この作品は、NSERC＆AHFMRによってサポートされていました。著者らは、手術の準備についてのヘルプは原稿と廣江山崎のコメントのためにマリアAlaverdashviliとアマンダMauthe - Kaddouraに感謝する。

1。手術の準備<ol><li>麻酔薬の適切な種類と投与量でラットを麻酔。ここでは、ウレタン（1.5 g / kgの、シグマ - アルドリッチ社、聖ルイス、MO）を使用する - リン酸塩100ml中にウレタンの20gを希釈して20％溶液として調製動物すなわち緩衝生理食塩水（PBS）は、7.5を受け取ります。ウレタンソリューション腹腔内（IP）のml / kgを。ため、その用量反応曲線の、ウレタンの合計投与量は、4つのアプリケーション、約30分で区切られた各に分割されています。ウレタンの最初の2つのアプリケーションの前に、動物は3〜4％の濃度（毎分2リットルの酸素）でイソフルランで麻酔を投与すると2％（毎分2リットルまでの酸素）で維持さから動物を防ぐために注射によるストレスばかり。手術中は、イソフルラン（2分2％の濃度）の追加投与が必要に応じて使用することができます。 </li><li>それを確実にするために切開部位（頭部の背側）に沿って毛を剃る毛皮は、傷を汚染し、十分な領域が切開部位の周囲に駆除できることはありません。 </li><li>有機ヨウ素またはクロルヘキシジンの石鹸や消毒剤（エタノール）を使用して殺菌して手術部位を準備します。 </li><li>シリコンプローブを（NeuroNexus技術、アナーバー、MI）の準備。プローブは、蒸留水でリンスし、次いで70％エタノールを使用して駆除することができます。必要に応じて、プローブは後で組織学的分析ではプローブの位置を明らかにするために、（例えば染料I、Invitrogen社）殺菌して作成した蛍光マーカーで塗装することができます。これを行うために、我々は小さいと非常にソフトなペイントブラシを使用し、繊細な色素でシリコンプローブの背面に手を触れない。この手順は、常にプローブが破損または曲がっされていないことを確認するために顕微鏡を介して行われる必要があります。常に染料は任意のチャネルをブロックしていないことを確認してください。プローブ上に残っている残留色素は、後に水ですすぎ、続いてアルコールを除去することができます。 </li><li>シリコンelectrodESケア：ためサイズが小さい、シリコンプローブは、繊細でかなりの注意を払ってそれを使用する場合でも、破壊に非常に敏感です。従って、我々のような常に、で潜在的な危険を監視することをお勧めします。（i）適切に指定されたボックス内のプローブを保持し、（ii）がクラッシュしたり、それらを処理する際にプローブをドロップできないようにすること、（iii）定位マニピュレータがうまく固定されていることを確認してください事故を防止すること、（iv）記録、周囲の組織および/または血液は、プローブに接続することができます。そのため、録音後にプローブを取り外すときにも注意することが重要です。 PBSまたは生理食塩水の一定の流れを使用することを強くお勧めします。（V）は、必ず録音後にプローブを清掃。プローブをクリーニングするには、それが強く、数分間の液体酵素洗浄剤に浸し、それらを（ボストン、ボシュロム）することをお勧めします。常に蒸留水でプローブを洗い、その専用ボックスにそれらを返します。我々の経験では、シリコンプローブの適切なケアが確実に10以上の実験のための良質の録音。チャネルが使用中に&quot;騒々しい取得&quot;した場合、それは以降の分析から除外する必要があります。我々は、チャネル間のクロストークが最小限であることを発見したので雑音の多いチャンネルでは、通常、他のチャネルの信号にはほとんど影響を与えません。 </li></ol> 2。手術<ol><li>どんな手術操作の前に眼の表面に目に軟膏を塗る。 </li><li>脳の炎症を減らすために5 mg / mlの皮下デキサメタゾンを投与する。 </li><li>手術全体に定位フレームに動物を修正。 </li><li>切開創の出血のと局所麻酔のための潜在的なリスクを軽減するために作成される前に切開部位の皮下エピネフリン（2-4 mg / kgの0.5％溶液に希釈）とリドカイン塩酸2％を管理する。 </li><li>頭皮の正中線を介​​して2cmの切開を行い、頭蓋骨の表面を露出させる横方向に皮膚を変位させる。 </li><li>鈍的切開と制御によって筋膜から背側頭皮をクリアmicrocauteryによってまたは骨のワックスを使用して、出血。 </li><li>動物の接地と参考のため頭蓋骨の後頭骨に小さなネジを添付するには、2つの掘削穴を作る。参照のネジは、硬膜と接触している必要があります。