Name: optogenetic entrainment of hippocampal theta oscillations in behaving mice
Uploaded: 2018-06-29T13:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Optogenetic Entrainment of Hippocampal Theta Oscillations in Behaving Mice at JoVE.com

原稿のデータ分析による専門家の助けのためのマリア ・ Gorbati とコメントのジェニファー Kupferman に感謝したいと思います。この作品は、ドイツ研究振興協会 (DFG; によって支えられました。Exc 257 NeuroCure、TK と AP;優先順位プログラム 1665、1799/1-1(2)、ハイゼンベルグ プログラム、AP 1799/2-1)、ドイツ ・ イスラエル科学研究開発 (GIF; 財団私-1326-421.13/2015 年、TK) と人類のフロンティア ・ サイエンス ・ プログラム (HFSP;RGY0076/2012、TK)。

太陽光発電 Cre ノックアウトの雄マウス5910-25 週齢が使用されました。マウスが動物施設における標準的な条件の下で収容され、12 時間の明暗サイクルし続けました。すべてのプロシージャは国内および国際的ガイドラインに従って行われ、地元の保健当局 (Landesamt für Natur、環 und Verbraucherschutz、ノルトライン ・ ヴェストファーレン州) によって承認されました。
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ここで私たちは同調行動中の動物の海馬シータを引き出す方法論が広くアクセスを発表しました。このアプローチは、情報処理や動作の θ の関数の研究に役立ちます。このメソッドの重要な側面が含まれます: (1) オプシンの選択と MS の軸索に chr2 ターゲット細胞海馬、継続的な刺激と LFP ように注入された光ファイバー線配列アセンブリの (2) 堅牢な光・電子機能マウス、シータ周波数で光?...

哺乳類の神経細胞の活動は、内および脳領域1,2,3,4間の情報伝達を支援するネットワークの振動によって調整されます。脳のリズムには、非常に遅い (< 0.8 Hz) 超高速 (> 200 Hz) 周波数まで至る振動が含まれます。証拠の大きいボディは、認知5,6,7,8,9,10 を含む多様な脳機能でネットワーク振動の関与をサポートしています、パーキンソン病やてんかんの13,14,15などの神経疾患と同様に、生得的な行動11,12 。同期の生理学的にもっともらしいモデルの開発と動作の因果関係を確立するため、ネットワークの振動の実験的操作メソッドが選択的な一時的は欠かせないため。
ネットワーク同期は多様な生物学的基質とイオン チャネルの分子の id、その動力学から興奮性とネットワーク接続性の神経に至るまでのプロセスを介する。発電機16が明らかにされている多くの脳のリズムが (例えば周波数、振幅) の異なる面が多いリズムの生物学的デザインは、明確な細胞のタイプとネットワークのダイナミクスによってもたらされます。例えば、主細胞の突起をターゲットと抑制性介在ニューロンは、周波数帯、脳領域17,18, シータ19、20、ガンマ20を含む最も重要な選手をします。,21日とリップル (140-200 Hz)22振動。ターンでは、離れた場所の細胞の位相同期は、堅牢なフィード フォワード信号錐体細胞の介在神経の発火をリセットによって保証されます。振動、同期ニューロン集団のサイズの重要なパラメーター測定 LFP 振動の振幅は密接な関係し、少なくとも高速振動2介在ニューロンに興奮性ドライブに依存します。対照的に、シータ、デルタなどの遅い振動は皮質視床23,24と海馬-内側中隔予測25,によって形成される長距離のリエントラント ループによって生成される26,27、それぞれ。このような回路の振動が信号伝搬遅延、興奮性の応答と周波数嗜好参加細胞28,29,30,の相互作用によってもたらされる31,32gaba 作動性パルブアルブミン (太陽光発電) から抑制性の投射-海馬25,33、海馬傍地域内嗅皮質26で介在する内側中隔 (MS) の細胞が陽性。内側側頭葉シータ振動の生成に不可欠。したがって、光遺伝学を用いたリアルタイム高精度ネットワーク振動・同期の神経の生理学的メカニズムを操作できます。
34,35,36,37,38 培養海馬と大脳皮質の振動やの研究のセル型固有の光遺伝学的操作を適用されています。生体内で30,39,40,41,42,43,44,45, 機能を含むガンマ5,12,36,46,47,48,49,50,の調査51,52とリップル振動40,53,54と睡眠のスピンドル、55,56。最近 PV Cre マウスの MS、海馬 θ リズムの生成のための重要な地域で Cre 依存 ChR2 ウイルスを表明しました。この準備を使用して、海馬シータ振動 (周波数と時間的安定性) の特徴は、海馬11MS の抑制性投射の光刺激によって制御されました。さらに、海馬海馬の抑制性投射のシータ振動への光刺激は目がさめている不動の中にシータを誘発しました。生じる気流 LFP および神経細胞の活動レベルでマウスで自発的なシータの θ リズムの表示プロパティです。
このプロトコルの主な機能: 海馬興奮性; 非特異的効果を回避しながら自発的なシータの重要な生理学的である抑制性経路の (1) の利用(2) 軸索、すなわち、非海馬 MS efferents; の直接影響を最小限に抑えるために特定の投影刺激(海馬海馬 θ リズムのダイナミクスとシータ振動の二国間の引き込みと直接干渉を最小限を確保 3) ローカルの θ リズム光刺激(4) パラメトリックな制御のシータ振動頻度および規則性;同調忠実高時間分解能 (5) 数量 LFP を使用して動物の行動に因果関係の定量的分析を有効にします。以来、この準備は、シータ世代25,30の脱抑制が海馬海馬のよく知られている役割を本質的に大文字、それはシータ振動動作マウスのいくつかのパラメーターのロバスト制御をできます。他より少ない調査経路および海馬海馬の細胞の種類はどこにいた研究操作38,39,47,49,50,51,52,53,54,55,56,57,58は θ リズムの機構をさらに明らかにします。

