Name: a computer-assisted multi-electrode patch-clamp system
Uploaded: 2013-10-18T18:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about A Computer-assisted Multi-electrode Patch-clamp System at JoVE.com

نود أن نشكر جلعاد سيلبيربيرج، ميشيل بغناتيلي، توماس K. بيرغر، لوكا Gambazzi، وسونيا جارسيا لمشورة قيمة بشأن التحسينات لأتمتة إجراءات التصحيح، المشبك. نشكر راجنيش رانجان للحصول على المشورة والمساعدة في تنفيذ برامج قيمة. وقد تم تمويل هذا العمل في جزء من مشروع الاتحاد الأوروبي المشبك وجزئيا من قبل برنامج العلوم حدود الإنسان.

1. تحضير المعدات <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> المتلاعبين التحكم من جهاز كمبيوتر <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ربط كل مربع تحكم مياداة مجهرية إلى الكمبيوتر من خلال المنافذ التسلسلية (RS-232). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تنف...

<ol>
	<li>Perin, R., Berger, T. K., 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=A+synaptic+organizing+principle+for+cortical+neuronal+groups.">A synaptic organizing principle for cortical neuronal groups.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 108, 5419-5424 (2011).</li><li>Berger, T. K., Silberberg, G., Perin, R., 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=Brief+Bursts+Self-Inhibit+and+Correlate+the+Pyramidal+Network.">Brief Bursts Self-Inhibit and Correlate the Pyramidal Network.</a> PLoS Biol. 8, e1000473 (2010).</li><li>Fino, E., Yuste, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dense+inhibitory+connectivity+in+neocortex.">Dense inhibitory connectivity in neocortex.</a> Neuron. 69, 1188-1203 (2011).</li><li>Packer, A. M., Yuste, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dense,+Unspecific+Connectivity+of+Neocortical+Parvalbumin-Positive+Interneurons:+A+Canonical+Microcircuit+for+Inhibition.">Dense, Unspecific Connectivity of Neocortical Parvalbumin-Positive Interneurons: A Canonical Microcircuit for Inhibition.</a> J. Neurosci. 31, 13260-13271 (2011).</li><li>Berger, T. K., Perin, R., Silberberg, G., 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=Frequency-dependent+disynaptic+inhibition+in+the+pyramidal+network:+a+ubiquitous+pathway+in+the+developing+rat+neocortex.">Frequency-dependent disynaptic inhibition in the pyramidal network: a ubiquitous pathway in the developing rat neocortex.</a> J. Physiol. 587, 5411-5425 (2009).</li><li>Kodandaramaiah, S. B., Franzesi, G. T., Chow, B. Y., Boyden, E. S., Forest, C. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Automated+whole-cell+patch-clamp+electrophysiology+of+neurons+in+vivo.">Automated whole-cell patch-clamp electrophysiology of neurons in vivo.</a> Nat. Methods. 9, 585-587 (2012).</li><li>Anastassiou, C. A., Perin, R., Markram, H., Koch, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ephaptic+coupling+of+cortical+neurons.">Ephaptic coupling of cortical neurons.</a> Nat. Neurosci. 14, 217-223 (2011).</li><li>Prakash, R., 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=Two-photon+optogenetic+toolbox+for+fast+inhibition,+excitation+and+bistable+modulation.">Two-photon optogenetic toolbox for fast inhibition, excitation and bistable modulation.</a> Nat. Methods. 9, 1171-1179 (2012).</li><li>Papagiakoumou, E., 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=Scanless+two-photon+excitation+of+channelrhodopsin-2.">Scanless two-photon excitation of channelrhodopsin-2.</a> Nat Methods. 7, 848-854 (2010).</li><li>Ko, H., 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=Functional+specificity+of+local+synaptic+connections+in+neocortical+networks.">Functional specificity of local synaptic connections in neocortical networks.</a> Nature. 473, 87-91 (2011).</li><li>Wickersham, I. R., 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=Monosynaptic+Restriction+of+Transsynaptic+Tracing+from+Single,+Genetically+Targeted+Neurons.">Monosynaptic Restriction of Transsynaptic Tracing from Single, Genetically Targeted Neurons.</a> Neuron. 53, 639-647 (2007).</li><li>Liang, C. W., Mohammadi, M., Santos, M. D., Tang, C. -. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Patterned+Photostimulation+with+Digital+Micromirror+Devices+to+Investigate+Dendritic+Integration+Across+Branch+Points.">Patterned Photostimulation with Digital Micromirror Devices to Investigate Dendritic Integration Across Branch Points.</a> J. Vis. Exp. (49), e2003 (2011).</li><li>Nikolenko, V., 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=SLM+Microscopy:+Scanless+Two-Photon+Imaging+and+Photostimulation+with+Spatial+Light+Modulators.">SLM Microscopy: Scanless Two-Photon Imaging and Photostimulation with Spatial Light Modulators.</a> Front Neural Circuits. 2, (2008).</li></ol>

سؤال يطرح نفسه على الفور عادة بشأن معدل نجاح العملية وصفنا. بالنسبة لمعدلات نجاح عالية إعداد أمر ضروري. يجب أن يكون ماصات الفتحات التي هي غيض كافية لخلايا الكائنات المسجلة. تصفية الحل داخل الخلايا لتجنب انسداد ماصات مهم أيضا. نظيفة للغاية الماصات، وسحبت حديثا هي شرط ?...

