P30 DC006276リサーチコア、およびHEIをNIDCD、健康補助R01DC10146/R01DC010397の国立研究所によってサポートされる作業。その内容はもっぱら著者の責任であり、必ずしもNIHや高等教育機関の公式見解を示すものではありません。著者らは関心のない既存のまたは潜在的な競合を宣言しません。

1。 OHCSの分離<ol><li>モルモット、マウスまたはあなたの哺乳動物のモデルから、側頭骨を採取して、この手順を開始する。 </li><li>次に、蝸牛を露出させるために槌ニッパーを使用して側頭骨を開き、リーボビッツL - 15でそれらを浸す。骨のシェルを保ったまま、慎重に骨の過剰を削除します。これは任意の哺乳動物種の頭骨に適用される一般的な手続きであるのに対し、非常に小さな動物から頭骨を扱うときに、テクニックに若干の変更が必要になる場合があります。古い動物では水疱は、通常の手順に追加の合併症を導入し、石灰化しています。 </li><li>顕微鏡観察下では、＃11手術用メスの刃、マイクロポイントのピックと細かいピンセットの先端を使用して蝸牛と削除血管条とスパイラル靭帯の先端領域を開きます。 </li><li>ピンセットを使って人工内耳蝸牛のコルチ器官を脱いで、そして5分間、室温でL - 15で1mg/mlコラゲナーゼでそれを置く。 </li><li>蝸牛の基底回転からOHCSが必要な場合は、ピックと蝸牛の基部をカバーする骨のシェルを削除し、コルチ器官を削除する前に、手術用メスの刃を使用して、側頭骨からスパイラルを分離。 </li><li> 50μLハミルトンシリンジを使用して録音室にコルチ器官を転送する。その後、針を通して逆流して細胞を解離する。 </li></ol> 2。実験的なセットアップ<ol><li>外部交互電界（EAEF）ジェネレータと画像キャプチャシステム（図1）とのリンクの図。制御回路は、特別にハウス耳研究所のエンジニアリングのコアで実装されました。 </li><li>本実験で用いた実験では、代替のLEDベースの照明システムとAxiovert 135TV倒立顕微鏡（Zeiss、ソーンウッド、ニューヨーク州）で構成されています（ハイパワーLEDはシステム36AD3500、ライトスピードテクノロジーズ、キャンベル、カリフォルニア州）、二つの電子マニピュレーター（エッペンドルフ&quot;Patchman&quot;、ドイツ）、ケラーポートと三眼鏡ポートの追加の通常のCCDカメラでパソコン制御の超高速フォトロンFASTCAM X 1024 PCIカメラ（フォトロン米国株式会社）。 FASTCAMのカメラは、高い周波数（100,000 fpsまで）と高解像度（例えば、これは1,000 fpsの、10,000 fpsで512 × 128、18000 fpsで384 × 96、および1024 × 1024ピクセル）で画像をキャプチャすることができます。 CCDカメラが別のモニタに接続されているのに対し、ハイスピー​​ドカメラによって提供された画像は、直接、PCモニタで観察される。アナログ低消費電力とハイパワーデジタル：LEDベースの照明システムは、2つの異なるモードで動作します。すべての準備作業（電極の位置、セルの位置、ピント、など）は、低消費電力アナログモードを使用して実行されます。ハイパワーの照明は、カメラのシャッターの開口部でオンにし、放熱を促進する、シャッターの開閉ではオフになっています。また、同じPC上で実行されている、ハウス耳研究所エンジニアリングのコアで開発された自家製のソフトウェアは、ハイスピー​​ドカメラ、LEDベースの照明システム、およびEAEFのトリガを制御します。必要に応じて前面のポートで、従来のデジタル写真のカメラは、静止フレームが可能になります。 （図2 A）。 </li><li>電極（0.8 mmの先端の距離が二つ0.25ミリメートル径のAg線）は、電子マイクロマニピュレータのいずれかを使用して位置に駆動されています。電極の位置を視覚的および顕微鏡画像を通じて監視され、イメージの焦点面での変化は、電極が、実験室の底に触れたことを示しています。当初は、電界が外部電極を用いて校正されています。この電極は、電界の&quot;マップ&quot;を生成し、異なる点の電位を測定します。単一の孤立した外有毛細胞が適用EAEFにその長手方向軸に平行に電極の先端の間に配置されている場合、それは伸長し、電界の同じ周波数で短縮移動します。セルがフィールドに垂直に配置されている場合OHC応答（曲げ）の異なるタイプが観察して調べることができる。 （図2 B） </li></ol> 3。 EAEFの刺激と画像キャプチャ<ol><li>つの異なる刺激プロトコルが（図3）選択可能です。 <ol><li>連続的な単一周波数（図3 A）。刺激モード、周波数、振幅、波型は自家製制御ソフトウェア（赤い丸）を使用して選択できることに注意してください。 </li><li>バースト単一周波数（図3 B）。バーストの間にバーストとギャップの長さも選択可能です。 </li><li>リニア掃引（図3 C）。最初と最後の選択可能な周波数は。 </li><li>マルチ刺激（図3 D）。単一の周波数とリニア掃引は、単一の実験で組み合わせることができます。