Supported by APA to RJH, NHMRC program grant 400121 to SP, and NMHRC fellowship 1005050 to SP. CAR acknowledges the support of the ARC (FT0990628) and the DOWD fellowship scheme. The Florey Institute of Neuroscience and Mental Health is supported by Victorian State Government infrastructure funds.

Tutti gli esperimenti sui topi sono stati approvati dal comitato etico animali Florey Institute. 1. Setup per il taglio Fette cervello <ol><li> Preparare una soluzione di taglio costituito da (mm) 125 colina-Cl, 2,5 KCl, CaCl 2 0.4, 6 MgCl 2, 1,25 NaH 2 PO 4, 26 NaHCO 3, 20 D-glucosio saturata con gas CarboGen (95% O 2 -5 % 2 CO) e un liquido cerebrospinale artificiale (soluzione aCSF) registrazione composto (mM) 125 NaCl, KCl 2,5, 2 CaCl 2, MgCl 2 2, 1,25 NaH 2 PO 4, 26 NaHCO3, 10 D-glucosio, saturata con CarboGen. Posizionare la soluzione di taglio su ghiaccio per mantenere il freddo. </li><li> Congelare circa 400 ml della soluzione di taglio e si fondono insieme con 100 ml di soluzione di taglio scongelato per creare una sospensione di ghiaccio. Bubble con CarboGen (95% O 2 -5% CO 2) ad una portata di circa 0,5 L / min attraverso piccoli ctubi Aliber o vetro sinterizzato per produrre un flusso costante ma gentile di bolle. </li><li> Preparare un becher da 250 ml con un inserto in maglia di nylon sollevata in cui verranno inseriti le fette di cervello. Riempire con aCSF per coprire la rete da circa 2 cm e bolla con CarboGen, assicurando che le bolle non disturbare direttamente l&#39;area della sezione possesso. E &#39;anche importante che non ci siano bolle d&#39;aria nel rete di nylon, così se presenti rimuoverli. Questo sarà camera di raccolta e si mantiene a RT (20 - 25 ° C). </li><li> Layout La strumenti sezionare tra cui un grosso paio di forbici, un piccolo paio di forbici, piccoli e grandi micro spatole, e grandi e piccole coppie di pinze e raffreddare su ghiaccio. Posizionare il blocco vibratome tessuto taglio sul ghiaccio su un quadrato di carta stagnola. Ottenere 2 pezzi di 6 cm carta filtro, una lama ad archetto, e un becher da 25 ml riempito con l&#39;impasto soluzione di taglio pure. </li><li> Riempire un secondo contenitore con ghiaccio, e c&#39;era un pezzo di tessuto paper sul ghiaccio e collocare un piatto di coltura di 12 cm da cima. Riempire il piatto cultura con taglio soluzione liquami ghiaccio e bolla con CarboGen. Questo è il contenitore in cui con essere eseguita la dissezione cerebrale. </li><li> Preparare il vibratome. Rimuovere un doppio lama di rasoio taglio fresco (usare una lama fresca ogni volta) dal suo involucro e spruzzare con l&#39;80% di etanolo acqua poi deionizzata. Tagliare a 3 ml pipetta di plastica al punto in cui inizia a cono. Questo verrà utilizzato per trasferire fettine cerebrali. Bend un ago G 27 alla base di circa 45 ° e legarsi a una siringa da 1 ml. Questo sarà usato per manipolare fette durante il taglio. </li></ol> 2. Taglio cervello Slices <ol><li> Anestetizzare un topo (P16 - P18) con il 2% isoflurano o un metodo approvato a livello locale. Dopo l&#39;induzione, decapitare il animale con un grosso paio di forbici e cadere la testa nel piatto cultura 12 centimetri che contiene bollito soluzione di taglio liquami. La sospensione deve immergere totalmente la testa perraffreddamento rapido. </li><li> Tenere la parte anteriore della testa con una mano peeling la pelle e il tessuto connettivo in avanti verso il naso. Utilizzando le piccole forbici tagliate il tessuto connettivo per rivelare il teschio sottostante. Quindi rimuovere i muscoli sovrastanti parte dorsale del cranio e del collo. </li><li> Rimuovere il cervello dal cranio dapprima fissare la parte anteriore del cranio con le pinze grandi e quindi fare due tagli laterali attraverso l&#39;osso entrambi i lati del foro occipitale utilizzando le forbici piccole (Figura 1, tagli etichettati A1 e A2). <ol><li> Fare un altro taglio tra gli occhi (solo anteriore del bregma) (Figura 1, taglio etichetta B) poi accuratamente tagliare lungo la sutura sagittale anteriormente e riflettere le sezioni di taglio del cranio per rivelare il cervello (Figura 1, taglio C marcato). </li><li> Utilizzare la piccola spatola per scavare il cervello e posto su un piatto di coltura. Siate consapevoli del crannervi IAL sulla faccia inferiore del cervello che dovranno essere tagliati, questo può essere fatto utilizzando la dimensione micro spatola più piccoli. Uso spatola il più grande trasferimento cervello al bicchiere da 25 ml riempito con il liquame soluzione di taglio. </li></ol></li><li> Preparare l&#39;emisfero cerebrale per affettare. <ol><li> Posizionare un pezzo di carta da filtro 6 cm sul fondo di un piatto di coltura fresco quindi riempire con soluzione di taglio fresco slurry e bolla. Utilizzare la spatola grande per posizionare il cervello, lato ventrale giù, sulla carta da filtro. Prendere un nuovo e pulito lama di rasoio singolo bordo e tagliare il cervello per rimuovere il cervelletto, poi fare un taglio lungo la linea di metà di separare il cervello in due emisferi. </li></ol></li><li> Preparazione del blocco dei tessuti vibratome. <ol><li> Prendete il blocco dei tessuti vibratome refrigerati, asciugare la superficie, e una goccia di colla cianoacrilato in mezzo e diffondere in modo uniforme la dimensione approssimativa del cervello. Utilizzare la piccola spatola per manipolare uno deiemisferi cerebrali sul grande micro spatola in modo che il lato mediale del cervello è giù. </li><li> Toccare il bordo della spatola all&#39;interfaccia del cervello sul secondo pezzo di carta da filtro per rimuovere la maggior quantità della soluzione possibile. Far scorrere il cervello al largo