Name: fiber-optic implantation for chronic optogenetic stimulation of brain tissue
Uploaded: 2012-10-29T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Fiber-optic Implantation for Chronic Optogenetic Stimulation of Brain Tissue at JoVE.com

Vi ønsker å erkjenne at denne teknikken ble opprinnelig beskrevet av Sparta et al., 2012 og har vært lett tilpasses for bruk i vårt laboratorium.

* Alle materialer sammen med respektive produsenter og / eller leverandører er listet opp nedenfor protokollen. 1. Montering av Implant <ol><li> Lag en blanding av varme-herdbare fiberoptisk epoksy ved å tilsette 100 mg av herder til 1 g av harpiks. </li><li> Mål og kutt ca 35 mm på 125 mikrometer fiberoptisk med 100 mikrometer kjerne med scoring det med en kile-tip karbid skriver. Plasser den skriftlærde vinkelrett på fiberoptikk og score i en enkel, enveis bevegelse. Kutte fiberen ...

<ol>
	<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+neuronal+activity.">Millisecond-timescale, genetically targeted optical control of neuronal activity.</a> Nat Neurosci. 8, 1263-1268 (2005).</li><li>Arenkiel, B. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+Vivo+Light-Induced+Activation+of+Neural+Circuitry+in+Trangenic+Mice+Expressing+Channelrhodopsin-2.">In Vivo Light-Induced Activation of Neural Circuitry in Trangenic Mice Expressing Channelrhodopsin-2.</a> Neuron. 54, 205-218 (2007).</li><li>Gradinaru, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+and+cellular+approaches+for+diversifying+and+extending+optogenetics.">Molecular and cellular approaches for diversifying and extending optogenetics.</a> Cell. 141, 165-16 (2010).</li><li>Luo, L., Callaway, E. 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=Genetic+dissection+of+neural+circuits.">Genetic dissection of neural circuits.</a> Neuron. 57, 634-660 (2008).</li><li>Arenkiel, B. R., Ehlers, M. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+genetic+and+imaging+technologies+for+circuit+based+neuroanatomy.">Molecular genetic and imaging technologies for circuit based neuroanatomy.</a> Nature. 461, 900-907 (2009).</li><li>Zhang, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optogenetic+interrogation+of+neural+circuits:+technology+for+probing+mammalian+brain+structures.">Optogenetic interrogation of neural circuits: technology for probing mammalian brain structures.</a> Nat. Protoc. 5, 439-456 (2010).</li><li>Adamantidis, A. R., Zhang, F., Aravanis, A. M., Deisseroth, K., de Lecea, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neural+substrates+of+awakening+probed+with+optogenetic+control+of+hypocretin+neurons.">Neural substrates of awakening probed with optogenetic control of hypocretin neurons.</a> Nature. 450, 420-424 (2007).</li><li>Sparta, 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=Construction+of+implantable+optical+fibers+for+long-term+optogenetic+manipulation+of+neural+circuits.">Construction of implantable optical fibers for long-term optogenetic manipulation of neural circuits.</a> Nature Protocols. 7, 12-23 (2012).</li><li>Stuber, G. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Excitatory+transmission+from+the+amygdala+to+nucleus+accumbens+facilitates+reward+seeking.">Excitatory transmission from the amygdala to nucleus accumbens facilitates reward seeking.</a> Nature. 475, 377-380 (2011).</li><li>Liu, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optogenetic+stimulation+of+a+hippocampal+engram+activates+fear+memory+recall.">Optogenetic stimulation of a hippocampal engram activates fear memory recall.</a> Nature. 484, 381-385 (2012).</li></ol>

Optogenetics er en kraftig ny teknikk som gjør en enestående kontroll over spesifikke nevronale subtyper. Dette kan utnyttes for å modulere nevrale kretser med anatomisk og tidsmessige presisjon, mens man samtidig unngår celle-type vilkårlig og invasive effekter av elektrisk stimulering gjennom en elektrode. Implantasjon av fiberoptikk gir konsistent, kronisk stimulering av nevrale kretser over flere økter i våken, oppfører mus med minimal skade på vev. Dette systemet, som opprinnelig utviklet av Sparta et ...

