Questo lavoro è stato sostenuto dall'amministrazione del Bowdoin College e dalla Bowdoin Life Sciences Research Fellowship, dal Peter J. Grua and Mary G. O'Connell Faculty/Student Research Award e dalla Kufe Family Student Research Fellowship. Ringraziamo Benjamin Tipton per aver guidato il corso di meditazione di consapevolezza e Hannah Reese per l'aiuto nella progettazione e nell'analisi degli esperimenti.

Tutte le procedure sono state approvate dall'Institutional Review Board del Bowdoin College, in accordo con le linee guida federali per la protezione dei soggetti umani.
1. Reclutamento dei soggetti e preparazione per l'esperimento
<ol><li>Recluta 40 soggetti di età compresa tra 18 e 29 anni che sono ingenui alla meditazione, destrorsi, fluenti parlanti inglese, con visione normale o corretta a normale, senza condizioni neurologiche. NOTA: Studiare i bambini più piccoli e gli adulti più anziani richiederebbe uno studio separato specifico per età. Lo sviluppo dei lobi frontali e parietali è importante per l'esecuzione del compito di memoria episodica. E c'è variabilità nell'EEG attraverso l'età. Lo studio dei bambini più piccoli e degli adulti più anziani richiede compiti cognitivi specifici per età e protocolli specializzati di registrazione EEG e analisi dei dati che non sono inclusi nel presente protocollo. Reclutare solo soggetti destrorsi per ridurre la variabilità dell'attività EEG.</li>
	<li>Assegna in modo casuale 40 soggetti a un gruppo di controllo sperimentale o in lista d'attesa per un totale di 20 soggetti in ciascun gruppo.</li>
	<li>Pianificare le sessioni sperimentali e l'allenamento di meditazione consapevole in modo tale che il ritardo tra le sessioni sperimentali pre-allenamento e post-allenamento sia uguale per i gruppi di controllo sperimentali e di lista d'attesa della meditazione consapevole (vedere la Figura 1 per una rappresentazione visiva delle sessioni).</li>
</ol><img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61247/61247fig1.jpg"> Figura 1: Rappresentazione visiva delle sessioni. I soggetti hanno completato il Five Facet Mindfulness Questionnaire (FFMQ)46 e hanno eseguito il compito di memoria episodica mentre l'EEG è stato registrato durante le sessioni sperimentali pre-allenamento e post-allenamento. I soggetti sono stati assegnati in modo casuale ad allenarsi nella meditazione di consapevolezza per quattro settimane o rimanere in lista d'attesa per essere addestrati nella meditazione di consapevolezza. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61247/61247fig1large.jpg" target="_blank">Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.</a>
<ol start="4"><li>Informare i soggetti sulle procedure coinvolte nei test comportamentali, nella registrazione EEG e nell'allenamento di meditazione consapevole. Assicurarsi che i soggetti si astengano dal praticare la meditazione al di fuori di quelli condotti per lo studio di ricerca.</li>
</ol>2. Questionario di consapevolezza
<ol><li>Per ogni sessione sperimentale, chiedi ai soggetti di completare il Five Facet Mindfulness Questionnaire (FFMQ)46 (vedi File supplementare 1).</li>
	<li>Analizza i dati di consapevolezza.<ol><li>Misurare la consapevolezza di ciascun soggetto calcolando i punteggi per FFMQ Total e le scale Osserva, Descrivi, Consapevolezza, Non giudice e Non reattivo sommando i punteggi per ogni sottoscala (nota che per alcuni elementi il punteggio deve essere invertito (ad esempio, cambia da 1 a 5, da 2 a 4, da 4 a 2 e da 5 a 1) secondo le istruzioni contenute nel FFMQ46 (vedi le istruzioni per il punteggio nel file supplementare 1).</li>
		<li>Confronta i punteggi FFMQ Total dei soggetti e Osserva, Descrivi, Consapevolezza, Non giudice e Non reattivo per il gruppo di controllo sperimentale e della lista d'attesa della meditazione consapevole nelle sessioni sperimentali pre-allenamento e post-allenamento.</li>
	</ol></li>
</ol>3. Attività di memoria episodica
<ol><li>Prepara un elenco di 800 aggettivi che sono equiparati alla frequenza delle parole secondo le norme di Kucera e Francesco47 parole (vedi File supplementare 2).</li>
	<li>Per ogni sessione sperimentale, chiedi ai soggetti di esercitarsi nella fase di codifica presentando 10 parole ed eseguendo l'attività di codifica come descritto di seguito.</li>
	<li>Per ogni sessione sperimentale, chiedi ai soggetti di eseguire la fase di codifica.<ol><li>Chiedi ai soggetti di studiare un elenco di 200 aggettivi e creare un'immagine mentale di una scena spaziale descritta dall'aggettivo (compito di luogo) o pensare al significato della parola e valutare la sua piacevolezza (compito piacevole).</li>
		<li>Dopo la presentazione di ogni parola, chiedere ai soggetti di valutare quanto bene hanno eseguito l'attività di codifica (vedere la Figura 2 per una rappresentazione visiva della procedura di codifica).</li>
	</ol></li>
	<li>Per ogni sessione sperimentale, chiedi ai soggetti di praticare la fase di recupero della sorgente presentando le 10 parole che sono state mostrate nella pratica di codifica e cinque nuove parole ed eseguire l'attività di recupero della sorgente come descritto di seguito.</li>
	<li>Per ogni sessione sperimentale, chiedi ai soggetti di eseguire la fase di recupero della sorgente durante la registrazione dell'EEG.<ol><li>Presenta le 200 parole che sono state mostrate alla codifica casualmente mescolate con 200 nuove parole. Invia timestamp che corrispondono a ciascuna condizione comportamentale alla registrazione EEG. Le parole dovrebbero essere presentate in 20 blocchi per dare ai soggetti pause di riposo per riposare gli occhi.</li>
		<li>Durante la presentazione di ogni parola, chiedi ai soggetti di indicare se la parola era nuova o se l'hanno riconosciuta come studiata nella fase di codifica. Per le parole riconosciute, chiedi ai soggetti di indicare la fonte, se la parola è stata studiata nel compito del luogo o nel compito piacevole (vedi Figura 2 per una rappresentazione visiva della procedura di recupero della fonte). NOTA: L'attività di memoria episodica può essere progettata utilizzando qualsiasi software progettato per la ricerca comportamentale come EPrime che può inviare timestamp alla registrazione EEG utilizzando Task Events (vedi Tabella dei materiali). Tutorial ed esperimenti di esempio sono disponibili online (ad esempio, https://pstnet.com, https://step.talkbank.org48).</li>
	</ol></li>
</ol><img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61247/61247fig2.jpg"> Figura 2: Rappresentazione visiva del paradigma sperimentale. Durante il compito di memoria episodica, i soggetti hanno studiato gli aggettivi e hanno immaginato una scena (compito di luogo) o giudicato la sua piacevolezza (compito piacevole). Durante la fase di recupero della sorgente, i soggetti hanno deciso quale compito è stato eseguito con ogni parola ("Old Place Task" o "Old Pleasant Task") o "New". Questa cifra è stata modificata da Nyhus et al.60. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61247/61247fig2large.jpg" target="_blank">Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.</a>
<ol start="6"><li>Contrassegnare ogni prova in base alla condizione comportamentale e alla risposta del soggetto (vedere Figura 3 e Figura 4) e analizzare i dati comportamentali della memoria episodica.<ol><li>Misurare la capacità dei soggetti di ricordare le informazioni sulla fonte calcolando la discriminazione degli elementi (punto d', vedere Figura 3): Z(hit rate) – Z(tasso di falsi allarmi)</li>
