אנו מודים לד&quot;ר רנדי Chitwood לקראו את כתב היד קשה. עבודה זו נתמכה על ידי קרן וייטהול ומענקי פ אלפרד סלואן הקרן לHJK.

1. התקנה אופטית (איור 1) <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עבור עירור שני פוטוני מערכת ליזר פעם אינפרא אדומה עם פולסים femtosecond משמשת. הספק ליזר גבוה (במקרים מסוימים&gt; 2W באורך גל nm 890) נדרש כדי לקזז את ההפסדים הגדולים שהונהגו על ידי הרכיבים האופטיים של המערכת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מערכת המורכבת משתי prechirper מנסרות מקנה פיזור מהירות חבורה שלילית (GVD) על גבי פעימות ליזר לפני את deflectors acousto האופטי (AODs) כדי לפצות על הפיזור הזמני הוצג על ידי 1 AODs. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שתי AODs עם פתחים גדולים (10 מ&quot;מ למטרת טבילה במי 40X עם NA 0.8) להסיט את קרן הליזר בשני ממדים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סריג עקיף רעיוני עם 100 מטעים / מ&quot;מ ממוקם 13 סנטימטרים מאחורי AODs לפצות את הפיזור המרחבי הוצג על ידי AODs בעת שימוש בפעימות ליזר קצרות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קרן הליזר מכוונת עם שני טלסקופי ממסר ליציאת המצלמה של microsco זקוףpe. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אירוס ממוקם במרווחי זמן קבועים ליישור של הרכיבים האופטיים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Beamsplitter Dichroic מול אובייקטיבי משדר את אור אינפרא אדום לעירור את הדגימה ומשקפת את אור פלואורסצנטי מדגימה על גלאי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגלאי וEpi transfluorescence (photomultipliers, PMTs) לאסוף אות פלואורסצנציה דרך אובייקטיבי ו-- אם קיימים - דרך הקבל. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מסנני זכוכית צבעוניים (BG-39, 3-5 מ&quot;מ) ממוקמים בחזית של הגלאי כדי למנוע אור עירור מגיע לגלאים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> זוויות סטיית AOD נשלטות על ידי מחשב שמצויד דיגיטלי אנלוגי ממיר לוח (156.25 קצב שעון קילוהרץ), אשר בתורו מניע מתנדים מתח מבוקרים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> האות מphotomultipliers מועברת דרך מסנן Butterworth נמוך לעבור (תדר חתך של kHz 100) ועל ידי דיגיטציה אנלוגי דיגיטלי בממיר (156.25 קצב שעון קילוהרץ) לפני שמאוחסן במחשב לניתוח. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יישור ורעש חשמלי נבדקים על ידי הקלטת חלוקת אותות קרינה עם ובלי אור ליזר, ברווח נמוך וגבוה של photomultipliers, כמו גם עם ובלי חיווי. הסורק בצורה נכונה הוא התקנה והמוגן כאשר הרוחב של ההתפלגות את אותות הקרינה ברווח גבוה ועם מחוון הוא הרבה יותר גדול מאשר הרוחב של ההפצות האחרות של אותות קרינה (איור 2). </li></ol> 2. פרוצדורות <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סריקה התלבטה גישה אקראית מסתמכת על גילוי של גידול התאי בסידן. מספר גדול של תאי עצב יכול להיות מוכתם באמצעות הזרקת בולוס של טופס אסתר של מחוון סיד (למשל אורגון גרין 488 Bapta-1 בבוקר) לרקמות עצביות 5. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כמה מקומות מכל נוירון סומה נרשמים, כל אחד לזמן קצר (&quot;היסוסים&quot;, 4 מקומות, 6.4 μs עבור כל מיקום = 25.6 μs זמן הקלטה לדוארach נוירון בכל מחזור, איור. 3C). כדי לבחור נוירונים עניין מסגרת מלאה בהיקף של 256x256 פיקסלים נרכשה (איור 3 א). המרכז של כל נוירון סומא שיירשם נבחר באופן ידני בתמונה זו. תוכנות שליטה אוטומטית מוסיפות שלוש נקודות במרחק 2 מיקרומטר סביב המרכז הזה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בכל מחזור, אות פלואורסצנציה נרשמת מכל אחד מתאי העצב 40 (איור 3). תהליך זה חוזר על עצמו לכל משך הקלטה אחד (הקלטת 5 2 = 3255 מחזורים, מחזור 1 = 1.536 ms). </li></ol> 3. כלי תוכנה באינטרנט כדי למקסם את יעילות איתור ספייק <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> איתור ספייק מאותות סיד סומטיות קרינה מסתמך על אות לרעש יחס גבוה (S / N) של אותות סיד הקרינה סומטיות. גבוה S / N יכול להיות מושגת על ידי הגדלת עוצמת גירוי. עוצמת עירור, לעומת זאת, ניתן להגדיל רק לגבול מסוים בגלל ניזקי שמש. איתור ספייק הוא גבוה בתוך windo קטן מאודw של עוצמות עירור היחיד שבו אותות קרינה יש S / N אבל גבוה רק מעט מאוד ניזקי שמש הוא ציין 3. על מנת להבטיח שאת האותות המוקלטים נמצאים בחלון של זיהוי ספייק גבוה במהלך הקלטות אנו עוקבים אחר שיעור פוטון (ראה משוואה 3.2) וירידה של הבסיס פלואורסצנטי באמצעות ניתוח באינטרנט. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שיעור פוטון משוער לנוירון מחושב מחלון זמן קצר (100-200 ms) של רעש תחילת מחקר. מספר הפוטונים (N λ) ופוטון שיעור (λ = N λ / Δt) מחושב מערכי הקרינה על ידי התאמת החלוקה (σ) של שינויי קרינה יחסיים עם המשוואה הבאה: </li></ol><img alt="משוואה 1" src="/files/ftp_upload/4052/4052eq1.jpg" /> משוואה זו מייצגת את התפלגות פואסון לרעש יריית פוטון עם שינוי של משתנה לשינוי פלואורסצנטי יחסית: ΔF / F = (G * N λ (t)-G * N &amp; לםBDA;, 0) / G * N λ, 0 כאשר G מציין את הרווח המצטבר של מכפיל וכל הרכיבים האלקטרוניים האחרים. שים לב שמשוואה זו אינה קובעת נכון המספר של פוטונים שזוהו בהקלטות עבור vivo כי יש מקורות אחרים של רעש (ממצא תנועה), בנוסף לרעש יריית פוטון. עם זאת משוואה זו היא שימושית עבור vivo בהקלטות כדי לאמוד את הרעש. <ol start="3" style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Baseline פלואורסצנטי מחושב מאותו חלון הזמן וזמם כפונקציה של זמן או ניסויים. הירידה הממוצעת של בסיס נשמרת מתחת 0.0002 / s על ידי התאמת כוח הליזר כי גילוי ספייק מהירות יורד כאשר עולים על מגבלה זו. