Name: adaptable angled stereotactic approach for versatile neuroscience techniques
Uploaded: 2020-05-07T13:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Adaptable Angled Stereotactic Approach for Versatile Neuroscience Techniques at JoVE.com

وقد دعم هذا العمل المعهد الوطني للسكري وأمراض الجهاز الهضمي والكلى (NIDDK) منح F31-DK-113673 (C.L.F.) و T32-GM-095421 (C.L.F.) وDK-089056 (G.J.M #1-19-IBS-192 إلى G.J.M)ومركز أبحاث السمنة الغذائية الممول من NIDDK (DK-035816) ومركز أبحاث السكري (DK-017047) ومرض السكري، منحة التدريب على السمنة والتمثيل الغذائي T32 DK0007247 (T.H.M) في جامعة واشنطن.

تمت الموافقة على جميع الإجراءات وفقا للمعاهد الوطنية للصحة، ودليل رعاية واستخدام الحيوانات، ووافقت عليها كل من اللجنة المؤسسية لرعاية الحيوانات واستخدامها (IACUC) والصحة والسلامة البيئية في جامعة واشنطن.
1. حساب الإحداثيات الزاوية
<ol><li>باستخدام أطلس الدماغ التاجي، ضع علامة...

<ol>
	<li>King, B. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+rise,+fall,+and+resurrection+of+the+ventromedial+hypothalamus+in+the+regulation+of+feeding+behavior+and+body+weight.">The rise, fall, and resurrection of the ventromedial hypothalamus in the regulation of feeding behavior and body weight.</a> Physiology and Behavior. 87, 221-244 (2006).</li><li>Boyden, E. S., Zhang, F., Bamberg, E., Nagel, G., Deisseroth, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Millisecond-timescale,+genetically+targeted+optical+control+of+neural+activity.">Millisecond-timescale, genetically targeted optical control of neural activity.</a> Nature Neuroscience. 8, 1263-1268 (2005).</li><li>Roth, B. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=DREADDs+for+Neuroscientists.">DREADDs for Neuroscientists.</a> Neuron. 89, 683-694 (2016).</li><li>Richevaux, L., Schenberg, L., Beraneck, M., 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=In+Vivo+Intracerebral+Stereotaxic+Injections+for+Optogenetic+Stimulation+of+Long-Range+Inputs+in+Mouse+Brain+Slices.">In Vivo Intracerebral Stereotaxic Injections for Optogenetic Stimulation of Long-Range Inputs in Mouse Brain Slices.</a> Journal of Visualized Experiments. , e59534 (2019).</li><li>Fricano-Kugler, C. J., Williams, M. R., Luikart, B., Salinaro, J. R., Li, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Designing,+packaging,+and+delivery+of+high+titer+crispr+retro+and+lentiviruses+via+stereotaxic+injection.">Designing, packaging, and delivery of high titer crispr retro and lentiviruses via stereotaxic injection.</a> Journal of Visualized Experiments. , e53783 (2016).</li><li>McSweeney, C., Mao, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Applying+Stereotactic+Injection+Technique+to+Study+Genetic+Effects+on+Animal+Behaviors.">Applying Stereotactic Injection Technique to Study Genetic Effects on Animal Behaviors.</a> Journal of Visualized Experiments. (99), e52653 (2015).</li><li>Lowell, B. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=New+Neuroscience+of+Homeostasis+and+Drives+for+Food,+Water,+and+Salt.">New Neuroscience of Homeostasis and Drives for Food, Water, and Salt.</a> New England Journal of Medicine. 380, 459-471 (2019).</li><li>Sidor, M. 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=In+vivo+optogenetic+stimulation+of+the+rodent+central+nervous+system.">In vivo optogenetic stimulation of the rodent central nervous system.</a> Journal of Visualized Experiments. , e51483 (2015).</li><li>Faber, C. L., 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=Distinct+Neuronal+Projections+from+the+Hypothalamic+Ventromedial+Nucleus+Mediate+Glycemic+and+Behavioral+Effects.">Distinct Neuronal Projections from the Hypothalamic Ventromedial Nucleus Mediate Glycemic and Behavioral Effects.</a> Diabetes. 67, 2518-2529 (2018).</li><li>Berndt, 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=Structural+foundations+of+optogenetics:+Determinants+of+channelrhodopsin+ion+selectivity.">Structural foundations of optogenetics: Determinants of channelrhodopsin ion selectivity.</a> Proceedings of the National Academy of Scences. 113, 822-829 (2016).</li><li>Faber, C. L., Matsen, M. E., Meek, T. H., Krull, J. E., Morton, G. 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+customizable+procedure+for+angled+stereotaxic+implantation+and+microinjection+in+the+rodent+brain.">A customizable procedure for angled stereotaxic implantation and microinjection in the rodent brain.</a> Kopf Carrier. 96, (2019).</li><li>Correia, P., Matias, S., Mainen, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stereotaxic+Adeno-associated+Virus+Injection+and+Cannula+Implantation+in+the+Dorsal+Raphe+Nucleus+of+Mice.">Stereotaxic Adeno-associated Virus Injection and Cannula Implantation in the Dorsal Raphe Nucleus of Mice.</a> Bio-Protocol. 7, 2549 (2017).</li><li>Cardozo Pinto, D. F., Lammel, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hot+topic+in+optogenetics:+new+implications+of+in+vivo+tissue+heating.">Hot topic in optogenetics: new implications of in vivo tissue heating.</a> Nature Neuroscience. 22, 1039-1041 (2019).</li></ol>