対応するパラメータを選択した後、制御ソフトウェアは、システムを設定し、オペレータは、単一のボタンをクリックすることで光同期した映像を録画し、細胞の刺激を開始することができますコンピュータの画面。 </li></ol></li><li>画像は、高周波でのさらなる分析のためのAVI形式でキャプチャされます。 </li></ol> 4。代表的な結果<ol><li>この映画では、2つの絶縁外有毛細胞は、それらが彼らの縦軸に、それぞれ、平行または横である外部交互に電界で刺激されている長さや曲率の変化を示す。 （ムービー＃2）。 </li><li> OHCS運動性応答はProAnalystソフトウェア（Xcitex社、ケンブリッジ、MA）を使用してオフラインで分析されます。このソフトウェアの&quot;機能のトラッキング&quot;機能は、2つのポイントフレームごとに（図4）の間の距離を提供します。とセル（基礎柱、緑の色）のベース、頂点（赤い色クチクラプレート）で選択したポイント間の距離を短くするセルの間に小さく、細胞の伸長とともに増加。映画の長さは、フレームごとの変化を分析するソフトウェアを示しています。画像の下部にあるパネルには動きのトレースを示します。この例では、長さの変化量は6.5画素程度です。 </li><li> ProAnalystソフトで&quot;輪郭トラッキング&quot;機能は、セルのエッジを検出し、自動的に光学部（図5）の面積を測定することができます。 </li><li>ポリスチレン微小球は、ランダムにお風呂の溶液に添加し、しっかりと形質膜（図6）に取り付けます。別のミクロスフェアを同時に選択することができ、ソフトウェアは自動的にこれらのすべてのフレーム単位で追跡することができます。このように、細胞はセクションに分かれ、各セクションの運動性は、独立して評価することができます。 （図6 A） </li><li>選択して、微小球は、細胞画像の横方向の端に位置し、各セグメントの長さの変化と1つのセグメントの点の角度の変化は、（曲げ）他にも独立して評価することができます。 （図6B） </li></ol><img src="/files/ftp_upload/2965/2965fig1.jpg" alt="図1"/> 図1。EAEFジェネレータと画像キャプチャシステムとのリンクの図。 <img src="/files/ftp_upload/2965/2965fig2.jpg" alt="図2"/> 実験装置の図2）の画像。顕微鏡ステージのB）の詳細、漫画は、電極と電界と平行に長手方向の軸とそれらの間に配置された単一のOHCを描いたと。 <img src="/files/ftp_upload/2965/2965fig3.jpg" alt="図3"/> 図3。単周波数刺激用に設定された自家製の制御ソフトウェアの）ユーザインタフェース。選択されたパラメータは、赤色の丸で囲まれている。 B）自家製制御ソフトウェアのユーザインターフェースは、バースト単一周波数の刺激のために設定。 C）リニアスイープの刺激のために設定されたホームメイドの制御ソフトウェアのユーザーインターフェースは。マルチ刺激用に設定された自家製の制御ソフトウェアのD）のユーザインタフェース。 <img src="/files/ftp_upload/2965/2965fig4.jpg" alt="図4"/> 図4。細胞の単ベースで設定した二つの点とOHCのフレーム（緑）と頂点（赤）、それぞれ、ProAnalystソフトウェアの&quot;機能の追跡&quot;機能を使用する。セルの下の曲線は電気刺激に関連付けられ、選択したポイント間の距離の周期的な変化を示しています。縦棒の異なるフレームを移動は、個々の分析のために選択することができます。 <img src="/files/ftp_upload/2965/2965fig5.jpg" alt="図5"/> 図5。ProAnalystで&quot;輪郭トラッキング&quot;機能は、セルのエッジを検出し、自動的に光学部の面積を測定する。 <img src="/files/ftp_upload/2965/2965fig6.jpg" alt="図6"/> 図6。ポリスチレン微小球（上）、および5つの微小球と同じ画像を個別に（下）を選択した状態で飾ら孤立OHCの）撮影画像。異なる色は、それぞれのミクロスフェアに割り当てられていた、と彼らの変位は、個別に、自動的にフレームごとに追跡することができる、分析と比較した。 B）任意の長さのセグメントがポリスチレン微小球は、細胞の端に位置し、及びこれらのセグメントの長さの変化だけでなく、他の人への1つのセグメントの点（セルが曲げ）の向きの変更が自動的にでフレームを評価することができますを選択することによって定義することができます。画像解析ソフトウェアとのフレーム。 モルモットのOHCSの動画1。分離。 <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/2965/2965_Movie1_web.mov">ビデオを見るためにここをクリック</a> 映画は2。典型的なelectromotilityと曲げ応答を示すEAEFにOHCSの平行と垂直に。 <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/2965/2965_Movie2_web.mov">ビデオを見るにはここをクリック</a>

