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

Мы хотели бы поблагодарить Мария Gorbati за помощью к специалистам с анализом данных и Дженнифер Kupferman для комментариев по рукописи. Эта работа была поддержана Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG; EXC 257 NeuroCure, ТЗ и AP; Приоритетные программы 1665, 1799/1-1(2), Гейзенберг программы, 1799/2-1, AP), немецко израильский фонд для научных исследований и разработок (GIF; Я-1326-421.13/2015, ТЗ) и программа человека пограничной науки (HFSP; RGY0076/2012, ТЗ).

PV-Cre забивные мышей-самцов59, 10-25 недель, были использованы. Мышей были размещены в стандартных условиях в объекте животных и хранится на цикле свет/темно 12 h. Все процедуры были исполнены в соответствии с национальными и международными руководящими принципами и были одобрен?...

Здесь мы представили широко доступной методологии увлекают и вызывают колебания гиппокампа тета в поведения животных. Этот подход может быть полезным для исследования функций Тета-ритм в обработке информации и поведение. Важные аспекты этого метода включают в себя: (1) выбор опсин и на?...

Активность нейронов в млекопитающих координируется колебаний сети, которые помогают передачи информации внутри и между мозга регионах1,2,3,4. Ритмов мозга включают колебания, начиная от очень медленно (< 0,8 Гц) до сверхскоростной частоты (> 200 Гц). Большой объем доказательств поддерживает участие колебаний сети в различных мозговых функций, включая познания5,6,,78,9,10 , врожденное поведение11,12 , а также нервно-психических расстройств, таких как болезнь Паркинсона и эпилепсии13,14,15. Селективный и височно точные методы для экспериментальных манипуляций колебаний сети поэтому важное значение для разработки физиологически вероятных моделей синхронизации и установления причинно-следственных связей с поведением.
Сети синхронизации при посредничестве различных биологических субстратов и процессов, начиная от молекулярных личность ионных каналов и их кинетики neuromodulation возбудимости и подключения к сети. Биологических дизайн ритм, генераторы, которые показали16 для многих ритмов мозга, различные аспекты которых (например, частота, амплитуда), часто в результате динамика типов различных клеток и сетей. Например тормозящий интернейронов ориентации somata главных клеток являются наиболее важных игроков разных частотных полос и мозга регионов17,18, включая тета19,20, гамма20 , 21и22 колебания пульсации (140-200 Гц). В свою очередь этап синхронизации далеких клеток обеспечивается надежный канал вперед сигнализации пирамидальных клеток, который сбрасывает стрельбы интернейронов. Важнейших параметров колебаний, численность населения синхронизированных нейронов, тесно связана с измеренной LFP колебания амплитуды и, по крайней мере для быстрых колебаний, зависит от возбуждающих езды на интернейронов2. В отличие от медленных колебаний, как Дельта и тета ритмов, генерируются дальнего реентерабельной петли, образованный24 cortico таламуса23,и гиппокампа медиальной межжелудочковой перегородки прогнозы25, 26,27, соответственно. Колебания в таких цепях обусловлены взаимодействием задержки распространения сигналов, возбудимые ответов и их частота предпочтения в участвующих клетки28,,2930, 31 , 32. тормозящий проекции от Парвальбумин ГАМК (PV)-позитивных клеток медиальной перегородки (МС) для интернейронов в гиппокампе25,33, парагиппокампальной регионам и entorhinal кора26 важное значение для генерации колебаний тета в медиальной височной доли. Таким образом физиологические механизмы колебаний сети и нейронные синхронизации можно манипулировать с помощью Оптогенетика с точностью, в реальном времени.
Клетки optogenetic конкретного типа манипуляции были применены для изучения гиппокампа и корковые колебания в vitro34,35,36,,3738 и в естественных условиях30,39,40,41,42,,4344,45, включая функциональные исследования гамма5,12,,3646,47,48,49,50, 51,52 и пульсации колебания40,,5354 и сна шпинделей55,56. Недавно мы выразили Cre зависимой ChR2 вирус в MS, ключевым регионом для поколения гиппокампа тета-ритма, PV-Cre мышей. С помощью этого препарата, особенностей колебаний гиппокампа тета (частоты и временных стабильности) контролируется optogenetic стимуляции тормозящий проекции MS в гиппокампе11. Кроме того тета частота optogenetic стимуляции ингибирующее септо гиппокампа прогнозов вызывали Тета-ритм во время бодрствования неподвижности. Optogenetically увлекаемого Тета-ритм отображаются свойства самопроизвольно тета колебаний в мыши LFP и активности нейронов уровнях.
Ключевые особенности настоящего Протокола включают в себя: (1) использование тормозной путь, который физиологически важных для спонтанного тета колебания избегая неспецифические эффекты на гиппокампа возбудимости; (2) аксональное, то есть, проекции конкретных стимуляции для сведения к минимуму непосредственное влияние на не гиппокампа MS эфферентов; (3) местные тета художественной легкой стимуляции, обеспечивая минимальное прямое вмешательство с тета художественной септо гиппокампа динамика и глобальные двусторонние волн тета колебаний; (4) параметрический контроль тета колебания частотой и регулярностью; и (5) количественная оценка верности нейроволновой синхронизации с высоким временным разрешением, используя LFP для включения анализа количественных причинно-следственных связей в поведение животных. Так как этот препарат по существу капитализирует на известные роли септо гиппокампа растормаживания в тета поколения25,30, он позволяет надежный контроль над несколько параметров колебаний тета в себя мышей. Исследования, где другие менее исследованы пути и типы клеток септо гиппокампа схемы были манипулировать38,,3947,49,50,51 , 52 , 53 , 54 , 55 , 56 , 57 , 58 выявить дальнейшие механизмы тета-ритма.

