Name: a large lateral craniotomy procedure for mesoscale wide-field optical imaging of brain activity
Uploaded: 2017-05-07T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about A Large Lateral Craniotomy Procedure for Mesoscale Wide-field Optical Imaging of Brain Activity at JoVE.com

Dette arbeidet ble støttet av en naturvitenskap og Engineering Research Council of Canada (NSERC) Discovery Grant # 40352, Campus Alberta for innovasjonsprogram Chair, Alberta Alzheimer Research Program til MHM, og NSERC CREATE i BIF doc og AIHS hovedfags fellesskap til MK. Vi takker Pu Min Wang for utviklingen av denne protokollen og for kirurgisk trening, og Behroo Mirza Agha og Di Shao for oppdrett.

<html> Følgende protokoll følger University of Lethbridge Animal Care Committee (ACC) retningslinjer, og er gjennomført i samsvar med kravene i den kanadiske Council on Animal Care (CCAC). 1. Fremstilling <ol><li> For lengre studieperioder, autoklav alle åpne kirurgiske forsyninger og sørge for at steriliteten opprettholdes gjennom hele operasjonen. Hvis flere operasjoner er nødvendig, autoklav mellom operasjoner. </li><li> Sikre at det er nok av hjerne-buffer på hånden (i det minst...

<ol>
	<li>Sigler, A., Mohajerani, M. H., Murphy, T. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Imaging+rapid+redistribution+of+sensory-evoked+depolarization+through+existing+cortical+pathways+after+targeted+stroke+in+mice.">Imaging rapid redistribution of sensory-evoked depolarization through existing cortical pathways after targeted stroke in mice.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 106 (28), 11759-11764 (2009).</li><li>Shih, A. 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=Two-photon+microscopy+as+a+tool+to+study+blood+flow+and+neurovascular+coupling+in+the+rodent+brain.">Two-photon microscopy as a tool to study blood flow and neurovascular coupling in the rodent brain.</a> J Cereb Blood Flow Metab. 32 (7), 1277-1309 (2012).</li><li>Grinvald, A., Hildesheim, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=VSDI:+a+new+era+in+functional+imaging+of+cortical+dynamics.">VSDI: a new era in functional imaging of cortical dynamics.</a> Nat Rev Neurosci. 5 (11), 874-885 (2004).</li><li>Blinder, P., Shih, A. Y., Rafie, C., Kleinfeld, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Topological+basis+for+the+robust+distribution+of+blood+to+rodent+neocortex.">Topological basis for the robust distribution of blood to rodent neocortex.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 107 (28), 12670-12675 (2010).</li><li>Mohajerani, M. 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=Spontaneous+cortical+activity+alternates+between+motifs+defined+by+regional+axonal+projections.">Spontaneous cortical activity alternates between motifs defined by regional axonal projections.</a> Nat Neurosci. 16 (10), 1426-1435 (2013).</li><li>Mohajerani, M. H., McVea, D. A., Fingas, M., Murphy, T. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mirrored+bilateral+slow-wave+cortical+activity+within+local+circuits+revealed+by+fast+bihemispheric+voltage-sensitive+dye+imaging+in+anesthetized+and+awake+mice.">Mirrored bilateral slow-wave cortical activity within local circuits revealed by fast bihemispheric voltage-sensitive dye imaging in anesthetized and awake mice.</a> J Neurosci. 30 (10), 3745-3751 (2010).</li><li>Lippert, M. T., Takagaki, K., Xu, W., Huang, X., Wu, J. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Methods+for+voltage-sensitive+dye+imaging+of+rat+cortical+activity+with+high+signal-to-noise+ratio.">Methods for voltage-sensitive dye imaging of rat cortical activity with high signal-to-noise ratio.</a> J Neurophysiol. 98 (1), 502-512 (2007).</li><li>Misgeld, T., Kerschensteiner, M. <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+imaging+of+the+diseased+nervous+system.">In vivo imaging of the diseased nervous system.</a> Nat Rev Neurosci. 7 (6), 449-463 (2006).</li><li>Kerr, J. N., Denk, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Imaging+in+vivo:+watching+the+brain+in+action.">Imaging in vivo: watching the brain in action.</a> Nat Rev Neurosci. 9 (3), 195-205 (2008).</li><li>Aronoff, 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=Long-range+connectivity+of+mouse+primary+somatosensory+barrel+cortex.">Long-range connectivity of mouse primary somatosensory barrel cortex.</a> Eur J Neurosci. 31 (12), 2221-2233 (2010).</li><li>McVea, D. A., Mohajerani, M. H., Murphy, T. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Voltage-sensitive+dye+imaging+reveals+dynamic+spatiotemporal+properties+of+cortical+activity+after+spontaneous+muscle+twitches+in+the+newborn+rat.">Voltage-sensitive dye imaging reveals dynamic spatiotemporal properties of cortical activity after spontaneous muscle twitches in the newborn rat.