작품은 NIH 1 R21NS057718 - 01에 의해 지원되었다.

1. 이것은 아닌 생존 수술입니다. 첫 번째 단계는 전극의 주입이다. 이 예제에서는 전극은 양쪽 반구의 기본 somatosensory 피질의 앞발 지역에 이식한다. <ol><li> 2퍼센트 isoflurane와 쥐 (남 SD 랫, 2백-3백그램) 마취 및 수술 stereotactic 시스템 장소로 수정. 수술을 시작하기 전에 동물이 잘 anesthetized 것을 확인하고 발가락 핀치에 응답을 전시하지 않습니다. 두피를 열기 전에 모피를 제거합니다. 두개골 위의 근육과 다른 조직을 분리하고 cauterizer를 사용하여 뼈 표면에있는 출혈을 차단합니다. </li><li> 치과 시멘트를 사용하여 이식 전극의 샤프트에 고정 지점으로 두개골 표면 (정중선 앞쪽이 V 자형 교차로 근처)에 부두를 준비합니다. 치과 시멘트를 적용하기 전에 뼈를에 작은 나일론 나사 세트를 설정하면 안정성을 높일 수 있습니다. 시멘트로 모양 부두의 크기는 기본 (그림 1 참조)에서 지역에 약 5mm 높이 3 X 5mm이되어야합니다. </li><li> 훌륭한 스쳐 전기 드릴을 사용하여 신중하게 두개골을 열고 각 반구의 기본 somatosensory 피질에서 앞발 표현을 통해 두라을 폭로. 각 구멍의 직경은 앞쪽에 1mm와 bregma의 측면 4mm 위치, 1mm 주위해야합니다. 현미경으로, 모든 선박 손상을 방지하기 위해주의되는, 주사기 바늘 팁을 사용하여 두라의 작은 오프닝 잘라. </li><li> 각 전극을 삽입하기 전에, 아무 출혈이나 스며 나옴이 incisions 근처에 존재하지 있는지 확인하십시오. 유리 microelectrodes는 약 3 수술하기 전에 준비를해야합니다 ~ 4cm 샤프트 길이 1의 임피던스 ~ 5 MΩ. 인공 CSF (ACSF)와 전극의 모세관을 기입하고 뇌 ~ stereotactic 팔을 사용하여 열어 두라에서 0.4 mm로 (~ 45 °, 사후부터 앞쪽에) obliquely 각 전극을 삽입합니다. 장소에 고정하기 전에 전기 신호를 확인하십시오. chloridized 실버 와이어의 한쪽 끝을는 ACSF와 입력에 연결된 다른 쪽 끝을 앰프로 연결을 과감하게해야합니다. 열린 피부의 뒷면에 부착된 subcutaneously 은색 와이어, 참조 전극 역할을합니다. </li><li> 전극 고정하기 전에 두 번 수술 영역을 확인하고 출혈이나 스며 나옴가 발생하지 않는지 확인한 다음 두개골에서 제거 피부와 근육을 대체하는 치약을 적용합니다. 치약의 사용은 두개골 / 공기 인터페이스에서 자화율 불일치를 줄여 MR 이미지 품질을 향상시킵니다. 치과 시멘트와 준비 부두 (그림 1 참조)에 전극 샤프트를 연결합니다. </li><li> 치과 시멘트 치료 후 MRI를 크래들에 동물을 전송 및 장소에서 수정. 체온, 호흡 속도, SPO 2 심장 속도를 포함하여 연구의 나머지 부분에 대한 쥐의 생리 상태를 모니터링합니다. </li><li> 전극은 코일의 중심에서 튀어나온 함께 머리 표면 코일 (수신 / 송신) 위치. 전극의 고정을위한 지원이 동물의 호흡으로 인한 움직임을 방지하기 위해 연결로 크래들 위에 앉아 추가 아치 모양의 하드 커버를 제공합니다. 가 ~ 5 M (앰프가 방금 자석 방 밖에 위치하고 있습니다)로 연장 동시 이미징 및 녹화에 사용되는 리드와 수동 방패 역할을 전도성 플라스틱으로 덮여 있습니다. </li><li> 마취가 필요한 경우 신경 활동의 억제를 줄이기 위해 medetomidine에 isoflurane에서 전환하실 수 있습니다. 전기 신호에게 자석으로 동물을 전송하기 전에 최종 시간을 확인합니다. 다음과 같이 우리의 연구에서 녹화 매개 변수가되었습니다 X 1000 증폭, 0.1Hz ~ 5 K Hz에서 대역 통과 필터링, 60 Hz에서 노치 필터링, 12 kHz에서 샘플 속도 디지털 변환 아날로그. </li></ol> 2. 이 시점에서, 동물은 동시 이미징 및 녹음을위한 MRI 스캐너에 삽입됩니다. 동물 이미징 절차 전반에 걸쳐 anesthetized 있습니다. <ol><li> 9.4 T 작은 동물 MRI 시스템 (Bruker, 독일)는 우리의 연구에 사용되었다. 녹음하기 전에, 이미징 매개 변수가 설정해야합니다. 세 비행기 스카우트 이미지는 fMRI 스캔을 위치하는 데 사용됩니다. 자기장의 균질성을 개선하기 위해, 관심의 볼륨 FASTMAP 1을 사용 shimmed 있습니다. fMRI 연구, 코로나 이미징 슬라이스는 전극 이식되었다하는 양국 앞발 기본 somatosensory 지역을 포함하는, 선정되었습니다. 