録音時の電気ノイズを低減するためには、それは常にウェットネジを維持することが推奨されます。これを行うには、ネジを囲む小さなアクリルバリアを構築することができますまたはねじが寒天で覆うことができます。 </li><li>興味5の皮質および/ ​​または皮質下領域（s）に対応する座標に1-2 mmの直径の開頭手術を行います。開頭術（ドリル穴）中に必要に応じて骨塵を除去するために圧縮空気を使用してください。頭蓋骨は、PBSの滴を適用することにより、掘削からウォームアップを防ぐ。第二のプローブを挿入するために必要な場合は、2番目の開頭術を行います。このビデオでは、我々は、ですから、二つのcraniotomiesが行われて、同時に二つの皮質領域から記録を提示している。 </li><li>アクリル樹脂の小さな障壁を構築する（例：ラング歯科乾燥からそれを防止する、露出硬膜の上にPBSを維持するために、2つのcraniotomiesを取り巻く製造業、（株）、Wheeting、イリノイ州）。全体の実験中に絶えずPBSを適用します。 </li><li>両方craniotomiesの硬膜を開きます。ヒント（フックを形成する）上に曲がった2本の針（30 ½ゲージ）は、この操作に使用することができます。 </li><li>定位manipulatiorsにシリコンプローブのコネクタを取り付けます。コネクタは、定位マニピュレータに対して完全に平行プローブのシャンクを持つためにポールに取り付けられている。これにより、安定した記録を維持し、プローブの損傷を避けるために不可欠です。 </li><li>シリコンプローブのリファレンスピンへの参照のネジを接続します。 、ⅱ）シャーシの録音デバイスからのグランド、及びiii）定位フレームi）プローブのプラグの接地：接地用ネジがに接続されている電気的なノイズを低減する。 </li><li>ちょうどPIAとの接触でシリコンプローブの先端を置きます。 </li><li>ゆっくりと目を導入する電子のシリコンプローブとシリコンプローブ（図1＆2）のシャンクが抵抗や曲げなく、脳に挿入できることを確認してください。 </li><li>慎重に、目的の記録領域に到達するまでプローブを下げます。必要に応じて、組織の乾燥を避けるためにcraniotomiesの上にPBSの滴を追加します。 </li><li>ウレタン麻酔のみの端末の手続きのために使用されるので、動物はナトリウムの少なくとも200mg/kgの腹腔内注射によって安楽死されているペントバルビタールは60以上mg / mlの濃度に希釈した。これは、動物の断頭が続いている。 </li></ol> 3。代表的な結果： 局所電場電位とスパイク活動の代表的な録音は、図3Aに示されています。スパイクソーティングを（;図3B、C、別の神経細胞から発信される識別スパイク6、7、8）を実行した後、シリコンプローブの録音は、午前、にかかわる神経細胞集団の活動を調査する機能を提供オング他、以下のプロセス：9意思メモリや意思決定、可塑性10、刺激コーディング11、自発活動12と種々の薬物13の効果。 <img alt="図1" src="/files/ftp_upload/3282/3282fig1.jpg" /> 図1。単一のシャンク付きのシリコンプローブのA.の例は、再構築された神経細胞のモンタージュ（阪田史郎14の礼儀）に重畳する。8シャンクのそれぞれにおける四極管の構成を持つプローブのB.の例は。のC.の回路図は、ラットの頭蓋骨。緑のボックスは、左右の体性感覚皮質上開頭の範囲を表しています。 <img alt="図2" src="/files/ftp_upload/3282/3282fig2.jpg" /> 図2。前頭前野と海馬に挿入されたシリコンのプローブと実験の例。 PBSの滴は、露出したBRを保護するために開頭をカバー乾燥からAIN。小脳上のネジ2本は、それぞれ、接地とリファレンスに接続されます。 <img alt="図3" src="/files/ftp_upload/3282/3282fig3.jpg" /> 図3。 （：負電圧、縦軸上にプロットされているノートは）A.イメージ一四極管から局所場電位（LFP）の代表的な電気生理学的記録の500ミリ秒を示しています。ショーを挿入- 1テトロードから特徴空間におけるユニットクラスタのスパイクB.二次元ビューの波形を。各クラスタは、単一のユニット（ニューロン）からスパイクを表しています。代表的なユニット（色分け）からC.平均スパイク波形は、単一の四極管からの4つの記録部位の各々で時間の経過に伴う記録されたスパイクのD.波形エネルギー（振幅に関係する） 。各ユニットの比較的一定のエネルギー値に注意してください、これは表示される期間の長さにわたって安定した記録を示している。