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כל 10-20 דקות את עמדות somata נוירון מאומתות על ידי רכישת תמונה מלאת מסגרת שוב. במידת צורך, מקומות הקלטה מותאמים. מיקומים יכולים להיות מותאמים לכל הנוירונים בפעם אחת, או לנוירונים בודדים. </li></ol> 4. Reconstruction של תזמוני ספייק מאותות קרינה (deconvolution) <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> את אותות קרינה הנובעים מפעילות עצבית לעתים קרובות summate בזמן בגלל הדעיכה של עוברי הסידן היא ארוכה (כמה מאה האלפיות שניים). שיטת deconvolution משחזרת תזמוני ספייק וספייק מאותות קרינה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כדי לקבוע את רכבת ספייק הסבירה ביותר העומדת בבסיס אות פלואורסצנציה המוקלטת, מודלים שונים בהשוואה. כאן נקט באלגוריתם גנטי כדי לקבוע את המודל - ולכן רכבת ספייק ותזמוני ספייק - עם הסיכוי המרבי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> באוכלוסיות הומוגניות של נוירונים, ספייק עורר אות הסידן יכולה להשתנות בין הנוירונים. לניתוח ללא השגחה של ערכות נתונים שתוכננו אלגוריתם שלוקח בחשבון את השונות של אות סיד ספייק עורר-מתא העצב לתא עצב. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כדי להימנע ממספר גדול של תגליות חיוביות כוזבות הוא שימושי כדי להצר את המשרעת המותרת והדעיכה המתמדת של מ &#39;אודל של אות סיד ספייק עורר-. ההתפלגות המשותפת של הזמן משרעת ודעיכה המתמיד של הארעיים סיד עוררו חד ספייק נרשמת בקבוצה נפרדת של ניסויים מאותו הסוג של תאי עצב באותם תנאי ניסוי באמצעות הקלטות אלקטרו אופטיות ובו זמנית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כדי להסביר שינויים בסיסיים איטיים וכדי לצמצם עלויות חישוביים deconvolving, הקלטות ארוכות יותר מחולקות למספר עקבות קצרות יותר של 1-5 שניות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לכל נוירון וכל הקלטה, אלגוריתם deconvolution עשוי לבחון מספר רב של דגמים (עד 1,000,000 דגמים שונים או יותר). כדי לזרז את deconvolution, ניסוי אחד deconvolved על עד 10 מחשבים שונים במקביל. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר deconvolution, ספייק הנתונים נותחו ובחן. היסטוגרמה peri-גירוי זמן, הסתברות ספייק, וקצב ירי (ספייק הממוצע לתאי עצב) מחושבות באופן אוטומטי. </li></ol> 5.נציג תוצאות צירים מוצלחים ספייק גילוי על יחס אות לרעש גבוה של אותות סידן נרשמו הקרינה סומטיות. כל שעליך לעשות שימוש בשיעורים גבוהים (עירור כוח הליזר גבוה) יכול לגרום להשפעות שליליות של photoeffects בחומר ביולוגי (ניזקי שמש). בניזקי שמש סריקת מיזוג צבעים בגישה אקראית מתבטא כירידה בפלואורסצנטי תחילת המחקר ומפחית את אותות ספייק עוררו-הסיד פלואורסצנטי. הירידה באות ספייק עורר-יכולה לגרום במהירות בכישלון לזהות קוצים. יש רק חלון קטן מאוד של עוצמת עירור שבם זיהוי ספייק מאותות קרינה הוא גבוה. בסופו של דבר הגבוה יותר חלון זה מוגבל על ידי ניזקי שמש, בקצה התחתון את אותות הקרינה יש יחס נמוך בין אות לרעש. לנוירונים בקליפת מוח בפרוסות חריפות שאנו משתמשים בכוח הליזר וכתוצאה מכך שיעורי פוטון של כ 400,000-1,500,000 פוטון / s בעת הקלטה בכ 100 מיקרומטר מתחת לפני שטח פרוסה. בעת שימוש גבוהמחוון זיקה - כאן אורגון גרין 488 BAPTA - 1 - אותות זה מספיק כדי לזהות קוצים בודדים. איור. 3E מראה דוגמה של אות פלואורסצנציה נרשמה בשיעור נמוך מאוד עירור, דוגמה אחת של הקלטה בתוך חלון זיהוי, ואחד בקצב עירור גבוה מאוד. בהשוואה לשיטות אחרות כדי לתעד פעילות עצבית עם רזולוצית תא בודד ויחיד ספייק, התלבט סריקה בגישה אקראית ניתן להקליט ממספר גדול יותר של תאי עצב מאותה האוכלוסייה, מקומית והוא פחות פולשנית לדוגמה בהשוואה להקלטות tetrode / multielectrode . סריקה לכן מיזוג צבעים בגישה אקראית ניתן להשתמש כדי להקליט את הפעילות עצבית מתא עצב רב למדוד מידע הדדי אותת על ידי פעילות suprathreshold 6 (איור 4 א), שינויים בפעילות עצבית באוכלוסייה של נוירונים בקליפת המוח (פלסטיות), והתפשטות של פעילות suprathreshold דרך אוכלוסיות של נוירונים 14 (איור 4 ב) <img<html> alt = src &quot;איור 1&quot; = &quot;/ files/ftp_upload/4052/4052fig1.jpg&quot; /&gt; איור 1. עיצוב אופטי של התקנת גישת סריקת מיזוג צבעים האקראית. <img alt="איור 2" src="/files/ftp_upload/4052/4052fig2.jpg" /> איור 2 יישור ובדיקה:. הפצות של אותות קרינה שנרשמו בתנאים שונים. א) לא אור ליזר ורווח מכפיל נמוך, ב &#39;) ברווח גבוה יותר PMT, אבל אין אור ליזר, החלוקה הוא רחב יותר בגלל זרם חושך מכפיל. ג) עם הליזר ובנרשם ברווח PMT גבוה. הבדל בין ההפצות במוצגות בB והפצה זה היה מציין כי אור העירור מגיע לגלאי PMT. ד) חלוקת אותות קרינה נרשמה ברווח גבוה מנוירון somata. אם אין מקור רעש אחר תורם, חלוקה זו נובעת מרעש יריית פוטון יחיד. . Jpg &quot;/&gt; איור 3 תמונה) מלאת מסגרת פלואורסצנטי כדי לאתר ולבחור את עמדות somata נוירון, B) נתיב הסריקה של מחזור אחד, C) איור של עיקרון dithering;. בכל soma (העיגול) מספר מקומות נרשמים לפני שעבר לקרן הבאה סומה, ד) איור של הפלט של 2 D / A ערוצים. לכל נוירון סומה, אות פלואורסצנציה נרשמת מגיל 4 נקודות שונות בכל סומה (S1-S4). המיקום של כל נקודת נתונה על ידי X ומיקום Y. X ו-y העמדות לכל מקומות ובכל נוירונים נשלחים לממיר דיגיטלי לאנלוגי באופן רציף. בעוד שהקרן עברה בין somata 2 נוירון, אין אות נרכשה (ריק). ה) דוגמאות לאותות קרינה. שים לב שכל דוגמה מראה תגובה לאחת ספייק (כפי שנמדד עם הקלטת אלקטרו תא מצורף). <img alt="איור 4" src="/files/ftp_upload/4052/4052fig4.jpg" /> איור 4. לימוד קורטיפונקצית קלוריות באמצעות סריקת מיזוג צבעי גישה אקראית. א) מדידת מידע הדדי אותת על ידי אוכלוסיות של נוירונים. תמונה עליונה מציגה photomicrograph של פרוסת מוח חריפה ושתי pipettes גירוי שהונח באותה העמודה קליפת המוח בשכבה 4 (L4). גרפי מרכז להראות תגובות עצביות לכל חזרה על גירוי. גרף תחתון מציג המידע ההדדי של שאנון אותת על ידי האוכלוסייה נרשמה בתאי עצב. ב) ריבוי מדידת פעילות suprathreshold spiking (ריבוי אות) בין אוכלוסיות של נוירונים בקליפת המוח. גרף עליון מציג עיצוב ניסיוני, תמונה מראה תמונת מרכז פלואורסצנטי, קווים מקווקווים מציינים גבולות חבית, גרף תחתון מציג קוצים אותרו בתגובה לגירוי חשמלי של סיבי thalamocortical (משולשים).

