Os autores agradecem a C. Rodrigo de assistência técnica especializada. Agradecemos S. Köhler (Centro de Imagem avançada, Heinrich Heine University Duesseldorf) para obter ajuda na produção de vídeo. Pesquisa no laboratório do autor foi financiado pela Associação Alemã de Pesquisa (DFG: Ro 2327 / 8-1 para CRR), a Universidade Heinrich Heine Duesseldorf (a NH) e pelo National Institutes of Health conceder R01NS032123 (a MC).

<ol>
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W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bicarbonate-dependent+changes+of+intracellular+sodium+and+pH+in+identified+leech+glial+cells.">Bicarbonate-dependent changes of intracellular sodium and pH in identified leech glial cells.</a> Pflugers Arch. 420, 584-589 (1992).</li><li>Lux, H. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fast+recording+ion+specific+microelectrodes:+their+use+in+pharmacological+studies+in+the+CNS.">Fast recording ion specific microelectrodes: their use in pharmacological studies in the CNS.</a> Neuropharmacology. 13, 509-517 (1974).</li><li>Nicholson, C., Phillips, J. 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The authors declare no competing interests.

Líquido à base de transportadora, eletrodos íon-seletivo têm sido empregados com sucesso por décadas e por muitos íons, sensores altamente específicas estão disponíveis 22-26. Quando usado no espaço extracelular (ECS) de preparações de cérebro de vertebrados, deve-se ter em mente, no entanto, que esta é uma técnica bastante invasivos: enquanto a largura da ECS é apenas cerca de 20-50 nm, o diâmetro de íon-seletivo microeletrodos é cerca de 1 um (eletrodos dois canos) ou maiores (eletrodos concêntricos). As pontas de microeletrodos íon-seletivo, assim, não só irá danificar o tecido durante o seu empalamento do tecido, mas também ampliar o ECS, favorecendo uma subestimação dos transientes de íon. Apesar dessas armadilhas, transientes de iões extracelulares em resposta à atividade neuronal são notavelmente consistentes entre os diferentes laboratórios de 7,8, que atestam a confiabilidade desse método. O desempenho e adequação dos eletrodos íon-seletivoé dependente da sua sensibilidade e selectividade, que é definida pelo sensor de cocktail (&#39;ionóforo membrana líquida&#39;) utilizado. Sensor cocktails conter uma molécula transportadora especial, por exemplo, valinomicina para K + microeléctrodos selectivos que apresenta uma elevada selectividade para a 27 potássio. Não obstante, a reactividade cruzada com outros iões podem ocorrer e deve ser testado. Valinomicina apresenta uma reactividade cruzada significativa nas pesquisas de amónio, que tem que ser considerado na interpretação dos resultados (por exemplo, 11,12). Além disso, porque a resposta de tensão dos ionóforos segue um comportamento Nernstiana (cf. equação 1), a relação sinal-ruído e limiar de detecção dependem da concentração do ião a ser medido. Assim, enquanto os pequenos [K +] o transientes evocar grandes variações de tensão contra a baixo da linha de base [K +] o, pequeno [Na +] o transientes são muito mais difíceis de detectar contra o oiGH basal [Na +] o (cf. Figura 5 e 6). O desempenho dos eléctrodos selectivos de iões também é determinada pela resolução temporal, o que é fortemente regulado por a sua constante de tempo eléctrica. O último é principalmente determinada pela resistência axial do sensor, e pela capacitância distribuída ao longo do comprimento da pipeta, entre as suas soluções internas e o fluido externo. Na configuração de cano duplo, a resistência é alta, devido à longa coluna de sensor de ião de enchimento. Para um dado dieléctrica isolante (neste caso, vidro de borosilicato), a capacitância é governada pela espessura dieléctrica. Em eléctrodos de dois canos, o dieléctrico largura eleva-se a parede de vidro da pipeta. Como o vidro thins perto da ponta, a largura dielétrico cai, e a capacitância aumenta. Esses fatores se combinam para produzir eletrodos com tempos de resposta que variam de várias centenas de milissegundos a váriossegundos, uma vez que estes factores são variados. Uma grande vantagem da concepção concêntrica é que tanto a resistência axial e a capacitância para o banho são grandemente diminuídos. As derivações de pipeta concêntricos maioria da resistência do permutador de iões utilizados no enchimento, deixando apenas um remanescente nos últimos poucos micrómetros antes da ponta. Além disso, a solução de enchimento no interior da pipeta concêntrica é fisicamente afastado do banho, separadas por a espessura de duas paredes de vidro, reduzindo grandemente a capacitância. 