Beyin Products GmbH, kendi ekipman, uzmanlık ve yardım sağlamak için teşekkür etmek istiyorum. Bu çalışma, Ekonomi ve Alman Uzay Ajansı (DLR) 50WB0819 hibe yoluyla Teknoloji Federal Bakanlığı tarafından finanse edildi.

1. Deneysel İşlemler <ol><li> Zemin uçuş öncesi hazırlanması konusu hazırlık havaalanında ayrı bir odada yapılır. (1-2 saat uçuştan önce) <ol><li> Montaj EEG / NIRS kap <ol><li> Elektrotlar ve NUR sensörleri EEG kap kullanarak saç derisine eklenir. Bu yöntem, sensörlerin doğru konumda sağlar. </li><li> Kapağın boyutu konusu başın büyüklüğüne göre belirlenir. </li><li> Operatör kapağın doğru pozisyona emin yapar. Taşlı elektrot vertex (nokta yarıda nasion ve soğan arasındaki), PÇ9-PÇ10 ve Fp1 FP2 elektrotlar yatay, kapağı simetriktir. </li><li> Göğüs kalp hızı elektrot yerleştirilir. </li></ol></li><li> Empedans aza indirilmesi <ol><li> Beyin Ürünler actiCAP elektrotlar kontrol kutusuna bağlı. </li><li> Her elektrot empedansı ölçümü başlatıldığında, kızarır LED&#39;ler, içerir. </li><li> Saç künt uçlu bir iğne ile elektrot ucu uzak taşınır. </li><li> Jel elektrodun ucu ve cilt yüzeyi arasındaki enjekte edilir. </li><li> Empedans azaldıkça LED&#39;ler değişim renk. Hedef empedans değerini elde ise ilk kırmızı rengi sarı olur, sarı, yeşil olur. </li><li> Aktif elektrotlar, bu değerin oldukça altında iyi sinyal-gürültü oranı sağlayan bu yana hedef empedans, 25 kOhm. Bu nedenle kapağı hazırlama, hızlı ve rahat. </li><li> Operatör referans ve topraklama elektrotları ve diğer tüm elektrotlar için tekrarlar üzerine çalışmaya başlar. </li></ol></li></ol></li><li> Kurulu öncesi uçuş hazırlığı <ol><li> Ön-ölçümler <ol><li> Başlık deney düzeneği yerleştirilen emniyet kemerleri gevşek tutturulmuş </li><li> Kabloların bağlı, pilleri yüklenir. </li><li> Operatör EEG ve NIRS modülü başlar, bağlantı ve EEG / NIRS sinyal kalitesini kontrol eder. </li><li> Kayıt dinlenme devlet EEG / NIRS. Konularda herhangi bir görev yoktur. </li><li> Kayıt durdurulur. </li><li> Konular yere bilişsel görevi gerçekleştirmek. Bilişsel görev dikkat / hesaplama görev ( <a href="http://itunes.apple.com/us/app/chalkboard-challenge/id317961833?mt=8">http://itunes.apple.com/us/app/chalkboard-challenge/id317961833?mt=8</a> konularda daha büyük bir denklem bu yan belirlemek için), hız ve doğruluk ile ilgili diğer. </li></ol></li><li> Ekipman saklama <ol><li> Operatör, kamera ve take off için iPhone saklar. </li></ol></li></ol></li><li> Uçuş ölçümünde <ol><li> Hazırlık <ol><li> Operatör, video kamera küpeşte monte edilir ve kayıt başlar. </li><li> IPhone&#39;lar konuların üst bacak üzerine yerleştirilir. </li><li> Operatör EEG ve NIRS modülü başlar, EEG / NIRS sinyal kalite kontrolleri ve kaydetmeye başlar. </li></ol></li><li> Ölçüm <ol><li> Denekler, parabol, 11-15 ve 16-20 arasında beş parabolas iki blok boyunca bilişsel görevi gerçekleştirmek. Görev ağırlıksız veya normal ağırlık rastgele sırayla yapılacaktır. Sadece dinlenme devlet EEG / NIRS ilk 10 parabolas sırasında kaydedilir. Son parabolas (bkz. Şekil 1) kayıp önceki ölçümleri durumda kullanılır. </li><li> Operatör kayıt denetimleri ve konular talimat. Operatör bilişsel testler ve saatleri tüm sonuçlar yazmak. </li></ol></li></ol></li><li> Zemin uçuş sonrası ölçümü <ol><ol><li> Dinlenme devlet NIRS / EEG ölçümü yapılmaktadır. </li></ol></ol></li></ol> Biz (+ 2009 Schneider ve arkadaşları 2008) önce gösterildiği gibi ağırlıksız sırasında artan serebral aktivasyon bulmak için bekliyoruz. Bu yüzden ağırlıksız frontal beyin artış oksijenli doku ve hypergravity düşük oksijenli doku daha fazla bekliyoruz. Dikkat görev öncesi ve sonrası uçuş ve ağırlıksız olarak bile belki daha nedeniyle ağırlıksız yüksek merkezi aktivasyon ve uyarılma göre tüm uçuş sırasında engelli olması gerekiyordu. 