelectrodes are also described, which, based on their different design, offer a far better temporal resolution of fast ion changes. We then show how these electrodes can be employed in acute brain slice preparations of the mouse hippocampus. Using double-barreled, potassium-selective microelectrodes, changes in the extracellular potassium concentration ([K+]o) in response to exogenous application of glutamate receptor agonists or during epileptiform activity are demonstrated. Furthermore, we illustrate the response characteristics of sodium-sensitive, double-barreled and concentric electrodes and compare their detection of changes in the extracellular sodium concentration ([Na+]o) evoked by bath or pressure application of drugs. These measurements show that while response amplitudes are similar, the concentric sodium microelectrodes display a superior signal-to-noise ratio and response time as compared to the double-barreled design. Generally, the demonstrated procedures will be easily transferable to measurement of other ions species, including pH or calcium, and will also be applicable to other preparations.

<html> Pour surveiller [K +] o et les changements qui y sont en réponse à l&#39;activité excitatrice, une microélectrode double canon potassium sélective a été inséré dans le stratum radiatum de la zone CA1. Quelques minutes après empalement, le canon à ions sélectif de l&#39;électrode atteint une ligne de base stable (figure 7A), ce qui correspond à un [K +] o d&#39;environ 2,8 mM, une valeur proche de la [K +] de l&#39;ACSF utilisé ( 2,5 mM). L&#39;application du bain de 0,5 mM de glutamate pendant 10 s induit une augmentation réversible de [K +] o d&#39;environ 4 mM, suivi d&#39;un sous-dépassement en dessous de la ligne de base d&#39;un montant de 0,7 mM ~ (figure 7A). L&#39;abaissement de la concentration de glutamate à 0,4, 0,3, et 0,2 mM a provoqué une réduction correspondante de l&#39;amplitude à la fois de l&#39;augmentation transitoire et le sous-dépassement en [K +] o (figure 7A). OAD / 53058 / 53058fig7.jpg &quot;/&gt; Figure 7. transitoires de potassium extracellulaires en réponse à l&#39;activité excitatrice. (A) [K +] o transitoires, constitué par une augmentation suivie d&#39;un sous-dépassement en dessous de la ligne de base, induite par l&#39;application du bain de différentes concentrations de glutamate pendant 10 secondes comme indiqué. (B) Influence d&#39;une perfusion avec des bloqueurs de récepteurs de glutamate (CNQX, 100 uM; APV, 100 pM) et la tétrodotoxine (TTX; 0,5 uM) de [K +] o transitoires induits par l&#39;application du bain de 0,5 mM de glutamate pendant 10 s. (C) spontanée [K +] o transitoires en présence de 0mg 2+ / BIC. Les expériences présentées dans AC ont été effectuées en utilisant des électrodes à double canon. À titre d&#39;illustration, des traces ont été lissées avec un filtre Sawitzky-Golay (largeur 20). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53058/53058fig7large.jpg" target="_blank">S&#39;il vous plaît cla</a>beurk ici pour voir une version plus grande de cette figure. Des expériences antérieures ont montré que ces [K +] o signaux induite par le glutamate sont pas significativement modifiés lors de l&#39;application de TTX, et sont donc largement indépendante sur l&#39;ouverture des canaux sodiques voltage-dépendants et de l&#39;action neuronale potentiel de production de 15,16. Pour étudier les mécanismes sous-jacents les observées [K +] o changements en réponse au glutamate, nous avons appliqué les bloqueurs des récepteurs de glutamate, à savoir CNQX (100 M; bloqueur des récepteurs AMPA) et APV (100 M; bloqueur des récepteurs NMDA), en présence de TTX (0,5 uM). Après perfusion de salle de bain avec ces bloqueurs, induite par le glutamate [K +] o changements étaient pratiquement aboli, confirmant leur dépendance à l&#39;ouverture de canaux de ionotropes récepteurs du glutamate tel que rapporté avant (par exemple 17; figure 7B). Pour démontrer davantage tIl pertinence de glutamatergique excitation pour la génération de extracellulaire [K +] signaux, les tranches ont été perfusés avec nominalement Mg 2+ solution saline exempt contenant 10 uM bicuculline méthiodure (0mg 2+ / BIC). Cela soulage tension dépendant de Mg2 + -bloc des récepteurs de NMDA et atténue l&#39;inhibition par blocage des récepteurs GABA A, ce qui provoque l&#39;activité épileptiforme spontanée récurrent dans le réseau (par exemple 18,19). Comme prévu 20, spontanée, récurrente [K +] o transitoires, un montant d&#39;environ 1,5 mM ont été détectés dans 0mg 2+ / BIC solution saline (figure 7C). Entre ces réponses, plus petite [K +] o transitoires avec une amplitude moyenne d&#39;environ 0,2 mM a eu lieu (Figure 7C). Dans une deuxième série d&#39;expériences, nous avons utilisé [Na +] microélectrodes -sensibles pour déterminer [Na +] o changements évoqués par application deagonistes du glutamate. Ici, nous avons également comparé les caractéristiques des microélectrodes à double canon et concentriques employant deux paradigmes d&#39;application différents réponse. [Na +] des microélectrodes -sensibles été positionné dans le stratum radiatum à une profondeur d&#39;environ 50 uM. Après une ligne de base stable a été atteint, le glutamate agoniste de L-aspartate a été appliqué par perfusion de bain (à 10 mM, 120 secondes, le bain perfusion à raison de 2,5 ml / min). Comme observé précédemment 21, l&#39;application de l&#39;aspartate a provoqué une diminution lente dans [Na +] o d&#39;environ 15 mm, qui a duré environ 5 min, puis a commencé à recouvrer à la ligne de base (figure 8A). Notamment, tandis que les amplitudes des pics et cinétique des [Na +] o signaux déterminés par les deux électrodes étaient pratiquement identiques dans ces conditions, électrodes concentriques présentaient une base