		<li>Misurare la capacità dei soggetti di ricordare le informazioni sulla fonte calcolando la discriminazione alla fonte (fonte d', vedi Figura 4). Z(tasso sorgente corretto) – Z(tasso sorgente errato)</li>
		<li>Confronta la discriminazione dell'oggetto e della fonte dei soggetti (item e source d') per il gruppo di controllo sperimentale e della lista d'attesa della meditazione di consapevolezza attraverso sessioni sperimentali pre-allenamento e post-allenamento.</li>
	</ol></li>
</ol><img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61247/61247fig3.jpg"> Figura 3: Categorie di dati incluse nella misurazione della memoria delle parole. Gli studi sono stati contrassegnati in base alla condizione comportamentale e alla risposta del soggetto e utilizzati per calcolare la discriminazione degli articoli (item d'). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61247/61247fig3large.jpg" target="_blank">Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61247/61247fig4.jpg"> Figura 4: Categorie di dati incluse nella misurazione della memoria sorgente. Gli studi sono stati contrassegnati in base alla condizione comportamentale e alla risposta del soggetto e utilizzati per calcolare la discriminazione alla fonte (fonte d'). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61247/61247fig4large.jpg" target="_blank">Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.</a>
4. Registrazione e analisi EEG
<ol><li>Impostare il tappo EEG (vedere Tabella dei materiali). NOTA: Un tutorial di capping EEG e altre informazioni utili sono disponibili attraverso risorse online (ad esempio, https://pursue.richmond.edu49).<ol><li>Misurare la testa del soggetto e posizionare tutti gli elettrodi sul cappuccio EEG della dimensione corretta secondo il sistema internazionale esteso 10-20.</li>
		<li>Pulire la fronte del soggetto con una salvietta imbevuta di alcool.</li>
		<li>Applicare il cappuccio EEG sulla testa del soggetto dividendo i capelli e inserendo gel conduttivo con una siringa Luer-lock con un ago smussato.</li>
		<li>Utilizzando il software di registrazione EEG, fare clic sulle impedenze e assicurarsi che siano al di sotto del livello di resistenza raccomandato dallo specifico sistema EEG scelto per l'uso da parte dei ricercatori.</li>
		<li>Chiedi al soggetto di rimanere il più fermo possibile durante l'esperimento. Mostra al soggetto il segnale EEG quando è fermo e quando sbatte le palpebre o fa movimenti della mascella o del viso.</li>
	</ol></li>
	<li>Registrare l'EEG.<ol><li>Impostare l'amplificatore EEG con il software di registrazione EEG facendo clic su modifica area di lavoro e impostare per acquisire il segnale con un filtro passa-banda .1\u2012100 Hz e frequenza di campionamento 500 Hz per tutti i soggetti.</li>
		<li>Avviare la registrazione EEG.</li>
		<li>Avviare la fase di recupero della sorgente e assicurarsi che i timestamp dell'attività di recupero della sorgente vengano visualizzati nella registrazione EEG.</li>
	</ol></li>
	<li>Una volta che il soggetto ha completato il compito di recupero della sorgente, pulire il cappuccio EEG e gli elettrodi con acqua deionizzata e disinfettante.</li>
	<li>Elaborare e analizzare i dati EEG.<ol><li>Il filtro passa-alto i dati a 1 Hz e il filtro passa-basso i dati a 100 Hz.</li>
		<li>Identificare e interpolare i canali danneggiati utilizzando i canali circostanti50.</li>
		<li>Reriferire i dati a un riferimento medio51.</li>
		<li>Segmentare i dati relativi all'inizio di ogni timestamp dall'attività di recupero della fonte e sottrarre un periodo di base pre-stimolo.</li>
		<li>Identificare e rimuovere gli artefatti nei dati EEG come gli artefatti del battito delle palpebre e del movimento oculare. Rileva e rifiuta le prove con artefatti di grandi dimensioni (fluttuazioni di tensione superiori a 1.000 μV o dati 5 deviazioni standard oltre la norma). Ricostruire l'EEG dopo aver eseguito l'analisi indipendente dei componenti (ICA)52 e aver identificato e rimosso le componenti del rumore53.</li>
		<li>Converti i dati EEG nel dominio tempo-frequenza su 100 frequenze log-spaziate da 3 Hz a 125 Hz utilizzando una trasformazione wavelet di Morlet con la wavelet che aumenta da 3 cicli a 3 Hz a 25 cicli a 125 Hz.</li>
		<li>Confronta il potere theta rispetto alla linea di base pre-stimolo nei gruppi di controllo sperimentali e in lista d'attesa della meditazione di consapevolezza attraverso sessioni sperimentali pre-allenamento e post-allenamento nei canali parietali frontali e sinistri che mostrano effetti durante il recupero della fonte54,55,56,57. Tutte le analisi dovrebbero controllare per confronti multipli. NOTA: I dati EEG possono essere elaborati e analizzati utilizzando software pubblicamente disponibili progettati per l'elaborazione del segnale come EEGLab58. I workshop e i tutorial di formazione EEGLab sono disponibili attraverso lo Swartz Center for Computational Neuroscience (https://sccn.ucsd.edu/eeglab/index.php).</li>
	</ol></li>
</ol>5. Allenamento di meditazione consapevole
<ol><li>Assumi un istruttore di meditazione consapevole addestrato nella tecnica di riduzione dello stress basata sulla consapevolezza (MBSR)59. NOTA: Gli istruttori formati nella tecnica MBSR possono essere trovati online (ad esempio https://www.brown.edu/public-health/mindfulness/programs/mbsr-teacher-recognition).</li>
	<li>Chiedi ai 20 soggetti del gruppo sperimentale di meditazione di consapevolezza di incontrarsi come gruppo per un'ora ogni settimana per quattro settimane con l'istruttore di meditazione consapevole. NOTA: Il corso MBSR standard dura otto settimane e include consapevolezza del respiro, meditazione seduta, yoga e tecniche di rilassamento. L'allenamento di meditazione consapevole dovrebbe includere aspetti del corso MBSR standard come la consapevolezza del respiro e la meditazione seduta (vedi File supplementare 3). Queste pratiche, che riguardano la focalizzazione dell'attenzione e la funzione esecutiva, hanno maggiori probabilità di contribuire alla memoria episodica.</li>
	<li>Chiedi ai soggetti di praticare la meditazione di consapevolezza per almeno 20 minuti ogni giorno utilizzando una registrazione guidata della meditazione di consapevolezza del respiro fornita dall'istruttore di meditazione consapevole.</li>
	<li>Tieni traccia della pratica quotidiana della meditazione consapevole chiedendo ai soggetti quanti minuti hanno praticato la meditazione di consapevolezza, cosa hanno fatto durante la loro meditazione e come la pratica stava andando per loro attraverso sondaggi giornalieri via email (vedi Tabella dei materiali). NOTA: I ricercatori dovrebbero considerare di escludere i soggetti che non trascorrono una notevole quantità di tempo praticando la meditazione consapevole.</li>
	<li>Pianifica la sessione sperimentale post-allenamento il prima possibile dopo il completamento dell'allenamento di meditazione consapevole. NOTA: I ricercatori dovrebbero considerare di escludere i soggetti che non sono in grado di completare la sessione sperimentale post-allenamento subito dopo il completamento dell'allenamento di meditazione consapevole. Si prega di contattare esperti in neuroscienze cognitive che utilizzano la tecnica EEG per esperimenti randomizzati controllati per ulteriori informazioni.</li>
</ol>

