1 R21NS057718-01 NIH tarafından desteklenen oldu.

1. Bu hayatta olmayan bir ameliyat. Ilk adım elektrotlar implantasyonu. Bu örnekte her iki yarımkürede de birincil somatosensoriyel korteks forepaw bölgelerde, elektrotlar implante edilebilir. <ol><li> Anestezisi izofluran% 2 ile sıçan (erkek SD sıçan, 200-300 g) ve stereotaktik cerrahi sistemi yerleştirin düzeltmek. Ameliyat başlamadan önce, hayvan anestezi iyi olduğundan emin olmak ve bir ayak tutam herhangi bir tepki sergiliyor. Kafa derisi açmadan önce kürk çıkarın. Ayrı bir kafatası üzerinde kas ve diğer doku ve kemik yüzeyi cauterizer kullanarak herhangi bir kanama engellemek. </li><li> Diş çimento kullanarak, kafatası yüzeyi (orta hatta anterior V-şekilli kavşak yakınında) implante elektrot mili için bir fiksasyon noktası olarak bir iskele hazırlayın. Kemiğe diş çimento uygulamadan önce küçük bir naylon vida seti ayarlanması istikrarı artırabilir. Çimento ile şekillenen İskelenin boyutu tabanı (bkz. Şekil 1) yer alan, yaklaşık 5 mm yüksekliğinde ve 3 x 5 mm 2 olmalıdır . </li><li> Ince uçlu bir elektrikli matkap kullanarak, kafatası dikkatlice açın ve her yarımkürenin birincil somatosensoriyel korteks forepaw temsil üzerinde dura maruz. Konumlandırılmış ön 1 mm ve 4 mm bregma yanal, her deliğin çapı 1 mm civarında olmalıdır. Mikroskop altında, herhangi bir damar zarar vermemek için dikkatli olmak, dura bir şırınga iğne ucu kullanarak küçük bir açılış kesti. </li><li> Her elektrot takmadan önce, herhangi bir kanama veya eksudasyon kesiler yakın olduğundan emin olun. Cam Mikroelektronlar yaklaşık 3 ameliyattan önce hazırlanmalıdır ~ 4 cm mil uzunluğunda ve 1 empedansı ~ 5 M,. Yapay BOS (ACSF) ile elektrot kılcal doldurun ve içine beyin ~ stereotaktik kol kullanılarak açılan dura 0.4 mm (~ 45 ° posterior anterior) oblik her elektrot eklemek. Yerleştirin sabitleme önce, elektrik sinyali kontrol edin. Bir ucu chloridized gümüş tel ACSF ve girişine bağlanan diğer ucu amplifikatör neden daldırılır olmalıdır. Açılan cilt geri subkutan bağlı bir gümüş tel, referans elektrot olarak hizmet vermektedir. </li><li> Elektrot sabitleme önce, cerrahi alanda çift kontrol ve herhangi bir kanama veya eksudasyon oluşur emin olun ve sonra kafatası kaldırılan deri ve kas yerine diş macunu uygulayın. Diş macunu kullanımı kafatası / hava arayüzü duyarlılık uyumsuzluğu azaltarak MR görüntü kalitesini artırır. (Bkz. Şekil 1) diş çimento ile hazırlanan iskele elektrot mili takın. </li><li> Diş çimento tedavileri sonra, MRI beşiği hayvan transferi ve yerinde düzeltmek. Çalışmada, vücut ısısı, solunum hızı, DPT 2 ve kalp hızı da dahil olmak üzere geri kalan sıçan fizyolojik durum izleyin. </li><li> Elektrotlar bobin merkezi çıkıntılı, başının üzerinde bir yüzey bobini (alma / gönderme) yerleştirin. Elektrodun fiksasyonu için bir destek açar beşiği tepesinde oturur ek bir kemer şeklinde bir sert kapak hayvan nefes neden hareket önlemek için hizmet vermektedir. ~ 5 m (amplifikatör sadece mıknatıs oda dışında bulunan) genişletmek, eş zamanlı görüntüleme ve kayıt için kullanılan yol açar ve pasif bir kalkan görevi görür iletken plastik ile kaplıdır. </li><li> Anestezi medetomidine istenirse nöral aktivitenin baskılanması azaltmak için izofluran değiştirilebilir. Elektrik sinyali cazibe merkezi haline hayvan aktarmadan önce son bir kez inceleyin. Aşağıdaki gibi çalışmalarda, kayıt parametreleri: x 1000 amplifiye 0.1Hz ~ 5 K Hz bant geçiren filtreden, 60 Hz çentik süzülmüş, 12 kHz örnekleme hızı analog dijital dönüştürme. </li></ol> 2. Bu noktada, hayvan, eş zamanlı görüntüleme ve kayıt için MRI tarayıcısı içine eklenir. Hayvanlar görüntüleme prosedürü boyunca anestezi. <ol><li> 9.4 T küçük hayvan MRG sistemi (Bruker, Almanya) çalışmalarında kullanılmıştır. Kayıttan önce, görüntüleme parametreleri oluşturulması gerekir. Üç düzlemde izci görüntü fMRI taramaları konumlandırmak için kullanılır. Manyetik alan homojenliği artırmak için, faiz hacmi 1 FASTMAP kullanarak shimmed. FMRI çalışmaları için, koronal bir görüntüleme dilim elektrot implante edildiği ikili forepaw birincil