この研究は国立衛生研究所（R03DC009339-02、NIDCD）でと米国防総省の国防高等研究計画庁（DARPA）と博士はジャック·W·ジュディの後援の下にマイクロシステム技術局（MTO）、（によってサポートされていましたjack.judy @宇宙海軍戦システムコマンド（SPAWAR）システムセンター（SSC）パシフィック助成番号N66001-11-1から4013を介して信頼性の高いニューラル技術プログラムの一環としてdarpa.mil）。

1。電気化学測定器を設定します。 <ol><li>そのようなMethrohm AUTOLAB PGSTAT（ユトレヒト、NL）のような電気化学計測は、EIS、CVと若返りのために必要です。アドオンFRA2は、EISを可能にし、チャネル·マルチプレクサ（MUX）アドオンは、マルチチャネル電極をテストするのに便利です。 </li><li>ステージへのMUXチャネルを接続するためのヘッドアダプタを構築します。 </li><li>接続を行います。イオン注入ステンレス鋼またはチタンの骨ネジをMUXチャネルに働き、検知電極を接続し、通常、電流リターン·パスに接続されているヘッドアダプターの一部への参照と対向電極を接続します。 </li></ol> 2。電気インピーダンス分光法<ol><li>周波数応答アナライザ（FRA）ソフトウェアを起動し、プロシージャファイルの設定を確認します。手順は、同時に10 Hzから30までの各15正弦波から成る2マルチ正弦波形をテストするために設定する必要がありますkHzです。印加電圧は25 mV以上（補助メソッドを参照してください）​​以下でなければなりません。 </li><li>プロジェクトファイルを開いて編集します。プロジェクトでは、プロシージャファイルを使用して各チャンネルをループし、結果を保存します（補助メソッドを参照してください）​​。 </li><li>パッシブ（アンプなし）ステージで動物の件名を接続します。アクティブなヘッドステージは入力信号を渡しません。 </li><li>プロジェクトファイルを実行します。各チャネルは、設定に応じて数十秒かかります。 </li><li>結果を表示し、解釈します。 MATLAB（ボストン、マサチューセッツ州）で、出力テキスト·ファイルを解析し、ナイキストプロットを作る。高い周波数で半円は、組織の応答を示しています。 </li></ol> 3。サイクリックボルタンメトリー<ol><li>汎用電気化学システム（GPES）ソフトウェアを起動し、プロシージャファイルの設定を確認します。手順は、典型的な神経電極材料（Ptのための0.8の間で-0.6 Vである加水分解の範囲内で50mV / sで電圧を掃引するように設定する必要がありますIR、IROX）。少なくとも3つのスキャンは、平衡に到達するシステムのために実行する必要があります。最後のスキャンからの結果は（補助メソッドを参照してください）​​に保存されます。スキャン速度は、測定時間を短縮するために、1 V / sに増加することができ、スキャン速度は、電極 - 組織界面で発生する電荷移動反応よりも高速である場合は、IV曲線の形状が変わる可能性があります。 </li><li>プロジェクトファイルを開いて編集します。プロジェクトでは、プロシージャファイルを使用して各チャンネルをループし、結果を保存します（補助メソッドを参照してください）​​。 </li><li>受動的なステージで動物の件名を接続します。 </li><li>プロジェクトファイルを実行します。各チャネルは、設定に応じて約3分かかります。 1 V / sのスキャン速度を増加させると、チャネルあたり約10秒の測定時間を短縮します。 </li><li>結果を表示し、解釈します。 MATLABで出力テキストフ​​ァイルを解析して、IVの関係をプロットします。容量を運ぶ電荷が領域を統合することによって定量化されCV内のカソード電流の。 </li></ol> 4。若返り<ol><li>汎用電気化学システム（GPES）ソフトウェアを起動し、プロシージャファイルの設定を確認します。ステップとスイープメソッドを使用して、手順は4秒（補助メソッドを参照してください）​​の期間中に1.5 Vの電圧をステップに設定する必要があります。 </li><li>プロジェクトファイルを開いて編集します。プロジェクトでは、プロシージャファイルを使用して各チャンネルをループし、結果を保存します（補助メソッドを参照してください）​​。 </li><li>受動的なステージで動物の件名を接続します。 </li><li>プロジェクトファイルを実行します。各チャネルは、約10秒かかります。 4.5）EISとCVデータを収集し、結果を解釈します。 </li></ol> 5。代表的な結果録音、EIS、CVと若返りを含む典型的なワークフローは、図1に示されています。レコーディングやEISはしばらくCV、すべてのチャネルにまたがって（毎日または毎週）最も頻繁に収集され、スパイク活動が検出されなくなった場合若返りを使用することができます。 電極が移植された後、数日から数週間の経過とともにEISに変更されます。 EISデータはナイキストプロットとして表示されている場合、より高い周波数（原点付近）の半円は、電極部位（図2）における組織反応の指標である。 CVは、いくつかのヒステリシスを示す電流 - 電圧（IV）曲線を生成します。最も関連性の高いCV統計量が容量を運ぶ電荷である（図3）電極の敷地面積で規格化されたIV曲線の内側の領域。大充電容量の電極はマイクロ刺激のために好ましい。 若返りの間に電圧パルスは、通常、増加した充電容量の結果とは、インピーダンスの大きさ（図3A＆b）に減少したことが適用されます。スパイクは、以前はスパイク（図4a）を有していたチャンネルに復元することができます。若返りは、インピーダンスおよび信号対なしの唯一の短期的な影響がありますが伊勢比（SNR）が、このテクニックは毎日適用することができます。図4b＆Cはモルモット大脳皮質に移植された16チャネルアレイの毎日のプリ·ポスト若返り、1 kHzのインピーダンスの大きさとSNRのデータを示しています。若返りは、各アプリケーションの後に大きさの順で1 kHzのインピーダンスの大きさを下げる上で堅牢な効果があります。回復した信号と、インピーダンスの低い結果として、SNRは各若返りのセッションの後に増加します。最終的に、すべての信号は、160日間注入後、活性化は、もはや有効でなかった後に失われました。 <img src="/files/ftp_upload/3566/3566fig1.jpg" alt="図1" /> 図1。EISは、それぞれのレコーディング·セッションの後に測定されています。ないスパイクが以前にスパイクを持っていたチャンネルに記録されず、EISは時間の経過とともに増加している大規模な組織のコンポーネントを示している場合は、CVと若返りは、このチャネル上で試行されます。 EISとの音声ファイルはその後、治療が成功したかどうかを判断するために使用されています。 図2：EISのデータはすぐに移植後の電極部位のナイキストプロット（青）で表示され、4ヵ月後に（緑）。ナイキストプロット上の各点は、単一周波数での実部と虚部のインピーダンスを表しています。サイト周辺組織に起因する部分的な半円は、より高い周波数では明らかである。 <img src="/files/ftp_upload/3566/3566fig3.jpg" alt="図3" /> 移植イリジウム酸化物電極の事前と事後若返りの図3 CVおよびEIS変更されます。 （A）リジュビネーションは、容量を持って増加した電荷に対応するIV曲線の面積を増加させます。 （B）低インピーダンスレベルにインピーダンスspecraに大きな変化は、一般的に若返りした後に観察される。 <img src="/files/ftp_upload/3566/3566fig4.jpg" alt="図4" /> 図4。EFFEレコーディングやインピーダンスにバイアス電圧のCTS。 （A）プレおよびポスト若返りの記録は、スパイクが以前に黙っていたチャンネルで回復することができますを示しています。 1 kHzのインピーダンスの大きさと手術後約150日のSNRにおける（C）の増加で堅牢な（B）のドロップ毎日のプリ·ポスト若返りの結果。エラーバーは、モルモット大脳皮質に移植された16チャネルアレイから収集したデータからの標準エラーを表します。