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

L'attuale protocollo ha fornito la prima prova che la meditazione di consapevolezza può aumentare la memoria sorgente e le oscillazioni theta. Combinando l'allenamento nella meditazione di consapevolezza con misure comportamentali e neurali siamo in grado di comprendere meglio gli effetti della meditazione di consapevolezza sulla memoria episodica e sui suoi correlati neurali.
Sebbene ricerche precedenti abbiano esaminato separatamente gli effetti comportamentali della meditazione di consapevolezza sulla memoria episodica 17,18,19,20 e gli effetti neurali della meditazione di consapevolezza 1,21,22,23,24,25,26,27,28,29 ,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45 , nessuno studio ha combinato comportamento ed EEG durante la memoria episodica. Inoltre, precedenti ricerche sulla meditazione di consapevolezza hanno spesso studiato meditatori esperti 1,17,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,32,33,35, 36,37,38,39,40,41,43,44 e quindi rischia di pregiudizi di autoselezione. Utilizzando un design longitudinale con gruppi di controllo di meditazione consapevole e lista d'attesa assegnati in modo casuale, siamo stati in grado di controllare meglio le differenze di gruppo. Infine, la ricerca precedente sulla meditazione di consapevolezza ha spesso utilizzato l'intero corso MBSR di 8 settimane, ma lo studio attuale ha mostrato effetti significativi con solo 4 settimane di allenamento alla meditazione consapevole.
Ci sono stati una serie di passaggi chiave per implementare con successo questi metodi. In primo luogo, l'assegnazione casuale al gruppo di controllo sperimentale o della lista d'attesa della meditazione di consapevolezza era fondamentale per garantire che i gruppi fossero approssimativamente uguali. In secondo luogo, era importante focalizzare l'allenamento di meditazione di consapevolezza sugli aspetti del corso MBSR che riguardano la focalizzazione dell'attenzione e la funzione esecutiva (ad esempio, la consapevolezza del respiro) poiché questi hanno maggiori probabilità di contribuire alla memoria episodica. In terzo luogo, era importante che i soggetti trascorressero una notevole quantità di tempo praticando la meditazione di consapevolezza e riferire accuratamente il tempo trascorso a meditare ogni giorno. In quarto luogo, era importante equiparare il tempo tra le sessioni sperimentali pre-allenamento e post-allenamento tra i gruppi sperimentali di meditazione di consapevolezza e di controllo della lista d'attesa per controllare i tempi e programmare la sessione sperimentale post-allenamento il prima possibile dopo l'allenamento di meditazione di consapevolezza in modo che gli effetti dell'allenamento di meditazione di consapevolezza non si dissipassero prima del test. In quinto luogo, è probabile che la meditazione di consapevolezza influenzi la memoria episodica aumentando l'attenzione e la funzione esecutiva. Pertanto, era importante utilizzare un'attività di memoria episodica che richiedeva una funzione esecutiva, ad esempio la memoria di origine. Infine, è importante ottenere dati EEG di alta qualità privi di artefatti.
Sebbene ci fossero vantaggi in questo metodo rispetto ai metodi esistenti, è necessario notare alcune limitazioni. L'effetto della meditazione di consapevolezza sulla memoria della sorgente era debole. Ciò potrebbe essere derivato dall'utilizzo di soggetti che erano giovani adulti sani con buone prestazioni di memoria o dalla quantità limitata di tempo che i soggetti trascorrevano praticando la meditazione di consapevolezza. L'allenamento di meditazione di consapevolezza di 4 settimane è stato più breve del corso MBSR standard di 8 settimane e, in media, i soggetti non hanno riferito di aver trascorso tutti i 20 minuti praticando la meditazione di consapevolezza ogni giorno. Inoltre, non c'era un gruppo di controllo attivo, quindi non è chiaro come la meditazione di consapevolezza si confronti con altri trattamenti per aumentare la memoria della sorgente o le oscillazioni theta. Infine, i metodi di analisi EEG qui utilizzati non separano il contributo della potenza oscillatoria periodica dalla potenza aperiodica 1/f non oscillatoria che può influenzare l'interpretazione dei risultati. Pertanto, la ricerca futura dovrebbe prendere in considerazione l'utilizzo di soggetti con capacità di memoria più deboli, implementando l'intero corso MBSR di 8 settimane, impiegando una condizione di controllo attivo e utilizzando metodi di analisi di nuova concezione che separano l'attività oscillatoria e 1 / f non oscillatoria61.
Pertanto, i metodi attuali hanno avuto successo nel combinare il comportamento e l'EEG per studiare gli effetti della meditazione di consapevolezza sulla memoria episodica. La ricerca futura dovrebbe utilizzare questi metodi per confrontare la meditazione di consapevolezza con altri trattamenti che hanno dimostrato di migliorare la memoria episodica e cambiare la struttura e la funzione del cervello. Inoltre, la ricerca futura dovrebbe combinare il comportamento e le misure neurali per esaminare gli effetti della meditazione di consapevolezza su altri aspetti della cognizione. Combinando misure comportamentali e neurali e confrontando la meditazione di consapevolezza con trattamenti alternativi saremo in grado di determinare meglio i trattamenti più promettenti per il potenziamento cognitivo.

