Name: optogenetic stimulation of the auditory nerve
Uploaded: 2014-10-08T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Optogenetic Stimulation of the Auditory Nerve at JoVE.com

이 작품은 교육 및 연구 (Neurotechnology에 대한 번스타인 초점 T. 모저에 01GQ0810을 부여하고, MED-EL 독일)의 독일 연방 교육부에 의해 지원되었다; N. Strenzke 및 T. 모저에 독일 연구 나노 현미경과 뇌의 분자 생리학 센터를 통해 재단 (FZT 103, T. 모저)과 SFB889 통해).

본 연구에 제시된 모든 실험은 실험 동물의 보호 독일어 법에 의해 정의 윤리 기준으로 실시 하였다. 동물 복지에 대한 대학 괴팅겐의 보드 및 니더 작센의 상태의 동물 복지 사무소는 실험을 승인했다. μLED - 자극기의 1 준비 <ol><li> μLEDs를 들어, 첫번째 μLED - 자극기를 준비합니다. 200 μm의 활성 표면에 의해 200 블루 LED를 사용 (μLED, 재료 표 참조). </li><li> μLED에 솔더 와이?...

<ol>
	<li>Rubinstein, J. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Paediatric+cochlear+implantation:+prosthetic+hearing+and+language+development.">Paediatric cochlear implantation: prosthetic hearing and language development.</a> Lancet. 360 (9331), 483-485 (2002).</li><li>Middlebrooks, J. C., Bierer, J. A., Snyder, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cochlear+implants:+the+view+from+the+brain.">Cochlear implants: the view from the brain.</a> Current opinion in neurobiology. 15 (4), 488-493 (2005).</li><li>Clark, 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=The+multiple-channel+cochlear+implant:+the+interface+between+sound+and+the+central+nervous+system+for+hearing,+speech,+and+language+in+deaf+people-a+personal+perspective.">The multiple-channel cochlear implant: the interface between sound and the central nervous system for hearing, speech, and language in deaf people-a personal perspective.</a> Philosophical transactions of the Royal Society of London. Series B, Biological sciences. 361 (1469), 791-810 (2006).</li><li>Zeng, F. G., Rebscher, S., Harrison, W., Sun, X., Feng, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cochlear+implants:+system+design,+integration,+and+evaluation.">Cochlear implants: system design, integration, and evaluation.</a> IEEE reviews in biomedical engineering. 1, 115-142 (2008).</li><li>Wilson, B. S., Dorman, M. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cochlear+implants:+a+remarkable+past+and+a+brilliant+future.">Cochlear implants: a remarkable past and a brilliant future.</a> Hearing research. 242 (1-2), 3-21 (2008).</li><li>Moore, D. R., Shannon, R. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Beyond+cochlear+implants:+awakening+the+deafened+brain.">Beyond cochlear implants: awakening the deafened brain.</a> Nature neuroscience. 12 (6), 686-691 (2009).</li><li>Shannon, R. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multichannel+electrical+stimulation+of+the+auditory+nerve+in+man.+II.+Channel+interaction.">Multichannel electrical stimulation of the auditory nerve in man. II. Channel interaction.</a> Hearing research. 12 (1), 1-16 (1983).</li><li>Fishman, K. E., Shannon, R. V., Slattery, W. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Speech+recognition+as+a+function+of+the+number+of+electrodes+used+in+the+SPEAK+cochlear+implant+speech+processor.">Speech recognition as a function of the number of electrodes used in the SPEAK cochlear implant speech processor.</a> Journal of speech, language, and hearing research: JSLHR. 40 (5), 1201-1215 (1997).</li><li>Kral, A., Hartmann, R., Mortazavi, D., Klinke, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spatial+resolution+of+cochlear+implants:+the+electrical+field+and+excitation+of+auditory+afferents.">Spatial resolution of cochlear implants: the electrical field and excitation of auditory afferents.