Name: electrophysiological and morphological characterization of neuronal microcircuits in acute brain slices using paired patch-clamp recordings
Uploaded: 2015-01-10T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Electrophysiological and Morphological Characterization of Neuronal Microcircuits in Acute Brain Slices Using Paired Patch-Clamp Recordings at JoVE.com

We would like to thank all members of &#8216;Function of Neuronal Microcircuits&#8217; Group at Institute of Neuroscience and Medicine, INM-2, Research Centre J&#252;lich and the &#8216;Function of Cortical Microcircuits&#8217; Group in the Dept. of Psychiatry, Psychotherapy and Psychosomatics, Medical School, JARA, RWTH Aachen University for fruitful discussions. This work was supported by the DFG research group on Barrel Cortex Function (BaCoFun).

Alla experimentella förfaranden har genomförts i enlighet med EU: s direktiv om skydd av djur, den tyska djurskyddslagen (Tierschutzgesetz) och riktlinjerna för Federation of European Laboratory Animal Science Association. 1. Ställ upp för Elektro Innan med parade inspelning, har en elektrofysiologi set-up som ska byggas. En kort sammanfattning om hur en sådan set-up monteras ges nedan: <ol><li> Installera en anti-vibrationsbord som mikroskopet, manipulat...

Kopplade inspelningar från synaptically kopplade retande och / eller hämmande nervceller är en mycket mångsidig strategi för studier av neuronala mikrokretsar. Inte bara denna metod tillåter en att uppskatta synaptiska anslutningar mellan neuron typer men också tillåter att bestämma de funktionella egenskaperna hos anslutningen och morfologi pre- och postsynaptiska neuroner. Vidare kan agonist och / eller antagonist lätt appliceras på neuroner i slice preparat. Detta gör att man kan studera effekterna av neu...