매트릭스 크기 64 X 64,, 에피 이미지 파라미터는 FOV, 1.92 X 1.92 cm이되었습니다 인 평면 해상도, 0.3 X 0.3 mm 2; 슬라이스 두께, 2mm, TR / TE, 15분의 500 MS. </li><li> 이미지 설정이 완료되면, 동시 녹음과 fMRI는 시작할 수 있습니다. 그림 2는 대표적인 에피 이미지와 영상 중에 원시 기록을 보여줍니다. 각각의 스캔 사이클의 극히 작은 부분 (500분의 22 MS)에 대한 계속 포화 녹음에서 이미지 수집 결과 중에 그라디언트의 급속한 전환. 이미지 수집 후, 전기 신호 retur비 포화 진동의 형태 (그림 3 참조) 기준에 NS. 연합 fMRI 및 녹화는 휴식 상태 (본 연구에서 증명) 동안이나 자극 동안 실시됩니다. 자극 연구, 영상 매개 변수는 9 Hz에서, 1 ~ 현재 4mA를 사용하여 제공된 앞발의 전기 자극과 함께 쉬고있는 상태 연구와 동일합니다. 쥐는 최종 검사 후 euthanized이다. </li></ol> 3. 동시 이미징 및 녹화 후 데이터가 최종 분석하기 전에 사전 처리되어야합니다. <ol><li> 우리는 electrophysiological 레코딩 (그림 3 참조)에서 그라디언트 유물의 제거와 함께 시작됩니다. <ol><li> 인해 스캔하는 소음 구조를 연속 2 fMRI 이미지 사이의 간격에 해당하는 각각의 모든 ~ 500 MS (TR) 섹션을 평균으로 추출하실 수 있습니다. </li><li> 원래 기록에서 평균 소음 구조를 빼기. 이 방법은 불포화 녹화 세그먼트를 수정합니다. </li><li> 이미지 수집하는 동안 기울기 교대에 해당하는 각각의 포화 세그먼트는 이전 시점과 기울기 유발 채도 후 시점 사이에 패스 라인으로 대체됩니다. </li></ol></li><li> 지역 현장 잠재력 (LFPs)의 denoised 기록은 다음 fMRI 시간 코스 같은 시간적 해상도를해야합니다 전원 시간 코스로 변환됩니다. 2 초 빈 사이의 평균 전력은 세타 밴드 (4 ~ 8 Hz에서) 주파수에 대한 일초 빈과 함께 가장 낮은 주파수 (델타 밴드, 1 ~ 4 Hz에서), 그리고 ~ 0.5 s의 빈 사이를 계산하는 데 사용됩니다 높은 주파수 (&gt; 8 Hz에서, 알파 감마 밴드)를 위해 포화 신호를 인접. 모든 주파수 대역에 대한 슬라이딩 윈도우는 fMRI 데이터의 TR에 맞는, 0.5 S의 단위로 이동되었습니다. </li><li> 이미지 데이터에 대한 표준 fMRI의 전처리는 머리 모션 보정, 0.5 mm의 FWHM과 이미지 다듬기 및 선형 드리프트 제거를 포함하여 수행됩니다. </li><li> 교차 상관 관계 분석은 LFP 전원 시간 코스와 영상 데이터의 각 voxel의 시간 코스 사이에 실시됩니다. 다양한 시간 lags은 (그림 4 참조) 시간 의존 상관의 시험을 수 있습니다. </li></ol> 대표 결과 : 예를 들어,이 기법은 자발적인 신경 활동과 굵은 변동 사이의 관계를 조사하는 데 사용할 수 있습니다. 그림 4는 LFP 전원 및 -2.5 한 쥐에서 9.5의 사이의 시간 lags에 굵은 신호 사이의 상관 관계 매핑을 보여줍니다. 전극 끝 가까이에 대뇌 피질의 영역에서 낮은 주파수 굵은 변동 (&lt;0.1 ​​Hz에서)이 2 ~ 6 S. 지연에 LFP 전력 변화 (&lt;0.1 ​​Hz에서)과 상관 아르 <img src="/files/ftp_upload/1901/1901fig1.jpg" alt="그림 1" /> 그림 1. 표면 코일과 전극 이식 및 이미징 지역의 도식 구성. <img src="/files/ftp_upload/1901/1901fig2.jpg" alt="그림 2" /> 그림 2. 전극 팁을 포함한 대표적인 코로나 에피 이미지, 왼쪽 패널에 표시됩니다. 오른쪽 패널은 영상 전과 도중에 원료 electrophysiological 기록을 보여줍니다. <img src="/files/ftp_upload/1901/1901fig3.jpg" alt="그림 3" /> 그림 3. 하나 스캔주기를 확대함으로써, 그것은 이미징 동안 유물 (녹색)가 원래 레코딩 (파란색)에서 삭제될 수 있습니다 볼 수 있습니다. denoised 시간 코스 (적색)가 추가 분석을 위해 사용되었습니다. <img src="/files/ftp_upload/1901/1901fig4.jpg" alt="그림 4" /> 그림 4. 하나 전극에서 자연 델타 밴드 활동의 능력과 시간에 휴식 상태 굵은 신호 사이의 상관 관계의 코로나지도 (한 전형적인 쥐에서) -2.5에서 9.5 s의 lags isoflurane - anesthetized 쥐에서 약 4 ~ 5의에서 양국 SI에서 관찰 최대 상관 관계. 색상 막대 피어슨 R.를 나타냅니다