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	<li>Buzsaki, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Large-scale+recording+of+neuronal+ensembles.">Large-scale recording of neuronal ensembles.</a> Nat. Neurosci. 7, 446-451 (2004).</li><li>Kipke, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Advanced+neurotechnologies+for+chronic+neural+interfaces:+new+horizons+and+clinical+opportunities.">Advanced neurotechnologies for chronic neural interfaces: new horizons and clinical opportunities.</a> J. Neurosci. 28, 11830-11838 (2008).</li><li>Csicsvari, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Massively+parallel+recording+of+unit+and+local+field+potentials+with+silicon-based+electrodes.">Massively parallel recording of unit and local field potentials with silicon-based electrodes.</a> J. Neurophysiol. 90, 1314-1323 (2003).</li><li>Bartho, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+neocortical+principal+cells+and+interneurons+by+network+interactions+and+extracellular+features.">Characterization of neocortical principal cells and interneurons by network interactions and extracellular features.</a> J. Neurophysiol. 92, 600-608 (2004).</li><li>Paxinos, G., Watson, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The rat brain: in stereotaxic coordinates. , (1998).</li><li>Lewicki, M. 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+review+of+methods+for+spike+sorting:+the+detection+and+classification+of+neural+action+potentials.">A review of methods for spike sorting: the detection and classification of neural action potentials.</a> Network. 9, R53-R78 (1998).</li><li>Harris, K. D., Henze, D. A., Csicsvari, J., Hirase, H., Buzsaki, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Accuracy+of+tetrode+spike+separation+as+determined+by+simultaneous+intracellular+and+extracellular+measurements.">Accuracy of tetrode spike separation as determined by simultaneous intracellular and extracellular measurements.</a> J. Neurophysiol. 84, 401-414 (2000).</li><li>Luczak, A., Narayanan, N. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spectral+representation--analyzing+single-unit+activity+in+extracellularly+recorded+neuronal+data+without+spike+sorting.">Spectral representation--analyzing single-unit activity in extracellularly recorded neuronal data without spike sorting.</a> J. Neurosci. 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D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=How+do+neurons+work+together?+Lessons+from+auditory+cortex.">How do neurons work together? Lessons from auditory cortex.</a> Hear. Res. 271, 37-53 (2011).</li><li>Luczak, A., Bartho, P., Marguet, S. L., Buzsaki, G., Harris, K. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sequential+structure+of+neocortical+spontaneous+activity+in+vivo.">Sequential structure of neocortical spontaneous activity in vivo.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 104, 347-352 (2007).</li><li>Robbe, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cannabinoids+reveal+importance+of+spike+timing+coordination+in+hippocampal+function.">Cannabinoids reveal importance of spike timing coordination in hippocampal function.</a> Nat. Neurosci. 9, 1526-1533 (2006).</li><li>Sakata, S., Harris, K. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Laminar+structure+of+spontaneous+and+sensory-evoked+population+activity+in+auditory+cortex.">Laminar structure of spontaneous and sensory-evoked population activity in auditory cortex.</a> Neuron. 64, 404-418 (2009).</li></ol>

