Questo lavoro è stato sostenuto dal Consiglio di Ricerca Australiano sotto Linkage Progetto concessione LP120100264.

1. Cultura di spirale neuroni dei gangli <ol><li> Sterilizzare piccolo rotondo (ad esempio diametro 10 mm) vetrini e pinze curve in autoclave. Trasferire i coprioggetti sterilizzati in singoli pozzetti di una 4-ring 35 millimetri capsula di Petri sterile o piastra 4-bene, usando le pinze sterilizzate. Applicare 150 ml di poli-L-ornitina (500 mcg / ml) e mouse laminina (0,01 mg / ml) alla superficie superiore del coprioggetto e posto in un incubatore (37 ° C) fino a 48 ore. Assicurarsi che i vetrini non galleggiano lontano dal fondo del pozzo. </li><li> Preparare 50 ml supporti Neurobasal sterili (NBM) per ogni cultura neurale: 47.5 ml Neurobasal A, 0,5 ml di N 2 supplemento, 1 ml Integratore B27, 0,5 ml di L-glutammina, e 0,5 ml di penicillina-streptomicina. Nota: Gli integratori possono essere congelati, conservati a -20 ° C e aggiunto ai media il giorno richiesto. </li><li> Dissociare i neuroni gangliari a spirale dal post-natale giorno 4-7 cuccioli di ratto, come descritto in precedenza 20,21, cizione sia enzimatica (0,025% tripsina e 0,001% DNasi I) e tecniche meccaniche. Consultare Whitlon et al. 22 e Vieira et al. 23 per le procedure dettagliate di ganglio spirale cultura neurone, o Parker et al. 24 per una dimostrazione di isolamento modiolus. </li><li> Aspirare qualsiasi soluzione poly-L-ornithine/laminin restante dalle coprioggetto e lavare brevemente con NBM. </li><li> Aggiungere 150-200 ml di dissociato ganglio spirale sospensione neurone i coprioggetti e posto in un incubatore (37 ° C, 10% di CO 2). Nota: fino a 20 vetrini possono essere preparati da una cucciolata media di 8 cuccioli di ratto. </li><li> Quattro ore dopo neuroni placcatura, aspirare la soluzione per rimuovere i detriti cellulari e sostituirlo con 150-200 ml riscaldata NBM fresca. Nota: i media possono richiedere rifornimento giornaliero per evitare la disidratazione. </li><li> Coprioggetto tornare alla incubatore fino al momento di registrazioni elettrofisiologiche. Nota: spirale dissociatoculture dei neuroni gangliari possono essere utilizzati per esperimenti di elettrofisiologia quattro ore dopo la dissociazione e per un massimo di due giorni successivi. Tempo in vitro deve essere preso in considerazione durante l&#39;analisi dei risultati. Rifornire NBM ogni 24-48. </li></ol> 2. Preparazione per la pinza registrazioni patch <ol><li> Preparare le soluzioni di <ol><li> Intracellulare (micropipetta) soluzione: 115 mm K-gluconato, 7 mM KCl, 10 mM HEPES, 0.05 mM EGTA, 2 mM Na 2 ATP, 2 mM MgATP, 0.5 mM Na 2 GTP (regolare a pH 7,3 con KOH, regolare a 295 mosmol / kg con saccarosio). Filtrare la soluzione attraverso un filtro sterile (0,2 micron) e dividere in 200 microlitri aliquote essere conservati a -20 ° C fino al giorno della registrazione. </li><li> Extracellulare (vasca) Soluzione: 137 mM NaCl, 5 mM KCl, 2 mM CaCl 2, 1 mM MgCl2, 10 mM HEPES, 10 mM glucosio (regolare a pH 7,4 con NaOH, regolare a 300-310 mOsmol / kg con saccarosio) . Questa soluzione viene effettuato il giorno di registrazione. </li></ol></li><li> Preparare la registrazione micropipette con una resistenza di 2-6 MW. Noi usiamo un laser CO 2 estrattore (P-2000; Sutter Instruments) e vetro borosilicato (diametro esterno 1,0 millimetri, 0,58 millimetri di diametro interno, 75 mm di lunghezza). </li><li> Preparare il laser. Questo protocollo è destinato all&#39;uso con un laser accoppiato in fibra, come la 1.870 nm Nerve infrarossi stimolatore da OptoTech P / L. La fibra ottica utilizzata per la consegna della luce nei nostri esperimenti è un 200/220 micron core / cladding diametro di fibra di silice con una apertura numerica di 0.22 e di connettori FC-PC ad entrambe le estremità (AFW Technologies MM1-FC2-200/220-5-C -0.22). I cavi di connessione sono stati tagliati a metà per produrre due trecce di fibre (cioè con connettori a un&#39;estremità e spaccati all&#39;altra). Gli effetti di diametro del nucleo della fibra e apertura numerica sul indotte laser variazioni di temperatura sono stati discussi in dettaglio da Thompson et al. 25 <ol><li> Fendere la punta della fibra consegna luce utilizzando tecniche standarde garantire che la punta risulta è di alta qualità mediante osservazione al microscopio ottico (cioè la punta dovrebbe essere perpendicolare all&#39;asse della fibra e apparire piatta su controllo visivo). Collegare la fibra di consegna luce all&#39;uscita accoppiato in fibra del laser stimolazione mediante un appropriato tramite connettore (ad es Thorlabs ADAFC2). </li><li> Misurare la potenza del laser di uscita dalla punta spaccati della fibra di fornitura luce utilizzando uno strumento adeguato (ad es FieldMate Coerente con LM-3 testa del rivelatore). Si raccomanda di controllare la potenza del laser ogni volta che la fibra di consegna luce viene scissa o un aggiustamento significativo è fatto per il laser (ad esempio, trasporto da un laboratorio ad un altro). </li><li> Inserto in fibra di consegna luce in una morsa di fibra o un dispositivo equivalente e apporre il mandrino al micropositioner appropriata. È importante essere in grado di determinare con precisione l&#39;angolo θ che la fibra ottica rende con il coprioggetto. Questo angle può essere misurata prendendo una fotografia della disposizione sperimentale e utilizzando un software di elaborazione di immagini (ad es ImageJ) per ottenere l&#39;angolo. L&#39;angolo θ (o intervallo di possibili angoli) è vincolato principalmente da limitazioni spaziali del dispositivo sperimentale - in particolare il microscopio. Tipici valori di θ nei nostri esperimenti (basato su un microscopio