<ol>
	<li>Gruetter, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Automatic,+localized+in+vivo+adjustment+of+all+first-+and+second-order+shim+coils.">Automatic, localized in vivo adjustment of all first- and second-order shim coils.</a> Magn Reson Med. 29 (6), 804-804 (1993).</li><li>Logothetis, N. K., Pauls, J., Augath, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neurophysiological+investigation+of+the+basis+of+the+fMRI+signal.">Neurophysiological investigation of the basis of the fMRI signal.</a> Nature. 412 (6843), 150-150 (2001).</li><li>Nir, Y., Fisch, L., Mukamel, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coupling+between+neuronal+firing+rate,+gamma+LFP,+and+BOLD+fMRI+is+related+to+interneuronal+correlations.">Coupling between neuronal firing rate, gamma LFP, and BOLD fMRI is related to interneuronal correlations.</a> Curr Biol. 17 (15), 1275-1275 (2007).</li></ol>

electrophysiological 기록하고 대담한 fMRI 모두 별도로 잘 개발된 기술입니다. 그러나, 동시에 녹음 및 이미징 인해 두 modalities의 상호 간섭 2 도전입니다. 여기서 우리는 설치류에서 결합 실험 가능한 솔루션을 제공합니다. 전극 이식의 수정 방법은 이미지 품질에 영향을 최소화하고 전기 레코딩을위한 아티팩트 제거 이미지 수집에 의해 유도 노이즈를 제거하는 것이 필요합니다. 동시 이미징?...