</a> J Neurosci. 32 (32), 10982-10994 (2012).</li><li>Sweetnam, D., 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=Diabetes+impairs+cortical+plasticity+and+functional+recovery+following+ischemic+stroke.">Diabetes impairs cortical plasticity and functional recovery following ischemic stroke.</a> J Neurosci. 32 (15), 5132-5143 (2012).</li><li>Yin, Y. Q., 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+field+recordings+effectively+monitor+the+mouse+cortex+and+hippocampus+under+isoflurane+anesthesia.">In vivo field recordings effectively monitor the mouse cortex and hippocampus under isoflurane anesthesia.</a> Neural Regeneration Research. 11 (12), 1951-1955 (2016).</li><li>Sharp, P. S., 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=Comparison+of+stimulus-evoked+cerebral+hemodynamics+in+the+awake+mouse+and+under+a+novel+anesthetic+regime.">Comparison of stimulus-evoked cerebral hemodynamics in the awake mouse and under a novel anesthetic regime.</a> Scientific Reports. 5, 12621 (2015).</li><li>Kyweriga, M., Mohajerani, M. H., Kianianmomeni, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optogenetics:+Methods+and+Protocols.">Optogenetics: Methods and Protocols.</a> Methods in Molecular Biology. 1408, 251-265 (2016).</li><li>Grutzendler, J., Gan, W. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Imaging in neuroscience and development : a laboratory manual. , (2005).</li><li>Vanni, M. P., Murphy, T. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mesoscale+transcranial+spontaneous+activity+mapping+in+GCaMP3+transgenic+mice+reveals+extensive+reciprocal+connections+between+areas+of+somatomotor+cortex.">Mesoscale transcranial spontaneous activity mapping in GCaMP3 transgenic mice reveals extensive reciprocal connections between areas of somatomotor cortex.</a> J Neurosci. 34 (48), 15931-15946 (2014).</li><li>Xie, 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=Resolution+of+High-Frequency+Mesoscale+Intracortical+Maps+Using+the+Genetically+Encoded+Glutamate+Sensor+iGluSnFR.">Resolution of High-Frequency Mesoscale Intracortical Maps Using the Genetically Encoded Glutamate Sensor iGluSnFR.</a> J Neurosci. 36 (4), 1261-1272 (2016).</li><li>Chan, A. W., Mohajerani, M. H., LeDue, J. M., Wang, Y. T., Murphy, T. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mesoscale+infraslow+spontaneous+membrane+potential+fluctuations+recapitulate+high-frequency+activity+cortical+motifs.">Mesoscale infraslow spontaneous membrane potential fluctuations recapitulate high-frequency activity cortical motifs.</a> Nat Commun. 6, 7738 (2015).</li><li>Lim, D. 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=In+vivo+Large-Scale+Cortical+Mapping+Using+Channelrhodopsin-2+Stimulation+in+Transgenic+Mice+Reveals+Asymmetric+and+Reciprocal+Relationships+between+Cortical+Areas.">In vivo Large-Scale Cortical Mapping Using Channelrhodopsin-2 Stimulation in Transgenic Mice Reveals Asymmetric and Reciprocal Relationships between Cortical Areas.</a> Front Neural Circuits. 6, (2012).</li><li>Ferezou, I., 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=Spatiotemporal+dynamics+of+cortical+sensorimotor+integration+in+behaving+mice.">Spatiotemporal dynamics of cortical sensorimotor integration in behaving mice.</a> Neuron. 56 (5), 907-923 (2007).</li><li>Mohajerani, M. H., Aminoltejari, K., Murphy, T. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Targeted+mini-strokes+produce+changes+in+interhemispheric+sensory+signal+processing+that+are+indicative+of+disinhibition+within+minutes.">Targeted mini-strokes produce changes in interhemispheric sensory signal processing that are indicative of disinhibition within minutes.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 108 (22), E183-E191 (2011).</li><li>Madisen, L., 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=Transgenic+mice+for+intersectional+targeting+of+neural+sensors+and+effectors+with+high+specificity+and+performance.">Transgenic mice for intersectional targeting of neural sensors and effectors with high specificity and performance.</a> Neuron. 85 (5), 942-958 (2015).</li></ol>

Denne innovative protokollen for et stort kranialvindu muliggjør simultan avbildning over de tidlige og parietale områdene i hjernebarken. Kombinert med optisk avbildning, kan det bidra til å avdekke nevral dynamikk innen kortikale områder under spontan og stimulus-indusert aktivitet. Denne ekspansive kraniotomi viser også en stor forlengelse av det kortikale vasculaturnettverket, inkludert den proximale enden av den midtre cerebrale arterien (MCA), som muliggjør in vivo avbildning av blodstrøm og direkt...

