העבודה נתמכה על ידי NIH 1 R21NS057718-01.

1. זהו ניתוח לא הישרדות. הצעד הראשון הוא השתלת האלקטרודות. בדוגמה זו, אלקטרודות יושתלו באזורים בכפו של הקליפה החושית העיקרי של שתי ההמיספירות. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להרדים חולדה (זכר חולדה SD, 200-300 גר &#39;) עם 2% isoflurane ולתקן למקום על מערכת כירורגית stereotactic. לפני תחילת הניתוח, להבטיח כי בעל החיים הוא הרדים גם ותערוכות לא בתגובה קמצוץ הבוהן. הסר את הפרווה לפני פתיחת הקרקפת. הפרד את השריר ורקמות אחרות מעל הגולגולת לחסום כל דימום על פני העצם באמצעות cauterizer. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן המזח על פני הגולגולת (ליד צומת קו האמצע בצורת V קדמית) כנקודת קיבעון על פיר של האלקטרודה מושתל, באמצעות מלט שיניים. הגדרת קבוצה קטנה ניילון בורג לתוך העצם לפני החלת מלט שיניים עלול להגביר את היציבות. גודלו של המזח בצורת במלט יש כ 5 מ&quot;מ גבוה 3 x 5 מ&quot;מ 2 באזור בבסיס (ראה איור 1). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> באמצעות מקדח חשמלי קנס היטה, לפתוח בזהירות את הגולגולת ולחשוף את הדורה על הייצוג בכפו ב הקליפה החושית הראשונית של האונה כל. קוטר כל חור צריך להיות סביב 1 מ&quot;מ, 1 מ&quot;מ בעמדה קדמית אל 4 מ&quot;מ לרוחב מן גבחת. תחת מיקרוסקופ, לחתוך פתח זעיר הדורה באמצעות קצה מחט המזרק, להיות זהיר, כדי למנוע נזק לכלי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפני החדרת אלקטרודה כל, לוודא כי אין דימום או דיות נמצא ליד החתכים. Microelectrodes הזכוכית אמור להיות מוכן לפני הניתוח עם כ 3 ~ 4 ס&quot;מ מוט באורך עכבה של 1 ~ 5 Mω. מלאו את נימי של האלקטרודה עם CSF מלאכותי (ACSF) והכנס כל אלקטרודה באלכסון (~ 45 °, החל האחורי אל הקדמי) לתוך המוח ~ 0.4 מ&quot;מ מן הדורה נפתחה באמצעות זרוע stereotactic. לפני תיקון למקום, לבדוק את האות החשמלי. קצה אחד של חוט כסף chloridized צריך להיות טבל ACSF ואת הקצה השני לכניסת מוביל המגבר. חוט כסף, מצורף תת עורי בחלק האחורי של העור נפתח, משמש אלקטרודה השוואתית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפני קיבוע האלקטרודה, בדוק את אזור הניתוח ולוודא כי אין דימום או דיות מתרחשת, ולאחר מכן להחיל משחת שיניים כדי להחליף את העור להסיר שרירים בגולגולת. השימוש במשחת שיניים משפר את איכות התמונה MR על ידי הקטנת רגישות התאמה בממשק הגולגולת / באוויר. צרף את פיר אלקטרודה אל המזח מוכן במלט שיניים (ראה איור 1). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר מרפא מלט שיניים, להעביר את בעל החיים בעריסה MRI ולתקן במקום. צג מצב פיזיולוגי של עכברוש לשארית של המחקר, כולל טמפרטורת הגוף, קצב הנשימה, SPO 2 וקצב הלב. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מיקום סליל פני השטח (שידור / קליטה) על הראש, עם האלקטרודות בולטות ממרכז הסליל. כיסוי נוסף בצורת קשת קשה שיושב מעל העריסה משמשת תמיכה קיבעון של האלקטרודה מוביל על מנת למנוע תנועה הנגרמת על ידי נשימה החי. מוביל המשמש הדמיה הקלטה בו זמנית להאריך ~ 5 מ &#39;(המגבר נמצא רק מחוץ לחדר מגנט) ו מכוסים פלסטיק מוליך המשמש כמגן פסיבי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הרדמה ניתן להעביר isoflurane medetomidine כדי להפחית דיכוי של הפעילות העצבית אם תרצה בכך. בדוק את האות החשמלי בפעם האחרונה לפני העברת חיה לתוך המגנט. במחקרים שלנו, את הפרמטרים הקלטה היו כדלקמן: 1000 x מוגבר, 0.1Hz ~ 5 K-Hz bandpass מסונן, 60 הרץ חריץ, מסונן, 12 kHz קצב דגימה עבור אנלוגי המרה דיגיטלית. </li></ol> 2. בנקודה זו, החיה מוכנס לתוך סורק ה-MRI הדמיה הקלטה בו זמנית. בעלי החיים מורדמים בכל הליך הדמיה. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> 9.4 T קטן חיה MRI המערכת (Bruker, גרמניה) שימש במחקרים שלנו. לפני ההקלטה, הפרמטרים הדמיה יש להקים. שלוש הסקאוט תמונת המטוס משמש עמדת סריקות fMRI. כדי לשפר את ההומוגניות של השדה המגנטי, היקף הריבית ונוקד באמצעות FASTMAP 1. עבור מחקרים fMRI, פרוסת הדמיה העטרה נבחר, שכללה בין שתי המדינות בתחומים העיקריים בכפו החושית, שבה הושתלו אלקטרודות. הדמיה פרמטרים EPI היו FOV, 1.92 ס&quot;מ 1.92 x 2; גודל מטריצה, 64 x 64; ב-מטוס רזולוציה, 0.3 x 0.3 מ&quot;מ 2, עובי פרוסת, 2 מ&quot;מ; TR / TE, 500/15 ms. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר ההתקנה ההדמיה הקלטה מלאה, בו זמנית fMRI יכול להתחיל. תרשים 2 מציג תמונה נציג EPI והקלטות גלם במהלך ההדמיה. מיתוג מהיר של הדרגתיים במהלך הרכישה תוצאות תמונה בהקלטות רווי, אשר נמשכות רק חלק קטן של כל מחזור סריקה (22/500 ms). לאחר הרכישה תמונה, retur האות החשמליns לקו הבסיס עם צורה של תנודה בלתי רווי (ראה איור 3). FMRI משולב הקלטה עשוי להתנהל במהלך מצב המנוחה (כפי שהוכח במחקר זה), או במהלך הגירוי. עבור מחקרים גירוי, את הפרמטרים הדמיה זהים למחקר המדינה מנוחה, עם גירוי חשמלי של בכפו המסופקת באמצעות 9 הרץ, 1 ~ 4 mA הנוכחי. חולדה היא מורדמים לאחר הסריקה הסופית. </li></ol> 3. לאחר הדמיה הקלטה בו זמנית, המידע חייב להיות מעובד מראש לפני הניתוח הסופי. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אנחנו מתחילים עם הסרת חפצים הדרגתי מן הקלטות אלקטרו (ראה איור 3). <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מבנה הרעש בגלל הסריקה יכולה להיות מחולצת על ידי ממוצעים של כל ~ 500 ms (TR) חלקים, שכל אחד מהם מתאים המרווח בין שתי התמונות fMRI רצופים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפחת את מבנה הרעש הממוצע של ההקלטות המקוריות. שיטה זו מתקנת רק את קטעי הקלטה בלתי רוויות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כל קטע רווי המתאים לסירוגין הדרגתי במהלך הרכישה התמונה מוחלף על ידי קו, אשר עובר בין נקודת זמן לפני נקודת זמן לאחר הרוויה שיפוע המושרה. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ההקלטות denoised של הפוטנציאלים בשדה המקומי (LFPs) מומרות לעת קורסים כוח, אשר יקבלו את ההחלטה הזמני זהה במהלך הזמן fMRI. הכוח הממוצע בתוך סל 2 שניות משמשת לחישוב התדרים הנמוכים (הלהקה דלתא, 1 ~ 4 הרץ), עם סל של 1 שנייה תטא הלהקה (4 ~ 8 Hz) תדרים, וכן סל של ~ 0.5 של בין השכנה אותות רווי עבור תדרים גבוהים (&gt; 8 הרץ, אלפא להקות גאמה). חלון הזזה בכל התדרים הועבר ב במרווחים של 0.5, התאמת TR של נתוני ה-fMRI. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עבור נתוני תמונה, עיבוד מקדים fMRI הסטנדרטי הוא ביצע, לרבות תיקון ראש התנועה, החלקת תמונה עם FWHM 0.5 מ&quot;מ, והסרת להיסחף ליניארי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הניתוח מתבצע קרוס קורלציה בין הזמן קורסים כוח LFP ואת כמובן זמן מן voxel כל הנתונים הדמיה. מפגר הזמן משתנה לאפשר בדיקה של המתאם תלוי זמן (ראה תרשים 4). </li></ol> נציג תוצאות: כדוגמה, טכניקה זו ניתן להשתמש כדי לחקור את הקשר בין פעילות עצבית ספונטנית תנודות BOLD. איור 4 מראה את המפות מתאם בין כוח LFP ואת האות ב BOLD מפגר הזמן שבין 9.5 ו -2.5 שניות מ עכברוש אחד. תנודות בתדירות נמוכה BOLD (&lt;0.1 הרץ) מתוך אזורים בקליפת המוח ליד קצה האלקטרודה מתואמים עם שינויים LFP כוח (&lt;0.1 הרץ) על עיכוב של 2 ~ 6 s. <img src="/files/ftp_upload/1901/1901fig1.jpg" alt="איור 1" /> באיור 1. תצורה סכמטי של השתלת האלקטרודה באזור הדמיה עם סליל פני השטח. <img src="/files/ftp_upload/1901/1901fig2.jpg" alt="איור 2" /> איור 2. הדימוי נציג העטרה EPI, כולל טיפים אלקטרודה, מוצג בלוח השמאלי. הפאנל הימני מראה הקלטות אלקטרו גלם לפני ובמהלך הדמיה. <img src="/files/ftp_upload/1901/1901fig3.jpg" alt="איור 3" /> איור 3. התקרבות על ידי מחזור אחד הסריקה, ניתן לראות כי חפץ (ירוק) במהלך ההדמיה ניתן להסיר מן הקלטות המקוריות (כחול). הקורסים זמן denoised (אדום) שימשו לניתוח נוסף. <img src="/files/ftp_upload/1901/1901fig4.jpg" alt="איור 4" /> איור 4. המפות העטרה (מן החולדה ובדרך כלל) של המתאם בין העוצמה של פעילות דלתא ספונטנית הלהקה מאחד אלקטרודה ואת האות מנוחה מצב BOLD בזמן מפגר מ -2.5 עד 9.5 s. מקסימום מתאם שנצפה בין שתי המדינות SI על כ 4 ~ 5 של עכברוש isoflurane ב-בהרדמה. צבע בר מייצגת פירסון r.