<ol>
	<li>Iyer, V., Hoogland, T. M., Saggau, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fast+functional+imaging+of+single+neurons+using+random-access+multiphoton+(RAMP)+microscopy.">Fast functional imaging of single neurons using random-access multiphoton (RAMP) microscopy.</a> J. Neurophysiol. 95, 535-545 (2006).</li><li>Denk, W., Strickler, J. H., Webb, W. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Two-photon+laser+scanning+fluorescence+microscopy.">Two-photon laser scanning fluorescence microscopy.</a> Science. 248, 73 (1990).</li><li>Ranganathan, G. N., Koester, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+recording+of+neuronal+spiking+activity+from+unbiased+populations+of+neurons+with+high+spike+detection+efficiency+and+high+temporal+precision.">Optical recording of neuronal spiking activity from unbiased populations of neurons with high spike detection efficiency and high temporal precision.</a> J. Neurophysiol. 104, 1812-1824 (2010).</li><li>Grewe, B. F., Langer, D., Kasper, H., Kampa, B. M., Helmchen, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-speed+in+vivo+calcium+imaging+reveals+neuronal+network+activity+with+near-millisecond+precision.">High-speed in vivo calcium imaging reveals neuronal network activity with near-millisecond precision.</a> Nat. Methods. 7, 399-405 (2010).</li><li>Stosiek, C., Garaschuk, O., Holthoff, K., Konnerth, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vivo+two-photon+calcium+imaging+of+neuronal+networks.">In vivo two-photon calcium imaging of neuronal networks.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 100, 7319-7324 (2003).</li><li>Pita-Almenar, J. D., Ranganathan, G. N., Koester, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impact+of+cortical+plasticity+on+information+signaled+by+populations+of+neurons+in+the+cerebral+cortex.">Impact of cortical plasticity on information signaled by populations of neurons in the cerebral cortex.</a> J. Neurophysiol. 106, 1118-1124 (2011).</li><li>Kerr, J. N., Greenberg, D., Helmchen, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Imaging+input+and+output+of+neocortical+networks+in+vivo.">Imaging input and output of neocortical networks in vivo.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 102, 14063-14068 (2005).</li><li>Lin, B. J., Chen, T. W., Schild, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cell+type-specific+relationships+between+spiking+and+[Ca2+]i+in+neurons+of+the+Xenopus+tadpole+olfactory+bulb.">Cell type-specific relationships between spiking and [Ca2+]i in neurons of the Xenopus tadpole olfactory bulb.</a> J. Physiol. 582, 163-175 (2007).</li><li>Zeng, S., Lv, X., Zhan, C., Chen, W. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simultaneous+compensation+for+spatial+and+temporal+dispersion+of+acousto-optical+deflectors+for+two-dimensional+scanning+with+a+single+prism.">Simultaneous compensation for spatial and temporal dispersion of acousto-optical deflectors for two-dimensional scanning with a single prism.</a> Opt. Lett. 31, 1091-1093 (2006).</li><li>Otsu, Y., Bormuth, V., Wong, J., Mathieu, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+monitoring+of+neuronal+activity+at+high+frame+rate+with+a+digital+random-access+multiphoton+(RAMP)+microscope.">Optical monitoring of neuronal activity at high frame rate with a digital random-access multiphoton (RAMP) microscope.</a> J. Neurosci. Methods. 173, 259-270 (2008).</li><li>Vogelstein, J. T., Watson, B. O., Packer, A. M., Yuste, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spike+inference+from+calcium+imaging+using+sequential+Monte+Carlo+methods.">Spike inference from calcium imaging using sequential Monte Carlo methods.</a> Biophys. J. 97, 636-655 (2009).</li><li>Yaksi, E., Friedrich, R. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reconstruction+of+firing+rate+changes+across+neuronal+populations+by+temporally+deconvolved+Ca2++imaging.">Reconstruction of firing rate changes across neuronal populations by temporally deconvolved Ca2+ imaging.</a> Nat. Methods. 3, 377-383 (2006).</li><li>Hendel, T., Mank, M., Schnell, B., Griesbeck, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fluorescence+changes+of+genetic+calcium+indicators+and+OGB-1+correlated+with+neural+activity+and+calcium+in+vivo+and+in+vitro.">Fluorescence changes of genetic calcium indicators and OGB-1 correlated with neural activity and calcium in vivo and in vitro.</a> J. Neurosci. 28, 7399-7411 (2008).</li><li>Ranganathan, G. N., Koester, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Correlations+decrease+with+propagation+of+spiking+activity+in+the+mouse+barrel+cortex.">Correlations decrease with propagation of spiking activity in the mouse barrel cortex.</a> Front Neural Circuits. 5, 8 (2011).</li></ol>