10 Como mostrado anteriormente, o efeito combinado da reduzida resistência e capacitância é uma melhoria na resolução temporal de duas ordens de grandeza. No caso de concêntricos de Ca2 + e do pH micro-eléctrodos, os tempos de resposta de 90% foram tão baixas como 10 10-20 ms. Uma vantagem relacionada com o desenho do concêntrico é o nível de ruído mais baixo (ver Figura 8). Devido à resistência muito reduzida, transitórios de tensão a partir de qualquer ambient de ruído são minimizados. Além disso, a recuperação a partir de tais transientes é rápida, devido à constante de tempo rápido. Tais artefatos são, portanto, pequeno e rápido, e têm um efeito menos prejudicial em gravações fisiológicas (cf. Figura 8). Existem também desvantagens da técnica concêntrica. Em primeiro lugar, a sua montagem é mais complexo e demorado. Uma segunda desvantagem é a necessidade de colocar um microeléctrodo de referência separado, com a sua ponta, o que implica a utilização de qualquer um micromanipulador separado ou uma dupla manipulador especializado. Finalmente, microeléctrodos duplos de cano pode ser estendido para um design triplo de cano, permitindo a detecção de duas espécies diferentes de iões, ao mesmo tempo 28, o que não é possível para os eléctrodos concêntricos. Armadilhas mais comuns Silanização ineficiente. O passo mais importante, e obstáculo principal a fabricação de qualquer líquido-sensou microeletrodos íon-seletivo com base é o procedimento silanização. Quando eléctrodos não conseguem responder a alterações na concentração de ião específico ou responder com uma resposta sub-Nernstiana (ou seja, bem inferior a 58 mV por diferença de concentração de dez vezes), fraca eficácia de silanização é tipicamente a causa. Em nossa experiência, isso pode ocorrer se a humidade atmosférica é muito alto ou muito baixo, típico de condições no auge do verão, ou inverno, respectivamente. Se for viável a exercer algum controlo sobre a humidade ambiente, estes problemas podem ser superados. Resistência do eléctrodo é demasiado elevada. Se necessário, a resistência do tambor sensível aos iões pode ser reduzida por biselamento. Para este fim, expor a sua dica para um forte jato de um abrasivo em suspensão na água por um par de segundos. Isto fará com que a sua ponta ao máximo para quebrar e diminuir a resistência ao valor desejado. Pontes de sal. Salpontes entre os barris de iões e os eléctrodos de referência resultar em mal ou-nada, portanto, responder e pode também confunde bastante o seu desempenho na calibração. Como mencionado acima (ver ponto 1.6.), Este é principalmente um problema quando o vidro teta de cano duplo é escolhido, mas é uma ocorrência rara quando se usa o deslocamento, a técnica de cano retorcido descrito aqui. Com facilidade de fabricação em mente, o design de cano duplo original da Lux 29 pode muitas vezes ser utilizado de forma lucrativa. Este método utiliza a pré-enchimento dos barris de iões e de referência com soluções salinas, uma rápida exposição a uma solução de silano por sua aspiração e expulsão a partir da ponta, a seguir, por incorporação de permutador de iões, também através da ponta (ver 30,31) . Estes eléctrodos podem ser fabricada em cerca de 10 minutos, mas o tamanho da ponta é, tipicamente, 4 mm ou mais e que são mais propensos a falhar durante um experimento. Em contraste, os métodos de silanização que envolvem a exposição ao vapor e calor silanoing pode produzir eletrodos com dicas menores que duram dias, e às vezes semanas. Tomados em conjunto, existem vários protocolos e aproxima-se sobre a forma de preparar micro-eléctrodos selectivos de iões. Aqui, descrevemos dois procedimentos principais para a fabricação de microeletrodos dois canos, bem como concêntricos torcidos que funcionam bem e de forma confiável em nossos laboratórios, com uma taxa de sucesso global de perto de 100%. Importante, estas técnicas podem ser transferidas para a medição de outras espécies, incluindo iões de cálcio ou de pH, e será igualmente aplicável a outras preparações do que o cérebro, incluindo cavidades cheias de líquido ou líquidos em geral. Por último, mas não menos importante, microeletrodos íon-seletivo permitir a determinação da concentração de íons no interior das células. Devido ao seu tamanho relativamente grande ponta (~ 1 mm), isto, no entanto, ser possível somente em células com um corpo de grandes células, por exemplo, tal como se encontra nas preparações de invertebrados 28,32.

