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

Dit werk werd ondersteund door subsidies van de Fondation de France, het Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale, de Pierre &amp; Marie Curie University en het programma &#39;Investissements d&#39;avenir&#39; ANR-10-IAIHU-06.

Alle procedures werden uitgevoerd in overeenstemming met de richtlijnen van de Europese Unie zijn uitgevoerd (Richtlijn 2010/63 / EU) en door de Charles Darwin Ethische Commissie Dierproeven goedgekeurd. We beschrijven hier de procedure we routinematig gebruikt in ons laboratorium, maar de meeste stappen kunnen worden aangepast aan de specifieke behoeften ieders passen. 1. Chirurgische Voorbereiding Opmerking: Alle incisie en drukpunten moeten herhaaldelijk worden ...

We beschrijven hier een nieuwe methode te onderdrukken in vivo spontane cerebrale elektrische activiteit op zowel het netwerk en cellulaire niveau. Deze procedure leidt tot een extreem hersentoestand zogenaamde coma isoëlektrische 41. Vanuit een klinisch oogpunt, een dergelijke electrocerebral inactiviteit is de meest ernstige afwijking die kan worden gezien op het EEG. Het wordt meestal geassocieerd met een onomkeerbare coma, met alle patiënten ofwel sterven of voortzetten in een persisterende veg...

Bij gebrek aan omgevingsstimuli of gedragstaken, de &quot;rust&quot; brain genereert een continue stroom van elektrische activiteit die kan worden opgenomen van de hoofdhuid, zoals elektro-encefalogram (EEG) golven. De intracellulaire correlaat van deze endogene hersenactiviteit wordt gekenmerkt door achtergrond membraan spanningsvariaties (ook bekend als &quot;synaptische ruis&quot;), die bestaan ​​uit een combinatie van prikkelende en remmende synaptische potentialen die de voortdurende activiteit van afferente netwerken 1,2 weerspiegelen. Deze spontane activiteit varieert in frequentie en amplitude van de verschillende toestanden van waakzaamheid. Ophelderen van de effecten van netwerkactiviteit op de prikkelbaarheid en gevoeligheid van enkele neuronen is een van de grootste uitdagingen van neurosciences 3,4. Veel experimentele en computationele studies hebben de functionele gevolgen van de lopende synaptische activiteit op de integratieve propertie verkends van neuronen. De rol van de verschillende neuronale parameters beïnvloed door de achtergrond ruis synaptische ongrijpbaar. Zo is het gemiddelde niveau van membraandepolarisatie gevonden positief of negatief 5,6 7-9 gecorreleerd met het vermogen van sensorische inputs actiepotentialen activeren. Bovendien, terwijl sommige onderzoeken suggereren dat de schommelingen van het membraan potentieel, als gevolg van een continu variërende stroom van afferente synaptische inputs, sterk van invloed op het reactievermogen van enkele neuronen door het moduleren van de winst van hun input-output relatie 3,10-13, anderen geven aan dat veranderingen in membraan ingang geleiding gemedieerd door remming rangeren volstaan ​​om de neuronale versterking ongeacht de omvang van membraan schommelingen 14,15 moduleren. Tot slot, de recente studies uitgevoerd op wakkere dieren benadrukt hoe de verwerking van sensorische informatie in één neuron kritisch hangt af van de staat van waakzaamheid eennd de huidige gedrags vraag naar 16,17. Een eenvoudige strategie om de functionele rol van een bepaald proces in een sterk onderling verbonden kunnen verduidelijken is om te bepalen hoe de afwezigheid bijzonder de werking van het systeem verandert. Deze werkwijze wordt veelvuldig gebruikt in neurologieonderzoek, bijvoorbeeld met experimentele laesies of inactivering van verschillende hersengebieden 18-21 of farmacologische blokkade van specifieke ionkanalen 22,23. Met name, is het in vivo toegepast onthullen hoe functionele connectiviteit en het netwerk dynamiek invloed op één cel berekening 24-27. Tot dusver lokale manipulaties bedoeld om het afvuren van neuronen blokkeren en / of verstoren de basische biofysische eigenschappen kunnen gedeeltelijk doeltreffend zijn en zijn beperkt tot relatief kleine hersenvolumes 28. Om deze beperkingen te overwinnen, ontwikkelden we een nieuwe in vivo experimentele aanpak inde rat de elektrofysiologische eigenschappen van afzonderlijke neuronen die in een bepaalde hersentoestand, dwz ingebed in een bepaald netwerk dynamisch, met die verkregen na volledige onderdrukking van de gehele hersenen synaptische activiteit 29 vergelijken. In de controle omstandigheden, kunnen twee afzonderlijke corticale dynamiek worden gegenereerd. Sleep-achtige electrocorticographic (ECoG) patronen werden veroorzaakt door injectie van gematigde doses natrium pentobarbital. Als alternatief zou een snelle ECoG golven van kleine amplitude vergelijkbaar met de corticale activiteit ten grondslag liggen aan de wakende toestand (waak-achtig patroon) worden geproduceerd door injectie van fentanyl. Vervolgens, met behoud van dezelfde ECoG en intracellulaire opname, een volledige inactivatie van endogene hersenen elektrische activiteit werd verkregen door systemische injectie van een hoge dosis natriumpentobarbital, gekenmerkt door isoelektrisch ECoG en intracellulaire activiteiten. Omdat de inductie van een dergelijke extreme comateuze zou kunnen fatale gevolgschadeces op biologische functies, een zorgvuldige en continue monitoring van de fysiologische variabelen was van essentieel belang. Daarom hebben we nauwgezet volgden de hartslag frequentie, de end-tidal CO 2 concentratie (EtCO 2), de O 2 verzadiging (SpO 2) en de kerntemperatuur van de rat gedurende de experimenten. We evalueren enkele neuronen eigenschappen tijdens deze verschillende toestanden met behulp van scherpe micro-elektroden, die bijzonder geschikt zijn voor lange en stabiele opnames in vivo zijn. De hier beschreven procedure kan worden gecombineerd met andere elektrofysiologische en beeldvormingstechnieken en kan worden uitgebreid tot andere diermodellen.

