Questa ricerca è stata finanziata dal National Institutes of Health (R03DC009339-02, dell&#39;NIDCD) e dalla Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) Microsystems Technology Office (MTO), sotto gli auspici del dottor Jack W. Judy (jack.judy @ darpa.mil) come parte del programma affidabile tecnologia neurale, attraverso lo spazio e la Naval Warfare Systems Command (SPAWAR) Systems Center (SSC) Pacific concessione n ° N66001-11-1-4013.

1. Impostare lo strumento Elettrochimica <ol><li> Strumentazione Elettrochimica come un Autolab Methrohm PGSTAT (Utrecht, NL) è necessario per EIS, CV e ringiovanimento. Il FRA2 add-on consente di EIS, e il canale di multiplexer (MUX) add-on è utile per testare multi-canale elettrodi. </li><li> Costruire un adattatore per collegare il headstage canale MUX al headstage. </li><li> Effettuare i collegamenti. Collegate la lavorazione e degli elettrodi di misura al canale MUX, e collegare la elettrodi di riferimento e contatore alla parte dell&#39;adattatore headstage collegato al percorso di ritorno corrente, tipicamente un impiantato in acciaio inossidabile o titanio vite ossea. </li></ol> 2. Spettroscopia di impedenza elettrica <ol><li> Avviare la risposta in frequenza Analyzer (FRA) software e verificare le impostazioni procedura di file. La procedura deve essere impostato per testare due multi-sine forme d&#39;onda, ciascuna composta di 15 seni contemporaneamente che vanno da 10 Hz a 30kHz. La tensione applicata deve essere di 25 mV o meno (vedi metodi supplementari). </li><li> Aprire e modificare il file di progetto. Il progetto utilizza il file di procedura, scorre ogni canale, e salva il risultato (vedi metodi supplementari). </li><li> Collegare soggetto animale con un passivo (senza amplificatori) headstage. Headstages attivi non passerà segnali di ingresso. </li><li> Eseguire il file di progetto. Ogni canale ha una decina di secondi in base alle impostazioni. </li><li> Visualizzare e interpretare i risultati. Analizza i file di output di testo con MATLAB (Natick, MA), e fare un plot Nyquist. Un semicerchio a frequenze più alte indica una risposta tissutale. </li></ol> 3. Voltammetria ciclica <ol><li> Avviare il generale Elettrochimica Purpose System (GPES) software e verificare le impostazioni della procedura di file. La procedura dovrebbe essere impostata a spazzare la tensione a 50 mV / s entro i limiti di idrolisi che si trova tra 0,8 e -0,6 V per materiali tipici elettrodi neurali (Pt,Ir, IROX). Almeno tre scansioni deve essere eseguito per il sistema per raggiungere l&#39;equilibrio. I risultati della scansione finale vengono salvati (vedi metodi supplementari). La velocità di scansione può essere aumentata a 1 V / s per ridurre il tempo di misura, tuttavia, la forma della curva IV probabilmente cambia se la frequenza di scansione è più veloce reazioni di trasferimento di carica che si verificano al elettrodo-tessuto interfaccia. </li><li> Aprire e modificare il file di progetto. Il progetto utilizza il file di procedura, scorre ogni canale, e salva il risultato (vedi metodi supplementari). </li><li> Collegare soggetto animale con un headstage passiva. </li><li> Eseguire il file di progetto. Ogni canale è di circa tre minuti, a seconda delle impostazioni. Aumentando la velocità di scansione a 1 V / s riduce i tempi di misura per circa dieci secondi per canale. </li><li> Visualizzare e interpretare i risultati. Analizza i file di output di testo con MATLAB, e tracciare la relazione IV. La carica capacità di carico è quantificato integrando l&#39;areadella corrente catodica all&#39;interno del CV. </li></ol> 4. Rejuvenation <ol><li> Avviare il generale Elettrochimica Purpose System (GPES) software e verificare le impostazioni della procedura di file. Utilizzando la procedura e le modalità di sweep, la procedura dovrebbe essere impostata al passaggio la tensione a 1,5 V per una durata di 4 secondi (vedi metodi supplementari). </li><li> Aprire e modificare il file di progetto. Il progetto utilizza il file di procedura, scorre ogni canale, e salva il risultato (vedi metodi supplementari). </li><li> Collegare soggetto animale con un headstage passiva. </li><li> Eseguire il file di progetto. Ogni canale è di circa dieci secondi. 