An author's middle initial was omitted from the publication, <a href="http://www.jove.com/video/53058/double-barreled-concentric-microelectrodes-for-measurement">Double-barreled and Concentric Microelectrodes for Measurement of Extracellular Ion Signals in Brain Tissue</a>. The author&#39;s name has been updated to:
Christine R. Rose
from:
Christine Rose

A correction was made to Double-barreled and Concentric Microelectrodes for Measurement of Extracellular Ion Signals in Brain Tissue.

Erratum: Double-barreled and Concentric Microelectrodes for Measurement of Extracellular Ion Signals in Brain Tissue

Electrical signaling in the brain is based on the flux of ions across plasma membranes. Major ion movements into and from the extracellular space are not only mediated by passage through voltage-gated ion channels, but also by postsynaptic ionotropic receptors as well as ion transporters. Neuronal activity is thus accompanied by complex changes in the extracellular concentration of all major ions 1. For example, influx of sodium into neurons during excitatory activity has been shown to result in a decrease in the extracellular sodium concentration ([Na+]o) 2. The same holds true for the extracellular calcium concentration because calcium ions rapidly enter both pre- and postsynaptic structures 3. At the same time, potassium moves the opposite way and this mediates an increase in the extracellular potassium concentration ([K+]o) in the low mM range 4,5. Synaptic activity also causes changes in extracellular pH that are partly mitigated by concomitant glial membrane fluxes that change intraglial pH 6,7. These activity-related changes in extracellular ion concentrations have significant functional consequences. For example, even small increases in [K+]o depolarize neurons as well as glial cells thereby altering neuronal excitability, and several mechanisms exist to remove excess potassium 8. Failure of these may result in epileptiform activity of neurons or phenomena like spreading depression 1. 
Because of their critical importance, quantitative determination of extracellular ion concentrations is often necessary and required to understand the function and dysfunction of neural networks under physiological and pathophysiological conditions. For decades, double-barreled ion-selective microelectrodes have proven to be excellent tools for such measurements in brain tissue 9. For many ions, highly specific sensors with low cross-reactivity for other ions are available. In addition to the classical double-barreled electrodes, so-called concentric electrodes were recently introduced. The latter provide a superior time resolution, but take a little more time and effort to construct 10. 
In the following, we will describe the preparation and calibration of these two types of ion-selective microelectrodes. We then show how these electrodes can be employed in brain slice preparations for measurement of changes in [K+]o or [Na+]o induced by excitatory activity following different stimulation paradigms including bath and pressure application of drugs.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Abrasive&#160;&#160;</td>
			<td>MicroPolish&#160;</td>
			<td>Buehler GmbH</td>
			<td>Dissolved in A.dest</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Borosilicate-glass capillaries</td>
			<td>1405059</td>
			<td>Hilgenberg</td>
			<td>Application pipette; 75 mm x 2 mm, wall thickness 0.3 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Borosilicate glass capillaries with filament</td>
			<td>GC 150 F-15&#160;</td>
			<td>Clark Electromedical Instruments, Harvard Apparatus</td>
			<td>For the sensor of double-barreled microelectrodes&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Borosilicate glass capillaries with filament</td>
			<td>GC100-F-15</td>
			<td>Clark Electromedical Instruments, Harvard Apparatus</td>
			<td>For the reference of double-barreled microelectrodes&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Borosilicate glass capillaries with filament</td>
			<td>GB-200TF-15&#160;</td>
			<td>Science Products</td>
			<td>Concentric, outer channel. o.d. 2.0 mm&#160;&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Borosilicate glass capillaries with filament</td>
			<td>GB-120TF-10</td>
			<td>Science Products</td>
			<td>Concentric, inner channel. o.d. 1.2 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Digidata</td>
			<td>1322A</td>
			<td>Axon Instruments</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electrometer amplifier with headstage</td>
			<td></td>
			<td>Custom-made</td>
			<td>Rin = 10T&#937; and Ibias=50fA-1pA (commercially available&#160; alternatives: e. g. Dagan IX2-700, with headstage (10 Gig feedback resistor) or EPMS-07, NPI, Tamm, Germany)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Experimental chamber</td>
			<td></td>