<ol>
	<li>Szarowski, D. H., Andersen, M. D., Retterer, S., Spence, A. J., Isaacson, M., Craighead, H. G., Turner, J. N., Shain, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Brain+responses+to+micro&#45;machined+silicon+devices.">Brain responses to micro&#45;machined silicon devices.</a> Brain Res. 983, 23-35 (2003).</li><li>Vetter, R. J., Williams, J. C., Hetke, J. F., Nunamaker, E. A., 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=Chronic+neural+recording+using+silicon&#45;substrate+microelectrode+arrays+implanted+in+cerebral+cortex.">Chronic neural recording using silicon&#45;substrate microelectrode arrays implanted in cerebral cortex.</a> IEEE Trans. Biomed. Eng. 51, 896-904 (2004).</li><li>Williams, J. C., Hippensteel, J. A., Dilgen, J., Shain, W., 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=Complex+impedance+spectroscopy+for+monitoring+tissue+responses+to+inserted+neural+implants.">Complex impedance spectroscopy for monitoring tissue responses to inserted neural implants.</a> J. Neural Eng. 4, 410-423 (2007).</li><li>Johnson, M. D., Otto, K. J., 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=Repeated+voltage+biasing+improves+unit+recordings+by+reducing+resistive+tissue+impedances.">Repeated voltage biasing improves unit recordings by reducing resistive tissue impedances.</a> IEEE Trans. Neural Syst. Rehabil. Eng. 13, 160-165 (2005).</li><li>Otto, K. J., Johnson, M. D., 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=Voltage+pulses+change+neural+interface+properties+and+improve+unit+recordings+with+chronically+implanted+microelectrodes.">Voltage pulses change neural interface properties and improve unit recordings with chronically implanted microelectrodes.</a> IEEE Trans. Biomed. Eng. 53, 333-340 (2006).</li><li>Pickup, P. G., Birss, V. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+model+for+anodic+hydrous+oxide&#45;growth+at+iridium.">A model for anodic hydrous oxide&#45;growth at iridium.</a> J. Electroanal. Chem. 220, 83-100 (1987).</li></ol>

利害の衝突が宣言されません。

ニューラル記録人工システムでは、録音機能などの限られた機能的な寿命は時間の移植後で減少が表示されます。コンパクトグリアシースは、機能、健康な組織1から異物を分離し、パフォーマンスを損なうことへの可能性が高い要因は、移植デバイスへの反応組織の応答です。神経記録と共に、電気化学的測定（EISとCV）は、通常、電極組織のインタフェース2,3の長手方向の監視に使用されています。 EISは、インターフェイスの記録機能を評価する上で実質的に有用である。インピーダンスはすぐに反応性組織反応インタフェース3の電気的特性を変化させることを示唆時間後注入で増加します。さらに、EISのデータは、埋め込 ​​み電極3から5に隣接する細胞の構成をモデル化するために使用することができます。サイクリックボルタンメトリーは、さらにレコーディングやEISの変化を調査するために使用することができます。あるelectrodeの材料と粗さと同様に電気化学反応と周囲の組織は、IVカーブの形状に影響を与えます。 IV曲線の面積から決定能力を運ぶ大きな電荷は、特に電気マイクロ刺激のために、通常は好ましい。低充電容量は、しばしば増加EISに関連付けられています。 CVの間に印加される電位は、電圧範囲が酸化還元反応を駆動するのに十分な大きさである場合は特に、充電容量と、EIS自体を変更することがあります。 バイアス電圧のアプリケーション、または若返りは、インピーダンスを減少させ、記録されたスパイク5の番号のチャンネルを増やし、能力を持って増加する電荷の目的で使用することができます。酸化可能性が高い若返りの間に電極界面で発生しており、イリジウム材で、水和酸化物の単分子層は、1.2 V 6の陽極電位で形成されます。これは、この単分子膜の形成が削除されることが示唆されている携帯電話やacellular材料は、インタフェース5のインピーダンスが低く、その結果電極に接続されている。若返りが失われた神経信号を回復することができますが、以前に前の数日以内にスパイクを持っていたチャンネル上で使用する場合、それは最も効果的です。録音は、EIS、CV、そして若返りが最も神経インターフェースを監視し、移植デバイスの長期的な機能性を向上させる補完的なツールとして使用することができます。