simultaneous fmri and electrophysiology in the rodent brain

자기 공명 영상 (MRI) 신호 (굵게)에 의존 혈액 산소 수준의 신경 기초를 검토하기 위해, 우리는 쥐 모델에서 기능 MRI 데이터를 개발하고있다<em&gt; 생체내에</em&gt; intracortical 녹음을 동시에 수행할 수 있습니다. 레코딩에 사용되는 전극은 MRI 이미지를 왜곡하고 MRI 인수 전기 녹음에 잡음을 유도하기 때문에 MRI 및 전기 녹음의 조합은 기술적 도전이다. 두 modalities의 상호 간섭을 최소화하기 위해 유리가 아닌 금속 microelectrodes보다 사용되었고 잡음 제거 알고리즘은 전기 생리학 데이터 구현되었습니다. 우리의 연구에 두 microelectrodes는 별도로 쥐 양국간 기본 somatosensory cortices (SI)에 이식되었고 장소에 고정. 전극 팁을 다루는 하나의 코로나 슬라이스는 기능 MRI를 위해 선택되었다. 전극 샤프트 및 고정 위치는 이미징 유물을 피하기 위해 이미지 슬라이스에 포함되지 않았습니다. 제거 두피는 자화율 불일치를 줄이고 이미지에 깁스 울리는 유물을 방지하기 위해 치약 (으)로 대체되었습니다. 이미지 수집 동안 급속도로 스위칭 자기장​​에 의해 전기 녹음에 유도 유물 구조는 각 실행에 대한 검사의주기를 평균하여 특징했다. 이미징 동안 소음 구조는 다음 원래의 녹음에서 빼는되었습니다. denoised 시간 과정은 다음 fMRI 데이터와 함께 자세한 분석에 사용되었다. 예를 들어, 동시 인수는 자발적인 fMRI 굵은 신호와 대역 제한 intracortical 전기 활동 사이의 관계를 결정하는 데 사용되었다. 동시 fMRI와 설치류의 electrophysiological 녹화 fMRI 굵은 신호의 연결 활동 사이의 관계를 elucidating 이외에 신경 과학의 많은 흥미로운 어플 리케이션을위한 플랫폼을 제공합니다.

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Simultaneous fMRI and Electrophysiology in the Rodent Brain

우리는 신경 활동과 혈액 산소 수준의 종속 (굵게) MRI 신호 사이의 관계의 조사를 위해 플랫폼을 제공하고 동시에 기능성 자기 공명 이미징 및 쥐 두뇌에 electrophysiological 기록하는 방법을 개발했습니다.

쥐 두뇌에 동시 fMRI와 전기 생리학

To examine the neural basis of the blood oxygenation level dependent (BOLD) magnetic resonance imaging (MRI) signal, we have developed a rodent model in ...

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Research

JoVE Journal

Neuroscience

13.3K 조회수.  Emory University. 우리는 신경 활동과 혈액 산소 수준의 종속 (굵게) MRI 신호 사이의 관계의 조사를 위해 플랫폼을 제공하고 동시에 기능성 자기 공명 이미징 및 쥐 두뇌에 electrophysiological 기록하는 방법을 개발했습니다.

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Design and Construction of a Cost Effective Headstage for Simultaneous Neural Stimulation and Recording in the Water Maze

Headstage preamplifiers and source followers are commonly used to study neural activity in behavioral neurophysiology experiments. Available commercial products are often expensive, not easily customized, and not submersible. Here we describe a method to design and build a customized, integrated circuit headstage for simultaneous 4-channel neural recording and 2-channel simulation in awake, behaving animals. The headstage is designed using a free, commercially available CAD-type design package, and can be modified easily to accommodate different scales (e.g. to add channels). A customized printed circuit board is built using surface mount resistors, capacitors and operational amplifiers to construct the unity gain source follower circuit. The headstage is made water-proof with a combination of epoxy, parafilm and a synthetic rubber putty. We have successfully used this device to record local field potentials and stimulate different brain regions simultaneously via independent channels in rats swimming in a water maze. The total cost is &lt; $30/unit and can be manufactured readily.

We present a low-cost method to design and construct a light headstage pre-amplifier system with simultaneous neural recording and stimulation capability. This device can be waterproofed for use in swimming animals.

동시 신경 자극과 워터 미로에서 녹음을위한 설계 및 비용 효율적인 Headstage 구축

Headstage preamplifiers and source followers are commonly used to study neural activity in behavioral neurophysiology experiments. Available commercial ...