			<td>Custom-made</td>
			<td>Commercially available from e.g.&#160; Warner Instruments,USA;&#160; Scientifica, UK</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Furnace</td>
			<td></td>
			<td>Heraeus</td>
			<td>Must stay constant at 200&#176;C</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hard sticky wax / dental wax&#160;</td>
			<td>Deiberit 502&#160;</td>
			<td>Siladent Dr. Boehme &#38; Schoeps GmbH</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hot plate</td>
			<td></td>
			<td>Custom-made</td>
			<td>Must stay constant at 40&#176;C</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microelectrodes holder made of plexiglas</td>
			<td></td>
			<td>Custom-made</td>
			<td>Double-barreled: o.d.&#160; capillaries 1.5 mm, concentric: o.d.&#160; capillaries 2 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micromanipulator</td>
			<td></td>
			<td>Leitz</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micromanipulator</td>
			<td>MD4R</td>
			<td>Leica</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stereo microscope</td>
			<td>M205C</td>
			<td>Leica</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Objective</td>
			<td>Plan 0.8xLWD</td>
			<td>Leica</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pipette puller</td>
			<td>Model PP-830</td>
			<td>Narishige</td>
			<td>Concentric microelectrodes&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pipette puller</td>
			<td>Model P-97</td>
			<td>Sutter Instruments&#160;</td>
			<td>Sensor of concentric microelectrodes&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pneumatic drug ejection system</td>
			<td>Picospritzter Type II</td>
			<td>General Valve TM Corporation</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Travel dovetail stage</td>
			<td>DT 25/M</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Two-component glue</td>
			<td>&#160;Araldite</td>
			<td>Huntsman advanced materials GmbH</td>
			<td>One may also use a small stripe of aluminum foil to stick the capillaries together&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silverwire</td>
			<td>99.9%&#160;</td>
			<td>Wieland Edelmetalle</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Slicer / Vibratome</td>
			<td>Microm HM 650 V</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Software</td>
			<td>AxoScope 8.1&#160;</td>
			<td>Axon Instruments</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vertical puller&#160;</td>
			<td>Type PE-2</td>
			<td>Narishige Scientific Instruments</td>
			<td>With a revolvable chuck for&#160; double-barreled microelectrodes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>x/y translational stage</td>
			<td></td>
			<td>Custom-made</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Name of Compound</td>
			<td>Company</td>
			<td>Catalog Number</td>
			<td>Comments/Description</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1(S),9(R)-(&#8722;)-Bicuculline methiodide</td>
			<td>Sigma aldrich</td>
			<td>14343</td>
			<td>Competitive antagonist of GABAA receptors (light-sensitive); CAUTION toxic</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CNQX</td>
			<td>Sigma aldrich</td>
			<td>C-127</td>
			<td>AMPA/kainate receptor antagonist; CAUTION toxic</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dimethyl sulfoxide (DMSO)</td>
			<td>Sigma aldrich</td>
			<td>D5879</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DL-AP5</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>J64210</td>
			<td>NMDA receptor antagonist; CAUTION toxic</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hexamethyldisilazane (HMDS)</td>
			<td>Sigma aldrich</td>
			<td>440191</td>
			<td>CAUTION: Flammable, acute toxicity (oral, dermal, inhalation) and corrosive to metals and skin</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>L-Aspartic acid</td>
			<td>Sigma aldrich</td>
			<td>A9256</td>
			<td>Activates NMDA and non-NMDA and EAATs</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>L-Glutamic acid monosodium salt hydrate</td>
			<td>Sigma aldrich</td>
			<td>G1626</td>
			<td>Activates NMDA-R, AMPA-R, QA-R and KA-R),&#160; mGluRs and EAATs</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potassium ionophore I - cocktail B</td>
			<td>Fluka&#160;</td>
			<td>60403</td>
			<td>Based on valinomycin; CAUTION toxic</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium ionophore II - cocktail A</td>
			<td>Fluka&#160;&#160;</td>
			<td>71178</td>
			<td>Based on ETH 157</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TTX</td>
			<td>Ascent Scientific</td>
			<td>Asc-055</td>
			<td>Inhibitor of voltage-dependent Na+ channels; CAUTION toxic</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Water, ultra pure</td>
			<td>Sigma aldrich</td>
			<td>W3500&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

