Name: induction of an isoelectric brain state to investigate the impact of endogenous synaptic activity on neuronal excitability in vivo
Uploaded: 2016-03-31T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Induction of an Isoelectric Brain State to Investigate the Impact of Endogenous Synaptic Activity on Neuronal Excitability In Vivo at JoVE.com

Dette arbejde blev støttet af tilskud fra Fondation de France, Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale, Pierre &amp; Marie Curie Universitet og programmet »Investissements d&#39;Avenir&quot; ANR-10-IAIHU-06.

Alle procedurer blev udført i overensstemmelse med retningslinjerne i Den Europæiske Union (direktiv 2010/63 / EU) og godkendt af Charles Darwin Etisk Udvalg om dyreforsøg. Vi beskriver her den procedure, vi rutinemæssigt bruger i vores laboratorium, men de fleste trin kan tilpasses til at matche alles behov. 1. Kirurgisk Forberedelse Bemærk: Alle punkter indsnit og tryk skal gentagne gange infiltreret med lokalbedøvelse (lidokain eller bupivacain). Den nuvæ...

Vi beskriver her en ny metode til at undertrykke in vivo spontan cerebral elektrisk aktivitet på både netværk og cellulære niveauer. Denne procedure fører til en ekstrem hjerne tilstand, kendt som isoelektrisk bevidstløs 41. Fra et klinisk synspunkt, sådan electrocerebral inaktivitet er den mest alvorlige abnormitet, der kan ses på EEG. Det er for det meste forbundet med en irreversibel koma, med alle patienter enten døende eller fortsatte i en vedvarende vegetativ tilstand 42, me...

