Name: in vivo intracerebral stereotaxic injections for optogenetic stimulation of long-range inputs in mouse brain slices
Uploaded: 2019-09-20T13:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about In Vivo Intracerebral Stereotaxic Injections for Optogenetic Stimulation of Long-Range Inputs in Mouse Brain Slices at JoVE.com

We bedanken Bertrand Mathon, Mérie Nassar, Li-Wen Huang en Jean Simonnet voor hun hulp bij de ontwikkeling van eerdere versies van het stereotaxic Injection protocol en Marin Manuel en Patrice Jegouzo voor technische hulp. Dit werk werd gesteund door het Franse Ministerie van onderwijs en onderzoek (L. R., L. S.), Centre National des Etudes spatiales (M. B.), en Agence nationale de la Recherche Grant <span lang="FR" style="font-size: 11pt; line-height: 115%; font-family: Arial, sans-serif; color: rgb(41, 43, 49); background-image: initial; background-position: initial; background-size: initial; background-repeat: initial; background-attachment: initial; background-origin: initial; background-clip: initial;">ANR-18-CE92-0051-01 (D. F.).

Alle procedures werden uitgevoerd in overeenstemming met de richtlijn van de Raad van de Europese Gemeenschap (2010/63/EU) en goedgekeurd door de ethische commissie van de Paris Descartes University. De experimenteerder moet een autorisatie krijgen voor de procedure om te voldoen aan de lokale voorschriften.
1. planning van het experiment
<ol><li>Definieer het hersengebied dat moet worden getarget. Bepaal de stereotaxic coördinaten van de injectieplaats met behulp van een muis hersenen Atla...