delle spatola di grosse dimensioni con la spatola più piccolo per guidarla sulla colla. </li><li> Fissare il blocco di taglio nella camera vibratome e riempire la camera con soluzione di taglio liquami e bolla, assicurando il cervello è completamente immersa. Ruotare il blocco di taglio in modo che il lato ventrale del cervello si trova ad affrontare la lama. </li></ol></li><li> Affettare il cervello. Nota: Ogni vibratome è unica in modo da seguire le istruzioni del produttore. <ol><li> Impostare lo spessore della fetta a 450 micron, e di garantire la lama vibra mentre si muove attraverso il cervello ad una velocità di circa 0,3 mm / s. Tagliare interamente attraverso il cervello dal lato ventrale di superficie corticale, questo produrrà intero cervello fette sagittali che possono Be utilizzato per le registrazioni elettrofisiologiche. Fette saranno prodotti lateralmente medialmente e tipicamente 3 - 4 fette possono essere tagliati da ciascun emisfero. </li><li> Se la base della fetta ascensori utilizzare il piegato 27 ago G di stampa dolce fetta indietro. Poiché ogni fetta viene tagliata, utilizzare la pipetta di trasferimento per spostarlo sulla piattaforma nella camera di tenuta dove sono vitali per un massimo di 8 ore. </li></ol></li></ol> 3. extracellulari Elettrofisiologia Recordings <ol><li> Montaggio fetta nella camera di registrazione. <ol><li> Usando la pipetta di trasferimento, posizionare una fetta cervello in una camera di registrazione sommerso perfuso con aCSF scorre a 1 - 2 ml / min e riscaldata a 32 ° C. Il aCSF utilizzato per le registrazioni differisce da quella nella camera di tenuta come la concentrazione di Mg 2+ è aumentato da 2 mM a 4 mM. </li><li> Fissare la fetta con un &quot;arpa&quot; (acciaio inox semi circolare con fili di nylon tesi attraverso a 2-3 mm di distanza). Luogol&#39;arpa in modo che i fili paralleli a CA1. Aumentare la velocità di perfusione a 8 - 10 ml / min a 32 ° C. </li></ol></li><li> Sotto un microscopio da dissezione posto un elettrodo stimolante e un elettrodo di registrazione (elettrodo di vetro riempita con la soluzione di registrazione aCSF) sulla superficie del radiatum strato della CA1 (Figura 2A). Posizionare l&#39;elettrodo stimolante prima poi posto l&#39;elettrodo di registrazione. </li><li> Stimolare la Schaffer dei collaterali con un 120 - 150 μA di ampiezza e 0,1 msec impulso di prova della durata e osservare il conseguente campo posta eccitatorio sinaptica potenziale (fEPSP) forma d&#39;onda per determinare la salute fetta (Figura 2B). Gli elettrodi stimolanti e di registrazione possono avere bisogno di essere spostato nella fetta di circa 50 - 100 micron dalla superficie fetta di ottenere la registrazione di un fEPSP con una piccola fibra volley e grande ampiezza. La garanzia Schaffer evocato fEPSPs sono stereotipati e di fornire un buon indicatore della salute fetta. HEalthy fette mostrano tipicamente una fibra volley per fEPSP rapporto di ampiezza inferiore a 0,3. </li><li> Riposizionamento gli elettrodi. <ol><li> Utilizzando un microscopio da dissezione, spostare l&#39;elettrodo stimolante mezzo delle oriens falda e spostare l&#39;elettrodo di registrazione per lo strato di cellule piramidali più vicino all&#39;elettrodo di registrazione come possibile, come mostrato nella Figura 3A. Gli elettrodi stimolanti e registrazione possono dover essere spinto nella fetta di circa 50 - 100 micron in modo che la risposta di ampiezza fEPSP al 120 - 150 μA impulso di prova è di circa 1 mV. </li></ol></li><li> Generazione di oscillazioni γ. <ol><li> Per generare oscillazioni γ stimolano il tessuto con un treno di 20 x 0,1 impulsi msec erogati a 200 Hz. Questo stimolo tetanica può produrre risposte riproducibili al momento della consegna ogni 5 minuti. </li></ol></li><li> Utilizzare i seguenti parametri di registrazione. <ol><li> Scala il guadagno del segnale di uscita in modo che corrisponda alla tensione di ingressoil convertitore analogico-digitale. Assicurarsi che escursione segnale massimo previsto utilizza un minimo di 30% della tensione di ingresso. Fare attenzione quando si imposta guadagni per alta come segnali potrebbero tagliare. La larghezza di banda di riferimento necessario per le registrazioni sul campo è di 500 Hz con accoppiamento AC a 0,1 Hz per eliminare la deriva della linea di base. </li><li> Digitalizzare almeno 4 - 5 volte più veloce della frequenza di taglio del filtro passa basso per evitare segnale aliasing. </li></ol></li><li> Analisi dei dati. <ol><li> Dati filtro passa alto a 5 Hz a rimuovere eventuali spostamenti della linea di base. Identificare picchi utilizzando una soglia derivato, con una distanza minima evento di 10 msec, un tempo tipico evento di picco e l&#39;intervallo di regressione di 7 ms, una soglia di ~ 100 mV / msec, e una valle separazione del 100%. Calcolare la latenza come il tempo impiegato per il primo picco identificato si verifichi dopo la fine del manufatto stimolazione. Questa analisi consente per la caratterizzazione del numero di picchi, latenza intervallo inter-evento, e la durata calcolata comesegue: </li><li> Calcolare il numero di picchi come il numero totale di punte per oscillazione per ogni scansione è determinato. </li><li> Calcolare la latenza di oscillazione. Per ogni oscillazione, sottrarre il tempo del primo picco identificato dalla fine del manufatto stimolazione. </li><li> Calcola l&#39;intervallo di inter-evento media (ISI). Determinare il periodo di tempo tra più picchi rilevati e media. </li><li> Calcolare la durata di oscillazione. Misurare il tempo tra il primo e l&#39;ultimo picco rilevato all&#39;interno di ogni oscillazione. </li></ol></li></ol>