I mangel af miljømæssige stimuli eller adfærdsmæssige opgaver, de &quot;hvilende&quot; hjerne genererer en kontinuerlig strøm af elektrisk aktivitet, der kan optages fra hovedbunden, som elektroencephalografiske (EEG) bølger. Den intracellulære korrelat af denne endogene cerebral aktivitet er karakteriseret ved baggrund membran spændingsudsving (også kendt som &quot;synaptisk støj&quot;), som er sammensat af en kombination af excitatoriske og hæmmende synaptiske potentialer, der afspejler den igangværende aktivitet af afferente netværk 1,2. Denne spontane aktivitet varierer i frekvens og amplitude med de forskellige tilstande af årvågenhed. Belyse effekten af netværksaktivitet på ophidselse og lydhørhed af enkelte neuroner er en af de store udfordringer i neurovidenskab 3,4. Mange eksperimentelle og beregningsmæssige undersøgelser har udforsket den funktionelle konsekvenser af igangværende synaptisk aktivitet på integrativ properties af neuroner. Men hvilken rolle de forskellige neuronale parametre påvirket af baggrunden synaptiske støj stadig undvigende. For eksempel, har vist sig gennemsnitshøjden af membrandepolarisering positivt 5,6 eller negativt 7-9 korreleret med evnen hos sensoriske inputs at udløse aktionspotentialer. Desuden mens nogle undersøgelser tyder på, at udsving i membranpotentialet, som følge af en kontinuerligt varierende strøm af afferente synaptiske input, stærkt påvirke lydhørhed af enkelte neuroner ved at modulere gevinst på deres input-output forhold 3,10-13, andre viser, at ændringer i membran input konduktans medieret af rangering inhibering er tilstrækkelige til at modulere neuronal gevinst uanset størrelsen af membran udsving 14,15. Endelig seneste undersøgelser udført på vågne dyr understregede, hvordan behandlingen af ​​sensorisk information i enkelt neuron kritisk afhænger af tilstanden af ​​årvågenhed ennd den nuværende adfærdsmæssige efterspørgsel 16,17. En ligetil strategi for at belyse den funktionelle rolle af en given proces i et stærkt sammenkoblede system er at afgøre, hvordan dens fravær specifikt ændrer systemets funktion. Denne metode har været udbredt hos neuroscience forskning, for eksempel ved anvendelse eksperimentelle læsioner eller inaktivering af forskellige hjerneområder 18-21 eller farmakologisk blokade af specifikke ionkanaler 22,23. Især er det blevet anvendt in vivo til at afsløre, hvordan funktionelle tilslutningsmuligheder og netværk dynamik påvirker enkelt celle beregning 24-27. , Til dato lokale manipulationer beregnet Men at blokere affyring af neuroner og / eller forstyrre deres grundlæggende biofysiske egenskaber kan være delvist effektive og er begrænset til relativt små hjerne bind 28. For at overvinde disse begrænsninger, vi udviklet en ny in vivo eksperimenterende tilgang irotte til at sammenligne de elektrofysiologiske egenskaber af enkelte neuroner er registreret i en given hjerne tilstand, dvs., indlejret i et bestemt netværk dynamisk, til dem, der opnås efter komplet undertrykkelse af hele hjernen synaptisk aktivitet 29. I kontrol- betingelser, kunne to forskellige kortikale dynamik genereres. Sleep-lignende electrocorticographic (ECoG) mønstre blev induceret ved injektion af moderate doser af natriumpentobarbital. Alternativt kunne hurtige ECoG bølger af lille amplitude sammenlignes med den kortikale aktivitet ligger til grund for vågen tilstand (vågen-lignende mønster) fremstilles ved indsprøjtning af fentanyl. Efterfølgende, og samtidig opretholde den samme ECoG og intracellulær optagelse, blev et komplet silencing af endogen hjerne elektrisk aktivitet opnået ved systemisk injektion af en høj dosis af natriumpentobarbital, kendetegnet ved isoelektrisk ECoG og intracellulære aktiviteter. Fordi induktionen af ​​en sådan ekstrem bevidstløs potentielt kan have dødelig consequences på biologiske funktioner, en omhyggelig og kontinuerlig overvågning af de fysiologiske variable var afgørende. Vi derfor omhyggeligt fulgt hjerteslag frekvens, end-tidal CO2-koncentration (EtCO 2), O 2 mætning (SpO 2) og kernetemperatur rotten hele eksperimenterne. Vi evaluerer enkelt neuroner egenskaber i disse forskellige tilstande ved hjælp af skarpe mikroelektroder, som er særligt velegnet til lange og stabile optagelser in vivo. Den her beskrevne fremgangsmåde, kan kombineres med andre elektrofysiologiske og billedteknik, og kan udvides til andre dyremodeller.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Sodium Pentobarbital</td>
			<td>Centravet</td>
			<td>Pentobarbital</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ketamine 500</td>
			<td>Merial</td>
			<td>Imalg&#232;ne 500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fentanyl&#160;</td>
			<td>Janssen-Cilag</td>
			<td>Fentanyl</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Xylocaine</td>
			<td>Centravet</td>
			<td>Xylovet</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gallamine triethiodide</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>G8134</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ECoG amplifier</td>
			<td>A-M Systems</td>
			<td>AC amplifier, Model 1700</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Intracellular amplifier</td>
			<td>Molecular Devices</td>
			<td>Axoclamp 900A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Data acquisition interface</td>
			<td>Cambridge Electronic Design</td>
			<td>CED power 1401-3&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Data analysis software</td>
			<td>Cambridge Electronic Design</td>
			<td>Spike2 version 7</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>micromanipulator</td>
			<td>Scientifica</td>
			<td>IVM-3000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Capillary Puller</td>
			<td>Narishige</td>
			<td>PE-2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Borosilicate glass capillaries</td>
			<td>Harvard Apparatus</td>
			<td>GC150F-10</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silver wire 0.125mm (intracellular recording)</td>
			<td>WPI</td>
			<td>AGT0525</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ag-AgCl reference</td>
			<td>Phymep</td>
			<td>E242</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silver wire 0.25mm (ECoG recording)</td>
			<td>WPI</td>
			<td>AGT1025</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Artificial respiration system</td>
			<td>Minerve</td>
			<td>Alpha Lab</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Physiological parameters monitoring</td>
			<td>Digicare</td>
			<td>LifeWindow Lite</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Heating Blanket</td>
			<td>Harvard Apparatus</td>
			<td>507215</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stereomicroscope</td>
			<td>Leica</td>
			<td>M80</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scissors</td>
			<td>FST</td>
			<td>15005-08</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Forceps Dumont #5</td>
			<td>FST</td>
			<td>11295-10</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Forceps Dumont #5SF</td>
			<td>FST</td>
			<td>11252-00</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>IP Polyurethane catheter - 0.43x0.69mm&#160;&#160;</td>
			<td>Instech</td>
			<td>BTPU-027</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silicon elastomere</td>
			<td>WPI</td>
			<td>KWIK-CAST</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dental drill</td>
			<td>NSK</td>
			<td>Y1001151 and P496</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Surgical glue</td>
			<td>3M</td>
			<td>vetbond</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