2. Temsilcisi Sonuçlar Hypergravity aşamasından ağırlıksız geçiş Haritalama, frontal korteks artan beyin kortikal aktivite gözlemlemek mümkün ve temporal ve oksipital korteks 2000 yılında aktivitede azalma - ağırlıksız başlamasından sonra (Şekil 2a, b) 2350 ms. sLORETA Brodmann alan 9 dorsolateral prefrontal korteks, yürütücü işlevlerde, duyusal ve motor planlama, organizasyon ve düzenleme sırasında anımsatıcı bilgi entegrasyonu ile ilgili olarak bilinir (Şekil 3a, b, bu artmış frontal aktivasyon lokalize izin.) Buna ek olarak, konu 2 (bkz. Şekil 3b) duyusal rehberlik vücut istikrar içerisinde önemli bir rol oynar Brodmann alan 6, premotor korteks, bir artış gösterdi. Ilk 10 parabolas üzerinden ortalama, NIRS analiz hypergravity hem konuların oksijenli hemoglobin (HHB) konsantrasyonu gibi ağırlıksız oksijenli hemoglobin artışı (O2Hb) azalma saptandı. Tabi 1 HHB hemoglobin için ağırlıksız sonra ağırlıksız ve hypergravity faz sırasında bir azalma gibi ağırlıksız önce hypergravity aşamasında bir artış eğilimi bulundu. Bu konuda O2Hb parabol başlangıca geri 10 - 15 sn. Kontrast konuda 2 önce ağırlıksız hypergravity aşamasında O2Hb azalma ile birlikte hafif bir artış, ağırlıksız sonra hypergravity sırasında, ağırlıksız sırasında bir artış ve azalma gösterdi. Bu konu O2Hb için yaklaşık 30 saniye aşağıdaki parabol (Şekil 4a, b) azaltılabilir kaldı Bilişsel görev preflight bir oturuma göre uçuş sırasında, normal ağırlık hem de katılımcılar için düşük performans puanları sonuçlandı. Konu 2 weightlessnes bir azalma puan (Şekil 5) gösterdi. <img src="/files/ftp_upload/2670/2670fig1.jpg" alt="Şekil 1" /> Şekil 1 parabolik uçuş dizisi. Uçuş sırasında görev ve ölçümler Sipariş parabolas sayısı gri olarak gösterilir, kesme işareti olan sayılar parabolas arasında uzun tatili uzunluğu göstermektedir. <img src="/files/ftp_upload/2670/2670fig2a.jpg" alt="Şekil 2a" /> <img src="/files/ftp_upload/2670/2670fig2b.jpg" alt="Şekil 2b" /> Şekil 2 Haritalama ağırlıksız 2500 ms kadar ağırlıksız önce 500 ms (hypergravity) zaman dilimi içinde iki konu görünüm. Profil başının üstünde değil; küçük daireler elektrot pozisyonları, mavi renk azalır ve kırmızı renk mikro Volt electrocortical aktivite artar sarı gösterir. <img src="/files/ftp_upload/2670/2670fig3a.jpg" alt="Şekil 3a" /> <img src="/files/ftp_upload/2670/2670fig3b.jpg" alt="Şekil 3b" /> Şekil 3. Üç Loreta kez (üst: Yukarıda sol alt sol tarafında, sağ alt arka) kadar 2000 ms zaman dilimi içinde iki konu ağırlıksız başlamasından sonra 2350 ms. Kırmızı renk, artan beyin aktivitesi gösterir. <img src="/files/ftp_upload/2670/2670fig4a.jpg" alt="Şekil 4a" /> <img src="/files/ftp_upload/2670/2670fig4b.jpg" alt="Şekil 4b" /> Şekil 4 NIRS izleri (kırmızı: yerçekimi seviyesi oksijenli hemoglobin, mavi: deoxygenated hemoglobin, siyah), normal ağırlık parabol parabol bir süre içinde önce 40 sn ilk hypergravity aşaması boyunca (1G: sarı alan), (1.8 G: mavi alan), ağırlıksız (0g: kırmızı alan) ve 40 sn kadar parabol sonra, ikinci hypergravity aşaması (1.8G: mavi alan). Yerçekimi seviyesi (iz düşmesi normal ağırlık (1G) eşittir 0 &#39;dan başlayan ağırlık artışı anlamına gelir. Gösterilen veriler üzerinden ortalama 10 parabolas ters görüntülenir. <img src="/files/ftp_upload/2670/2670fig5.jpg" alt="Şekil 5" /> Şekil 5 için performans ölçümleri, uçuş öncesi eğitim ve ağırlıksız uçak içi (0g) ve normal ağırlık (1G) bilişsel görev katılımcı 1 puan (mavi trace) ve 2 (kırmızı iz) .