אין ניגודי האינטרסים הכריזו.

סריקה התלבטה בגישה אקראית בעקיפין מזהה פעילות suprathreshold spiking מהעליות בסיד סומטי תאי מקושר עם כל עלייה בsomata נוירון. העליות בסידן התאי מזוהות על ידי צבעי סיד ניאון. המגבלות של סריקת מיזוג צבעי גישה האקראית עולות במידה רבה משל יחס אות לרעש המוגבל של אותות קרינת סידן. יחס אות לרעש הוא בתורו המוגבל על ידי ניזקי שמש, שאינו מאפשרים שימוש בשיעורי עירור גבוהים. בגלל היחס המוגבל אות לרעש, איתור ספייק נכשל בנוירונים מסוימים ויכול גם להיכשל על פעילות מתמשכת ותדירות גבוהה. לדוגמה, כאשר הקלטת in vivo, זיהוי ספייק מצטמצמת מאוד לשיעורי ספייק ב 40 הרץ ומעלה 4. הסיבה לגילוי ספייק מופחת היא כי הבדלי הסבירות למודלים נכונים ולא נכונים הופכים יותר ויותר קטנים למרווחים קצרים בין ספייק. יתר על כן, סריקת מיזוג צבעים בגישה אקראית ניתן להשתמש רק לאוכלוסיות של תאי עצב שבי גופני מגביר בסידן מתאם גבוה עם spiking 7 פעילות שאינו מקרה לכל אזורי המוח וסוגי תאים (לדוגמה לתאי גרגר בנורת ריח הראשן 8 ). כחלופה לתכנון האופטי שמשמשים כאן הפריזמה יחידה יכולה לשמש כדי לפצות על פיזור מרחב ובזמן של AODs במקום שתי מנסרות וסריג עקיף 4,9. היתרון של עיצוב הפריזמה יחידה הוא תפוקה גבוהה יותר של כוח הליזר. כחלופה לשליטה האנלוגית של מחוללי התדרים שמשמשים כאן, ערכת שליטה דיגיטלית יכולה לשמש 1,4,10. שליטה אנלוגית היא פשוט יותר ליישום, אך הוא גם נוטה יותר לעיוותי רעש חשמליות. רעש חשמלי עשוי להשפיע על עמדת קורה ותוצאה ברעש גבוה יותר מאותות קרינת הסיד המוקלטים, וכך מקטין את ספייק deteיעילות ction. ערכת בקרה דיגיטלית, לעומת זאת, עשויה להיות כפופה לחפצי הדיגיטציה. מספר אלגוריתמים הוצעו עבור deconvolution של קוצים מאותות קרינה. אלה כוללים אלגוריתם תבנית תואמת, אלגוריתם &quot;קילוף&quot; 4, רציפות מונטה קרלו 11 שיטות, שיטה מרבית סבירות-3, ואחרים 12. רק מעטים מהשיטות הללו בחשבון את ההבדלים במסמרים, עוררו אותות סידן באוכלוסיות הומוגניות. חשבונות האלגוריתם שלנו להבדלים במשרעת אות סיד ספייק עורר בין הנוירונים. בכך ניתן להשתמש בו לdeconvolve ערכות נתונים גדולות מאוכלוסיות הומוגניות של נוירונים באופן אוטומטי וללא פיקוח. הקלטות בvivo באמצעות זיהוי אופטי ספייק מוגבלות לנוירונים בשכבות שטחיות. יתר על כן, הקלטות ב- vivo בפני קושי הנוסף של חפצי תנועה שנובע מראש movements בהעברת חיות ופעימות לב בחיות מורדמות או משותקות באופן חופשי. ממצאים אלה יכולים בקלות התנועה למנוע זיהוי ספייק משום שאפילו תנועות קטנות תגרומנה לשינויי קרינה חורגת מאלה שמעוררים spiking פעילות. פתרונות אפשריים כוללים שיטות תיקוני oversampling ותנועה. בשנים האחרונות ראו התפתחות מהירה של הטכנולוגיה ושיטות האנליטיות אופטית לאיתור פעילות עצבית suprathreshold. שיפורים טכנולוגיים עתידיים עשויים להגביר עוד יותר את השימושיות של סריקת מיזוג צבעים בגישה אקראית על ידי הגדלת המחזור. שניהם איתור יעיל ספייק, כמו גם את מספר תאי העצב שנרשמו נהנה מהמחזור גבוה. אינדיקטורים סיד מקודד גנטי עשויים לבטל המכתימים בולוס של הנוירונים או לאפשר הכתימו והקלטה מאוכלוסיות ספציפיות של תאי עצב. כיום, לעומת זאת, שינויי הקרינה הנמוכים יותר של מדדי סיד מקודד גנטי לעשותלא לאפשר זיהוי אמין של קוצים בודדים 13. לבסוף, פיצוי בזמן אמת לממצאי תנועה יאפשר הקלטות בחיות ערות ומתנהגים.

