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 arbeidet ble støttet med tilskudd fra Fondation de France, Institut National de la Santé et de la Recherche MEDICALE, Pierre &amp; Marie Curie University og programmets Investissements d&#39;avenir &#39;ANR-10-IAIHU-06.

Alle prosedyrer ble utført i samsvar med retningslinjene i EU (direktiv 2010/63 / EU) og godkjent av Charles Darwin Etisk komité for forsøk med dyr. Vi beskriver her prosedyren vi rutinemessig bruk i vårt laboratorium, men de fleste fremgangsmåten kan tilpasses for å passe alles spesifikke behov. 1. Kirurgisk Forberedelse Merk: Alle snitt og trykkpunkter skal gjentatte ganger infiltrert med lokalbedøvelse (lidokain eller bupivacaine). Den foreliggende fremga...

Vi beskriver her en ny metode for å undertrykke in vivo spontan cerebral elektrisk aktivitet ved både nettverk og cellulære nivåer. Denne fremgangsmåten fører til ekstrem hjernen tilstand, kjent som isoelektrisk komatøs 41. Fra et klinisk synspunkt, er en slik electrocerebral inaktivitet den mest alvorlige avvik som kan ses på EEG. Den er for det meste forbundet med en irreversibel koma, med alle pasienter enten dør eller fortsetter i en vegetativ tilstand 42, men kan i det minste...

I fravær av eventuelle miljømessige stimuli eller atferds oppgaver, genererer den &quot;hvile&quot; brain en kontinuerlig strøm av elektrisk aktivitet som kan tas opp fra hodebunnen, som (EEG) bølger. Den intracellulære korrelat av dette endogene cerebrale aktivitet er kjennetegnet ved bakgrunn membranspenningsvariasjoner (også kjent som &quot;synaptisk noise&quot;), som er sammensatt av en kombinasjon av eksitatoriske og hemmende synaptiske potensialer som reflekterer den pågående aktivitet av afferent nettverk 1,2. Dette spontan aktivitet varierer i frekvens og amplitude med de forskjellige tilstander av årvåkenhet. Belyse effekten av nettverksaktivitet på oppstemthet og responsen til enkeltnerveceller er en av de store utfordringene i nevrovitenskap 3,4. Mange eksperimentelle og beregnings studier har utforsket den funksjonelle effekten av pågående synaptisk aktivitet på integrerende properties av nerveceller. Men rollen til de ulike nevrale parametere påvirket av bakgrunns synaptiske støy fortsatt ukjent. For eksempel har det midlere nivå av membran depolarisering blitt funnet positivt eller negativt 5,6 7-9 korrelert med evnen til sanseinntrykk for å utløse aksjonspotensialer. Videre, mens noen undersøkelser tyder på at svingninger i membranpotensialet, som følge av en kontinuerlig varierende strøm av afferent synaptiske innganger, sterkt påvirker respons fra enkeltnerveceller ved å modulere gevinsten av deres input-output forhold 3,10-13, andre viser at endringer i membraninngangs konduktans mediert av shunting inhibering er tilstrekkelig til å modulere den neuronale forsterkningen uavhengig av størrelsen av membransvingninger 14,15. Til slutt, nyere studier utført på våken dyr streket hvordan behandlingen av sensorisk informasjon i enkelt nevron kritisk avhengig av tilstand av årvåkenhet ennd gjeldende atferds etterspørselen 16,17. En enkel strategi for å klargjøre den funksjonelle rollen til en gitt prosess i et sterkt sammenhengende system, er å bestemme hvor dens fravær spesifikt endrer funksjon av systemet. Denne metoden har vært mye brukt i nevrovitenskap forskning, for eksempel ved hjelp av eksperimentelle lesjoner eller inaktivering av ulike hjerneområder 18-21, eller farmakologisk blokkering av spesifikke ionekanaler 22,23. Spesielt, har det vært anvendt in vivo for å avsløre hvor funksjonelle tilkobling og nettverksdynamikk påvirke enkelt celle beregning 24-27. Men til dags dato lokale manipulasjoner ment å blokkere avfyring av nevroner og / eller forstyrre deres grunnleggende biofysiske egenskaper kan være delvis effektive og er begrenset til relativt små hjernevolum 28. For å overvinne disse begrensningene, har vi utviklet en ny in vivo eksperimentell tilnærming irotte å sammenligne elektrofysiologiske egenskapene til enkelt nevroner registrert i en gitt hjerne tilstand, dvs. innebygd i en bestemt nettverk dynamisk, til de som ble oppnådd etter fullstendig undertrykkelse av hele hjernen synaptisk aktivitet 29. I kontrollbetingelsene, ble to adskilte kortikale dynamikk bli generert. Søvn-lignende electrocorticographic (ECOG) mønstre ble indusert ved injeksjon av moderate doser av natrium pentobarbital. Alternativt kan fast ECOG bølger med liten amplitude sammenlignes med det kortikale aktivitet som ligger under våken tilstand (våken-lignende mønster) fremstilles ved injeksjon av fentanyl. Deretter, og samtidig opprettholde den samme ECOG og intracellulære opptaket, ble en fullstendig stanse av endogen hjernens elektriske aktivitet som oppnås ved systemisk injeksjon av en høy dose av natriumpentobarbital, karakterisert ved isoelektrisk ECOG og intracellulære aktivitet. På grunn av at induksjon av en slik ekstrem koma kan potensielt ha dødelig derav følgendeces på biologiske funksjoner, en forsiktig og kontinuerlig overvåking av de fysiologiske variablene var avgjørende. Derfor har vi omhyggelig fulgt hjerteslagfrekvens, slutttidevanns CO 2 konsentrasjon (EtCO 2), O 2 metning (SpO2) og kjernetemperaturen av rotter gjennom forsøkene. Vi evaluerer enkelt nevroner eiendommer i løpet av disse forskjellige stater bruker skarpe mikroelektroder, som er spesielt egnet for lange og stabile opptak i vivo. Den fremgangsmåte som er beskrevet her, kan kombineres med andre elektrofysiologiske og bildedannende fremgangsmåter og kan bli utvidet 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