<table border="1"><tbody><tr><td> 機器 </td><td> 会社 </td><td> カタログ番号 </td><td> コメント </td></tr><tr><td>電気楽器</td><td> Metrohm AUTOLAB </td><td> PGSTAT128N </td><td>アドオン：FRA2、MUXチャネル</td></tr><tr><td>受動的なヘッドステージ</td><td>タッカーデービステクノロジーズ</td><td></td><td>モデルは、コネクタとチャンネル数に依存</td></tr><tr><td> 26ピンメスコネクタ</td><td> AMP </td><td> 5749069から2 </td><td>ヘッドステージアダプタまたはステージの代わりに適切なコネクタ</td></tr><tr><td>バナナジャック</td><td>閲覧</td><td> J151-ND </td><td> MUXヘッドアダプタAUTOLABチャネルは、バナナプラグを持っている</td></tr></tbody></table>

voltage biasing, cyclic voltammetry, &amp; electrical impedance spectroscopy for neural interfaces

電気インピーダンス分光（EIS）と電極 - 組織インタフェースのサイクリックボルタンメトリー（CV）測定のプロパティの追加の侵襲的処置なしで、長期的に電極性能を監視するために使用することができます。 EISは、複数の周波数で電気インピーダンスを測定し、サイクリックボルタンメトリーは電極の容量を運ぶ電荷を測定し、電荷が異なる電圧レベルで転送される方法を示しながら、インピーダンスの増加は、デバイスの周囲に増加グリア瘢痕形成を示しています。移植された電極の年齢、EISとCVデータの変更、以前スパイキングニューロンを記録した電極部位としてしばしば神経記録著しく低いの有効性を示す。若返りとして知られている埋め込み電極アレイを簡単に電圧パルスのアプリケーションは、一定の期間以外のサイレント電極サイト上の活動をスパイク戻すことができます。若返りは、EISとCVを変更し、これらの補完的な方法で監視することができます。通常、EISは、電極部位の組織反応の指標として毎日測定されています。スパイクは、以前のスパイクを持っていたチャンネルには存在しない場合は、CVは電極部位の容量を運ぶ電荷を決定するために使用されており、若返りは、インタフェースの有効性を向上させるために適用することができます。 CVおよびEISは、その後電極 - 組織界面での変更を確認するために繰り返され、ニューラル記録が収集されます。若返りの全体的な目標は、移植配列の機能的な寿命を拡張することです。

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Voltage Biasing, Cyclic Voltammetry, &amp; Electrical Impedance Spectroscopy for Neural Interfaces

神経記録電極の電極 - 組織のインターフェイスは、電気インピーダンス分光（EIS）とサイクリックボルタンメトリー（CV）で特徴づけることができる。電圧の印加は、変更の電極 - 組織界面の電気化学的特性をバイアスと録音機能を向上させることができます。バイアス電圧は、EIS、CV、および神経録音は相補的である。

ニューラルインタフェースの電圧バイアス、サイクリックボルタンメトリー、＆電気インピーダンス分光法

Electrical impedance spectroscopy (EIS) and cyclic voltammetry (CV) measure properties of the electrode-tissue interface without additional invasive ...