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A., Petrou, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enhanced+in+vitro+CA1+network+activity+in+a+sodium+channel+&#946;1(C121W)+subunit+model+of+genetic+epilepsy.">Enhanced in vitro CA1 network activity in a sodium channel &#946;1(C121W) subunit model of genetic epilepsy.</a> Epilepsia. 55 (4), 601-608 (2014).</li><li>Lord, L. -. D., Expert, P., Huckins, J. F., Turkheimer, F. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cerebral+energy+metabolism+and+the+brain/'s+functional+network+architecture:+an+integrative+review.">Cerebral energy metabolism and the brain/'s functional network architecture: an integrative review.</a> J. Cereb. Blood Flow Metab. 33 (9), 1347-1354 (2013).</li><li>H&#225;jos, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Maintaining+network+activity+in+submerged+hippocampal+slices:+importance+of+oxygen+supply.">Maintaining network activity in submerged hippocampal slices: importance of oxygen supply.</a> Eur. J. Neurosci. 29 (2), 319-327 (2009).</li><li>H&#225;jos, N., Mody, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Establishing+a+physiological+environment+for+visualized+in+vitro+brain+slice+recordings+by+increasing+oxygen+supply+and+modifying+aCSF+content.">Establishing a physiological environment for visualized in vitro brain slice recordings by increasing oxygen supply and modifying aCSF content.</a> J. Neurosci. 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Neurophysiol. 85 (5), 2063-2069 (2001).</li></ol>

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Un metodo robusto per generare CA1 oscillazioni γ in fettine di cervello acuto è descritto. Le oscillazioni generate nascono da un circuito locale consente una migliore opportunità per il controllo e la comprensione della basi neurofisiologiche delle oscillazioni di rete 12. Recettori AMPA, recettori GABA A, I h e T-tipo Ca 2+ canali sono tutti necessari per oscillazioni γ in questo modello. Mentre le oscillazioni locali CA1 qui descritte possono essere generati robusto qu...