induction of an isoelectric brain state to investigate the impact of endogenous synaptic activity on neuronal excitability in vivo

vejs neuroner proces information afhænger både af deres iboende membran egenskaber, og på dynamikken i afferente synaptiske netværk. Især endogent-genereret netværksaktivitet, som i høj grad varierer som en funktion af den tilstand af årvågenhed, modulerer neuronal beregning betydeligt. For at undersøge, hvordan forskellige spontane cerebrale dynamik påvirke enlige neuroner &#39;integrative egenskaber, vi udviklet en ny eksperimentel strategi i rotten består i at undertrykke in vivo alle cerebral aktivitet ved hjælp af en systemisk injektion af en høj dosis af natriumpentobarbital. Kortikale aktiviteter, løbende overvåges af kombineret electrocorticogram (ECoG) og intracellulære optagelser gradvis bremset, hvilket fører til en stabil isoelektriske profil. Denne ekstreme hjerne tilstand, at sætte rotten i en dyb koma, blev omhyggeligt overvåget ved at måle de fysiologiske konstanter af dyret gennem eksperimenterne. intracellulær recordings tilladt os at karakterisere og sammenligne de integrative egenskaber af den samme neuron indlejret i fysiologisk relevante kortikale dynamik, såsom dem, der optræder i søvn-vågne cyklus, og når hjernen var helt tavs.

Induktion og vedligeholdelse af en isoelektrisk hjerne tilstand er en delikat in vivo eksperimentelle procedure. Det har vist sig at være et effektivt redskab til direkte undersøge virkningen af kortikale netværk aktivitet på neuronexcitabilitet og overføringsfunktion 29. Figur 1 viser multi-parameter overvågning, herunder ECoG og vitale konstanter, af dyrets fysiologiske tilstand før (figur 1A ) og efter (figur 1B)</st...

Watch this Scientific Journal Video about Induction of an Isoelectric Brain State to Investigate the Impact of Endogenous Synaptic Activity on Neuronal Excitability In Vivo at JoVE.com

Induction of an Isoelectric Brain State to Investigate the Impact of Endogenous Synaptic Activity on Neuronal Excitability In Vivo

Denne procedure udfører langvarige in vivo intracellulære optagelser fra enkelte neuroner under fysiologisk relevante cerebrale tilstande og efter fuldstændig afskaffelse af igangværende elektriske aktiviteter, hvilket resulterer i en isoelektriske hjerne tilstand. De fysiologiske konstanter af dyret er nøje overvåges under overgangen til den kunstige koma tilstand.

Induktion af en Isoelectric Brain State til at undersøge betydningen af ​​endogene Synaptic aktivitet på neuronexcitabilitet<em&gt; In vivo</em

The way neurons process information depends both on their intrinsic membrane properties and on the dynamics of the afferent synaptic network. In ...

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Induction of an Isoelectric Brain State to Investigate the Impact of Endogenous Synaptic Activity on Neuronal Excitability In Vivo

Preparation of Oligomeric &beta;-amyloid1-42 and Induction of Synaptic Plasticity Impairment on Hippocampal Slices

Preparation of Oligomeric ÃƒÅ½Ã‚Â²-amyloid1-42 and Induction of Synaptic Plasticity Impairment on Hippocampal Slices

Impairment of synaptic connections is likely to underlie the subtle amnesic changes occurring at the early stages of Alzheimer s Disease (AD). ...