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24.4K ビュー.  Purdue University. 神経記録電極の電極 - 組織のインターフェイスは、電気インピーダンス分光（EIS）とサイクリックボルタンメトリー（CV）で特徴づけることができる。電圧の印加は、変更の電極 - 組織界面の電気化学的特性をバイアスと録音機能を向上させることができます。バイアス電圧は、EIS、CV、および神経録音は相補的である。

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Presynaptic Dopamine Dynamics in Striatal Brain Slices with Fast-scan Cyclic Voltammetry

Extensive research has focused on the neurotransmitter dopamine because of its importance in the mechanism of action of drugs of abuse (e.g. cocaine and amphetamine), the role it plays in psychiatric illnesses (e.g. schizophrenia and Attention Deficit Hyperactivity Disorder), and its involvement in degenerative disorders like Parkinson's and Huntington's disease. Under normal physiological conditions, dopamine is known to regulate locomotor activity, cognition, learning, emotional affect, and neuroendocrine hormone secretion. One of the largest densities of dopamine neurons is within the striatum, which can be divided in two distinct neuroanatomical regions known as the nucleus accumbens and the caudate-putamen. The objective is to illustrate a general protocol for slice fast-scan cyclic voltammetry (FSCV) within the mouse striatum. FSCV is a well-defined electrochemical technique providing the opportunity to measure dopamine release and uptake in real time in discrete brain regions. Carbon fiber microelectrodes (diameter of ~ 7 &mu;m) are used in FSCV to detect dopamine oxidation. The analytical advantage of using FSCV to detect dopamine is its enhanced temporal resolution of 100 milliseconds and spatial resolution of less than ten microns, providing complementary information to in vivo microdialysis.

Using fast-scan cyclic voltammetry to measure electrically evoked presynaptic dopamine dynamics in striatal brain slices.

高速スキャンサイクリックボルタンメトリーによる線条体の脳スライスにおけるシナプス前ドーパミンのダイナミクス

Extensive research has focused on the neurotransmitter dopamine because of its importance in the mechanism of action of drugs of abuse (e.g. cocaine and ...

神経科学

Detection of Microregional Hypoxia in Mouse Cerebral Cortex by Two-photon Imaging of Endogenous NADH Fluorescence

The brain's ability to function at high levels of metabolic demand depends on continuous oxygen supply through blood flow and tissue oxygen diffusion. Here we present a visualized experimental and methodological protocol to directly visualize microregional tissue hypoxia and to infer perivascular oxygen gradients in the mouse cortex. It is based on the non-linear relationship between nicotinamide adenine dinucleotide (NADH) endogenous fluorescence intensity and oxygen partial pressure in the tissue, where observed tissue NADH fluorescence abruptly increases at tissue oxygen levels below 10 mmHg1. We use two-photon excitation at 740 nm which allows for concurrent excitation of intrinsic NADH tissue fluorescence and blood plasma contrasted with Texas-Red dextran. The advantages of this method over existing approaches include the following: it takes advantage of an intrinsic tissue signal and can be performed using standard two-photon in vivo imaging equipment; it permits continuous monitoring in the whole field of view with a depth resolution of ~50 &mu;m. We demonstrate that brain tissue areas furthest from cerebral blood vessels correspond to vulnerable watershed areas which are the first to become functionally hypoxic following a decline in vascular oxygen supply. This method allows one to image microregional cortical oxygenation and is therefore useful for examining the role of inadequate or restricted tissue oxygen supply in neurovascular diseases and stroke.

Here we describe a method to directly visualize microregional tissue hypoxia in the mouse cortex in vivo. It is based on concurrent two-photon imaging of nicotinamide adenine dinucleotide (NADH) and the cortical microcirculation. This method is useful for high resolution analysis of tissue oxygen supply.

内在性NADH蛍光の二光子イメージングによるマウス大脳皮質におけるMicroregional低酸素の検出

The brain's ability to function at high levels of metabolic demand depends on continuous oxygen supply through blood flow and tissue oxygen diffusion. ...