Oscillazioni di rete del cervello si verificano all&#39;interno di bande di frequenza distinte che sono correlate a stati comportamentali. Nei roditori, le oscillazioni θ dell&#39;ippocampo (5-10 Hz) sono osservate durante comportamenti esplorativi 1,2, mentre le oscillazioni γ (20 - 80 Hz) associato con i vari processi cognitivi, tra cui la percezione e l&#39;attenzione 3,4. Attività di rete γ sincrona è anche implicato nella patologia di disturbi come l&#39;epilessia e la schizofrenia 5,6. Ad esempio, le oscillazioni γ si pensa che corrispondono alle aree di corticali focolai epilettici 5,7,8 e potrebbero essere utilizzati come marcatori di pharmacosensitivity o di resistenza, due importanti aree di indagine nel campo della ricerca epilessia 9. La fetta cerebrale dell&#39;ippocampo è un modello che è stato ampiamente utilizzato per studiare l&#39;attività di rete 10-12. Sono stati sviluppati vari protocolli di generare oscillazioni γ in fettine cerebrali che tipicamente involve modulazione farmacologica quali partire Mg 2+, 4 aminopiridina (4AP), bicucullina, e acido kainico 12-17. Carenze di oscillazioni farmacologicamente innescate sono che si verificano casualmente dopo l&#39;applicazione della droga e non sono affidabile generati o stabile nel tempo. Elettricamente attivati ​​oscillazioni γ superare molti di questi problemi e hanno anche il vantaggio di essere temporalmente bloccato all&#39;evento stimolante che consenta la registrazione e l&#39;analisi episodica. Qui un protocollo è descritto per la generazione di oscillazioni CA1 γ fornendo una stimolazione tetanica alle Oriens falda nella fetta dell&#39;ippocampo.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>4-(N-Ethyl-N-phenylamino)-1,2- dimethyl-6-(methylamino) pyrimidinium chloride (ZD7288)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>Z3777</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Biuculline</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>14340</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>6-cyano-7-nitroquinoxa- line-2,3-dione (CNQX)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>C127</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nickel</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>266965</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Carbamazepine</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>C4024</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>(2R)-amino-5-phosphonopentano-ate (APV)</td>
			<td>Tocris Bioscience</td>
			<td>0105</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Retigabine</td>
			<td>ChemPacific</td>
			<td>150812-12-7</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Choline-Cl</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>C1879-5KG</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>KCl</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>P9333-500G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NaH2PO4</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>S9638-250G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NaHCO3</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>S6297-250G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NaCl</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>S7653-5KG</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glucose</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>G8270-1KG</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CaCl2.2H2O</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>223506-500G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MgCl2.6H2O</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>M2670-500G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electrode glass</td>
			<td>Harvard Apparatus&#160;</td>
			<td>GC150F-10</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Concentric bipolar stimulating metal electrode&#160;</td>
			<td>FHC</td>
			<td>CBBPF75</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Digital Isolator</td>
			<td>Getting Instruments</td>
			<td>Model BJN8-9V1&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Model 1800 amplifier</td>
			<td>A-M systems</td>
			<td>Model 1800 amplifier</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Digitizer</td>
			<td>National Intruments</td>
			<td>NI USB-6211</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vibrotome</td>
			<td>Leica</td>
			<td>VT1200s</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

generation of local ca1 &#947; oscillations by tetanic stimulation

Oscillazioni di rete neuronali sono caratteristiche importanti di attività cerebrale in salute e malattia e può essere modulata da una serie di farmaci usati clinicamente. Un protocollo è prevista per generare un modello per studiare oscillazioni CA1 γ (20 - 80 Hz). Queste oscillazioni γ sono stabili per almeno 30 minuti e dipendono attività sinaptica eccitatoria e inibitoria oltre all&#39;attivazione di correnti pacemaker. Oscillazioni Tetanically stimolati hanno una serie di caratteristiche riproducibili e facilmente quantificabili compresi conteggio picco, la durata di oscillazione, la latenza e la frequenza che riporta sullo stato della rete. I vantaggi delle oscillazioni stimolate elettricamente includono stabilità, riproducibilità e acquisizione episodica consentendo robusta caratterizzazione della funzione di rete. Questo modello di CA1 oscillazioni γ può essere usato per studiare i meccanismi cellulari e di indagare in modo sistematico come rete neuronale attività è alterata nella malattia e dalle droghe.Malattia stato farmacologia può essere facilmente integrato con l&#39;uso di sezioni di cervello di modelli animali geneticamente modificati o interventistiche per consentire la selezione di farmaci che colpiscono specificamente meccanismi di malattia.