<ol>
	<li>Gruetter, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Automatic,+localized+in+vivo+adjustment+of+all+first-+and+second-order+shim+coils.">Automatic, localized in vivo adjustment of all first- and second-order shim coils.</a> Magn Reson Med. 29 (6), 804-804 (1993).</li><li>Logothetis, N. K., Pauls, J., Augath, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neurophysiological+investigation+of+the+basis+of+the+fMRI+signal.">Neurophysiological investigation of the basis of the fMRI signal.</a> Nature. 412 (6843), 150-150 (2001).</li><li>Nir, Y., Fisch, L., Mukamel, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coupling+between+neuronal+firing+rate,+gamma+LFP,+and+BOLD+fMRI+is+related+to+interneuronal+correlations.">Coupling between neuronal firing rate, gamma LFP, and BOLD fMRI is related to interneuronal correlations.</a> Curr Biol. 17 (15), 1275-1275 (2007).</li></ol>

שני הקלטה אלקטרו ו-fMRI BOLD הם בנפרד מפותח טכניקות. עם זאת, בעת ובעונה אחת הקלטה והדמיה מאתגר בשל הפרעה הדדית 2 של שתי שיטות. כאן אנו מספקים פתרון אפשרי עבור ניסויים בשילוב מכרסם. השיטה שונה של השתלת האלקטרודה ממזער השפעה על איכות התמונה, את הסרת חפץ עבור הקלטות חשמל ...