<ol>
	<li>Goodridge, J. P., Taube, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interaction+between+the+postsubiculum+and+anterior+thalamus+in+the+generation+of+head+direction+cell+activity.">Interaction between the postsubiculum and anterior thalamus in the generation of head direction cell activity.</a> The Journal of Neuroscience: The Official Journal of the Society for Neuroscience. 17 (23), 9315-9330 (1997).</li><li>Winter, S. S., Clark, B. J., Taube, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spatial+navigation.+Disruption+of+the+head+direction+cell+network+impairs+the+parahippocampal+grid+cell+signal.">Spatial navigation. Disruption of the head direction cell network impairs the parahippocampal grid cell signal.</a> Science. 347 (6224), 870-874 (2015).</li><li>Fan, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Activity-dependent+decrease+of+excitability+in+rat+hippocampal+neurons+through+increases+in+I(h).">Activity-dependent decrease of excitability in rat hippocampal neurons through increases in I(h).</a> Nature Neuroscience. 8 (11), 1542-1551 (2005).</li><li>Takahashi, H., Magee, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pathway+Interactions+and+Synaptic+Plasticity+in+the+Dendritic+Tuft+Regions+of+CA1+Pyramidal+Neurons.">Pathway Interactions and Synaptic Plasticity in the Dendritic Tuft Regions of CA1 Pyramidal Neurons.</a> Neuron. 62 (1), 102-111 (2009).</li><li>Dolleman-van der Weel, M. J., Lopes da Silva, F. H., Witter, M. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interaction+of+nucleus+reuniens+and+entorhinal+cortex+projections+in+hippocampal+field+CA1+of+the+rat.">Interaction of nucleus reuniens and entorhinal cortex projections in hippocampal field CA1 of the rat.</a> Brain Structure &amp; Function. 222 (5), 2421-2438 (2017).</li><li>Callaway, E. M., Yuste, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stimulating+neurons+with+light.">Stimulating neurons with light.</a> Current Opinion in Neurobiology. 12 (5), 587-592 (2002).</li><li>Fino, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=RuBi-Glutamate:+Two-Photon+and+Visible-Light+Photoactivation+of+Neurons+and+Dendritic+spines.">RuBi-Glutamate: Two-Photon and Visible-Light Photoactivation of Neurons and Dendritic spines.</a> Frontiers in Neural Circuits. 3, 2 (2009).</li><li>Mao, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Long-range+neuronal+circuits+underlying+the+interaction+between+sensory+and+motor+cortex.">Long-range neuronal circuits underlying the interaction between sensory and motor cortex.</a> Neuron. 72 (1), 111-123 (2011).</li><li>Zhang, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optogenetic+interrogation+of+neural+circuits:+technology+for+probing+mammalian+brain+structures.">Optogenetic interrogation of neural circuits: technology for probing mammalian brain structures.</a> Nature Protocols. 5 (3), 439-456 (2010).</li><li>Simonnet, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Activity+dependent+feedback+inhibition+may+maintain+head+direction+signals+in+mouse+presubiculum.">Activity dependent feedback inhibition may maintain head direction signals in mouse presubiculum.</a> Nature Communications. 8, 16032 (2017).</li><li>Nassar, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Anterior+Thalamic+Excitation+and+Feedforward+Inhibition+of+Presubicular+Neurons+Projecting+to+Medial+Entorhinal+Cortex.">Anterior Thalamic Excitation and Feedforward Inhibition of Presubicular Neurons Projecting to Medial Entorhinal Cortex.</a> Journal of Neuroscience. 38 (28), 6411-6425 (2018).</li><li>Fricker, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pyramidal+cells+of+rodent+presubiculum+express+a+tetrodotoxin-insensitive+Na++current.">Pyramidal cells of rodent presubiculum express a tetrodotoxin-insensitive Na+ current.</a> The Journal of Physiology. 587, 4249-4264 (2009).</li><li>Simonnet, J., Eug&#232;ne, E., Cohen, I., Miles, R., Fricker, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cellular+neuroanatomy+of+rat+presubiculum.">Cellular neuroanatomy of rat presubiculum.</a> The European Journal of Neuroscience. 37 (4), 583-597 (2013).</li><li>Simonnet, J., Fricker, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cellular+components+and+circuitry+of+the+presubiculum+and+its+functional+role+in+the+head+direction+system.">Cellular components and circuitry of the presubiculum and its functional role in the head direction system.</a> Cell and Tissue Research. 373 (3), 541-556 (2018).</li><li>Paxinos, G., Franklin, K. B. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The Mouse Brain in Stereotaxic Coordinates. , (2013).</li><li>Huang, L. -. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Laminar+Localization+and+Projection-Specific+Properties+of+Presubicular+Neurons+Targeting+the+Lateral+Mammillary+Nucleus,+Thalamus,+or+Medial+Entorhinal+Cortex.">Laminar Localization and Projection-Specific Properties of Presubicular Neurons Targeting the Lateral Mammillary Nucleus, Thalamus, or Medial Entorhinal Cortex.</a> eNeuro. 4 (2), (2017).</li><li>Cruikshank, S. J., Urabe, H., Nurmikko, A. V., Connors, B. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pathway-specific+feedforward+circuits+between+thalamus+and+neocortex+revealed+by+selective+optical+stimulation+of+axons.">Pathway-specific feedforward circuits between thalamus and neocortex revealed by selective optical stimulation of axons.</a> Neuron. 65 (2), 230-245 (2010).</li><li>Gonzalez-Sulser, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=GABAergic+Projections+from+the+Medial+Septum+Selectively+Inhibit+Interneurons+in+the+Medial+Entorhinal+Cortex.">GABAergic Projections from the Medial Septum Selectively Inhibit Interneurons in the Medial Entorhinal Cortex.</a> Journal of Neuroscience. 34 (50), 16739-16743 (2014).</li><li>Mathon, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Increasing+the+effectiveness+of+intracerebral+injections+in+adult+and+neonatal+mice:+a+neurosurgical+point+of+view.">Increasing the effectiveness of intracerebral injections in adult and neonatal mice: a neurosurgical point of view.</a> Neuroscience Bulletin. 31 (6), 685-696 (2015).</li><li>Nassar, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Diversity+and+overlap+of+parvalbumin+and+somatostatin+expressing+interneurons+in+mouse+presubiculum.">Diversity and overlap of parvalbumin and somatostatin expressing interneurons in mouse presubiculum.</a> Frontiers in Neural Circuits. 9, 20 (2015).</li><li>Klapoetke, N. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Independent+optical+excitation+of+distinct+neural+populations.">Independent optical excitation of distinct neural populations.</a> Nature Methods. 11 (3), 338-346 (2014).</li><li>Hass, C. A., Glickfeld, L. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-fidelity+optical+excitation+of+cortico-cortical+projections+at+physiological+frequencies.">High-fidelity optical excitation of cortico-cortical projections at physiological frequencies.</a> Journal of Neurophysiology. 116 (5), 2056-2066 (2016).</li></ol>

In vivo virale injectie om lichtgevoelige opsins in een gedefinieerd hersengebied te uiten, is een keuze methode voor de optogenetische analyse van functionele connectiviteit met lange afstand10,11,17,18. Stereotaxic injecties bieden de mogelijkheid om precies te richten op een specifiek gebied van de hersenen. De coexpressie van een opsin met een fluorescerende reporter maakt een gunstige eval...