Stimolazione tetanica dei Oriens falda generato robusti e riproducibili oscillazioni γ (35.4 ± 2.2 Hz), si veda la Figura 3B. Per dimostrare che le oscillazioni sono stati generati all&#39;interno della rete locale, CA1 fattori produttivi da CA3 furono recisi tagliando la fetta della regione CA2 con un&#39;inclinazione 32 ago G. Le proprietà di oscillazione nelle fette del taglio non differivano dalle fette tagliati (p = 0,85; tagliate a fette 6,16 ± 1,1 picchi, n = 6; fette tagliati 5,89 ± 0,8 pic...

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Generation of Local CA1 &amp;#947; Oscillations by Tetanic Stimulation

Oscillazioni sono proprietà di rete fondamentali e sono modulati dalla malattia e la droga. Studiare le oscillazioni cerebrali slice permette la caratterizzazione di reti isolate in condizioni controllate. I protocolli sono forniti per la preparazione di fettine di cervello acuto per evocare CA1 oscillazioni γ.

Generazione di locali oscillazioni CA1 γ di Tetanic Stimolazione

Neuronal network oscillations are important features of brain activity in health and disease and can be modulated by a range of clinically used drugs. A ...

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Research

JoVE Journal

Neuroscience

Generation of Local CA1 &#947; Oscillations by Tetanic Stimulation

9.0K Views.  University of Melbourne.  Oscillazioni sono proprietà di rete fondamentali e sono modulati dalla malattia e la droga. Studiare le oscillazioni cerebrali slice permette la caratterizzazione di reti isolate in condizioni controllate. I protocolli sono forniti per la preparazione di fettine di cervello acuto per evocare CA1 oscillazioni γ. 

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A Novel Approach for Documenting Phosphenes Induced by Transcranial Magnetic Stimulation

Stimulation of the human visual cortex produces a transient perception of light, known as a phosphene. Phosphenes are induced by invasive electrical stimulation of the occipital cortex, but also by non-invasive Transcranial Magnetic Stimulation (TMS)1 of the same cortical regions. The intensity at which a phosphene is induced (phosphene threshold) is a well established measure of visual cortical excitability and is used to study cortico-cortical interactions, functional organization 2, susceptibility to pathology 3,4 and visual processing 5-7. Phosphenes are typically defined by three characteristics: they are observed in the visual hemifield contralateral to stimulation; they are induced when the subject s eyes are open or closed, and their spatial location changes with the direction of gaze 2. Various methods have been used to document phosphenes, but a standardized methodology is lacking. We demonstrate a reliable procedure to obtain phosphene threshold values and introduce a novel system for the documentation and analysis of phosphenes. We developed the Laser Tracking and Painting system (LTaP), a low cost, easily built and operated system that records the location and size of perceived phosphenes in real-time. The LTaP system provides a stable and customizable environment for quantification and analysis of phosphenes.

Phosphenes are transient percepts of light that can be induced by applying Transcranial Magnetic Stimulation (TMS) to visually sensitive regions of cortex. We demonstrate a standard protocol for determining the phosphene threshold value and introduce a novel method for quantifying and analyzing perceived phosphenes.

Un nuovo approccio per documentare Fosfeni indotta dalla Stimolazione Magnetica Transcranica

Stimulation of the human visual cortex produces a transient perception of light, known as a phosphene. Phosphenes are induced by invasive electrical ...

Ricerca

Neuroscienze

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

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

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

La combinazione di stimolazione magnetica transcranica e fMRI per esaminare il modo predefinito della rete

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

TMS: Using the Theta-Burst Protocol to Explore Mechanism of Plasticity in Individuals with Fragile X Syndrome and Autism

