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

この作品は、財団・ド・フランス、研究所国立・デ・ラ・サンテエ・デ・ラ・RECHERCHEMédicale、ピエール＆マリー・キュリー大学とプログラムのINVESTISSEMENTSドールアベニール「ANR-10-IAIHU-06からの助成金によってサポートされていました。

すべての手順は、欧州連合（指令63分の2010 / EU）のガイドラインに沿って行われ、動物実験でのチャールズ・ダーウィン倫理委員会によって承認されました。我々は、しかし、ほとんどの手順は、すべての人の特定のニーズにマッチするように適合させることができ、ここで私たちは日常的に我々の研究室で使用する手順について説明します。 1.外科の準備<p class="jove_c...

ここでは、ネットワークと細胞レベルの両方で生体内自発的な脳の電気的活動に抑制するための新しい方法を説明します。この手順は、等電昏睡41として知られている極端な脳の状態をもたらします。臨床的観点からは、そのようなelectrocerebral非アクティブは、EEG上で見ることができる最も深刻な異常です。これは、主にどちらか死んまたは遷延性植物状態42に?...

任意の環境刺激または行動作業の非存在下では、脳は、脳波（EEG）波として、頭皮の記録可能な電気活動の連続的なストリームを生成する「休止」。この内因性の脳活動の細胞内相関は、求心性のネットワーク1,2の継続的な活動を反映し、興奮性と抑制性シナプス電位の組み合わせで構成されている（また、「シナプスノイズ」として知られている）背景膜電圧の変動によって特徴付けられます。この自発的な活動は、警戒の異なる状態で周波数と振幅で変化します。単一ニューロンの興奮性と応答性にネットワーク活動の影響を解明することは神経科学3,4の主要な課題の一つです。 多くの実験と計算の研究では、統合propertie上の継続的なシナプス活性の機能的影響を検討していますニューロンの秒。しかし、背景シナプスノイズの影響を受け、異なる神経細胞のパラメータの役割は、とらえどころのないままになります。例えば、膜の脱分極の平均レベルは、正に5,6または負7-9活動電位を誘発する感覚入力の能力と相関が見出されました。また、いくつかの調査は他の人がいることを示し、求心性シナプス入力の連続的に変化する流れに起因する膜電位の変動は、強くその入出力関係3,10-13のゲインを調節することによって、単一ニューロンの応答性に影響を与えることを示唆しているのに対し、阻害シャントによって媒介される膜入力コンダクタンスの変化にかかわらず、膜変動14,15の大きさのニューロンの利得を調節するのに十分です。最後に、目を覚まし動物で行われた最近の研究では、単一ニューロンにおける感覚情報の処理が非常に警戒aの状態に依存してどのように強調しましたndは現在の行動の需要16,17。 高度に相互接続システム内の指定されたプロセスの機能的役割を解明する簡単な戦略は、その不在は、具体的にシステムの機能を変化させる方法を決定することです。この方法は、広く実験的病変または異なる脳領域18-21の不活性化、または特定のイオンチャネル22,23の薬理学的遮断を使用して、たとえば、神経科学の研究に用いられてきました。特に、機能的接続性とネットワークダイナミクスは、単一のセルの計算24-27にどのように影響するかを明らかにするために、in vivoで適用されています。しかし、今日まで、ニューロンの発火を阻止および/ ​​またはそれらの基本的な生物物理学的特性を摂動することを意図するものでローカル操作は部分的に有効であることができ、比較的小さな脳容積28に限定されています。 これらの制限を克服するために、我々は、新たなインビボ実験的アプローチを開発しました指定された脳の状態で記録された単一神経細胞の電気生理学的特性を比較するために、ラット、 すなわち、全脳のシナプス活動29の完全な抑制後に得られたものに、動的な特定のネットワークに埋め込 ​​まれました。制御条件において、二つの異なる皮質ダイナミクスを生成することができます。睡眠のようなelectrocorticographic（ECOG）のパターンは、ペントバルビタールナトリウムの適度な用量の注射によって誘発されました。また、覚醒状態（覚醒状パターン）を根底にある皮質の活動に匹敵する小振幅の高速ECOG波はフェンタニルの注入によって生成することができます。同じECOG細胞内記録を維持しながら、続いて、内因性の脳の電気的活動の完全なサイレンシングは、等電ECOGと細胞内活動によって特徴付けられる、ペントバルビタールナトリウムの高用量の全身注射によって得られました。このような極端な昏睡状態の誘導は、潜在的に致命的なconsequenを持っている可能性があるため生物学的機能上のCESは、生理学的変数の慎重かつ継続的な監視が不可欠でした。したがって、我々は細心の注意を払って実験を通じてハートビート周波数、呼気終末CO 2濃度（のEtCO 2）、O 2飽和度（SpO 2）およびラットの中心温度を追いました。 我々は、in vivoでの長期かつ安定した録音のために特に適している鋭い微小電極を使用して、これらの異なる状態の間に単一ニューロンの特性を評価します。ここで説明する手順は、他の電気生理学的およびイメージング手法と組み合わせることができ、他の動物モデルに拡張することができます。

<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

方法ニューロンのプロセス情報は、それらの固有の膜特性上および求心性シナプスのネットワークのダイナミクスの両方に依存します。特に、強い警戒の状態の関数として変化する内因的に生成されたネットワーク活動は、有意に神経の計算を調節します。自発的な脳のダイナミクスが単一ニューロン「統合的特性に与える影響を、異なる調査するために、我々は、ペントバルビタールナトリウムの高用量の全身注射によって、 生体内でのすべての脳の活性を抑制することからなるラットにおける新しい実験戦略を開発しました。継続的に組み合わせた皮質脳波（ECOG）と細胞内記録によって監視皮質の活動は、次第に安定した等電点電気泳動プロファイルにつながる、鈍化しています。深い昏睡状態にラットを入れ、この極端な脳の状態は、注意深く実験を通して動物の生理学的定数を測定することによってモニターしました。細胞内Recordingsは、私たちは、このような睡眠 - 覚醒サイクルに遭遇するなどの生理学的に関連する皮質ダイナミクス、中に埋め込まれた同じニューロンの統合的な性質を特徴づけると比較させ、脳は完全に沈黙していたとき。

等電脳の状態を誘導し、維持することは、インビボ実験手順で繊細です。直接神経細胞の興奮と伝達関数29に皮質ネットワーク活動の影響を研究するための強力なツールであることが証明されている。 図1は、ECOGと重要な定数を含むマルチパラメータモニタリングを示し、動物の生理的状態の（ 図1Aの前に等電状態の）?...

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

この手順では、等電脳の状態で、その結果、生理学的に関連する脳の状態の間、継続的な電気的活動の完全な廃止後に単一ニューロンからの長期的なin vivoでの細胞内記録を行います。動物の生理学的定数は慎重に人工的な昏睡状態への移行中に監視されています。

等電点電気泳動脳の状態の誘導は、神経細胞の興奮に内因性シナプス活性の影響を調査するために、<em&gt;インビボ</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

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オプトジェネティクスを組み合わせてそのまま神経回路内でのシナプス前機能に関する遺伝子ノックダウンの効果を特徴付ける人工マイクロ Rna

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