Name: mapping inhibitory neuronal circuits by laser scanning photostimulation
Uploaded: 2011-10-06T13:00:00
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우리는 기술 지원을 위해 트란 Huynh, 앤드류 산 안토니오 (San Antonio), 제리 린 감사합니다. 이 작품은 건강 보조금 DA023700 국립 연구소에 의해 기금 XX에 DA023700-04S1되었습니다

1. 뇌 슬라이스 준비 <ol><li> 유전자 변형 마우스는 pentobarbital 나트륨 (&gt; 100 밀리그램 / kg, IP)와 깊이 anesthetized 빠르게 목이 베 있으며, 자신의 뇌는 냉동과 산소를​​ 절단 솔루션으로 추출. </li><li> GFP 고글은 마우스의 뇌가 실제로 GFP를 표현하는 경우 시각적으로 상영하는 데 사용됩니다. </li><li> 두께 400 μm의 기본 somatosensory 피질 부분은 자당 함유 인공 뇌척수 (ACSF)에 vibratome로 절단됩니다. 조...

<ol>
	<li>Ascoli, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Petilla+terminology:+nomenclature+of+features+of+GABAergic+interneurons+of+the+cerebral+cortex.">Petilla terminology: nomenclature of features of GABAergic interneurons of the cerebral cortex.</a> Nature. 9, 557-568 (2008).</li><li>Markram, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interneurons+of+the+neocortical+inhibitory+system.">Interneurons of the neocortical inhibitory system.</a> Nature. 5, 793-807 (2004).</li><li>Xu, X., Callaway, E. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Laminar+specificity+of+functional+input+to+distinct+types+of+inhibitory+cortical+neurons.">Laminar specificity of functional input to distinct types of inhibitory cortical neurons.</a> J Neurosci. 29, 70-85 (2009).</li><li>Xu, X., Roby, K. D., Callaway, E. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Immunochemical+characterization+of+inhibitory+mouse+cortical+neurons:+three+chemically+distinct+classes+of+inhibitory+cells.">Immunochemical characterization of inhibitory mouse cortical neurons: three chemically distinct classes of inhibitory cells.</a> J Comp Neurol. 518, 389-404 (2010).</li><li>Dantzker, J. L., Callaway, E. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Laminar+sources+of+synaptic+input+to+cortical+inhibitory+interneurons+and+pyramidal+neurons.">Laminar sources of synaptic input to cortical inhibitory interneurons and pyramidal neurons.</a> Nat Neurosci. 3, 701-707 (2000).</li><li>Yoshimura, Y., Callaway, E. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fine-scale+specificity+of+cortical+networks+depends+on+inhibitory+cell+type+and+connectivity.">Fine-scale specificity of cortical networks depends on inhibitory cell type and connectivity.</a> Nat Neurosci. 8, 1552-1559 (2005).</li><li>Shepherd, G. M., Pologruto, T. A., Svoboda, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Circuit+analysis+of+experience-dependent+plasticity+in+the+developing+rat+barrel+cortex.">Circuit analysis of experience-dependent plasticity in the developing rat barrel cortex.</a> Neuron. 38, 277-289 (2003).</li><li>Weiler, N., Wood, L., Yu, J., Solla, S. A., Shepherd, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Top-down+laminar+organization+of+the+excitatory+network+in+motor+cortex.">Top-down laminar organization of the excitatory network in motor cortex.</a> Nat Neurosci. 11, 360-366 (2008).</li><li>Xu, X., Olivas, N. D., Levi, R., Ikrar, T., Nenadic, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High+precision+and+fast+functional+mapping+of+cortical+circuitry+through+a+combination+of+voltage+sensitive+dye+imaging+and+laser+scanning+photostimulation.">High precision and fast functional mapping of cortical circuitry through a combination of voltage sensitive dye imaging and laser scanning photostimulation.</a> J Neurophysiol. 103, 2301-2312 (2010).</li><li>Xu, X., Roby, K. D., Callaway, E. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mouse+cortical+inhibitory+neuron+type+that+coexpresses+somatostatin+and+calretinin.">Mouse cortical inhibitory neuron type that coexpresses somatostatin and calretinin.</a> J Comp Neurol. 499, 144-160 (2006).</li><li>Shi, Y., Nenadic, Z., Xu, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Novel+use+of+matched+filtering+for+synaptic+event+detection+and+extraction.">Novel use of matched filtering for synaptic event detection and extraction.</a> PLoS ONE. 5, e15517-e15517 (2010).</li><li>Boyden, E. S., Zhang, F., Bamberg, E., Nagel, G., Deisseroth, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Millisecond-timescale+genetically+targeted+optical+control+of+neural+activity.">Millisecond-timescale genetically targeted optical control of neural activity.</a> Nat Neurosci. 8, 1263-1268 (2005).</li><li>Kuhlman, S. J., Huang, Z. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-resolution+labeling+and+functional+manipulation+of+specific+neuron+types+in+mouse+brain+by+Cre-activated+viral+gene+expression.">High-resolution labeling and functional manipulation of specific neuron types in mouse brain by Cre-activated viral gene expression.</a> PLoS ONE. 3, e2005-e2005 (2008).</li><li>Petreanu, L., Huber, D., Sobczyk, A., Svoboda, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Channelrhodopsin-2-assisted+circuit+mapping+of+long-range+callosal+projections.">Channelrhodopsin-2-assisted circuit mapping of long-range callosal projections.</a> Nat Neurosci. 10, 663-668 (2007).</li><li>Petreanu, L., Mao, T., Sternson, S. M., Svoboda, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+subcellular+organization+of+neocortical+excitatory+connections.">The subcellular organization of neocortical excitatory connections.</a> Nature. 457, 1142-1145 (2009).</li><li>Cardin, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Driving+fast-spiking+cells+induces+gamma+rhythm+and+controls+sensory+responses.">Driving fast-spiking cells induces gamma rhythm and controls sensory responses.</a> Nature. 459, 663-667 (2009).</li><li>Shepherd, G. M., Svoboda, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Laminar+and+columnar+organization+of+ascending+excitatory+projections+to+layer+2/3+pyramidal+neurons+in+rat+barrel+cortex.">Laminar and columnar organization of ascending excitatory projections to layer 2/3 pyramidal neurons in rat barrel cortex.</a> J Neurosci. 25, 5670-5679 (2005).</li></ol>