Definiëren van connectiviteit tussen hersen regio's is nodig om te begrijpen van neurale circuits. Klassieke anatomische traceer methoden maken het mogelijk om interregionale connectiviteit te creëren, en laesie studies helpen om de hiërarchische organisatie van informatiestromen te begrijpen. Bijvoorbeeld, hersencircuits voor ruimtelijke oriëntatie en hoofdrichting signalering betrekken de directionele stroom van informatie van de thalamus naar de presubiculum. Dit is aangetoond door laesie studies van Antero-dorsale thalame kernen (ADN) die het hoofd richtings signaal in de downstream dorsale presubiculum degraderen, evenals de parahippocampal grid Cell Signal1,2.
De functionele connectiviteit tussen hersengebieden is moeilijker vast te stellen op een cellulair en subcellulair niveau. In de Hippocampus maakt een zeer georganiseerde anatomie het mogelijk om pathway-specifieke synaptische verbindingen te onderzoeken met behulp van elektrische simulatie in de segment voorbereiding. Stimulatie elektroden geplaatst in stratum radiatum van CA1 kunnen worden gebruikt om specifiek Schaffer onderpand input van CA33te stimuleren. Stimulerende elektroden geplaatst in stratum lacunosum moleculare van Ca1 zal de perforant pad ingang naar Ca14,5activeren. Elektrische stimulatie activeert de neurotransmitter-afgifte van Axon-terminals; echter, het activeert neuronen met somata in de buurt van de stimulatie plaats, evenals axonen van passage. Het is daarom van beperkte toepassing voor het bestuderen van afferents uit afgebakende hersengebieden wanneer vezels van verschillende regio's van oorsprong elkaar mengen in de doel structuur, zoals meestal het geval is in de neocortex.
Neuronen kunnen ook worden gestimuleerd met licht. Optische methoden omvatten de fotoactivering van gekooide glutamaat, die kan worden gecombineerd met een-of twee-Photon Laser Scanning. Meerdere dicht verdeelde plaatsen kunnen opeenvolgend worden gestimuleerd, zonder mechanische beschadiging van het weefsel6. Dit is met succes gebruikt voor het toewijzen van synaptische receptoren evenals activeren individuele neuronen7. Terwijl glutamaat uncaging kan worden gebruikt voor lokale circuit analyse, het is niet toegestaan voor specifieke activering van lange-bereik ingangen.
Een methode van keuze voor het onderzoek van lange afstand connectiviteit in neuronale circuits is het gebruik van virus-gemedieerde channelrhodopsin expressie. Met behulp van in vivo stereotaxic injecties zoals hier beschreven, de uitdrukking van licht-gated ionenkanalen kunnen worden gericht en ruimtelijk beperkt tot een gewenste hersenregio. Op deze manier, channelrhodopsins zijn effectief voor het in kaart brengen van excitatory of remmende connectiviteit van de ene regio naar het doelwit. Getransfeerde axonen terminals kunnen met licht worden gestimuleerd in een hersen segment voorbereiding, en patch-klem opnames als een read-out laten onderzoek toe van de functies en sterktes van specifieke circuit componenten in de hersenen8. De optogenetische benadering gecombineerd met stereotaxic injectie van een virus biedt ongekende specificiteit en genetische controle9. Stimulerend met licht zorgt bovendien voor zowel hoge temporele als ruimtelijke precisie10,11.
De presubiculum is een corticale structuur van zes lagen bij de overgang van de hippocampus en de para-hippocampal formatie12,13. Het ontvangt belangrijke synaptische input van het ADN11 maar ook uit verschillende andere corticale en subcorticale regio's14. Zo is de selectieve stimulatie van thalame axonen terminals binnen een presubicular slice niet mogelijk met elektrische stimulatie of glutamaat uncaging. Beschreven in dit protocol zijn methoden om te bepalen van de functionele connectiviteit tussen hersengebieden (ADN en presubiculum) met behulp van precieze stereotaxic injecties van virale vectoren uitdrukken van licht-gated kanalen. Ook beschreven is de foto stimulatie van axonen terminals van het projecteren van neuronen in hun doelregio, in combinatie met whole-Cell Patch-clamp opnames van post synaptische neuronen in de hersenen slice voorbereiding.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:927px;" width="927">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:243px;">0.5 mm bur&#160;</td>
			<td style="width:183px;">Harvard Apparatus</td>
			<td style="width:136px;">724962</td>
			<td style="width:365px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:243px;">10 &#181;L Hamilton syringe</td>
			<td style="width:183px;">Hamilton</td>
			<td style="width:136px;">1701 RN - 7653-01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:243px;">10X PBS solution</td>
			<td style="width:183px;">Thermofisher Scientific</td>
			<td style="width:136px;">AM9624</td>
			<td>&#160;text</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:243px;">36% PFA</td>
			<td style="width:183px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:136px;">F8775</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:243px;">470 nm LED&#160;</td>
			<td style="width:183px;">Cairn Research</td>
			<td style="width:136px;">P1105/470/LED&#160; DC/59022m</td>
			<td style="width:365px;">use with matched excitation filter 470/40x&#160; and emission filter for GFP&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:243px;">AAV5.Syn.Chronos-GFP.WPRE.bGH</td>
			<td>Penn Vector Core</td>
			<td>AV-5-PV3446</td>
			<td>lot V6026R, qTiter GC/ml 4.912e12, ddTiter GC/ml 2.456e13&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:243px;">All chemicals</td>
			<td style="width:183px;">Sigma</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:243px;">Bath temperature controler</td>
			<td style="width:183px;">Luigs &#38; Neumann</td>
			<td style="width:136px;">SM7</td>
			<td>Set at 34&#176;C&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:243px;">beveled metal needle</td>
			<td style="width:183px;">Hamilton</td>
			<td style="width:136px;">7803-05</td>
			<td>33 gauge, 13mm, point style 4-20&#176;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:243px;">Big scissors</td>
			<td style="width:183px;">Dahle Allround</td>
			<td style="width:136px;">50038</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:243px;">Biocytin</td>
			<td style="width:183px;">Sigma</td>
			<td style="width:136px;">B4261</td>
			<td>final 1-3 mg/ml</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:243px;">Borosilicate Capillaries</td>
			<td style="width:183px;">Havard Apparatus</td>
			<td style="width:136px;">GC150-10</td>
			<td>1.5 mm outer, 0.86 inner diameter</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:243px;">Brown Flaming electrode puller</td>
			<td style="width:183px;">Sutter Instruments</td>
			<td style="width:136px;">P-87</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:243px;">BupH Phosphate Buffered Saline pack</td>
			<td style="width:183px;">Thermofisher Scientific</td>
			<td style="width:136px;">28372</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:243px;">butterfly needle for perfusion</td>
			<td style="width:183px;">Braun&#160;</td>
			<td style="width:136px;">Venofix A</td>
			<td>24G</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:243px;">CCD Camera</td>
			<td style="width:183px;">Andor&#160;</td>
			<td style="width:136px;">DL-604M</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:243px;">Confocal Microscope</td>
			<td style="width:183px;">Zeiss</td>
			<td style="width:136px;">LSM710</td>
			<td>20X</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:243px;">curved forceps</td>
			<td style="width:183px;">FST&#160;</td>
			<td style="width:136px;">11011-17</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:243px;">CY5 configuration (confocal)</td>
			<td style="width:183px;"></td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:365px;">Helium-Neon 633nm (5,0 mW) laser; Mirror: MBS 488/561/633&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:243px;">CY5 configuration (epifluo)</td>
			<td style="width:183px;">Nikon/Chroma</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:365px;">Fluorescent light (Intensilight); Excitation filter: BP645/30; Dichroic mirror: 89100 BS ; Emission filter: BP705/72</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:243px;">DAPI</td>
			<td style="width:183px;">Sigma</td>
			<td style="width:136px;">D9542</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:243px;">DAPI configuration (epifluo)</td>
			<td style="width:183px;">Nikon/Chroma</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:365px;">Fluorescent light (Intensilight); Cube: Semrock Set DAPI-5060C-000-ZERO (Excitation: BP 377/50; Mirror: BS 409; Emission: BP 447/60)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:243px;">Digidata 1440A</td>