in posizione verticale) sono circa 36 °, tuttavia l&#39;angolo ottimale può variare in modo significativo per configurazioni alternative (ad esempio quelli che utilizzano un microscopio invertito). </li><li> Effettuare le connessioni tra il laser e il sistema di acquisizione di patch clamp dati (ad es Digidata 1440A, Molecular Devices) come mostrato in Figura 2. L&#39;uscita digitale dal sistema di acquisizione dati del patch clamp deve essere collegato al laser tramite un generatore di funzione esterna, rendendo possibile specificare parametri dell&#39;impulso laser indipendente dal sistema di acquisizione dati. Alternativamente questa uscita può essere collegata direttamente alil driver laser (richiedendo la lunghezza degli impulsi e frequenza di ripetizione da impostare dal software di acquisizione dati). In entrambi i casi, il segnale utilizzato per attivare il laser deve essere collegato ad un ingresso posteriore del sistema di acquisizione dati per garantire che il calendario e lunghezza degli impulsi laser possono essere registrati in concomitanza con il segnale elettrofisiologico. </li></ol></li></ol> 3. Pinza registrazioni patch per la Sorveglianza dei INS <ol><li> Riempire il contenitore appropriato del sistema di perfusione con soluzione extracellulare e regolare la portata di fornire perfusione del bagno a una velocità di 1-2 ml / min. Usiamo un sistema per gravità (bottiglia aspiratore, valvola a manicotto e tubo PE) con un riscaldatore in linea per consentire un rapido riscaldamento della soluzione, ed una pompa peristaltica per rimuovere soluzione esausta mediante aspirazione. </li><li> Posizionare un vetrino con cellule in coltura nella camera di registrazione (bagno) di un microscopio in posizione verticale. Utilizzando un obiettivo di acqua-immersion alto ingrandimento (e. G. 40X) e contrasto di fase (ad esempio il contrasto di interferenza differenziale o gradiente di contrasto Dodt), individuare visivamente le spirali neuroni gangliari all&#39;interno della cultura. Un tipico neurone ganglio spirale è di fase luminosa, rotonda e circa 15 micron di diametro, con un nucleo di primo piano, come mostrato in Figura 1a. </li><li> Una volta che un neurone è stato localizzato, passare ad un ingrandimento obiettivo inferiore (ad esempio 10 volte) e individuare il neurone bersaglio all&#39;interno del campo visivo. </li><li> Spostare la luce in fibra ottica consegna in posizione utilizzando la procedura seguente (o equivalente): <ol><li> Utilizzare il micropositioner per spostare la fibra di uscita finché la punta è vicino al neurone bersaglio in entrambi i piani orizzontale e verticale. La posizione verticale della punta della fibra può essere verificata spostando l&#39;obiettivo su e giù (scansione del fuoco). </li><li> Tornare all&#39;obiettivo alto ingrandimento e posizionare la punta della fibra ottica nella posizione prevista, viciegli neurone (vedi Figura 2 riquadro). Quando si regola la posizione verticale della fibra, è importante che il bordo inferiore della fibra è appoggiato sul (cioè semplicemente toccando) coprioggetti, per minimizzare l&#39;incertezza nella posizione della fibra. Allineamento ottimale nel piano orizzontale dipende dall&#39;angolo θ che rende la fibra con il coprioggetto e il raggio r della fibra. Per posizionare la fibra in modo che il centro del neurone bersaglio giace lungo l&#39;asse della fibra, la distanza orizzontale tra il bordo superiore della fibra e la cellula bersaglio dovrebbe essere Δ target = r (cosec θ - 2 sin θ), dove i valori negativi indicano che le sovrasta in fibra ottica della cella. Nel posizionamento della fibra, una distanza di bersaglio Δ tra il bordo superiore della fibra e il centro del neurone può essere raggiunto approssimativamente mediante ispezione visiva. Tuttavia bersaglio Δ è progettato perservire come una guida di riferimento soltanto. Posizionamento della fibra tale che la distanza effettiva Δ tra il bordo superiore della fibra e il centro del neurone differisce notevolmente tra Δ bersaglio (come in Figura 1) può fornire indicazioni in effetto sia spostamento radiale (cioè dal centro del beam) e spostamento assiale (ossia lungo l&#39;asse della fibra) del fascio rispetto al neurone bersaglio. Ad esempio, impostando Δ ≈ 0 ci si aspetterebbe per aumentare la temperatura locale in prossimità della cellula - ossia quanto il profilo del fascio di fibre multimodali tipici è ben approssimata da una distribuzione cappello superiore 26, la diminuzione dell&#39;energia assorbita localmente (temperatura) causa di spostamento dal centro del fascio è minimo rispetto a l&#39;aumento di energia assorbita dal muoversi faccia di estremità della fibra più vicino alla cella. Mentre si dovrebbe aver cura di posizionare la fibra più accurata e ripetibile come Possible utilizzando segnali visivi, misurazione precisa della posizione di fibra rispetto al target neurone (per esempio Δ) è di maggiore importanza rispetto posizionandolo ad una prefissata distanza. Δ può essere determinato (con una incertezza massimo stimato di ± 3 micron) mediante analisi di immagine come descritto al punto 3.8.2 del protocollo. In alcuni esperimenti 5,8, fonti di luce bianca sono state accoppiate attraverso la fibra al fine di indirizzare la cella desiderata. Questo approccio è risultato inefficace nel setup microscopio verticale, come l&#39;intensità della luce diffusa dalla regione bersaglio era relativamente bassa, questi angoli poco profondi (θ). </li><li> Una volta che la fibra è in posizione, spostarlo da una quantità nota di consentire il posizionamento diretto della micropipetta. La fibra può essere riportato nella posizione originale quando una registrazione