</a> Hearing research. 121 (1-2), 11-28 (1998).</li><li>Izzo, A. D., Suh, E., Pathria, J., Walsh, J. T., Whitlon, D. S., Richter, C. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Selectivity+of+neural+stimulation+in+the+auditory+system:+a+comparison+of+optic+and+electric+stimuli.">Selectivity of neural stimulation in the auditory system: a comparison of optic and electric stimuli.</a> Journal of biomedical. 12 (2), 021008 (2007).</li><li>Richter, C. P., Rajguru, S. 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=Spread+of+cochlear+excitation+during+stimulation+with+pulsed+infrared+radiation:+inferior+colliculus+measurements.">Spread of cochlear excitation during stimulation with pulsed infrared radiation: inferior colliculus measurements.</a> Journal of neural engineering. 8 (5), 056006 (2011).</li><li>Teudt, I. U., Maier, H., Richter, C. P., Kral, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Acoustic+events+and+&#8220;optophonic&#8221;+cochlear+responses+induced+by+pulsed+near-infrared+laser.">Acoustic events and &#8220;optophonic&#8221; cochlear responses induced by pulsed near-infrared laser.</a> IEEE transactions on bio-medical engineering. 58 (6), 1648-1655 (2011).</li><li>Wang, 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=High-speed+mapping+of+synaptic+connectivity+using+photostimulation+in+Channelrhodopsin-2+transgenic+mice.">High-speed mapping of synaptic connectivity using photostimulation in Channelrhodopsin-2 transgenic mice.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 104 (19), 8143-8148 (2007).</li><li>Kleinlogel, S., Feldbauer, K., 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=Ultra+light-sensitive+and+fast+neuronal+activation+with+the+Ca2+-permeable+channelrhodopsin+CatCh.">Ultra light-sensitive and fast neuronal activation with the Ca2+-permeable channelrhodopsin CatCh.</a> Nature neuroscience. 14 (4), 513-518 (2011).</li><li>Friesen, L. M., Shannon, R. V., Baskent, D., Wang, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Speech+recognition+in+noise+as+a+function+of+the+number+of+spectral+channels:+comparison+of+acoustic+hearing+and+cochlear+implants.">Speech recognition in noise as a function of the number of spectral channels: comparison of acoustic hearing and cochlear implants.</a> The Journal of the Acoustical Society of America. 110 (2), 1150-1163 (2001).</li><li>Donaldson, G. S., Kreft, H. A., Litvak, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Place-pitch+discrimination+of+single-+versus+dual-electrode+stimuli+by+cochlear+implant+users+(L).">Place-pitch discrimination of single- versus dual-electrode stimuli by cochlear implant users (L).</a> The Journal of the Acoustical Society of America. 118 (2), 623-626 (2005).</li><li>Srinivasan, A. G., Shannon, R. V., Landsberger, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Improving+virtual+channel+discrimination+in+a+multi-channel+context.">Improving virtual channel discrimination in a multi-channel context.</a> Hearing research. 286 (1-2), 19-29 (2012).</li><li>Zeng, F. G., 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=Speech+dynamic+range+and+its+effect+on+cochlear+implant+performance.">Speech dynamic range and its effect on cochlear implant performance.</a> The Journal of the Acoustical Society of America. 