Bu araştırma, Ulusal Sağlık Enstitüleri (R03DC009339-02, NIDCD) tarafından ve Savunma İleri Araştırma Projeleri Ajansı (DARPA) Dr Jack W. Judy himayesinde Microsystems Teknoloji Ofisi (MTO), (tarafından desteklenmiştir jack.judy @ Uzay ve Deniz Harp Sistemleri Komutanlığı (SPAWAR) Sistemleri Merkezi (SSC) Pasifik hibe No N66001-11-1-4013 ile Güvenilir Sinir Teknoloji Programı&#39;nın bir parçası olarak darpa.mil).

1. Elektrokimya Enstrüman ayarlama <ol><li> Böyle bir Methrohm Autolab PGSTAT (Utrecht, NL) gibi Elektrokimya enstrümantasyon ÇBS, CV ve Gençleştirme için gereklidir. Add-on FRA2 ÇBS sağlar ve kanal çoklayıcı (MUX) add-on multi-kanal elektrotlar test etmek için yararlıdır. </li><li> Headstage için MUX kanal bağlamak için bir headstage adaptörü oluşturun. </li><li> Bağlantılarını yapın. Çalışma ve MUX kanala elektrotlar algılama ve geçerli dönüş yolu bağlı, tipik bir implante paslanmaz çelik veya titanyum kemik vidası headstage adaptörünün parçası referans ve karşı elektrotlar bağlayın bağlayın. </li></ol> 2. Elektrik Empedans Spektroskopisi <ol><li> Frekans Analyzer (FRA) yazılımını başlatın ve Usulü dosya ayarlarını doğrulayın. Prosedür her anda 10 Hz ile 30 arasında değişen 15 sinüslerle oluşan iki multi-sinüs dalga test etmek için ayarlanmış olmalıdırkHz. Uygulanan voltaj 25 mV veya (tamamlayıcı yöntemler bakınız) daha az olmalıdır. </li><li> Proje dosyasını açın ve düzenleyin. Proje, Usul dosyasını kullanan her kanal döngüsü ve sonucu (ek yöntemler bakınız) kaydeder. </li><li> Pasif bir (hayır amplifikatörler) headstage hayvan konu bağlayın. Aktif headstages giriş sinyalleri geçmek olmaz. </li><li> Proje dosyayı çalıştırın. Her kanal ayarlarına bağlı olarak saniyede onlarca alır. </li><li> Sonucu görüntülemek ve yorumlamak. MATLAB (Natick, MA) ile çıkış metin dosyalarını ayrıştırma ve Nyquist arsa olun. Yüksek frekansları bir yarım daire, bir doku tepkisi gösterir. </li></ol> 3. Voltametri <ol><li> Genel Amaçlı Elektrokimya Sistemi (GPES) yazılımı başlatın ve Usulü dosya ayarlarını doğrulayın. Prosedürü (Pt, mV / s Tipik bir sinir elektrot malzemeleri için +0.8 ila -0.6 V hidroliz sınırları içinde 50 voltaj süpürmek için ayarlanmış olmalıdırIr, IROX). En az üç taramaları dengeye ulaşması sistemi için çalıştırılmalıdır. Nihai tarama elde edilen sonuçlar (ek yöntemler bakınız) kaydedilir. Tarama hızı azaltmak için ölçüm süresi 1 V / s ile arttırılabilir; tarama hızı elektrot-doku arayüz meydana gelen yük iletimi reaksiyon daha hızlı olduğu, ancak, IV grafiğinin şeklini değişecektir. </li><li> Proje dosyasını açın ve düzenleyin. Proje, Usul dosyasını kullanan her kanal döngüsü ve sonucu (ek yöntemler bakınız) kaydeder. </li><li> Pasif bir headstage hayvan konu bağlayın. </li><li> Proje dosyayı çalıştırın. Her kanal ayarlarına bağlı olarak yaklaşık üç dakika sürer. 1 V / s tarama hızı artan kanal başına yaklaşık on saniye için ölçüm zamanını azaltır. </li><li> Sonucu görüntülemek ve yorumlamak. MATLAB ile çıkış metin dosyalarını ayrıştırmak ve IV ilişki çizdirilir. Taşıma kapasitesi ücret alan entegre ederek ölçülürCV içinde katodik akım. </li></ol> 4. Gençleştirme <ol><li> Genel Amaçlı Elektrokimya Sistemi (GPES) yazılımı başlatın ve Usulü dosya ayarlarını doğrulayın. Adımlar ve Sweeps yöntemi kullanarak, işlem (ek yöntemler bakınız) 4 saniyelik bir süre için 1.5 V gerilim adıma ayarlanmalıdır. </li><li> Proje dosyasını açın ve düzenleyin. Proje, Usul dosyasını kullanan her kanal döngüsü ve sonucu (ek yöntemler bakınız) kaydeder. </li><li> Pasif bir headstage hayvan konu bağlayın. </li><li> Proje dosyayı çalıştırın. Her kanal yaklaşık on saniye sürer. 