Kraniotomi er en standard prosedyre som brukes av nevrologer for å avsløre en del av hjernen. Siden starten av elektrofysiologi har craniotomi gitt uovertruffen gjennombrudd innen nevrovitenskap. Tett kartlegging av hjernebarken med elektroder har ført til eksperimenter som testet hypoteser og teorier basert på disse kartene. Vi har nylig inntatt en ny epoke hvor craniotomi brukes til in vivo avbildning av kortikal blodstrøm 1 , 2 , 3 og nevrologisk arkitektur 4 , som muliggjør sanntids visualisering av kortikal aktivitet innenfor de eksponerte områdene 5 , 6 , 7 . Selv om mange studier bruker craniotomier kombinert med in vivo optiske bildeteknikker for å studere strukturen og funksjonen av kortikale nevroner, glia og cortical vaskulatur 8, 9, vil ytterligere undersøkelser begrenset av små områder av eksponert cortex (men se 10). Hensikten med denne protokollen er å tilveiebringe en fremgangsmåte for å danne en stor sideveis kraniotomi, utsette den cerebrale cortex fra midtlinjen til den squamosal ben, og som strekker seg utover bregma og lambda. Denne store kraniotomi muliggjør samtidig visning av Association kortekser (retrosplenial, cingulate, og parietale), primær og sekundær motor, somatosensorisk, visuell og auditiv cortex. Denne metode har tidligere blitt koplet til spenningsfølsomt fargestoff imaging (VSDI) for å undersøke hvordan flere hjernebark samvirke med hverandre under den spontane og stimulusfremkalte kortikal aktivitet 5, 11, 12. De største utfordringene ved denne fremgangsmåte omfatter å posisjonere hodetav dyret, festehodeplaten, og å unngå blødning, mens man separerte det temporale muskel fra den parietalbenet. Hensyn må også tas under bore og skalle fjerningsprosesser som skalle kurvene ved en skrå vinkel.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Heating Pad&#160;</td>
			<td>FHC</td>
			<td>40-90-2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fine Scissors</td>
			<td>Fine Science Tools</td>
			<td>14058-09</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Forceps&#160;</td>
			<td>Fine Science Tools</td>
			<td>11251-35</td>
			<td>2 or more pairs are recommended</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spring scissors</td>
			<td>Fine Science Tools</td>
			<td>15000-00, 15000-10</td>
			<td>1 pair should be designated for dura removal&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Jet tooth shade powder</td>
			<td>LANG Dental</td>
			<td>Jet Tooth Shade Powder</td>
			<td>to be mixed with the Jet Liquid</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Jet tooth shade liquid</td>
			<td>LANG Dental</td>
			<td>Jet Tooth Shade Liquid</td>
			<td>to be mixed wihth the Jet Powder&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Drill Heads - Carbide Burs FG 1/4 389</td>
			<td>Midwest Dental</td>
			<td>385201</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Agarose Powder</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>A9793</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gelfoam</td>
			<td>Sinclair Dental Canada</td>
			<td>Pfizer Gelfoam</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isoflurane</td>
			<td>Western Drug Distribution Centre Ltd</td>
			<td>124125</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lidocaine 2% Epinephrine</td>
			<td>Western Drug Distribution Centre Ltd</td>
			<td>125299</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dexamethazone 5 mg/mL</td>
			<td>Western Drug Distribution Centre Ltd</td>
			<td>125231</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Butyl cyanoacrylate glue (VetBond)</td>
			<td>Western Drug Distribution Centre Ltd</td>
			<td>12612</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a large lateral craniotomy procedure for mesoscale wide-field optical imaging of brain activity

Den kraniotomi er en vanligvis utføres prosedyre for å eksponere hjernen for in vivo eksperimenter. I mus forskning, de fleste laboratorier benytter en liten kraniotomi, typisk 3 mm x 3 mm. Denne protokollen introduserer en fremgangsmåte for å danne et vesentlig større 7 mm x 6 mm kranial vindu utsette det meste av en hjernehalvdel over musetemporale og parietale cortex (f.eks bregma 2,5 til 4,5 mm, lateral 0 - 6 mm). For å utføre denne operasjonen, må hodet vippes omkring 30 °, og mye av den temporale muskel må trekkes tilbake. På grunn av den store mengden av fjerning av ben, er denne fremgangsmåten bare beregnet for akutte eksperimenter med dyr bedøvet under hele kirurgien og eksperiment. Hovedfordelen med denne nye stor sideveis kraniale vindu er å tilveiebringe samtidig tilgang til både indre og ytre områder av hjernebarken. Denne store ensidig cranial vindu kan brukes til å studere nevrale dynamikken mellom celler,så vel som mellom forskjellige hjernebark ved å kombinere flerelektrodeelektrofysiologiske opptak, avbildning av neuronal aktivitet (f.eks indre eller ytre imaging), og optogenetic stimulering. I tillegg gir denne store kraniotomi eksponerer også et stort område av kortikale blodkar, noe som åpner for direkte manipulering av de laterale kortikale vaskulatur.