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	<li>Frolenkov, G. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Genetic+insights+into+the+morphogenesis+of+inner+ear+hair+cells.">Genetic insights into the morphogenesis of inner ear hair cells.</a> Nat Rev Genet. 5, 489-498 (2004).</li><li>Ashmore, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cochlear+outer+hair+cell+motility.">Cochlear outer hair cell motility.</a> Physiol Rev. 88, 173-210 (2008).</li><li>Dallos, P., Fakler, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Prestin,+a+new+type+of+motor+protein.">Prestin, a new type of motor protein.</a> Nature Rev. Mol. Cell Biol. 3, 104-111 (2002).</li><li>Frolenkov, G. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cochlear+outer+hair+cell+bending+in+an+external+electrical+field.">Cochlear outer hair cell bending in an external electrical field.</a> Biophys. J. 73, 1665-1672 (1997).</li><li>Matsumoto, N., Kalinec, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Extraction+of+Prestin-Dependent+and+Prestin-Independent+Components+from+Complex+Motile+Responses+in+Guinea+Pig+Outer+Hair+Cells.">Extraction of Prestin-Dependent and Prestin-Independent Components from Complex Motile Responses in Guinea Pig Outer Hair Cells.</a> Biophys J. 89, 4343-4351 (2005).</li><li>Matsumoto, N., Kalinec, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Prestin-dependent+and+prestin-independent+motility+of+guinea+pig+outer+hair+cells.">Prestin-dependent and prestin-independent motility of guinea pig outer hair cells.</a> Hear Res. 208, 1-12 (2005).</li><li>Ashmore, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+remarkable+cochlear+amplifier.">The remarkable cochlear amplifier.</a> Hear Res. 266, 1-17 (2010).</li><li>Kitani, R., Kakehata, S., Kalinec, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Motile+responses+of+cochlear+outer+hair+cells+stimulated+with+an+alternating+electrical+field.">Motile responses of cochlear outer hair cells stimulated with an alternating electrical field.</a> Hearing Research. , (2011).</li><li>Dallos, P., Evans, B. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-frequency+outer+hair+cell+motility:+corrections+and+addendum.">High-frequency outer hair cell motility: corrections and addendum.</a> Science. 268, 1420-1421 (1995).</li><li>Frank, G., Hemmert, W., Gummer, A. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Limiting+dynamics+of+high-frequency+electromechanical+transduction+in+outer+hair+cells.">Limiting dynamics of high-frequency electromechanical transduction in outer hair cells.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. 96, 4420-4425 (1999).</li><li>Santos-Sacchi, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+frequency+limit+and+phase+of+outer+hair+cell+motility:+effects+of+the+membrane+filter.">On the frequency limit and phase of outer hair cell motility: effects of the membrane filter.</a> J. Neurosci. 12, 1906-1916 (1992).</li><li>Inou&#233;, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Video Microscopy. , (1986).</li></ol>