وقد دعمت التطورات الأخيرة في علم الأعصاب البصيرة المتقدمة والفهم في نشاط ووظيفة الدوائر العصبية في الدماغ. ويشمل ذلك تطبيق التكنولوجيات البصرية والكيموجينية لتنشيط أو إسكات مجموعات الخلايا العصبية المنفصلة ومواقع الإسقاط الخاصة بها في الجسم الحي. وفي الآونة الأخيرة، شمل ذلك تطوير مؤشر?...

السيطرة العصبية للسلوك والتغذية والتمثيل الغذائي ينطوي على تنسيق معقدة للغاية، والتكاملية، ودوائر عصبية زائدة عن الحاجة. هدف القيادة في مجال علم الأعصاب هو تشريح العلاقة بين بنية الدائرة العصبية والوظيفة. على الرغم من أن أدوات علم الأعصاب الكلاسيكية (أي الآفات والحقن الدوائية المحلية والتحفيز الكهربائي) قد كشفت عن معرفة حيوية فيما يتعلق بدور مناطق الدماغ المحددة التي تتحكم في السلوك والتمثيل الغذائي ، إلا أن هذه الأدوات محدودة بسبب افتقارها إلى التحديد وقابلية التراجع1.
وقد حسنت التطورات الأخيرة في مجال علم الأعصاب إلى حد كبير القدرة على استجواب والتلاعب وظيفة الدائرة بطريقة محددة من نوع الخلية مع قرار كبير ملعقة الصدغية. على سبيل المثال، تسمح النهج2 و3 الكيميائية الجينية بالتلاعب السريع والناقض للنشاط في أنواع الخلايا المحددة وراثيا للحيوانات المتحركة بحرية. Optogenetics ينطوي على استخدام القنوات الأيونية الحساسة للضوء، و يطلق عليها channelrhodopsins، للسيطرة على نشاط الخلايا العصبية. مفتاح هذه التقنية هو تسليم الجينات من channelrhodopsin ومصدر للضوء لتنشيط الأوبسين. استراتيجية مشتركة لتسليم الجينات من خلال مزيج من 1) الفئران المعدلة وراثيا التعبير عن Cre-recombinase في الخلايا العصبية المنفصلة، و 2) ناقلات الفيروسية المعتمدة على الكر ترميز channelrhodopsin.
في حين أن optogenetics يوفر وسيلة أنيقة ودقيقة للغاية للسيطرة على نشاط الخلايا العصبية ، فإن هذه الطريقة تعتمد على التجميل المجسم الناجح للناقل الفيروسي ووضع الألياف البصرية في منطقة محددة في الدماغ. على الرغم من أن الإجراءات المجسمة شائعة داخل مختبر علم الأعصاب الحديث (وهناك العديد من البروتوكولات الممتازة التي تصف هذا الإجراء)4،5،6، أن تكون قادرة على استهداف مناطق الدماغ المنفصلة باستمرار وعلى نحو مستنسخ على طول الخط الوسطي (أي تحت المهاد المتوسط ، وهي منطقة دماغ حاسمة لتنظيم الوظائف المنزلية7)يمثل تحديات إضافية. وتشمل هذه التحديات تجنب الجيوب الأنفية القوس متفوقة, البطين الثالث, والنوى تحت المهاد المجاورة. وبالإضافة إلى ذلك، هناك قيود مكانية كبيرة لزرع ثنائي للأجهزة المطلوبة لدراسات تثبيط. مع وضع هذه التحديات في الاعتبار ، يقدم هذا البروتوكول هنا إجراء قابلا للتعديل لاستهداف مناطق الدماغ المنفصلة من خلال نهج مجسم بزاوية.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Fiberoptic Cannulae</td>
			<td>Doric Lenses</td>
			<td>MFC_200/230-0.57_###_MF1.25_FLT</td>
			<td>Customizable</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Kopf Model 1900 Stereotaxic Alignment System</td>
			<td>Kopf</td>
			<td>Model 1900</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Kopf Model 1900-51 Center Height Gauge</td>
			<td>Kopf</td>
			<td>Model 1900-51</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Kopf Model 1905 Alignment Indicator</td>
			<td>Kopf</td>
			<td>Model 1905</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Kopf Model 1911 Stereotaxic Drill</td>
			<td>Kopf</td>
			<td>Model 1911</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Kopf Model 1915 Centering Scope</td>
			<td>Kopf</td>
			<td>Model 1915</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Kopf Model 1922 60-Degree Non-Rupture Ear Bars</td>
			<td>Kopf</td>
			<td>Model 1922</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Kopf Model 1923-B Mouse Gas Anesthesia Head Holder</td>
			<td>Kopf</td>
			<td>Model 1923-B</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Kopf Model 1940 Micro Manipulator</td>
			<td>Kopf</td>
			<td>Model 1940</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micro4 Microinjection System</td>
			<td>World Precision Instruments</td>
			<td>--</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mouse bone screws</td>
			<td>Plastics One</td>
			<td>00-96 X 1/16</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stereotaxic Cannula Holder, 1.25mm ferrule</td>
			<td>Thor Labs</td>
			<td>XCL</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Surgical Drill</td>
			<td>Cell Point Scientific</td>
			<td>Ideal Micro Drill</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