			<td style="width:183px;">Axon Instruments</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:243px;">Digital handheld optical meter</td>
			<td style="width:183px;">ThorLabs</td>
			<td style="width:136px;">PM100D</td>
			<td>Parametered on 475 nm</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:243px;">Double egde stainless steel razor blades</td>
			<td style="width:183px;">Electron Microscopy Sciences</td>
			<td style="width:136px;">72000</td>
			<td>Use half of the blade in the slicer</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:243px;">Dual Fluorescent Protein Flashlight</td>
			<td style="width:183px;">Nightsea</td>
			<td style="width:136px;">DFP-1</td>
			<td style="width:365px;">excitation, 440-460 nm; emission filter on glasses, 500 nm longpass.</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:23px;width:243px;">EGTA</td>
			<td style="width:183px;">Sigma</td>
			<td style="width:136px;">E4368</td>
			<td>final 0,2 mM</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:23px;width:243px;">Epifluorescence Microscope</td>
			<td style="width:183px;">Nikon</td>
			<td style="width:136px;">Eclipse TE-2000E</td>
			<td>10 or 20X</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:23px;width:243px;">Filter paper</td>
			<td style="width:183px;">Whatman</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:243px;">Fluoro-Ruby 10%</td>
			<td style="width:183px;">Millipore</td>
			<td style="width:136px;">AG335</td>
			<td>disolve 10 mg in 100 &#181;l of distilled water ; inject 150 to 300 nl</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:243px;">GFP configuration (epifluo)</td>
			<td style="width:183px;">Nikon/Chroma</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:365px;">Fluorescent light (Intensilight); Cube: Filter Set Nikon B-2E/C FITC (Excitation: BP 465-495; Mirror: BS 505; Emission: BP 515-555)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:243px;">Heatingplate</td>
			<td style="width:183px;">Physitemp</td>
			<td style="width:136px;">HP4M</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:243px;">Heparin choay 5000 U.I./ml</td>
			<td style="width:183px;">Sanofi</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td>5 ml vial</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:243px;">HEPES</td>
			<td style="width:183px;">Sigma</td>
			<td style="width:136px;">H3375</td>
			<td>final 10 mM</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:243px;">High speed rotary micromotor kit</td>
			<td style="width:183px;">Foredom</td>
			<td style="width:136px;">K.1070</td>
			<td>maximum drill speed 38,000 rpm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:243px;">Internal solution compounds :</td>
			<td style="width:183px;"></td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:243px;">Isolated Pulse Stimulator</td>
			<td style="width:183px;">A-M Systems</td>
			<td style="width:136px;">2100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:243px;">KCl</td>
			<td style="width:183px;">Sigma</td>
			<td style="width:136px;">P4504</td>
			<td>final 1,2 mM</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:243px;">Ketamine 1000</td>
			<td style="width:183px;">Virbac</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:243px;">Ketofen 10%</td>
			<td style="width:183px;">Merial</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td>100 mg/ml : dilute 1 &#181;l in 1ml total (0,1%)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:243px;">Laocaine (lidocaine)</td>
			<td style="width:183px;">MSD</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td>16,22 mg/ml : dilute 1 ml in 4 ml total (around 4%)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:243px;">LED hi power spot for surgery</td>
			<td>Photonic (via Phymep)</td>
			<td style="width:136px;">10044</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:23px;width:243px;">LED Power Supply</td>
			<td style="width:183px;">Cairn Research</td>
			<td style="width:136px;">OptoLED Light Source</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:243px;">Manipulators</td>
			<td style="width:183px;">Luigs &#38; Neumann</td>
			<td style="width:136px;">SM-7</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:243px;">Mg-ATP 2H20</td>
			<td style="width:183px;">Sigma</td>
			<td style="width:136px;">A9187</td>
			<td>final 4 mM</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:243px;">MgCl2</td>
			<td style="width:183px;">Sigma</td>
			<td style="width:136px;">63069</td>
			<td>final 2 mM</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:243px;">Micro temperature controler</td>
			<td>Physitemp</td>
			<td style="width:136px;">MTC-1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:243px;">Milk powder</td>
			<td style="width:183px;">Carnation</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:243px;">MultiClamp 700B</td>
			<td style="width:183px;">Axon Instruments</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:243px;">Na Phosphocreatine</td>
			<td style="width:183px;">Sigma</td>
			<td style="width:136px;">P7936</td>
			<td>final 10 mM</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:243px;">Na3-GTP 2H20</td>
			<td style="width:183px;">Sigma</td>
			<td style="width:136px;">G9002</td>
			<td>final 0.4 mM</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:23px;width:243px;">needle holder/hemostat</td>
			<td style="width:183px;">FST</td>
			<td style="width:136px;">13005-14</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:243px;">pClamp acquisition software</td>
			<td style="width:183px;">Axon Instruments</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:243px;">Peristaltic pump</td>
			<td style="width:183px;">Gilson</td>
			<td style="width:136px;">Minipuls 3</td>
			<td>14-16 on the display for 2-3 ml/min&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:243px;">Potassium gluconate (K-gluconate)</td>
			<td style="width:183px;">Sigma</td>
			<td style="width:136px;">G4500</td>
			<td>Final 135 mM</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:243px;">ProLong Gold antifade mounting medium</td>
			<td style="width:183px;">Thermofisher Scientific</td>
			<td style="width:136px;">P36390</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:243px;">Rompun 2% (xylazine)</td>
			<td style="width:183px;">Bayer</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:243px;">small scissors</td>
			<td style="width:183px;">FST</td>
			<td style="width:136px;">14060-09</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:243px;">Sodium chloride 0.9%&#160;</td>
			<td style="width:183px;">Virbac</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td>dilute 8.5 mL in 10 ml total</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Stereomicroscope VISISCOPE SZT</td>
			<td style="width:183px;">VWR</td>
			<td style="width:136px;">630-1584</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Stereotaxic frame with digital display</td>
			<td style="width:183px;">Kopf</td>
			<td style="width:136px;">Model 940</td>
			<td>Small animal stereotaxic instrument</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:243px;">Streptavidin-Cy3 conjugate</td>
			<td style="width:183px;">Life technologies&#160;</td>
			<td style="width:136px;">434315</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:243px;">Streptavidin-Cy5 conjugate</td>
			<td style="width:183px;">Thermofisher Scientific</td>
			<td style="width:136px;">S32357</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:243px;">Superglue3 Loctite</td>
			<td style="width:183px;">Dutscher</td>
			<td style="width:136px;">999227</td>
			<td>1g tube</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:243px;">Suture filament Ethilon II 4-0 polyamid</td>
			<td style="width:183px;">Ethicon</td>
			<td style="width:136px;">F3210</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:243px;">Syringe pump</td>
			<td style="width:183px;">kdScientific</td>
			<td>Legato 130 - 788130</td>
			<td>Use Infuse and Withdraw modes</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:243px;">Tissue slicer</td>
			<td style="width:183px;">Leica</td>
			<td style="width:136px;">VT1200S</td>
			<td>speed 0.07, amplitude 1.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:243px;">tubing</td>
			<td style="width:183px;">Gilson</td>
			<td style="width:136px;">F117942, F117946</td>
			<td>Yellow/Black, Purple/Black</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:243px;">upright microscope</td>
			<td style="width:183px;">Olympus</td>
			<td style="width:136px;">BX51W1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:243px;">Versi-dry bench absorbant paper</td>
			<td style="width:183px;">Nalgene</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