<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

De manier waarop neuronen procesgegevens hangt zowel hun intrinsieke membraan eigenschappen en de dynamiek van de afferente synaptische netwerk. Vooral endogeen aangemaakte activiteit die sterk verschilt echter afhankelijk van de staat van waakzaamheid, moduleert aanzienlijk neuronale berekening. Om te onderzoeken hoe verschillende spontane cerebrale dynamiek invloed integrerende eigenschappen enkelvoudige neuronen, hebben we een nieuwe experimentele strategie bestaat de rat onderdrukken in vivo alle hersenactiviteit door een systemische injectie van een hoge dosis natriumpentobarbital. Corticale activiteiten, continu bewaakt door gecombineerde electrocorticogram (ECoG) en intracellulaire recordings geleidelijk vertraagd, wat leidt tot een stabiele isoelektrisch profiel. Deze extreme hersentoestand schiet de rat in een diepe coma, zorgvuldig gevolgd door meting van de fysiologische constanten van het dier gedurende de experimenten. intracellulaire recordings lieten karakteriseren en vergelijk de integratieve eigenschappen van hetzelfde neuron ingebed in fysiologisch relevante corticale dynamica, zoals aangetroffen in de slaap-waak cyclus, en wanneer de hersenen was volledig stil.

Inducerende en onderhouden van een iso-elektrisch brein staat is een delicate in vivo experimentele procedure. Het is bewezen een krachtig instrument om de impact van corticale netwerkactiviteit op neuronale exciteerbaarheid en overdrachtsfunctie 29 rechtstreeks te bestuderen. Figuur 1 toont de multiparameter monitoren, waaronder ECoG en vitale constanten van fysiologische toestand van het dier vóór (Figuur 1A ) en na (figuu...

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

Deze procedure voert langdurige in vivo intracellulaire recordings uit één neuronen in fysiologisch relevante cerebrale staten en na volledige afschaffing van lopende elektrische activiteiten, waardoor een isoelektrisch hersentoestand. De fysiologische constanten van het dier worden zorgvuldig gecontroleerd tijdens de overgang naar de kunstmatige comateuze toestand.

Inductie van een iso-elektrisch Brain staat om de impact van endogene synaptische activiteit op neuronale Exciteerbaarheid Onderzoek<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

Voorbereiding van oligomere β-amyloïde 1-42 En Inductie van synaptische plasticiteit Waardevermindering op hippocampus 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

Vibrodissociation van de neuronen van knaagdieren Brain Slices synaptische transmissie en Image presynaptische Terminals Study

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

Multi-electrode array Opnamen van neuronale Lawines in organotypische culturen

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 twee-foton beeldvorming van ervaring-afhankelijke moleculaire veranderingen in corticale neuronen

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

Snel Micro-iontoforese van glutamaat en GABA: een nuttig instrument om Synaptic Integratie Onderzoek

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

Een procedure voor het implanteren van georganiseerde Arrays van microwires voor Single-unit Opnamen in Awake, Gedragen Dieren

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

Genetische Manipulatie van Cerebellaire Korrel Neuronen<em&gt; In Vitro</em&gt; En<em&gt; In Vivo</em&gt; Om te studeren Neuronale morfologie en Migratie

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

In Utero Elektroporatie benaderingen om de prikkelbaarheid van neuronale subpopulaties en Single-cell Connectivity Studie

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

Synaptische plasticiteit opnemen in Acute Hippocampal plakjes onderhouden in een kleine volumes Recycling-, perfusie-, en onderdompeling-type kamer systeem

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

Optogenetics combineren met kunstmatige microRNAs te karakteriseren van de effecten van Gene Knockdown op presynaptische functie binnen Intact neuronale Circuits

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