111 (1 Pt 1), 377-386 (2002).</li><li>Matic, A. I., Walsh, J. T., Richter, C. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spatial+extent+of+cochlear+infrared+neural+stimulation+determined+by+tone-on-light+masking.">Spatial extent of cochlear infrared neural stimulation determined by tone-on-light masking.</a> Journal of biomedical. 16 (11), 118002 (2011).</li><li>Verma, R., Guex, A. A., 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=Auditory+responses+to+electric+and+infrared+neural+stimulation+of+the+rat+cochlear+nucleus.">Auditory responses to electric and infrared neural stimulation of the rat cochlear nucleus.</a> Hearing research. 310, 69-75 (2014).</li><li>Fenno, L., Yizhar, O., 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=The+development+and+application+of+optogenetics.">The development and application of optogenetics.</a> Annual review of neuroscience. 34, 389-412 (2011).</li><li>Hegemann, P., Nagel, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=From+channelrhodopsins+to+optogenetics.">From channelrhodopsins to optogenetics.</a> EMBO molecular medicine. 5 (2), 173-176 (2013).</li><li>Packer, A. M., Roska, B., H&#228;usser, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Targeting+neurons+and+photons+for+optogenetics.">Targeting neurons and photons for optogenetics.</a> Nature neuroscience. 16 (7), 805-815 (2013).</li><li>Nagel, G., 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=Channelrhodopsin-2,+a+directly+light-gated+cation-selective+membrane+channel.">Channelrhodopsin-2, a directly light-gated cation-selective membrane channel.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 100 (24), 13940-13945 (2003).</li><li>Nagel, G., Szellas, T., Kateriya, S., Adeishvili, N., Hegemann, P., Bamberg, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Channelrhodopsins:+directly+light-gated+cation+channels.">Channelrhodopsins: directly light-gated cation channels.</a> Biochemical Society transactions. 33 (Pt 4), 863-866 (2005).</li><li>Nagel, G., Brauner, M., Liewald, J. F., Adeishvili, N., Bamberg, E., Gottschalk, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Light+activation+of+channelrhodopsin-2+in+excitable+cells+of+Caenorhabditis+elegans+triggers+rapid+behavioral+responses.">Light activation of channelrhodopsin-2 in excitable cells of Caenorhabditis elegans triggers rapid behavioral responses.</a> Current biology: CB. 15 (24), 2279-2284 (2005).</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> Nature neuroscience. 8 (9), 1263-1268 (2005).</li><li>Bamann, C., Kirsch, T., Nagel, G., Bamberg, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spectral+characteristics+of+the+photocycle+of+channelrhodopsin-2+and+its+implication+for+channel+function.">Spectral characteristics of the photocycle of channelrhodopsin-2 and its implication for channel function.</a> Journal of molecular biology. 375 (3), 686-694 (2008).</li><li>Ritter, E., Stehfest, K., Berndt, A., Hegemann, P., Bartl, F. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Monitoring+light-induced+structural+changes+of+Channelrhodopsin-2+by+UV-visible+and+Fourier+transform+infrared+spectroscopy.">Monitoring light-induced structural changes of Channelrhodopsin-2 by UV-visible and Fourier transform infrared spectroscopy.</a> The Journal of biological chemistry. 283 (50), 35033-35041 (2008).