Esta pesquisa foi financiada pelo National Institutes of Health (R03DC009339-02, NIDCD) e pela Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) Microsystems Tecnologia Office (OMP), sob os auspícios do Dr. Jack W. Judy (jack.judy @ darpa.mil) como parte do Programa de Tecnologia de confiança Neural, através do Espaço e Naval Warfare Systems Command (SPAWAR) Systems Center (SSC) do Pacífico concessão n º N66001-11-1-4013.

1. Configure o Instrumento Eletroquímica <ol><li> Instrumentação eletroquímica como uma Autolab Methrohm PGSTAT (Utrecht, NL) é necessária para o EIS, CV e Rejuvenescimento. O FRA2 add-on permite EIS, eo canal multiplexador (MUX) add-on é útil para testar multi-canal eletrodos. </li><li> Construir um adaptador para conectar o headstage canal ao MUX headstage. </li><li> Faça as conexões. Ligue o trabalho e eléctrodos sensores para o canal MUX, e ligar a referência e os eléctrodos do contador para a parte do adaptador de headstage ligada ao circuito de retorno da corrente, tipicamente um parafuso de osso implantado em aço inoxidável ou titânio. </li></ol> 2. Espectroscopia de Impedância Elétrica <ol><li> Inicie o Resposta de Freqüência Analisador de software (FRA), e verificar as configurações de arquivo de procedimento. O procedimento deve ser definido para testar dois multi-seno ondas cada um consistindo de 15 senos simultaneamente que variam de 10 Hz a 30kHz. A tensão aplicada deve ser de 25 mV ou menos (ver métodos suplementares). </li><li> Abrir e editar o arquivo de projeto. O projeto utiliza o arquivo de Processo, percorre cada canal, e salva o resultado (ver métodos complementares). </li><li> Ligue assunto animal com um headstage (sem amplificadores) passiva. Headstages ativos não vai passar sinais de entrada. </li><li> Execute o arquivo do projeto. Cada canal tem dezenas de segundos dependendo das configurações. </li><li> Apresentar e interpretar resultados. Analisar os arquivos de texto de saída com MATLAB (Natick, MA), e faça um gráfico de Nyquist. Um semicírculo em freqüências mais altas indica uma resposta do tecido. </li></ol> 3. Voltametria Cíclica <ol><li> Inicie o General Purpose Eletroquímica Sistema de software (GPES), e verificar as configurações de arquivo de procedimento. O procedimento deve ser ajustado para varrer a tensão a 50 mV / s, dentro dos limites de hidrólise que se situa entre 0,8 e -0,6 V para típicos materiais de eléctrodo neurais (Pt,IR, IROX). Pelo menos três scans deve ser executado para que o sistema atinja o equilíbrio. Os resultados da digitalização final são guardados (ver métodos suplementares). A velocidade de varrimento pode ser aumentada para 1 V / s para reduzir o tempo de medição, no entanto, a forma da curva IV irá provavelmente mudar se a velocidade de varrimento é mais rápido do que as reacções de transferência de carga que ocorrem na interface tecido-eléctrodo. </li><li> Abrir e editar o arquivo de projeto. O projeto utiliza o arquivo de Processo, percorre cada canal, e salva o resultado (ver métodos complementares). </li><li> Ligue assunto animal com um headstage passiva. </li><li> Execute o arquivo do projeto. Cada canal tem cerca de três minutos, dependendo da configuração. Aumentando a velocidade de varrimento para 1 V / s reduz o tempo de medição para cerca de dez segundos por canal. </li><li> Apresentar e interpretar resultados. Analisar os arquivos de texto de saída com MATLAB, e traçar a relação IV. A carga de capacidade de carga é quantificada por integração da áreada corrente catódica dentro do CV. </li></ol> 4. Rejuvenescimento <ol><li> Inicie o General Purpose Eletroquímica Sistema de software (GPES), e verificar as configurações de arquivo de procedimento. Usando as etapas e método Sweeps, o procedimento deve ser definido para a etapa a tensão para 1,5 V para uma duração de 4 segundos (ver métodos complementares). </li><li> Abrir e editar o arquivo de projeto. O projeto utiliza o arquivo de Processo, percorre cada canal, e salva o resultado (ver métodos complementares). </li><li> Ligue assunto animal com um headstage passiva. </li><li> Execute o arquivo do projeto. Cada canal leva cerca de dez segundos. 4.5) Coleta de dados do EIS e CV e interpretar resultados. </li></ol> 5. Os resultados representativos Um fluxo de trabalho típica, incluindo gravações, de EIE, CV e rejuvenescimento, é mostrado na figura 1. Gravações e EIS são coletados com maior freqüência (diária ou semanal) em todos os canais, enquanto CV erejuvenescimento pode ser usado se spiking actividade já não é detectável. Mudanças de EIE, ao longo de dias ou semanas após a um eléctrodo é implantado. Quando EIS dados são apresentados como uma trama de Nyquist, um semicírculo a frequências mais elevadas (próximo da origem) é indicativo da resposta do tecido no local da eléctrodo (Fig. 2). CV produz uma curva de corrente-tensão (IV), mostrando algumas histerese. O mais relevante estatística CV é a carga a capacidade de suporte, a área dentro da curva IV normalizado pela área local do eléctrodo (Fig. 3 um). Eletrodos com grande capacidade de carga são os preferidos para micro-estimulação. Durante rejuvenescimento um pulso de tensão é aplicada, que geralmente resulta em aumento da capacidade de carga e diminuição da magnitude da impedância (Fig. 3a e b). Spiking também pode ser restaurado em canais que anteriormente tinham picos (Figura 4a). Enquanto rejuvenescimento tem apenas efeitos de curto prazo sobre impedância e sinal-para-nãoise (SNR), esta técnica pode ser aplicada diariamente. Figura 4b e c mostra diariamente pré e pós-rejuvenescimento-1 magnitude da impedância kHz e dados SNR para uma matriz de canal 16 implantado em cobaia córtex. Rejuvenescimento tem um efeito na redução da robusta 1 magnitude da impedância kHz por uma ordem de magnitude após cada aplicação. Como um resultado de sinais recuperados e inferior de impedância, a SNR aumenta após cada sessão de rejuvenescimento. Em última análise, todos os sinais foram perdidos após 160 dias após o implante e rejuvenescimento já não era eficaz. <img src="/files/ftp_upload/3566/3566fig1.jpg" alt="A Figura 1" /> Figura 1. EIS é medida após cada sessão de gravação. Se não houver picos são registrados em um canal que já teve picos, e EIS mostra um componente grande de tecido que tem aumentado ao longo do tempo, em seguida, CV e rejuvenescimento são julgados neste canal. EIS e gravações são então usados ​​para determinar se o tratamento foi bem sucedida. Figura 2. Dados EIS exibidos em um gráfico de Nyquist de um local do eletrodo imediatamente após o implante (azul), e 4 meses depois (verde). Cada ponto no gráfico de Nyquist representa a impedância real e imaginário em uma única freqüência. Um semicírculo parcial devido ao tecido em torno do local é evidente em freqüências mais altas. <img src="/files/ftp_upload/3566/3566fig3.jpg" alt="A Figura 3" /> Figura 3. CV e EIS mudanças de um eletrodo implantado irídio óxido de pré-e pós-rejuvenescimento. (A) Rejuvenescimento aumenta a área da curva de IV correspondente a uma carga aumentada capacidade de carga. (B) Uma mudança significativa na specra impedância para baixar os níveis de impedância é geralmente observada após rejuvenescimento. <img src="/files/ftp_upload/3566/3566fig4.jpg" alt="A Figura 4" /> Figura 4. Effects de tensão de polarização em gravações e impedância. (A) pré-e pós-rejuvenescimento gravações mostram picos podem ser recuperados em canais que tinham sido previamente silenciosa. Diário pré e pós-rejuvenescimento resulta em uma queda de (B) robusto em 1 kHz e magnitude da impedância (C) aumento da SNR para aproximadamente 150 dias após a cirurgia. Barra de erros representam erro padrão a partir de dados coletados a partir de um conjunto de 16 canais implantados no córtex cobaia.