Photostimulation 기반의 매핑 기법을 효과적으로 대뇌 피질의 회로를 분석하는 적용되었습니다. 많은 다른 장소에서 presynaptic 뉴런의 클러스터 photostimulation과 postsynaptic 신경 세포의 동시 녹음이 흥분성의의 공간적 분포의 정량적 측정을 제공하기 때문에 전체 셀 녹음과 함께 레이저 스캐닝 photostimulation는 하나의 뉴런에 presynaptic 입력 소스의 판상 분포의 고해상도 매핑 할 수 있습니다 또는 억제 입?...

<table border="1"><tbody><tr><td> 시약의 이름 </td><td> 회사 </td><td> 카탈로그 번호 </td><td> 코멘트 </td></tr><tr><td> 유전자 변형 마우스 라인 </td><td> 잭슨 연구실 또는 기타 소스 </td><td></td><td> 슈와 캘러웨이 (2009)를 참조하시기 바랍니다 </td></tr><tr><td> GFP 고글 </td><td> BLS (주), 헝가리 </td><td></td><td></td></tr><tr><td> vibratome </td><td> Leica 시스템 </td><td> VT1200S </td><td></td></tr><tr><td> MNI 갇힌 glutamate (4 - 메 톡시-7-nitroindolinyl-갇힌 L-glutamate) </td><td> Bioscience Tocris, Ellisville, MO </td><td> 고양이 번호 1490 </td><td></td></tr><tr><td> biocytin </td><td></td><td> B4261 </td><td></td></tr><tr><td> 전극 풀러 </td><td> 셔터 악기, Novato, CA </td><td> P-97 </td><td></td></tr><tr><td> 전극을 만들기위한 유리 튜브 </td><td&gt; </td><td> BF150-86-10 </td><td></td></tr><tr><td> 700B 앰프를 Multiclamp </td><td> 분자 장치, 서니 베일, CA </td><td> 700B를 Multiclamp </td><td></td></tr><tr><td> 디지털 CCD 카메라 </td><td> Q-이미징, 오스틴, TX </td><td> Retiga 2000 </td><td></td></tr><tr><td> 연구 현미경 </td><td> 올림푸스, 도쿄, 일본 </td><td> BW51X </td><td></td></tr><tr><td> UV 레이저 단위 </td><td> DPSS 레이저, 산타 클라라, CA </td><td> 모델 3501 </td><td></td></tr><tr><td> 레이저 스캐닝 phostimulation에 대한 다른 장비 </td><td></td><td></td><td> 슈 외를 참조하시기 바랍니다. (2010) </td></tr></tbody></table> 솔루션 : <ul><li> 자당 함유 슬라이스 절단 용 인공 뇌척수 (ACSF) (mm 단위 : 85 NaCl, 75 자당, 2.5 KCl, 25 포도당, 1.25 아냐 2 PO 4, 4 MgCl 2, 0.5 CaCl 2,, 24 NaHCO 3). </lI&gt; <li> 녹음 ACSF (mm 단위 : 126 NaCl, 2.5 KCl, 26 NaHCO 3, 2 CaCl 2, 2 MgCl 2, 1.25 아냐 2 PO 4, 10 포도당) </li><li> 전극 내부 솔루션 (MM의 : 126 K-글루 콘산, 4 KCl, 10 HEPES, 4 ATP-MG, 0.3 GTP-NA, 10 phosphocreatine, 산도 7.2, 300 mOsm). </li></ul>