<table border="1" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><td> שם המגיב </td><td> חברה </td><td> מספר קטלוגים </td><td> תגובות (אופציונלי) </td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td> רכיבים אופטיים מפורטים בצו, החלו מהליזר </td></tr><tr><td> טיטאן: ספיר ליזר </td><td> קוהירנט בע&quot;מ </td><td> זיקית Ultra 2 </td><td> הספק גבוה מומלץ (&gt; 2W במהירות של 900 ננומטר) </td></tr><tr><td> עדשת achromatic f = 30 מ&quot;מ </td><td> מעבדות Thor </td><td> AC254-030-B </td><td> ציפוי נגד השתקפויות (AR) 650-1050 ננומטר </td></tr><tr><td> עדשת achromatic f = 100 מ&quot;מ </td><td> מעבדות Thor </td><td> AC254-100-B </td><td> AR 650-1050 ננומטר </td></tr><tr><td> עדשת f = 75 מ&quot;מ </td><td> מעבדות Thor </td><td> LA1608-B </td><td> AR 650-1050 ננומטר </td></tr><tr><td> עדשה 175 מ&quot;מ f =</td><td> מעבדות Thor </td><td> LA1229-B </td><td> AR 650-1050 ננומטר </td></tr><tr><td> עדשת achromatic f = 300 מ&quot;מ </td><td> מעבדות Thor </td><td> AC254-300-B </td><td> AR 650-1050 ננומטר </td></tr><tr><td> עדשת achromatic f = 100 מ&quot;מ </td><td> מעבדות Thor </td><td> AC254-100-B </td><td> AR 650-1050 ננומטר </td></tr><tr><td> עדשת achromatic f = 100 מ&quot;מ </td><td> מעבדות Thor </td><td> AC254-100-B </td><td> AR 650-1050 ננומטר </td></tr><tr><td> deflectors Acousto אופטי </td><td> Intraaction קורפ </td><td> ATD 6510CD2 </td><td></td></tr><tr><td> סריג עקיף רפלקטיבית </td><td> ניופורט </td><td> 53-011R </td><td> 100 חריצים / מ&quot;מ לAODs עם רוחב פס MHz 65 וזווית סריקה של 45 mrad </td></tr><tr><td> 21.6 מ&quot;מ רוסטר מנסרות </td><td> מבדה המחקר אופטיקה בע&quot;מ </td><td> IBP21.6SF10 </td><td></td></tr><tr><td> זכוכית צבעונית </td><td> שוט </td&gt; <td> BG-39 </td><td></td></tr><tr><td> מראה Dichroic </td><td> Chroma הטכנולוגיה קורפ </td><td> Z532RDC </td><td></td></tr><tr><td> מודולים מכפילים </td><td> Hamamatsu </td><td> H9305-03 </td><td></td></tr><tr><td> DAC-ADC לוח </td><td> מכשירים הלאומיים </td><td> PCI-6115 </td><td></td></tr><tr><td> אורגון גרין 488 Bapta-01:00 </td><td> Invitrogen </td><td> O-6807 </td><td></td></tr></tbody></table>

optical recording of suprathreshold neural activity with single-cell and single-spike resolution

איתות של מידע במערכת העצבים מרכזי החוליות לעתים קרובות מבוצעת על ידי אוכלוסיות של תאי עצב ולא נוירונים בודדים. גם התפשטות של פעילות spiking suprathreshold כרוכת אוכלוסיות של נוירונים. מחקרים אמפיריים העוסקים בתפקוד של קליפת המוח באופן ישיר ובכך מחייבים הקלטות מאוכלוסיות של נוירונים עם רזולוציה גבוהה. כאן אנו מתארים שיטה אופטית ואלגוריתם deconvolution להקליט פעילות עצבית מהמרחק של עד 100 נוירונים עם החלטה אחת תא וחד ספייק. שיטה זו מסתמכת על גילוי של העליות החולפות בריכוז הסידן תוך תאי הגופני קשור עם קוצי חשמל suprathreshold (פוטנציאל פעולה) בנוירונים בקליפת המוח. רזולוציה גבוהה זמנית של ההקלטות האופטיות מושגת על ידי טכניקת סריקה מהירה בגישה אקראית באמצעות deflectors acousto אופטי (AODs) 1. עירור שני פוטונים של התוצאות בסידן רגיש צבע ברזולוציה מרחבית גבוהה בtis המוח האטוםלתבוע 2. שיקום של קוצים מהקלטות סיד הקרינה מושג על ידי שיטה מקסימלי סבירות. הקלטות אלקטרו אופטיות ובו זמנית מצביעות על כך שהשיטה שלנו אמינה מזהה קוצים (&gt; 97% איתור יעיל ספייק), יש שיעור נמוך של זיהוי חיובי כוזב ספייק (&lt;0.003 קוצים / ים), ודיוק גבוה זמני (כ 3 ms) 3. שיטה זו של זיהוי אופטית ספייק ניתן להשתמש כדי להקליט את הפעילות עצבית במבחנה בחיות מורדמות in vivo 3,4.