double-barreled and concentric microelectrodes for measurement of extracellular ion signals in brain tissue

Electrical activity in the brain is accompanied by significant ion fluxes across membranes, resulting in complex changes in the extracellular concentration of all major ions. As these ion shifts bear significant functional consequences, their quantitative determination is often required to understand the function and dysfunction of neural networks under physiological and pathophysiological conditions. In the present study, we demonstrate the fabrication and calibration of double-barreled ion-selective microelectrodes, which have proven to be excellent tools for such measurements in brain tissue. Moreover, so-called &#8220;concentric&#8221; ion-selective microelectrodes are also described, which, based on their different design, offer a far better temporal resolution of fast ion changes. We then show how these electrodes can be employed in acute brain slice preparations of the mouse hippocampus. Using double-barreled, potassium-selective microelectrodes, changes in the extracellular potassium concentration ([K+]o) in response to exogenous application of glutamate receptor agonists or during epileptiform activity are demonstrated. Furthermore, we illustrate the response characteristics of sodium-sensitive, double-barreled and concentric electrodes and compare their detection of changes in the extracellular sodium concentration ([Na+]o) evoked by bath or pressure application of drugs. These measurements show that while response amplitudes are similar, the concentric sodium microelectrodes display a superior signal-to-noise ratio and response time as compared to the double-barreled design. Generally, the demonstrated procedures will be easily transferable to measurement of other ions species, including pH or calcium, and will also be applicable to other preparations.