C'è stato un recente interesse per la meditazione di consapevolezza per trattare i sintomi della malattia mentale e per migliorare la cognizione, ma c'è ancora molta ricerca da fare per comprendere gli effetti della meditazione di consapevolezza sulla funzione cognitiva. Ricerche precedenti hanno dimostrato che la meditazione consapevole può ridurre i sintomi di stress, depressione, disturbo d'ansia generalizzato, dipendenze, disturbo da deficit di attenzione e disturbi del dolore 1,2,3,4,5,6,7,8,9, oltre ad aumentare l'attenzione e la funzione esecutiva 2,3,4 ,5,6,7,10,11,12,13,14,15,16.
Nonostante l'interesse per gli effetti della meditazione di consapevolezza sulla cognizione, sono state fatte poche ricerche sugli effetti della meditazione di consapevolezza sulla memoria episodica17. Dato il contributo dell'attenzione e della funzione esecutiva alla codifica e al recupero episodico, la meditazione di consapevolezza dovrebbe anche aumentare la memoria episodica. Alcuni recenti studi comportamentali hanno dimostrato che l'allenamento alla consapevolezza aumenta il ricordo della memoria di riconoscimento18,19 e il richiamo libero20.
Oltre agli effetti comportamentali della meditazione di consapevolezza sulla cognizione, ricerche precedenti hanno esaminato gli effetti della meditazione di consapevolezza sul cervello. La meditazione di consapevolezza ha dimostrato di cambiare sia la struttura che la funzione del cervello. È importante sottolineare che la meditazione di consapevolezza ha dimostrato di cambiare la struttura e la funzione del cervello nelle reti relative alla memoria episodica21,22,23; in particolare aumentando il volume e l'attività della materia grigia nella corteccia prefrontale 1,24,25,26,27,28,29,30,31,32 e nell'ippocampo 25,27,28,33,34,35 ,36,37 oltre ad aumentare la potenza theta (4\u20128 Hz) e la coerenza1,36,38,39,40,41,42,43,44,45.
Pertanto, ricerche precedenti hanno esaminato separatamente gli effetti comportamentali della meditazione di consapevolezza sulla memoria episodica 17,18,19,20 e gli effetti neurali della meditazione di consapevolezza 1,21,22,23,24,25,26,27,28,29 ,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45 . Per comprendere gli effetti della meditazione di consapevolezza sulla memoria episodica e sui suoi correlati neurali è importante misurare sia il comportamento che l'attività cerebrale durante la memoria episodica. Un metodo per studiare i correlati neurali della memoria episodica è con l'elettroencefalografia (EEG). Qui descriviamo un metodo per combinare l'allenamento di meditazione consapevole con un compito di memoria episodica durante la misurazione dell'EEG. Combinando l'allenamento nella meditazione di consapevolezza con misure comportamentali e neurali della memoria episodica possiamo comprendere meglio gli effetti della meditazione di consapevolezza sulla funzione cognitiva.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:572px;" width="573">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">BrainVision actiCHamp</td>
			<td style="width:71px;">Brain Products GmbH, Gilching, Germany</td>
			<td style="width:119px;">BP-09020</td>
			<td style="width:167px;">64-channel EEG system</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">BrainVision Recorder</td>
			<td>Brain Products GmbH, Gilching, Germany</td>
			<td>BP-00020</td>
			<td>EEG recording software for EEG data acquisition</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">E-Prime 2.0 Professional</td>
			<td>Psychology Software Tools, Inc., Sharpsburg, PA</td>
			<td style="width:119px;">PST-100577</td>
			<td>Software designed for behavioral research that can interface with the EEG recording</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Qualtrics</td>
			<td style="width:71px;">Qualtrics, Provo, UT</td>
			<td style="width:119px;">Core XM</td>
			<td>Survey tool</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

combining behavior and eeg to study the effects of mindfulness meditation on episodic memory

Sebbene ci sia stato un recente interesse su come la meditazione di consapevolezza può influenzare la memoria episodica e la struttura e la funzione del cervello, nessuno studio ha esaminato gli effetti comportamentali e neurali della meditazione di consapevolezza sulla memoria episodica. Qui presentiamo un protocollo che combina l'allenamento di meditazione consapevole, un compito di memoria episodica e EEG per esaminare come la meditazione di consapevolezza cambia le prestazioni comportamentali e i correlati neurali della memoria episodica. I soggetti di un gruppo sperimentale di meditazione di consapevolezza sono stati confrontati con un gruppo di controllo della lista d'attesa. I soggetti del gruppo sperimentale di meditazione di consapevolezza hanno trascorso quattro settimane ad allenarsi e praticare la meditazione consapevole. La consapevolezza è stata misurata prima e dopo l'allenamento utilizzando il Five Facet Mindfulness Questionnaire (FFMQ). La memoria episodica è stata misurata prima e dopo l'addestramento utilizzando un compito di riconoscimento della sorgente. Durante la fase di recupero del compito di riconoscimento della sorgente, è stato registrato l'EEG. I risultati hanno mostrato che la consapevolezza, le prestazioni comportamentali di riconoscimento della fonte e la potenza theta EEG nei canali parietali frontali e sinistri sono aumentati dopo l'allenamento di meditazione consapevole. Inoltre, l'aumento della consapevolezza è correlato con l'aumento della potenza theta nei canali frontali destri. Pertanto, i risultati ottenuti dalla combinazione di allenamento di meditazione consapevole, un compito di memoria episodica e EEG rivelano gli effetti comportamentali e neurali della meditazione di consapevolezza sulla memoria episodica.