</li><li>Berndt, A., Prigge, M., Gradmann, D., Hegemann, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Two+open+states+with+progressive+proton+selectivities+in+the+branched+channelrhodopsin-2+photocycle.">Two open states with progressive proton selectivities in the branched channelrhodopsin-2 photocycle.</a> Biophysical journal. 98 (5), 753-761 (2010).</li><li>Kato, H. 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=Crystal+structure+of+the+channelrhodopsin+light-gated+cation+channel.">Crystal structure of the channelrhodopsin light-gated cation channel.</a> Nature. 482 (7385), 369-374 (2012).</li><li>Hegemann, P., M&#246;glich, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Channelrhodopsin+engineering+and+exploration+of+new+optogenetic+tools.">Channelrhodopsin engineering and exploration of new optogenetic tools.</a> Nature methods. 8 (1), 39-42 (2011).</li><li>Mattis, J., Tye, K. 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=Principles+for+applying+optogenetic+tools+derived+from+direct+comparative+analysis+of+microbial+opsins.">Principles for applying optogenetic tools derived from direct comparative analysis of microbial opsins.</a> Nature methods. 9 (2), 159-172 (2012).</li><li>Arenkiel, B. R., Peca, J., 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=In+Vivo+Light-Induced+Activation+of+Neural+Circuitry+in+Transgenic+Mice+Expressing+Channelrhodopsin-2.">In Vivo Light-Induced Activation of Neural Circuitry in Transgenic Mice Expressing Channelrhodopsin-2.</a> Neuron. 54 (2), 205-218 (2007).</li><li>Tomita, H., Sugano, 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=Visual+Properties+of+Transgenic+Rats+Harboring+the+Channelrhodopsin-2+Gene+Regulated+by+the+Thy-1.2+Promoter.">Visual Properties of Transgenic Rats Harboring the Channelrhodopsin-2 Gene Regulated by the Thy-1.2 Promoter.</a> PLoS ONE. 4 (11), e7679 (2009).</li><li>Hernandez, V. 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=Optogenetic+stimulation+of+the+auditory+pathway.">Optogenetic stimulation of the auditory pathway.</a> The Journal of clinical investigation. 124 (3), 1114-1129 (2014).</li><li>Madisen, L., Mao, 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=A+toolbox+of+Cre-dependent+optogenetic+transgenic+mice+for+light-induced+activation+and+silencing.">A toolbox of Cre-dependent optogenetic transgenic mice for light-induced activation and silencing.</a> Nature Neuroscience. 15 (5), 793-802 (2012).</li><li>Yizhar, O., Fenno, L. E., Davidson, T. J., Mogri, M., 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=Optogenetics+in+neural+systems.">Optogenetics in neural systems.</a> Neuron. 71 (1), 9-34 (2011).</li><li>Hernandez, V. 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=Optogenetic+stimulation+of+the+auditory+pathway.">Optogenetic stimulation of the auditory pathway.</a> The Journal of clinical investigation. 124 (3), 1114-1129 (2014).</li><li>Gunaydin, L. A., Yizhar, O., Berndt, A., Sohal, V. S., Deisseroth, K., Hegemann, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrafast+optogenetic+control.">Ultrafast optogenetic control.</a> Nature neuroscience. 13 (3), 387-392 (2010).</li><li>Klapoetke, N. C., Murata, Y., 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=Independent+optical+excitation+of+distinct+neural+populations.">Independent optical excitation of distinct neural populations.</a> Nature methods. 11 (3), 338-346 (2014).</li></ol>