simultaneous fmri and electrophysiology in the rodent brain

כדי לבחון את הבסיס העצבי של רמת חמצון הדם תלוי (BOLD) דימות תהודה מגנטית (MRI) אות, פיתחנו מודל מכרסם בו נתונים MRI פונקציונלי<em&gt; In vivo</em&gt; הקלטה intracortical יכול להתבצע בו זמנית. השילוב של הקלטה MRI חשמל הוא מאתגר מבחינה טכנית בגלל האלקטרודות המשמש הקלטה לעוות את התמונות MRI, רכישת MRI גורם הרעש הקלטה החשמל. על מנת לצמצם את הפרעה הדדית של שתי שיטות, microelectrodes זכוכית שימשו ולא מתכת אלגוריתם הסרת רעשים בוצע עבור הנתונים electrophysiology. במחקרים שלנו, שני microelectrodes הושתלו בנפרד דו צדדי בקורטקס החושית ראשוני (SI) של החולדה ו קבוע במקום. פרוסה אחת המכסה את העטרה טיפים אלקטרודה נבחר MRI פונקציונלי. פירים אלקטרודה ועמדות קיבעון לא נכללו פרוסה את התמונה כדי למנוע חפצים הדמיה. הקרקפת הסיר הוחלפה משחת שיניים כדי להפחית את הרגישות התאמה ולמנוע חפצים גיבס צלצול בתמונות. המבנה חפץ המושרה ההקלטות חשמל על ידי במהירות מיתוג שדות מגנטיים במהלך הרכישה תמונה התאפיין בממוצע כל מחזורים של סריקות עבור כל מחזור. מבנה הרעש במהלך ההדמיה היה מחוסר אז מן הקלטות המקוריות. הקורסים זמן denoised שימשו אז לצורך ניתוח נוסף בשילוב עם נתוני ה-fMRI. כדוגמה, רכישת סימולטני שימש כדי לקבוע את הקשר בין ספונטניות אותות BOLD fMRI והלהקה מוגבל הפעילות החשמלית intracortical. FMRI סימולטני הקלטה אלקטרו ב מכרסם יספק פלטפורמה עבור יישומים רבים מרגש במדעי המוח בנוסף הבהרת הקשר בין האות BOLD fMRI ועל הפעילות העצבית.

Watch this Scientific Journal Video about Simultaneous fMRI and Electrophysiology in the Rodent Brain at JoVE.com

Simultaneous fMRI and Electrophysiology in the Rodent Brain

פיתחנו שיטת הדמיה בתהודה מגנטית תפקודית זמנית הקלטה אלקטרו במוח מכרסם, המספקת פלטפורמה חקירת הקשר בין הפעילות העצבית ואת רמת חמצון הדם תלוי אות (BOLD) MRI.

FMRI Electrophysiology סימולטני במוח מכרסמים

To examine the neural basis of the blood oxygenation level dependent (BOLD) magnetic resonance imaging (MRI) signal, we have developed a rodent model in ...

simultaneous-fmri-and-electrophysiology-in-the-rodent-brain

Research

JoVE Journal

Neuroscience

13.3K Views.  Emory University. פיתחנו שיטת הדמיה בתהודה מגנטית תפקודית זמנית הקלטה אלקטרו במוח מכרסם, המספקת פלטפורמה חקירת הקשר בין הפעילות העצבית ואת רמת חמצון הדם תלוי אות (BOLD) MRI.

Video: Simultaneous fMRI and Electrophysiology in the Rodent Brain

Design and Construction of a Cost Effective Headstage for Simultaneous Neural Stimulation and Recording in the Water Maze

Headstage preamplifiers and source followers are commonly used to study neural activity in behavioral neurophysiology experiments. Available commercial products are often expensive, not easily customized, and not submersible. Here we describe a method to design and build a customized, integrated circuit headstage for simultaneous 4-channel neural recording and 2-channel simulation in awake, behaving animals. The headstage is designed using a free, commercially available CAD-type design package, and can be modified easily to accommodate different scales (e.g. to add channels). A customized printed circuit board is built using surface mount resistors, capacitors and operational amplifiers to construct the unity gain source follower circuit. The headstage is made water-proof with a combination of epoxy, parafilm and a synthetic rubber putty. We have successfully used this device to record local field potentials and stimulate different brain regions simultaneously via independent channels in rats swimming in a water maze. The total cost is &lt; $30/unit and can be manufactured readily.