<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

Обширные данные взаимоотношения нейронной сети колебания поведение и организации нейронов разряда регионах мозга требуют новых инструментов избирательно управлять ритмов мозга. Здесь мы опишем подход, сочетающий проекции конкретных Оптогенетика с внеклеточного электрофизиологии для контроля высокой точности гиппокампа тета колебаний (5-10 Гц) в себя мышей. Специфика optogenetic ГРЭС достигается путем ориентации channelrhodopsin-2 (ChR2) ГАМК населению медиальной межжелудочковой перегородки клеток, критически участвующих в поколении гиппокампа тета колебаний, и местные синхронизированы активации подмножества ингибирующее межжелудочковой перегородки афферентов в гиппокампе. Эффективность управления ритм optogenetic проверяется одновременный мониторинг местных области потенциальных (LFP) через пластинки области СА1 или нейронов разряда. С помощью этого легко осуществимых подготовки мы показали эффективность различных протоколов optogenetic стимуляции для индукции тета колебаний и манипулирования их частотой и регулярностью. Наконец сочетание управления Тета-ритм с проекции конкретных ингибирование адреса считывания отдельных аспектов гиппокампа синхронизации эфферентной регионов.

Нападения на ChR2 клетки ГАМК в МС, как описано в разделе 1 проиллюстрирован на рисунке 2A. Optogenetic стимуляция аксоны ячейки MS ГАМК в спинной гиппокампа через оптические волокна, который вживляется выше области СА1 захватывает тета колебания с частотой стим?...

Watch this Scientific Journal Video about Optogenetic Entrainment of Hippocampal Theta Oscillations in Behaving Mice at JoVE.com

Optogenetic Entrainment of Hippocampal Theta Oscillations in Behaving Mice

Мы описывают использование Оптогенетика и электрофизиологические записей для селективного манипуляции гиппокампа тета колебаний (5-10 Гц) в себя мышей. Эффективность ритм ГРЭС контролируется с помощью местных месторождений. Сочетание опто - и фармакогенетических ингибирование адреса эфферентной индикация гиппокампа синхронизации.