설명한 실험 SGNs의 optogenetic 자극을 입증하고, 원칙적으로, 또한 내측 및 / 또는 외측 유모 세포를 자극하는 데 사용될 수 opsins의 발현을 제공 하였다. 이 실험은 많은 인내와 배려가 필요합니다. 앞서 언급 한 바와 같이, 가장 중요한 단계는 광원의 좋은 cochleostomy / 라운드 창 삽입뿐만 아니라 적절한 위치 자세이다. ChR2를 사용 optogenetic 자극과 제한 사항이 있습니다. 자극의 ?...

세계 보건기구 (WHO)에 따르면, 3억6천만명는 전 세계적으로 청력 상실로 고통. 청각 장애인 대상에서 CI에 의해 SGNs 직접 전기 자극 그들 1,2,4,5-의 대부분에서 열려 음성 이해를 할 수 있습니다. 비록 CI에 따라서는 가장 성공적인 neuroprosthesis되고, 20 만 명 이상에 이식되어, 현재 인공 와우 이식에 의해 구동 사운드 인코딩이 제한됩니다. CI에 각 하나가 청각 신경 따라서 달팽이관에 코르티 역기능 감각 기관을 우회 tonotopic 영역을 활성화 전극의 특정 번호에 의해 전기 자극을 기반으로합니다. 정상 청력 청취자 그러나 오늘날의 CI는 최대 12-22 주파수 채널 4에 사용, 2,000 개 이상의 주파수를 구별 할 수 있습니다. 이는 많은 다른 소리 주파수 8,15 SGNs을 나타내는 다수의 활성화 전극 7,9 각 자극에서 널리 전류 흐름이다. 이제한 다극 자극을 ​​사용하지만 높은 소비 전력 16,17의 비용을 개선 할 수있다. 소리 강도에 대한 그들의 출력 동적 범위는 일반적으로 6-20dB 4,18 이하로 제한된다. 이러한 이유로, 개선 빈도와 강도 해상도는 시끄러운 환경, 운율 이해와 음악 인식에서 음성 인식을 개선하기 위해 CI 성능을 향상시키기위한 중요한 목표입니다. 청각 신경을 자극하는 다른 옵션은 광 자극이다. 빛은 편리하게, 더 나은 공간 감금을 약속 주파수 해상도를 증가시키고 또한 더 나은 강도 해상도의 결과로, 동적 범위를 확대, 작은 SGN 인구를 대상으로 집중 될 수있다. 실제로, 적외선 빛을 가진 인공 와우 자극은 동물 모델 10,11,19 우수한 주파수 해상도를 보여 주었다. 자극이 종류의 한 단점은 전기 자극보다 높은 에너지를 필요로한다는 것이다 <sup&gt; 10, 11. 또한, 직접 청신경을 자극하는 방법의 능력에 대한 우려는 12,20 제기되어왔다. 적외선 자극에 대한 대안으로, 우리는 SGNs 민감한 빛을 렌더링하는 optogenetics를 사용합니다. Optogenetics 비 침습적으로 유전 및 광학 기술을 결합하고 특히 높은 시간 정밀도 (리뷰 21 - 23)와 세포를 제어하는 새로운 접근 방법이다. 현재 가장 많이 사용되는 양상은 인 Chlamydomonas reinhardtii에서의 미생물 channelrhodopsin 2 (ChR2) 유전자의 발현을 고용하고 빛 게이트 양이온 채널 24을 인코딩, 이들의 변종. ChR2는, 뉴런으로 형질 도입 및 청색 광에 의해 활성화 될 때, 이와 같이 세포를 24 - 27 탈분극 같은 비 선택적 양이온 채널을 작용 7 - 막 관통 나선 단백질이다. ChR2 잘 특징되었습니다 24,28- 31 많은 변종이 actio을 수정하기 위해 개발되었습니다n 개의 스펙트럼, 게이트 및 투과성 특성 (32, 33). 우리 연구의 목적은 청각 경로의 활성화를 위해 인공 optogenetics을 확립하는 것이다. 우리는 청각 신경을 자극하는 optogenetic 접근 방식은 channelrhodopsin의 발현에 나선 신경절의 유전자 조작을가 있어야한다는 사실을 명심해야합니다. 마우스 및 쥐와 함께 작업하는 것은 tonotopic 축을 따라 동물 36에서 약간의 변화와 함께 channelrhodopsin의 발현을 제공 사용할 수 형질 전환 동물 13,34,35의 사용을 할 수 있습니다. 적절한 Cre 호텔 라인과 조건부 대립 유전자 37을 결합하여 세포 고유의 표현을 제공한다. 다른 동물의 나선 신경절에 유전자 전달은 optogenetics 38 표준 방식 인 아데노 - 연관 바이러스와 같이 우리가 마우스 (36)에서 잘 작동하는 것을 보여 주었다 바이러스의 사용을 필요로한다. 유전자 조작과 같은 글로불린 등의 부작용에 ​​대한 외국인 단백질에게 곰 위험을 코딩하는 유전자의 발현북동 응답 및 / 또는 증식, 손상 상태 나 유 전적으로 조작 된 세포의 죽음. 이 데모의 목적을 위해 우리는 광학적으로 청각 경로를 자극하는 네-1 프로모터 13에서 나선 신경절 신경 세포에 ChR2을 표현 형질 전환 마우스를 사용합니다. 우리는 우리가 SGNs 39로 변형 캐치 14의 바이러스 매개 전송을 사용하여 설명 된대로 다른 channelrhodopsin 변종이 같은 목적을 위해 이용 될 수 있습니다. 인공 optogenetics는 유전자 조작을 필요로하지만, 최적화 SGN 자극 분자에 대한 튜닝을 제공하고 전기 자극에 비해 약속 주파수 및 세기 해상도를 향상시켰다. 청각 경로의 Optogenetic 자극은 연구 청각에 매우 관련이있다. 예를 들어, 사운드의 스펙트럼 localizat 통합 요구 분석, 개발 중에 tonotopy의 활성에 의존하는 정제의 연구 발전을 약속이온 및 중앙 청각 시스템의 주파수 별 심성 돌기 사이의 상호 작용의 정도.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="769">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Urethane</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>U2500-100G</td>
			<td>Anesthetic</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Xylazine HCl</td>
			<td>RXV</td>
			<td></td>
			<td>Sedative and analgesic</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Buprenorphine</td>
			<td>Reckitt Benckiser</td>
			<td></td>
			<td>Analgesic</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dumont #5 Forceps</td>
			<td>Fine Science Tools</td>
			<td>11251-10</td>