4.5) EIS ve CV veri toplama ve sonuçları yorumlama. </li></ol> 5.. Temsilcisi Sonuçlar Kayıtları, EIS, CV ve gençleştirme gibi tipik bir iş akışı, Şekil 1&#39;de gösterilmiştir. Kayıtlar ve ÇBS ederken CV, tüm kanallardaki (günlük veya haftalık) en sık toplanarak ediliraktivite spiking artık tespit ise yenilenme kullanılabilir. Bir elektrot haftalar sonra gün boyunca EIS değişiklikler implante edilir. EIS veri Nyquist komplo olarak görüntülendiğinde, daha yüksek frekanslar (kökeni yakın) elektrot sitesi (Şekil 2) doku yanıtı göstergesidir az yarım daire. CV bazı histerezis gösteren bir akım-gerilim (IV) eğrisi üretir. En uygun CV istatistik taşıma kapasitesi ücretsizdir, (Şekil 3) elektrot sit alanı ile normalize IV eğrisi içinde kalan alan. Büyük şarj kapasitesi ile Elektrotlar mikro-uyarılması için tercih edilir. Gençleştirme sırasında bir gerilim darbesi genellikle artmış şarj kapasitesi sonuçlar ve empedans büyüklükleri (Şekil 3a ve b) &#39;de azalma uygulanır. Çivileme daha önce sivri (Şekil 4a) vardı kanalları restore edilebilir. Gençleştirme empedans ve sinyal-hayır sadece kısa vadeli etkileri olmaklaISE oranı (SNR), bu teknik, günlük uygulanabilir. Şekil 4b ve c günlük gösterir öncesi ve sonrası gençleştirme 1 kHz empedans büyüklüğü ve kobay kortekste implante edilen 16 kanal dizi için SNR verileri. Gençleştirme Her uygulamadan sonra bir büyüklük sırasına göre 1 kHz empedans büyüklüğünün düşürülmesi üzerine sağlam bir etkiye sahiptir. Kurtarılmış sinyalleri ve alt empedansı bir sonucu olarak, her bir yenilenme SNR aktif sonra arttırır. Sonuçta, tüm sinyaller 160 gün implantasyonu sonrası ve gençleşme artık etkili oldu takiben kaybedildi. <img src="/files/ftp_upload/3566/3566fig1.jpg" alt="Şekil 1" /> Şekil 1. EIS her kayıt seansından sonra ölçülür. Hiçbir diken diken oldu, daha önce bir kanal kaydedilmiş ve EIS zamanla arttı geniş doku bileşeni gösterir, o zaman CV ve gençleştirme bu kanal üzerinde çalışılmıştır. EIS ve kayıt daha sonra arıtma başarılı olup olmadığını belirlemek için kullanılır. Şekil 2. 4 ay sonra bir elektrot hemen implantasyon sonrası sitesi (mavi) ve (yeşil) bir Nyquist arsa görüntülenen EIS veri. Nyquist arsa üzerindeki her noktadan tek bir frekansta gerçek ve hayali empedans temsil eder. Site çevresindeki doku nedeniyle kısmi yarım daire yüksek frekanslarda açıktır. <img src="/files/ftp_upload/3566/3566fig3.jpg" alt="Şekil 3" /> Şekil 3. Implante bir iridyum oksit elektrot ön ve post-gençleştirme CV ve EIS değişir. (A) Rejuvenation taşıma kapasitesi artan bir şarj denk IV eğrisinin alanı artar. (B) düşük empedans seviyelere empedansı specra anlamlı bir değişim genellikle gençleştirme sonra görülmektedir. <img src="/files/ftp_upload/3566/3566fig4.jpg" alt="Şekil 4" /> Şekil 4. Effegerilim cts kayıtları ve empedansı üzerindeki kutuplama. (A) öncesi ve sonrası gençleştirme kayıtları sivri sessiz kalmış kanallar geri kazanılabilir göstermektedir. Günlük pre-ve 1 kHz&#39;e empedansı büyüklüğü ve ameliyatı sonrası yaklaşık 150 gün süreyle SNR in (C) sağlam bir artış (B) damla post-yenilenme sonuçlanır. Errorbars kobay korteks implante bir 16-kanal dizi toplanan veriler standart hata temsil eder.