We present a low-cost method to design and construct a light headstage pre-amplifier system with simultaneous neural recording and stimulation capability. This device can be waterproofed for use in swimming animals.

עיצוב ובנייה של Headstage העלות האפקטיבית של גירוי עצבי סימולטני הקלטה של ​​מבוך המים

Headstage preamplifiers and source followers are commonly used to study neural activity in behavioral neurophysiology experiments. Available commercial ...

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

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

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

שילוב של גירוי מגנטי fMRI Transcranial ולבחון את רשת מצב ברירת מחדל

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

Co-analysis of Brain Structure and Function using fMRI and Diffusion-weighted Imaging

The study of complex computational systems is facilitated by network maps, such as circuit diagrams. Such mapping is particularly informative when studying the brain, as the functional role that a brain area fulfills may be largely defined by its connections to other brain areas. In this report, we describe a novel, non-invasive approach for relating brain structure and function using magnetic resonance imaging (MRI). This approach, a combination of structural imaging of long-range fiber connections and functional imaging data, is illustrated in two distinct cognitive domains, visual attention and face perception. Structural imaging is performed with diffusion-weighted imaging (DWI) and fiber tractography, which track the diffusion of water molecules along white-matter fiber tracts in the brain (Figure 1). By visualizing these fiber tracts, we are able to investigate the long-range connective architecture of the brain. The results compare favorably with one of the most widely-used techniques in DWI, diffusion tensor imaging (DTI). DTI is unable to resolve complex configurations of fiber tracts, limiting its utility for constructing detailed, anatomically-informed models of brain function. In contrast, our analyses reproduce known neuroanatomy with precision and accuracy. This advantage is partly due to data acquisition procedures: while many DTI protocols measure diffusion in a small number of directions (e.g., 6 or 12), we employ a diffusion spectrum imaging (DSI)1, 2 protocol which assesses diffusion in 257 directions and at a range of magnetic gradient strengths. Moreover, DSI data allow us to use more sophisticated methods for reconstructing acquired data. In two experiments (visual attention and face perception), tractography reveals that co-active areas of the human brain are anatomically connected, supporting extant hypotheses that they form functional networks. DWI allows us to create a "circuit diagram" and reproduce it on an individual-subject basis, for the purpose of monitoring task-relevant brain activity in networks of interest.

We describe a novel approach for simultaneous analysis of brain function and structure using magnetic resonance imaging (MRI). We assess brain structure with high-resolution diffusion-weighted imaging and white-matter fiber tractography. Unlike standard structural MRI, these techniques allow us to directly relate anatomical connectivity to functional properties of brain networks.

שיתוף ניתוח של מבנה המוח ותפקודו באמצעות fMRI ודיפוזיה משוקללת הדמיה

The study of complex computational systems is facilitated by network maps, such as circuit diagrams. Such mapping is particularly informative when ...