연구

신경과학

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

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

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

기본 모드 네트워크를 검사하기 위해 Transcranial 자석 자극과 fMRI를 결합

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

Co-analysis of Brain Structure and Function using fMRI and Diffusion-weighted Imaging

The study of complex computational systems is facilitated by network maps, such as circuit diagrams. Such mapping is particularly informative when studying the brain, as the functional role that a brain area fulfills may be largely defined by its connections to other brain areas. In this report, we describe a novel, non-invasive approach for relating brain structure and function using magnetic resonance imaging (MRI). This approach, a combination of structural imaging of long-range fiber connections and functional imaging data, is illustrated in two distinct cognitive domains, visual attention and face perception. Structural imaging is performed with diffusion-weighted imaging (DWI) and fiber tractography, which track the diffusion of water molecules along white-matter fiber tracts in the brain (Figure 1). By visualizing these fiber tracts, we are able to investigate the long-range connective architecture of the brain. The results compare favorably with one of the most widely-used techniques in DWI, diffusion tensor imaging (DTI). DTI is unable to resolve complex configurations of fiber tracts, limiting its utility for constructing detailed, anatomically-informed models of brain function. In contrast, our analyses reproduce known neuroanatomy with precision and accuracy. This advantage is partly due to data acquisition procedures: while many DTI protocols measure diffusion in a small number of directions (e.g., 6 or 12), we employ a diffusion spectrum imaging (DSI)1, 2 protocol which assesses diffusion in 257 directions and at a range of magnetic gradient strengths. Moreover, DSI data allow us to use more sophisticated methods for reconstructing acquired data. In two experiments (visual attention and face perception), tractography reveals that co-active areas of the human brain are anatomically connected, supporting extant hypotheses that they form functional networks. DWI allows us to create a "circuit diagram" and reproduce it on an individual-subject basis, for the purpose of monitoring task-relevant brain activity in networks of interest.

We describe a novel approach for simultaneous analysis of brain function and structure using magnetic resonance imaging (MRI). We assess brain structure with high-resolution diffusion-weighted imaging and white-matter fiber tractography. Unlike standard structural MRI, these techniques allow us to directly relate anatomical connectivity to functional properties of brain networks.

fMRI 및 확산 - 가중 영상을 사용하여 뇌의 구조와 기능의 공동 분석

The study of complex computational systems is facilitated by network maps, such as circuit diagrams. Such mapping is particularly informative when ...

Simultaneous Electroencephalography, Real-time Measurement of Lactate Concentration and Optogenetic Manipulation of Neuronal Activity in the Rodent Cerebral Cortex

Although the brain represents less than 5% of the body by mass, it utilizes approximately one quarter of the glucose used by the body at rest1. The function of non rapid eye movement sleep (NREMS), the largest portion of sleep by time, is uncertain. However, one salient feature of NREMS is a significant reduction in the rate of cerebral glucose utilization relative to wakefulness2-4. This and other findings have led to the widely held belief that sleep serves a function related to cerebral metabolism. Yet, the mechanisms underlying the reduction in cerebral glucose metabolism during NREMS remain to be elucidated.
	One phenomenon associated with NREMS that might impact cerebral metabolic rate is the occurrence of slow waves, oscillations at frequencies less than 4 Hz, in the electroencephalogram5,6. These slow waves detected at the level of the skull or cerebral cortical surface reflect the oscillations of underlying neurons between a depolarized/up state and a hyperpolarized/down state7. During the down state, cells do not undergo action potentials for intervals of up to several hundred milliseconds. Restoration of ionic concentration gradients subsequent to action potentials represents a significant metabolic load on the cell8; absence of action potentials during down states associated with NREMS may contribute to reduced metabolism relative to wake.
	Two technical challenges had to be addressed in order for this hypothetical relationship to be tested. First, it was necessary to measure cerebral glycolytic metabolism with a temporal resolution reflective of the dynamics of the cerebral EEG (that is, over seconds rather than minutes). To do so, we measured the concentration of lactate, the product of aerobic glycolysis, and therefore a readout of the rate of glucose metabolism in the brains of mice. Lactate was measured using a lactate oxidase based real time sensor embedded in the frontal cortex. The sensing mechanism consists of a platinum-iridium electrode surrounded by a layer of lactate oxidase molecules. Metabolism of lactate by lactate oxidase produces hydrogen peroxide, which produces a current in the platinum-iridium electrode. So a ramping up of cerebral glycolysis provides an increase in the concentration of substrate for lactate oxidase, which then is reflected in increased current at the sensing electrode. It was additionally necessary to measure these variables while manipulating the excitability of the cerebral cortex, in order to isolate this variable from other facets of NREMS.
	We devised an experimental system for simultaneous measurement of neuronal activity via the elecetroencephalogram, measurement of glycolytic flux via a lactate biosensor, and manipulation of cerebral cortical neuronal activity via optogenetic activation of pyramidal neurons. We have utilized this system to document the relationship between sleep-related electroencephalographic waveforms and the moment-to-moment dynamics of lactate concentration in the cerebral cortex. The protocol may be useful for any individual interested in studying, in freely behaving rodents, the relationship between neuronal activity measured at the electroencephalographic level and cellular energetics within the brain.