Neuronala mikrokretsar mellan två synaptically kopplade nervceller är byggstenar i storskaliga nätverk i hjärnan och är grundläggande enheter av synaptiska informationsbehandling. En förutsättning för karakterisering av sådana neuronala mikrokretsar är att veta morfologi och funktionella egenskaper hos både pre- och postsynaptiska partner neuroner, typen av den synaptiska anslutning (er) och dess struktur och funktionsmekanism. Men i många studier av synaptiska förbindelser åtminstone en av de nervceller i en mikrokrets är inte väl karakteriserade. Detta beror på de relativt ospecifika stimuleringsprotokoll som ofta används i studier av synaptiska uppkoppling. Därför är de strukturella och funktionella egenskaperna hos den presynaptiska nervcellen antingen inte identifieras alls eller endast till en ganska liten utsträckning (dvs. uttrycket av markörproteiner osv). Kopplade inspelningar i kombination med intracellulär färgning av markörer sUCH som biocytin, neurobiotin eller fluorescerande färger är bättre lämpade för att studera små neuronala mikrokretsar. Denna teknik medger en för att undersöka många strukturella och funktionella parametrar av en morfologiskt identifierade synaptisk förbindelse samtidigt. Så kallade &quot;enhetlig&quot; monosynaptic anslutningar mellan två nervceller har undersökts i både kortikala och subkortikala hjärnregioner 1-10 använder akuta slice förberedelser. Inledningsvis var skarpa mikroelektroder användes i dessa försök; senare var patch clamp inspelning användes för att erhålla inspelningar av synaptiska signaler med lägre ljudnivå och en förbättrad tidsupplösning. En betydande tekniskt framsteg var användningen av infraröd differential interferens kontrast (IR-DIC) optik 11-14, en mikroskopisk teknik som avsevärt förbättrat synligheten och identifiering av nervceller i hjärnan skiva så att det blev möjligt to få inspelningar från visuellt identifierade synapsförbindelser 15-17. I allmänhet är parade inspelningar görs i akuta skiva preparat; endast ett fåtal publikationer är tillgängliga rapporterings inspelningar från synaptically anslutna nervceller in vivo 18-20. Den viktigaste fördelen med parade inspelningar är det faktum att en funktionell karakterisering kan kombineras med en morfologisk analys vid både ljus- och elektronmikroskopi mikroskopisk nivå (se t ex., 7,16,21). Efter histokemisk bearbetning, är det dendritiska och axonal morfologi synaptiskt anslutna neuron paret spåras. Därefter är det möjligt att kvantifiera morfologiska funktioner såsom längd, rumslig densitet, orientering, förgrening mönster etc. Dessa parametrar kan sedan ge en grund för en objektiv klassificering av en specifik synaptisk anslutning. Dessutom, till skillnad från de flesta andra tekniker som används för att studera neuronala connectivitet, parade inspelningar medger också att identifiera synaptiska kontakter för enhets synapsförbindelser. Detta kan göras direkt med hjälp av en kombination av ljus och elektronmikroskopi 16,21-27 eller använda kalcium avbildning 28,29 av Dendritutskotten. Men med den senare metoden bara retande men inte hämmande anslutningar kan studeras eftersom det kräver kalciuminflödet via postsynaptiska receptorkanaler. Förutom en detaljerad analys av synaptisk transmission vid en definierad neuronala mikrokrets parade inspelningar också tillåta studiet av synaptisk plasticitet regler 30,31 eller - i kombination med agonist / antagonist ansökan - modulering av synaptisk transmission av signalsubstanser såsom acetylkolin 32 och adenosin 33.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="792">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:199px;">Name</td>
			<td style="width:199px;">Company</td>
			<td style="width:199px;">Catalog Number</td>
			<td style="width:199px;">Comments</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:199px;">Amplifier</td>
			<td style="width:199px;">HEKA</td>
			<td style="width:199px;">EPC 10 USB Triple</td>
			<td style="width:199px;">with 2-3 preamplifiers</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:199px;">Microscope</td>
			<td style="width:199px;">Olympus</td>
			<td style="width:199px;">BX51WI</td>
			<td style="width:199px;">with 2 camera ports and a 4&#215; objective, a 40&#215; water-immersion objective</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:199px;">Camera</td>
			<td style="width:199px;">TILL Photonics</td>
			<td style="width:199px;">VX55</td>
			<td style="width:199px;">infrared CCD camera</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:199px;">Workstation</td>
			<td style="width:199px;">Luigs &#38; Neumann</td>
			<td style="width:199px;">Infrapatch 240</td>
			<td style="width:199px;">with a motorized x-y stage and a motorized focus axis for the microscope</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:199px;">Micromanipulator</td>
			<td style="width:199px;">Luigs &#38; Neumann</td>
			<td style="width:199px;">SM-5</td>
			<td style="width:199px;">x-y-z manipulators for 2-3 preamplifiers</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:199px;">Faraday cage</td>
			<td style="width:199px;">Luigs &#38; Neumann</td>
			<td style="width:199px;"></td>
			<td style="width:199px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:199px;">Anti-vibration table</td>
			<td style="width:199px;">Newport Spectra-Physics</td>
			<td style="width:199px;"></td>
			<td style="width:199px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:199px;">Patchmaster</td>
			<td style="width:199px;">HEKA</td>
			<td style="width:199px;"></td>
			<td style="width:199px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:199px;">Microtome</td>
			<td style="width:199px;">Microm International</td>
			<td style="width:199px;">HM650V</td>
			<td style="width:199px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:199px;">Micropipette puller</td>
			<td style="width:199px;">HEKA</td>
			<td style="width:199px;">Sutter P-97</td>
			<td style="width:199px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:199px;">Neurolucida system</td>
			<td style="width:199px;">Microbrightfield</td>
			<td style="width:199px;"></td>
			<td style="width:199px;">with Neurolucida and Neuroexplorer softwares</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

electrophysiological and morphological characterization of neuronal microcircuits in acute brain slices using paired patch-clamp recordings

Kombinationen av patch clamp inspelningar från två (eller flera) synaptically kopplade nervceller (parade inspelningar) i akut hjärn slice beredningar samtidig intracellulär biocytin fyllning möjliggör en korrelerad analys av deras strukturella och funktionella egenskaper. Med denna metod är det möjligt att identifiera och karakterisera både pre- och postsynaptiska neuroner genom sin morfologi och elektrosvarsmönster. Kopplade inspelningar tillåter studera anslutningsmönstren mellan dessa neuroner liksom egenskaperna för både kemisk och elektrisk synaptisk överföring. Här ger vi en steg-för-steg-beskrivning av de förfaranden som krävs för att få tillförlitliga parade inspelningar tillsammans med en optimal återhämtning av neuron morfologi. Vi kommer att beskriva hur par av nervceller anslutna via kemiska synapser eller kanalförbindelser identifieras i hjärnan slice förberedelser. Vi kommer att beskriva hur nervceller rekonstrueras för att få deras 3D morfologi dendritic och axonal domän och hur synaptiska kontakter identifieras och lokaliseras. Vi kommer också att diskutera de förbehåll och begränsningar parade inspelningsteknik, särskilt de som förknippas med dendritiska och axonal stympningar under utarbetandet av hjärnan skivor eftersom dessa påverkar starkt uppskattningar anslutnings. Men på grund av mångsidigheten hos den parade inspelnings strategi kommer det att förbli ett värdefullt verktyg i att karakterisera olika aspekter av synaptisk transmission vid identifierade neuronala mikrokretsar i hjärnan.