Vibrodissociation of Neurons from Rodent Brain Slices to Study Synaptic Transmission and Image Presynaptic Terminals

Mechanical dissociation of neurons from the central nervous system has the advantage that presynaptic boutons remain attached to the isolated neuron of ...

Multi-electrode Array Recordings of Neuronal Avalanches in Organotypic Cultures

The cortex is spontaneously active, even in the absence of any particular input or motor output.  During development, this activity is important for the ...

In Vivo Two-photon Imaging Of Experience-dependent Molecular Changes In Cortical Neurons

In Vivo Two-photon Imaging Of Experience-dependent Molecular Changes In Cortical Neurons

In vivo to-foton billedbehandling af oplevelsesbaseret afhængige molekylære ændringer i kortikal neuroner

The brain's ability to change in response to experience is essential for healthy brain function, and abnormalities in this process contribute to a variety ...

Fast Micro-iontophoresis of Glutamate and GABA: A Useful Tool to Investigate Synaptic Integration

Hurtig Mikro-iontophoresis af glutamat og GABA: et nyttigt redskab til Undersøge Synaptic Integration

One of the fundamental interests in neuroscience is to understand the integration of excitatory and inhibitory inputs along the very complex structure of ...

A Procedure for Implanting Organized Arrays of Microwires for Single-unit Recordings in Awake, Behaving Animals

A Procedure til implantering Organized Arrays af Microwires for Single-unit optagelser i Vågn op, fungerende dyr

In vivo electrophysiological recordings in the awake, behaving animal provide a powerful method for understanding neural signaling at the single-cell ...

Genetic Manipulation of Cerebellar Granule Neurons In Vitro and In Vivo to Study Neuronal Morphology and Migration

Genetic Manipulation of Cerebellar Granule Neurons In Vitro and In Vivo to Study Neuronal Morphology and Migration

Genetisk manipulation af Cerebellær granuleneuroner<em&gt; In Vitro</em&gt; Og<em&gt; In Vivo</em&gt; At studere Neuronal morfologi og Migration

Developmental events in the brain including neuronal morphogenesis and migration are highly orchestrated processes. In vitro and in vivo analyses allow ...

In Utero Electroporation Approaches to Study the Excitability of Neuronal Subpopulations and Single-cell Connectivity

In Utero Electroporation Approaches to Study the Excitability of Neuronal Subpopulations and Single-cell Connectivity

I Utero Elektroporation Approaches to Undersøgelse ophidselse af neuronale subpopulationer og Single-celle Connectivity

The nervous system is composed of an enormous range of distinct neuronal types. These neuronal subpopulations are characterized by, among other features, ...

Recording Synaptic Plasticity in Acute Hippocampal Slices Maintained in a Small-volume Recycling-, Perfusion-, and Submersion-type Chamber System

Optagelse synaptisk plasticitet i akut hippocampus skiver vedligeholdes i en lille-volumen genanvendelse - Perfusion- og neddykning-type kammer System

Even though experiments on brain slices have been in use since 1951, problems remain that reduce the probability of achieving a stable and successful ...

Combining Optogenetics with Artificial microRNAs to Characterize the Effects of Gene Knockdown on Presynaptic Function within Intact Neuronal Circuits

Ved at kombinere Optogenetics med kunstige MicroRNA at karakterisere effekter af genet Knockdown på præsynaptiske funktion inden for intakt Neuronal kredsløb

The purpose of this protocol is to characterize the effect of gene knockdown on presynaptic function within intact neuronal circuits. We describe a ...

Induktion af en Isoelectric Brain State til at undersøge betydningen af ​​endogene Synaptic aktivitet på neuronexcitabilitet

Induktion af en Isoelectric Brain State til at undersøge betydningen af endogene Synaptic aktivitet på neuronexcitabilitet