<table border="1"><tbody><tr><td> Navn på Reagens eller utstyr </td><td> Selskapet </td><td> Katalog # </td><td> Kommentarer </td></tr><tr><td> LC Ferrule Sleeve </td><td> Presisjon Fiber Produkter (PFP) </td><td> SM-CS125S </td><td> 1,25 mm ID </td></tr><tr><td> FC MM formonterte Connector </td><td> PFP </td><td> MM-CON2004-2300 </td><td> 230 mikrometer Ferrule </td></tr><tr><td> Miller FOPD-LC Disc </td><td> PFP </td><td> M1-80754 </td><td> For LC endehylser </td></tr><tr><td> Furcation tubing </td><td> PFP </td><td> FF9-250 </td><td> 900 mikrometer od, 250 mikrometer id </td></tr><tr><td> MM LC Stick Ferrule 1,25 mm </td><td> PFP </td><td> MM-FER2007C-1270 </td><td> 127 mikrometer ID Bore </td></tr><tr><td> MM LC Stick Ferrule 1,25 mm </td><td> PFP </td><td> MM-FER2007C-2300 </td><td> 230 mikrometerID Bore </td></tr><tr><td> Heat-helbredelig epoxy, herder og harpiks </td><td> PFP </td><td> ET-353ND-16oz </td><td></td></tr><tr><td> FC / PC og SC / PC-kontakt Polering Disk </td><td> ThorLabs </td><td> D50-FC </td><td> For FC endehylser </td></tr><tr><td> Digital optisk effekt og energi Meter </td><td> ThorLabs </td><td> PM100D </td><td> Spektrofotometer </td></tr><tr><td> Polering Pad </td><td> ThorLabs </td><td> NRS913 </td><td> 9 &quot;x 13&quot; 50 Durometer </td></tr><tr><td> Aluminiumoksid Lapping (Polering) Ark: 0,3, 1, 3, 5 mikrometer grits </td><td> ThorLabs </td><td> LFG03P, LFG1P, LFG3P, LFG5P </td><td></td></tr><tr><td> Standard Hard Kledning Multimode Fiber </td><td> ThorLabs </td><td> BFL37-200 </td><td> Lav OH, 200 mikrometer Core, 0,37 NA </td></tr><tr><td> Fiber Stripping Tool </td><td> ThorLabs </td><td> T10S13 </td><td> Clad / Copå: 200 mikrometer / 300 mikrometer </td></tr><tr><td> SILICA / SILICA Optical Fiber </td><td> Polymicro Technologies </td><td> FVP100110125 </td><td> Internett-OH, UV Enhanced, 0,22 NA </td></tr><tr><td> 1x1 Fiberoptic Rotary Joint </td><td> Doric linser </td><td> FRJ_FC-FC </td><td></td></tr><tr><td> Mono Fiberoptic Patchcord </td><td> Doric linser </td><td> MFP_200/230/900-0.37_2m_FC-FC </td><td></td></tr><tr><td> Krympeslange, 1/8 tommer </td><td> Allied Electronics </td><td> 689-0267 </td><td></td></tr><tr><td> Varmepistol </td><td> Allied Electronics </td><td> 972-6966 </td><td> 250 W, 750-800 ° C </td></tr><tr><td> Bomull tippet applikatorer </td><td> Puritanske Medical Products Company </td><td> 806-WC </td><td></td></tr><tr><td> VetBond vev lim </td><td> Fischer Scientific </td><td> 19-027136 </td><td></td></tr><tr><td> Flash protese basen akryl </td><td> Yates Motloid </td><td> ColdPourPowder + Liq </td><td></td></tr><tr><td> BONN Miniature Iris saks </td><td> Integra Miltex </td><td> 18-1392 </td><td> 3-1/2 &quot;(8,9 cm), rette, 15 mm blad </td></tr><tr><td> Johns Hopkins Bulldog Clamp </td><td> Integra Miltex </td><td> 7-290 </td><td> 1-1/2 &quot;(3,8 cm), buet </td></tr><tr><td> MEGA-Torque Electric Lab Motor </td><td> Vektor </td><td> EL-S </td><td></td></tr><tr><td> Panther Burs-Ball # 1 </td><td> Clarkson Laboratory </td><td> 77.1006 </td><td></td></tr><tr><td> Violet Blue Laser System </td><td> CrystaLaser </td><td> CK473-050-O </td><td> Bølgelengde: 473 nm </td></tr><tr><td> Laser Power Supply </td><td> CrystaLaser </td><td> CL-2005 </td><td></td></tr><tr><td> Dumont # 2 laminektomi tang </td><td> Fine Science Verktøy </td><td> 11223-20 </td><td></td></tr><tr><td> Probe </td><td> Fin Science Verktøy </td><td> 10140-02 </td><td></td></tr><tr><td> 5 &quot;Straight Arteriepinsett </td><td> Excelta </td><td> 35-PH </td><td></td></tr><tr><td> Skrustikke med vektet base </td><td> Altex Electronics </td><td> PAN381 </td><td></td></tr></tbody></table>