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>PV-Cre mice</td>
			<td>The Jackson Laboratory</td>
			<td>B6;129P2-Pvalbtm1(cre)Arbr/J</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Name</td>
			<td>Company</td>
			<td>Catalog Number</td>
			<td>Comments</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Surgery</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stereotaxis</td>
			<td>David Kopf Instruments, Tujunga, CA, USA</td>
			<td>Model 963</td>
			<td>Ultra Precise Small Animal Stereotaxic Instrument</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Drill bits, 0.8 mm</td>
			<td>Bijoutil, Allschwil, Switzerland</td>
			<td>49080HM</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.01-1 ml syringe</td>
			<td>Braun, Melsungen, Germany</td>
			<td>9161406V</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sterican cannulas</td>
			<td>Braun</td>
			<td>26 G, 0.45x25 mm BL/LB</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fine and sharp scissors</td>
			<td>Fine Science Tools Inc., Vancouver, Canada</td>
			<td>14060-09</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Forceps</td>
			<td>Fine Science Tools Inc.</td>
			<td>11210-10</td>
			<td>Dumont AA - Epoxy Coated Forceps</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Blunt stainless steel scissors</td>
			<td>Fine Science Tools Inc.</td>
			<td>14018-14</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Soldering station</td>
			<td>Weller Tools GmbH, Besigheim, Germany</td>
			<td>WSD 81</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Erythromycin</td>
			<td>Rotexmedica GmbH, Trittau, Germany</td>
			<td>PZN: 10823932</td>
			<td>1g Powder for Solution for Infusion</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Name</td>
			<td>Company</td>
			<td>Catalog Number</td>
			<td>Comments</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Optogenetics</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hamilton pump</td>
			<td>PHD Ultra, Harvard Apparatus, Holliston, MA, USA</td>
			<td>model 703008</td>
			<td>PHD Ultra Syringe Pump with push/pull mechanism</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hamilton 5 &#181;L Syringe, 26 gauge</td>
			<td>PHD Ultra, Harvard Apparatus</td>
			<td>Model 75 RN SYR</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hamilton 5 &#181;L Plunger</td>
			<td>PHD Ultra, Harvard Apparatus</td>
			<td>Model 75 RN SYR</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tubing</td>
			<td>Fisher Scientific, Pittsburgh, USA</td>
			<td>PE 20</td>
			<td>Inner diameter 0.38 mm (.015&#34;), Outer diameter 1.09 mm (.043&#34;)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sterican cannulas</td>
			<td>Braun, Melsungen, Germany</td>
			<td>27 G, 25x0.40 mm, blunt</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Precision drill/grinder</td>
			<td>Proxxon, Wecker, Luxemburg</td>
			<td>fbs 240/e</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cutting disks</td>
			<td>Proxxon</td>
			<td>NO 28812</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cre dependent channelrhodopsin</td>
			<td>Penn Vector Core, Philadelphia, PA, USA</td>
			<td>AV-1-18917P</td>
			<td>Contruct name: AAV2/1.CAGGS.flex.ChR2.tdTomato, titer: 1.42x1013 vg/ml</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cam kinase dependent halorhodopsin</td>
			<td>Penn Vector Core</td>
			<td>AV-1-26971P</td>
			<td>Construct name: eNpHR3.0, AAV2/1.CamKIIa.eNpHR3.0-EYFP.WPRE.hGH, titer: 2.08_1012 vg/ml</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Multimode optic fiber</td>
			<td>ThorLabs, Dachau, Germany</td>
			<td>FG105LCA</td>
			<td>0.22 NA, Low-OH, &#216;105 &#181;m Core, 400 - 2400 nm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ceramic stick ferrule</td>
			<td>Precision Fiber Products, Milpitas, CA, USA</td>
			<td>CFLC126</td>
			<td>Ceramic LC MM Ferrule, ID 126um</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polishing paper</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>LF3D</td>
			<td>6&#34; x 6&#34; Diamond Lapping (Polishing) Sheet</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Power meter</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>PM100D</td>