Fragile X Syndrome (FXS), also known as Martin-Bell Syndrome, is a genetic abnormality found on the X chromosome.1,2 Individuals suffering from FXS display abnormalities in the expression of FMR1 - a protein required for typical, healthy neural development.3 Recent data has suggested that the loss of this protein can cause the cortex to be hyperexcitable thereby affecting overall patterns of neural plasticity.4,5
In addition, Fragile X shows a strong comorbidity with autism: in fact, 30% of children with FXS are diagnosed with autism, and 2 - 5% of autistic children suffer from FXS.6
Transcranial Magnetic Stimulation (a non-invasive neurostimulatory and neuromodulatory technique that can transiently or lastingly modulate cortical excitability via the application of localized magnetic field pulses 7,8) represents a unique method of exploring plasticity and the manifestations of FXS within affected individuals. More specifically, Theta-Burst Stimulation (TBS), a specific stimulatory protocol shown to modulate cortical plasticity for a duration up to 30 minutes after stimulation cessation in healthy populations, has already proven an efficacious tool in the exploration of abnormal plasticity.9,10 
Recent studies have shown the effects of TBS last considerably longer in individuals on the autistic spectrum - up to 90 minutes.11 This extended effect-duration suggests an underlying abnormality in the brain's natural plasticity state in autistic individuals - similar to the hyperexcitability induced by Fragile X Syndrome.
In this experiment, utilizing single-pulse motor-evoked potentials (MEPs) as our benchmark, we will explore the effects of both intermittent and continuous TBS on cortical plasticity in individuals suffering from FXS and individuals on the Autistic Spectrum.

In this article, we examine the effects of Theta-Burst TMS stimulation on cortical plasticity in individuals suffering from Fragile X syndrome and individuals on the autistic spectrum.

TMS: Utilizzo del Theta Burst protocollo Esplora Mechasnism di plasticità in individui con Sindrome X Fragile e autismo

Fragile X Syndrome (FXS), also known as Martin-Bell Syndrome, is a genetic abnormality found on the X chromosome.1,2 Individuals suffering from FXS ...

The NeuroStar TMS Device: Conducting the FDA Approved Protocol for Treatment of Depression

The Neuronetics NeuroStar Transcranial Magnetic Stimulation (TMS) System is a class II medical device that produces brief duration, pulsed magnetic fields. These rapidly alternating fields induce electrical currents within localized, targeted regions of the cortex which are associated with various physiological and functional brain changes.1,2,3
In 2007, O'Reardon et al., utilizing the NeuroStar device, published the results of an industry-sponsored, multisite, randomized, sham-stimulation controlled clinical trial in which 301 patients with major depression, who had previously failed to respond to at least one adequate antidepressant treatment trial, underwent either active or sham TMS over the left dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC). The patients, who were medication-free at the time of the study, received TMS five times per week over 4-6 weeks.4
The results demonstrated that a sub-population of patients (those who were relatively less resistant to medication, having failed not more than two good pharmacologic trials) showed a statistically significant improvement on the Montgomery-Asberg Depression Scale (MADRS), the Hamilton Depression Rating Scale (HAMD), and various other outcome measures. In October 2008, supported by these and other similar results5,6,7, Neuronetics obtained the first and only Food and Drug Administration (FDA) approval for the clinical treatment of a specific form of medication-refractory depression using a TMS Therapy device (FDA approval K061053).
In this paper, we will explore the specified FDA approved NeuroStar depression treatment protocol (to be administered only under prescription and by a licensed medical profession in either an in- or outpatient setting).

In this article, we examine the methodology and considerations relevant to the FDA approved depression treatment protocol using the Neuronetics NeuroStar TMS device.

Il dispositivo TMS NeuroStar: Condurre la FDA ha approvato protocollo per il trattamento della depressione

The Neuronetics NeuroStar Transcranial Magnetic Stimulation (TMS) System is a class II medical device that produces brief duration, pulsed magnetic ...

Effects of Transcranial Alternating Current Stimulation on the Primary Motor Cortex by Online Combined Approach with Transcranial Magnetic Stimulation

Transcranial Alternating Current Stimulation (tACS) is a neuromodulatory technique able to act through sinusoidal electrical waveforms in a specific frequency and in turn modulate ongoing cortical oscillatory activity. This neurotool allows the establishment of a causal link between endogenous oscillatory activity and behavior. Most of the tACS studies have shown online effects of tACS. However, little is known about the underlying action mechanisms of this technique because of the AC-induced artifacts on Electroencephalography (EEG) signals. Here we show a unique approach to investigate online physiological frequency-specific effects of tACS of the primary motor cortex (M1) by using single pulse Transcranial Magnetic Stimulation (TMS) to probe cortical excitability changes. In our setup, the TMS coil is placed over the tACS electrode while Motor Evoked Potentials (MEPs) are collected to test the effects of the ongoing M1-tACS. So far, this approach has mainly been used to study the visual and motor systems. However, the current tACS-TMS setup can pave the way for future investigations of cognitive functions. Therefore, we provide a step-by-step manual and video guidelines for the procedure.