adaptable angled stereotactic approach for versatile neuroscience techniques

الجراحة المجسمة هي أداة أساسية في مختبر علم الأعصاب الحديث. ومع ذلك، فإن القدرة على استهداف مناطق الدماغ التي يصعب الوصول إليها بدقة ودقة لا تزال تمثل تحديا، لا سيما عند استهداف هياكل الدماغ على طول الخط الوسطي. وتشمل هذه التحديات تجنب الجيوب الأنفية القوس متفوقة والبطين الثالث والقدرة على استهداف باستمرار نوى الدماغ انتقائية ومنفصلة. بالإضافة إلى ذلك، تعتمد تقنيات علم الأعصاب الأكثر تقدما (مثل علم الوراثة البصرية، وقياس الألياف الضوئية، والتصوير بالفوتونين) على الزرع المستهدف للأجهزة الهامة في الدماغ، والقيود المكانية هي عائق شائع. يقدم هنا بروتوكول قابل للتعديل للاستهداف المجسم لهياكل دماغ القوارض باستخدام نهج إكليلي بزاوية. ويمكن تكييفها إلى 1) نماذج الماوس أو الفئران، 2) تقنيات علم الأعصاب المختلفة، و 3) مناطق الدماغ متعددة. وكمثال تمثيلي، يتضمن حساب الإحداثيات المجسمة لاستهداف نواة التندرومية تحت المهاد للفأرة (VMN) لتجربة تثبيط البصرية. يبدأ هذا الإجراء بالاقتصاص الدقيق الثنائي لفيروس مرتبط بال أدينو (AAV) ترميز قناة كلوريد حساسة للضوء (SwiChR ++) إلى نموذج الماوس المعتمد على Cre ، يليه زرع ثنائي الزاوية لقنية الألياف البصرية. باستخدام هذا النهج، تظهر النتائج أن تنشيط مجموعة فرعية من الخلايا العصبية VMN مطلوب للاستجابات المضادة للتنظيم الجلوكوز سليمة لنقص السكر في الدم الناجم عن الأنسولين.

يصف هذا البروتوكول إجراء جراحي لإجراء دراسات علم الوراثة البصرية لاستجواب دور الخلايا العصبية VMN تحت المهاد في التحكم في نسبة السكر في الدم9. وكان أول استخدام نهج مجسم قياسي (غير ذو زاوية) للتشخيص الدقيق الثنائي لفيروس القناة المثبطة لفيروس VMN. وفي حين أن اتباع نهج ذو زوايا سيك?...