neurale è raggiunto. </li></ol></li><li> Riempire la micropipetta con soluzione intracellulare e montare saldamente in posizione sulla testatage dell&#39;amplificatore (ad esempio Multiclamp 700B, Molecular Devices). Utilizzando tubi attaccato al lato del supporto microelettrodo, applicare una piccola quantità di pressione positiva per evitare l&#39;ostruzione della micropipetta. </li><li> Utilizzando un micromanipolatore, spostare la micropipetta in posizione appena sopra il neurone bersaglio. </li><li> Protocollo per le registrazioni integrali delle cellule: <ol><li> Applicare a 10 msec, 10 mV impulso a onda quadra (ad esempio prova di tenuta) in modalità voltage-clamp dell&#39;amplificatore e regolare il potenziale micropipetta (pipetta compensato) del segnale di riferimento a 0 nA. La prova di tenuta deve essere usato per determinare se la resistenza del microelettrodo è all&#39;interno dell&#39;intervallo desiderato (ad esempio 2-6 MW). </li><li> Se il controllo della resistenza, utilizzare la regolazione fine del micromanipolatore per posizionare delicatamente la micropipetta sulla superficie del neurone bersaglio. Quando la micropipetta è in contatto con il neurone, la resistenza aumenta (da ~ 0,5 a 1 MW). Imediatamente seguito dell&#39;aumento di resistenza, rimuovere la pressione del fluido positiva e applicare una piccola pressione negativa. Una volta che la resistenza ha superato 10-20 MW, fissare il potenziale di membrana ad un livello di tenuta (ad esempio intorno a -60 mV). </li><li> La resistenza dell&#39;elettrodo dovrebbe continuare ad aumentare fino a superare 1 GΩ, a significare che una tenuta efficace (denominato &#39;gigaseal&#39;) è formato tra la membrana cellulare e micropipetta. A questo punto, rimuovere tutta la pressione del fluido dalla micropipetta. </li><li> Una volta che il gigaseal è stato formato, utilizzare brevi impulsi di corrente (25 a 100 msec; +1 V) o brevi impulsi di pressione di fluido negativa alla rottura della membrana cellulare e conseguire configurazione whole cell. </li><li> Registrare la capacità di membrana, resistenza serie e la resistenza di ingresso come determinato dalla curva esponenziale montato alla corrente durante l&#39;impulso di prova di tenuta. Ridurre al minimo i transitori di capacità regolando i controlli CpFast e CpSlow l&#39;amplificatore, quindi switch l&#39;amplificatore in modalità cella insieme, e compensare la capacità e la resistenza fino a una corrente piatta è osservato durante la prova di tenuta. Applicare compensazione resistenza serie (~ 70% di correzione; 70% la previsione), regolando i controlli capacità e della resistenza per mantenere una prova di risposta guarnizione piatta. </li><li> Passare alla modalità corrente-clamp in dell&#39;amplificatore. Prendere atto del potenziale di membrana a riposo (in assenza di iniezione di corrente). Impostare una corrente di mantenimento per stabilizzare il potenziale di membrana al livello desiderato (ad esempio -60 mV). Neutralizzare la capacità pipetta e regolare il bilanciamento ponte per bilanciare la caduta di tensione. </li><li> Controllare le proprietà di cottura del neurone stimolando con corrente depolarizzante (10-200 pA a 10 pA passi; 300 msec di durata). </li></ol></li><li><ol><li> Spostare la parte posteriore in fibra ottica in posizione vicino al neurone. Mediante software di imaging accoppiato ad una camera CCD, catturare immagini della posizione della fibra rispetto alla neuro bersaglion, concentrandosi sul piano del neurone inizialmente, e poi sul bordo superiore della fibra ottica (vedi Figura 1). </li><li> Per successiva analisi delle immagini risultanti (ad esempio figure 1b e 1c) è possibile determinare con esattezza Δ (la posizione del bordo superiore della relativa fibra ottica al centro del neurone bersaglio). Una volta Δ è noto, parametri quali la distanza dalla faccia di estremità della fibra al neurone bersaglio (lungo l&#39;asse della fibra) z e lo spostamento radiale del neurone dal centro del raggio r δ possono essere calcolate utilizzando semplici relazioni trigonometriche: z = r sin 2θ + Δ cos θ δ r = ((r cos 2θ - Δ sin θ) 2 + dy 2) 1/2, dove dy è la distanza tra l&#39;asse della fibra e il centro del neurone come visto da sopra (ad esempio see Figure 1). L&#39;analisi deve tener conto delle variazioni di posizione da cellula a cellula, come la conoscenza accurata di questi parametri di posizione può essere richiesto di risolvere eventuali differenze tra i processi di stimolazione 25. </li></ol></li></ol> 4. Esperimenti INS <ol><li> Durante la registrazione di dati elettrofisiologici in entrambi morsetto corrente o configurazioni clamp di tensione, eseguire la stimolazione laser presso i parametri desiderati (ad esempio potenza, lunghezza dell&#39;impulso, frequenza di ripetizione, ecc.) Con la nostra laser, la potenza ottica è controllato tramite un ingresso diretto al driver laser ed è specificato manualmente prima di ogni registrazione. Lunghezza di impulso e la frequenza di ripetizione può essere controllato sia da un generatore di segnale o il software di acquisizione dati (come descritto nella fase 2.3.4). Assicurarsi che i dati vengono registrati sia dal canale di patch clamp e il canale di trigger laser. </li></ol> Impulsi laser con lunghezze che vannoda circa 500 msec a 15 msec e di energie di ~ 0,25-5 mJ per impulso tipicamente produrre risposte elettriche misurabili. Impostare la frequenza di ripetizione degli impulsi laser a 1 Hz o meno può essere utile per esperimenti iniziali, poiché sarà minimizzare gli effetti di questo parametro. Risultati tipici mostrano la variazione del segnale registrato sono presentati nella seguente sezione.