<ol>
	<li>Szarowski, D. H., Andersen, M. D., Retterer, S., Spence, A. J., Isaacson, M., Craighead, H. G., Turner, J. N., Shain, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Brain+responses+to+micro&#45;machined+silicon+devices.">Brain responses to micro&#45;machined silicon devices.</a> Brain Res. 983, 23-35 (2003).</li><li>Vetter, R. J., Williams, J. C., Hetke, J. F., Nunamaker, E. A., Kipke, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chronic+neural+recording+using+silicon&#45;substrate+microelectrode+arrays+implanted+in+cerebral+cortex.">Chronic neural recording using silicon&#45;substrate microelectrode arrays implanted in cerebral cortex.</a> IEEE Trans. Biomed. Eng. 51, 896-904 (2004).</li><li>Williams, J. C., Hippensteel, J. A., Dilgen, J., Shain, W., Kipke, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Complex+impedance+spectroscopy+for+monitoring+tissue+responses+to+inserted+neural+implants.">Complex impedance spectroscopy for monitoring tissue responses to inserted neural implants.</a> J. Neural Eng. 4, 410-423 (2007).</li><li>Johnson, M. D., Otto, K. J., Kipke, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Repeated+voltage+biasing+improves+unit+recordings+by+reducing+resistive+tissue+impedances.">Repeated voltage biasing improves unit recordings by reducing resistive tissue impedances.</a> IEEE Trans. Neural Syst. Rehabil. Eng. 13, 160-165 (2005).</li><li>Otto, K. J., Johnson, M. D., Kipke, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Voltage+pulses+change+neural+interface+properties+and+improve+unit+recordings+with+chronically+implanted+microelectrodes.">Voltage pulses change neural interface properties and improve unit recordings with chronically implanted microelectrodes.</a> IEEE Trans. Biomed. Eng. 53, 333-340 (2006).</li><li>Pickup, P. G., Birss, V. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+model+for+anodic+hydrous+oxide&#45;growth+at+iridium.">A model for anodic hydrous oxide&#45;growth at iridium.</a> J. Electroanal. Chem. 220, 83-100 (1987).</li></ol>

Çıkar çatışması ilan etti.

Kayıt özelliği zaman implantasyon sonrası azalır gibi nöral kayıt protez sistemleri sınırlı fonksiyonel ömrü gösterilecek. Azalan performans olasılıkla katkıda kompakt bir glial kılıf işlevsel sağlıklı doku 1 yabancı cisim izole olarak implante cihaza reaktif doku yanıttır. Sinir kaydı ile birlikte, elektro-kimyasal ölçümleri (EIS ve CV) tipik olarak elektrot-doku arayüz 2,3 uzunlamasına izlenmesi için kullanılır. EIS arayüz kayıt özelliği değerlendirmede pratik olarak yararlıdır. Empedansı hızlı süre ile reaktif doku tepkisi düşündüren post-implantasyon arayüz 3 elektriksel özelliklerini değiştiren arttırır. Buna ek olarak, EIS veri implante elektrot 3-5 bitişik hücresel bileşimi modeli için kullanılabilir. Voltametri daha kayıtları ve ÇBS değişiklikleri araştırmak için kullanılabilir. Elektriklikompozisyonda, malzeme ve pürüzlülük gibi elektrokimyasal reaksiyonları ve çevreleyen dokuya IV grafiğinin şeklini etkiler. IV eğrisinin alanı tespit kapasitesi,, geniş bir şarj taşıyan genellikle özellikle elektrik mikro-uyarılması için, tercih edilir. Düşük şarj kapasitesi genellikle artmış ÇBS ile ilişkilidir. CV sırasında uygulanan potansiyel gerilim aralığı redoks reaksiyonları tahrik etmek kadar büyük, özellikle şarj kapasitesi ve ÇBS kendisi değiştirebilir. Voltajı eğimlendirme veya gençleştirmenin uygulaması, empedansı azaltılması, ve kaydedilmiş sivri 5 ile kanal numarasını artan, taşıma kapasitesi artan şarj etmek amacıyla kullanılabilir. Oksidasyon olasılıkla gençleştirme sırasında elektrot arayüzü meydana geliyor, ve iridyum malzemeleri ile, bir sulu oksit tek tabakalı 1.2 V 6 anodik potansiyellerde oluşturur. Bu tek tabakalı oluşumunu kaldırabilir öne sürülmüştür hücresel ve acellular malzemenin arayüz 5 daha düşük empedans sonuçlanan elektrot bağlı. Gençleştirme sinir sinyalleri kaybetti kurtarabilirsiniz Önceleri önce bir kaç gün içinde ani vardı kanallarda kullanılırsa, en etkili olur. Kayıtlar, EIS, CV ve gençleştirme iyi nöral arayüzü izlenmesi ve implante cihazların uzun dönemli işlevsellik iyileştirilmesi tamamlayıcı araçlar olarak kullanılabilir.