Watch this Scientific Journal Video about Adaptable Angled Stereotactic Approach for Versatile Neuroscience Techniques at JoVE.com

Adaptable Angled Stereotactic Approach for Versatile Neuroscience Techniques

الموصوف هنا هو إجراء مجسمة التي يمكن أن تستهدف مناطق الدماغ الصعبة ويصعب الوصول إليها (بسبب القيود المكانية) باستخدام نهج تاجي الزاوية. هذا البروتوكول قابل للتكيف مع كل من نماذج الماوس والجرذان ويمكن تطبيقه على التطبيقات العصبية العلمية المتنوعة ، بما في ذلك زرع القنية والحواس الدقيقة للبنى الفيروسية.

نهج مجسم زاوية قابلة للتكيف لتقنيات علم الأعصاب تنوعا

Stereotactic surgery is an essential tool in the modern neuroscience lab. However, the ability to precisely and accurately target difficult-to-reach brain ...

This protocol is significant as it is an adaptable, stereotactic procedure that can be utilized in both mice and rats, and can be applied to many new neuroscientific techniques. The main advantage of this adaptable stereotactic procedure is it's ability to be used to target challenging and difficult-to-reach regions of the brain. Demonstrating the procedure will be Chelsea Faber, a young, talented post-doctoral research fellow in the laboratory.After confirming that the frame and micromanipulator have been calibrated, place the center height gauge into the socket of the head holder baseplate. Secure the centering scope in the tool holder and sight down the scope. Adjust the position of the micromanipulator until the crosshairs are aligned and focused on the gauge crosshairs, and place the ear bars into the holders such that the indicator lines on both sides are at zero.Use the medial-lateral and anterior-posterior knobs on the head holder to centerline the ear bars in the X and Y planes above the crosshair of the center height gauge. To align the ear bar position in the Z-axis, remove the ear bars from the holder and remove the center height gauge. Then, replace the ear bars and re-center the bars at zero.Then, sight down the scope again, and use the vertical shift and coronal tilt knobs respectively to lower and rotate the ear bars until the scope crosshairs remain centered between the ear bars throughout coronal rotation. To align the central axis of rotation for angled coordinates, secure the centering scope in the tool holder and position the micromanipulator to the calculated coordinate. Note that the right/left coordinate for the angled implantation corresponds to the length of side A.Sighting down the scope, mark this coordinate to represent the point at which the cannula will enter the brain, once the head is rotated.Reposition the micromanipulator over the midline, and use the coronal tilt knob to rotate the head to the calculated angle. If the scope crosshairs do not line up with the reference mark, use the vertical shift knob to adjust the head position in the Z-axis until the crosshairs line up as close as possible to the mark. At this point, the arbitrary point of rotation should be aligned with the center of rotation of the stereotax.Rotate the head back to the zero degree coronal position before proceeding to subsequent drilling and microinjection steps. After performing the microinjection, return the head to the zero degree level position, and use a hand drill to place two holes, anteriorly, and two holes, posteriorly, far enough from the angled coordinate burr holes to accommodate the ferrule portion of the fiberoptic that sits above the skull. When all of the holes have been drilled, use a small flathead screwdriver to insert the bone screws as gently as possible, such that they sit firmly in the skull without penetrating the brain.Clamp a fiberoptic cannula into the cannula holder, and place the cannula holder in the tool holder. Rotate the head to the calculated angle, noting that the coordinates of the micromanipulator do not apply to the new tool. Use the center of the angled burr holes as the implantation target.Lower the fiber optic until it just touches the dura within the center of the burr hole, and zero the micromanipulator in the Z-axis. Slowly lower the fiberoptic to the dorsal ventral angled coordinate, then use cyanoacrylate gel to connect the fiber optic ferrule to the ipsilateral anchor screws. Use a micropipette tip to apply an accelerant.Once the gel has completely hardened, gently loosen and raise the cannula holder until it is clear of the ferrule. Implant the second fiberoptic to the contralateral angled coordinate, then level the head. For extra security, use the cyanoacrylate gel and accelerant to make an additional connection between the two angled fiberoptic cannulas, and apply a small, relatively thin amount of dental cement to the surface of the skull, taking care to thoroughly cover the anchor screws and the base of the fiberoptic cannulas.To interrogate the role of hypothalamus ventromedial nucleus neurons in glycemic control, in this representative analysis, a standard, non-angled, stereotactic approach was utilized for the bilateral microinjection of an inhibitory channel rhodopsin virus to the ventromedial nucleus. Given the proximity of the ventromedial nucleus to the midline, space constraints did not permit a non-angled implantation of bilateral fiberoptics, necessitating the development of a surgical strategy for precisely implanting fiberoptics at an angle. The most important things to remember are to simply be patient and to take your time, as being consistent and accurate with your coordinate assignments is critical to success.This procedure can be adapted and applied to any neuroscientific method requiring microinjection or implantation into the rodent brain, including chemogenetics, optogenetics, and fiber photometry approaches.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