<ol>
	<li>Santo, N. G. D. e., Cirillo, M., Kirsch, K. A., Correale, G., Drummer, C., Frassl, W., Perna, A. F., Stazio, E. D. i., Bellini, L., Gunga, H. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Anemia+and+erythropoietin+in+space+flights.">Anemia and erythropoietin in space flights.</a> Semin Nephrol. 25, 379-387 (2005).</li><li>Ellis, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Collisions+in+space.">Collisions in space.</a> , 4-9 (2000).</li><li>Genik, R. J. 2. n. d., Green, C. C., Graydon, F. X., Armstrong, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cognitive+avionics+and+watching+spaceflight+crews+think:+generation-after-next+research+tools+in+functional+neuroimaging.+Aviat+Space+Environ+Med+76.">Cognitive avionics and watching spaceflight crews think: generation-after-next research tools in functional neuroimaging. Aviat Space Environ Med 76.</a> , 208-212 (2005).</li><li>Schneider, S., Brummer, V., Carnahan, H., Dubrowski, A., Askew, C. D., Struder, H. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=What+happens+to+the+brain+in+weightlessness?+A+first+approach+by+EEG+tomography.">What happens to the brain in weightlessness? A first approach by EEG tomography.</a> Neuroimage. 42, 1316-1323 (2008).</li><li>Schneider, S., Brummer, V., Mierau, A., Carnahan, H., Dubrowski, A., Strueder, H. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Increased+brain+cortical+activity+during+parabolic+flights+has+no+influence+on+a+motor+tracking+task.">Increased brain cortical activity during parabolic flights has no influence on a motor tracking task.</a> Exp Brain Res. 185, 571-579 (2008).</li><li>Schneider, S., Brummer, V., Gobel, S., Carnahan, H., Dubrowski, A., Struder, H. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Parabolic+flight+experience+is+related+to+increased+release+of+stress+hormones.">Parabolic flight experience is related to increased release of stress hormones.</a> Eur J Appl Physiol. 100, 301-308 (2007).</li></ol>

Bu makalenin üretim Beyin Ürünleri, GmbH tarafından sponsor oldu. Roland Csuhaj Bu makalede kullanılan bir araç üreten Beyin Ürünler GmbH, bir çalışanın.

Nedeniyle zor koşullar altında beyin görüntüleme yöntemleri eksik bugüne kadar, bilişsel performans ve ruhsal durumunu değer düşüklüğü karşılığı yatan nörofizyolojik süreçler değerlendirilmemiştir. Bu yazıda beyin kortikal aktivite değişiklikleri ve parabolik uçuş sırasında oksijenasyon düzeyi görüntülemek için kullanarak beynin içinde bu değişiklikleri yerelleştirmek başardık EEG Loreta ve NIRS ile birleştirdi. Beklendiği gibi, frontal beyin bölgelerinde lokalize (Brodmann alanlarda 9 +6) electrocortical aktivite sırasında ağırlıksız bir artış bulundu. Sonuçlar geçiş beyin kortikal aktivite sonrası yaklaşık 2000 ms frontal beyin bölgelerinde ağırlıklı olarak değiştirilmiş olduğunu göstermektedir. Brodmann alan 6 ve 9 Bu aktivite artışı, beyin, vücut istikrarın yanı sıra değişmiş yerçekimi koşullarında motorun yeteneği tutmak için tespit ve yerçekimi koşulları değişti işleme mekanizmalarını yansıttığını kabul olabilir. Hemodinamik değişiklikler ile ilgili olarak, NIRS HHB sadece ılımlı değişiklikler gösterdi, oysa frontal beyin O2Hb dramatik ilk hypergravity faz ve ağırlıksız artış azaldığını ortaya koydu. Buna göre, bu etki sadece kan hacmi bir kayma isnat edilemez. Daha büyük olasılıkla bu O2Hb artışı 1,8 G 0g (özellikle Şekil 4) geçiş uzun süre önce oluşur, özellikle serebral otoregülasyon bir tür yansıtacak gibi görünüyor. Kontrast O2Hb ve HHB düşüş ikinci hypergravity aşamasında her iki. Bilişsel görev sonuç normal yerçekimi veya uçuş ağırlıksız bir ön kontrol oturuma göre açık sırasında herhangi bir bozulma göstermektedir. Iki konuda net bir bildirimde sonuçlarına göre, parabolik uçuşlar veya beyin aktivite ve oksijen düzeyi artışı ile birlikte ağırlıksız bilişsel performansı üzerinde bir etkisi olup olmadığını mümkündür. Daha önceki çalışmalar, bu bağlamda stres de rol (Schneider ve ark 2007) oynayabileceğini söyledi inanmak için gerekçe, yine de herhangi bir değişiklik kortizol konsantrasyonu her iki denekler için elde edilebilir. Er veriler, bu bulguları doğrulamak ve beyin kortikal aktivite değişiklikleri, hemodinamik değişikliklerin yanı sıra bilişsel performansı korelasyon izin için gereklidir. Bu yazıda beyin kortikal aktivite ve oksijen düzeyi değişen ağırlık farklı aşamalarında yerel değişiklikler bu izleme göstermek için tasarlanmıştır NIRS ve Loreta birlikte EEG kullanarak mümkündür. Bu sonuçlar, uzay araştırmaları için bir başarı ve hypergravity veya ağırlıksız beyin kortikal aktivite karmaşık ve yerel değişiklikleri gösterme ve zihinsel veya motor test beyin objektif değişiklikler ile korele sağlayacaktır. Bir sonraki adım, uzun süreli uzay sırasında bu yöntemi uygulamak için.