somatosensoriyel alanlarda olmak üzere seçildi. Matris boyutu, 64 x 64; EPI görüntüleme parametreleri FOV, 1.92 x 1.92 cm 2-düzlemi çözünürlüğü, 0.3 x 0.3 mm 2; kesit kalınlığı 2 mm; TR / TE, 500/15 ms. </li><li> Eksiksiz, eş zamanlı kayıt ve fMRI görüntüleme kurulum sonra başlayabilir. Şekil 2 temsilcisi EPI görüntüleme sırasında görüntü ve ham kayıtları gösterir. Her bir tarama döngüsü sadece küçük bir bölümünü (22 / 500 ms) için devam doymuş kayıtları, görüntü alımı sırasında gradyanlar hızlı geçiş. Görüntü satın alınmasından sonra, elektrik sinyali returnon-doymuş salınım bir formu (bkz. Şekil 3) ile başlangıca ns. Kombine fMRI ve kayıt dinlenme durumu (bu çalışmada gösterildiği gibi) sırasında ya da uyarılma sırasında yapılabilir. Uyaran çalışmalar için, görüntüleme parametreleri 9 Hz, 1 ~ 4 mA akım kullanılarak verilen forepaw elektrik stimülasyonu ile dinlenme devlet çalışması için aynı. Sıçan son taramadan sonra ötenazi. </li></ol> 3. Eş zamanlı görüntüleme ve kaydettikten sonra, veri son tahlilde önce önceden işlenmiş olmalıdır. <ol><li> Biz degrade eserler elektrofizyolojik kayıtlar (bkz. Şekil 3) kaldırılması ile başlar. <ol><li> Ortalama iki ardışık fMRI görüntüleri arasındaki aralığı karşılık, her biri tüm ~ 500 ms (TR) bölümleri, gürültü nedeniyle tarama yapısı elde edilebilir. </li><li> Orijinal kayıtları ortalama ses yapısına çıkarın. Bu yöntem, yalnızca doymamış kayıt segmentleri düzeltir. </li><li> Her doymuş segmentinde görüntü alımı sırasında degrade arda gelen, önce bir zaman noktasında ve degrade indüklenen doygunluk sonra zaman noktası arasında geçen bir çizgi ile değiştirilir. </li></ol></li><li> Yerel alan potansiyelleri (LFPs) denoised kayıtları daha sonra fMRI zaman ders olarak aynı zamansal çözünürlüğe sahip güç zamanlı kurslar dönüştürülür. 2 saniyelik bir çöp kutusu içinde ortalama güç teta bandı (4 ~ 8 Hz) frekanslar için 1 saniye bin düşük frekanslarda (delta bant, 1 ~ 4 Hz) ve ~ 0.5 sn bin arasında hesaplamak için kullanılır. yüksek frekanslarda (&gt; 8 Hz, alfa, gama bantları) doymuş sinyalleri komşu. FMRI veri TR eşleşen 0.5 artışlarla tüm frekans bantları için sürgülü pencere taşındı. </li><li> Görüntü verisi için, standart fMRI önişleme kafa hareketleri düzeltme, 0,5 mm FWHM görüntü yumuşatma ve doğrusal sürüklenme kaldırılması da dahil olmak üzere yapılır. </li><li> LFP güç zamanlı kurslar ve voksel görüntüleme verileri her zaman ders arasında çapraz korelasyon analizi yapılır. Değişen zaman gecikme (bkz. Şekil 4), zaman-bağımlı korelasyon muayene izin verir. </li></ol> Temsilcisi Sonuçlar: Bir örnek olarak, bu tekniğin, spontan nöral aktivitenin ve BOLD dalgalanmalar arasındaki ilişkiyi araştırmak için kullanılıyor olabilir. Şekil 4 LFP güç ve -2.5 ve 9.5 sn arasında bir sıçan gecikmeli BOLD sinyal arasındaki korelasyon haritalar gösteriyor. Elektrot ucu yakınında kortikal bölgelerden gelen düşük frekanslı BOLD dalgalanmaları (&lt;0.1 Hz) bir gecikme 2 ~ 6 s LFP güç değişiklikleri (&lt;0.1 Hz) ile korele <img src="/files/ftp_upload/1901/1901fig1.jpg" alt="Şekil 1" /> Şekil 1 bir yüzey bobini ile elektrod implantasyonu ve görüntüleme bölgesi şematik yapılandırma. <img src="/files/ftp_upload/1901/1901fig2.jpg" alt="Şekil 2" /> Şekil 2 elektrot uçları da dahil olmak üzere bir temsilci koronal EPI görüntü, sol panelinde gösterilir. Sağ panelde görüntüleme öncesinde ve sırasında ham elektrofizyolojik kayıtları gösterir. <img src="/files/ftp_upload/1901/1901fig3.jpg" alt="Şekil 3" /> Şekil 3&#39;te bir tarama çevrimi yakınlaştırma, görüntüleme sırasında artifakı orijinal kayıtları (mavi) (yeşil) kaldırılmış olabilir olduğu görülebilir. Denoised zamanlı kurslar (kırmızı) daha fazla analiz için kullanılmıştır. <img src="/files/ftp_upload/1901/1901fig4.jpg" alt="Şekil 4" /> Şekil 4. Koronal bir elektrot spontan delta bant aktivite güç ve zamanda dinlenme-devlet BOLD sinyal arasındaki korelasyon haritaları (tipik bir sıçan) -2.5 9.5 sn kadar kalıyor Ikili SI izofluran anestezisi sıçan yaklaşık 4 ~ 5 s maksimum korelasyon görülmektedir. Renk çubuğu Pearson r temsil eder

