Name: simultaneous electroencephalography, real-time measurement of lactate concentration and optogenetic manipulation of neuronal activity in the rodent cerebral cortex
Uploaded: 2012-12-19T12:00:00
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国防総省（米国防総省の国防高等研究計画庁、若い教員賞、グラント番号N66001-09-1-2117）とNINDS（R15NS070734）の資金による研究。

1。動物の手術の準備 1。実験対象大脳皮質ニューロンにおける青色光感受性陽イオンチャネル、チャネルロドプシン2を発現しているJAX株＃7612）または他のマウス; B6.Cg-TG（Thy1-COP4/eYFP）18Gfng / Jト ​​ランスジェニック線9のマウスを使用しています。 B6.Cg-TG（Thy1-COP4/eYFP）18Gfng / Jト ​​ランスジェニックラインの大脳皮質に水色のアプリケーシ?...

<ol>
	<li>Magistretti, P., Zigmond, M. J., Bloom, F. E., Landis, S. C., Roberts, J. L., Squire, L. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Brain+Energy+Metabolism.">Brain Energy Metabolism.</a> Fundamental Neuroscience. , 389-413 (1999).</li><li>Maquet, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cerebral+glucose+utilization+during+sleep-wake+cycle+in+man+determined+by+positron+emission+tomography+and+[18F]2-fluoro-2-deoxy-D-glucose+method.">Cerebral glucose utilization during sleep-wake cycle in man determined by positron emission tomography and [18F]2-fluoro-2-deoxy-D-glucose method.</a> Brain Res. 513 (1), 136-143 (1990).</li><li>Buchsbaum, M. 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L., Krueger, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Extraction+of+sleep-promoting+factor+S+from+cerebrospinal+fluid+and+from+brains+of+sleep-deprived+animals.">Extraction of sleep-promoting factor S from cerebrospinal fluid and from brains of sleep-deprived animals.</a> J. Neurophysiol. 38 (6), 1299-1311 (1975).</li><li>Borbely, A. A., Achermann, P., Kryger, M. H., Roth, T., Dement, W. 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C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantification+of+short-term+slow+wave+sleep+homeostasis+and+its+disruption+by+minocycline+in+the+laboratory+mouse.">Quantification of short-term slow wave sleep homeostasis and its disruption by minocycline in the laboratory mouse.</a> Neurosci. Lett. 490 (3), 165-169 (2011).</li><li>El Yacoubi, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Behavioral,+neurochemical,+and+electrophysiological+characterization+of+a+genetic+mouse+model+of+depression.">Behavioral, neurochemical, and electrophysiological characterization of a genetic mouse model of depression.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 100 (10), 6227-6232 (2003).</li><li>Tsunematsu, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Acute+optogenetic+silencing+of+orexin/hypocretin+neurons+induces+slow-wave+sleep+in+mice.">Acute optogenetic silencing of orexin/hypocretin neurons induces slow-wave sleep in mice.</a> J. Neurosci. 31 (29), 10529-10539 (2011).</li><li>Le, S., Gruner, J. A., Mathiasen, J. R., Marino, M. J., Schaffhauser, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Correlation+between+ex+vivo+receptor+occupancy+and+wake-promoting+activity+of+selective+H3+receptor+antagonists.">Correlation between ex vivo receptor occupancy and wake-promoting activity of selective H3 receptor antagonists.</a> J. Pharmacol. Exp. Ther. 325 (3), 902-909 (2008).</li><li>Burmeister, J. J., Palmer, M., Gerhardt, G. 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方法は、1つは、以前は不可能タイムスケールで解糖中間体の乳酸の脳内濃度の睡眠と変化との関係を測定することができますここで紹介する。動物は、ウェイク、NREMSとレムの間で自然発生的な変遷を経る。さらに、我々は動物がこれらの遷移を経る間optogenetic刺激を適用することができます。データは、乳酸オキシダーゼベースのバイオセンサーの読み出しにその自発および誘発両波の影?...