Transcranial Alternating Current Stimulation (tACS) allows the modulation of cortical excitability in a frequency-specific fashion. Here we show a unique approach which combines online tACS with single pulse Transcranial Magnetic Stimulation (TMS) in order to "probe" cortical excitability by means of Motor Evoked Potentials.

Effetti della stimolazione transcranica con corrente alternata la corteccia motoria primaria di approccio combinato Online con stimolazione magnetica transcranica

Transcranial Alternating Current Stimulation (tACS) is a neuromodulatory technique able to act through sinusoidal electrical waveforms in a specific ...

Ocular Kinematics Measured by In Vitro Stimulation of the Cranial Nerves in the Turtle

After animals are euthanized, their tissues begin to die. Turtles offer an advantage because of a longer survival time of their tissues, especially when compared to warm-blooded vertebrates. Because of this, in vitro experiments in turtles can be performed for extended periods of time to investigate the neural signals and control of their target actions. Using an isolated head preparation, we measured the kinematics of eye movements in turtles, and their modulation by electrical signals carried by cranial nerves. After the brain was removed from the skull, leaving the cranial nerves intact, the dissected head was placed in a gimbal to calibrate eye movements. Glass electrodes were attached to cranial nerves (oculomotor, trochlear, and abducens) and stimulated with currents to evoke eye movements. We monitored eye movements with an infrared video tracking system and quantified rotations of the eyes. Current pulses with a range of amplitudes, frequencies, and train durations were used to observe effects on responses. Because the preparation is separated from the brain, the efferent pathway going to muscle targets can be examined in isolation to investigate neural signaling in the absence of centrally processed sensory information.

Ocular Kinematics Measured by In Vitro Stimulation of the Cranial Nerves in the Turtle

This protocol describes how to use an in vitro isolated turtle head preparation to measure the kinematics of their eye movements. After removal of the brain from the cranium, cranial nerves can be stimulated with currents to quantify rotations of the eye and changes in pupil sizes.

Oculare cinematica misurata dalla stimolazione In Vitro dei nervi cranici in tartaruga

After animals are euthanized, their tissues begin to die. Turtles offer an advantage because of a longer survival time of their tissues, especially when ...

Optogenetic Entrainment of Hippocampal Theta Oscillations in Behaving Mice

Extensive data on relationships of neural network oscillations to behavior and organization of neuronal discharge across brain regions call for new tools to selectively manipulate brain rhythms. Here we describe an approach combining projection-specific optogenetics with extracellular electrophysiology for high-fidelity control of hippocampal theta oscillations (5-10 Hz) in behaving mice. The specificity of the optogenetic entrainment is achieved by targeting channelrhodopsin-2 (ChR2) to the GABAergic population of medial septal cells, crucially involved in the generation of hippocampal theta oscillations, and a local synchronized activation of a subset of inhibitory septal afferents in the hippocampus. The efficacy of the optogenetic rhythm control is verified by a simultaneous monitoring of the local field potential (LFP) across lamina of the CA1 area and/or of neuronal discharge. Using this readily implementable preparation we show efficacy of various optogenetic stimulation protocols for induction of theta oscillations and for the manipulation of their frequency and regularity. Finally, a combination of the theta rhythm control with projection-specific inhibition addresses the readout of particular aspects of the hippocampal synchronization by efferent regions.

We describe the use of optogenetics and electrophysiological recordings for selective manipulations of hippocampal theta oscillations (5-10 Hz) in behaving mice. The efficacy of the rhythm entrainment is monitored using local field potential. A combination of opto- and pharmacogenetic inhibition addresses the efferent readout of hippocampal synchronization.

Optogenetica trascinamenti di teta Hippocampal oscillazioni nel comportarsi topi

Extensive data on relationships of neural network oscillations to behavior and organization of neuronal discharge across brain regions call for new tools ...

Recording Spatially Restricted Oscillations in the Hippocampus of Behaving Mice

The local field potential (LFP) emerges from ion movements across neural membranes. Since the voltage recorded by LFP electrodes reflects the summed electrical field of a large volume of brain tissue, extracting information about local activity is challenging. Studying neuronal microcircuits, however, requires a reliable distinction between truly local events and volume-conducted signals originating in distant brain areas. Current source density (CSD) analysis offers a solution for this problem by providing information about current sinks and sources in the vicinity of the electrodes. In brain areas with laminar cytoarchitecture such as the hippocampus, one-dimensional CSD can be obtained by estimating the second spatial derivative of the LFP. Here, we describe a method to record multilaminar LFPs using linear silicon probes implanted into the dorsal hippocampus. CSD traces are computed along individual shanks of the probe. This protocol thus describes a procedure to resolve spatially restricted neuronal network oscillations in the hippocampus of freely moving mice.