fiber-optic implantation for chronic optogenetic stimulation of brain tissue

Belyse mønstre av neuronal tilkoblingsmuligheter har vært en utfordring for både klinisk og grunnleggende nevrovitenskap. Elektrofysiologi har vært gullstandarden for å analysere mønstre av synaptiske tilkobling, men sammenkoblede elektrofysiologiske opptak kan være både tungvint og eksperimentelt begrensende. Utviklingen av optogenetics har innført en elegant metode for å stimulere nevroner og kretser, både in vitro og in vivo en 2,3. Ved å utnytte celle-type promoter aktivitet for å drive opsin uttrykk i diskrete nevronale populasjoner, kan man nettopp stimulere genetisk definerte nevrale subtyper i forskjellige kretser 4-6. Godt beskrevet metoder for å stimulere nevroner, inkludert elektrisk stimulering og / eller farmakologiske manipulasjoner, er ofte celle-type tilfeldig, invasiv, og kan skade omliggende vev. Disse begrensninger kan endre normal synaptiske funksjon og / eller krets atferd. I tillegg, på grunntil arten av manipulasjon, dagens metoder er ofte akutt og terminal. Optogenetics gir evnen til å stimulere nevroner i et relativt ufarlige måte og i genetisk målrettede nevroner. Flertallet av studier som involverer in vivo optogenetics øyeblikket en optisk fiber guidet gjennom en implantert kanylen 6,7, men begrensninger med denne metode skadet hjernevev med gjentatt innsetting av en optisk fiber, og potensielle brekkasje av fiberen inne i kanylen. Gitt den voksende feltet av optogenetics, er en mer pålitelig metode for kronisk stimulering er nødvendig for å rette langtidsstudier med minimal sikkerhet vevsskade. Her har vi gi vårt modifisert protokoll som en video artikkelen å utfylle metoden effektivt og elegant beskrevet i Sparta m.fl.. 8 for fabrikasjon av et fiberoptisk implantat og dets permanente fiksering på kraniet av bedøvede mus, samt monteringen av fiberoptikk coupler kobler implantatet til en lyskilde. Implantatet, koblet med optiske fibre til en solid-state laser, åpner for en effektiv metode for å kronisk photostimulate funksjonell neuronal kretser med mindre vevsskade 9 ved hjelp av små, avtakbare, stagene. Permanent fiksering av de fiberoptiske implantater gir konsistent og langsiktig in vivo optogenetic studier av nevrale kretser i våken, oppfører mus 10 med minimal vevsskade.