in vivo intracerebral stereotaxic injections for optogenetic stimulation of long-range inputs in mouse brain slices

Kennis van cel-type specifieke synaptische connectiviteit is een cruciale voorwaarde voor het begrijpen van de hersenen-brede neuronale circuits. Het functionele onderzoek van lange-afstands verbindingen vereist gerichte opnames van enkelvoudige neuronen gecombineerd met de specifieke stimulatie van geïdentificeerde verre ingangen. Dit is vaak moeilijk te bereiken met conventionele en elektrische stimulatie technieken, omdat axonen van het convergeren van upstream hersengebieden kunnen intermengen in de doelregio. De stereotaxic targeting van een specifiek hersengebied voor de virus gemedieerde expressie van lichtgevoelige ionenkanalen maakt selectieve stimulatie mogelijk van axonen afkomstig uit die regio met licht. Intracerebrale stereotaxic injecties kunnen worden gebruikt in goed afgebakende structuren, zoals de anterieure thalamische kernen, naast andere subcorticale of corticale gebieden in de hersenen.
Hier beschreven is een reeks technieken voor precieze stereotaxic injectie van virale vectoren die channelrhodopsin uitdrukken in de muis hersenen, gevolgd door foto stimulatie van Axon terminals in de voorbereiding van de hersen slice. Deze protocollen zijn eenvoudig en breed toepasbaar. In combinatie met whole-Cell Patch clamp opname van een postsynaptisch verbonden neuron, maakt foto stimulatie van axonen het mogelijk om functionele synaptische verbindingen, farmacologische karakterisering en evaluatie van hun kracht te detecteren. Bovendien kan biocytine vulling van het opgenomen neuron worden gebruikt voor post-hoc morfologische identificatie van het postsynaptische neuron.