利害の衝突は宣言されません。

ここに示した実験方法は、細胞の動きに何ら制限なくkHzの範囲でOHC運動性応答を推定することができます。異なる刺激プロトコル、追加のマーカー（ミクロスフェア）は、電界に対するセルの向きにも変化として、それは可能な限り以前にアクセスできない細部のレベルでOHCの運動の新たな側面を調査すること。他の方法は、例えば、フォトダイオード9またはレーザドップラ振動計<...

<table border="1"><tbody><tr><td> 試薬の名前 </td><td> 会社 </td><td> カタログ番号 </td><td> コメント（省略可能） </td></tr><tr><td>リーボビッツのL - 15 </td><td>ギブコ</td><td> 21083 </td><td></td></tr><tr><td>コラゲナーゼ（タイプ4） </td><td>シグマアルドリッチ</td><td> C5138 </td><td> L - 15で1mg/mL </td></tr></tbody></table>

investigating outer hair cell motility with a combination of external alternating electrical field stimulation and high-speed image analysis

OHCSはコルチ器、哺乳類の内耳内の聴覚器官のオルガンにある円筒状の感覚細胞である。名前&quot;有毛細胞&quot;は不動の彼らの特徴的な心尖部のバンドル、音のエネルギー1の検出と伝達に重要な要素に由来する。 OHCSは、電気的、機械的および化学的刺激、音響信号の内耳増幅2のための非常に重要な運動応答への応答に曲げ、形状、伸長、短縮して変更することができます。 ⅰ）electromotility、別名速い運動性、密にOHC細胞膜にパックされたモーター蛋白質の電気駆動型コンフォメーション変化から派生したマイクロ秒の範囲の長さの変化、およびii）ゆっくりと運動性、の形状変化：OHCの刺激は、2つの異なる運動性応答を誘導秒のミリ秒は、細胞骨格再構築2、3を含む範囲です。 OHC曲げはelectromotility、そしてどちら側細胞膜、またはこれらのモータータンパク質の非対称な電気刺激（例えば、細胞の長軸に電界の垂直付き）4のモータータンパク質の非対称分布の結果に関連付けられています。機械的および化学的刺激は、細胞のイオンの状況の変化及び/またはそれらの環境にも細胞膜に埋め込 ​​まれたモーター蛋白質5、6を刺激することができるにもかかわらず、本質的に遅い運動性応答を誘導する。 OHC運動性応答は蝸牛増幅器の不可欠な要素、音響周波数（およそ人間の20 Hzから20 kHzから）で、これらの運動性応答の定性的および定量的な分析であるため、研究7聴覚の分野において非常に重要な問題です。 ハイスピー​​ドビデオカメラ、LEDベースの照明システム、および高度な画像解析ソフトウェアを組み合わせた新たなイメージング技術の開発は外部の交流電界（EAEF）に信頼性の高い定性および孤立OHCSの運動性応答の定量的研究を実行する機能を提供します。 8。これは、前のアプローチ9-11限界のほとんどを回避する有効な手段シンプルかつ非侵襲的方法である。また、LEDベースの照明システムは、サンプルのわずかの熱影響で極端な明るさを提供し、ビデオ顕微鏡の使用により、光学解像度は、従来の光顕微鏡技術12と比べて少なくとも10倍高いですので。例えば、実験的なセットアップはここで説明すると、約20nmのセルの長さの変化は、日常的かつ確実に10 kHzの周波数で検出することができ、そしてこの決議は、さらに低い周波数で改善することができます。 我々はこの実験的なアプローチはOHCの運動の基礎となる細胞および分子メカニズムの理解を広げるのに役立つと確信しています。