<html> Para monitorar [K +] o e modificações das mesmas, em resposta a actividade excitatória, um microeléctrodo de cano duplo de potássio-selectivo foi inserido no estrato radiante de CA1 área. Poucos minutos depois empalação, o barril selectivo de iões do eléctrodo alcançado uma linha de base estável (Figura 7A), que corresponde a uma [K +] o de cerca de 2,8 mm, um valor perto da [K +] do ACSF utilizado ( 2,5 mM). Aplicação do banho de glutamato 0,5 mM durante 10 seg induziu um aumento reversível na [K +] o por cerca de 4 mm, seguida por uma subestimativa abaixo da linha de base no valor de ~ 0,7 mM (Figura 7A). A redução da concentração de glutamato a 0,4, 0,3, e 0,2 mM provocou uma redução correspondente na amplitude de ambos o aumento transitório e a subestimativa em [K +] o (Figura 7A). oad / 53058 / 53058fig7.jpg &quot;/&gt; Figura 7. transientes extracelular de potássio em resposta a actividade excitatória. (A) [K +] o transientes, que consiste em um aumento seguido por uma subestimativa abaixo da linha de base, induzida por aplicação de banho de diferentes concentrações de glutamato durante 10 seg, como indicado. (B) Influência de uma perfusão com bloqueadores de receptores de glutamato (100 ^ M, CNQX; APV, 100 uM) e tetrodotoxina (TTX; 0,5 uM) em [K +] o transientes induzida por aplicação de banho de glutamato 0,5 mM, durante 10 seg. (C) espontânea [K +] o transientes na presença de 0mg 2+ / BIC. Experimentos mostrados na AC foram realizadas utilizando eletrodos de dois canos. Para fins de ilustração, os traços foram suavizadas com um filtro Sawitzky-Golay (largura 20). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53058/53058fig7large.jpg" target="_blank">Por favor, cl</a>ick aqui para ver uma versão maior desta figura. Experiências anteriores mostraram que tais [K +] sinais de o induzida por glutamato não são alterados de forma significativa durante a aplicação da TTX, e são, portanto, em grande parte independente sobre a abertura de canais de sódio voltagem-dependentes e ação neuronal potencial de geração de 15,16. Para estudar os mecanismos subjacentes às observadas [K +] o mudanças em resposta ao glutamato, aplicou-se bloqueadores de receptores de glutamato, ou seja, CNQX (100 uM; bloqueador de receptores AMPA) e APV (100 uM; bloqueador de receptores de NMDA) na presença de TTX (0,5 ^ M). Após a perfusão de banho com esses bloqueadores, induzida por glutamato [K +] o mudanças foram praticamente abolidas, confirmando a sua dependência em relação à abertura de canais de receptores de glutamato ionotrópicos como relatado anteriormente (por exemplo, 17; Figura 7B). Para demonstrar ainda mais o tele relevância glutamatérgica de excitação para a geração de matriz extracelular [K +] sinais, fatias foram perfundidos com solução salina nominalmente Mg2 + -livre contendo 10 uM metiodeto de bicuculina (2+ 0mg / BIC). Isto alivia a tensão dependente de Mg2 + de receptores NMDA -bloco e atenua a inibição bloqueando os receptores de GABA A, fazendo com que a actividade epileptiforme recorrente espontânea na rede (por exemplo, 18,19). Como esperado 20, espontâneo, recorrente [K +] o transientes, no valor de cerca de 1,5 mM foram detectados em 0mg 2+ / salina BIC (Figura 7C). Entre essas respostas, menor [K +] o transientes com uma amplitude média de cerca de 0,2 mM ocorreu (Figura 7C). Em um segundo conjunto de experimentos, usamos [Na +] microeletrodos sensíveis ao determinar [Na +] • mudanças evocadas pela aplicação deagonistas de glutamato. Aqui, nós também comparou as características de resposta de microeletrodos de cano duplo e concêntricas que empregam dois paradigmas de aplicação diferentes. [Na +] microeléctrodos sensíveis ao foram posicionados no stratum radiatum, a uma profundidade de cerca de 50 uM. Depois de uma linha de base estável foi alcançado, o agonista de glutamato L-aspartato foi aplicado por perfusão de banho (10 mM, 120 sec, banho de perfusão a 2,5 ml / min). Como observado anteriormente 21, a aplicação de aspartato causou uma diminuição lenta na [Na +] o por cerca de 15 mM, que durou cerca de 5 minutos e, em seguida, começou a se recuperar de volta à linha de base (Figura 8A). Nomeadamente, enquanto as amplitudes de pico e a cinética dos sinais de [Na +] o determinado por ambos os eléctrodos eram virtualmente idênticos sob estas condições, os eléctrodos concêntricos exibiu uma linha de base mais estável e um nível de ruído mais baixo (Figura 8A). Para testar o r<html> esposta características dos diferentes eléctrodos sob um paradigma aplicação mais rápida, que o glutamato-pressão aplicada por meio de uma pipeta de vidro fina posicionada no estrato radiante a uma distância de 20-40 uM a partir da ponta do microeléctrodo selectivo de iões. Como esperado 21, a aplicação de glutamato (10 mM) durante 200 ms causou uma queda no [Na +] o (Figura 8B). As amplitudes de pico de [Na +] O decréscimo estavam no mesmo intervalo para ambos os tipos de