Reproducible Mouse Sciatic Nerve Crush and Subsequent Assessment of Regeneration by Whole Mount Muscle Analysis

Regeneration in the peripheral nervous system (PNS) is widely studied both for its relevance to human disease and to understand the robust regenerative response mounted by PNS neurons thereby possibly illuminating the failures of CNS regeneration1. Sciatic nerve crush (axonotmesis) is one of the most common models of peripheral nerve injury in rodents2. Crushing interrupts all axons but Schwann cell basal laminae are preserved so that regeneration is optimal3,4. This allows the investigator to study precisely the ability of a growing axon to interact with both the Schwann cell and basal laminae4. Rats have generally been the preferred animal models for experimental nerve crush. They are widely available and their lesioned sciatic nerve provides a reasonable approximation of human nerve lesions5,4. Though smaller in size than rat nerve, the mouse nerve has many similar qualities. Most importantly though, mouse models are increasingly valuable because of the wide availability of transgenic lines now allows for a detailed dissection of the individual molecules critical for nerve regeneration6, 7. Prior investigators have used multiple methods to produce a nerve crush or injury including simple angled forceps, chilled forceps, hemostatic forceps, vascular clamps, and investigator-designed clamps8,9,10,11,12. Investigators have also used various methods of marking the injury site including suture, carbon particles and fluorescent beads13,14,1. We describe our method to obtain a reproducibly complete sciatic nerve crush with accurate and persistent marking of the crush-site using a fine hemostatic forceps and subsequent carbon crush-site marking. As part of our description of the sciatic nerve crush procedure we have also included a relatively simple method of muscle whole mount we use to subsequently quantify regeneration.

In this report we describe a method to crush mouse sciatic nerve. This method uses readily available hemostatic forceps and easily and reproducibly produces complete sciatic nerve crush. In addition, we describe a method to prepare muscle whole mounts suitable for analysis of nerve regeneration after sciatic nerve crush.

ホールマウントマッスル分析による再現性のあるマウスの坐骨神経クラッシュと再生のその後の評価

Regeneration in the peripheral nervous system (PNS) is widely studied both for its relevance to human disease and to understand the robust regenerative ...

Laser Nanosurgery of Cerebellar Axons In Vivo

Only a few neuronal populations in the central nervous system (CNS) of adult mammals show local regrowth upon dissection of their axon. In order to understand the mechanism that promotes neuronal regeneration, an in-depth analysis of the neuronal types that can remodel after injury is needed. Several studies showed that damaged climbing fibers are capable of regrowing also in adult animals1,2. The investigation of the time-lapse dynamics of degeneration and regeneration of these axons within their complex environment can be performed by time-lapse two-photon fluorescence (TPF) imaging in vivo3,4. This technique is here combined with laser surgery, which proved to be a highly selective tool to disrupt fluorescent structures in the intact mouse cortex5-9.
This protocol describes how to perform TPF time-lapse imaging and laser nanosurgery of single axonal branches in the cerebellum in vivo. Olivocerebellar neurons are labeled by anterograde tracing with a dextran-conjugated dye and then monitored by TPF imaging through a cranial window. The terminal portion of their axons are then dissected by irradiation with a Ti:Sapphire laser at high power. The degeneration and potential regrowth of the damaged neuron are monitored by TPF in vivo imaging during the days following the injury.

Laser Nanosurgery of Cerebellar Axons In Vivo

Two-photon imaging, coupled to laser nanodissection, are useful tools to study degenerative and regenerative processes in the central nervous system with subcellular resolution. This protocol shows how to label, image, and dissect single climbing fibers in the cerebellar cortex in vivo.

小脳軸索のレーザーNanosurgery<em&gt;インビボ</em

Only a few neuronal populations in the central nervous system (CNS) of adult mammals show local regrowth upon dissection of their axon. In order to ...

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, ...