<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>

Elektrofizyolojik kayıt ve BOLD fMRI her ikisi de ayrı ayrı iyi gelişmiş teknikler. Ancak, aynı anda kayıt ve görüntüleme iki modalite karşılıklı 2 girişim nedeniyle zordur. Burada kemirgen kombine deneyler için olası bir çözüm sağlar. Modifiye elektrot implantasyonu yöntemi görüntü kalitesi üzerindeki etkisi en aza indirir ve elektrik kayıtları için artifakı kaldırılması görüntü elde kaynaklanan gürültü çıkarmak için gereklidir. Eş zamanlı görüntüleme ve kayıt ...

simultaneous fmri and electrophysiology in the rodent brain

Manyetik rezonans görüntüleme (MRG) sinyali bağımlı (BOLD) kan oksijenlenme düzeyinde nöral temeli incelemek için, bir kemirgen modeli, fonksiyonel MRI veri geliştirilen ve<em&gt; In vivo</em&gt; Intrakortikal kayıt aynı anda yapılabilir. MR ve elektrik kayıt, kayıt için kullanılan elektrotlar MR görüntüleri deforme ve MRG satın alma elektrik kayıt gürültü neden olur, çünkü kombinasyonu teknik zordur. Iki yöntemlerinin karşılıklı etkileşim en aza indirmek için, cam Mikroelektronlar metalden daha ziyade ve bir gürültü giderme algoritması elektrofizyoloji veriler için hayata geçirildi. Çalışmalarda, sıçan bilateral primer somatosensoriyel korteks (SI) ayrı ayrı iki Mikroelektronlar implante edildi ve yerine sabit. Bir koronal dilim elektrot uçları kapsayan fonksiyonel MRI seçildi. Elektrot milleri ve fiksasyon pozisyonları görüntüleme bozulmaları önlemek için görüntü dilim dahil edilmedi. Kaldırıldı kafa derisi duyarlılık uyumsuzluğu azaltmak ve görüntüleri Gibbs zil eserler önlemek için diş macunu ile değiştirildi. Her çalışma için tarar tüm döngüleri ortalama elektrik kayıtları görüntü alımı sırasında hızla anahtarlama manyetik alanlar tarafından indüklenen artifakı yapısı karakterize edildi. Görüntüleme sırasında gürültü yapısı daha sonra orijinal kayıtları çıkarılır. Denoised zamanlı kurslar daha sonra fMRI ile birlikte daha fazla analiz için kullanılmıştır. Bir örnek olarak, aynı anda satın alma spontan fMRI BOLD sinyal ve bant-sınırlı intrakortikal elektriksel aktivite arasındaki ilişkiyi belirlemek için kullanılmıştır. Eşzamanlı fMRI ve kemirgen elektrofizyolojik kayıt fMRI BOLD sinyal ve nöronal aktivite arasındaki ilişkiye açıklık getirecek ek nörobilim pek çok heyecan verici uygulamalar için bir platform sağlayacak.