<table border="1"><tbody><tr><td> Ekipman </td><td> Şirket </td><td> Katalog numarası </td><td> Yorumlar </td></tr><tr><td> Elektrokimya Enstrüman </td><td> Metrohm Autolab </td><td> PGSTAT128N </td><td> eklentileri: FRA2, kanal MUX </td></tr><tr><td> Pasif headstage </td><td> Tucker-Davis Teknolojileri </td><td></td><td> modeli konektörü ve kanal sayısı bağlıdır </td></tr><tr><td> 26-pin dişi konnektör </td><td> AMP </td><td> 5749069-2 </td><td> Headstage Adaptörü Veya headstage için yerine uygun konektörü </td></tr><tr><td> Banana Jacks </td><td> Digikey </td><td> J151-ND </td><td> Autolab kanal MUX headstage Adaptörü banana fişleri var </td></tr></tbody></table>

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

Elektrik impedans spektroskopisi (EIS) ve voltametri (CV) ek invaziv prosedürler olmaksızın elektrot-doku arayüzü ölçü özellikleri ve uzun vadede elektrot performansını izlemek için kullanılabilir. EIS çoklu frekanslarda elektrik empedansı ölçer ve voltametri elektrod taşıma kapasitesi şarj ölçer ve şarj farklı gerilim seviyelerinde nasıl aktarıldığını gösterir iken empedans artar, cihaz etrafında artmış glial skar oluşumu göstermektedir. Yerleştirilmiş elektrotlar yaş, EIS ve CV veri değişim ve daha önce spiking nöronlar kaydedildi elektrot siteler genellikle sinirsel kayıt için daha düşük etkinlik sergilemek gibi. Gençleşme olarak bilinen elektrot implante diziler, kısa bir gerilim darbe uygulaması bir süre için aksi sessiz elektrot sitelerinde faaliyet spiking geri getirebilir. Gençleştirme değiştirir EIS ve CV ve bu tamamlayıcı yöntemler izlenebilir. Tipik olarak, EIS elektrot yerinde doku tepkisi bir göstergesi olarak, günlük olarak ölçülür. Sivri önceden sivri olan bir kanal eksik bulundukları takdirde, daha sonra CV elektrot sitesi taşıma kapasitesi şarj belirlemek için kullanılır, ve yenilenme arayüz etkinliğini arttırmak için uygulanabilir. CV ve EIS sonra elektrot-doku arayüzünde değişiklikleri kontrol etmek için tekrarlanan ve nöral kayıtları toplanır. Gençleştirme genel amacı implante dizilerin fonksiyonel ömrünü uzatmak için.

Watch this Scientific Journal Video about Voltage Biasing, Cyclic Voltammetry, & Electrical Impedance Spectroscopy for Neural Interfaces at JoVE.com

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

Nöral kayıt elektrotları elektrot-doku arayüzü impedans spektroskopisi (EIS) ve voltametri (CV) ile karakterize edilebilir. Gerilim değişiklikleri elektrot-doku arayüzü elektrokimyasal özelliklerini kutuplama ve artırabilir kayıt özelliği uygulanması. Gerilim kutuplama, EIS, CV ve sinir kayıtları tamamlayıcıdır.

Sinir Arayüzler için voltaj kutuplanması, Voltametri, ve Elektrik Empedans Spektroskopisi

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

voltage-biasing-cyclic-voltammetry-electrical-impedance-spectroscopy

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Electrical Engineering

Neuroscience

Unit 1

Sampling

Basics of Electric Circuits

SCIENTISTS IN ACTION

24.4K Görüntüleme.  Purdue University. Nöral kayıt elektrotları elektrot-doku arayüzü impedans spektroskopisi (EIS) ve voltametri (CV) ile karakterize edilebilir. Gerilim değişiklikleri elektrot-doku arayüzü elektrokimyasal özelliklerini kutuplama ve artırabilir kayıt özelliği uygulanması. Gerilim kutuplama, EIS, CV ve sinir kayıtları tamamlayıcıdır.