			<td>It is used to hold hard tissue, e.g. bone or materials. Never use them to hold soft delicated tissue&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dumont #5 - Fine Forceps</td>
			<td>Fine Science Tools</td>
			<td>11254-20</td>
			<td>Only to be used to hold soft tissue</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fine Scissors - Sharp</td>
			<td>Fine Science Tools</td>
			<td>14060-09</td>
			<td>To open the skin and help with the muscle dissection</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lempert Rongeurs&#160;</td>
			<td>Fine Science Tools</td>
			<td>16004-16</td>
			<td>They are very useful to easily remove the bone from the bulla</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>473-nm laser&#160;</td>
			<td>Changchun New Industries</td>
			<td>MLL-III473</td>
			<td>100 mW solid state 473 nm laser</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laser driver&#160;</td>
			<td>Changchun New Industries</td>
			<td>DPSSL MLL 100 mW</td>
			<td>TTL operated laser driver</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>250 &#181;m optical fiber</td>
			<td>Any comercial ; e.g. Thorlabs</td>
			<td>M42L05</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acousto-optical modulator</td>
			<td>Crystal Technology, Inc.</td>
			<td>PCAOM VIS</td>
			<td>Control the amount of light coupled into the fiber from the laser</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Controller for Acousto-optical modulator</td>
			<td>Crystal Technology, Inc.</td>
			<td>160T1-8SAR-24-0.8</td>
			<td>Control the acousto-optic modulator</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Solo2 laser power &#38; energy meter</td>
			<td>Gentec-EO</td>
			<td></td>
			<td>Used to measure light intensity of the LED and the fiber coupled laser</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Blue &#181;LED</td>
			<td>Cree</td>
			<td>C470UT200</td>
			<td>It is necessary to build several &#956;LED devices because easily get damaged or the isolation is not good enough</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TDT System&#160;</td>
			<td>Tucker-Davis Technologies</td>
			<td>RZ6-A-P1</td>
			<td>It can be used any system for stimulus generation&#160; presentation and data acquisition</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Single-shank, 16-channel silicon probe</td>
			<td>Neuronexus</td>
			<td>a1x16-5mm-100-177-CM16LP&#160;</td>
			<td>These are fragile devises, must be handled carefully and cleaned after use</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Omnidrill</td>
			<td>World Precision Instruments</td>
			<td>503598</td>
			<td>Perform craniotomy for IC recordings and reference screw implantation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micro Drill Steel Burrs</td>
			<td>any commercial; e.g. Fine Science Tools</td>
			<td>19007-07</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Self tapping bone screw</td>
			<td>any commercial; e.g. Fine Science Tools</td>
			<td>19010-10</td>
			<td>Reference screw</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micromanipulator</td>
			<td>any commercial; e.g. Luigs+NeumannInVivo Unit Junior 4 axis</td>
			<td></td>
			<td>Positioning of recording probe</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