Modeling Fast-scan Cyclic Voltammetry Data from Electrically Stimulated Dopamine Neurotransmission Data Using QNsim1.0

Central dopaminergic (DAergic) pathways have an important role in a wide range of functions, such as attention, motivation, and movement. Dopamine (DA) is implicated in diseases and disorders including attention deficit hyperactivity disorder, Parkinson's disease, and traumatic brain injury. Thus, DA neurotransmission and the methods to study it are of intense scientific interest. In vivo fast-scan cyclic voltammetry (FSCV) is a method that allows for selectively monitoring DA concentration changes with fine temporal and spatial resolution. This technique is commonly used in conjunction with electrical stimulations of ascending DAergic pathways to control the impulse flow of dopamine neurotransmission. Although the stimulated DA neurotransmission paradigm can produce robust DA responses with clear morphologies, making them amenable for kinetic analysis, there is still much debate on how to interpret the responses in terms of their DA release and clearance components. To address this concern, a quantitative neurobiological (QN) framework of stimulated DA neurotransmission was recently developed to realistically model the dynamics of DA release and reuptake over the course of a stimulated DA response. The foundations of this model are based on experimental data from stimulated DA neurotransmission and on principles of neurotransmission adopted from various lines of research. The QN model implements 12 parameters related to stimulated DA release and reuptake dynamics to model DA responses. This work describes how to simulate DA responses using QNsim1.0 and also details principles that have been implemented to systematically discern alterations in the stimulated dopamine release and reuptake dynamics.

Fast-scan cyclic voltammetry can monitor in vivo dopamine neurotransmission in the context of drugs, disease, and other experimental manipulations. This work describes the implementation of QNsim1.0, a software to model electrically stimulated dopamine responses according to the quantitative neurobiological model to quantify estimates of dopamine release and reuptake dynamics.

QNsim1.0を用いた電気刺激されたドーパミン神経伝達データからの高速スキャンサイクリックボルタンメトリーデータのモデリング

Central dopaminergic (DAergic) pathways have an important role in a wide range of functions, such as attention, motivation, and movement. Dopamine (DA) is ...

Electrophysiological Method for Whole-cell Voltage Clamp Recordings from Drosophila Photoreceptors

Whole-cell voltage clamp recordings from Drosophila melanogaster photoreceptors have revolutionized the field of invertebrate visual transduction, enabling the use of D. melanogaster molecular genetics to study inositol-lipid signaling and Transient Receptor Potential (TRP) channels at the single-molecule level. A handful of labs have mastered this powerful technique, which enables the analysis of the physiological responses to light under highly controlled conditions. This technique allows control over the intracellular and extracellular media; the membrane voltage; and the fast application of pharmacological compounds, such as a variety of ionic or pH indicators, to the intra- and extracellular media. With an exceptionally high signal-to-noise ratio, this method enables the measurement of dark spontaneous and light-induced unitary currents (i.e.&#160;spontaneous and quantum bumps) and macroscopic Light-induced Currents (LIC) from single D. melanogaster photoreceptors. This protocol outlines, in great detail, all the key steps necessary to perform this technique, which includes both electrophysiological and optical recordings. The fly retina dissection procedure for the attainment of intact and viable ex vivo isolated ommatidia in the bath chamber is described. The equipment needed to perform whole-cell and fluorescence imaging measurements are also detailed. Finally, the pitfalls in using this delicate preparation during extended experiments are explained.

Electrophysiological Method for Whole-cell Voltage Clamp Recordings from Drosophila Photoreceptors

Whole-cell recordings from Drosophila melanogaster photoreceptors enable the measurement of spontaneous dark bumps, quantum bumps, macroscopic responses to light, and current-voltage relationships under various conditions. In combination with D. melanogaster genetic manipulation tools, this method enables the study of the ubiquitous inositol-lipid signaling pathway and its target, the TRP channel.