eléctrodos (cano duplo: 4,5 - 13,5 mM, n = 14; concêntrica: 2,0 - 19,1 mm, n = 15). No entanto, em contraste com os resultados obtidos com a perfusão de banho lento (ver acima), não só a relação de sinal-para-ruído, mas também do curso de tempo dos sinais de [Na +] o detectados pelos dois tipos de eléctrodos diferiram significativamente. O tempo médio de pico foi de 3,5 seg para a apenas 1,3 seg de cano duplo e para os micro-eléctrodos concêntricos. homólogos ve_content &quot;&gt; Assim, estes resultados demonstram e confirmam a cinética de resposta mais rápidos de Na + microeléctrodos selectivos duplos de cano concêntricos vs, (cf. Figura 6C e 8B), como também foi observado por Ca2 + e pH selectivos 10 . Em contraste com o estudo anterior, em que a estimulação sináptica curto-burst foi realizada para evocar transientes de iões rápido induzidas-sinapticamente, houve apenas uma tendência, mas não houve diferença significativa em amplitudes de pico médias entre eléctrodos concêntricos e dois canos com a nossa aplicação paradigma. Isto foi provavelmente devido ao facto de a distância da pipeta de aplicação a partir da ponta do microeléctrodo selectivo de iões variou por um factor de dois (20-40 uM), e, consequentemente, que a concentração máxima de glutamato na região alvo não foi a mesma em diferentes experiências, obstruindo qualquer diferença existente em amplitudes de pico. (A) Top traça: Mudança na voltaGE dos barris de referência (VREF) de um eléctrodo de cano duplo (traço pontilhado preto) e um eléctrodo concêntrico (cinzento traços) em resposta a alterações na concentração do banho de Na + ([Na +] b) como indicado. Note-se que as respostas de tensão de ambos os eléctrodos são virtualmente idênticas. Traços inferiores: Alterações na tensão da Na + -potential (V Na +) de um eléctrodo de cano duplo (traço preto) e um eléctrodo concêntrico (cinzento traços) em resposta a alterações na [Na +] b. (B) parcelas Half-logarítmicas de [Na +] b versus o V Na + de ambos os eletrodos. Parcelas lineares dos dados revelam uma inclinação de cerca de 48 mV para ambos os eléctrodos. (C) Resposta da V Na + de uma (traço preto) de cano duplo e um eletrodo concêntrico (cinza trace) para uma rápida mudança na [Na +] b de 152 mm para 70 mm. Note-se que o tempo de resposta do eléctrodo concêntrica é significativamente FASter. Para fins de ilustração, os traços foram suavizadas com um filtro Sawitzky-Golay (largura 20). <img alt="Figura 8" src="/files/ftp_upload/53058/53058fig8.jpg" /> Figura 8: transientes de sódio extracelulares como detectado por eletrodos de cano duplo e concêntricos. (A) alterações transitórias da V ref e [Na +] o induzida por perfusão banho com 10 mM aspartato, durante 120 segundos, como indicado pelo bar. Os traços superiores mostram uma gravação executada com um eléctrodo de cano duplo, os traços inferiores foram registados utilizando um eléctrodo concêntrica. (B) as alterações transitórias em V ref e [Na +] O induzidas por aplicação local de pressão com glutamato 10 mM durante 0,2 segundos, tal como indicado pela seta. Os traços superiores mostram uma gravação executada com um eléctrodo de cano duplo, os traços inferiores foram registados utilizando um eléctrodo concêntrica.Linhas vermelhas pontilhadas representam ajustes lineares de o período entre o início do sinal para o seu máximo. Note-se que o tempo de resposta do eléctrodo concêntrica é significativamente mais rápido sob esta condição. Para fins de ilustração, os traços foram suavizadas com um filtro Sawitzky-Golay (largura 20). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53058/53058fig8large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>

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Double-barreled and Concentric Microelectrodes for Measurement of Extracellular Ion Signals in Brain Tissue

We demonstrate the fabrication, calibration and properties of two types of ion-selective microelectrodes (double-barreled and concentric) for measurement of ion concentrations in brain tissue. These are then used in the mouse hippocampal slice preparation to show that excitatory activity changes both extracellular potassium and sodium concentrations.

Microeletrodos de cano duplo e concêntricos para a medição de Extracelular Ion Signals no tecido cerebral

Electrical activity in the brain is accompanied by significant ion fluxes across membranes, resulting in complex changes in the extracellular ...

double-barreled-concentric-microelectrodes-for-measurement

Research

JoVE Journal

Neuroscience

13.4K visualizações.  Heinrich Heine University Düsseldorf. We demonstrate the fabrication, calibration and properties of two types of ion-selective microelectrodes (double-barreled and concentric) for measurement of ion concentrations in brain tissue. These are then used in the mouse hippocampal slice preparation to show that excitatory activity changes both extracellular potassium and sodium concentrations. 