coherence between brain cortical function and neurocognitive performance during changed gravity conditions

Önceki çalışmalar, bilişsel, zihinsel ve / veya motor süreçler kısa, orta ve uzun vadeli ağırlıksız sırasında doğada sadece açıklayıcı ve psikolojik yönleri üzerinde duruldu. Şimdiye kadar, nörofizyolojik parametreler objektif gözlem yapılmıştır değil, teknik ve metodolojik araçları henüz hiç kuşkusuz, çünkü, ağırlıksız nörofizyolojik etkileri soruşturma bebeklik döneminde (Schneider ve ark 2008) . Pozitron emisyon tomografisi (PET) ve manyetik rezonans görüntüleme (MRG) gibi görüntüleme teknikleri uzayda pek uygulanabilir olmasına rağmen, non-invaziv, yakın-kızılötesi spektroskopi (NIRS) tekniği, gerçek zamanlı olarak beyinde hemodinamik süreçleri haritalama yöntemi temsil eder hem nispeten ucuz olduğunu ve zor koşullar altında bile istihdam edilebilir. Elektroensefalografi (EEG) ile kombinasyonu, örneğin electrotomography (Loreta) ile, ince bir zamansal çözünürlüğü yanı sıra derin yerleşimli yerçekimi değişen şartlar altında electrocortical süreçler aşağıdaki olasılığını açar. Önceki çalışmaları, normal yerçekimi şartlar altında bir artış ve beta frekans aktivitesi parabolik uçuş sırasında ağırlıksız koşullar altında bir azalma gösterdi (Schneider ve ark. 2008a + b). Tilt çalışmalar parabolik uçuş değişiklikler hemodinamik değişiklikler ziyade duygusal süreçleri yansıtıyor olabilir, önerdiğimiz beyin fonksiyonu farklı değişiklikler saptandı. Ancak, bu değişen yerçekimi veya beynin içinde hemodinamik değişikliklere etkilerinin olup olmadığı hala belirsiz. Loreta / EEG ve NIRS birleştiren ilk kez mümkün beyin hem de hemodinamik ve elektrofizyolojik süreçlerin ağırlıksız ve düşük yerçekimi etkisi harita yapmak gerekir. Başlangıçta, bu parabolik uçuş sırasında bir fizibilite çalışmasının bir parçası olarak yapılacak. Daha sonra, aynı zamanda orta ve uzun vadeli uzay uçuşu sırasında her iki tekniğin kullanılması planlandı. Bu, kan hacmi ve oksijen beyin için tedarik artışa uzun vadeli bir yeniden dağıtım anemik süreçler için de sorumlu olan merkezi sinir sisteminde değişikliklere neden olacağını kabul edilebilir ve azaltmak, performansı açabilirsiniz (De Santo ve ark 2005), onlar için çok önemli bir misyon (Genik ve ark, 2005, Ellis 2000) başarı ve emniyet anlamına gelir. Bu sonuçlara bağlı olarak, geniş kapsamlı önlemler geliştirmek ve istihdam için gerekli olacaktır. MARS500 çalışma için ilk sonuçları, kardiyovasküler ve lokomotor sistem, spor ve fiziksel aktivite bağlamında önemlerini yanı sıra bilişsel parametrelerin iyileştirilmesi önemli bir rol oynayabilir, o öneririz. Ancak, bu tam olarak kurulmadan önce, nörofizyolojik süreçler ve bununla ilişkili bilişsel bozukluğu ağırlık değişen koşullara etkisi hakkında daha fazla bilgi edinmek için gerekli gibi görünmektedir.