Video: Voltage Biasing, Cyclic Voltammetry, & Electrical Impedance Spectroscopy for Neural Interfaces

Presynaptic Dopamine Dynamics in Striatal Brain Slices with Fast-scan Cyclic Voltammetry

Extensive research has focused on the neurotransmitter dopamine because of its importance in the mechanism of action of drugs of abuse (e.g. cocaine and amphetamine), the role it plays in psychiatric illnesses (e.g. schizophrenia and Attention Deficit Hyperactivity Disorder), and its involvement in degenerative disorders like Parkinson's and Huntington's disease. Under normal physiological conditions, dopamine is known to regulate locomotor activity, cognition, learning, emotional affect, and neuroendocrine hormone secretion. One of the largest densities of dopamine neurons is within the striatum, which can be divided in two distinct neuroanatomical regions known as the nucleus accumbens and the caudate-putamen. The objective is to illustrate a general protocol for slice fast-scan cyclic voltammetry (FSCV) within the mouse striatum. FSCV is a well-defined electrochemical technique providing the opportunity to measure dopamine release and uptake in real time in discrete brain regions. Carbon fiber microelectrodes (diameter of ~ 7 &mu;m) are used in FSCV to detect dopamine oxidation. The analytical advantage of using FSCV to detect dopamine is its enhanced temporal resolution of 100 milliseconds and spatial resolution of less than ten microns, providing complementary information to in vivo microdialysis.

Using fast-scan cyclic voltammetry to measure electrically evoked presynaptic dopamine dynamics in striatal brain slices.

Hızlı tarama Cyclic Voltametri striatal Beyin Slices presinaptik dopamin Dinamiği

Extensive research has focused on the neurotransmitter dopamine because of its importance in the mechanism of action of drugs of abuse (e.g. cocaine and ...

Nörobilim

Detection of Microregional Hypoxia in Mouse Cerebral Cortex by Two-photon Imaging of Endogenous NADH Fluorescence

The brain's ability to function at high levels of metabolic demand depends on continuous oxygen supply through blood flow and tissue oxygen diffusion. Here we present a visualized experimental and methodological protocol to directly visualize microregional tissue hypoxia and to infer perivascular oxygen gradients in the mouse cortex. It is based on the non-linear relationship between nicotinamide adenine dinucleotide (NADH) endogenous fluorescence intensity and oxygen partial pressure in the tissue, where observed tissue NADH fluorescence abruptly increases at tissue oxygen levels below 10 mmHg1. We use two-photon excitation at 740 nm which allows for concurrent excitation of intrinsic NADH tissue fluorescence and blood plasma contrasted with Texas-Red dextran. The advantages of this method over existing approaches include the following: it takes advantage of an intrinsic tissue signal and can be performed using standard two-photon in vivo imaging equipment; it permits continuous monitoring in the whole field of view with a depth resolution of ~50 &mu;m. We demonstrate that brain tissue areas furthest from cerebral blood vessels correspond to vulnerable watershed areas which are the first to become functionally hypoxic following a decline in vascular oxygen supply. This method allows one to image microregional cortical oxygenation and is therefore useful for examining the role of inadequate or restricted tissue oxygen supply in neurovascular diseases and stroke.

Here we describe a method to directly visualize microregional tissue hypoxia in the mouse cortex in vivo. It is based on concurrent two-photon imaging of nicotinamide adenine dinucleotide (NADH) and the cortical microcirculation. This method is useful for high resolution analysis of tissue oxygen supply.

Endojen NADH Floresans iki-foton Imaging tarafından Fare Serebral Korteks olarak Microregional Hipoksi Algılama

The brain's ability to function at high levels of metabolic demand depends on continuous oxygen supply through blood flow and tissue oxygen diffusion. ...

Reproducible Mouse Sciatic Nerve Crush and Subsequent Assessment of Regeneration by Whole Mount Muscle Analysis

Regeneration in the peripheral nervous system (PNS) is widely studied both for its relevance to human disease and to understand the robust regenerative response mounted by PNS neurons thereby possibly illuminating the failures of CNS regeneration1. Sciatic nerve crush (axonotmesis) is one of the most common models of peripheral nerve injury in rodents2. Crushing interrupts all axons but Schwann cell basal laminae are preserved so that regeneration is optimal3,4. This allows the investigator to study precisely the ability of a growing axon to interact with both the Schwann cell and basal laminae4. Rats have generally been the preferred animal models for experimental nerve crush. They are widely available and their lesioned sciatic nerve provides a reasonable approximation of human nerve lesions5,4. Though smaller in size than rat nerve, the mouse nerve has many similar qualities. Most importantly though, mouse models are increasingly valuable because of the wide availability of transgenic lines now allows for a detailed dissection of the individual molecules critical for nerve regeneration6, 7. Prior investigators have used multiple methods to produce a nerve crush or injury including simple angled forceps, chilled forceps, hemostatic forceps, vascular clamps, and investigator-designed clamps8,9,10,11,12. Investigators have also used various methods of marking the injury site including suture, carbon particles and fluorescent beads13,14,1. We describe our method to obtain a reproducibly complete sciatic nerve crush with accurate and persistent marking of the crush-site using a fine hemostatic forceps and subsequent carbon crush-site marking. As part of our description of the sciatic nerve crush procedure we have also included a relatively simple method of muscle whole mount we use to subsequently quantify regeneration.