Risultati rappresentativi sono riportati per 40 soggetti di lingua inglese naif alla meditazione, destrorsi, fluenti (10 soggetti maschi e 10 soggetti femminili che vanno dai 18 ai 22 anni nel gruppo sperimentale di meditazione di consapevolezza e 7 soggetti maschi e 13 soggetti femminili che vanno dai 18 ai 22 anni nel gruppo di controllo della lista d'attesa). I dati comportamentali ed EEG sono stati analizzati utilizzando l'analisi mista della varianza (ANOVA) confrontando i gruppi di controllo sperimentali e di lista d'attesa (sperimentale, controllo) nel tempo (pre-allenamento, post-allenamento). Tutti i test post-hoc corretti per confronti multipli.
Questionari di consapevolezza In primo luogo, l'analisi ha valutato se l'allenamento di meditazione di consapevolezza ha avuto successo. I soggetti hanno trascorso una notevole quantità di tempo praticando la meditazione di consapevolezza e la loro consapevolezza è aumentata come misurato dalla FFMQ. In particolare, c'è stata un'interazione tra gruppo e tempo per FFMQ Total (F(1,38) = 11.15, MSE = 67.67, p <. 01) e un'interazione marginale tra gruppo e tempo per FFMQ Describe (F(1,38) = 3.35, MSE = 12.26, p = .08) e Nonjudge (F(1,38) = 3.87, MSE = 15.37, p = .06). I punteggi sono aumentati dal pre-allenamento al post-allenamento per FFMQ Total (F (1,19) = 15,60, MSE = 63,34, p < .01), Describe (F (1,19) = 6,36, MSE = 8,44, p = 0,02) e Nonjudge (F (1,19) = 10,12, MSE = 8,60, p < 0,01) per il gruppo sperimentale di meditazione consapevole, mentre il gruppo di controllo della lista d'attesa non è cambiato (vedi Tabella 1).
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1"><tbody><tr><td></td>
			<td colspan="2">Sperimentale</td>
			<td colspan="2">Controllo</td>
		</tr><tr><td></td>
			<td>Pre-allenamento</td>
			<td>Post-allenamento</td>
			<td>Pre-allenamento</td>
			<td>Post-allenamento</td>
		</tr><tr><td>Totale</td>
			<td>128.13 (2.38)</td>
			<td>138.07 (3.24)</td>
			<td>123.59 (4.19)</td>
			<td>121.25 (4.77)</td>
		</tr><tr><td>Osservare</td>
			<td>26.98 (1.16)</td>
			<td>28.70 (1.00)</td>
			<td>23.83 (1.14)</td>
			<td>23.70 (1.26)</td>
		</tr><tr><td>Descrivere</td>
			<td>29.5 (1.36)</td>
			<td>31.82 (.99)</td>
			<td>27.10 (1.25)</td>
			<td>26.55 (1.26)</td>
		</tr><tr><td>Consapevolezza</td>
			<td>25.25 (1.06)</td>
			<td>26.95 (1.12)</td>
			<td>25.27 (.94)</td>
			<td>24.05 (1.28)</td>
		</tr><tr><td>Non giudice</td>
			<td>24.65 (1.26)</td>
			<td>27.60 (1.40)</td>
			<td>27.50 (1.42)</td>
			<td>27.00 (2.05)</td>
		</tr><tr><td>Nonreacitve</td>
			<td>21.75 (.99)</td>
			<td>23.00 (1.08)</td>
			<td>19.90 (1.09)</td>
			<td>19.95 (1.16)</td>
		</tr></tbody></table>Tabella 1: Dati del questionario Five Facet Mindfulness . FFMQ Total e punteggi Osserva, Descrivi, Consapevolezza, Non giudice e Non reattivo per l'esperimento di meditazione di consapevolezza e il gruppo di controllo della lista d'attesa per il pre-allenamento rispetto alla sessione sperimentale post-allenamento. Vengono mostrati i mezzi con errori standard tra parentesi. Questa tabella è stata modificata da Nyhus et al.60.
Memoria episodica In secondo luogo, l'analisi ha esaminato l'effetto della meditazione di consapevolezza sulle prestazioni comportamentali del compito di memoria episodica. L'allenamento di meditazione di consapevolezza ha portato ad aumenti della memoria della sorgente misurata dalla discriminazione della fonte (fonte d'). Sebbene non ci fosse interazione tra gruppo e tempo (F (1,38) = 1,16, MSE = 0,12, p = 0,29), i confronti a coppie hanno mostrato che la discriminazione alla fonte è aumentata dal pre-allenamento al post-allenamento per il gruppo sperimentale di meditazione consapevole (F (1,19) = 10,53, MSE = 0,12, p<,01), ma non il gruppo di controllo della lista d'attesa (vedi Tabella 2).
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1"><tbody><tr><td></td>
			<td></td>
			<td colspan="2">Sperimentale</td>
			<td colspan="2">Controllo</td>
		</tr><tr><td></td>
			<td>Condizione</td>
			<td>Pre-allenamento</td>
			<td>Post-allenamento</td>
			<td>Pre-allenamento</td>
			<td>Post-allenamento</td>
		</tr><tr><td>Colpire</td>
			<td>Inserire la fonte corretta</td>
			<td>.66 (.02)</td>
			<td>.67 (.03)</td>
			<td>.71 (.03)</td>
			<td>.69 (.02)</td>
		</tr><tr><td></td>
			<td>Piacevolezza fonte corretta</td>
			<td>.61 (.03)</td>
			<td>.72 (.03)</td>
			<td>.64 (.05)</td>
			<td>.74 (.03)</td>
		</tr><tr><td>FA</td>
			<td>Inserire una fonte errata</td>
			<td>.34 (.02)</td>
			<td>.33 (.03)</td>
			<td>.29 (.03</td>
			<td>.31 (.02)</td>
		</tr><tr><td></td>
			<td>Piacevolezza fonte errata</td>
			<td>.39 (.03)</td>
			<td>.28 (.03)</td>
			<td>.36 (.05)</td>
			<td>.26 (.03)</td>
		</tr><tr><td>Fonte d'</td>
			<td></td>
			<td>.70 (.11)</td>
			<td>1.06 (.12)</td>
			<td>1.04 (.17)</td>
			<td>1.23 (.14)</td>
		</tr><tr><td>Fonte c</td>
			<td></td>
			<td>-.06 (.05)</td>
			<td>.07 (.05)</td>
			<td>-.12 (.12)</td>
			<td>.10 (.07)</td>
		</tr></tbody></table>Tabella 2: Dati comportamentali di origine. Tasso di successo, tasso di falsi allarmi, discriminazione della fonte (fonte d') e bias di risposta (fonte c) per l'esperimento di meditazione di consapevolezza e il gruppo di controllo della lista d'attesa per il pre-allenamento rispetto alla sessione sperimentale post-allenamento. Vengono mostrati i mezzi con errori standard tra parentesi. Questa tabella è stata modificata da Nyhus et al.60.
Risultati EEG In terzo luogo, l'analisi EEG ha esaminato l'effetto della meditazione di consapevolezza su un correlato neurale della memoria episodica. In particolare, la potenza theta è stata esaminata nei canali parietali destro frontale e sinistro da 1000 a 1500 ms poiché questi effetti sono stati trovati in compiti di recupero di più sorgenti54,55,56,57. Per i canali parietali sinistri, il gruppo ha interagito con il tempo (F(1,37) = 9,52, MSE = 0,92, p < 0,01). La potenza Theta è aumentata dal pre-allenamento al post-allenamento per il gruppo sperimentale di meditazione consapevole (F (1,19) = 17,37, MSE = 0,23, p< 0,01), ma non per il gruppo di controllo della lista d'attesa (vedi Figura 5).
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61247/61247fig5.jpg"> Figura 5: Effetto della meditazione di consapevolezza sul potere theta. Theta power per la meditazione mindfulness sperimentale e il gruppo di controllo della lista d'attesa per il pre-allenamento rispetto alla sessione sperimentale post-allenamento. (A) Spettrogrammi tempo-frequenza attraverso tempi e frequenze in un canale frontale destro. (B) Spettrogrammi tempo-frequenza attraverso tempi e frequenze in un canale parietale sinistro. (C) Potenza Theta su tutti i canali da 1000-1500 ms e differenze da pre-allenamento a <ins cite="mailto:Author">post-allenamento</ins>. (C) Segni neri * analizzati nei canali nelle regioni parietali destra frontale e sinistra. Scala dei colori: variazione di decibel rispetto alla linea di base pre-stimolo e al valore p delle differenze pre-allenamento a post-allenamento. Questa cifra è stata modificata da Nyhus et al.60. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61247/61247fig5large.jpg" target="_blank">Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.</a>
Infine, la correlazione tra i cambiamenti nella consapevolezza e i cambiamenti nelle prestazioni comportamentali della memoria episodica e nell'EEG è stata esaminata nel gruppo sperimentale di meditazione consapevole. C'è stata una correlazione positiva tra gli aumenti dei punteggi FFMQ Describe dal pre-allenamento al post-allenamento e gli aumenti di potenza EEG theta dal pre-allenamento al post-allenamento nei canali frontali destri (r = .72, n = 20, p < .01, a due code, Bonferrroni corretto; vedi Figura 6).
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61247/61247fig6.jpg"> Figura 6: Correlazione tra le variazioni di FFMQ e potenza theta. Correlazione tra la differenza media di potenza theta tra pre-allenamento e post-allenamento per colpi e scarti corretti nei canali frontali giusti e la differenza in FFMQ Descrivere i punteggi tra pre-allenamento e post-allenamento. Questa cifra è stata modificata da Nyhus et al.60. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61247/61247fig6large.jpg" target="_blank">Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.</a>
File supplementare 1. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61247/Supplemental_File_1-FFMQ.pdf" target="_blank">Clicca qui per scaricare questo file.</a>
File supplementare 2. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61247/Supplemental_File_2_Stims.xlsx" target="_blank">Clicca qui per scaricare questo file.</a>
File supplementare 3. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61247/Supplemental_File_3_BowdoinResearchOutline.docx" target="_blank">Clicca qui per scaricare questo file.</a>