利害の衝突は宣言されません。

本論文では、同時に複数の皮質領域で神経細胞の大集団（&gt; 100）から記録するためにシリコン電極アレイを使用する方法を示します。手術と録音で成功するためには、次の問題を考慮する必要があります。 <ol><li>希望のエリアのプローブの導入：脳組織にプローブを挿入するとき、それはかなりの損傷を引き起こすことが可能です。これは、記録されたユニットの低品質になることがあります。この問題を回避するために我々は、以下を推奨します。（i）は（10度の角度を使用することをお勧めします）、ある程度の角度でプローブを導入する。こうすることにより、記録されたニューロンの樹状突起損傷を低減させることができる。プローブは脳組織に挿入された後、彼らが取得するまで（II）、それらは最初に速い速度（10〜30秒あたり約50〜100ミクロン）で下げている記録の目的のエリアに近い。プローブがターゲットエリアから200ミクロンとしているときは、位置が（約よりゆっくりと調整されimately 10ミクロン毎に2〜3分）。 </li><li>レコーディングの安定化：プローブは指定されたエリアとかなり活動している（チャネルの大部分で特徴的なスパイク）が検出され、それが記録を開始する前に、約30分を待つことをお勧めします。これは、脳組織が機械的にプローブを挿入した後安定させ、より安定した記録を確保することができます。 </li><li>脳の脈動：時々大幅に記録の質を減らすことができる脳の拍動を確認することが可能です。小開頭術（プローブに合わせてちょうど十分なスペース）は、記録領域に脳の脈動を減らすことができます。必要に応じて、大槽に穴ができます。これは、脳脊髄液の圧力を軽減し、腫れや脈動減少する。 </li><li>シリコンプローブコンフィギュレーション：シリコンプローブは、形状と記録のサイトの様々な構成を持つことができます。例えば、彼らは、シャンク、シャンクの長さと太さの数で変化する、とでもできます記録部位の配列（例えば、四極管対リニア設定、参照してください：www.neuronexustech.com）。特定の構成で使用されるプローブの選択が回答される必要な科学的問題に依存します。例えば、目的がある特定の層（のようなこれらの録音で提示されている）の複数の場所に神経細胞の集団を記録する場合、最良の選択は、8つのシャンクとテトロード設定でプローブを使用することです。これは、1.4ミリメートルのスパン全体で8箇所の各四極管とサンプリングで複数のシングルユニットの録音が可能になります。誰かが皮質の層全体の活動の伝播を研究したい場合は別のインスタンスでは、最良の選択は、複数の皮質層の記録が同時に14できるという点シャンクに沿って定期的に配布記録部位ワンシャンクとプローブを使用することです。 </li></ol>

<table border="1"><tbody><tr><td> の名前 </td><td> 会社 </td><td> カタログ番号 </td></tr><tr><td>ウレタン</td><td>シグマアルドリッチ</td><td></td></tr><tr><td>リン酸緩衝生理食塩水（PBS） </td><td></td><td></td></tr><tr><td>イソフルレン</td><td>ベンソン</td><td> 02241315 </td></tr><tr><td>シリコンプローブ</td><td> NeuroNexus技術</td><td> 4 X 2 - テト - 5ミリメートル - 150 - 200〜312 </td></tr><tr><td>染料I（DiIC 18（3）） </td><td>インビトロジェン株式会社</td><td> 617830 </td></tr><tr><td>デキサメタゾン5 </td><td> Vetoquinol </td><td> 0A0640B </td></tr><tr><td>眼軟膏</td><td> Vetoquinol </td><td> 005165414 </td></tr><tr><td>リドカイン塩酸エピネフリン2％ </td><td> Bimeda - MTC </td><td> 00141984 </td></tr><tr><td>定位フレーム</td><td> Kopfは楽器</td><td> 1430 - B </td></tr><tr><td>電極のマニピュレータとホルダー</td><td> Kopfは楽器</td><td> 960 </td></tr><tr><td>ラットの耳 - バー</td><td> Kopfは楽器</td><td> 1955 </td></tr><tr><td>ラットのアダプタ</td><td> Kopfは楽器</td><td> 920 </td></tr><tr><td>麻酔マスク</td><td> Kopfは楽器</td><td> 906 </td></tr><tr><td>外科用メス</td><td> Roboz手術器具</td><td> RS - 9843 </td></tr><tr><td>外科用メス刃</td><td>模範</td><td> 0086 </td></tr><tr><td>ミクロ解剖はさみ</td><td> Roboz手術器具</td><td> RS - 5910 </td></tr><tr><td>ネジ</td><td>グールドのPastenersリミテッド</td><td> 14084701 </td></tr><tr><td>止血鉗子</td><td>ロブオンス手術器具</td><td> RS - 7130 RS - 7211 </td></tr><tr><td> 30 ½ゲージの針</td><td>ベクトンディッキンソン- </td><td> 305115 </td></tr><tr><td>マイクロモータ制御</td><td> Foredom </td><td> HP4 - 917 </td></tr><tr><td>解剖鉗子</td><td> Roboz手術器具</td><td> RS - 5237 </td></tr><tr><td>骨ろう</td><td> Lukens </td><td> M263500 </td></tr><tr><td>圧縮空気の瓶</td><td>ファルコン安全製品、（株） </td><td> 50 - 10521C </td></tr><tr><td>酵素クリーナー</td><td>ボストン、ボシュロム</td><td> BAUSCH497628 </td></tr><tr><td>蒸留水</td><td></td><td></td></tr><tr><td>歯科アクリルパウダー</td><td>ラング歯科</td><td> 1220 </td></tr><tr><td>歯科アクリル液体</td><td>ラング歯科</td><td> 1404 </td> &lt;/ TR&gt; <tr><td>デジタルLynxのSXシステム</td><td> Neuralynx株式会社</td><td> 4SX - Z400 </td></tr><tr><td> CHEETA Softwere </td><td> Neuralynx株式会社</td><td></td></tr><tr><td>ワニ口ケーブル</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

recording large-scale neuronal ensembles with silicon probes in the anesthetized rat