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Opt. 18, 035004-0310 (2013).</li><li>Yao, J., Liu, B. Y., Qin, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+temperature+jump+by+infrared+diode+laser+irradiation+for+patch-clamp+studies.">Rapid temperature jump by infrared diode laser irradiation for patch-clamp studies.</a> Biophysical Journal. 96, 3611-3619 (2009).</li></ol>

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Utilizzando i protocolli descritti in questo documento è possibile estrarre e cultura spirale neuroni gangliari e di indagare laser evocata attività elettrica eseguendo interi esperimenti di patch clamp cellulari. Quando utilizzato in vitro, la tecnica patch clamp fornisce un livello di controllo sui parametri sperimentali che non è realizzabile in vivo. Parametri di stimolazione laser come lunghezza d&#39;onda, di impulsi di energia, lunghezza di impulso, forma d&#39;impulso, e sequenze di ripetizi...

I campi della neurofisiologia e della bionica medica si basano molto sulle tecniche che consentono la stimolazione controllabile di risposte elettriche nei tessuti nervosi. Mentre la stimolazione elettrica rimane il gold standard nella eccitazione neurale, soffre di una serie di inconvenienti, quali la presenza di artefatti di stimolazione quando si registra risposte neurali, e una mancanza di stimolazione specificità dovuta alla diffusione di corrente nel tessuto circostante 1. Gli ultimi due decenni hanno visto lo sviluppo di tecniche di stimolazione otticamente mediate 2. Molte di queste tecniche richiede modificazione del tessuto bersaglio, tramite l&#39;aggiunta di una particolare molecola (molecole es gabbia) 3 o qualche forma di manipolazione genetica (es. optogenetics) 4, nessuno dei quali è facilmente applicabile al di fuori di un ambiente di ricerca. Di particolare interesse è dunque stimolazione neurale infrarossi (INS), whereby tessuto neurale è eccitato dalla luce laser infrarossa pulsata. INS ha il potenziale per superare molte delle carenze della stimolazione elettrica, consentendo altamente specifico, senza contatto stimolazione del tessuto neurale 2. Tuttavia, mentre INS è stata dimostrata con successo in una varietà di impostazioni in vivo, il meccanismo preciso di eccitazione rimane incerta. Alcune pubblicazioni recenti hanno dimostrato progressi verso scoprire il meccanismo che sta dietro INS 5-7. Rapido riscaldamento dovuto all&#39;assorbimento della luce laser da acqua sembra giocare un ruolo chiave. Tuttavia, al di là di questo un consenso deve ancora essere raggiunto. Shapiro et al. 7 propongono un meccanismo molto generale che riscaldamento rapido provoca una perturbazione nella distribuzione di particelle cariche adiacenti alla membrana cellulare, portando ad una variazione della capacità della membrana cellulare e conseguente depolarizzazione. Inoltre, Albert et al. 5 affermare che Laser riscaldamento indotto attiva una specifica classe di temperatura canali ionici sensibili (recettore vanilloide potenziale transiente canali), permettendo agli ioni di passare attraverso la membrana cellulare. In questa fase non è chiaro come questi meccanismi combinano, o anche se vi sono ulteriori fattori che sono ancora da identificare. Anche se un piccolo numero di pubblicazioni (riferimenti 5,7-9) hanno indagato INS in vitro, la stragrande maggioranza dei lavori pubblicati in questo campo è stata effettuata in vivo (ad es riferimenti 1,6,10-18). Stimolazione infrarossi dei neuroni uditivi è stata una zona di particolare interesse, a causa delle potenziali applicazioni in impianti cocleari 10,14-18. Mentre esperimenti in vivo sono importanti per verificare l&#39;efficacia della tecnica in varie impostazioni, l&#39;aumento del livello di controllo offerta da studi in vitro dovrebbe portare ad una comprensione più dettagliata del meccanismosmo responsabile INS. Questo rapporto descrive la preparazione di colture di neuroni del ganglio spirale per le indagini di patch clamp, in quanto questi possono essere utilizzati per studiare i meccanismi fondamentali, mentre anche il collegamento per la grande quantità di dati esistenti dal sistema uditivo. La tecnica patch clamp è un eccellente strumento per ricerche di fenomeni elettrofisiologici, fornendo un mezzo di registrazione dell&#39;attività elettrica in cellule singole e studiando il contributo delle singole correnti sottostanti 19. Quando questa tecnica viene applicata a una stalla in preparazione in vitro di neuroni primari come coltura spirale neuroni gangliari, che offre l&#39;opportunità di studiare in modo approfondito i meccanismi con cui l&#39;attività neurale è controllato e manipolato. I protocolli specificati in questo lavoro metodi di contorno per investigare l&#39;effetto della stimolazione laser sulle proprietà elettriche dei neuroni del ganglio spirale attraverso Patch Clampregistrazioni. L&#39;approccio è basato su un laser accoppiato in fibra piuttosto che un laser a spazio libero, consentendo un funzionamento più sicuro e più facile e più ripetibile allineamento senza la necessità di modificare la configurazione microscopio standard. Sulla base di questi protocolli, dovrebbe essere possibile effettuare una vasta gamma di esperimenti per determinare con maggiore precisione il meccanismo o meccanismi dietro INS.