			<td>Compact Power and Energy Meter Console, Digital 4&#34; LCD</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Multimode fiber optic coupler</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>FCMM50-50A-FC</td>
			<td>1x2 MM Coupler, 50:50 Split Ratio, 50 &#181;m GI Fibers, FC/PC</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fiberoptic patch cord</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>FG105LCA CUSTOM-MUC</td>
			<td>custom made, 3 m long, with protective tubing, Tubing: FT030, Connector 1: FC/PC, Connector 2: 1.25mm (LC) Ceramic Ferrule</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sleeve</td>
			<td>Precision Fiber Products, Milpitas, CA, USA</td>
			<td>ADAL1</td>
			<td>Ceramic Split Mating Sleeve for &#216;1.25 mm (LC/PC) Ferrules</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>473 nm DPSS laser</td>
			<td>Laserglow Technologies, Toronto, ON, Canada</td>
			<td>R471005FX</td>
			<td>LRS-0473 Series</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>593 nm DPSS laser</td>
			<td>Laserglow Technologies</td>
			<td>R591005FX</td>
			<td>LRS-0594 Series</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MC_Stimulus II</td>
			<td>Multichannel Systems, Reutlingen, Germany</td>
			<td>STG 4004</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Impedance conditioning module</td>
			<td>Neural microTargeting worldwide, Bowdoin, USA</td>
			<td>ICM</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Name</td>
			<td>Company</td>
			<td>Catalog Number</td>
			<td>Comments</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electrophysiology</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tungsten wires</td>
			<td>California Fine Wire Company, Grover Beach, CA, USA</td>
			<td>CFW0010954</td>
			<td>40 &#181;m, 99.95%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Capillary tubing</td>
			<td>Optronics</td>
			<td>1068150020</td>
			<td>ID: 100.4 &#181;m</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Omnetics nanoconnector</td>
			<td>Omnetics Connector Corporation, Minneapolis, USA</td>
			<td>A79038-001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Screws</td>
			<td>Bilaney, D&#252;sseldorf, Germany</td>
			<td>00-96x1/16</td>
			<td>stainless-steel</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silicone probe</td>
			<td>NeuroNexus Technologies, Ann Arbor, MI, USA</td>
			<td>B32</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Headstage</td>
			<td>Neuralynx, Bozeman, Montana USA</td>
			<td>HS-8</td>
			<td>miniature headstage unity gain preamplifiers</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silver conductive paint</td>
			<td>Conrad electronics, Germany</td>
			<td>530042</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Liquid flux</td>
			<td>Felder GMBH L&#246;ttechnik, Oberhausen, Germany</td>
			<td>L&#246;t&#246;l ST</td>
			<td>DIN EN 29454.1, 3.2.2.A (F-SW 11)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LED</td>
			<td>Neuralynx</td>
			<td>HS-LED-Red-omni-10V</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Name</td>
			<td>Company</td>
			<td>Catalog Number</td>
			<td>Comments</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Software</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MATLAB</td>
			<td>Mathworks, Natick, MA, USA</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MC_Stimulus software</td>
			<td>Multichannel, Systems</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Neurophysiological Data Manager</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>NDManager, http://neurosuite.sourceforge.net</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Klusters</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>http://neurosuite.sourceforge.net, Hazan et al., 2006</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Software of the recording system</td>
			<td>Neuralynx</td>
			<td>Cheetah</td>
			<td>https://neuralynx.com/software/cheetah</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Multi-channel data analysis software</td>
			<td>Cambridge Electronic Design Limited, Cambridge, GB</td>
			<td>Spike2</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