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Combining Behavior and EEG to Study the Effects of Mindfulness Meditation on Episodic Memory

Qui presentiamo un protocollo per combinare l'allenamento di meditazione consapevole, un compito di memoria episodica e EEG per comprendere gli effetti comportamentali e neurali della meditazione di consapevolezza sulla memoria episodica.

Combinare il comportamento e l'EEG per studiare gli effetti della meditazione di consapevolezza sulla memoria episodica

Although there has been recent interest in how mindfulness meditation can affect episodic memory as well as brain structure and function, no study has ...

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Neuroscience

7.0K Views.  Bowdoin College. Qui presentiamo un protocollo per combinare l'allenamento di meditazione consapevole, un compito di memoria episodica e EEG per comprendere gli effetti comportamentali e neurali della meditazione di consapevolezza sulla memoria episodica.

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State-Dependency Effects on TMS:  A Look at Motive Phosphene Behavior

Transcranial magnetic stimulation (TMS) is 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.1,2 Within the field of TMS, the term state dependency refers to the initial, baseline condition of the particular neural region targeted for stimulation. As can be inferred, the effects of TMS can (and do) vary according to this primary susceptibility and responsiveness of the targeted cortical area.3,4,5

In this experiment, we will examine this concept of state dependency through the elicitation and subjective experience of motive phosphenes. Phosphenes are visually perceived flashes of small lights triggered by electromagnetic pulses to the visual cortex. These small lights can assume varied characteristics depending upon which type of visual cortex is being stimulated. In this particular study, we will be targeting motive phosphenes as elicited through the stimulation of V1/V2 and the V5/MT+ complex visual regions.6

In this article, we examine the effects of visually relevant state dependency on TMS induced motive phosphenic presentations.

Stato-dipendenza Effetti sulla TMS: uno sguardo al comportamento Motive fosfene

Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a non-invasive neurostimulatory and neuromodulatory technique that can transiently or lastingly modulate ...

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Neuroscienze

Combining Computer Game-Based Behavioural Experiments With High-Density EEG and Infrared Gaze Tracking