4.5) Raccolta dei dati e EIS CV e interpretare i risultati. </li></ol> 5. Risultati rappresentativi Un flusso di lavoro tipico, tra cui registrazioni, EIS, CV e ringiovanimento, è mostrato in figura 1. Registrazioni e EIS sono raccolti più di frequente (giornaliero o settimanale) in tutti i canali, mentre il curriculum vitae eringiovanimento può essere utilizzato se spiking attività non è più rilevabile. EIS modifiche nel corso dei giorni a diverse settimane dopo un elettrodo viene impiantato. Quando EIS dati vengono visualizzati come una trama Nyquist, un semicerchio alle frequenze più alte (vicino all&#39;origine) è indicativa della risposta tessuto nel sito elettrodo (Fig. 2). CV produce una corrente-tensione (IV) curva che mostra alcuni isteresi. Il dato più rilevante è la carica CV capacità di carico, l&#39;area all&#39;interno della curva IV normalizzata per l&#39;area del sito elettrodo (Fig. 3 a). Elettrodi con capacità di carica di grandi dimensioni sono preferibili per la micro-stimolazione. Durante ringiovanimento un impulso di tensione che di solito viene applicato si traduce in una maggiore capacità di carica e diminuito grandezze impedenza (Fig. 3a &amp; b). Spike possono essere ripristinate anche in canali che in precedenza avevano picchi (Figura 4a). Mentre ringiovanimento ha solo effetti a breve termine su impedenza e segnale-noISE (SNR), questa tecnica può essere applicata quotidianamente. Figura 4b &amp; c mostra tutti i giorni pre-e post-ringiovanimento 1 grandezza dell&#39;impedenza kHz e dati SNR per un array di 16 canali impiantato nella cavia corteccia. Rejuvenation ha un forte effetto sulla riduzione della grandezza dell&#39;impedenza 1 kHz da un ordine di grandezza dopo ogni applicazione. Come risultato di segnali recuperati e bassa impedenza, SNR aumenta dopo ogni sessione di ringiovanimento. In definitiva, tutti i segnali sono stati persi a seguito di 160 giorni dopo l&#39;impianto e il ringiovanimento non era più efficace. <img src="/files/ftp_upload/3566/3566fig1.jpg" alt="Figura 1" /> Figura 1. EIS è misurata dopo ogni sessione di registrazione. Se non sono registrati picchi su un canale che in precedenza ha avuto picchi e EIS mostra una grande componente del tessuto che è aumentata nel tempo, allora CV e rinvigorimento provato su questo canale. EIS e registrazioni vengono poi utilizzate per determinare se il trattamento ha avuto successo. Figura 2. EIS i dati visualizzati in una trama Nyquist di un sito elettrodo subito dopo l&#39;impianto (blu), e 4 mesi più tardi (verde). Ciascun punto sul grafico Nyquist rappresenta l&#39;impedenza reale e immaginaria ad una singola frequenza. Un semicerchio parziale a causa del tessuto intorno alla sede è evidente alle alte frequenze. <img src="/files/ftp_upload/3566/3566fig3.jpg" alt="Figura 3" /> Figura 3. CV e cambiamenti EIS di un elettrodo impiantato ossido di iridio pre-e post-ringiovanimento. (A) Rejuvenation aumenta l&#39;area della curva IV corrispondente ad un costo maggiore capacità di carico. (B) Un cambiamento significativo nella specra impedenza a livelli più bassi di impedenza è generalmente osservata dopo ringiovanimento. <img src="/files/ftp_upload/3566/3566fig4.jpg" alt="Figura 4" /> Figura 4. Effetti di tensione di polarizzazione sulle registrazioni e impedenza. (A) pre-e post-ringiovanimento registrazioni mostrano picchi possono essere recuperati su canali che prima erano in silenzio. Giornaliero pre-e post-ringiovanimento si traduce in un robusto (B) caduta in 1 kHz grandezza impedenza e (C) aumento SNR per circa 150 giorni dopo l&#39;intervento. Errorbars rappresentano lo standard error dai dati raccolti da uno a 16 canali matrice impiantato nella cavia corteccia.