<table border="1">
 <tbody>
 <tr>
 <td>Name of Reagent/Material</td>
 <td>Company</td>
 <td>Catalog Number</td>
 <td>Comments</td>
 </tr>
 <tr>
 <td></td>
 <td></td>
 <td></td>
 <td>Cell culture materials and equipment </td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Glass coverslips</td>
 <td>Lomb Scientific</td>
 <td>CSC 10 1 GP</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>4-ring cell culture dish </td>
 <td>VWR International</td>
 <td>82050-542</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Poly-L-ornithine solution</td>
 <td>Sigma-Aldrich</td>
 <td>P4957</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Laminin</td>
 <td>Invitrogen</td>
 <td>23017-015</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Curved forceps</td>
 <td>WPI</td>
 <td>14101</td>
 <td>Dumont #5 tweezers (45&deg; angle tip)</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>CO2 Incubator</td>
 <td>ThermoScientific</td>
 <td>Heracell 150i</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td></td>
 <td></td>
 <td></td>
 <td>Table 1. Cell culture materials and equipment.</td>
 </tr>
 <tr>
 <td></td>
 <td></td>
 <td></td>
 <td>Neurobasal media</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Neurobasal A</td>
 <td>Gibco</td>
 <td>10888-022</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>N-2 supplement</td>
 <td>Invitrogen</td>
 <td>17502-048</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>B27 serum-free supplement</td>
 <td>Invitrogen</td>
 <td>17504-044</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Penicillin-Streptomycin</td>
 <td>Invitrogen</td>
 <td>15140-148</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>L-Glutamine</td>
 <td>Invitrogen</td>
 <td>25030-149</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Intracellular solution</td>
 <td></td>
 <td></td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Potassium chloride</td>
 <td>Sigma-Aldrich</td>
 <td>P4504</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>HEPES</td>
 <td>Sigma-Aldrich</td>
 <td>H4034</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Potassium D-gluconate</td>
 <td>Sigma-Aldrich</td>
 <td>G4500</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>EGTA</td>
 <td>Sigma-Aldrich</td>
 <td>E3889</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Na2ATP</td>
 <td>Sigma-Aldrich</td>
 <td>A2383</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>MgATP</td>
 <td>Sigma-Aldrich</td>
 <td>A9187</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>NaGTP</td>
 <td>Sigma-Aldrich</td>
 <td>G8877</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Potassium hydroxide</td>
 <td>LabServ</td>
 <td>BSPPL738.500</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Sucrose</td>
 <td>Sigma-Aldrich</td>
 <td>S8501</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td></td>
 <td></td>
 <td></td>
 <td>Extracellular solution </td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Sodium chloride</td>
 <td>Sigma-Aldrich</td>
 <td>310166</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Potassium chloride</td>
 <td>Sigma-Aldrich</td>
 <td>P4504</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>HEPES</td>
 <td>Sigma-Aldrich</td>
 <td>H4034</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Calcium chloride</td>
 <td>Sigma-Aldrich</td>
 <td>383147</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Magnesium chloride</td>
 <td>Sigma-Aldrich</td>
 <td>M8266</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>D-Glucose</td>
 <td>Sigma-Aldrich</td>
 <td>G8270</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Sodium hydroxide</td>
 <td>LabServ</td>
 <td>BSPSL740.500</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Sucrose</td>
 <td>Sigma-Aldrich</td>
 <td>S8501</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td></td>
 <td></td>
 <td></td>
 <td>Table 2. Solutions for cell culture and patch clamp. a) Neurobasal media. b) Intracellular solution. c) Extracellular solution.</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Upright microscope</td>
 <td>Zeiss </td>
 <td>AxioExaminerD1</td>
 <td>Equipped with Dodt contrast </td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Water-immersion objective</td>
 <td>Zeiss</td>
 <td>W Plan-APOCHROMAT 40x/0.75</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Platform and X-Y stage </td>
 <td>ThorLabs</td>
 <td>Burleigh Gibraltar</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Recording chamber</td>
 <td>Warner Instruments</td>
 <td>RC-26G</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Vibration isolation table</td>
 <td>TMC</td>
 <td>Micro-g 63-532</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>CCD Camera</td>
 <td>Diagnostic Instruments</td>
 <td>RT1200</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Camera software</td>
 <td>Diagnostic Instruments</td>
 <td>SPOT Basic</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>In-line solution heater</td>
 <td>Warner</td>
 <td>SH-27B</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Temperature controller</td>
 <td>Warner</td>
 <td>TC-324B</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Patch clamp amplifier</td>
 <td>Molecular Devices</td>
 <td>Multiclamp 700B</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Patch clamp data acquisition system</td>
 <td>Molecular Devices</td>
 <td>Digidata 1440A</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Micromanipulator</td>
 <td>Sutter Instruments</td>
 <td>MPC-325</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Micropipette glass</td>
 <td>Sutter Instruments</td>
 <td>GBF100-58-15</td>
 <td>Borosilicate glass with filament</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Micropipette Puller</td>
 <td>Sutter Instruments</td>
 <td>P2000</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Recording Software</td>
 <td>AxoGraph</td>
 <td></td>
 <td>Lab pack and electrophysiology tools</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Aspirator bottle</td>
 <td>Sigma-Aldrich</td>
 <td>CLS12201L</td>
 <td>1 L Pyrex aspirator bottle, with outlet for tubing</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>PE Tubing</td>
 <td>Harvard</td>
 <td>PolyE #340</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Masterflex peristaltic pump</td>
 <td>Cole-Parmer</td>
 <td>HV-07554-85</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td></td>
 <td></td>
 <td></td>
 <td>Table 3.Patch clamp equipment.</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>1,870 nm laser diode</td>
 <td>Optotech</td>
 <td></td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>200/220 &mu;m diameter multimode optical fiber patch cord (FC/PC)</td>
 <td>AFW Technologies</td>
 <td>MM1-FC2-200/220-5-C-0.22</td>
 <td>Light delivery optical fiber, silica core and cladding, 0.22 NA</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Optical fiber through connector (FC/PC)</td>
 <td>Thorlabs</td>
 <td>ADAFC2</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Optical fiber cleaver</td>
 <td>EREM</td>
 <td>FO1 </td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Optical fiber stripping tool (0.25 - 0.6 mm) </td>
 <td>Siemens</td>
 <td></td>
 <td>For removing optical fiber jacket</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Optical fiber stripping tool (0.6 - 1.0 mm)</td>
 <td>Siemens</td>
 <td></td>
 <td>For removing outer coating of patch cord</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Signal generator</td>
 <td></td>
 <td></td>
 <td>Any signal generator that can output the necessary pulse shapes and is capable of being externally triggered</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Optical fiber positioner</td>
 <td></td>
 <td></td>
 <td>Custom made positioner. Could substitute with standard micropositioner used for patch clamp experiments</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Optical fiber chuck</td>
 <td>Newport</td>
 <td>FPH-DJ</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Laser power meter and detector head</td>
 <td>Coherent</td>
 <td>FieldMate (power meter) with LM-3 (detector head)</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td></td>
 <td></td>
 <td></td>
 <td>Table 4. Laser equipment.</td>
 </tr>
 </tbody>
</table>

whole cell patch clamp for investigating the mechanisms of infrared neural stimulation