<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>

Não há conflitos de interesse declarados.

Sistemas de gravação Neurais protéticos exibir uma vida limitada funcional, capacidade de gravação diminui com o tempo pós-implantação. O contribuinte provável que o desempenho diminuir é a resposta do tecido reativo ao dispositivo implantado como uma camada compacta glial funcionalmente isola o objeto estranho do tecido saudável 1. Junto com a gravação neural, as medidas eletroquímicas (EIS e CV) são normalmente utilizados para o monitoramento longitudinal da interface eletrodo-tecido 2,3. EIS é praticamente útil na avaliação da capacidade de gravação de interface. A impedância aumenta rapidamente com o tempo pós-implantação sugerindo a resposta do tecido reactivo altera as propriedades eléctricas do interface de 3. Além disso, os dados de EIE pode ser utilizado para modelar a composição celular adjacente ao eléctrodo implantado 3-5. Voltametria cíclica pode ser usado para investigar alterações em gravações e EIS. O electrode material e rugosidade, bem como as reacções electroquímicas e do tecido circundante influenciar a forma da curva de IV. Carga grande capacidade de carga, determinada a partir da área da curva de IV, é geralmente preferido, especialmente para a estimulação de micro-eléctrico. Baixa capacidade de carga é freqüentemente associada com o aumento EIS. O potencial aplicado durante o CV pode-se alterar a capacidade de carga e EIS, especialmente se a faixa de tensão é grande o suficiente para conduzir reações redox. A aplicação de tensão de polarização, rejuvenescimento, ou, pode ser utilizado com a finalidade de aumentar a capacidade de suporte carga, diminuindo impedância, e aumentando o número dos canais com picos gravados 5. A oxidação é provável que ocorre na interface do eléctrodo durante rejuvenescimento, e com materiais de irídio, uma monocamada de óxido hidratado forma a potenciais anódica de 1,2 V 6. Tem sido sugerido que a formação deste monocamada celular pode remover e acelmaterial de intracelular ligado ao eléctrodo de resultando em menor impedância no 5 interface. Enquanto rejuvenescimento pode recuperar perdido sinais neurais, é mais eficaz se for utilizado em canais que anteriormente tinham picos dentro de alguns dias antes. Gravações, EIS, cv, e rejuvenescimento pode melhor ser utilizados como ferramentas complementares no controlo da interface neural e melhorar a funcionalidade a longo prazo de dispositivos implantados.