القدرة على تسجيل وتنشيط مواقع متعددة مع الدقة ميكرومتر مفيد للغاية لتحقيق تجريبيا على فهم أفضل للنظم العصبية. وقد تم تطوير العديد من التقنيات لتحقيق هذه الغاية ولكن لا شيء يسمح القرار submillivolt تحقيقه عن طريق تقنية التصحيح، المشبك، من الضروري لدراسة النشاط دون العتبي والإمكانات الفردية بعد المشبكي. نحن هنا تغطية تطوير نظام التصحيح، المشبك بمساعدة الحاسوب اثني عشر القطب تهدف إلى تسجيل في وقت واحد وتحفيز عدد كبير من الخلايا الفردية بدقة كافية لدراسة الربط العصبية. بينما العديد من التطبيقات الأخرى يمكن تصورها لمثل هذا النظام، فإنه يفسح المجال بشكل خاص لدراسة الربط متشابك بالنظر إلى أن عدد الاتصالات الممكنة ضمن مجموعة من الخلايا العصبية تنمو بشكل متناسب مع مربع عدد الخلايا العصبية في السؤال. لذلك، في حين أن نظام مع ثلاثة أقطاب يسمح اختبارحدوث ما يصل الى ستة اتصالات وغالبا ما يسجل واحدة واحدة، وتسجيل اثني عشر الخلايا العصبية يسمح اختبار حدوث ما يصل الى 132 الاتصالات ومراقبة كثير من الأحيان أكثر من اثني عشر (الشكل 1). مراقبة العشرات من الاتصالات في وقت واحد يجعل من الممكن لتحليل تنظيم الشبكات الصغيرة واستنتاج الخصائص الإحصائية للبنية الشبكة التي لا يمكن بحثها إلا 1. وعلاوة على ذلك، والتحفيز الدقيق للخلايا عديدة كما يسمح الكمي للتجنيد الخلايا بعد المشبكي 2.

<table border="1">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Microscope</td>
			<td>Olympus</td>
			<td>BX51WI</td>
			<td>40X Immersion Objective</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Manipulators</td>
			<td>Luigs &#38; Neumann</td>
			<td>SM-5</td>
			<td>Serial protocol used</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Amplifiers</td>
			<td>Axon Instruments</td>
			<td>MultiClamp 700B</td>
			<td>SDK used</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Camera</td>
			<td>Till Photonics</td>
			<td>VS 55</td>
			<td>BNC analog output</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Framegrabber</td>
			<td>Data Translation</td>
			<td>DT3120</td>
			<td>SDK used</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oscilloscopes</td>
			<td>Tektronix</td>
			<td>TDS 2014</td>
			<td>Serial communication</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Data acquisition</td>
			<td>InstruTECH</td>
			<td>ITC 1600</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Data acquisition</td>
			<td>National Instruments</td>
			<td>PCI-6221</td>
			<td>Library used (.dll)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pressure valve</td>
			<td>SMC</td>
			<td>SMC070C-6BG-32</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pressure sensor</td>
			<td>Honeywell</td>
			<td>24PCDFA6G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Membrane pump</td>
			<td>Schego</td>
			<td>Optimal</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a computer-assisted multi-electrode patch-clamp system

تقنية التصحيح، المشبك هو اليوم الأسلوب الأكثر راسخة لتسجيل النشاط الكهربائي من الخلايا العصبية الفردية أو المقصورات الخاصة التحت خلوية. ومع ذلك، فإن تحقيق التسجيلات مستقرة، حتى من الخلايا الفردية، يبقى إجراء تستغرق وقتا طويلا من التعقيد. أتمتة العديد من الخطوات بالتزامن مع عرض المعلومات فعالة يمكن أن تساعد إلى حد كبير التجريبيون في أداء عدد أكبر من التسجيلات مع زيادة الموثوقية وفي وقت أقل. من أجل تحقيق التسجيلات على نطاق واسع استنتجنا النهج الأكثر فعالية هو عدم تلقائية تماما ولكن عملية لتبسيط الخطوات التجريبية وتقليل فرص الخطأ البشري في حين تتضمن بكفاءة تجربة المجرب وردود الفعل البصري. مع هذه الأهداف في الاعتبار وضعنا نظام بمساعدة الحاسوب الذي يركز كل الضوابط اللازمة لمتعدد القطب تجربة التصحيح، المشبك في واجهة واحدة، والمبادلات التجارغمبد اللاسلكية المتوفرة ially، أثناء عرض المعلومات والإرشادات المتعلقة العظة التجربة على شاشة الكمبيوتر. نحن هنا تصف المكونات المختلفة للنظام الذي سمح لنا لتقليل الوقت المطلوب لتحقيق تكوين تسجيل وبشكل كبير زيادة فرص تسجيل أعداد كبيرة من الخلايا العصبية في وقت واحد بنجاح.