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

Non ci sono conflitti di interesse dichiarati.

Neurali di registrazione sistemi protesici visualizzare una durata limitata funzionale come capacità di registrazione diminuisce con il tempo post-impianto. Il contributore probabile prestazioni diminuire la risposta è tessuto reattivo al dispositivo impiantato come una guaina compatto gliale isola funzionalmente l&#39;oggetto estraneo dal tessuto sano 1. Insieme con la registrazione neurale, misure elettrochimiche (EIS e CV) sono tipicamente utilizzati per il monitoraggio longitudinale della elettrodo-tessuto interfaccia di 2,3. EIS è praticamente utile per valutare la capacità di registrazione dell&#39;interfaccia. L&#39;impedenza aumenta rapidamente con il tempo post-impianto suggerendo la risposta reattiva tessuto altera le proprietà elettriche del interfaccia 3. Inoltre, dati EIS può essere usata per modellare la composizione cellulare adiacente all&#39;elettrodo impiantato 3-5. Voltammetria ciclica può essere utilizzato per approfondire i cambiamenti nelle registrazioni e EIS. Il elettrmateriale ode e rugosità nonché le reazioni elettrochimiche e il tessuto circostante influenzare la forma della curva IV. Carica di grande portata, determinata dalla zona della curva IV, è generalmente preferito, specialmente per i micro-stimolazione elettrica. Bassa capacità di carica è spesso associato con un aumento EIS. Il potenziale applicato durante CV stessa può alterare la capacità di carica e EIS, specialmente se l&#39;intervallo di tensione è abbastanza grande per guidare le reazioni di ossidoriduzione. L&#39;applicazione di tensione di polarizzazione, o ringiovanimento, può essere utilizzato al fine di carica crescente capacità di carico, diminuendo impedenza, e aumentando il numero di canali con picchi registrati 5. L&#39;ossidazione è probabile che si verificano a livello di interfaccia elettrodo durante ringiovanimento, e con materiali di iridio, un monostrato di ossido idrato forma a potenziali anodici di 1,2 V 6. È stato suggerito che la formazione di questo monostrato cellulare può rimuovere e ACELmateriale da legare collegato l&#39;elettrodo con conseguente bassa impedenza all&#39;interfaccia 5. Mentre ringiovanimento può recuperare perso i segnali neurali, è più efficace se usato su canali che in precedenza avevano picchi di pochi giorni prima. Recordings, EIS, CV, e ringiovanimento può meglio essere utilizzati come strumenti complementari nel monitoraggio della interfaccia neurale e migliorando la funzionalità a lungo termine di dispositivi impiantati.

<table border="1"><tbody><tr><td> Attrezzatura </td><td> Azienda </td><td> Numero di catalogo </td><td> Comments </td></tr><tr><td> Strumento Elettrochimica </td><td> Metrohm Autolab </td><td> PGSTAT128N </td><td> add-ons: FRA2, canale MUX </td></tr><tr><td> Headstage Passive </td><td> Tucker-Davis Technologies </td><td></td><td> modello dipende connettore e numero di canali </td></tr><tr><td> 26-pin connettore femmina </td><td> AMP </td><td> 5749069-2 </td><td> Headstage Adapter o sostituire il connettore appropriato per il headstage </td></tr><tr><td> Banana Jacks </td><td> Digikey </td><td> J151-ND </td><td> Adattatore Headstage Il canale Autolab MUX ha connettori a banana </td></tr></tbody></table>