ニューロンのアンサンブルから大規模な電気生理学的記録は、脳はその神経細胞のスパイク活動から行動のさまざまな組織化する方法を調査する機会を提供しています。複数のローカル神経回路における神経細胞の数が多いからスパイク活動を監視するために最も効果的な方法の一つは、同時に1から3シリコン電極アレイを使用することです。 活動電位は細胞のsomaの複数形の近傍で大きな貫通電圧の変化をもたらす。これらの出力信号は、ニューロンの近傍に導体を配置することによって測定することができます。先端付近のアクティブな多くの（スパイキング）ニューロンが存在する場合、電極のレコードは、単一ニューロンの貢献はその&quot;電気的距離&quot;によって重み付けされ、それらのすべてからの信号を、組み合わせて。シリコンプローブため記録部位（64）と小容積の大きい数の複数のニューロンを監視するための理想的な記録電極です。 Furthermo再、複数のサイトはこのように様々な皮質層でも複数の皮質カラム（図1）における神経活動の同時録画を可能にする、ミリメートルの距離にわたって配置することができます。重要なのは、記録部位の幾何学的に正確な分布はまた、孤立した単一ニューロンの4の空間的関係を決定することができます。ここで、我々は、同時にシリコンプローブ（図2）で麻酔ラットにおける左と右前肢体性感覚皮質から急性、大規模なニューロンの記録を説明します。

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Recording Large-scale Neuronal Ensembles with Silicon Probes in the Anesthetized Rat

麻酔ラットのシリコンプローブを用いた神経活動の細胞外記録について説明する。この技術は、同時に100以上のニューロンからの複数の脳領域間で情報を得ることができる。それは、複数の局所回路における神経細胞のアンサンブルのダイナミクスについての単一細胞の解像度で情報を提供します。

麻酔ラットのシリコンプローブで大規模なニューロンアンサンブルの録音

Large scale electrophysiological recordings from neuronal ensembles offer the opportunity to investigate how the brain orchestrates the wide variety of ...

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Research

JoVE Journal

Neuroscience

24.8K ビュー.  University of Lethbridge. 麻酔ラットのシリコンプローブを用いた神経活動の細胞外記録について説明する。この技術は、同時に100以上のニューロンからの複数の脳領域間で情報を得ることができる。それは、複数の局所回路における神経細胞のアンサンブルのダイナミクスについての単一細胞の解像度で情報を提供します。

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Large-scale Recording of Neurons by Movable Silicon Probes in Behaving Rodents

A major challenge in neuroscience is linking behavior to the collective activity of neural assemblies. Understanding of input-output relationships of neurons and circuits requires methods with the spatial selectivity and temporal resolution appropriate for mechanistic analysis of neural ensembles in the behaving animal, i.e. recording of representatively large samples of isolated single neurons. Ensemble monitoring of neuronal activity has progressed remarkably in the past decade in both small and large-brained animals, including human subjects1-11. Multiple-site recording with silicon-based devices are particularly effective because of their scalability, small volume and geometric design.
Here, we describe methods for recording multiple single neurons and local field potential in behaving rodents, using commercially available micro-machined silicon probes with custom-made accessory components. There are two basic options for interfacing silicon probes to preamplifiers: printed circuit boards and flexible cables. Probe supplying companies (<a href="http://www.neuronexustech.com/" >http://www.neuronexustech.com/</a>; <a href="http://www.sbmicrosystems.com/">http://www.sbmicrosystems.com/</a>; <a href="http://www.acreo.se/">http://www.acreo.se/</a>) usually provide the bonding service and deliver probes bonded to printed circuit boards or flexible cables. Here, we describe the implantation of a 4-shank, 32-site probe attached to flexible polyimide cable, and mounted on a movable microdrive. Each step of the probe preparation, microdrive construction and surgery is illustrated so that the end user can easily replicate the process.