Watch this Scientific Journal Video about Optical Recording of Suprathreshold Neural Activity with Single-cell and Single-spike Resolution at JoVE.com

Optical Recording of Suprathreshold Neural Activity with Single-cell and Single-spike Resolution

הבנת התפקוד של מערכת העצבים מרכזי החוליות דורשת הקלטות מנוירונים רבים בגלל תפקוד קליפת המוח מתעורר ברמה של אוכלוסיות של נוירונים. כאן אנו מתארים שיטה אופטית להקלטת פעילות עצבית suprathreshold עם רזולוצית תא בודד ויחיד ספייק, התלבטה סריקה בגישה אקראית. זה מסמל שיטה רשום סומטיות קרינת סיד מעד 100 נוירונים עם רזולוציה גבוהה זמנית. אלגוריתם מקסימאלי סבירות deconvolves הפעילות העצבית suprathreshold הבסיסית מאותות סיד הקרינה סומטיות. שיטה זו אמינה מזהה קוצים עם איתור יעיל גבוהים ושיעור נמוך של תוצאות חיוביות שגויות ויכולה לשמש כדי לחקור אוכלוסיות עצביות<em&gt; במבחנה</em&gt; ו<em&gt; In vivo</em&gt;.

הקלטה אופטית של פעילות עצבית suprathreshold עם רזולוצית תא בודד ויחיד ספייק

Signaling of information in the vertebrate central nervous system is often carried by populations of neurons rather than individual neurons. Also ...

optical-recording-suprathreshold-neural-activity-with-single-cell

Google

Research

JoVE Journal

Neuroscience

11.8K Views.  The University of Texas at Austin. הבנת התפקוד של מערכת העצבים מרכזי החוליות דורשת הקלטות מנוירונים רבים בגלל תפקוד קליפת המוח מתעורר ברמה של אוכלוסיות של נוירונים. כאן אנו מתארים שיטה אופטית להקלטת פעילות עצבית suprathreshold עם רזולוצית תא בודד ויחיד ספייק, התלבטה סריקה בגישה אקראית. זה מסמל שיטה רשו...

Video: Optical Recording of Suprathreshold Neural Activity with Single-cell and Single-spike Resolution

Surgical Implantation of Chronic Neural Electrodes for Recording Single Unit Activity and Electrocorticographic Signals

The success of long-term electrophysiological recordings often depends on the quality of the implantation surgery. Here we provide useful information for surgeons who are learning the process of implanting electrode systems. We demonstrate the implantation procedure of both a penetrating and a surface electrode. The surgical process is described from start to finish, including detailed descriptions of each step throughout the procedure. It should also be noted that this video guide is focused towards procedures conducted in rodent models and other small animal models. Modifications of the described procedures are feasible for other animal models.

We provide useful information for surgeons who are learning the process of implanting chronic neural recording electrodes. Techniques for both penetrating and surface electrode systems are described in a rodent animal model.

השרשה כירורגית של אלקטרודות עצביות כרוניות להקלטת פעילות יחידה אחת אותות Electrocorticographic

The success of long-term electrophysiological recordings often depends on the quality of the implantation surgery.  Here we provide useful information for ...

Multi-unit Recording Methods to Characterize Neural Activity in the Locust (Schistocerca Americana) Olfactory Circuits

Detection and interpretation of olfactory cues are critical for the survival of many organisms. Remarkably, species across phyla have strikingly similar olfactory systems suggesting that the biological approach to chemical sensing has been optimized over evolutionary time1. In the insect olfactory system, odorants are transduced by olfactory receptor neurons (ORN) in the antenna, which convert chemical stimuli into trains of action potentials. Sensory input from the ORNs is then relayed to the antennal lobe (AL; a structure analogous to the vertebrate olfactory bulb). In the AL, neural representations for odors take the form of spatiotemporal firing patterns distributed across ensembles of principal neurons (PNs; also referred to as projection neurons)2,3. The AL output is subsequently processed by Kenyon cells (KCs) in the downstream mushroom body (MB), a structure associated with olfactory memory and learning4,5. Here, we present electrophysiological recording techniques to monitor odor-evoked neural responses in these olfactory circuits.
First, we present a single sensillum recording method to study odor-evoked responses at the level of populations of ORNs6,7. We discuss the use of saline filled sharpened glass pipettes as electrodes to extracellularly monitor ORN responses. Next, we present a method to extracellularly monitor PN responses using a commercial 16-channel electrode3. A similar approach using a custom-made 8-channel twisted wire tetrode is demonstrated for Kenyon cell recordings8. We provide details of our experimental setup and present representative recording traces for each of these techniques.

Multi-unit Recording Methods to Characterize Neural Activity in the Locust Schistocerca Americana Olfactory Circuits

We demonstrate variations of the extracellular multi-unit recording technique to characterize odor-evoked responses in the first three stages of the invertebrate olfactory pathway. These techniques can easily be adapted to examine ensemble activity in other neural systems as well.

שיטות הקלטה בעל מספר יחידות לאפיין את הפעילות עצבית בארבה (<em&gt; Schistocerca אמריקנה</em&gt;) מעגלי ריח

Detection and interpretation of olfactory cues are critical for the survival  of many organisms. Remarkably, species across phyla have strikingly similar ...

Optogenetic Perturbation of Neural Activity with Laser Illumination in Semi-intact Drosophila Larvae in Motion

Drosophila larval locomotion is a splendid model system in developmental and physiological neuroscience, by virtue of the genetic accessibility of the underlying neuronal components in the circuits1-6. Application of optogenetics7,8 in the larval neural circuit allows us to manipulate neuronal activity in spatially and temporally patterned ways9-13. Typically, specimens are broadly illuminated with a mercury lamp or LED, so specificity of the target neurons is controlled by binary gene expression systems such as the Gal4-UAS system14,15. In this work, to improve the spatial resolution to "sub-genetic resolution", we locally illuminated a subset of neurons in the ventral nerve cord using lasers implemented in a conventional confocal microscope. While monitoring the motion of the body wall of the semi-intact larvae, we interactively activated or inhibited neural activity with channelrhodopsin16,17 or halorhodopsin18-20, respectively. By spatially and temporally restricted illumination of the neural tissue, we can manipulate the activity of specific neurons in the circuit at a specific phase of behavior. This method is useful for studying the relationship between the activities of a local neural assembly in the ventral nerve cord and the spatiotemporal pattern of motor output.