A Novel Approach for Documenting Phosphenes Induced by Transcranial Magnetic Stimulation

منهجا جديدا لتوثيق Phosphenes المستحثة بواسطة التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة

Stimulation of the human visual cortex produces a transient perception of light, known as a phosphene. Phosphenes are induced by invasive electrical ...

High Density Event-related Potential  Data Acquisition in Cognitive Neuroscience

الحدث عالية الكثافة ذات الصلة الحصول على البيانات المحتملة في علم الأعصاب الإدراكي

Functional magnetic resonance imaging (fMRI) is currently the standard method of evaluating brain function in the field of Cognitive Neuroscience, in part ...

Rodent Stereotaxic Surgery and Animal Welfare Outcome Improvements for Behavioral Neuroscience

جراحة القوارض التجسيمي والتحسينات نتائج الخيرية لرعاية الحيوان العلوم العصبية السلوكية

Stereotaxic surgery for the implantation of cannulae into specific brain regions has for many decades been a very successful experimental technique to ...

A Fully Automated and Highly Versatile System for Testing Multi-cognitive Functions and Recording Neuronal Activities in Rodents

نظام آلي بالكامل وذات استخدامات متعددة لاختبار متعدد الوظائف المعرفية وتسجيل أنشطة الخلايا العصبية في القوارض

We have developed a fully automated system for operant behavior testing and neuronal activity recording by which multiple cognitive brain functions can be ...

Investigating the Function of Deep Cortical and Subcortical Structures Using Stereotactic Electroencephalography: Lessons from the Anterior Cingulate Cortex

التحقيق في وظيفة من أعماق القشرية وتحت القشرية الهياكل عن طريق اللمسي كهربية: دروس من اللحاء الأمامي الحزامية

Stereotactic Electroencephalography (SEEG) is a technique used to localize seizure foci in patients with medically intractable epilepsy. This procedure ...

Limbal Approach-Subretinal Injection of Viral Vectors for Gene Therapy in Mice Retinal Pigment Epithelium

الحوفي-النهج تحت الشبكية حقن الفيروسية المتجهات للعلاج الجيني في الفئران الشبكية الظهارة الصبغية

The eye is a small and enclosed organ which makes it an ideal target for gene therapy. Recently various strategies have been applied to gene therapy in ...

A Simple Alternative to Stereotactic Injection for Brain Specific Knockdown of miRNA

بديل بسيط لحقن المجسم لالدماغ ضربة قاضية محددة من ميرنا

MicroRNAs (miRNAs) are key regulators of gene expression.  In the brain, vital processes like neurodevelopment and neuronal functions depend on the ...

Endoscopic Endonasal Trans-sphenoidal Approach: Minimally Invasive Surgery for Pituitary Adenomas

النهج بالمنظار اندوناسال ترانس-سفينويدال: الجراحات لاورام الغدد النخامية

Endoscopic endonasal trans-sphenoidal surgery has become the gold standard for the surgical treatment of pituitary adenomas and many other pituitary ...

Stereotactic Atlas-Guided Laser Capture Microdissection of Brain Regions Affected by Traumatic Injury

ميكروديسيكشن التقاط المناظير باستخدام الأشعة الليزر الموجهة بأطلس الدماغ المناطق المتأثرة بالإصابات الرضية

The ability to isolate specific brain regions of interest can be impeded in tissue disassociation techniques that do not preserve their spatial ...

A Simple Approach to Induce Experimental Autoimmune Neuritis in C57BL/6 Mice for Functional and Neuropathological Assessments

نهج بسيط للحث على العصب الذاتية التجريبية في الفئران C57BL/6 للتقييمات الفنية ولاثيل

Experimental autoimmune neuritis (EAN) is a well-appreciated experimental model of autoimmune peripheral demyelinating diseases. EAN disease is induced by ...