We describe methods for large-scale recording of multiple single units and local field potential in behaving rodents with silicon probes. Drive fabrication, probe attachment to the drive and probe implantation processes are illustrated in sufficient details for easy replication.

動作げっ歯類の可動シリコンプローブによるニューロンの大規模なレコーディング

A major challenge in neuroscience is linking behavior to the collective activity of neural assemblies. Understanding of input-output relationships of ...

神経科学

A Fully Automated and Highly Versatile System for Testing Multi-cognitive Functions and Recording Neuronal Activities in Rodents

We have developed a fully automated system for operant behavior testing and neuronal activity recording by which multiple cognitive brain functions can be investigated in a single task sequence. The unique feature of this system is a custom-made, acoustically transparent chamber that eliminates many of the issues associated with auditory cue control in most commercially available chambers. The ease with which operant devices can be added or replaced makes this system quite versatile, allowing for the implementation of a variety of auditory, visual, and olfactory behavioral tasks. Automation of the system allows fine temporal (10 ms) control and precise time-stamping of each event in a predesigned behavioral sequence. When combined with a multi-channel electrophysiology recording system, multiple cognitive brain functions, such as motivation, attention, decision-making, patience, and rewards, can be examined sequentially or independently.

In this report, we present a fully automated and highly versatile system capable of simultaneously testing multi-cognitive behaviors and recording neuronal activities for rodents.

マルチ認知機能のテストとげっ歯類の神経活動を記録するための完全に自動化された汎用性の高いシステム

We have developed a fully automated system for operant behavior testing and neuronal activity recording by which multiple cognitive brain functions can be ...

Fast Micro-iontophoresis of Glutamate and GABA: A Useful Tool to Investigate Synaptic Integration

One of the fundamental interests in neuroscience is to understand the integration of excitatory and inhibitory inputs along the very complex structure of the dendritic tree, which eventually leads to neuronal output of action potentials at the axon. The influence of diverse spatial and temporal parameters of specific synaptic input on neuronal output is currently under investigation, e.g. the distance-dependent attenuation of dendritic inputs, the location-dependent interaction of spatially segregated inputs, the influence of GABAergig inhibition on excitatory integration, linear and non-linear integration modes, and many more.
With fast micro-iontophoresis of glutamate and GABA it is possible to precisely investigate the spatial and temporal integration of glutamatergic excitation and GABAergic inhibition. Critical technical requirements are either a triggered fluorescent lamp, light-emitting diode (LED), or a two-photon scanning microscope to visualize dendritic branches without introducing significant photo-damage of the tissue. Furthermore, it is very important to have a micro-iontophoresis amplifier that allows for fast capacitance compensation of high resistance pipettes. Another crucial point is that no transmitter is involuntarily released by the pipette during the experiment.
Once established, this technique will give reliable and reproducible signals with a high neurotransmitter and location specificity. Compared to glutamate and GABA uncaging, fast iontophoresis allows using both transmitters at the same time but at very distant locations without limitation to the field of view. There are also advantages compared to focal electrical stimulation of axons: with micro-iontophoresis the location of the input site is definitely known and it is sure that only the neurotransmitter of interest is released. However it has to be considered that with micro-iontophoresis only the postsynapse is activated and presynaptic aspects of neurotransmitter release are not resolved. In this article we demonstrate how to set up micro-iontophoresis in brain slice experiments.

In this article we introduce fast micro-iontophoresis of neurotransmitters as a technique to investigate integration of postsynaptic signals with high spatial and temporal precision.

グルタミン酸とGABAの高速マイクロイオン導入：シナプス統合を調査するために便利なツール

One of the fundamental interests in neuroscience is to understand the integration of excitatory and inhibitory inputs along the very complex structure of ...