Watch this Scientific Journal Video about Coherence between Brain Cortical Function and Neurocognitive Performance during Changed Gravity Conditions at JoVE.com

Coherence between Brain Cortical Function and Neurocognitive Performance during Changed Gravity Conditions

Ağırlıksız ve hypergravity beyin hem de hemodinamik ve elektrofizyolojik süreçlerin etkisi EEG ve NIRS teknikleri parabolik uçuş sırasında takip edilecek. Daha karmaşık bir deney, orta ve uzun vadeli uzay uçuşu sırasında yürütmek için planlanan bir fizibilite çalışması.

Beyin Kortikal Fonksiyon ve değiştirildi Yerçekimi Koşullar sırasında Nörobilişsel Performansı arasındaki uyum,

Previous studies of cognitive, mental and/or motor processes during short-, medium- and long-term weightlessness have only been descriptive in nature, and ...

coherence-between-brain-cortical-function-neurocognitive-performance

Research

JoVE Journal

Neuroscience

19.4K Görüntüleme.  German Sport University Cologne. Ağırlıksız ve hypergravity beyin hem de hemodinamik ve elektrofizyolojik süreçlerin etkisi EEG ve NIRS teknikleri parabolik uçuş sırasında takip edilecek. Daha karmaşık bir deney, orta ve uzun vadeli uzay uçuşu sırasında yürütmek için planlanan bir fizibilite çalışması.

Video: Coherence between Brain Cortical Function and Neurocognitive Performance during Changed Gravity Conditions

Mapping Cortical Dynamics Using Simultaneous MEG/EEG and Anatomically-constrained Minimum-norm Estimates: an Auditory Attention Example

Magneto- and electroencephalography (MEG/EEG) are neuroimaging techniques that provide a high temporal resolution particularly suitable to investigate the cortical networks involved in dynamical perceptual and cognitive tasks, such as attending to different sounds in a cocktail party. Many past studies have employed data recorded at the sensor level only, i.e., the magnetic fields or the electric potentials recorded outside and on the scalp, and have usually focused on activity that is time-locked to the stimulus presentation. This type of event-related field / potential analysis is particularly useful when there are only a small number of distinct dipolar patterns that can be isolated and identified in space and time. Alternatively, by utilizing anatomical information, these distinct field patterns can be localized as current sources on the cortex. However, for a more sustained response that may not be time-locked to a specific stimulus (e.g., in preparation for listening to one of the two simultaneously presented spoken digits based on the cued auditory feature) or may be distributed across multiple spatial locations unknown a priori, the recruitment of a distributed cortical network may not be adequately captured by using a limited number of focal sources.
Here, we describe a procedure that employs individual anatomical MRI data to establish a relationship between the sensor information and the dipole activation on the cortex through the use of minimum-norm estimates (MNE). This inverse imaging approach provides us a tool for distributed source analysis. For illustrative purposes, we will describe all procedures using FreeSurfer and MNE software, both freely available. We will summarize the MRI sequences and analysis steps required to produce a forward model that enables us to relate the expected field pattern caused by the dipoles distributed on the cortex onto the M/EEG sensors. Next, we will step through the necessary processes that facilitate us in denoising the sensor data from environmental and physiological contaminants. We will then outline the procedure for combining and mapping MEG/EEG sensor data onto the cortical space, thereby producing a family of time-series of cortical dipole activation on the brain surface (or "brain movies") related to each experimental condition. Finally, we will highlight a few statistical techniques that enable us to make scientific inference across a subject population (i.e., perform group-level analysis) based on a common cortical coordinate space.

We use magneto- and electroencephalography (MEG/EEG), combined with anatomical information captured by magnetic resonance imaging (MRI), to map the dynamics of the cortical network associated with auditory attention.

Eşzamanlı MEG / EEG ve Anatomik-kısıtlı Minimum norm Tahminleri Kullanarak Eşleme Kortikal Dinamiği: Bir İşitsel Dikkat Örneği

Magneto- and electroencephalography (MEG/EEG) are neuroimaging techniques that provide a high temporal resolution particularly suitable to investigate the ...

Nörobilim

Thinned-skull Cortical Window Technique for In Vivo Optical Coherence Tomography Imaging

Optical coherence tomography (OCT) is a biomedical imaging technique with high spatial-temporal resolution. With its minimally invasive approach OCT has been used extensively in ophthalmology, dermatology, and gastroenterology1-3. Using a thinned-skull cortical window (TSCW), we employ spectral-domain OCT (SD-OCT) modality as a tool to image the cortex in vivo. Commonly, an opened-skull has been used for neuro-imaging as it provides more versatility, however, a TSCW approach is less invasive and is an effective mean for long term imaging in neuropathology studies. Here, we present a method of creating a TSCW in a mouse model for in vivo OCT imaging of the cerebral cortex.