Optogenetic Perturbation of Neural Activity with Laser Illumination in Semi-intact Drosophila Larvae in Motion

Here we describe a protocol for optogenetic manipulation of motoneuronal activity while monitoring changes in motor output (muscle contraction) in semi-intact Drosophila larvae using lasers within a conventional confocal microscope. This technique enables researchers to achieve local perturbation of neural activity in a few neuromeres to elucidate the dynamics of motor circuits.

הפרעות optogenetic של פעילות עצבית עם תאורת לייזר בחצי ללא פגע<em&gt; דרוזופילה</em&gt; זחלים בתנועה

Drosophila larval locomotion is a splendid model system in developmental and physiological neuroscience, by virtue of the genetic accessibility of the ...

Micron-scale Resolution Optical Tomography of Entire Mouse Brains with Confocal Light Sheet Microscopy

Understanding the architecture of mammalian brain at single-cell resolution is one of the key issues of neuroscience. However, mapping neuronal soma and projections throughout the whole brain is still challenging for imaging and data management technologies. Indeed, macroscopic volumes need to be reconstructed with high resolution and contrast in a reasonable time, producing datasets in the TeraByte range. We recently demonstrated an optical method (confocal light sheet microscopy, CLSM) capable of obtaining micron-scale reconstruction of entire mouse brains labeled with enhanced green fluorescent protein (EGFP). Combining light sheet illumination and confocal detection, CLSM allows deep imaging inside macroscopic cleared specimens with high contrast and speed. Here we describe the complete experimental pipeline to obtain comprehensive and human-readable images of entire mouse brains labeled with fluorescent proteins. The clearing and the mounting procedures are described, together with the steps to perform an optical tomography on its whole volume by acquiring many parallel adjacent stacks. We showed the usage of open-source custom-made software tools enabling stitching of the multiple stacks and multi-resolution data navigation. Finally, we illustrated some example of brain maps: the cerebellum from an L7-GFP transgenic mouse, in which all Purkinje cells are selectively labeled, and the whole brain from a thy1-GFP-M mouse, characterized by a random sparse neuronal labeling.

In this article we describe the full experimental procedure to reconstruct, with high resolution, the fine brain anatomy of fluorescently labeled mouse brains. The described protocol includes sample preparation and clearing, specimen mounting for imaging, data post-processing and multi-scale visualization.

מיקרון בקנה מידת רזולוציה אופטית טומוגרפיה של מוח עכבר השלם עם מיקרוסקופית גיליון Confocal אור

Understanding the architecture of mammalian  brain at single-cell resolution is one of the key issues of neuroscience.  However, mapping neuronal soma and ...

Neural Activity Propagation in an Unfolded Hippocampal Preparation with a Penetrating Micro-electrode Array

This protocol describes a method for preparing a new in vitro flat hippocampus preparation combined with a micro-machined array to map neural activity in the hippocampus. The transverse hippocampal slice preparation is the most common tissue preparation to study hippocampus electrophysiology. A longitudinal hippocampal slice was also developed in order to investigate longitudinal connections in the hippocampus. The intact mouse hippocampus can also be maintained in vitro because its thickness allows adequate oxygen diffusion. However, these three preparations do not provide direct access to neural propagation since some of the tissue is either missing or folded. The unfolded intact hippocampus provides both transverse and longitudinal connections in a flat configuration for direct access to the tissue to analyze the full extent of signal propagation in the hippocampus in vitro. In order to effectively monitor the neural activity from the cell layer, a custom made penetrating micro-electrode array (PMEA) was fabricated and applied to the unfolded hippocampus. The PMEA with 64 electrodes of 200 &#181;m in height could record neural activity deep inside the mouse hippocampus. The unique combination of an unfolded hippocampal preparation and the PMEA provides a new in-vitro tool to study the speed and direction of propagation of neural activity in the two-dimensional CA1-CA3 regions of the hippocampus with a high signal to noise ratio.

We have developed an in vitro unfolded hippocampus which preserves CA1-CA3 array of neurons. Combined with the penetrating micro-electrode array, neural activity can be monitored in both the longitudinal and transverse orientations. This method provides advantages over hippocampal slice preparations as the propagation in the entire hippocampus can be recorded simultaneously.

עצבי פעילות הרבייה בהיפוקמפוס הכנה פרש בחודר מיקרו-אלקטרודה Array

This protocol describes a method for preparing a new in vitro flat hippocampus preparation combined with a micro-machined array to map neural activity in ...

Extracellular Recording of Neuronal Activity Combined with Microiontophoretic Application of Neuroactive Substances in Awake Mice

Differences in the activity of neurotransmitters and neuromodulators, and consequently different neural responses, can be found between anesthetized and awake animals. Therefore, methods allowing the manipulation of synaptic systems in awake animals are required in order to determine the contribution of synaptic inputs to neuronal processing unaffected by anesthetics. Here, we present methodology for the construction of electrodes to simultaneously record extracellular neural activity and release multiple neuroactive substances at the vicinity of the recording sites in awake mice. By combining these procedures, we performed microiontophoretic injections of gabazine to selectively block GABAA receptors in neurons of the inferior colliculus of head-restrained mice. Gabazine successfully modified neural response properties such as the frequency response area and stimulus-specific adaptation. Thus, we demonstrate that our methods are suitable for recording single-unit activity and for dissecting the role of specific neurotransmitter receptors in auditory processing.
The main limitation of the described procedure is the relatively short recording time (~3 hr), which is determined by the level of habituation of the animal to the recording sessions. On the other hand, multiple recording sessions can be performed in the same animal. The advantage of this technique over other experimental procedures used to manipulate the level of neurotransmission or neuromodulation (such as systemic injections or the use of optogenetic models), is that the drug effect is confined to the local synaptic inputs to the target neuron. In addition, the custom-manufacture of electrodes allows adjustment of specific parameters according to the neural structure and type of neuron of interest (such as the tip resistance for improving the signal-to-noise ratio of the recordings).