全細胞電圧クランプ記録のための電気生理学的方法<em&gt;ショウジョウバエ</em&gt;感光体

Whole-cell voltage clamp recordings from Drosophila melanogaster photoreceptors have revolutionized the field of invertebrate visual transduction, ...

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.

マイクロ電極アレイにおけるニューロン細胞培養の刺激に対するネットワーク応答の時間依存的増加

Micro-electrode arrays (MEAs) can be used to investigate drug toxicity, design paradigms for next-generation personalized medicine, and study network ...

Simultaneous Recordings of Cortical Local Field Potentials, Electrocardiogram, Electromyogram, and Breathing Rhythm from a Freely Moving Rat

Monitoring the physiological dynamics of the brain and peripheral tissues is necessary for addressing a number of questions about how the brain controls body functions and internal organ rhythms when animals are exposed to emotional challenges and changes in their living environments. In general experiments, signals from different organs, such as the brain and the heart, are recorded by independent recording systems that require multiple recording devices and different procedures for processing the data files. This study describes a new method that can simultaneously monitor electrical biosignals, including tens of local field potentials in multiple brain regions, electrocardiograms that represent the cardiac rhythm, electromyograms that represent awake/sleep-related muscle contraction, and breathing signals, in a freely moving rat. The recording configuration of this method is based on a conventional micro-drive array for cortical local field potential recordings in which tens of electrodes are accommodated, and the signals obtained from these electrodes are integrated into a single electrical board mounted on the animal's head. Here, this recording system was improved so that signals from the peripheral organs are also transferred to an electrical interface board. In a single surgery, electrodes are first separately implanted into the appropriate body parts and the target brain areas. The open ends of all of these electrodes are then soldered to individual channels of the electrical board above the animal's head so that all of the signals can be integrated into the single electrical board. Connecting this board to a recording device allows for the collection of all of the signals into a single device, which reduces experimental costs and simplifies data processing, because all data can be handled in the same data file. This technique will aid the understanding of the neurophysiological correlates of the associations between central and peripheral organs.

This study introduces a method for the simultaneous recording of local field potentials in the brain, electrocardiograms, electromyograms, and breathing signals of a freely moving rat. This technique, which reduces experimental costs and simplifies data analysis, will contribute to the understanding of the interactions between the brain and peripheral organs.

皮質局所電界電位、心電図、筋電図、呼吸リズム自由行動ラットからの同時録音

Monitoring the physiological dynamics of the brain and peripheral tissues is necessary for addressing a number of questions about how the brain controls ...

Wide-field Single-photon Optical Recording in Brain Slices Using Voltage-sensitive Dye

Wide-field single photon voltage-sensitive dye (VSD) imaging of brain slice preparations is a useful tool to assess the functional connectivity in neural circuits. Due to the fractional change in the light signal, it has been difficult to use this method as a quantitative assay. This article describes special optics and slice handling systems, which render this technique stable and reliable. The present article demonstrates the slice handling, staining, and recording of the VSD-stained hippocampal slices in detail. The system maintains physiological conditions for a long time, with good staining, and prevents mechanical movements of the slice during the recordings. Moreover, it enables staining of slices with a small amount of the dye. The optics achieve high numerical aperture at low magnification, which allows recording of the VSD signal at the maximum frame rate of 10 kHz, with 100 pixel x 100-pixel spatial resolution. Due to the high frame rate and spatial resolution, this technique allows application of the post-recording filters that provide sufficient signal-to-noise ratio to assess the changes in neural circuits.

We introduce a reproducible and stable optical recording method for brain slices using voltage-sensitive dye. The article describes voltage-sensitive dye staining and recording of optical signals using conventional hippocampal slice preparations.

電圧感受性染料を用いた脳スライスにおける広視野単一光子光学記録

Wide-field single photon voltage-sensitive dye (VSD) imaging of brain slice preparations is a useful tool to assess the functional connectivity in neural ...