Thinned-skull Cortical Window Technique for In Vivo Optical Coherence Tomography Imaging

We present a method of creating a thinned-skull cortical window (TSCW) in a mouse model for in vivo OCT imaging of the cerebral cortex.

Için inceltilmiş-kafatası Kortikal Pencere Tekniği<em&gt; In Vivo</em&gt; Optik Koherens Tomografi Görüntüleme

Optical coherence tomography (OCT) is a biomedical imaging technique  with high spatial-temporal resolution. With its minimally invasive approach OCT  has ...

Juxtasomal Biocytin Labeling to Study the Structure-function Relationship of Individual Cortical Neurons

The cerebral cortex is characterized by multiple layers and many distinct cell-types that together as a network are responsible for many higher cognitive functions including decision making, sensory-guided behavior or memory. To understand how such intricate neuronal networks perform such tasks, a crucial step is to determine the function (or electrical activity) of individual cell types within the network, preferentially when the animal is performing a relevant cognitive task. Additionally, it is equally important to determine the anatomical structure of the network and the morphological architecture of the individual neurons to allow reverse engineering the cortical network. Technical breakthroughs available today allow recording cellular activity in awake, behaving animals with the valuable option of post&#160;hoc identifying the recorded neurons. Here, we demonstrate the juxtasomal biocytin labeling technique, which involves recording action potential spiking in the extracellular (or loose-patch) configuration using conventional patch pipettes. The juxtasomal recording configuration is relatively stable and applicable across behavioral conditions, including anesthetized, sedated, awake head-fixed, and even in the freely moving animal. Thus, this method allows linking cell-type specific action potential spiking during animal behavior to reconstruction of the individual neurons and ultimately, the entire cortical microcircuit. In this video manuscript, we show how individual neurons in the juxtasomal configuration can be labeled with biocytin in the urethane-anaesthetized rat for post&#160;hoc identification and morphological reconstruction.

To understand the structure of neuronal networks, functional and morphological characterization of individual neurons is a necessity. Here, we demonstrate juxtasomal biocytin labeling, which allows electrophysiological recordings in the extracellular configuration, yet maintaining the ability to intracellularly label the neuron for post&#160;hoc reconstruction of dendritic and axonal architecture.

Juxtasomal Biocytin Etiketleme Bireysel Kortikal nöronlar yapı-fonksiyon ilişkisi Çalışması için

The cerebral cortex is characterized by multiple layers and many distinct cell-types that together as a network are responsible for many higher cognitive ...

Subtype-selective Electroporation of Cortical Interneurons

The study of central nervous system (CNS) maturation relies on genetic targeting of neuronal populations. However, the task of restricting the expression of genes of interest to specific neuronal subtypes has proven remarkably challenging due to the relative scarcity of specific promoter elements. GABAergic interneurons constitute a neuronal population with extensive genetic and morphological diversity. Indeed, more than 11 different subtypes of GABAergic interneurons have been characterized in the mouse cortex1. Here we present an adapted protocol for selective targeting of GABAergic populations. We achieved subtype selective targeting of GABAergic interneurons by using the enhancer element of the homeobox transcription factors Dlx5 and Dlx6, homologues of the Drosophila distal-less (Dll) gene2,3, to drive the expression of specific genes through in utero electroporation.

This procedure shows how to target interneurons in the developing mouse forebrain by means of in utero electroporation. This technique was particularly efficient to achieve selective gene expression in interneuron subtypes destined to the superficial layers of the cortex.

Kortikal internöronlar alt tip-selektif Elektroporasyon

The study of central nervous system (CNS) maturation relies on genetic targeting of neuronal populations. However, the task of restricting the expression ...

Imaging Serotonergic Fibers in the Mouse Spinal Cord Using the CLARITY/CUBIC Technique

Long descending fibers to the spinal cord are essential for locomotion, pain perception, and other behaviors. The fiber termination pattern in the spinal cord of the majority of these fiber systems have not been thoroughly investigated in any species. Serotonergic fibers, which project to the spinal cord, have been studied in rats and opossums on histological sections and their functional significance has been deduced based on their fiber termination pattern in the spinal cord. With the development of CLARITY and CUBIC techniques, it is possible to investigate this fiber system and its distribution in the spinal cord, which is likely to reveal previously unknown features of serotonergic supraspinal pathways. Here, we provide a detailed protocol for imaging the serotonergic fibers in the mouse spinal cord using the combined CLARITY and CUBIC techniques. The method involves perfusion of a mouse with a hydrogel solution and clarification of the tissue with a combination of clearing reagents. Spinal cord tissue was cleared in just under two weeks, and the subsequent immunofluorescent staining against serotonin was completed in less than ten days. With a multi-photon fluorescent microscope, the tissue was scanned and a 3D image was reconstructed using Osirix software.