È stato dimostrato negli ultimi anni che pulsata, luce laser infrarosso può essere utilizzato per ottenere risposte elettrici nel tessuto neurale, indipendente da qualsiasi ulteriore modifica del tessuto bersaglio. Stimolazione neurale infrarossi è stato riportato in una varietà di tessuto neurale e sensoriali periferici in vivo, con particolare interesse mostrato nella stimolazione di neuroni nel nervo uditivo. Tuttavia, mentre INS ha dimostrato di funzionare in queste impostazioni, il meccanismo (o meccanismi) attraverso il quale la luce infrarossa causa l&#39;eccitazione neurale è attualmente poco compreso. Il protocollo presentato qui descrive un metodo di patch clamp cellula intera progettato per facilitare le indagini di stimolazione neurale infrarossi in colture di neuroni uditivi primari. Dal fondo caratterizzare la risposta di queste cellule di illuminazione laser infrarosso in vitro in condizioni controllate, può essere possibile ottenere una migliore comprensione del physica fondamentalel ed i processi biochimici sottostanti stimolazione neurale infrarossi.

Neuroni gangliari spirale rispondono al laser con illuminazione ripetibile in entrambe le forme d&#39;onda di tensione-clamp e configurazioni di registrazione corrente-clamp. Figura 3a mostra tipici cambiamenti nel flusso di corrente attraverso una membrana cellulare in risposta a un 2,5 msec, 0,8 mJ impulsi laser (risposta media da 6 impulsi laser, ripetuti ad intervalli di 1 sec) con il potenziale di membrana tenutosi a -70 mV, -60 mV e -50 mV. Le correnti in entrata netti sono costantemente evocati i...

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Whole Cell Patch Clamp for Investigating the Mechanisms of Infrared Neural Stimulation

Stimolazione nervosa infrarossi è stato proposto come alternativa alla stimolazione elettrica in una gamma di tipi nervose, comprese quelle associate al sistema uditivo. Questo protocollo descrive un metodo patch clamp per studiare il meccanismo di stimolazione nervosa infrarossa in una cultura di neuroni uditivi primari.

Cellula intera Patch Clamp per lo studio dei meccanismi di Infrared Stimolazione Neurale

It has been  demonstrated in recent years that pulsed, infrared laser light can be used to  elicit electrical responses in neural tissue, independent of ...

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Research

JoVE Journal

Neuroscience

20.8K Views.  Swinburne University of Technology. Stimolazione nervosa infrarossi è stato proposto come alternativa alla stimolazione elettrica in una gamma di tipi nervose, comprese quelle associate al sistema uditivo. Questo protocollo descrive un metodo patch clamp per studiare il meccanismo di stimolazione nervosa infrarossa in una cultura di neuroni uditivi primari.

Video: Whole Cell Patch Clamp for Investigating the Mechanisms of Infrared Neural Stimulation

Investigating the Neural Mechanisms of Aware and Unaware Fear Memory with fMRI

Pavlovian fear conditioning is often used in combination with functional magnetic resonance imaging (fMRI) in humans to investigate the neural substrates of associative learning 1-5. In these studies, it is important to provide behavioral evidence of conditioning to verify that differences in brain activity are learning-related and correlated with human behavior. 
Fear conditioning studies often monitor autonomic responses (e.g. skin conductance response; SCR) as an index of learning and memory 6-8. In addition, other behavioral measures can provide valuable information about the learning process and/or other cognitive functions that influence conditioning. For example, the impact unconditioned stimulus (UCS) expectancies have on the expression of the conditioned response (CR) and unconditioned response (UCR) has been a topic of interest in several recent studies 9-14. SCR and UCS expectancy measures have recently been used in conjunction with fMRI to investigate the neural substrates of aware and unaware fear learning and memory processes 15. Although these cognitive processes can be evaluated to some degree following the conditioning session, post-conditioning assessments cannot measure expectations on a trial-to-trial basis and are susceptible to interference and forgetting, as well as other factors that may distort results 16,17 .
Monitoring autonomic and behavioral responses simultaneously with fMRI provides a mechanism by which the neural substrates that mediate complex relationships between cognitive processes and behavioral/autonomic responses can be assessed. However, monitoring autonomic and behavioral responses in the MRI environment poses a number of practical problems. Specifically, 1) standard behavioral and physiological monitoring equipment is constructed of ferrous material that cannot be safely used near the MRI scanner, 2) when this equipment is placed outside of the MRI scanning chamber, the cables projecting to the subject can carry RF noise that produces artifacts in brain images, 3) artifacts can be produced within the skin conductance signal by switching gradients during scanning, 4) the fMRI signal produced by the motor demands of behavioral responses may need to be distinguished from activity related to the cognitive processes of interest. Each of these issues can be resolved with modifications to the setup of physiological monitoring equipment and additional data analysis procedures. Here we present a methodology to simultaneously monitor autonomic and behavioral responses during fMRI, and demonstrate the use of these methods to investigate aware and unaware memory processes during fear conditioning.

A methodology to investigate the neural mechanisms that support aware and unaware memory processes during fear conditioning is described. This method monitors blood oxygen level dependent (BOLD) functional magnetic resonance imaging, skin conductance response, and unconditioned stimulus expectancy during Pavlovian fear conditioning to assess the neural correlates of distinct memory processes.

Indagare i meccanismi neurali della memoria Paura Aware e inconsapevoli con fMRI

Pavlovian fear conditioning is often used in combination with functional magnetic resonance imaging (fMRI) in humans to investigate the neural substrates ...

Ricerca

Neuroscienze

A Computer-assisted Multi-electrode Patch-clamp System

The patch-clamp technique is today the most well-established method for recording electrical activity from individual neurons or their subcellular compartments. Nevertheless, achieving stable recordings, even from individual cells, remains a time-consuming procedure of considerable complexity. Automation of many steps in conjunction with efficient information display can greatly assist experimentalists in performing a larger number of recordings with greater reliability and in less time. In order to achieve large-scale recordings we concluded the most efficient approach is not to fully automatize the process but to simplify the experimental steps and reduce the chances of human error while efficiently incorporating the experimenter's experience and visual feedback. With these goals in mind we developed a computer-assisted system which centralizes all the controls necessary for a multi-electrode patch-clamp experiment in a single interface, a commercially available wireless gamepad, while displaying experiment related information and guidance cues on the computer screen. Here we describe the different components of the system which allowed us to reduce the time required for achieving the recording configuration and substantially increase the chances of successfully recording large numbers of neurons simultaneously.