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Investigating Outer Hair Cell Motility with a Combination of External Alternating Electrical Field Stimulation and High-speed Image Analysis

electromotility、遅い運動性と曲げを含む外有毛細胞（OHC）運動性応答を、調査するために信頼性の高い方法が記載されている。 OHCの運動性は、外部の交流電界と刺激によって誘発される、との方法は、高速画像記録、LEDベースの照明、そして最後の世代の画像解析ソフトウェアを活用しています。

外部交互電場刺激と高速画像解析の組み合わせで外有毛細胞の運動性の調査

OHCs are cylindrical sensorimotor cells located in the Organ of Corti, the auditory organ inside the mammalian inner ear. The name "hair cells" derives ...

investigating-outer-hair-cell-motility-with-combination-external

Research

JoVE Journal

Neuroscience

13.4K ビュー.  House Ear Institute. electromotility、遅い運動性と曲げを含む外有毛細胞（OHC）運動性応答を、調査するために信頼性の高い方法が記載されている。 OHCの運動性は、外部の交流電界と刺激によって誘発される、との方法は、高速画像記録、LEDベースの照明、そして最後の世代の画像解析ソフトウェアを活用しています。

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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：脆弱X症候群と自閉症の可塑性のMechasnismを探検するシータバーストプロトコルを使用する

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 ...

神経科学

Visualization and Genetic Manipulation of Dendrites and Spines in the Mouse Cerebral Cortex and Hippocampus using In utero Electroporation

In utero electroporation (IUE) has become a powerful technique to study the development of different regions of the embryonic nervous system 1-5. To date this tool has been widely used to study the regulation of cellular proliferation, differentiation and neuronal migration especially in the developing cerebral cortex 6-8. Here we detail our protocol to electroporate in utero the cerebral cortex and the hippocampus and provide evidence that this approach can be used to study dendrites and spines in these two cerebral regions.
Visualization and manipulation of neurons in primary cultures have contributed to a better understanding of the processes involved in dendrite, spine and synapse development. However neurons growing in vitro are not exposed to all the physiological cues that can affect dendrite and/or spine formation and maintenance during normal development. Our knowledge of dendrite and spine structures in vivo in wild-type or mutant mice comes mostly from observations using the Golgi-Cox method 9. However, Golgi staining is considered to be unpredictable. Indeed, groups of nerve cells and fiber tracts are labeled randomly, with particular areas often appearing completely stained while adjacent areas are devoid of staining. Recent studies have shown that IUE of fluorescent constructs represents an attractive alternative method to study dendrites, spines as well as synapses in mutant / wild-type mice 10-11 (Figure 1A). Moreover in comparison to the generation of mouse knockouts, IUE represents a rapid approach to perform gain and loss of function studies in specific population of cells during a specific time window. In addition, IUE has been successfully used with inducible gene expression or inducible RNAi approaches to refine the temporal control over the expression of a gene or shRNA 12. These advantages of IUE have thus opened new dimensions to study the effect of gene expression/suppression on dendrites and spines not only in specific cerebral structures (Figure 1B) but also at a specific time point of development (Figure 1C).
Finally, IUE provides a useful tool to identify functional interactions between genes involved in dendrite, spine and/or synapse development. Indeed, in contrast to other gene transfer methods such as virus, it is straightforward to combine multiple RNAi or transgenes in the same population of cells. 
In summary, IUE is a powerful method that has already contributed to the characterization of molecular mechanisms underlying brain function and disease and it should also be useful in the study of dendrites and spines.

Visualization and Genetic Manipulation of Dendrites and Spines in the Mouse Cerebral Cortex and Hippocampus using In utero Electroporation

This article describes in detail a protocol to electroporate in utero the cerebral cortex and the hippocampus at E14.5 in mice. We also show that this is a valuable method to study dendrites and spines in these two cerebral regions.

使用して、マウス大脳皮質および海馬における可視化と樹状突起と棘の遺伝子操作<em&gt;子宮内で</em&gt;エレクトロポレーション

In utero electroporation (IUE) has become a powerful technique to study the development of different regions of the embryonic nervous system 1-5. To date ...