Supraspinal projections are important for pain perception and other behaviors, and serotonergic fibers are one of these fiber systems. The present study focused on the application of the combined CLARITY/CUBIC protocol to the mouse spinal cord in order to investigate the termination of these serotonergic fibers.

Kullanımı Netlik Fare Omurilik içinde Serotonerjik Elyaf Görüntüleme / KÜBİK Tekniği

Long descending fibers to the spinal cord are essential for locomotion, pain perception, and other behaviors. The fiber termination pattern in the spinal ...

Studying Brain Function in Children Using Magnetoencephalography

Magnetoencephalography (MEG) is a non-invasive neuroimaging technique which directly measures magnetic fields produced by the electrical activity of the human brain. MEG is quiet and less likely to induce claustrophobia compared with magnetic resonance imaging (MRI). It is therefore a promising tool for investigating brain function in young children. However, analysis of MEG data from pediatric populations is often complicated by head movement artefacts which arise as a consequence of the requirement for a spatially-fixed sensor array that is not affixed to the child's head. Minimizing head movements during MEG sessions can be particularly challenging as young children are often unable to remain still during experimental tasks. The protocol presented here aims to reduce head movement artefacts during pediatric MEG scanning. Prior to visiting the MEG laboratory, families are provided with resources that explain the MEG system and the experimental procedures in simple, accessible language. An MEG familiarization session is conducted during which children are acquainted with both the researchers and the MEG procedures. They are then trained to keep their head still whilst lying inside an MEG simulator. To help children feel at ease in the novel MEG environment, all of the procedures are explained through the narrative of a space mission. To minimize head movement due to restlessness, children are trained and assessed using fun and engaging experimental paradigms. In addition, children's residual head movement artefacts are compensated for during the data acquisition session using a real-time head movement tracking system. Implementing these child-friendly procedures is important for improving data quality, minimizing participant attrition rates in longitudinal studies, and ensuring that families have a positive research experience.

This article introduces a child-friendly research protocol designed to improve data quality by reducing head movement during pediatric magnetoencephalography (MEG). We familiarize families with the MEG environment, train children to remain still using an MEG simulator, and correct for residual head movement artefacts using a real-time head movement detection system.

Beyin fonksiyonları çocuklarda Magnetoencephalography kullanarak eğitim

Magnetoencephalography (MEG) is a non-invasive neuroimaging technique which directly measures magnetic fields produced by the electrical activity of the ...

Chronic Implantation of Whole-cortical Electrocorticographic Array in the Common Marmoset

Electrocorticography (ECoG) allows the monitoring of electrical field potentials from the cerebral cortex with high spatiotemporal resolution. Recent development of thin, flexible ECoG electrodes has enabled conduction of stable recordings of large-scale cortical activity. We have developed a whole-cortical ECoG array for the common marmoset. The array continuously covers almost the entire lateral surface of cortical hemisphere, from the occipital pole to the temporal and frontal poles, and it captures whole-cortical neural activity in one shot. This protocol describes a chronic implantation procedure of the array in the epidural space of the marmoset brain. Marmosets have two advantages regarding ECoG recordings, one being the homologous organization of anatomical structures in humans and macaques, including frontal, parietal, and temporal complexes. The other advantage is that the marmoset brain is lissencephalic and contains a large number of complexes, which are more difficult to access in macaques with ECoG, that are exposed to the brain surface.These features allow direct access to most cortical areas beneath the surface of the brain. This system provides an opportunity to investigate global cortical information processing with high resolutions at a sub-millisecond order in time and millimeter order in space.

We have developed a whole-cortical electrocorticographic array for the common marmoset that continuously covers almost the entire lateral surface of cortex, from the occipital pole to the temporal and frontal poles. This protocol describes a chronic implantation procedure of the array in the epidural space of the marmoset brain.

Kronik yaygın Marmoset bütün kortikal Electrocorticographic dizide implantasyonu

Electrocorticography (ECoG) allows the monitoring of electrical field potentials from the cerebral cortex with high spatiotemporal resolution. Recent ...