Extracellular Recording of Neuronal Activity Combined with Microiontophoretic Application of Neuroactive Substances in Awake Mice

Differences in the activity of neurotransmitters and neuromodulators, and consequently different neural responses, can be found between anesthetized and awake animals. Therefore, methods allowing the manipulation of synaptic systems in awake animals are required in order to determine the contribution of synaptic inputs to neuronal processing unaffected by anesthetics. Here, we present methodology for the construction of electrodes to simultaneously record extracellular neural activity and release multiple neuroactive substances at the vicinity of the recording sites in awake mice. By combining these procedures, we performed microiontophoretic injections of gabazine to selectively block GABAA receptors in neurons of the inferior colliculus of head-restrained mice. Gabazine successfully modified neural response properties such as the frequency response area and stimulus-specific adaptation. Thus, we demonstrate that our methods are suitable for recording single-unit activity and for dissecting the role of specific neurotransmitter receptors in auditory processing.
The main limitation of the described procedure is the relatively short recording time (~3 hr), which is determined by the level of habituation of the animal to the recording sessions. On the other hand, multiple recording sessions can be performed in the same animal. The advantage of this technique over other experimental procedures used to manipulate the level of neurotransmission or neuromodulation (such as systemic injections or the use of optogenetic models), is that the drug effect is confined to the local synaptic inputs to the target neuron. In addition, the custom-manufacture of electrodes allows adjustment of specific parameters according to the neural structure and type of neuron of interest (such as the tip resistance for improving the signal-to-noise ratio of the recordings).

We present methods for the construction of electrodes to simultaneously record extracellular neural activity and release multiple neuroactive substances at the vicinity of the recording sites in awake mice. This technique allows the detailed analysis of putative local synaptic inputs to the neuron of interest.

覚醒マウスにおける神経活性物質のMicroiontophoreticアプリケーションと組み合わせることで神経活動の細胞外記録

Differences in the activity of neurotransmitters and neuromodulators, and consequently different neural responses, can be found between anesthetized and ...

Simultaneous Recording of Electroretinography and Visual Evoked Potentials in Anesthetized Rats

The electroretinogram (ERG) and visual evoked potential (VEP) are commonly used to assess the integrity of the visual pathway. The ERG measures the electrical responses of the retina to light stimulation, while the VEP measures the corresponding functional integrity of the visual pathways from the retina to the primary visual cortex following the same light event. The ERG waveform can be broken down into components that reflect responses from different retinal neuronal and glial cell classes. The early components of the VEP waveform represent the integrity of the optic nerve and higher cortical centers. These recordings can be conducted in isolation or together, depending on the application. The methodology described in this paper allows simultaneous assessment of retinal and cortical visual evoked electrophysiology from both eyes and both hemispheres. This is a useful way to more comprehensively assess retinal function and the upstream effects that changes in retinal function can have on visual evoked cortical function.

This protocol describes simultaneous measurement of electroretinogram and visual evoked potentials in anesthetized rats.

麻酔ラットにおける電図および視覚誘発電位の同時記録

The electroretinogram (ERG) and visual evoked potential (VEP) are commonly used to assess the integrity of the visual pathway. The ERG measures the ...

Implantation of Chronic Silicon Probes and Recording of Hippocampal Place Cells in an Enriched Treadmill Apparatus

An important requisite for understanding brain function is the identification of behavior and cell activity correlates. Silicon probes are advanced electrodes for large-scale electrophysiological recording of neuronal activity, but the procedures for their chronic implantation are still underdeveloped. The activity of hippocampal place cells is known to correlate with an animal&#39;s position in the environment, but the underlying mechanisms are still unclear. To investigate place cells, here we describe a set of techniques which range from the fabrication of devices for chronic silicon probe implants to the monitoring of place field activity in a cue-enriched treadmill apparatus. A micro-drive and a hat are built by fitting and fastening together 3D-printed plastic parts. A silicon probe is mounted on the micro-drive, cleaned, and coated with dye. A first surgery is performed to fix the hat on the skull of a mouse. Small landmarks are fabricated and attached to the belt of a treadmill. The mouse is trained to run head-fixed on the treadmill. A second surgery is performed to implant the silicon probe in the hippocampus, following which broadband electrophysiological signals are recorded. Finally, the silicon probe is recovered and cleaned for reuse. The analysis of place cell activity in the treadmill reveals a diversity of place field mechanisms, outlining the benefit of the approach.

We describe the diverse steps to implant chronic silicon probes and to record place cells in mice that are running head-fixed on a cue-enriched treadmill apparatus.

慢性的なシリコン プローブと豊かなトレッドミル装置海馬場所細胞の記録

An important requisite for understanding brain function is the identification of behavior and cell activity correlates. Silicon probes are advanced ...

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 ...