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

It has been demonstrated in recent years that pulsed, infrared laser light can be used to elicit electrical responses in neural tissue, independent of any further modification of the target tissue. Infrared neural stimulation has been reported in a variety of peripheral and sensory neural tissue in vivo, with particular interest shown in stimulation of neurons in the auditory nerve. However, while INS has been shown to work in these settings, the mechanism (or mechanisms) by which infrared light causes neural excitation is currently not well understood. The protocol presented here describes a whole cell patch clamp method designed to facilitate the investigation of infrared neural stimulation in cultured primary auditory neurons. By thoroughly characterizing the response of these cells to infrared laser illumination in vitro under controlled conditions, it may be possible to gain an improved understanding of the fundamental physical and biochemical processes underlying infrared neural stimulation.

Infrared nerve stimulation has been proposed as an alternative to electrical stimulation in a range of nerve types, including those associated with the auditory system. This protocol describes a patch clamp method for studying the mechanism of infrared nerve stimulation in a culture of primary auditory neurons.

赤外線神経刺激のメカニズムを調査するための全細胞パッチクランプ

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

A Human-machine-interface Integrating Low-cost Sensors with a Neuromuscular Electrical Stimulation System for Post-stroke Balance Rehabilitation

A stroke is caused when an artery carrying blood from heart to an area in the brain bursts or a clot obstructs the blood flow to brain thereby preventing delivery of oxygen and nutrients. About half of the stroke survivors are left with some degree of disability. Innovative methodologies for restorative neurorehabilitation are urgently required to reduce long-term disability. The ability of the nervous system to reorganize its structure, function and connections as a response to intrinsic or extrinsic stimuli is called neuroplasticity. Neuroplasticity is involved in post-stroke functional disturbances, but also in rehabilitation. Beneficial neuroplastic changes may be facilitated with non-invasive electrotherapy, such as neuromuscular electrical stimulation (NMES) and sensory electrical stimulation (SES). NMES involves coordinated electrical stimulation of motor nerves and muscles to activate them with continuous short pulses of electrical current while SES involves stimulation of sensory nerves with electrical current resulting in sensations that vary from barely perceivable to highly unpleasant. Here, active cortical participation in rehabilitation procedures may be facilitated by driving the non-invasive electrotherapy with biosignals (electromyogram (EMG), electroencephalogram (EEG), electrooculogram (EOG)) that represent simultaneous active perception and volitional effort. To achieve this in a resource-poor setting, e.g., in low- and middle-income countries, we present a low-cost human-machine-interface (HMI) by leveraging recent advances in off-the-shelf video game sensor technology. In this paper, we discuss the open-source software interface that integrates low-cost off-the-shelf sensors for visual-auditory biofeedback with non-invasive electrotherapy to assist postural control during balance rehabilitation. We demonstrate the proof-of-concept on healthy volunteers.

A novel low-cost human-machine interface for interactive post-stroke balance rehabilitation system is presented in this article. The system integrates off-the-shelf low-cost sensors towards volitionally driven electrotherapy paradigm. The proof-of-concept software interface is demonstrated on healthy volunteers.

脳卒中後のバランスリハビリテーションのための神経筋電気刺激システムで低コストのセンサーを統合ヒューマンマシンインターフェース

A stroke is caused when an artery carrying blood from heart to an area in the brain bursts or a clot obstructs the blood flow to brain thereby preventing ...

Assessment of Neuromuscular Function Using Percutaneous Electrical Nerve Stimulation

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

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

経皮的電気神経刺激を使用した神経筋機能の評価

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

Video Imaging and Spatiotemporal Maps to Analyze Gastrointestinal Motility in Mice

The enteric nervous system (ENS) plays an important role in regulating gastrointestinal (GI) motility and can function independently of the central nervous system. Changes in ENS function are a major cause of GI symptoms and disease and may contribute to GI symptoms reported in neuropsychiatric disorders including autism. It is well established that isolated colon segments generate spontaneous, rhythmic contractions known as Colonic Migrating Motor Complexes (CMMCs). A procedure to analyze the enteric neural regulation of CMMCs in ex vivo preparations of mouse colon is described. The colon is dissected from the animal and flushed to remove fecal content prior to being cannulated in an organ bath. Data is acquired via a video camera positioned above the organ bath and converted to high-resolution spatiotemporal maps via an in-house software package. Using this technique, baseline contractile patterns and pharmacological effects on ENS function in colon segments can be compared over 3-4 hr. In addition, propagation length and speed of CMMCs can be recorded as well as changes in gut diameter and contraction frequency. This technique is useful for characterizing gastrointestinal motility patterns in transgenic mouse models (and in other species including rat and guinea pig). In this way, pharmacologically induced changes in CMMCs are recorded in wild type mice and in the Neuroligin-3R451C mouse model of autism. Furthermore, this technique can be applied to other regions of the GI tract including the duodenum, jejunum and ileum and at different developmental ages in mice.