Flow Cytometric Analysis of Multiple Mitochondrial Parameters in Human Induced Pluripotent Stem Cells and Their Neural and Glial Derivatives

Mitochondria are important in the pathophysiology of many neurodegenerative diseases. Changes in mitochondrial volume, mitochondrial membrane potential (MMP), mitochondrial production of reactive oxygen species (ROS), and mitochondrial DNA (mtDNA) copy number are often features of these processes. This report details a novel flow cytometry-based approach to measure multiple mitochondrial parameters in different cell types, including human induced pluripotent stem cells (iPSCs) and iPSC-derived neural and glial cells. This flow-based strategy uses live cells to measure mitochondrial volume, MMP, and ROS levels, as well as fixed cells to estimate components of the mitochondrial respiratory chain (MRC) and mtDNA-associated proteins such as mitochondrial transcription factor A (TFAM). 
By co-staining with fluorescent reporters, including MitoTracker Green (MTG), tetramethylrhodamine ethyl ester (TMRE), and MitoSox Red, changes in mitochondrial volume, MMP, and mitochondrial ROS can be quantified and related to mitochondrial content. Double staining with antibodies against MRC complex subunits and translocase of outer mitochondrial membrane 20 (TOMM20) permits the assessment of MRC subunit expression. As the amount of TFAM is proportional to mtDNA copy number, the measurement of TFAM per TOMM20 gives an indirect measurement of mtDNA per mitochondrial volume. The entire protocol can be carried out within 2-3 h. Importantly, these protocols allow the measurement of mitochondrial parameters, both at the total level and the specific level per mitochondrial volume, using flow cytometry.

This study reports a novel approach to measure multiple mitochondrial functional parameters based on flow cytometry and double staining with two fluorescent reporters or antibodies to detect changes in mitochondrial volume, mitochondrial membrane potential, reactive oxygen species level, mitochondrial respiratory chain composition, and mitochondrial DNA.

İnsan Kaynaklı Pluripotent Kök Hücrelerde Multipl Mitokondriyal Parametrelerin ve Nöral ve Glial Türevlerinin Akış Sitometrik Analizi

Mitochondria are important in the pathophysiology of many neurodegenerative diseases. Changes in mitochondrial volume, mitochondrial membrane potential ...

Investigation of Spatial Interaction Between Astrocytes and Neurons in Cleared Brains

Combining viral vector transduction and tissue clearing using the CLARITY method makes it possible to simultaneously investigate several types of brain cells and their interactions. Viral vector transduction enables the marking of diverse cell types in different fluorescence colors within the same tissue. Cells can be identified genetically by activity or projection. Using a modified CLARITY protocol, the potential sample size of astrocytes and neurons has grown by 2-3 orders of magnitude. The use of CLARITY allows the imaging of complete astrocytes, which are too large to fit in their entirety in slices, and the examination of the somata with all their processes. In addition, it provides the opportunity to investigate the spatial interaction between astrocytes and different neuronal cell types, namely, the number of pyramidal neurons in each astrocytic domain or the proximity between astrocytes and specific inhibitory neuron populations. This paper describes, in detail, how these methods are to be applied.

Combining viral vector transduction and brain clearing using the CLARITY method allows the investigation of a large number of neurons and astrocytes simultaneously.

Temizlenmiş Beyinlerde Astrositler ve Nöronlar Arasındaki Mekansal Etkileşimin İncelenmesi

Combining viral vector transduction and tissue clearing using the CLARITY method makes it possible to simultaneously investigate several types of brain ...

Robust and Highly Reproducible Generation of Cortical Brain Organoids for Modelling Brain Neuronal Senescence In Vitro

Brain organoids are three-dimensional models of the developing human brain and provide a compelling, cutting-edge platform for disease modeling and large-scale genomic and drug screening. Due to the self-organizing nature of cells in brain organoids and the growing range of available protocols for their generation, issues with heterogeneity and variability between organoids have been identified. In this protocol paper, we describe a robust and replicable protocol that largely overcomes these issues and generates cortical organoids from neuroectodermal progenitors within 1 month, and that can be maintained for more than 1 year. This highly reproducible protocol can be easily carried out in a standard tissue culture room and results in organoids with a rich diversity of cell types typically found in the developing human cortex. Despite their early developmental make-up, neurons and other human brain cell types will start to exhibit the typical signs of senescence in neuronal cells after prolonged in vitro culture, making them a valuable and useful platform for studying aging-related neuronal processes. This protocol also outlines a method for detecting such senescent cells in cortical brain organoids using senescence-associated beta-galactosidase staining.

Robust and Highly Reproducible Generation of Cortical Brain Organoids for Modelling Brain Neuronal Senescence In Vitro

In this study, we provide a detailed technique for a simple yet robust cortical organoid culture system using standard feeder-free hPSC cultures. This is a rapid, efficient, and reproducible protocol for generating organoids that model aspects of brain senescence in vitro.

Beyin Nöronal Yaşlanmasını Modellemek için Kortikal Beyin Organoidlerinin Sağlam ve Yüksek Oranda Yeniden Üretilebilir Üretimi In Vitro

Brain organoids are three-dimensional models of the developing human brain and provide a compelling, cutting-edge platform for disease modeling and ...