optogenetic stimulation of the auditory nerve

인공 와우 (CI에)에 의해 나선 신경절 신경 세포 (SGNs) 직접 전기 자극을 이식 청각 장애인 과목 1-6 대부분의 오픈 음성 이해를 할 수 있습니다. 그럼에도 불구하고, 현재의 CI와 사운드 코딩으로 인해 달팽이관 7-9의 tonotopic 축을 따라 SGNs의 큰 숫자를 활성화하는 각 전극 접촉에서 폭 넓은 전류 확산 가난한 빈도와 강도의 해상도를 가지고있다. 광 자극은 공간적으로 더 따라서 SGNs의 활성화를 밀폐과 약속 전기 자극, 부호화 높은 주파수 해상도의 대안으로서 제안되었다. 최근, 달팽이관 직접 적외선 조명 청신경 (10)에 응답을 연상하는 데 사용되어왔다. 전기 자극 10, 11 및 불확실성이 기반이되는기구 12로 남아보다 그럼에도 불구하고 더 높은 에너지를 필요로한다. 여기에서 우리는 SGNs을 자극하는 optogenetics를 기반으로하는 방법을 설명channelrhodopsin 2 (ChR2) 13 ChR2 변종 캐치 14의 바이러스 매개 표현의 신경 식으로 형질 전환 마우스를 사용하여 낮은 강도 푸른 빛과 함께. 우리는 작은 인공 개구부 (cochleostomy) 또는 둥근 창을 통해 ChR2 - 표현 SGNs을 자극하는 다이오드 (μLEDs) 및 광섬유 결합 발광 레이저 마이크로 빛을 사용했습니다. 우리는 빛을 유발 전위 (optogenetic 청성 뇌간 반응 : oABR)의 두피 녹음하여 응답을 정량 또는 청각 경로에서 미세 전극 기록에 의해 음향 및 전기 자극으로 그들을 비교했다.

<html> 최적 cochleostomy은 중요하고 성공적인 실험의 확률을 증가시킨다.이 윈도우가 일정한 작은 것을 의미하고, 내부 인공 구조물의 어떠한 손상도 없다. 예를 들어, 출혈은 강선 vascularis의 손상 될 수 있음을 나타냅니다. 좋은 예는 그림 (b)에 표시됩니다. ChR2 - 형질 전환 마우스를 사용하여, ChR2은 달팽이관 (그림 1C) 내에서 SGNs 표현된다. ,...

Watch this Scientific Journal Video about Optogenetic Stimulation of the Auditory Nerve at JoVE.com

Optogenetic Stimulation of the Auditory Nerve

청각 신경의 자극 Optogenetic

인공 와우 (CI를) 청각 신경에 직접 전기 자극으로 청각 수 있습니다. 그러나 가난한 빈도와 강도 해상도의 CI와 청각의 품질을 제한합니다. 여기에서 우리는 청각 연구와 미래의 CI 개발을위한 대안 전략으로 생쥐에서 청각 신경의 optogenetic 자극을 설명합니다.

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

Research

JoVE Journal

Neuroscience

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

TMS : 연약한 X 증후군 및 자폐증과 개인의 소성의 Mechasnism를 탐험하는 세타 - 버스트 프로토콜을 사용하여

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 ...

연구

신경과학

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

NeuroStar TMS 장치 : FDA를 실시는 우울증 치료 프로토콜을 승인

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

만성에 대한 성인 태어나 강한 뉴런의 선택 바이러스성 전달 생체내에 Optogenetic의 자극

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

Fiber-optic Implantation for Chronic Optogenetic Stimulation of Brain Tissue

뇌 조직의 만성 Optogenetic의 자극을위한 광섬유 주입

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

Optogenetic Stimulation of Escape Behavior in Drosophila melanogaster

Optogenetic Stimulation of Escape Behavior in Drosophila melanogaster

의 이스케이프 문제의 Optogenetic의 자극<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 ...

Selective Tracing of Auditory Fibers in the Avian Embryonic Vestibulocochlear Nerve

조류 배아 Vestibulocochlear 신경 청각 섬유의 선택적 추적

The embryonic chick is a widely used model for the study of peripheral and central ganglion cell projections. In the auditory system, selective labeling ...

In vivo Optogenetic Stimulation of the Rodent Central Nervous System

In vivo Optogenetic Stimulation of the Rodent Central Nervous System

설치류 중추 신경계의 생체 Optogenetic 자극

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

Direct Visualization of the Murine Dorsal Cochlear Nucleus for Optogenetic Stimulation of the Auditory Pathway

청각 통로의 Optogenetic 자극에 대한 쥐의 등쪽 달팽이 핵의 직접 시각화

Investigation into the use of virus-mediated gene transfer to arrest or reverse hearing loss has largely been relegated to the peripheral auditory system. ...

Assessment of Neuromuscular Function Using Percutaneous Electrical Nerve Stimulation

경피적 전기 신경 자극을 사용하여 신경 근육 기능의 평가

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