Deep Brain Stimulation with Simultaneous fMRI in Rodents

In order to visualize the global and downstream neuronal responses to deep brain stimulation (DBS) at various targets, we have developed a protocol for using blood oxygen level dependent (BOLD) functional magnetic resonance imaging (fMRI) to image rodents with simultaneous DBS. DBS fMRI presents a number of technical challenges, including accuracy of electrode implantation, MR artifacts created by the electrode, choice of anesthesia and paralytic to minimize any neuronal effects while simultaneously eliminating animal motion, and maintenance of physiological parameters, deviation from which can confound the BOLD signal.&#160;Our laboratory has developed a set of procedures that are capable of overcoming most of these possible issues. For electrical stimulation, a homemade tungsten bipolar microelectrode is used, inserted stereotactically at the stimulation site in the anesthetized subject. In preparation for imaging, rodents are fixed on a plastic headpiece and transferred to the magnet bore. For sedation and paralysis during scanning, a cocktail of dexmedetomidine and pancuronium is continuously infused, along with a minimal dose of isoflurane; this preparation minimizes the BOLD ceiling effect of volatile anesthetics. In this example experiment, stimulation of the subthalamic nucleus (STN) produces BOLD responses which are observed primarily in ipsilateral cortical regions, centered in motor cortex. Simultaneous DBS and fMRI allows the unambiguous modulation of neural circuits dependent on stimulation location and stimulation parameters, and permits observation of neuronal modulations free of regional bias. This technique may be used to explore the downstream effects of modulating neural circuitry at nearly any brain region, with implications for both experimental and clinical DBS.

This protocol describes a standard method for simultaneous functional magnetic resonance imaging and deep brain stimulation in the rodent. The combined use of these experimental tools allows for the exploration of global downstream activity in response to electrical stimulation at virtually any brain target.

גירוי מוחי עמוק עם fMRI סימולטני במכרסמים

In order to visualize the global and downstream neuronal responses to deep brain stimulation (DBS) at various targets, we have developed a protocol for ...

In vivo Optogenetic Stimulation of the Rodent Central Nervous System

The ability to probe defined neural circuits in awake, freely-moving animals with cell-type specificity, spatial precision, and high temporal resolution has been a long sought tool for neuroscientists in the systems-level search for the neural circuitry governing complex behavioral states. Optogenetics is a cutting-edge tool that is revolutionizing the field of neuroscience and represents one of the first systematic approaches to enable causal testing regarding the relation between neural signaling events and behavior. By combining optical and genetic approaches, neural signaling can be bi-directionally controlled through expression of light-sensitive ion channels (opsins) in mammalian cells. The current protocol describes delivery of specific wavelengths of light to opsin-expressing cells in deep brain structures of awake, freely-moving rodents for neural circuit modulation. Theoretical principles of light transmission as an experimental consideration are discussed in the context of performing in vivo optogenetic stimulation. The protocol details the design and construction of both simple and complex laser configurations and describes tethering strategies to permit simultaneous stimulation of multiple animals for high-throughput behavioral testing.

In vivo Optogenetic Stimulation of the Rodent Central Nervous System

Optogenetics has become a powerful tool for use in behavioral neuroscience experiments. This protocol offers a step-by-step guide to the design and set-up of laser systems, and provides a full protocol for carrying out multiple and simultaneous in vivo optogenetic stimulations compatible with most rodent behavioral testing paradigms.

בoptogenetic גירוי vivo של מערכת העצבים המרכזית מכרסם

The ability to probe defined neural circuits in awake, freely-moving animals with cell-type specificity, spatial precision, and high temporal resolution ...

Simultaneous Electrophysiological Recording and Micro-injections of Inhibitory Agents in the Rodent Brain

Here we describe a method for the construction of a single-use &#8220;injectrode&#8221; using commercially accessible and affordable parts. A probing system was developed that allows for the injection of a drug while recording electrophysiological signals from the affected neuronal population. This method provides a simple and economical alternative to commercial solutions. A glass pipette was modified by combining it with a hypodermic needle and a silver filament. The injectrode is attached to commercial microsyringe pump for drug delivery. This results in a technique that provides real-time pharmacodynamics feedback through multi-unit extracellular signals originating from the site of drug delivery. As a proof of concept, we recorded neuronal activity from the superior colliculus elicited by flashes of light in rats, concomitantly with delivery of drugs through the injectrode. The injectrode recording capacity permits the functional characterization of the injection site favoring precise control over the localization of drug delivery. Application of this method also extends far beyond what is demonstrated here, as the choice of chemical substance loaded into the injectrode is vast, including tracing markers for anatomic experiments.

Here, we craft a glass pipette with dual functions: inhibition of deep brain structures by microinjections of drugs and real-time monitoring of their effects through simultaneous electrophysiological recordings.

אלקטרו הקלטה בו זמנית ומייקרו-הזרקות של סוכנים מעכבים במוח מכרסם

Here we describe a method for the construction of a single-use &#8220;injectrode&#8221; using commercially accessible and affordable parts. A probing ...