De hier gepresenteerde procedure werd gebruikt om een blauw lichtgevoelige channelrhodopsin (Chronos) gesmolten naar GFP in de Antero-dorsal kern van de thalamus (ADN), door stereotaxic injectie van anterograde adeno-geassocieerde virus uit te drukken. De stereotaxic coördinaten werden bepaald volgens een muis hersen Atlas en getest door het injecteren van 200 nL van fluorescerende Tracer fluoro-ruby. Het dier werd geofferd 10 min na de injectie, en de hersenen werd geëxtraheerd en gefixeerd 's nachts. Coronale hersen ...

Watch this Scientific Journal Video about In Vivo Intracerebral Stereotaxic Injections for Optogenetic Stimulation of Long-Range Inputs in Mouse Brain Slices at JoVE.com

In Vivo Intracerebral Stereotaxic Injections for Optogenetic Stimulation of Long-Range Inputs in Mouse Brain Slices

Dit protocol beschrijft een reeks methoden voor het identificeren van de cel-type specifieke functionele connectiviteit van lange-bereik ingangen van verre hersengebieden met behulp van optogenetische stimulaties in ex vivo hersenen segmenten.

In vivo intracerebrale Stereotaxic injecties voor Optogenetische stimulatie van lange-afstand ingangen in muis hersenen segmenten

Knowledge of cell-type specific synaptic connectivity is a crucial prerequisite for understanding brain-wide neuronal circuits. The functional ...