<html> For å studere interaksjonene mellom hjernebark i et enkelt halvkule, ble det benyttet en stor kraniotomi som strekker seg på tvers av sagittal sinus og 5. - 6. mm lateralt. Dette kranial vindu inkludert primær (motor, somatosensorisk, visuell, auditiv), sekundær (motor, visuelle), og forening (retrosplenial, cingulate, parietal forening) cortexer fra høyre hjernehalvdelene (figur 3A). For dette arbeidet vi brukte spenningsfølsomt fargestoff (VSD)...

Watch this Scientific Journal Video about A Large Lateral Craniotomy Procedure for Mesoscale Wide-field Optical Imaging of Brain Activity at JoVE.com

A Large Lateral Craniotomy Procedure for Mesoscale Wide-field Optical Imaging of Brain Activity

Denne protokollen presenterer en metode for å lage en stor ensidig kraniotomi i løpet av de temporale og parietale regioner av muse cerebral cortex. Dette er spesielt nyttig for sanntids avbildning over et omfattende område av en kortikal halvkule.

En stor sideveis kraniotomi Prosedyre for mesoskala Wide-field Optical Imaging av hjernens aktivitet

The craniotomy is a commonly performed procedure to expose the brain for in vivo experiments. In mouse research, most labs utilize a small craniotomy, ...

Research

JoVE Journal

Neuroscience

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 ...

Lateral Fluid Percussion: Model of Traumatic Brain Injury in Mice

Traumatic brain injury (TBI) research has attained renewed momentum due to the increasing awareness of head injuries, which result in morbidity and ...

Live Imaging of the Ependymal Cilia in the Lateral Ventricles of the Mouse Brain

Live-Imaging av Ependymal Cilia i sideventriklene av Mouse Brain

Multiciliated ependymal cells line the ventricles in the adult brain. Abnormal function or structure of ependymal cilia is associated with various ...

Modification of a Colliculo-thalamocortical Mouse Brain Slice, Incorporating 3-D printing of Chamber Components and Multi-scale Optical Imaging

Modifisering av en Colliculo-thalamocortical Mouse Brain Slice, Innlemming 3-D utskrift av Chamber Komponenter og Multi-skala Optical Imaging

The ability of the brain to process sensory information relies on both ascending and descending sets of projections. Until recently, the only way to study ...

Large-scale Three-dimensional Imaging of Cellular Organization in the Mouse Neocortex

Store tredimensjonale Imaging mobilnettet organisasjon i musen Neocortex

The mammalian neocortex is composed of many types of excitatory and inhibitory neurons, each with specific electrophysiological and biochemical ...

Wide-field Single-photon Optical Recording in Brain Slices Using Voltage-sensitive Dye

Bred-åker enkelt-Foton optisk innspillingen inne hjerne skive benytter Voltage-følsom Dye

Wide-field single photon voltage-sensitive dye (VSD) imaging of brain slice preparations is a useful tool to assess the functional connectivity in neural ...

Real-Time fMRI Brain Mapping in Animals

Sanntids fMRI-hjernekartlegging hos dyr

Dynamic fMRI responses vary largely according to the physiological conditions of animals either under anesthesia or in awake states. We developed a ...

Activity of Posterior Lateral Line Afferent Neurons during Swimming in Zebrafish

Aktivitet av bakre laterale linje afferent nevroner under svømming i sebrafisk

Sensory systems gather cues essential for directing behavior, but animals must decipher what information is biologically relevant. Locomotion generates ...

Craniotomy Procedure for Visualizing Neuronal Activities in Hippocampus of Behaving Mice

Kraniotomiprosedyre for visualisering av nevronale aktiviteter i Hippocampus av oppførende mus

Imaging neuronal activities at single-cell resolution in awake behaving animals is a very powerful approach for the investigation of neural circuit ...

In Vivo Wide-Field and Two-Photon Calcium Imaging from a Mouse Using a Large Cranial Window

In Vivo Wide-Field and Two-Photon Calcium Imaging from a Mouse Using a Large Cranial Window

In Vivo Wide-Field og Two-Photon Calcium Imaging fra en mus ved hjelp av et stort kranialt vindu

Wide-field calcium imaging from the mouse&#39;s neocortex allows one to observe cortex-wide neural activity related to various brain functions. On the ...