<table border="1"><tbody><tr><td> コンポーネント </td><td> 会社 </td><td> カタログ番号 </td><td> コメント（オプション） </td></tr><tr><td>バシマウスガイドカニューレ</td><td>ピナクル技術/バシ株式会社</td><td> 7032 </td><td></td></tr><tr><td>乳酸バイオセンサー</td><td>ピナクルテクノロジー</td><td> 7004 </td><td></td></tr><tr><td>ヘッドマウント</td><td>ピナクルテクノロジー</td><td> 8402 </td><td></td></tr><tr><td>スリープ/バイオセンサー録画システム</td><td>ピナクルテクノロジー</td><td> 8400-K1-SL </td><td> 2チャネル脳波、筋電図バイオセンサ1チャネル、＆1 </td></tr><tr><td>テザーマウスのin vitroキャリブレーションキット</td><td>ピナクルテクノロジー</td><td> 7000-K1-T </td><td></td></tr><tr><td>光ファイバガイドカニューレ</td><td>プラスチック一</td><td> C312G </td><td> 21ゲージガイドカニューレ</td></tr><tr><td>ダミーカニューレ</td><td>プラスチック一</td><td> C312DC </td><td> 21ゲージのダミー</td></tr><tr><td>ダイヤモンドファイバースクリーブ</td><td> Thorlabs </td><td> S90W </td><td></td></tr><tr><td>光ファイバコネクタの圧着工具</td><td> Thorlabs </td><td> CT042 </td><td></td></tr><tr><td>分岐チューブ</td><td> Thorlabs </td><td> FT030 </td><td> 03.0ミリメートル</td></tr><tr><td></td><td> Thorlabs </td><td> T10S13 </td><td>最大径。 0.012 </td></tr><tr><td>分岐チューブストリッパー</td><td> Thorlabs </td><td> FTS3 </td><td></td></tr><tr><td>裸のハードクラッドマルチモードファイバ</td><td> Thorlabs </td><td> BFL37-200 </td><td> 200μmコア、0.37 NA </td></tr><tr><td>ワイヤー切れ端/ケブラーばさみ</td><td> Thorlabs </td><td> T865 </td><td></td></tr><tr><td>光ファイバエポキシ</td><td> Thorlabs </td><td> F112 </td><td></td></tr&gt; <tr><td>ファイバーストリッパーツール</td><td> Thorlabs </td><td></td><td></td></tr><tr><td>ガラス研磨板</td><td> Thorlabs </td><td> CTG913 </td><td></td></tr><tr><td>ゴム製研磨パッド</td><td> Thorlabs </td><td> NRS913 </td><td></td></tr><tr><td>アイルーペ</td><td> Thorlabs </td><td> JEL10 </td><td></td></tr><tr><td>キムワイプ</td><td> Thorlabs </td><td> KW32 </td><td></td></tr><tr><td>圧縮空気</td><td> Thorlabs </td><td> CA3 </td><td></td></tr><tr><td>研磨パック</td><td> Thorlabs </td><td> D50-XX </td><td></td></tr><tr><td>ファイバースコープ検査</td><td> Thorlabs </td><td> CL-200 </td><td></td></tr><tr><td>研磨フィルム</td><td> Thorlabs </td><td> LFG5P、LFG3P、LFG1P、LFG03P </td><td></td></tr><tr><td> FC / PCコネクタ·エンド</td><td> Thorlabs </tD&gt; <td> 30126G2-240 </td><td> 240μmの内径は、SSフェルール</td></tr><tr><td> MCの刺激部本体</td><td>マルチチャネル·システム</td><td> STG-4002 </td><td></td></tr><tr><td> MCのスティミュラス·ソフトウェア</td><td>マルチチャネル·システム</td><td> MC-スティミュラスV 2.1.5 </td><td></td></tr><tr><td>青色レーザー</td><td> CrystaLaser </td><td> CL473-050から0 </td><td></td></tr><tr><td>レーザ電源</td><td> CrystaLaser </td><td> CL2005 </td><td></td></tr><tr><td>光ファイバーロータリージョイント</td><td>ドリス式レンズ</td><td> FRJ-V4 </td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td> 表2消耗品と備品。 </td></tr></tbody></table>

simultaneous electroencephalography, real-time measurement of lactate concentration and optogenetic manipulation of neuronal activity in the rodent cerebral cortex