Het doel van deze methode is het identificeren van de functionele connectiviteit van lange afstand ingangen uit verre hersengebieden met behulp van fototimulatie in de hersenen plakjes. De stereotaxic targeting van een specifiek hersengebied voor verschillende gemedieerde expressie van lichtgevoelige ionkanalen maakt de selectieve stimulatie van axonen afkomstig uit dat gebied met licht mogelijk. Het demonstreren van de procedure zal Louis Richevaux, een promovendus uit mijn fractie.Controleer vóór de operatie of het dier goed verdoofd is met een teensnuifje. Trek voorzichtig zijn tong om de ademhaling te vergemakkelijken. Scheer vervolgens het schedelhaar.Injecteer 20 microliters lidocaïnehydrochloride onder de huid van het hoofd op lokale anesthesie en wacht vijf minuten. Om de schedel bloot te leggen, maak een snee op de hoofdhuid. Plaats het dier vervolgens in een stereotaxic frame.Steek de oorbalken en laat ze op de botten iets rostral aan de oren en trek de huid naar beneden om een goede toegang tot de schedel te creëren. Draai de oorbalken aan en installeer het neusstuk. Onderhoud het lichaam van het dier horizontaal en op het niveau van de kop met behulp van een hoogte-aangepaste ondersteuning.Plaats een verwarmingskussen onder het dier om het op fysiologische temperatuur te houden. Maak vervolgens de schedel schoon door 0,9% natriumchloride aan te brengen met een wattenstaafje om zacht weefsel te verwijderen. Pas de schedel zo aan dat de bregma lambda-toegang wordt genivelleerd.Zoek vervolgens de injectieplaats op de schedel volgens de achterste en mediale coördinaten en plaats de injectienaald erboven. Markeer de schedel met een wegwerpnaald. Beweeg vervolgens de injectienaald met vier centimeter omhoog.Met behulp van een 0,5 millimeter braam, maak een een millimeter diameter craniotomie op het merk op de helft van de maximale snelheid. Watstaafje met een weefsel als er bloedingen optreden. Vervolgens leeg het water in de Hamilton spuit voor opslag door het volledig uitwerpen met een pomp.Alleen de naald is gevuld met water. Ontdooi de virale oplossing om op ijs te worden geïnjecteerd, verwijder deze vervolgens kort uit het ijs en verkrijg 700 nanoplegers van de oplossing met een micropipet. Vervolgens, deponeren een druppel op een stuk paraffine film.Plaats de paraffinefilm bovenop de craniotomie. Duik de naald in de druppel virale oplossing zonder de anteroposterior en laterale positie te veranderen. Gebruik daarna de uittrekfunctie van de pomp om de spuit te vullen met ongeveer 500 nanoliters van de virale oplossing op de paraffinefilm.Voer deze procedure uit onder de stereoscoop, bekijk de druppel verdwijnen en zorg ervoor dat er geen lucht wordt aangezogen. Zorg ervoor dat de spuit correct is gevuld. Test het uitwerpsysteem door de zuiger naar beneden te rijden om een kleine druppel vloeistof te testen.Steek vervolgens de naald in de hersenen op de gekozen diepte. Druk op de run-knop voor injectie. Trek vervolgens de naald langzaam gedurende drie tot vijf minuten.Was de naald onmiddellijk in schoon gedestilleerd water door het meerdere keren te legen om verstopping te voorkomen. Verwijder het dier daarna uit het stereotaxicframe. Hecht de huid en maak drie of vier hechtingen gebonden met 2-1-1 standaard chirurgische knopen.Om de hersenen te extraheren, maak een snee op de huid van de nek tot de neus, dan sectie van de laatste wervels uit de schedel met een schaar. Trek de huid in en snijd de schedel langs de middellijn van caudal naar rostral richting. Verwijder voorzichtig het pariëtale bot en het staartstuk van het frontale bot.Haal de hersenen met een kleine afgeronde spatel door het invoegen tussen de hersenen en de schedelvloer, sectie van de olfactorische bol, oogzenuw, en andere craniale zenuwen en cerebellum. Dompelen de hersenen voorzichtig onder in ijskoude snijoplossing. Breng vervolgens de hersenen over op een filterpapier en droog het corticale oppervlak voorzichtig.Lijm de hersenschors aan de monsterhouder van een vibratome met de staartzijde naar het blad om horizontale hersenschijfjes te snijden. Vul vervolgens de snijkamer met ijskoude zuurstofhoudende snijoplossing, zodat de hersenen volledig worden samengevoegd. Sectie 300 micrometer dikke plakjes met de vibratome met een snelheid van 07 millimeter per seconde bij een millimeter amplitude.In dit stadium is het raadzaam om de Chronos-GFP-expressie in de thalamus kort te controleren met behulp van een fluorescerende zaklamp en bijbehorende filterbril. Om hele-cel patch-clamp opname uit te voeren, breng voorzichtig een hersenschijf met het hippocampal complex over naar de opnamekamer. Continu doorsnuf de opnamekamer met 34 graden Celsius ACSF borrelde met carbogen op twee tot drie milliliter per minuut.Onderzoek chronos-GFP expressie kort in axon terminals in de regio van belang met blauwe LED-verlichting bij 4X vergroting. Verander in een 63X onderdompelingsdoelstelling en pas de focus aan. Controleer op axonen die Chronos-GFP uitdrukken en kies een piramidale neuron voor patchopname.Vul vervolgens een pipet met kaliumgluconaat gebaseerde interne oplossing. Monteer het in de pipethouder op het hoofdpodium. Patch de cel in spanningsklem configuratie.Nader het geïdentificeerde neuron en druk de pipetpunt subtiel op de soma. De positieve druk moet een kuiltje op het membraanoppervlak produceren. Laat vervolgens de druk los om een gigoOm-afdichting te maken.Eenmaal verzegeld, stel de holding spanning op min 65 millivolt. Breek het membraan met een scherpe puls van negatieve druk. Noteer de reacties van het neuron op het hyperpolariseren en depolariseren van de huidige stappen in de hele cel stroomklemmodus.Record in de huidige of spanning klem postsynaptische reacties op 475 nanometer LED hele-veld stimulatie van afferent vezels uitdrukken Chronos. Stimuleer met treinen van tien stimulaties van twee milliseconden duur op 20 hertz. De activiteit van presuble neuronen in laag drie in reactie op het hyperpolariseren en depolariseren van de huidige stappen werd geregistreerd in de hele cel patch-klem configuratie.Stimulerend ADN axon terminals uitdrukken Chronos-GFP ontlokte excitatory post-synaptische potentialen in presubiculaire laag drie hoofdcellen in de huidige klemmodus. Afhankelijk van de lichtintensiteit kunnen de EPSP's de potentiële drempel voor actie bereiken. Post-synaptische reacties werden ook waargenomen in de spanningsklemmodus, omdat excitatory post-synaptische stromen werden opgewekt.Hier is een laag drie piramidale neuron omgeven door thalamische axonen uitdrukken Chronos-GFP in presubiculaire oppervlakkige lagen met DAPI kleuring afgebeeld met een epifluorescentie microscoop. En dit beeld werd genomen bij een hogere vergroting met een confocale microscoop. Zorgvuldige nivellering van de bregma langs de as bij het uitvoeren van proefexperimenten met een fluorescerende tracer zijn cruciaal om de precisie van de stereotaxic-injectie te verbeteren.Deze procedure kan ook worden gebruikt om convergerende projecties uit verschillende gebieden te onderzoeken door te injecteren op twee generatieve scène gevoelig voor twee verschillende golflengten. De ontwikkeling van deze techniek heeft nauwkeurige anatomische en functionele kringanalyse tussen verre hersenengebieden op een celtype specifieke manier mogelijk gemaakt.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Selective Viral Transduction of Adult-born Olfactory Neurons for Chronic in vivo Optogenetic Stimulation