<table border="1"><tbody><tr><td> Equipamento </td><td> Companhia </td><td> Número de catálogo </td><td> Comentários </td></tr><tr><td> Instrumento Eletroquímica </td><td> Metrohm Autolab </td><td> PGSTAT128N </td><td> add-ons: FRA2, canal MUX </td></tr><tr><td> Headstage passiva </td><td> Tucker-Davis Technologies </td><td></td><td> modelo depende do conector e quantidade de canais </td></tr><tr><td> 26 pinos conector fêmea </td><td> AMP </td><td> 5749069-2 </td><td> Adaptador Headstage Ou conector apropriado para o seu substituto headstage </td></tr><tr><td> Jacks Banana </td><td> Digikey </td><td> J151-ND </td><td> Adaptador Headstage O canal Autolab MUX tem fichas de banana </td></tr></tbody></table>

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

Espectroscopia de impedância elétrica (EIS) e voltametria cíclica (CV) propriedades de medida da interface eletrodo-tecido sem adicionais procedimentos invasivos, e pode ser usado para monitorar o desempenho do eletrodo a longo prazo. EIS mede impedância elétrica em múltiplas freqüências, e aumentos de impedância indicam a formação de cicatriz glial aumentou em torno do dispositivo, enquanto voltametria cíclica mede a carga a capacidade de suporte do eletrodo, e indica a carga é transferida em diferentes níveis de tensão. Como eletrodos implantados idade, EIS e CV alteração de dados e sites de eléctrodos que previamente gravados neurônios spiking muitas vezes apresentam eficácia significativamente menor para a gravação neural. A aplicação de um impulso de tensão breve para conjuntos de eléctrodos implantados, conhecidos como rejuvenescimento, podem trazer de volta spiking actividade em caso contrário, sítios de eléctrodos de silêncio por um período de tempo. Rejuvenescimento altera EIS e CV, e pode ser monitorado por estes métodos complementares. Tipicamente, DIA é medido diariamente como uma indicação da resposta do tecido no local do eléctrodo. Se picos estão ausentes em um canal que anteriormente tinha picos, em seguida, CV é usado para determinar a capacidade de transporte de carga do local do eléctrodo, e rejuvenescimento pode ser aplicado para melhorar a eficácia de interface. CV e EIS são então repetidos para verificar as mudanças na interface eletrodo-tecido, e as gravações neurais são coletados. O objetivo geral do rejuvenescimento é a prolongar a vida funcional de matrizes implantadas.

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

A interface eletrodo-tecido de eletrodos de registro neurais podem ser caracterizados com espectroscopia de impedância elétrica (EIS) e voltametria cíclica (CV). Aplicação de capacidade de gravação de tensão de polarização alterações das propriedades eletroquímicas da interface eletrodo-tecido e pode melhorar. Tensão de polarização, EIS, CV, e gravações neurais são complementares.

Tensão de polarização, voltametria cíclica, espectroscopia de impedância elétrica e para Interfaces Neurais

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

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24.4K visualizações.  Purdue University. A interface eletrodo-tecido de eletrodos de registro neurais podem ser caracterizados com espectroscopia de impedância elétrica (EIS) e voltametria cíclica (CV). Aplicação de capacidade de gravação de tensão de polarização alterações das propriedades eletroquímicas da interface eletrodo-tecido e pode melhorar. Tensão de polarização, EIS, CV, e gravações neurais são complementares.

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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.

Pré-sináptica de dopamina Dynamics em fatias de cérebro estriado com Fast-scan voltametria cíclica

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 ...

Neurociência

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.

Detecção de hipóxia microrregional no Cortex Cerebral mouse por imagem de dois fótons de fluorescência endógena NADH

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.

Reprodutível mouse esmagamento do nervo ciático e subsequente avaliação de Regeneração por Análise Whole Mount muscular

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.

Laser Nanocirurgia de cerebelo axônios<em&gt; In Vivo</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).

Avaliação da função neuromuscular Usando percutânea Estimulação Elétrica Nervosa

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.

Modelagem de Dados de Voltammetria Cíclica de Dados Rápidos de Dados de Neurotransmissão de Dopamina Estimulados Eletricamente Usando 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 ...

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.

Método eletrofisiológico para gravações de tensão de célula inteira de<em&gt; Drosophila</em&gt; Fotorreceptores

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.

Aumento Time-dependente na resposta da rede à estimulação de culturas de pilha neuronais em matrizes do micro-elétrodo

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.

Gravações simultâneas de potenciais de campo corticais Local, eletrocardiograma, eletromiograma e respirar o ritmo de um rato andando livremente

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.

Gravação ótica do único-fóton do largo-campo em fatias do cérebro usando a tintura tensão-sensível

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