Kopplade inspelningar är metoden för en fördjupad karaktärisering av morfologiskt identifierade uni- eller dubbelriktade synapsförbindelser samt gap junction (elektriska) anslutningar (Figur 1). Ett exempel på en hopparad inspelning i skiktet 4 av somatosensoriska fat cortex visas i figur 1A. Både enkelriktad retande och hämmande synapsförbindelser kan karakteriseras (Figur 1B, C). Dessutom parade inspelningar tillåter att spela in från dubbelriktade synapsf?...

Watch this Scientific Journal Video about Electrophysiological and Morphological Characterization of Neuronal Microcircuits in Acute Brain Slices Using Paired Patch-Clamp Recordings at JoVE.com

Electrophysiological and Morphological Characterization of Neuronal Microcircuits in Acute Brain Slices Using Paired Patch-Clamp Recordings

Patch-clamp recordings and simultaneous intracellular biocytin filling of synaptically coupled neurons in acute brain slices allow a correlated analysis of their structural and functional properties. The aim of this protocol is to describe the essential technical steps of electrophysiological recording from neuronal microcircuits and their subsequent morphological analysis.

Elektro och morfologisk karakterisering av neurala Microcircuits i akut hjärnan skivor Använda Kopplade Patch-Clamp Inspelningar

The combination of patch clamp recordings from two (or more) synaptically coupled neurons (paired recordings) in acute brain slice preparations with ...

Research

JoVE Journal

Neuroscience

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

Patch Clamp Inspelningar från mus näthinnan nervceller i en anpassad Dark-Slice Förberedelser

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

Paired Patch Clamp Recordings from Motor-neuron and Target Skeletal Muscle in Zebrafish

Kopplade Patch Clamp Inspelningar från Motor-neuron och Target skelettmuskulaturen i Zebrafish

Larval zebrafish represent the first vertebrate model system to allow simultaneous patch clamp recording from a spinal motor-neuron and target muscle.  ...

Patch-clamp Capacitance Measurements and Ca2+ Imaging at Single Nerve Terminals in Retinal Slices

Patch-clamp Capacitance Measurements and Ca2+ Imaging at Single Nerve Terminals in Retinal Slices

Patch-clamp Mått kapacitans och Ca 2 + Imaging vid enstaka nervterminaler i näthinnan Slices

Visual stimuli are detected and conveyed over a wide dynamic range of light intensities and frequency changes by specialized neurons in the vertebrate ...

Patch Clamp Recordings in Inner Ear Hair Cells Isolated from Zebrafish

Patch clamp inspelningar i Inre celler öronhår isolerad från Zebrafish

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  ...

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

Dubbla Elektrofysiologiska Inspelningar av synaptiskt-framkallade astrogliala och neuronala svar i akut hippocampus skivor

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

Patch Clamp Recordings from Embryonic Zebrafish Mauthner Cells

Patch Clamp Inspelningar från embryonala Zebrafish Mauthner Cells

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

A Computer-assisted Multi-electrode Patch-clamp System

Ett Datorstödd Multi-elektrod Patch-clamp System

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

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

Hel-cell Patch-clamp Inspelningar från Morphologically- och neurokemiskt identifierade Hippocampus Interneuroner

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

Paired Whole Cell Recordings in Organotypic Hippocampal Slices

Kopplade Hela Cell Inspelningar i Organotypic hippocampus Slices

Pair recordings involve simultaneous whole cell patch clamp recordings from two synaptically connected neurons, enabling not only direct ...

Whole-cell Patch-clamp Recordings in Brain Slices

Hel-cell patch-clamp inspelningar i hjärnan skivor

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