optogenetic entrainment of hippocampal theta oscillations in behaving mice

ニューラル ネットワークの動作する振動の関係や脳領域間の神経放電の組織に関する広範なデータを求める脳リズムを選択的に操作するための新しいツール。ここで特定の投影光遺伝学を組み合わせて動作マウスにおける海馬シータ振動 (5-10 Hz) の忠実度の高いコントロールの細胞電気生理学のアプローチについて述べる。重要な海馬シータ振動の生成に関与する内側中隔細胞の gaba 作動性の人口にターゲット チャネルロドプシン 2 (ChR2) により光同調の特異性を実現し、ローカル同期活性化海馬の抑制性中隔求心性神経のサブセット。ラミナ CA1 野のや神経細胞の放電の間でローカル フィールド ポテンシャル (LFP) の同時観測による光遺伝学的リズム制御の有効性が検証されます。この容易に実装可能な製剤を用いた各種光刺激プロトコル シータの誘導とその頻度と規則性の操作の有効性を示す.最後に、投影法固有の抑制と θ リズム制御の組み合わせは遠心性の地域によって海馬の同期の特定の面の読み出しをアドレスします。

セクション 1 で説明した MS の gaba 作動性セルに chr2 ターゲットは、図 2 aで示されています。背側海馬 CA1 領域の上移植は光ファイバー経由で MS gaba 作動性細胞の軸索の光遺伝学的刺激だけでなく、対側同側 (図 2 b) の刺激の周波数でシータをヘアレスします。半球 (図 2)。シータは、これの有効性は?...

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Optogenetic Entrainment of Hippocampal Theta Oscillations in Behaving Mice

動作マウスにおける海馬シータ振動 (5-10 Hz) の選択を操作する光遺伝学、電気生理学的記録の使用について述べる。リズムの同調性は、ローカル フィールド ポテンシャルを使用して監視されます。光と薬理遺伝学的抑制の組み合わせは、海馬同期の遠心性の読み出しをアドレスします。

行動するマウスにおける海馬シータ振動の光同調

Extensive data on relationships of neural network oscillations to behavior and organization of neuronal discharge across brain regions call for new tools ...

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