In this report we describe a method to crush mouse sciatic nerve. This method uses readily available hemostatic forceps and easily and reproducibly produces complete sciatic nerve crush. In addition, we describe a method to prepare muscle whole mounts suitable for analysis of nerve regeneration after sciatic nerve crush.

Tüm Dağı Muscle Analizi ile tekrarlanabilir Fare Siyatik Sinir Ezilme ve Rejenerasyon daha sonraki Değerlendirme

Regeneration in the peripheral nervous system (PNS) is widely studied both for its relevance to human disease and to understand the robust regenerative ...

Laser Nanosurgery of Cerebellar Axons In Vivo

Only a few neuronal populations in the central nervous system (CNS) of adult mammals show local regrowth upon dissection of their axon. In order to understand the mechanism that promotes neuronal regeneration, an in-depth analysis of the neuronal types that can remodel after injury is needed. Several studies showed that damaged climbing fibers are capable of regrowing also in adult animals1,2. The investigation of the time-lapse dynamics of degeneration and regeneration of these axons within their complex environment can be performed by time-lapse two-photon fluorescence (TPF) imaging in vivo3,4. This technique is here combined with laser surgery, which proved to be a highly selective tool to disrupt fluorescent structures in the intact mouse cortex5-9.
This protocol describes how to perform TPF time-lapse imaging and laser nanosurgery of single axonal branches in the cerebellum in vivo. Olivocerebellar neurons are labeled by anterograde tracing with a dextran-conjugated dye and then monitored by TPF imaging through a cranial window. The terminal portion of their axons are then dissected by irradiation with a Ti:Sapphire laser at high power. The degeneration and potential regrowth of the damaged neuron are monitored by TPF in vivo imaging during the days following the injury.

Laser Nanosurgery of Cerebellar Axons In Vivo

Two-photon imaging, coupled to laser nanodissection, are useful tools to study degenerative and regenerative processes in the central nervous system with subcellular resolution. This protocol shows how to label, image, and dissect single climbing fibers in the cerebellar cortex in vivo.

Serebellar Aksonlar Lazer Nanosurgery<em&gt; In Vivo</em

Only a few neuronal populations in the central nervous system (CNS) of adult mammals show local regrowth upon dissection of their axon. In order to ...

Assessment of Neuromuscular Function Using Percutaneous Electrical Nerve Stimulation

Percutaneous electrical nerve stimulation is a non-invasive method commonly used to evaluate neuromuscular function from brain to muscle (supra-spinal, spinal and peripheral levels). The present protocol describes how this method can be used to stimulate the posterior tibial nerve that activates plantar flexor muscles. Percutaneous electrical nerve stimulation consists of inducing an electrical stimulus to a motor nerve to evoke a muscular response. Direct (M-wave) and/or indirect (H-reflex) electrophysiological responses can be recorded at rest using surface electromyography. Mechanical (twitch torque) responses can be quantified with a force/torque ergometer. M-wave and twitch torque reflect neuromuscular transmission and excitation-contraction coupling, whereas H-reflex provides an index of spinal excitability. EMG activity and mechanical (superimposed twitch) responses can also be recorded during maximal voluntary contractions to evaluate voluntary activation level. Percutaneous nerve stimulation provides an assessment of neuromuscular function in humans, and is highly beneficial especially for studies evaluating neuromuscular plasticity following acute (fatigue) or chronic (training/detraining) exercise.

We present a protocol to assess changes in neuromuscular function. Percutaneous electrical nerve stimulation is a non-invasive method that evokes muscular responses. Electrophysiological and mechanical properties of these responses permit the evaluation of neuromuscular function from brain to muscle (supra-spinal, spinal and peripheral levels).

Perkütan Elektriksel Sinir Stimülasyonu kullanma Nöromüsküler Fonksiyonu Değerlendirilmesi

Percutaneous electrical nerve stimulation is a non-invasive method commonly used to evaluate neuromuscular function from brain to muscle (supra-spinal, ...