Watch this Scientific Journal Video about Fiber-optic Implantation for Chronic Optogenetic Stimulation of Brain Tissue at JoVE.com

Fiber-optic Implantation for Chronic Optogenetic Stimulation of Brain Tissue

Utviklingen av optogenetics gir nå midler til nettopp stimulere genetisk definerte nevroner og kretser, både<em&gt; In vitro</em&gt; Og<em&gt; In vivo</em&gt;. Her beskriver vi montering og implantering av en fiberoptisk for kroniske photostimulation av hjernevev.

Fiberoptisk Implantasjon for kronisk Optogenetic Stimulering av hjernevev

Elucidating patterns of neuronal connectivity has been a challenge for both clinical and basic neuroscience. Electrophysiology has been the gold standard ...

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Combining Transcranial Magnetic Stimulation and fMRI to Examine the Default Mode Network

The default mode network is a group of brain regions that are active when an individual is not focused on the outside world and the brain is at "wakeful ...

TMS: Using the Theta-Burst Protocol to Explore Mechanism of Plasticity in Individuals with Fragile X Syndrome and Autism

Fragile X Syndrome (FXS), also known as Martin-Bell Syndrome, is a genetic abnormality found on the X chromosome.1,2 Individuals suffering from FXS ...

State-Dependency Effects on TMS:  A Look at Motive Phosphene Behavior

Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a non-invasive neurostimulatory and neuromodulatory technique that can transiently or lastingly modulate ...

The NeuroStar TMS Device: Conducting the FDA Approved Protocol for Treatment of Depression

The Neuronetics NeuroStar Transcranial Magnetic Stimulation (TMS) System is a class II medical device that produces brief duration, pulsed magnetic ...

Selective Viral Transduction of Adult-born Olfactory Neurons for Chronic in vivo Optogenetic Stimulation

Selective Viral Transduction of Adult-born Olfactory Neurons for Chronic in vivo Optogenetic Stimulation

Selektiv Viral Transduksjon of Adult-fødte olfactory Neurons for Chronic In vivo Optogenetic Stimulering

Local interneurons are continuously regenerated in the olfactory bulb of adult rodents1-3. In this process, called adult neurogenesis, neural stem cells ...

Optogenetic Stimulation of Escape Behavior in Drosophila melanogaster

Optogenetic Stimulation of Escape Behavior in Drosophila melanogaster

Optogenetic Stimulering av Escape Behavior i<em&gt; Drosophila melanogaster</em

A  growing number of genetically encoded tools are becoming available that allow non-invasive  manipulation of the neural activity of specific neurons in ...

In vivo Optogenetic Stimulation of the Rodent Central Nervous System

In vivo Optogenetic Stimulation of the Rodent Central Nervous System

In vivo optogenetic Stimulering av gnagere sentralnervesystemet

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

Optogenetic Stimulation of the Auditory Nerve

Optogenetic Stimulering av hørselsnerven

Direct electrical stimulation of spiral ganglion neurons (SGNs) by cochlear implants (CIs) enables open speech comprehension in the majority of implanted ...

Microelectrode Guided Implantation of Electrodes into the Subthalamic Nucleus of Rats for Long-term Deep Brain Stimulation

Microelectrode Guidet Implantasjon av elektroder inn subthalamic Nucleus av Rats for Long-term dyp hjernestimulering

Deep brain stimulation (DBS) is a widely used and effective therapy for several neurologic disorders, such as idiopathic Parkinson&#8217;s disease, ...

Ex Vivo Optogenetic Dissection of Fear Circuits in Brain Slices

Ex Vivo Optogenetic Dissection of Fear Circuits in Brain Slices

Ex Vivo optogenetic Disseksjon av Fear kretser i hjernen skiver

Optogenetic approaches are now widely used to study the function of neural populations and circuits by combining targeted expression of light-activated ...