Multi-electrode patch-clamp recordings constitute a complex task. Here we show how, by automating of many of the experimental steps, it is possible to accelerate the process leading to qualitative improvement in performance and number of recordings.

Un multi-elettrodo patch-clamp Computer System-assistita

The patch-clamp technique is today the most  well-established method for recording electrical activity from individual  neurons or their subcellular ...

Whole-cell Patch-clamp Recordings from Morphologically- and Neurochemically-identified Hippocampal Interneurons

GABAergic inhibitory interneurons play a central role within neuronal circuits of the brain. Interneurons comprise a small subset of the neuronal population (10-20%), but show a high level of physiological, morphological, and neurochemical heterogeneity, reflecting their diverse functions. Therefore, investigation of interneurons provides important insights into the organization principles and function of neuronal circuits. This, however, requires an integrated physiological and neuroanatomical approach for the selection and identification of individual interneuron types. Whole-cell patch-clamp recording from acute brain slices of transgenic animals, expressing fluorescent proteins under the promoters of interneuron-specific markers, provides an efficient method to target and electrophysiologically characterize intrinsic and synaptic properties of specific interneuron types. Combined with intracellular dye labeling, this approach can be extended with post-hoc morphological and immunocytochemical analysis, enabling systematic identification of recorded neurons. These methods can be tailored to suit a broad range of scientific questions regarding functional properties of diverse types of cortical neurons.

Cortical networks are controlled by a small, but diverse set of inhibitory interneurons. Functional investigation of interneurons therefore requires targeted recording and rigorous identification. Described here is a combined approach involving whole-cell recordings from single or synaptically-coupled pairs of neurons with intracellular labeling, post-hoc morphological and immunocytochemical analysis.

Whole-cell patch-clamp registrazioni da Morphologically- e neurochimico-identificati interneuroni dell&#39;ippocampo

GABAergic inhibitory interneurons play a central role within neuronal circuits of the brain. Interneurons comprise a small subset of the neuronal ...

Whole-cell Patch-clamp Recordings in Brain Slices

Whole-cell patch-clamp recording is an electrophysiological technique that allows the study of the&#160;electrical properties of a substantial part of the neuron. In this configuration, the micropipette is in tight contact with the cell membrane, which prevents current leakage and thereby provides more accurate ionic current measurements than the previously used intracellular sharp electrode recording method. Classically, whole-cell recording can be performed on neurons in various types of preparations, including cell culture models, dissociated neurons, neurons in brain slices, and in intact anesthetized or awake animals. In summary, this technique has immensely contributed to the understanding of passive and active biophysical properties of excitable cells. A major advantage of this technique is that it provides information on how specific manipulations (e.g., pharmacological, experimenter-induced plasticity) may alter specific neuronal functions or channels in real-time. Additionally, significant opening of the plasma membrane allows the internal pipette solution to freely diffuse into the cytoplasm, providing means for introducing drugs, e.g., agonists or antagonists of specific intracellular proteins, and manipulating these targets without altering their functions in neighboring cells. This article will focus on whole-cell recording performed on neurons in brain slices,&#160;a preparation that has the advantage of recording neurons in relatively well preserved brain circuits, i.e., in a physiologically relevant context. In particular,&#160;when combined with appropriate pharmacology, this technique is a powerful tool allowing identification of specific neuroadaptations that occurred following any type of experiences, such as learning, exposure to drugs of abuse, and stress. In summary, whole-cell patch-clamp recordings in brain slices provide means to measure in ex vivo preparation long-lasting changes in neuronal functions that have developed in intact awake animals.

This protocol describes basic procedural steps for performing whole-cell patch-clamp recordings. This technique allows the study of&#160;the electrical behavior of neurons, and when performed in brain slices, allows the assessment of various neuronal functions from neurons that are still integrated in relatively well preserved brain circuits.

Registrazioni Whole-cell patch-clamp nel cervello fette

Whole-cell patch-clamp recording is an electrophysiological technique that allows the study of the&#160;electrical properties of a substantial part of the ...

Whole-cell Patch-clamp Recordings for Electrophysiological Determination of Ion Selectivity in Channelrhodopsins

Over the past decade, channelrhodopsins became indispensable in neuroscientific research where they are used as tools to non-invasively manipulate electrical processes in target cells. In this context, ion selectivity of a channelrhodopsin is of particular importance. This article describes the investigation of chloride selectivity for a recently identified anion-conducting channelrhodopsin of Proteomonas sulcata via electrophysiological patch-clamp recordings on HEK293 cells. The experimental procedure for measuring light-gated photocurrents demands a fast switchable &#8211; ideally monochromatic &#8211; light source coupled into the microscope of an otherwise conventional patch-clamp setup. Preparative procedures prior to the experiment are outlined involving preparation of buffered solutions, considerations on liquid junction potentials, seeding and transfection of cells, and pulling of patch pipettes. The actual recording of current-voltage relations to determine the reversal potentials for different chloride concentrations takes place 24 h to 48 h after transfection. Finally, electrophysiological data are analyzed with respect to theoretical considerations of chloride conduction.

This article describes how the ion selectivity of channelrhodopsin is determined with electrophysiological whole-cell patch-clamp recordings using HEK293 cells. Here, the experimental procedure for investigating chloride selectivity of an anion-selective channelrhodopsin is demonstrated. However, the procedure is transferable to other channelrhodopsins of distinct selectivity.

Registrazioni patch-clamp intere cellule per la determinazione elettrofisiologica della selettività ionica in Channelrhodopsins

Over the past decade, channelrhodopsins became indispensable in neuroscientific research where they are used as tools to non-invasively manipulate ...