Modeling Fast-scan Cyclic Voltammetry Data from Electrically Stimulated Dopamine Neurotransmission Data Using QNsim1.0

Central dopaminergic (DAergic) pathways have an important role in a wide range of functions, such as attention, motivation, and movement. Dopamine (DA) is implicated in diseases and disorders including attention deficit hyperactivity disorder, Parkinson's disease, and traumatic brain injury. Thus, DA neurotransmission and the methods to study it are of intense scientific interest. In vivo fast-scan cyclic voltammetry (FSCV) is a method that allows for selectively monitoring DA concentration changes with fine temporal and spatial resolution. This technique is commonly used in conjunction with electrical stimulations of ascending DAergic pathways to control the impulse flow of dopamine neurotransmission. Although the stimulated DA neurotransmission paradigm can produce robust DA responses with clear morphologies, making them amenable for kinetic analysis, there is still much debate on how to interpret the responses in terms of their DA release and clearance components. To address this concern, a quantitative neurobiological (QN) framework of stimulated DA neurotransmission was recently developed to realistically model the dynamics of DA release and reuptake over the course of a stimulated DA response. The foundations of this model are based on experimental data from stimulated DA neurotransmission and on principles of neurotransmission adopted from various lines of research. The QN model implements 12 parameters related to stimulated DA release and reuptake dynamics to model DA responses. This work describes how to simulate DA responses using QNsim1.0 and also details principles that have been implemented to systematically discern alterations in the stimulated dopamine release and reuptake dynamics.

Fast-scan cyclic voltammetry can monitor in vivo dopamine neurotransmission in the context of drugs, disease, and other experimental manipulations. This work describes the implementation of QNsim1.0, a software to model electrically stimulated dopamine responses according to the quantitative neurobiological model to quantify estimates of dopamine release and reuptake dynamics.

QNsim 1.0&#39;u Kullanarak Elektromanyetik Uyarılmış Dopamin Nörotransmisyon Verisinden Hızlı Tarama Çevrimsel Voltametri Veri Modellenmesi

Central dopaminergic (DAergic) pathways have an important role in a wide range of functions, such as attention, motivation, and movement. Dopamine (DA) is ...

Electrophysiological Method for Whole-cell Voltage Clamp Recordings from Drosophila Photoreceptors

Whole-cell voltage clamp recordings from Drosophila melanogaster photoreceptors have revolutionized the field of invertebrate visual transduction, enabling the use of D. melanogaster molecular genetics to study inositol-lipid signaling and Transient Receptor Potential (TRP) channels at the single-molecule level. A handful of labs have mastered this powerful technique, which enables the analysis of the physiological responses to light under highly controlled conditions. This technique allows control over the intracellular and extracellular media; the membrane voltage; and the fast application of pharmacological compounds, such as a variety of ionic or pH indicators, to the intra- and extracellular media. With an exceptionally high signal-to-noise ratio, this method enables the measurement of dark spontaneous and light-induced unitary currents (i.e.&#160;spontaneous and quantum bumps) and macroscopic Light-induced Currents (LIC) from single D. melanogaster photoreceptors. This protocol outlines, in great detail, all the key steps necessary to perform this technique, which includes both electrophysiological and optical recordings. The fly retina dissection procedure for the attainment of intact and viable ex vivo isolated ommatidia in the bath chamber is described. The equipment needed to perform whole-cell and fluorescence imaging measurements are also detailed. Finally, the pitfalls in using this delicate preparation during extended experiments are explained.

Electrophysiological Method for Whole-cell Voltage Clamp Recordings from Drosophila Photoreceptors

Whole-cell recordings from Drosophila melanogaster photoreceptors enable the measurement of spontaneous dark bumps, quantum bumps, macroscopic responses to light, and current-voltage relationships under various conditions. In combination with D. melanogaster genetic manipulation tools, this method enables the study of the ubiquitous inositol-lipid signaling pathway and its target, the TRP channel.

Tam Hücreli Gerilim Kelepçesi Kayıtları için Elektrofizyolojik Yöntem<em&gt; Drosophila</emPhotoreceptors

Whole-cell voltage clamp recordings from Drosophila melanogaster photoreceptors have revolutionized the field of invertebrate visual transduction, ...