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

Spettroscopia di impedenza elettrica (EIS) e voltammetria ciclica (CV) misura della proprietà elettrodo-tessuto interfaccia senza ulteriori procedure invasive, e può essere utilizzato per monitorare le prestazioni dell&#39;elettrodo a lungo termine. EIS misura l&#39;impedenza elettrica a frequenze multiple, e gli aumenti di impedenza indicano un aumento dalla formazione della cicatrice gliale intorno al dispositivo, mentre voltammetria ciclica misura la carica capacità di carico dell&#39;elettrodo, e indica come carica viene trasferita a diversi livelli di tensione. Come elettrodi impiantati età, EIS CV e modifica dei dati e siti di elettrodi che in precedenza registrate neuroni spiking spesso mostrano un&#39;efficacia significativamente inferiore per la registrazione neurale. L&#39;applicazione di un impulso di tensione breve schiere di elettrodi impiantati, noti come ringiovanimento, possono riportare spiking attività sui siti altrimenti elettrodi silenziosi per un periodo di tempo. Ringiovanimento altera EIS e CV, e può essere monitorato da questi metodi complementari. Tipicamente, EIS viene misurata giornalmente come un&#39;indicazione della risposta tessuto nel sito dell&#39;elettrodo. Se picchi sono assenti in un canale che in precedenza aveva picchi, allora CV viene utilizzato per determinare la carica portata del sito dell&#39;elettrodo, e ringiovanimento può essere applicato per migliorare l&#39;efficacia interfaccia. CV e EIS sono poi ripetuti per verificare le modifiche alla interfaccia elettrodo-tessuto, e le registrazioni neurali vengono raccolti. L&#39;obiettivo generale di ringiovanimento è quello di estendere la durata funzionale di matrici impiantati.

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

L&#39;elettrodo-tessuto interfaccia di elettrodi di registrazione neurali può essere caratterizzato con spettroscopia di impedenza elettrica (EIS) e voltammetria ciclica (CV). Applicazione di tensione capacità di registrazione di polarizzazione modifiche delle proprietà elettrochimiche della elettrodo-tessuto interfaccia e può migliorare. Tensione di polarizzazione, EIS, CV, e le registrazioni neurali sono complementari.

Tensione di polarizzazione, voltammetria ciclica, e spettroscopia di impedenza elettrica per interfacce neurali

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

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24.4K Views.  Purdue University. L'elettrodo-tessuto interfaccia di elettrodi di registrazione neurali può essere caratterizzato con spettroscopia di impedenza elettrica (EIS) e voltammetria ciclica (CV). Applicazione di tensione capacità di registrazione di polarizzazione modifiche delle proprietà elettrochimiche della elettrodo-tessuto interfaccia e può migliorare. Tensione di polarizzazione, EIS, CV, e le registrazioni neurali sono complementari.

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

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

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

Dinamica dopamina presinaptica in fettine di cervello striatale con Fast-scan Voltammetria ciclica

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

Ricerca

Neuroscienze

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

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

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

Rilevamento di ipossia microregionale nella corteccia cerebrale di topo Imaging a due fotoni di fluorescenza endogena NADH

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

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

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

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

Riproducibile nervo sciatico Crush mouse e successiva valutazione da parte della Rigenerazione intera analisi Muscle Monte

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

Laser Nanosurgery of Cerebellar Axons In Vivo

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

Laser Nanosurgery of Cerebellar Axons In Vivo

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

Laser nanochirurgia di cerebellari Assoni<em&gt; In Vivo</em

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

Assessment of Neuromuscular Function Using Percutaneous Electrical Nerve Stimulation

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

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

Valutazione della Neuromuscolare Funzione Con percutanea stimolazione elettrica del nervo

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

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

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

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

Modellazione di voltammetria ciclica veloce dei dati da dati neurotrasmettivali elettromagnetici a dopamina utilizzando QNsim1.0

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

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

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

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

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

Metodo elettrofisiologico per le registrazioni a morsetto di tensione a cellule intere da<em&gt; Drosophila</em&gt; Fotorecettori

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

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

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

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

Aumento del tempo della risposta alla rete alla stimolazione delle colture cellulari neuronali sulle matrici di microelettrodi

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

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

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

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

Registrazioni simultanee di potenziali di campo locale corticale, elettrocardiogramma, elettromiogramma e respirazione ritmo da un ratto liberamente commovente

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

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

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

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

Registrazione ottica a singolo fotone a campo largo nelle sezioni cerebrali utilizzando Colorazione sensibile alla tensione

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