Personalized Needles for Microinjections in the Rodent Brain

Microinjections have been used for a long time for the delivery of drugs or toxins within specific brain areas and, more recently, they have been used to deliver gene or cell therapy products. Unfortunately, current microinjection techniques use steel or glass needles that are suboptimal for multiple reasons: in particular, steel needles may cause tissue damage, and glass needles may bend when lowered deeply into the brain, missing the target region. In this article, we describe a protocol to prepare and use quartz needles that combine a number of useful features. These needles do not produce detectable tissue damage and, being very rigid, ensure reliable delivery in the desired brain region even when using deep coordinates. Moreover, it is possible to personalize the design of the needle by making multiple holes of the desired diameter. Multiple holes facilitate the injection of large amounts of solution within a larger area, whereas large holes facilitate the injection of cells. In addition, these quartz needles can be cleaned and re-used, such that the procedure becomes cost-effective.

We describe here a protocol for microinjection in the rodent brain that uses quartz needles. These needles do not produce detectable tissue damage and ensure reliable delivery even in deep regions. Moreover, they can be adapted to research needs by personalized designs and can be re-used.

מחטים מותאמים אישית עבור Microinjections במוח מכרסמים

Microinjections have been used for a long time for the delivery of drugs or toxins within specific brain areas and, more recently, they have been used to ...

Simultaneous Cryosectioning of Multiple Rodent Brains

Histology and immunohistochemistry are routine methods of analysis to visualize microscopic anatomy and localize proteins within biological tissue. In neuroscience, as well as a plethora of other scientific fields, these techniques are used. Immunohistochemistry can be done on slide mounted tissue or free-floating sections. Preparing slide-mounted samples is a time intensive process. The following protocol for a technique, called the Megabrain, reduced the time taken to cryosection and mount brain tissue by up to 90% by combining multiple brains into a single frozen block. Furthermore, this technique reduced variability seen between staining rounds, in a large histochemical study. The current technique has been optimized for using rodent brain tissue in downstream immunohistochemical analyses; however, it can be applied to different scientific fields that use cryosectioning.

Here, we present a protocol to freeze and section brain tissue from multiple animals as a timesaving alternative to processing single brains. This reduces staining variability during immunohistochemistry and reduces time cryosectioning and imaging.

Cryosectioning בו זמנית של המוח מכרסמים מרובים

Histology and immunohistochemistry are routine methods of analysis to visualize microscopic anatomy and localize proteins within biological tissue. In ...

Using Near-infrared Fluorescence and High-resolution Scanning to Measure Protein Expression in the Rodent Brain

Neuroscience is the study of how cells in the brain mediate various functions. Measuring protein expression in neurons and glia is critical for the study of neuroscience as cellular function is determined by the composition and activity of cellular proteins. In this article, we describe how immunocytochemistry can be combined with near-infrared high-resolution scanning to provide a semi-quantitative measure of protein expression in distinct brain regions. This technique can be used for single or double protein expression in the same brain region. Measuring proteins in this fashion can be used to obtain a relative change in protein expression with an experimental manipulation, molecular signature of learning and memory, activity in molecular pathways, and neural activity in multiple brain regions. Using the correct proteins and statistical analysis, functional connectivity among brain regions can be determined as well. Given the ease of implementing immunocytochemistry in a laboratory, using immunocytochemistry with near-infrared high-resolution scanning can expand the ability of the neuroscientist to examine neurobiological processes at a systems level.

Here, we present a protocol that uses near-infrared dyes in conjunction with immunohistochemistry and high-resolution scanning to assay proteins in brain regions.

שימוש בקרוב-אינפרא אדום פלואורסצנטית ברזולוציה גבוהה סריקה למדוד חלבון הביטוי במוח מכרסם

Neuroscience is the study of how cells in the brain mediate various functions. Measuring protein expression in neurons and glia is critical for the study ...