脳は質量体の5％未満を表しますが、それが残り1でボディによって使用されるグルコースの約4分の1を利用しています。非レム睡眠（NREMS）、時間によって睡眠の最も大きい部分の機能は不明である。しかし、NREMSの一つ顕著な特徴は、覚醒〜2-4相対脳グルコース利用率の大幅な削減が挙げられます。これと他の所見は、睡眠は脳代謝に関連する機能を果たすことを広く開かれた信念につながっている。まだ、NREMS時の脳グルコース代謝の減少のメカニズムは解明されていない。 脳代謝率に影響を与える可能性があるNREMSに関連付けられている一つの現象は、脳波5,6で、徐波、4 Hz未満の周波数で振動の発生である。頭蓋骨や脳皮質表面のレベルで検出されたこれらの遅い波が反映脱分極/アップ状態とダウン/過分極状態7の間の基本的なニューロンの振動。ダウン状態の間、細胞は数百ミリ秒までの間隔で活動電位を受けない。活動電位への後続のイオン濃度勾配の復元はセル8に著しい代謝負荷を表す; NREMS伴うダウン状態の間の活動電位の欠如は目を覚ますと比較して減少代謝に寄与することができる。 二つの技術的な課題は、テストするこの架空の関係のために解決しなければならなかった。まず最初に、それは（秒ではなく分かけて）脳脳波のダイナミクスの反射時間分解能で脳の解糖代謝を測定する必要があった。そうするために、我々は、乳酸の濃度、好気的解糖の製品、したがって、マウスの脳内グルコース代謝率の読み出しを測定した。ラクだった前頭葉に埋め込まれた乳酸オキシダーゼベースのリアルタイムセンサを用いて測定。感知機構は、乳酸オキシダーゼ分子の層に囲まれた白金イリジウム電極で構成されています。乳酸オキシダーゼによる乳酸の代謝は、プラチナイリジウム電極に電流を生成する過酸化水素を生成します。だから脳糖のランプアップその後検出電極に電流を増加に反映されている乳酸酸化酵素の基質濃度の増加を提供しています。それはNREMSの他の側面からこの変数を単離するために、大脳皮質の興奮性を操作しながら、これらの変数を測定するために追加的に必要であった。 我々はelecetroencephalogram、乳酸バイオセンサーを経由して解糖流量の測定、PYRAのoptogeneticの活性化を介して大脳皮質神経活動の操作を介した神経細胞活動の同時測定のための実験系を考案midalニューロン。我々は、睡眠関連の脳波波形および大脳皮質における乳酸濃度の瞬間から瞬間の動態との関係を文書化するために、このシステムを利用してきた。プロトコルは、自由にげっ歯類を行動に、脳波レベルで測定された神経活動と脳内の細胞エネルギー代謝との関係の研究に興味を持って、個々の役に立つかもしれません。

<html> 図2に示すように、 脳波、筋電図や脳乳酸濃度を連続的に監視している間optogenetic刺激と脳波/乳酸/ EMGデータ収集のために装備マウスは自発的睡眠/覚醒状態遷移を行った。乳酸センサーの電流は脳波の低振幅の期間中に増加し、脳波の高振幅の期間中に減少した。 図3に示すように、EEGの両方のチャネルが前頭皮質で配信optogenetic刺激に応答する。 <...