plus stable et un niveau de bruit inférieur (figure 8A). Pour tester la r<html> EPONSE caractéristiques des différentes électrodes dans un paradigme d&#39;application plus rapide, nous glutamate pression appliquée à travers une pipette en verre bien positionné dans le stratum radiatum à une distance de 20-40 um de la pointe de la microélectrode sélective d&#39;ions. 21 Comme on s&#39;y attendait, l&#39;application de glutamate (10 mM) pendant 200 ms a provoqué une baisse de la o (figure 8B) [Na +]. Les amplitudes de pointe de la [Na +] o diminution étaient dans la même gamme pour les deux types d&#39;électrodes (deux coups: de 4,5 à 13,5 mM, n = 14; concentriques: de 2,0 à 19,1 mM, n = 15). Cependant, contrairement aux résultats obtenus avec une lente perfusion de bain (voir ci-dessus), non seulement le rapport signal à bruit, mais également au cours du temps de la [Na +] o signaux détectés par les deux types d&#39;électrodes diffère de manière significative. Le délai moyen de pic était de 3,5 sec pour le double-canon et seulement 1,3 s pour les microélectrodes concentriques. homologues ve_content &quot;&gt; Ainsi, ces résultats démontrent et confirment la cinétique de réponse plus rapides de Na + microélectrodes sélectifs deux coups concentriques contre, (cf. Figure 6C et 8B), a également été noté que pour le Ca 2+ et pH-sélectifs 10 . Contrairement à la première étude, dans laquelle la stimulation synaptique à court éclater a été réalisée pour évoquer transitoires d&#39;ions rapides synaptiquement-induites, il y avait seulement une tendance, mais aucune différence significative dans amplitudes maximales moyennes entre électrodes concentriques et deux coups avec notre application paradigme. Cela est probablement dû au fait que la distance de la pipette d&#39;application de la pointe de la microélectrode sélective d&#39;ions varie d&#39;un facteur de deux (20 à 40 um) et, par conséquent, que la concentration de glutamate maximale à la région cible était pas le même dans les différentes expériences, obstruant toute différence existante dans amplitudes de pointe. (A) Haut retrace: Variation de la Voltage des barils de référence (V ref) d&#39;une électrode à double canon (trace noire pointillée) et une électrode concentrique (trace grise) en réponse à des changements dans le bain Na + concentration ([Na +] b) comme indiqué. A noter que les réponses de tension des deux électrodes sont pratiquement identiques. Traces de fond: Les changements dans la tension de (V +) de Na Na + d&#39;une électrode à double canon (trace noire) et une électrode concentrique (trace grise) en réponse à des changements dans [Na +] b. Parcelles demi-logarithmiques de la [Na +] (b) B par rapport à la V Na + des deux électrodes. Terrain linéaire des données révèlent une pente d&#39;environ 48 mV pour les deux électrodes. (C) Réponse du V Na + d&#39;un double canon (trace noire) et une électrode concentrique (trace grise) à un changement rapide dans le [Na +] b à partir de 152 à 70 mm. A noter que le temps de l&#39;électrode concentrique de réponse est considérablement faster. À titre d&#39;illustration, des traces ont été lissées avec un filtre Sawitzky-Golay (largeur 20). <img alt="Figure 8" src="/files/ftp_upload/53058/53058fig8.jpg" /> Figure 8: transitoires de sodium extracellulaires telles que détectées par des électrodes à double canon et concentriques. (A) des changements transitoires de V ref et [Na +] o induite par la perfusion de bain avec 10 aspartate mM pendant 120 secondes, comme indiqué par la barre. Les tracés supérieurs montrent un enregistrement effectué avec une électrode à double canon, les traces faibles ont été enregistrés en utilisant une électrode concentrique. (B) Les variations transitoires dans V ref et [Na +] o induite par l&#39;application de la pression locale avec 10 mM de glutamate pour 0.2 sec comme indiqué par la flèche. Les tracés supérieurs montrent un enregistrement effectué avec une électrode à double canon, les traces faibles ont été enregistrés en utilisant une électrode concentrique.Pointillés rouges représentent ajustements linéaires de la période entre le début du signal à son maximum. A noter que le temps de l&#39;électrode concentrique de réponse est nettement plus rapide dans ces conditions. À titre d&#39;illustration, des traces ont été lissées avec un filtre Sawitzky-Golay (largeur 20). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53058/53058fig8large.jpg" target="_blank">S&#39;il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.</a>

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Double-barreled and Concentric Microelectrodes for Measurement of Extracellular Ion Signals in Brain Tissue

We demonstrate the fabrication, calibration and properties of two types of ion-selective microelectrodes (double-barreled and concentric) for measurement of ion concentrations in brain tissue. These are then used in the mouse hippocampal slice preparation to show that excitatory activity changes both extracellular potassium and sodium concentrations.

Microélectrodes à double canon et concentrique pour la mesure de signaux extracellulaires Ion dans le tissu cérébral

Electrical activity in the brain is accompanied by significant ion fluxes across membranes, resulting in complex changes in the extracellular ...

double-barreled-concentric-microelectrodes-for-measurement

Research

JoVE Journal

Neuroscience

13.3K vues.  Heinrich Heine University Düsseldorf. We demonstrate the fabrication, calibration and properties of two types of ion-selective microelectrodes (double-barreled and concentric) for measurement of ion concentrations in brain tissue. These are then used in the mouse hippocampal slice preparation to show that excitatory activity changes both extracellular potassium and sodium concentrations. 