mapping inhibitory neuronal circuits by laser scanning photostimulation

억제 뉴런은 대뇌 피질의 기능에 중요한 수 있습니다. 그들은 전체 대뇌 피질의 neuronal 인구의 약 20 %를 구성하고 자세한 1-4의 immunochemical, 형태학, 그리고 생리 학적 특성에 따라 다양한 하위 유형으로 세분화 할 수 있습니다. 이전 연구 억제 뉴런의 개별 유형의 고유 특성에 대해 많은 발표했지만, 지역 회로 연결에 대한 지식은 아직 3,5,6 상대적으로 제한됩니다. 각 신경 세포의 기능이 대뇌 피질의 회로 내에서의 흥분성의 억제 신경과 입력에 의해 형성되는 감안할 때, 우리는 특정 억제 세포 유형에 대한지도 지역 회로 연결에 레이저 스캐닝 photostimulation (LSPS)를 사용하고 있습니다. 기존의 전기 자극 또는 glutamate 뒤를 자극에 비해 LSPS 개별적으로 기록 뉴런 3,7-9에 광범위한 매핑 및 지방 기능 입력의 정량 분석을 허용하는 독특한 장점이 있습니다. 레이저 사진glutamate의 uncaging을 통해 자극을 선택적으로 통과 또는 하위 박판 매핑 해상도를 보장 말초 수석의 axons을 활성화하지 않고 perisomatically 뉴런을 활성화한다. 넓은 지역 이상 많은 자극을 사이트에서 매핑 입력을위한 LSPS의 감도와 효율성은 잘 대뇌 피질의 회로 분석에 적합합니다. 여기 전체 세포 패치가 현지 억제 회로 매핑에 대한 클램핑과 함께 LSPS의 기술을 소개합니다. 특정 억제 세포 유형의 대상으로 녹음 대상 세포 유형의 일관성 샘플링 및 기록 된 세포 유형의 모호 식별 할 수 피질 3,10에 제한 억제 뉴런의 인구에 녹색 형광 단백질 (GFP)을 표현하는 유전자 변형 마우스의 사용에 의해 촉진 아르 . LSPS 매핑에 관해서는, 우리는 시스템 장비를 설명 실험 절차 및 데이터 수집을 설명하고, 마우스 기본 somatose의 회로 매핑 현재의 예nsory 피질. 저희 실험에서 도시, 갇힌 glutamate는 UV 레이저 광분해에 의해 뇌 슬라이스의 spatially 제한된 지역에서 활성화되어, 동시 전압 클램프 녹음 photostimulation-evoked 신경 반응을 검출 할 수 있습니다. 대상 신경 세포에 흥분성의 또는 억제하거나 신경 입력의지도는 잠재적 인 presynaptic 사이트의 수백을 촉진하기 위해 레이저 빔을 검색하여 생성됩니다. 따라서, LSPS 반복 실험을 통해 억제 뉴런의 특정 유형에 impinging 신경 입력의 상세지도를 건설 할 수 있습니다. 함께 촬영, photostimulation 기반 기술은 neuroscientists에게 지역의 대뇌 피질 회로의 기능 조직을 결정하기위한 강력한 도구를 제공합니다.