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Simultaneous Electroencephalography, Real-time Measurement of Lactate Concentration and Optogenetic Manipulation of Neuronal Activity in the Rodent Cerebral Cortex

手順は脳波、筋電図、脳乳酸濃度が監視されながらoptogenetically大脳皮質錐体ニューロンの活動を操作するために記述されている。彼らは自発的睡眠/覚醒サイクルを受けながら、実験的な録音はケーブルつながマウスで実行されます。 Optogenetic機器は、我々の研究室で組み立てられている記録装置は市販されている。

同時脳波、リアルタイム乳酸濃度の測定と齧歯類大脳皮質ニューロン活動のOptogeneticマニピュレーション

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 ...

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Simultaneous fMRI and Electrophysiology in the Rodent Brain

齧歯類の脳における同時fMRIと電気生理学

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

Methods for Study of Neuronal Morphogenesis: Ex vivo RNAi Electroporation in Embryonic Murine Cerebral Cortex

Methods for Study of Neuronal Morphogenesis: Ex vivo RNAi Electroporation in Embryonic Murine Cerebral Cortex

神経形態形成の研究のための方法：<em&gt;エキソビボ</em胎児マウス大脳皮質&gt; RNAiのエレクトロポレーション

The cerebral cortex directs higher cognitive functions. This six layered structure is generated in an inside-first, outside-last manner, in which the ...

Visualization and Genetic Manipulation of Dendrites and Spines in the Mouse Cerebral Cortex and Hippocampus using In utero Electroporation

Visualization and Genetic Manipulation of Dendrites and Spines in the Mouse Cerebral Cortex and Hippocampus using In utero Electroporation

使用して、マウス大脳皮質および海馬における可視化と樹状突起と棘の遺伝子操作<em&gt;子宮内で</em&gt;エレクトロポレーション

In utero electroporation (IUE) has become a powerful technique to study the development of different regions of the embryonic nervous system 1-5. To date ...

Dual Electrophysiological Recordings of Synaptically-evoked Astroglial and Neuronal Responses in Acute Hippocampal Slices

急性海馬スライスにおけるシナプス誘発アストログリアとニューロン活動の二重の電気生理学的記録

Astrocytes form together with neurons tripartite synapses, where they integrate and modulate neuronal activity. Indeed, astrocytes sense neuronal inputs ...

Genetic Manipulation of Cerebellar Granule Neurons In Vitro and In Vivo to Study Neuronal Morphology and Migration

Genetic Manipulation of Cerebellar Granule Neurons In Vitro and In Vivo to Study Neuronal Morphology and Migration

小脳顆粒ニューロンの遺伝子操作<em&gt;体外</em&gt;と<em&gt;インビボ</em&gt;ニューロンの形態と移行を研究するために、

Developmental events in the brain including neuronal morphogenesis and migration are highly orchestrated processes. In vitro and in vivo analyses allow ...

Inducing Plasticity of Astrocytic Receptors by Manipulation of Neuronal Firing Rates

神経発火率を操作することによってアストロサイト受容体の可塑性を誘導すること

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 ...

In vivo Optogenetic Stimulation of the Rodent Central Nervous System

In vivo Optogenetic Stimulation of the Rodent Central Nervous System

齧歯類の中枢神経系の生体光遺伝学的刺激

The ability to probe defined neural circuits in awake, freely-moving animals with cell-type specificity, spatial precision, and high temporal resolution ...

Optogenetic Entrainment of Hippocampal Theta Oscillations in Behaving Mice

行動するマウスにおける海馬シータ振動の光同調

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

Combined Transcranial Magnetic Stimulation and Electroencephalography of the Dorsolateral Prefrontal Cortex

結合された経頭蓋磁気刺激と背外側前頭前野の脳波

Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a non-invasive method that produces neural excitation in the cortex by means of brief, time-varying magnetic ...

Simultaneous Cryosectioning of Multiple Rodent Brains

複数の齧歯動物の頭脳の同時セクショニング

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