Måten neuroner behandle informasjon avhenger både av deres iboende membranens egenskaper og på dynamikken i den synaptiske afferent nettverket. Spesielt endogent generert nettverk aktivitet, som sterkt varierer som en funksjon av tilstanden av årvåkenhet, modulerer neuronal beregning betydelig. For å undersøke hvordan forskjellige spontane cerebrale dynamikk påvirke enkelt neuroner &#39;integrerende egenskaper, har vi utviklet en ny eksperimentell strategi i rotte som består i å undertrykke in vivo alle cerebral aktivitet ved hjelp av en systemisk injeksjon av en høy dose av natriumpentobarbital. Kortikale aktiviteter, kontinuerlig overvåket av kombinert electrocorticogram (ECOG) og intracellulære opptakene blir gradvis bremset ned, noe som fører til en jevn isoelektrisk profil. Denne ekstreme hjernen staten, sette rotte inn i en dyp koma, ble nøye overvåket ved å måle de fysiologiske konstanter av dyret gjennom eksperimenter. intracellulær recordings tillatt oss å karakterisere og sammenligne integrerende egenskaper av samme nervecellen innebygd i fysiologisk relevante cortical dynamikk, slik som de møtte i sove-våkne syklus, og når hjernen var fullt stille.

Indusere og opprettholde en isoelektrisk hjernen staten er en delikat in vivo eksperimentell prosedyre. Det har vist seg å være et kraftig verktøy for å direkte studere virkningen av kortikale nettverk aktivitet på nevronale eksitabilitet og overføring funksjon 29. Figur 1 viser multi-parameter overvåking, inkludert ECOG og viktige konstanter, av dyrets fysiologiske tilstand før (figur 1A ) og etter (figur 1B)...

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 prosedyren utfører langvarig in vivo intracellulære opptak fra enkeltnerveceller under fysiologisk relevante hjernetilstander og etter fullstendig avskaffelse av pågående elektriske aktivitet, noe som resulterer i en isoelektrisk hjernen tilstand. De fysiologiske konstanter av dyret er nøye overvåket under overgangen til kunstig koma tilstand.

Induksjon av et isoelektrisk Brain State å undersøke effekten av endogent Synaptic aktivitet på neuronal Excitability<em&gt; I 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

I Vivo to-foton avbildning av erfaring-avhengige molekylære endringer i kortikale Neurons

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

Fast Micro-iontoforese av glutamat og GABA: Et nyttig verktøy for å etterforske 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

En prosedyre for Implanting Organiserte Arrays av Microwires for Single-unit Recordings i Awake, Oppfører 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 manipulering av Lillehjernen Granule Neuroner<em&gt; In Vitro</em&gt; Og<em&gt; I Vivo</em&gt; Å studere nevrale morfologi og migrasjon

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 Electroporation Tilnærminger til Studer Excitability av neuronal subpopulasjoner og Single-celle Tilkobling

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

Innspillingen synaptiske plastisitet i akutt hippocampus skiver vedlikeholdes i en liten volum resirkulering-, perfusjon og neddykking-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

Kombinere Optogenetics med kunstig microRNAs å karakterisere effekter av Gene Knockdown Presynaptic funksjonen i intakt nevrale kretser

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