Construction of an Improved Multi-Tetrode Hyperdrive for Large-Scale Neural Recording in Behaving Rats

Monitoring the activity patterns of a large population of neurons over many days in awake animals is a valuable technique in the field of systems neuroscience. One key component of this technique consists of the precise placement of multiple electrodes into desired brain regions and the maintenance of their stability. Here, we describe a protocol for the construction of a 3D-printable hyperdrive, which includes eighteen independently adjustable tetrodes, and is specifically designed for in vivo extracellular neural recording in freely behaving rats. The tetrodes attached to the microdrives can either be individually advanced into multiple brain regions along the track, or can be used to place an array of electrodes into a smaller area. The multiple tetrodes allow for simultaneous examination of action potentials from dozens of individual neurons, as well as local field potentials from populations of neurons in the brain during active behavior. In addition, the design provides for simpler 3D drafting software that can easily be modified for differing experimental needs.

We present the construction of a 3D-printable hyperdrive with eighteen independently adjustable tetrodes. The hyperdrive is designed to record brain activity in freely behaving rats over a period of several weeks.

ラットの行動で大規模な神経細胞記録向上のマルチ ・ テトロード ハイパー ドライブの構築

Monitoring the activity patterns of a large population of neurons over many days in awake animals is a valuable technique in the field of systems ...

Large-scale Three-dimensional Imaging of Cellular Organization in the Mouse Neocortex

The mammalian neocortex is composed of many types of excitatory and inhibitory neurons, each with specific electrophysiological and biochemical properties, synaptic connections, and in vivo functions, but their basic functional and anatomical organization from cellular to network scale is poorly understood. Here we describe a method for the three-dimensional imaging of fluorescently-labeled neurons across large areas of the brain for the investigation of the cortical cellular organization. Specific types of neurons are labeled by the injection of fluorescent retrograde neuronal tracers or expression of fluorescent proteins in transgenic mice. Block brain samples, e.g., a hemisphere, are prepared after fixation, made transparent with tissue clearing methods, and subjected to fluorescent immunolabeling of the specific cell types. Large areas are scanned using confocal or two-photon microscopes equipped with large working distance objectives and motorized stages. This method can resolve the periodic organization of the cell type-specific microcolumn functional modules in the mouse neocortex. The procedure can be useful for the study of three-dimensional cellular architecture in the diverse brain areas and other complex tissues.

Here we describe a procedure for tissue clearing, fluorescent labeling, and large-scale imaging of mouse brain tissue which, thereby, enables visualization of the three-dimensional organization of cell types in the neocortex.

マウス大脳皮質における細胞組織の大規模三次元イメージング

The mammalian neocortex is composed of many types of excitatory and inhibitory neurons, each with specific electrophysiological and biochemical ...

Hybrid Microdrive System with Recoverable Opto-Silicon Probe and Tetrode for Dual-Site High Density Recording in Freely Moving Mice

Multi-regional neural recordings can provide crucial information to understanding fine-timescale interactions between multiple brain regions. However, conventional microdrive designs often only allow use of one type of electrode to record from single or multiple regions, limiting the yield of single-unit or depth profile recordings. It also often limits the ability to combine electrode recordings with optogenetic tools to target pathway and/or cell type specific activity. Presented here is a hybrid microdrive array for freely moving mice to optimize yield and a description of its fabrication and reuse of the microdrive array. The current design employs nine tetrodes and one opto-silicon probe implanted in two different brain areas simultaneously in freely moving mice. The tetrodes and the opto-silicon probe are independently adjustable along the dorsoventral axis in the brain to maximize the yield of unit and oscillatory activities. This microdrive array also incorporates a set-up for light, mediating optogenetic manipulation to investigate the regional- or cell type-specific responses and functions of long-range neural circuits. In addition, the opto-silicon probe can be safely recovered and reused after each experiment. Because the microdrive array consists of 3D-printed parts, the design of microdrives can be easily modified to accommodate various settings. First described is the design of the microdrive array and how to attach the optical fiber to a silicon probe for optogenetics experiments, followed by fabrication of the tetrode bundle and implantation of the array into a mouse brain. The recording of local field potentials and unit spiking combined with optogenetic stimulation also demonstrate feasibility of the microdrive array system in freely moving mice.

This protocol describes the construction of a hybrid microdrive array that allows implantation of nine independently adjustable tetrodes and one adjustable opto-silicon probe in two brain regions in freely moving mice. Also demonstrated is a method for safely recovering and reusing the opto-silicon probe for multiple purposes.

自由に動くマウスの二重部位高密度記録のための回収可能なオプトシリコンプローブとテトロードを備えたハイブリッドマイクロドライブシステム

Multi-regional neural recordings can provide crucial information to understanding fine-timescale interactions between multiple brain regions. However, ...