Time-dependent Increase in the Network Response to the Stimulation of Neuronal Cell Cultures on Micro-electrode Arrays

Micro-electrode arrays (MEAs) can be used to investigate drug toxicity, design paradigms for next-generation personalized medicine, and study network dynamics in neuronal cultures. In contrast with more traditional methods, such as patch-clamping, which can only record activity from a single cell, MEAs can record simultaneously from multiple sites in a network, without requiring the arduous task of placing each electrode individually. Moreover, numerous control and stimulation configurations can be easily applied within the same experimental setup, allowing for a broad range of dynamics to be explored. One of the key dynamics of interest in these in vitro studies has been the extent to which cultured networks display properties indicative of learning. Mouse neuronal cells cultured on MEAs display an increase in response following training induced by electrical stimulation. This protocol demonstrates how to culture neuronal cells on MEAs; successfully record from over 95% of the plated dishes; establish a protocol to train the networks to respond to patterns of stimulation; and sort, plot, and interpret the results from such experiments. The use of a proprietary system for stimulating and recording neuronal cultures is demonstrated. Software packages are also used to sort neuronal units. A custom-designed graphical user interface is used to visualize post-stimulus time histograms, inter-burst intervals, and burst duration, as well as to compare the cellular response to stimulation before and after a training protocol. Finally, representative results and future directions of this research effort are discussed.

Mouse neuronal cells cultured on multi-electrode arrays display an increase in response following electrical stimulation. This protocol demonstrates how to culture neurons, how to record activity, and how to establish a protocol to train the networks to respond to patterns of stimulation.

Mikro Elektrod Dizilerinde Nöronal Hücre Kültürlerinin Uyarılmasına Ağ Yanıtına Zamana Bağlı Artış

Micro-electrode arrays (MEAs) can be used to investigate drug toxicity, design paradigms for next-generation personalized medicine, and study network ...

Simultaneous Recordings of Cortical Local Field Potentials, Electrocardiogram, Electromyogram, and Breathing Rhythm from a Freely Moving Rat

Monitoring the physiological dynamics of the brain and peripheral tissues is necessary for addressing a number of questions about how the brain controls body functions and internal organ rhythms when animals are exposed to emotional challenges and changes in their living environments. In general experiments, signals from different organs, such as the brain and the heart, are recorded by independent recording systems that require multiple recording devices and different procedures for processing the data files. This study describes a new method that can simultaneously monitor electrical biosignals, including tens of local field potentials in multiple brain regions, electrocardiograms that represent the cardiac rhythm, electromyograms that represent awake/sleep-related muscle contraction, and breathing signals, in a freely moving rat. The recording configuration of this method is based on a conventional micro-drive array for cortical local field potential recordings in which tens of electrodes are accommodated, and the signals obtained from these electrodes are integrated into a single electrical board mounted on the animal's head. Here, this recording system was improved so that signals from the peripheral organs are also transferred to an electrical interface board. In a single surgery, electrodes are first separately implanted into the appropriate body parts and the target brain areas. The open ends of all of these electrodes are then soldered to individual channels of the electrical board above the animal's head so that all of the signals can be integrated into the single electrical board. Connecting this board to a recording device allows for the collection of all of the signals into a single device, which reduces experimental costs and simplifies data processing, because all data can be handled in the same data file. This technique will aid the understanding of the neurophysiological correlates of the associations between central and peripheral organs.

This study introduces a method for the simultaneous recording of local field potentials in the brain, electrocardiograms, electromyograms, and breathing signals of a freely moving rat. This technique, which reduces experimental costs and simplifies data analysis, will contribute to the understanding of the interactions between the brain and peripheral organs.

Kortikal yerel alan potansiyelleri, Elektrokardiyogram, Electromyogram ve ritim serbestçe hareket bir sıçan gelen nefes eşzamanlı kayıt

Monitoring the physiological dynamics of the brain and peripheral tissues is necessary for addressing a number of questions about how the brain controls ...

Wide-field Single-photon Optical Recording in Brain Slices Using Voltage-sensitive Dye

Wide-field single photon voltage-sensitive dye (VSD) imaging of brain slice preparations is a useful tool to assess the functional connectivity in neural circuits. Due to the fractional change in the light signal, it has been difficult to use this method as a quantitative assay. This article describes special optics and slice handling systems, which render this technique stable and reliable. The present article demonstrates the slice handling, staining, and recording of the VSD-stained hippocampal slices in detail. The system maintains physiological conditions for a long time, with good staining, and prevents mechanical movements of the slice during the recordings. Moreover, it enables staining of slices with a small amount of the dye. The optics achieve high numerical aperture at low magnification, which allows recording of the VSD signal at the maximum frame rate of 10 kHz, with 100 pixel x 100-pixel spatial resolution. Due to the high frame rate and spatial resolution, this technique allows application of the post-recording filters that provide sufficient signal-to-noise ratio to assess the changes in neural circuits.

We introduce a reproducible and stable optical recording method for brain slices using voltage-sensitive dye. The article describes voltage-sensitive dye staining and recording of optical signals using conventional hippocampal slice preparations.

Gerilim duyarlı boya kullanarak beyin dilimleri geniş alan tek foton optik kayıt

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