Experimental paradigms are valuable insofar as the timing and other parameters of their stimuli are well specified and controlled, and insofar as they yield data relevant to the cognitive processing that occurs under ecologically valid conditions. These two goals often are at odds, since well controlled stimuli often are too repetitive to sustain subjects' motivation. Studies employing electroencephalography (EEG) are often especially sensitive to this dilemma between ecological validity and experimental control: attaining sufficient signal-to-noise in physiological averages demands large numbers of repeated trials within lengthy recording sessions, limiting the subject pool to individuals with the ability and patience to perform a set task over and over again. This constraint severely limits researchers' ability to investigate younger populations as well as clinical populations associated with heightened anxiety or attentional abnormalities. Even adult, non-clinical subjects may not be able to achieve their typical levels of performance or cognitive engagement: an unmotivated subject for whom an experimental task is little more than a chore is not the same, behaviourally, cognitively, or neurally, as a subject who is intrinsically motivated and engaged with the task. A growing body of literature demonstrates that embedding experiments within video games may provide a way between the horns of this dilemma between experimental control and ecological validity. The narrative of a game provides a more realistic context in which tasks occur, enhancing their ecological validity (Chaytor &amp; Schmitter-Edgecombe, 2003). Moreover, this context provides motivation to complete tasks. In our game, subjects perform various missions to collect resources, fend off pirates, intercept communications or facilitate diplomatic relations. In so doing, they also perform an array of cognitive tasks, including a Posner attention-shifting paradigm (Posner, 1980), a go/no-go test of motor inhibition, a psychophysical motion coherence threshold task, the Embedded Figures Test (Witkin, 1950, 1954) and a theory-of-mind (Wimmer &amp; Perner, 1983) task. The game software automatically registers game stimuli and subjects' actions and responses in a log file, and sends event codes to synchronise with physiological data recorders. Thus the game can be combined with physiological measures such as EEG or fMRI, and with moment-to-moment tracking of gaze. Gaze tracking can verify subjects' compliance with behavioural tasks (e.g. fixation) and overt attention to experimental stimuli, and also physiological arousal as reflected in pupil dilation (Bradley et al., 2008). At great enough sampling frequencies, gaze tracking may also help assess covert attention as reflected in microsaccades - eye movements that are too small to foveate a new object, but are as rapid in onset and have the same relationship between angular distance and peak velocity as do saccades that traverse greater distances. The distribution of directions of microsaccades correlates with the (otherwise) covert direction of attention (Hafed &amp; Clark, 2002).

Procedures for recording high-density EEG and gaze data during computer game-based cognitive tasks are described. Using a video game to present cognitive tasks enhances ecological validity without sacrificing experimental control.

Computer Game-Based combinando esperimenti comportamentali ad alta densità tracking Gaze EEG e infrarossi

Experimental paradigms are valuable insofar as the timing and other parameters of their stimuli are well specified and controlled, and insofar as they ...

Vibrodissociation of Neurons from Rodent Brain Slices to Study Synaptic Transmission and Image Presynaptic Terminals

Mechanical dissociation of neurons from the central nervous system has the advantage that presynaptic boutons remain attached to the isolated neuron of interest. This allows for examination of synaptic transmission under conditions where the extracellular and postsynaptic intracellular environments can be well controlled. A vibration-based technique without the use of proteases, known as vibrodissociation, is the most popular technique for mechanical isolation. A micropipette, with the tip fire-polished to the shape of a small ball, is placed into a brain slice made from a P1-P21 rodent. The micropipette is vibrated parallel to the slice surface and lowered through the slice thickness resulting in the liberation of isolated neurons. The isolated neurons are ready for study within a few minutes of vibrodissociation. This technique has advantages over the use of primary neuronal cultures, brain slices and enzymatically isolated neurons including: rapid production of viable, relatively mature neurons suitable for electrophysiological and imaging studies; superior control of the extracellular environment free from the influence of neighboring cells; suitability for well-controlled pharmacological experiments using rapid drug application and total cell superfusion; and improved space-clamp in whole-cell recordings relative to neurons in slice or cell culture preparations. This preparation can be used to examine synaptic physiology, pharmacology, modulation and plasticity. Real-time imaging of both pre- and postsynaptic elements in the living cells and boutons is also possible using vibrodissociated neurons. Characterization of the molecular constituents of pre- and postsynaptic elements can also be achieved with immunological and imaging-based approaches.

This report demonstrates a technique for mechanical isolation of individual viable neurons retaining attached presynaptic boutons. Vibrodissociated neurons have the advantages of rapid production, excellent pharmacological control and improved space-clamp without influence from neighboring cells. This method can be used for imaging of synaptic elements and patch-clamp recording.

Vibrodissociation di neuroni da fettine di cervello di roditore studio di trasmissione sinaptica e Immagine terminali presinaptici

Mechanical dissociation of neurons from the central nervous system has the advantage that presynaptic boutons remain attached to the isolated neuron of ...

Modeling Neural Immune Signaling of Episodic and Chronic Migraine Using Spreading Depression In Vitro

Migraine and its transformation to chronic migraine are healthcare burdens in need of improved treatment options. We seek to define how neural immune signaling modulates the susceptibility to migraine, modeled in vitro using spreading depression (SD), as a means to develop novel therapeutic targets for episodic and chronic migraine. SD is the likely cause of migraine aura and migraine pain. It is a paroxysmal loss of neuronal function triggered by initially increased neuronal activity, which slowly propagates within susceptible brain regions. Normal brain function is exquisitely sensitive to, and relies on, coincident low-level immune signaling. Thus, neural immune signaling likely affects electrical activity of SD, and therefore migraine. Pain perception studies of SD in whole animals are fraught with difficulties, but whole animals are well suited to examine systems biology aspects of migraine since SD activates trigeminal nociceptive pathways. However, whole animal studies alone cannot be used to decipher the cellular and neural circuit mechanisms of SD. Instead, in vitro preparations where environmental conditions can be controlled are necessary. Here, it is important to recognize limitations of acute slices and distinct advantages of hippocampal slice cultures. Acute brain slices cannot reveal subtle changes in immune signaling since preparing the slices alone triggers: pro-inflammatory changes that last days, epileptiform behavior due to high levels of oxygen tension needed to vitalize the slices, and irreversible cell injury at anoxic slice centers. 
In contrast, we examine immune signaling in mature hippocampal slice cultures since the cultures closely parallel their in vivo counterpart with mature trisynaptic function; show quiescent astrocytes, microglia, and cytokine levels; and SD is easily induced in an unanesthetized preparation. Furthermore, the slices are long-lived and SD can be induced on consecutive days without injury, making this preparation the sole means to-date capable of modeling the neuroimmune consequences of chronic SD, and thus perhaps chronic migraine. We use electrophysiological techniques and non-invasive imaging to measure neuronal cell and circuit functions coincident with SD. Neural immune gene expression variables are measured with qPCR screening, qPCR arrays, and, importantly, use of cDNA preamplification for detection of ultra-low level targets such as interferon-gamma using whole, regional, or specific cell enhanced (via laser dissection microscopy) sampling. Cytokine cascade signaling is further assessed with multiplexed phosphoprotein related targets with gene expression and phosphoprotein changes confirmed via cell-specific immunostaining. Pharmacological and siRNA strategies are used to mimic and modulate SD immune signaling.

Modeling Neural Immune Signaling of Episodic and Chronic Migraine Using Spreading Depression In Vitro

Migraine and its transformation to chronic migraine are immense healthcare burdens in need of improved treatment options. We seek to define how neural immune signaling modulates the susceptibility to migraine, modeled in vitro using spreading depression in hippocampal slice cultures, as a means to develop novel therapeutic targets.