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Mapping Inhibitory Neuronal Circuits by Laser Scanning Photostimulation

본 논문은 제한된 억제 뉴런의 인구에 GFP를 표현 형질 전환 생쥐에서 전체 셀 녹음과 photostimulation를 검색 레이저를 결합 방법을 소개합니다. 이 기술은 특정 억제 대뇌 피질의 뉴런의 지역 신경 회로의 광범위한 매핑 및 정량 분석​​ 할 수 있습니다.

레이저 스캐닝 Photostimulation에 의해 억제 Neuronal 회로를 매핑

Inhibitory neurons are crucial to cortical function. They comprise about 20% of the entire cortical neuronal population and can be further subdivided into ...

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Laser-scanning Photostimulation of Optogenetically Targeted Forebrain Circuits

The sensory forebrain is composed of intricately connected cell types, of which functional properties have yet to be fully elucidated. Understanding the ...

연구

신경과학

Inducing Plasticity of Astrocytic Receptors by Manipulation of Neuronal Firing Rates

신경 발사 환율의 조작에 의해 성상 세포 수용체의 가소성을 유도

Close to two decades of research has established that astrocytes in situ and in vivo express numerous G protein-coupled receptors (GPCRs) that can be ...

Design, Surface Treatment, Cellular Plating, and Culturing of Modular Neuronal Networks Composed of Functionally Inter-connected Circuits

설계, 치료, 세포 도금 및 기능적으로 간 연결 회로의 구성, 모듈 형 신경 네트워크의 배양 표면

The brain operates through the coordinated activation and the dynamic communication of neuronal assemblies. A major open question is how a vast repertoire ...

Laser-guided Neuronal Tracing In Brain Explants

레이저 유도 신경 세포의 추적에서 뇌 외식

We present a technique which combines an in vitro tracer injection protocol, which uses a series of electrical and pressure pulses to increase dye uptake ...

Rewiring Neuronal Circuits: A New Method for Fast Neurite Extension and Functional Neuronal Connection

재귀 신경 회로의 연구 : 빠른 신경 돌기 확장과 기능적 신경 연결을위한 새로운 방법

Brain and spinal cord injury may lead to permanent disability and death because it is still not possible to regenerate neurons over long distances and ...

Chronic Transcranial Electrical Stimulation and Intracortical Recording in Rats

만성 Transcranial 전기 자극 및 쥐 Intracortical 녹음

Transcranial electrical stimulation (TES) is a powerful and relatively simple approach to diffusely influence brain activity either randomly or in a ...

Combining Optogenetics with Artificial microRNAs to Characterize the Effects of Gene Knockdown on Presynaptic Function within Intact Neuronal Circuits

연 접 기능 그대로 신경 회로 내에 유전자 최저 효과 특성 인공 microRNAs Optogenetics 결합

The purpose of this protocol is to characterize the effect of gene knockdown on presynaptic function within intact neuronal circuits. We describe a ...

Optogenetic Entrainment of Hippocampal Theta Oscillations in Behaving Mice

Optogenetic 쥐 행동에 Hippocampal 세타 진동의 유입

Extensive data on relationships of neural network oscillations to behavior and organization of neuronal discharge across brain regions call for new tools ...

In Vitro Wedge Slice Preparation for Mimicking In Vivo Neuronal Circuit Connectivity

생체 내 신경 회로 연결성 모방을 위한 체외 쐐기 슬라이스 준비

In vitro slice electrophysiology techniques measure single-cell activity with precise electrical and temporal resolution. Brain slices must be relatively ...

In vivo Calcium Imaging in Mouse Inferior Olive

In vivo Calcium Imaging in Mouse Inferior Olive

생체 내 마우스 열등올리브의 칼슘 이미징

Inferior olive (IO), a nucleus in the ventral medulla, is the only source of climbing fibers that form one of the two input pathways entering the ...