This protocol describes the recording of local field potentials with multi-shank linear silicon probes. Conversion of the signals using current source density analysis allows the reconstruction of local electrical activity in the mouse hippocampus. With this technique, spatially restricted brain oscillations can be studied in freely moving mice.

Registrazione spazialmente limitate oscillazioni nell'ippocampo dei topi di comportarsi

The local field potential (LFP) emerges from ion movements across neural membranes. Since the voltage recorded by LFP electrodes reflects the summed ...

Dissection of Local Ca2+ Signals in Cultured Cells by Membrane-targeted Ca2+ Indicators

Calcium ion (Ca2+) is a universal intracellular messenger molecule that drives multiple signaling pathways, leading to diverse biological outputs. The coordination of two Ca2+ signal sources&#8212;&#8220;Ca2+ influx&#8221; from outside the cell and &#8220;Ca2+ release&#8221; from the intracellular Ca2+ store endoplasmic reticulum (ER)&#8212;is considered to underlie the diverse spatio-temporal patterns of Ca2+ signals that cause multiple biological functions in cells. The purpose of this protocol is to describe a new Ca2+ imaging method that enables monitoring of the very moment of &#8220;Ca2+ influx&#8221; and &#8220;Ca2+ release&#8221;. OER-GCaMP6f is a genetically encoded Ca2+ indicator (GECI) comprising GCaMP6f, which is targeted to the ER outer membrane. OER-GCaMP6f can monitor Ca2+ release at a higher temporal resolution than conventional GCaMP6f. Combined with plasma membrane-targeted GECIs, the spatio-temporal Ca2+ signal pattern can be described at a subcellular resolution. The subcellular-targeted Ca2+ indicators described here are, in principle, available for all cell types, even for the in vivo imaging of Caenorhabditis elegans neurons. In this protocol, we introduce Ca2+ imaging in cells from cell lines, neurons, and glial cells in dissociated primary cultures, and describe the preparation of frozen stock of rat cortical neurons.

Dissection of Local Ca2+ Signals in Cultured Cells by Membrane-targeted Ca2+ Indicators

Here we present a protocol for Ca2+ imaging in neurons and glial cells, which enables the dissection of Ca2+ signals at subcellular resolution. This process is applicable to all cell types that allow the expression of genetically encoded Ca2+ indicators.

Dissezione del locale Ca2 + segnali in cellule coltivate di targeting per membrana Ca2 + indicatori

Calcium ion (Ca2+) is a universal intracellular messenger molecule that drives multiple signaling pathways, leading to diverse biological outputs. The ...

Investigating Long-term Synaptic Plasticity in Interlamellar Hippocampus CA1 by Electrophysiological Field Recording

The study of synaptic plasticity in the hippocampus has focused on the use of the CA3-CA1 lamellar network. Less attention has been given to the longitudinal interlamellar CA1-CA1 network. Recently however, an associational connection between CA1-CA1 pyramidal neurons has been shown. Therefore, there is the need to investigate whether the longitudinal interlamellar CA1-CA1 network of the hippocampus supports synaptic plasticity.
We designed a protocol to investigate the presence or absence of long-term synaptic plasticity in the interlamellar hippocampal CA1 network using electrophysiological field recordings both in vivo and in vitro. For in vivo extracellular field recordings, the recording and stimulation electrodes were placed in a septal-temporal axis of the dorsal hippocampus at a longitudinal angle, to evoke field excitatory postsynaptic potentials. For in vitro extracellular field recordings, hippocampal longitudinal slices were cut parallel to the septal-temporal plane. Recording and stimulation electrodes were placed in the stratum oriens (S.O) and the stratum radiatum (S.R) of the hippocampus along the longitudinal axis. This enabled us to investigate the directional and layer specificity of evoked excitatory postsynaptic potentials. Already established protocols were used to induce long-term potentiation (LTP) and long-term depression (LTD) both in vivo and in vitro. Our results demonstrated that the longitudinal interlamellar CA1 network supports N-methyl-D-aspartate (NMDA) receptor-dependent long-term potentiation (LTP) with no directional or layer specificity. The interlamellar network, however, in contrast to the transverse lamellar network, did not present with any significant long-term depression (LTD).

We used recording and stimulation electrodes in longitudinal hippocampal brain slices and longitudinally positioned recording and stimulation electrodes in the dorsal hippocampus in vivo to evoke extracellular postsynaptic potentials and demonstrate long-term synaptic plasticity along the longitudinal interlamellar CA1.