Selective Viral Transduction of Adult-born Olfactory Neurons for Chronic in vivo Optogenetic Stimulation

Selectieve Viral Transductie van Adult geboren Olfactorische Neuronen voor chronische In vivo Optogenetic Stimulatie

Local interneurons are continuously regenerated in the olfactory bulb of adult rodents1-3. In this process, called adult neurogenesis, neural stem cells ...

Functional Neuroimaging Using Ultrasonic Blood-brain Barrier Disruption and Manganese-enhanced MRI

Functionele neuroimaging Met behulp van ultrasone bloed-hersen barrière verstoring en mangaan-enhanced MRI

Although mice are the dominant model system for studying the genetic and molecular underpinnings of neuroscience, functional neuroimaging in mice remains ...

Fiber-optic Implantation for Chronic Optogenetic Stimulation of Brain Tissue

Glasvezel-implantatie voor chronische Optogenetic Stimulatie van hersenweefsel

Elucidating patterns of neuronal connectivity has been a challenge for both clinical and basic neuroscience. Electrophysiology has been the gold standard ...

In vivo Postnatal Electroporation and Time-lapse Imaging of Neuroblast Migration in Mouse Acute Brain Slices

In vivo Postnatal Electroporation and Time-lapse Imaging of Neuroblast Migration in Mouse Acute Brain Slices

In vivo Postnatale Elektroporatie en time-lapse imaging van neuroblast Migratie in Muis Acute Brain Slices

The subventricular zone (SVZ) is one of the main neurogenic niches in the postnatal brain. Here, neural progenitors proliferate and give rise to ...

In vivo Optogenetic Stimulation of the Rodent Central Nervous System

In vivo Optogenetic Stimulation of the Rodent Central Nervous System

In vivo optogenetische Stimulatie van de knaagdieren centrale zenuwstelsel

The ability to probe defined neural circuits in awake, freely-moving animals with cell-type specificity, spatial precision, and high temporal resolution ...

Optogenetic Stimulation of the Auditory Nerve

Optogenetische stimulatie van de gehoorzenuw

Direct electrical stimulation of spiral ganglion neurons (SGNs) by cochlear implants (CIs) enables open speech comprehension in the majority of implanted ...

Ex Vivo Optogenetic Dissection of Fear Circuits in Brain Slices

Ex Vivo Optogenetic Dissection of Fear Circuits in Brain Slices

Ex Vivo optogenetische Dissection of Fear Circuits in Brain Slices

Optogenetic approaches are now widely used to study the function of neural populations and circuits by combining targeted expression of light-activated ...

Stereotaxic Surgery for Genetic Manipulation in Striatal Cells of Neonatal Mouse Brains

Stereotaxic chirurgie voor genetische manipulatie van striatale cellen van neonatale muis hersenen

Many genes are expressed in embryonic brains, and some of them are continuously expressed in the brain after birth. For such persistently expressed genes, ...

Assessment of Long-term Depression Induction in Adult Cerebellar Slices

Beoordeling van langdurige depressie inductie in volwassen cerebellaire schijfjes

Synaptic plasticity provides a mechanism for learning and memory. For cerebellar motor learning, long-term depression (LTD) of synaptic transmissions from ...

Ballistic Labeling of Pyramidal Neurons in Brain Slices and in Primary Cell Culture

Ballistische etikettering van piramidale neuronen in hersenschijfjes en in de primaire celcultuur

It has been reported that the size and shape of dendritic spines is related to their structural plasticity. To identify the morphological structure of ...