Optogenetic ГРЭС гиппокампа тета колебаний в себя мышей

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

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Large-scale Recording of Neurons by Movable Silicon Probes in Behaving Rodents

Large-scale Recording of Neurons by Movable Silicon Probes in Behaving Rodents Video (Video) | JoVE

Крупномасштабные Запись нейронов Зонды Движимое кремния в Поведение грызунов

A major challenge in neuroscience is linking behavior to the collective activity of neural assemblies. Understanding of input-output relationships of ...

Isolation and Culture of Hippocampal Neurons from Prenatal Mice

Isolation and Culture of Hippocampal Neurons from Prenatal Mice Video (Video) | JoVE

Выделение и культуре нейронов гиппокампа мышей от пренатального

Primary cultures of rat and murine hippocampal neurons are widely used to reveal cellular mechanisms in neurobiology. By isolating and growing individual ...

Dual Electrophysiological Recordings of Synaptically-evoked Astroglial and Neuronal Responses in Acute Hippocampal Slices

Dual Electrophysiological Recordings of Synaptically-evoked Astroglial and Neuronal Responses in Acute Hippocampal Slices Video (Video) | JoVE

Двойной Электрофизиологические Записи синаптически-вызванных астроглиального и нейрональных ответов, при остром срезов гиппокампа

Astrocytes form together with neurons tripartite synapses, where they integrate and modulate neuronal activity. Indeed, astrocytes sense neuronal inputs ...

Optogenetic Stimulation of Escape Behavior in Drosophila melanogaster

Optogenetic Stimulation of Escape Behavior in Drosophila melanogaster Video (Video) | JoVE

Optogenetic Стимулирование Побег поведения в<em&gt; Дрозофилы</em

A  growing number of genetically encoded tools are becoming available that allow non-invasive  manipulation of the neural activity of specific neurons in ...

Assessment of Dendritic Arborization in the Dentate Gyrus of the Hippocampal Region in Mice

Оценка ветвления дендритов в зубчатой ​​извилине гиппокампа области у мышей

Dendritic arborization has been shown to be a reliable marker for examination of structural and functional integrity of neurons. Indeed, the complexity ...

Assessment of Hippocampal Dendritic Complexity in Aged Mice Using the Golgi-Cox Method

Оценка гиппокампальной дендритной сложности у пожилых мышей с использованием метода Гольджи-Кокса

Dendritic spines are the protuberances from the neuronal dendritic shafts that contain&#160; excitatory synapses. The morphological and branching ...

Tuning in the Hippocampal Theta Band In Vitro: Methodologies for Recording from the Isolated Rodent Septohippocampal Circuit

Tuning in the Hippocampal Theta Band In Vitro: Methodologies for Recording from the Isolated Rodent Septohippocampal Circuit

Тюнинг в театре Hippocampal Theta Band<em&gt; In Vitro</em&gt;: Методологии для записи из изолированной цепи грызунов Septohippocampal

This protocol outlines the procedures for preparing and recording from the isolated whole hippocampus, of WT and transgenic mice, along with recent ...

Ratiometric Calcium Imaging of Individual Neurons in Behaving Caenorhabditis Elegans

Ratiometric Calcium Imaging of Individual Neurons in Behaving Caenorhabditis Elegans

Ratiometric кальция изображений отдельных нейронов в себя Caenorhabditis Elegans

It has become increasingly clear that neural circuit activity in behaving animals differs substantially from that seen in anesthetized or immobilized ...

Recording Spatially Restricted Oscillations in the Hippocampus of Behaving Mice

Запись пространственно ограниченный колебания в гиппокампе поведение мышей

The local field potential (LFP) emerges from ion movements across neural membranes. Since the voltage recorded by LFP electrodes reflects the summed ...

Optogenetic Manipulation of Neural Circuits During Monitoring Sleep/wakefulness States in Mice

Оптогенетическое манипулирование нейронными цепями во время мониторинга сна / бодрствования государств у мышей

In recent years, optogenetics has been widely used in many fields of neuroscientific research. In many cases, an opsin, such as channel rhodopsin 2 ...