A procedure is described for manipulating the activity of cerebral cortical pyramidal neurons optogenetically while the electroencephalogram, electromyogram, and cerebral lactate concentration are monitored. Experimental recordings are performed on cable-tethered mice while they undergo spontaneous sleep/wake cycles. Optogenetic equipment is assembled in our laboratory; recording equipment is commercially available.

동시 Electroencephalography, 설치류 대뇌 피질의 젖산 농도와 Neuronal 활동 Optogenetic 조작의 실시간 측정

Although the brain represents less than 5% of the body  by mass, it utilizes approximately one quarter of the glucose used by the body  at rest1. The ...

Deep Brain Stimulation with Simultaneous fMRI in Rodents

In order to visualize the global and downstream neuronal responses to deep brain stimulation (DBS) at various targets, we have developed a protocol for using blood oxygen level dependent (BOLD) functional magnetic resonance imaging (fMRI) to image rodents with simultaneous DBS. DBS fMRI presents a number of technical challenges, including accuracy of electrode implantation, MR artifacts created by the electrode, choice of anesthesia and paralytic to minimize any neuronal effects while simultaneously eliminating animal motion, and maintenance of physiological parameters, deviation from which can confound the BOLD signal.&#160;Our laboratory has developed a set of procedures that are capable of overcoming most of these possible issues. For electrical stimulation, a homemade tungsten bipolar microelectrode is used, inserted stereotactically at the stimulation site in the anesthetized subject. In preparation for imaging, rodents are fixed on a plastic headpiece and transferred to the magnet bore. For sedation and paralysis during scanning, a cocktail of dexmedetomidine and pancuronium is continuously infused, along with a minimal dose of isoflurane; this preparation minimizes the BOLD ceiling effect of volatile anesthetics. In this example experiment, stimulation of the subthalamic nucleus (STN) produces BOLD responses which are observed primarily in ipsilateral cortical regions, centered in motor cortex. Simultaneous DBS and fMRI allows the unambiguous modulation of neural circuits dependent on stimulation location and stimulation parameters, and permits observation of neuronal modulations free of regional bias. This technique may be used to explore the downstream effects of modulating neural circuitry at nearly any brain region, with implications for both experimental and clinical DBS.

This protocol describes a standard method for simultaneous functional magnetic resonance imaging and deep brain stimulation in the rodent. The combined use of these experimental tools allows for the exploration of global downstream activity in response to electrical stimulation at virtually any brain target.

설치류에 동시 fMRI를 깊은 뇌 자극

In order to visualize the global and downstream neuronal responses to deep brain stimulation (DBS) at various targets, we have developed a protocol for ...

In vivo Optogenetic Stimulation of the Rodent Central Nervous System

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

In vivo Optogenetic Stimulation of the Rodent Central Nervous System

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

설치류 중추 신경계의 생체 Optogenetic 자극

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

Simultaneous Electrophysiological Recording and Micro-injections of Inhibitory Agents in the Rodent Brain

Here we describe a method for the construction of a single-use &#8220;injectrode&#8221; using commercially accessible and affordable parts. A probing system was developed that allows for the injection of a drug while recording electrophysiological signals from the affected neuronal population. This method provides a simple and economical alternative to commercial solutions. A glass pipette was modified by combining it with a hypodermic needle and a silver filament. The injectrode is attached to commercial microsyringe pump for drug delivery. This results in a technique that provides real-time pharmacodynamics feedback through multi-unit extracellular signals originating from the site of drug delivery. As a proof of concept, we recorded neuronal activity from the superior colliculus elicited by flashes of light in rats, concomitantly with delivery of drugs through the injectrode. The injectrode recording capacity permits the functional characterization of the injection site favoring precise control over the localization of drug delivery. Application of this method also extends far beyond what is demonstrated here, as the choice of chemical substance loaded into the injectrode is vast, including tracing markers for anatomic experiments.