We present methods for the construction of electrodes to simultaneously record extracellular neural activity and release multiple neuroactive substances at the vicinity of the recording sites in awake mice. This technique allows the detailed analysis of putative local synaptic inputs to the neuron of interest.

הקלטה תאית של העצבית פעילות משולבת עם Microiontophoretic יישום של חומרי Neuroactive עכברי Awake

Differences in the activity of neurotransmitters and neuromodulators, and consequently different neural responses, can be found between anesthetized and ...

Fabrication of High Contact-Density, Flat-Interface Nerve Electrodes for Recording and Stimulation Applications

Many attempts have been made to manufacture multi-contact nerve cuff electrodes that are safe, robust and reliable for long term neuroprosthetic applications. This protocol describes a fabrication technique of a modified cylindrical nerve cuff electrode to meet these criteria. Minimum computer-aided design and manufacturing (CAD and CAM) skills are necessary to consistently produce cuffs with high precision (contact placement 0.51 &#177; 0.04 mm) and various cuff sizes. The precision in spatially distributing the contacts and the ability to retain a predefined geometry accomplished with this design are two criteria essential to optimize the cuff&#39;s interface for selective recording and stimulation. The presented design also maximizes the flexibility in the longitudinal direction while maintaining sufficient rigidity in the transverse direction to reshape the nerve by using materials with different elasticities. The expansion of the cuff&#39;s cross sectional area as a result of increasing the pressure inside the cuff was observed to be 25% at 67 mm Hg. This test demonstrates the flexibility of the cuff and its response to nerve swelling post-implant. The stability of the contacts&#39; interface and recording quality were also examined with contacts&#39; impedance and signal-to-noise ratio metrics from a chronically implanted cuff (7.5 months), and observed to be 2.55 &#177; 0.25 k&#8486; and 5.10 &#177; 0.81 dB respectively.

This article provides a detailed description on the fabrication process of a high contact-density flat interface nerve electrode (FINE). This electrode is optimized for recording and stimulating neural activity selectively within peripheral nerves.

המצאה של צפיפות לתקשר גבוהה, אלקטרודות עצב שטוח ממשק עבור יישומי הקלטת הגירוי

Many attempts have been made to manufacture multi-contact nerve cuff electrodes that are safe, robust and reliable for long term neuroprosthetic ...

Single-cell Resolution Fluorescence Live Imaging of Drosophila Circadian Clocks in Larval Brain Culture

The circadian pacemaker circuit orchestrates rhythmic behavioral and physiological outputs coordinated with environmental cues, such as day/night cycles. The molecular clock within each pacemaker neuron generates circadian rhythms in gene expression, which underlie the rhythmic neuronal functions essential to the operation of the circuit. Investigation of the properties of the individual molecular oscillators in different subclasses of pacemaker neurons and their interaction with neuronal signaling yields a better understanding of the circadian pacemaker circuit. Here, we present a time-lapse fluorescent microscopy approach developed to monitor the molecular clockwork in clock neurons of cultured Drosophila larval brain. This method allows the multi-day recording of the rhythms of genetically encoded fluorescent circadian reporters at single-cell resolution. This setup can be combined with pharmacological manipulations to closely analyze real-time response of the molecular clock to various compounds. Beyond circadian rhythms, this multipurpose method in combination with powerful Drosophila genetic techniques offers the possibility to study diverse neuronal or molecular processes in live brain tissue.

Single-cell Resolution Fluorescence Live Imaging of Drosophila Circadian Clocks in Larval Brain Culture

The goal of this protocol is to establish ex vivo Drosophila larval brain culture optimized to monitor circadian molecular rhythms with long-term fluorescence time-lapse imaging. The application of this method to pharmacological assays is also discussed.

קרינה פלואורסצנטית תא בודד רזולוציה לחיות הדמיה של שעונים היממה דרוזופילה בתרבות המוח זחל

The circadian pacemaker circuit orchestrates rhythmic behavioral and physiological outputs coordinated with environmental cues, such as day/night cycles. ...

Analyzing Neural Activity and Connectivity Using Intracranial EEG Data with SPM Software

Measuring neural activity and connectivity associated with cognitive functions at high spatial and temporal resolutions is an important goal in cognitive neuroscience. Intracranial electroencephalography (EEG) can directly record electrical neural activity and has the unique potential to accomplish this goal. Traditionally, averaging analysis has been applied to analyze intracranial EEG data; however, several new techniques are available for depicting neural activity and intra- and inter-regional connectivity. Here, we introduce two analytical protocols we recently applied to analyze intracranial EEG data using the Statistical Parametric Mapping (SPM) software: time-frequency SPM analysis for neural activity and dynamic causal modeling of induced responses for intra- and inter-regional connectivity. We report our analysis of intracranial EEG data during the observation of faces as representative results. The results revealed that the inferior occipital gyrus (IOG) showed gamma-band activity at very early stages (110 ms) in response to faces, and both the IOG and amygdala showed rapid intra- and inter-regional connectivity using various types of oscillations. These analytical protocols have the potential to identify the neural mechanisms underlying cognitive functions with high spatial and temporal profiles.

We present two analytical protocols that can be used to analyze intracranial electroencephalography data using the Statistical Parametric Mapping (SPM) software: time-frequency statistical parametric mapping analysis for neural activity, and dynamic causal modeling of induced responses for intra- and inter-regional connectivity.

ניתוח פעילות עצבית וקישוריות באמצעות נתוני EEG תוך-גולגולתי בתוכנה SPM

Measuring neural activity and connectivity associated with cognitive functions at high spatial and temporal resolutions is an important goal in cognitive ...

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.

הקלטה אופטית חד-שלמה של פוטון בפרוסות מוח באמצעות שימוש במתח-צבע רגיש

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