وفقا للأساليب المذكورة أعلاه نجحنا في أداء تسجيل خلية كاملة لمدة تصل إلى اثني عشر الخلايا العصبية في وقت واحد، ومضاعفة تقريبا على أكبر عدد من الخلايا العصبية في وقت واحد حتى الآن، فرضت التصحيح. وترد أمثلة على شبكات الاتصالات متشابك مباشرة بين الخلايا العصبية الهرمي?...

Watch this Scientific Journal Video about A Computer-assisted Multi-electrode Patch-clamp System at JoVE.com

A Computer-assisted Multi-electrode Patch-clamp System

A-متعدد القطب نظام التصحيح، المشبك بمساعدة الحاسوب

متعدد القطب التسجيلات التصحيح، المشبك يشكل مهمة معقدة. نحن هنا تظهر كيف، من خلال أتمتة العديد من الخطوات التجريبية، فمن الممكن لتسريع عملية تؤدي إلى تحسن نوعي في الأداء وعدد من التسجيلات.

The patch-clamp technique is today the most  well-established method for recording electrical activity from individual  neurons or their subcellular ...

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Patch Clamp Recordings from Mouse Retinal Neurons in a Dark-adapted Slice Preparation

تسجيلات المشبك التصحيح من الخلايا العصبية في الشبكية ماوس إعداد غامق تكييفها شريحة

Our visual experience is initiated when the visual pigment in our retinal photoreceptors absorbs photons of light energy and initiates a cascade of ...

Culturing and Electrophysiology of Cells on NRCC Patch-clamp Chips

زراعة والكهربية من الخلايا على رقائق التصحيح، المشبك NRCC

Due to its exquisite sensitivity and the ability to monitor and control individual cells at the level of ion channels, patch-clamping is the gold standard ...

Patch Clamp Recordings in Inner Ear Hair Cells Isolated from Zebrafish

تسجيلات المشبك التصحيح في الأذن الداخلية خلايا الشعر المعزولة من اسماك الزرد

Patch  clamp analyses of the voltage-gated channels in sensory hair cells isolated  from a variety of species have been described previously1-4 but this  ...

F1FO ATPase Vesicle Preparation and Technique for Performing Patch Clamp Recordings of Submitochondrial Vesicle Membranes

F1FO ATPase Vesicle Preparation and Technique for Performing Patch Clamp Recordings of Submitochondrial Vesicle Membranes

<sub&gt; 1</sub&gt; F<sub&gt; O</sub&gt; أتباز إعداد الحويصلة وتقنية لإجراء التسجيلات المشبك التصحيح من أغشية الحويصلة Submitochondrial

Mitochondria are involved in many important cellular  functions including metabolism, survival1, development and, calcium signaling2. Two of the most ...

Whole Cell Patch Clamp for Investigating the Mechanisms of Infrared Neural Stimulation

كله المشبك التصحيح الخلايا لدراسة آليات التحفيز العصبية الأشعة تحت الحمراء

It has been  demonstrated in recent years that pulsed, infrared laser light can be used to  elicit electrical responses in neural tissue, independent of ...

Isolation of Sensory Neurons of Aplysia californica for Patch Clamp Recordings of Glutamatergic Currents

Isolation of Sensory Neurons of Aplysia californica for Patch Clamp Recordings of Glutamatergic Currents

عزل الخلايا العصبية الحسية من<em&gt; Aplysia californica</em&gt; للحصول على التسجيلات المشبك التصحيح من التيارات الجلوتاميرجي

The marine gastropod mollusk Aplysia californica has a venerable  history as a model of nervous system function, with particular significance in  studies ...

Patch Clamp Recordings from Embryonic Zebrafish Mauthner Cells

تسجيلات المشبك التصحيح من الخلايا الجنينية الزرد ماوتنر

Mauthner cells (M-cells) are large  reticulospinal neurons located in the hindbrain of teleost fish. They are key  neurons involved in a characteristic ...

Whole-cell Patch-clamp Recordings from Morphologically- and Neurochemically-identified Hippocampal Interneurons

خلية كاملة تسجيلات التصحيح، المشبك من Morphologically- وحددت Neurochemically-الحصين Interneurons

GABAergic inhibitory interneurons play a central role within neuronal circuits of the brain. Interneurons comprise a small subset of the neuronal ...

Whole-cell Patch-clamp Recordings in Brain Slices

تسجيلات خلية كاملة التصحيح، المشبك في الدماغ شرائح

Whole-cell patch-clamp recording is an electrophysiological technique that allows the study of the&#160;electrical properties of a substantial part of the ...