Here, we craft a glass pipette with dual functions: inhibition of deep brain structures by microinjections of drugs and real-time monitoring of their effects through simultaneous electrophysiological recordings.

동시 전기 생리 녹화 및 설치류의 뇌에서 억제 에이전트의 마이크로 주사

Here we describe a method for the construction of a single-use &#8220;injectrode&#8221; using commercially accessible and affordable parts. A probing ...

Personalized Needles for Microinjections in the Rodent Brain

Microinjections have been used for a long time for the delivery of drugs or toxins within specific brain areas and, more recently, they have been used to deliver gene or cell therapy products. Unfortunately, current microinjection techniques use steel or glass needles that are suboptimal for multiple reasons: in particular, steel needles may cause tissue damage, and glass needles may bend when lowered deeply into the brain, missing the target region. In this article, we describe a protocol to prepare and use quartz needles that combine a number of useful features. These needles do not produce detectable tissue damage and, being very rigid, ensure reliable delivery in the desired brain region even when using deep coordinates. Moreover, it is possible to personalize the design of the needle by making multiple holes of the desired diameter. Multiple holes facilitate the injection of large amounts of solution within a larger area, whereas large holes facilitate the injection of cells. In addition, these quartz needles can be cleaned and re-used, such that the procedure becomes cost-effective.

We describe here a protocol for microinjection in the rodent brain that uses quartz needles. These needles do not produce detectable tissue damage and ensure reliable delivery even in deep regions. Moreover, they can be adapted to research needs by personalized designs and can be re-used.

쥐 두뇌에 있는 Microinjections에 대 한 개인화 된 바늘

Microinjections have been used for a long time for the delivery of drugs or toxins within specific brain areas and, more recently, they have been used to ...

Evaluation of Synapse Density in Hippocampal Rodent Brain Slices

In the brain, synapses are specialized junctions between neurons, determining the strength and spread of neuronal signaling. The number of synapses is tightly regulated during development and neuronal maturation. Importantly, deficits in synapse number can lead to cognitive dysfunction. Therefore, the evaluation of synapse number is an integral part of neurobiology. However, as synapses are small and highly compact in the intact brain, the assessment of absolute number is challenging. This protocol describes a method to easily identify and evaluate synapses in hippocampal rodent slices using immunofluorescence microscopy. It includes a three-step procedure to evaluate synapses in high-quality confocal microscopy images by analyzing the co-localization of pre- and postsynaptic proteins in hippocampal slices. It also explains how the analysis is performed and gives representative examples from both excitatory and inhibitory synapses. This protocol provides a solid foundation for the analysis of synapses and can be applied to any research investigating the structure and function of the brain.

A protocol for accurately identifying and analyzing synapses in hippocampal slices using immunofluorescence is outlined in this article.

시 냅 스 밀도 Hippocampal 설치류 두뇌 분할 영역에서의 평가

In the brain, synapses are specialized junctions between neurons, determining the strength and spread of neuronal signaling. The number of synapses is ...

Simultaneous Cryosectioning of Multiple Rodent Brains

Histology and immunohistochemistry are routine methods of analysis to visualize microscopic anatomy and localize proteins within biological tissue. In neuroscience, as well as a plethora of other scientific fields, these techniques are used. Immunohistochemistry can be done on slide mounted tissue or free-floating sections. Preparing slide-mounted samples is a time intensive process. The following protocol for a technique, called the Megabrain, reduced the time taken to cryosection and mount brain tissue by up to 90% by combining multiple brains into a single frozen block. Furthermore, this technique reduced variability seen between staining rounds, in a large histochemical study. The current technique has been optimized for using rodent brain tissue in downstream immunohistochemical analyses; however, it can be applied to different scientific fields that use cryosectioning.

Here, we present a protocol to freeze and section brain tissue from multiple animals as a timesaving alternative to processing single brains. This reduces staining variability during immunohistochemistry and reduces time cryosectioning and imaging.

여러 설치류 두뇌의 동시 Cryosectioning

Histology and immunohistochemistry are routine methods of analysis to visualize microscopic anatomy and localize proteins within biological tissue. In ...