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 ...

Auditory Brainstem Response and Outer Hair Cell Whole-cell Patch Clamp Recording in Postnatal Rats

The outer hair cell is one of the two types of sensory hair cells in the mammalian cochlea. They alter their cell length with the receptor potential to amplify the weak vibration of low-level sound signal. The morphology and electrophysiological property of outer hair cells (OHCs) develop in early postnatal ages. The maturation of outer hair cell may contribute to the development of the auditory system. However, the process of OHCs development is not well studied. This is partly because of the difficulty to measure their function by an electrophysiological approach. With the purpose of developing a simple method to address the above issue, here we describe a step-by-step protocol to study the function of OHCs in acutely dissociated cochlea from postnatal rats. With this method, we can evaluate the cochlear response to pure tone stimuli and examine the expression level and function of the motor protein prestin in OHCs. This method can also be used to investigate the inner hair cells (IHCs).

This protocol describes methods to record the auditory brainstem response from postnatal rat pups. To examine the functional development of outer hair cells, the experimental procedure of whole-cell patch clamp recording in isolated outer hair cells is described step-by-step.

Risposta uditiva del tronco cerebrale ed esterna della cellula ciliata cellule intere Patch Clamp registrazione in ratti postnatali

The outer hair cell is one of the two types of sensory hair cells in the mammalian cochlea. They alter their cell length with the receptor potential to ...

Preparations and Protocols for Whole Cell Patch Clamp Recording of Xenopus laevis Tectal Neurons

The Xenopus tadpole retinotectal circuit, comprised of the retinal ganglion cells (RGCs) in the eye which form synapses directly onto neurons in the optic tectum, is a popular model to study how neural circuits self-assemble. The ability to carry out whole cell patch clamp recordings from tectal neurons and to record RGC-evoked responses, either in vivo or using a whole brain preparation, has generated a large body of high-resolution data about the mechanisms underlying normal, and abnormal, circuit formation and function. Here we describe how to perform the in vivo preparation, the original whole brain preparation, and a more recently developed horizontal brain slice preparation for obtaining whole cell patch clamp recordings from tectal neurons. Each preparation has unique experimental advantages. The in vivo preparation enables the recording of the direct response of tectal neurons to visual stimuli projected onto the eye. The whole brain preparation allows for the RGC axons to be activated in a highly controlled manner, and the horizontal brain slice preparation allows recording from across all layers of the tectum.

Preparations and Protocols for Whole Cell Patch Clamp Recording of Xenopus laevis Tectal Neurons

In this paper, we discuss three brain preparations used for whole cell patch clamp recording to study the retinotectal circuit of Xenopus laevis tadpoles. Each preparation, with its own specific advantages, contributes to the experimental tractability of the Xenopus tadpole as a model to study neural circuit function.

Preparazioni e protocolli per l'intera cella Patch Clamp registrazione dei neuroni Tectal Xenopus laevis

The Xenopus tadpole retinotectal circuit, comprised of the retinal ganglion cells (RGCs) in the eye which form synapses directly onto neurons in the optic ...

Preparation of Acute Spinal Cord Slices for Whole-cell Patch-clamp Recording in Substantia Gelatinosa Neurons

Recent whole-cell patch-clamp studies from substantia gelatinosa (SG) neurons have provided a large body of information about the spinal mechanisms underlying sensory transmission, nociceptive regulation, and chronic pain or itch development. Implementations of electrophysiological recordings together with morphological studies based on the utility of acute spinal cord slices have further improved our understanding of neuronal properties and the composition of local circuitry in SG. Here, we present a detailed and practical guide for the preparation of spinal cord slices and show representative whole-cell recording and morphological results. This protocol permits ideal neuronal preservation and can mimic in vivo conditions to a certain extent. In summary, the ability to obtain an in vitro preparation of spinal cord slices enables stable current- and voltage-clamp recordings and could thus facilitate detailed investigations into the intrinsic membrane properties, local circuitry and neuronal structure using diverse experimental approaches.

Here, we describe the essential steps for whole-cell patch-clamp recordings made from substantia gelatinosa (SG) neurons in the in vitro spinal cord slice. This method allows the intrinsic membrane properties, synaptic transmission and morphological characterization of SG neurons to be studied.

Preparazione delle fette Acute del midollo spinale per la registrazione di cellule intere Patch-clamp in neuroni di sostanza Gelatinosa

Recent whole-cell patch-clamp studies from substantia gelatinosa (SG) neurons have provided a large body of information about the spinal mechanisms ...

Evaluation of Synaptic Multiplicity Using Whole-cell Patch-clamp Electrophysiology

In the central nervous system, a pair of neurons often form&#160;multiple synaptic contacts and/or functional neurotransmitter release sites (synaptic multiplicity). Synaptic multiplicity is plastic and changes throughout development and in different physiological conditions, being an important determinant for the efficacy of synaptic transmission. Here, we outline experiments for estimating the degree of multiplicity of synapses terminating onto a given postsynaptic neuron using whole-cell patch clamp electrophysiology in acute brain slices. Specifically, voltage-clamp recording is used to compare the difference between the amplitude of spontaneous excitatory postsynaptic currents (sEPSCs) and miniature excitatory postsynaptic currents (mEPSCs). The theory behind this method is that afferent inputs that exhibit multiplicity will show large, action potential-dependent sEPSCs due to the synchronous release that occurs at each synaptic contact. In contrast, action potential-independent release (which is asynchronous) will generate smaller amplitude mEPSCs. This article outlines a set of experiments and analyses to characterize the existence of synaptic multiplicity and discusses the requirements and limitations of the technique. This technique can be applied to investigate how different behavioral, pharmacological or environmental interventions in vivo affect the organization of synaptic contacts in different brain areas.

Here, we present a protocol for evaluating the functional synaptic multiplicity using whole-cell patch clamp electrophysiology in acute brain slices.

Valutazione di molteplicità sinaptica utilizzando cellule intere Patch-clamp Elettrofisiologia

In the central nervous system, a pair of neurons often form&#160;multiple synaptic contacts and/or functional neurotransmitter release sites (synaptic ...