This article describes a video imaging technique and high-resolution spatiotemporal mapping to identify changes in the neural regulation of colonic motility in adult mice. Subtle effects on gastrointestinal (GI) function can be detected using this approach in isolated tissue preparations to advance our understanding of GI disease.

マウスにおける胃腸の運動を分析するためにビデオ画像と時空間マップ

The enteric nervous system (ENS) plays an important role in regulating gastrointestinal (GI) motility and can function independently of the central ...

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.

経頭蓋交流電流刺激オンライン結合による一次運動野の経頭蓋磁気刺激の効果

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

Transcranial Electrical Brain Stimulation in Alert Rodents

Transcranial electrical brain stimulation can modulate cortical excitability and plasticity in humans and rodents. The most common form of stimulation in humans is transcranial direct current stimulation (tDCS). Less frequently, transcranial alternating current stimulation (tACS) or transcranial random noise stimulation (tRNS), a specific form of tACS using an electrical current applied randomly within a pre-defined frequency range, is used. The increase of noninvasive electrical brain stimulation research in humans, both for experimental and clinical purposes, has yielded an increased need for basic, mechanistic, safety studies in animals. This article describes a model for transcranial electrical brain stimulation (tES) through the intact skull targeting the motor system in alert rodents. The protocol provides step-by-step instructions for the surgical set-up of a permanent epicranial electrode socket combined with an implanted counter electrode on the chest. By placing a stimulation electrode into the epicranial socket, different electrical stimulation types, comparable to tDCS, tACS, and tRNS in humans, can be delivered. Moreover, the practical steps for tES in alert rodents are introduced. The applied current density, stimulation duration, and stimulation type may be chosen depending on the experimental needs. The caveats, advantages, and disadvantages of this set-up are discussed, as well as safety and tolerability aspects.

This protocol describes a surgical set-up for a permanent epicranial electrode socket and an implanted chest electrode in rodents. By placing a second electrode into the socket, different types of transcranial electrical brain stimulation can be delivered to the motor system in alert animals through the intact skull.

警告齧歯動物で経頭蓋脳の電気的刺激

Transcranial electrical brain stimulation can modulate cortical excitability and plasticity in humans and rodents. The most common form of stimulation in ...

Chronic Transcranial Electrical Stimulation and Intracortical Recording in Rats

Transcranial electrical stimulation (TES) is a powerful and relatively simple approach to diffusely influence brain activity either randomly or in a closed-loop event-triggered manner. Although many studies are focusing on the possible benefits and side-effects of TES in healthy and pathologic brains, there are still many fundamental open questions regarding the mechanism of action of the stimulation. Therefore, there is a clear need for a robust and reproducible method to test the acute and the chronic effects of TES in rodents. TES can be combined with regular behavioral, electrophysiological, and imaging techniques to investigate neuronal networks in vivo. The implantation of transcranial stimulation electrodes does not impose extra constraints on the experimental design while it offers a versatile, flexible tool to manipulate brain activity. Here we provide a detailed, step-by-step protocol to fabricate and implant transcranial stimulation electrodes to influence brain activity in a temporally constrained manner for months.

This detailed protocol describes transcranial stimulation electrode placement on the temporal bone in order to investigate the short- and long-term effects of transcranial electrical stimulation in freely moving rats.

慢性的な経頭蓋電気刺激およびラットの皮質内の記録

Transcranial electrical stimulation (TES) is a powerful and relatively simple approach to diffusely influence brain activity either randomly or in a ...

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

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

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

聴性脳幹反応と生後ラットの外有毛細胞細胞パッチ ・ クランプ記録

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