Quantifying Subcellular Ubiquitin-proteasome Activity in the Rodent Brain

The ubiquitin-proteasome system is a key regulator of protein degradation and a variety of other cellular processes in eukaryotes. In the brain, increases in ubiquitin-proteasome activity are critical for synaptic plasticity and memory formation and aberrant changes in this system are associated with a variety of neurological, neurodegenerative and psychiatric disorders. One of the issues in studying ubiquitin-proteasome functioning in the brain is that it is present in all cellular compartments, in which the protein targets, functional role and mechanisms of regulation can vary widely. As a result, the ability to directly compare brain ubiquitin protein targeting and proteasome catalytic activity in different subcellular compartments within the same animal is critical for fully understanding how the UPS contributes to synaptic plasticity, memory and disease. The method described here allows collection of nuclear, cytoplasmic and crude synaptic fractions from the same rodent (rat) brain, followed by simultaneous quantification of proteasome catalytic activity (indirectly, providing activity of the proteasome core only) and linkage-specific ubiquitin protein tagging. Thus, the method can be used to directly compare subcellular changes in ubiquitin-proteasome activity in different brain regions in the same animal during synaptic plasticity, memory formation and different disease states. This method can also be used to assess the subcellular distribution and function of other proteins within the same animal.

This protocol is designed to efficiently quantify ubiquitin-proteasome system (UPS) activity in different cellular compartments of the rodent brain. Users are able to examine UPS functioning in nuclear, cytoplasmic and synaptic fractions in the same animal, reducing the amount of time and number of animals needed to perform these complex analyses.

בדיקת כימות משנית אוביקוויאין-פעילות פרוטאסדום במוח מכרסם

The ubiquitin-proteasome system is a key regulator of protein degradation and a variety of other cellular processes in eukaryotes. In the brain, increases ...

FMRI Electrophysiology סימולטני במוח מכרסמים

Summary

Explore More Videos

Chapters in this video

עיצוב ובנייה של Headstage העלות האפקטיבית של גירוי עצבי סימולטני הקלטה של מבוך המים

שילוב של גירוי מגנטי fMRI Transcranial ולבחון את רשת מצב ברירת מחדל

שיתוף ניתוח של מבנה המוח ותפקודו באמצעות fMRI ודיפוזיה משוקללת הדמיה

גירוי מוחי עמוק עם fMRI סימולטני במכרסמים

בoptogenetic גירוי vivo של מערכת העצבים המרכזית מכרסם

אלקטרו הקלטה בו זמנית ומייקרו-הזרקות של סוכנים מעכבים במוח מכרסם

מחטים מותאמים אישית עבור Microinjections במוח מכרסמים

Cryosectioning בו זמנית של המוח מכרסמים מרובים

שימוש בקרוב-אינפרא אדום פלואורסצנטית ברזולוציה גבוהה סריקה למדוד חלבון הביטוי במוח מכרסם

בדיקת כימות משנית אוביקוויאין-פעילות פרוטאסדום במוח מכרסם

FMRI Electrophysiology סימולטני במוח מכרסמים

Summary

Explore More Videos

Chapters in this video

עיצוב ובנייה של Headstage העלות האפקטיבית של גירוי עצבי סימולטני הקלטה של ​​מבוך המים

שילוב של גירוי מגנטי fMRI Transcranial ולבחון את רשת מצב ברירת מחדל

שיתוף ניתוח של מבנה המוח ותפקודו באמצעות fMRI ודיפוזיה משוקללת הדמיה

גירוי מוחי עמוק עם fMRI סימולטני במכרסמים

בoptogenetic גירוי vivo של מערכת העצבים המרכזית מכרסם

אלקטרו הקלטה בו זמנית ומייקרו-הזרקות של סוכנים מעכבים במוח מכרסם

מחטים מותאמים אישית עבור Microinjections במוח מכרסמים

Cryosectioning בו זמנית של המוח מכרסמים מרובים

שימוש בקרוב-אינפרא אדום פלואורסצנטית ברזולוציה גבוהה סריקה למדוד חלבון הביטוי במוח מכרסם

בדיקת כימות משנית אוביקוויאין-פעילות פרוטאסדום במוח מכרסם

עיצוב ובנייה של Headstage העלות האפקטיבית של גירוי עצבי סימולטני הקלטה של מבוך המים