Watch this Scientific Journal Video about Simultaneous fMRI and Electrophysiology in the Rodent Brain at JoVE.com

Simultaneous fMRI and Electrophysiology in the Rodent Brain

Biz, sinirsel aktivite ve kan oksijenlenme seviyesi bağımlı (BOLD) MRG sinyal arasındaki ilişkinin araştırılması için bir platform sağlayan, aynı anda fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme ve kemirgen beyin elektrofizyolojik kayıt için bir yöntem geliştirdik.

Kemirgen Beyin aynı anda fMRI ve Elektrofizyoloji

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

simultaneous-fmri-and-electrophysiology-in-the-rodent-brain

Research

JoVE Journal

Neuroscience

13.3K Görüntüleme.  Emory University. Biz, sinirsel aktivite ve kan oksijenlenme seviyesi bağımlı (BOLD) MRG sinyal arasındaki ilişkinin araştırılması için bir platform sağlayan, aynı anda fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme ve kemirgen beyin elektrofizyolojik kayıt için bir yöntem geliştirdik.

Video: Simultaneous fMRI and Electrophysiology in the Rodent Brain

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.

Eşzamanlı Sinir Uyarım ve Su Maze Kayıt için Tasarım ve İnşaat Maliyet Etkin headstage

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

Nörobilim

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.

Varsayılan Modu Ağ inceleyin Transkraniyal Manyetik Uyarım ve fMRI birleştiren

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 ve difüzyon ağırlıklı görüntüleme ile Beyin Yapısı ve Fonksiyonu Co-analizi

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.

Eşzamanlı Elektroensefalografi, Kemirgen Serebral Korteks Laktat Konsantrasyonu ve Nöronal Faaliyet Optogenetic Manipülasyon Gerçek zamanlı ölçüm

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.

Kemirgenler Eşzamanlı fMRI ile derin beyin stimülasyonu

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.

Kemirgen Santral Sinir Sistemi vivo optogenetic Stimülasyon içinde

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.

Eşzamanlı Elektrofizyolojik Kayıt ve kemirgen Beyindeki inhibitör Ajanların Mikro-enjeksiyon

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.

Microinjections kemirgen beyin için kişiselleştirilmiş iğneler

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 ...

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.

Birden çok kemirgen beyin aynı anda Cryosectioning

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

Using Near-infrared Fluorescence and High-resolution Scanning to Measure Protein Expression in the Rodent Brain

Neuroscience is the study of how cells in the brain mediate various functions. Measuring protein expression in neurons and glia is critical for the study of neuroscience as cellular function is determined by the composition and activity of cellular proteins. In this article, we describe how immunocytochemistry can be combined with near-infrared high-resolution scanning to provide a semi-quantitative measure of protein expression in distinct brain regions. This technique can be used for single or double protein expression in the same brain region. Measuring proteins in this fashion can be used to obtain a relative change in protein expression with an experimental manipulation, molecular signature of learning and memory, activity in molecular pathways, and neural activity in multiple brain regions. Using the correct proteins and statistical analysis, functional connectivity among brain regions can be determined as well. Given the ease of implementing immunocytochemistry in a laboratory, using immunocytochemistry with near-infrared high-resolution scanning can expand the ability of the neuroscientist to examine neurobiological processes at a systems level.

Here, we present a protocol that uses near-infrared dyes in conjunction with immunohistochemistry and high-resolution scanning to assay proteins in brain regions.

Kemirgen beyninde protein Ifadesini ölçmek için yakın kızılötesi floresan ve yüksek çözünürlüklü tarama kullanma

Neuroscience is the study of how cells in the brain mediate various functions. Measuring protein expression in neurons and glia is critical for the study ...