Modellistica neurale segnalazione immunitario di emicrania episodica e cronica utilizzo Depressione Diffusione In Vitro</em

Migraine and its transformation to chronic migraine are healthcare burdens in need of improved treatment options.  We seek to define how neural immune ...

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

Signaling of information in the vertebrate central nervous system is often carried by populations of neurons rather than individual neurons. Also propagation of suprathreshold spiking activity involves populations of neurons. Empirical studies addressing cortical function directly thus require recordings from populations of neurons with high resolution. Here we describe an optical method and a deconvolution algorithm to record neural activity from up to 100 neurons with single-cell and single-spike resolution. This method relies on detection of the transient increases in intracellular somatic calcium concentration associated with suprathreshold electrical spikes (action potentials) in cortical neurons. High temporal resolution of the optical recordings is achieved by a fast random-access scanning technique using acousto-optical deflectors (AODs)1. Two-photon excitation of the calcium-sensitive dye results in high spatial resolution in opaque brain tissue2. Reconstruction of spikes from the fluorescence calcium recordings is achieved by a maximum-likelihood method. Simultaneous electrophysiological and optical recordings indicate that our method reliably detects spikes (&gt;97% spike detection efficiency), has a low rate of false positive spike detection (&lt; 0.003 spikes/sec), and a high temporal precision (about 3 msec) 3. This optical method of spike detection can be used to record neural activity in vitro and in anesthetized animals in vivo3,4.

Understanding the function of the vertebrate central nervous system requires recordings from many neurons because cortical function arises on the level of populations of neurons. Here we describe an optical method to record suprathreshold neural activity with single-cell and single-spike resolution, dithered random-access scanning. This method records somatic fluorescence calcium signals from up to 100 neurons with high temporal resolution. A maximum-likelihood algorithm deconvolves the underlying suprathreshold neural activity from the somatic fluorescence calcium signals. This method reliably detects spikes with high detection efficiency and a low rate of false positives and can be used to study neural populations in vitro and in vivo.

Registrazione ottica di attività neurale suprathreshold con risoluzione singola cellula e single-picco

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

In vivo Optogenetic Stimulation of the Rodent Central Nervous System

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

In vivo Optogenetic Stimulation of the Rodent Central Nervous System

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

In vivo optogenetic stimolazione del sistema nervoso centrale Roditore

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

Using Linear Agarose Channels to Study Drosophila Larval Crawling Behavior

Drosophila larval crawling is emerging as a powerful model to study neural control of sensorimotor behavior. However, larval crawling behavior on flat open surfaces is complex,&#160;including: pausing, turning, and meandering. This complexity in the repertoire of movement hinders detailed analysis of the events occurring during a single crawl stride cycle. To overcome this obstacle, linear agarose channels were made that constrain larval behavior to straight, sustained, rhythmic crawling. In principle, because agarose channels and the Drosophila larval body are both optically clear, the movement of larval structures labeled by genetically-encoded fluorescent probes can be monitored in intact, freely-moving larvae. In the past, larvae were placed in linear channels and crawling at the level of whole organism, segment, and muscle were analyzed1. In the future, larvae crawling in channels can be used for calcium imaging to monitor neuronal activity. Moreover, these methods can be used with larvae of any genotype and with any researcher-designed channel. Thus the protocol presented below is widely applicable for studies using the Drosophila larva as a model to understand motor control.

Using Linear Agarose Channels to Study Drosophila Larval Crawling Behavior

The Drosophila larva is a powerful model system to study neural control of behavior. This publication describes the use of linear agarose channels to elicit sustained bouts of linear crawling and methods to quantify the dynamics of larval structures during repetitive crawling behavior.

Utilizzando canali lineari Agarose per studiare<em&gt; Drosophila</em&gt; Comportamento larvale Crawling

Drosophila larval crawling is emerging as a powerful model to study neural control of sensorimotor behavior. However, larval crawling behavior on flat ...

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 ...

Combining Optogenetics with Artificial microRNAs to Characterize the Effects of Gene Knockdown on Presynaptic Function within Intact Neuronal Circuits

The purpose of this protocol is to characterize the effect of gene knockdown on presynaptic function within intact neuronal circuits. We describe a workflow on how to combine artificial microRNA (miR)-mediated RNA interference with optogenetics to achieve selective stimulation of manipulated presynaptic boutons in acute brain slices. The experimental approach involves the use of a single viral construct and a single neuron-specific promoter to drive the expression of both an optogenetic probe and artificial miR(s) against presynaptic gene(s). When stereotactically injected in the brain region of interest, the expressed construct makes it possible to stimulate with light exclusively the neurons with reduced expression of the gene(s) under investigation. This strategy does not require the development and maintenance of genetically modified mouse lines and can in principle be applied to other organisms and to any neuronal gene of choice. We have recently applied it to investigate how the knockdown of alternative splice isoforms of presynaptic P/Q-type voltage-gated calcium channels (VGCCs) regulates short-term synaptic plasticity at CA3 to CA1 excitatory synapses in acute hippocampal slices. A similar approach could also be used to manipulate and probe the neuronal circuitry in vivo.

This protocol provides a workflow on how to combine artificial microRNA-mediated RNA interference with optogenetics to stimulate specifically presynaptic boutons with reduced expression of selective gene(s) within intact neuronal circuits.

Combinando optogenetica con microRNA artificiali per caratterizzare gli effetti del Gene atterramento su funzione presinaptica all'interno di circuiti neuronali intatto

The purpose of this protocol is to characterize the effect of gene knockdown on presynaptic function within intact neuronal circuits. We describe a ...

Noninvasive EEG Recordings from Freely Moving Piglets

The method allows the recording of high-quality electroencephalograms (EEGs) from freely moving piglets directly in the pigpen. We use a one-channel telemetric electroencephalography system in combination with standard self-adhesive hydrogel electrodes. The piglets are calmed down without the use of sedatives. After their release into the pigpen, the piglets behave normally&#8212;they drink and sleep in the same cycle as their siblings. Their sleep phases are used for the EEG recordings.

Here, we present a protocol to record telemetric electroencephalograms (EEGs) from freely moving piglets directly in the pigpen without the use of a sedative, making it possible to record typical EEG patterns during non-REM sleep, like spindle bursts.

Registrazioni di EEG non invadente da muoversi liberamente suinetti

The method allows the recording of high-quality electroencephalograms (EEGs) from freely moving piglets directly in the pigpen. We use a one-channel ...

Combinare il comportamento e l'EEG per studiare gli effetti della meditazione di consapevolezza sulla memoria episodica

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