Name: optogenetic activation of afferent pathways in brain slices and modulation of responses by volatile anesthetics
Uploaded: 2020-07-23T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Optogenetic Activation of Afferent Pathways in Brain Slices and Modulation of Responses by Volatile Anesthetics at JoVE.com

Les auteurs remercient Bryan Krause pour son soutien technique et ses conseils sur ce projet.
Ce travail a été soutenu par l’International Anesthesia Research Society (IMRA à AR), les National Institutes of Health (R01 GM109086 à MIB) et le Département d’anesthésiologie, École de médecine et de santé publique, Université du Wisconsin, Madison, WI, États-Unis.

Toutes les procédures impliquant des animaux décrites dans ce protocole ont été approuvées par l’École de médecine de l’Université du Wisconsin-Madison et le Comité de soin et d’utilisation des animaux de santé publique.
1. Des souris reproductrices pour exprimer une protéine rapporteur fluorescente dans des sous-populations interneuronales
<ol><li>Associez une souris mâle tdTomato homozyoge dépendante de Cre à une souris femelle SOM-Cre homozygote ou à une souris femell...

<ol>
	<li>Baumgart, J. P., 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=Isoflurane+inhibits+synaptic+vesicle+exocytosis+through+reduced+Ca2++influx,+not+Ca2+-exocytosis+coupling.">Isoflurane inhibits synaptic vesicle exocytosis through reduced Ca2+ influx, not Ca2+-exocytosis coupling.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences U.S.A. 112 (38), 11959-11964 (2015).</li><li>Herring, B. E., Xie, Z., Marks, J., Fox, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Isoflurane+inhibits+the+neurotransmitter+release+machinery.">Isoflurane inhibits the neurotransmitter release machinery.</a> Journal of Neurophysiology. 102 (2), 1265-1273 (2009).</li><li>Xie, Z., 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=Interaction+of+anesthetics+with+neurotransmitter+release+machinery+proteins.">Interaction of anesthetics with neurotransmitter release machinery proteins.</a> Journal of Neurophysiology. 109 (3), 758-767 (2013).</li><li>Crick, F., Koch, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+framework+for+consciousness.">A framework for consciousness.</a> Nature Neurosciences. 6 (2), 119-126 (2003).</li><li>Koch, C., Massimini, M., Boly, M., Tononi, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neural+correlates+of+consciousness:+progress+and+problems.">Neural correlates of consciousness: progress and problems.</a> Nature Reviews Neurosciences. 17 (5), 307-321 (2016).</li><li>Dehaene, S., Changeux, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+and+theoretical+approaches+to+conscious+processing.">Experimental and theoretical approaches to conscious processing.</a> Neuron. 70 (2), 200-227 (2011).</li><li>Friston, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+theory+of+cortical+responses.">A theory of cortical responses.</a> Philosophical Transactions of the Royal Society of London B Biological Sciences. 360 (1456), 815-836 (2005).</li><li>Mashour, G. A., Hudetz, A. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bottom-Up+and+Top-Down+Mechanisms+of+General+Anesthetics+Modulate+Different+Dimensions+of+Consciousness.">Bottom-Up and Top-Down Mechanisms of General Anesthetics Modulate Different Dimensions of Consciousness.</a> Frontiers in Neural Circuits. 11, 44 (2017).</li><li>Voss, L. J., Garcia, P. S., Hentschke, H., Banks, M. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Understanding+the+Effects+of+General+Anesthetics+on+Cortical+Network+Activity+Using+Ex+Vivo+Preparations.">Understanding the Effects of General Anesthetics on Cortical Network Activity Using Ex Vivo Preparations.</a> Anesthesiology. 130 (6), 1049-1063 (2019).</li><li>Redinbaugh, M. 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=Thalamus+Modulates+Consciousness+Via+Layer-Specific+Control+of+Cortex.">Thalamus Modulates Consciousness Via Layer-Specific Control of Cortex.</a> Neuron. 105 (4), 0896 (2020).</li><li>Carhart-Harris, R. L., Friston, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=REBUS+and+the+Anarchic+Brain:+Toward+a+Unified+Model+of+the+Brain+Action+of+Psychedelics.">REBUS and the Anarchic Brain: Toward a Unified Model of the Brain Action of Psychedelics.</a> Pharmacological Reviews. 71 (3), 316-344 (2019).</li><li>Mak-McCully, R. 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=Coordination+of+cortical+and+thalamic+activity+during+non-REM+sleep+in+humans.">Coordination of cortical and thalamic activity during non-REM sleep in humans.</a> Nature communications. 8 (1), 15499 (2017).</li><li>Alkire, M. T., Hudetz, A. G., Tononi, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Consciousness+and+anesthesia.">Consciousness and anesthesia.</a> Science. 322 (5903), 876-880 (2008).</li><li>Sanders, R. D., Maze, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Noradrenergic+trespass+in+anesthetic+and+sedative+states.">Noradrenergic trespass in anesthetic and sedative states.</a> Anesthesiology. 117 (5), 945-947 (2012).</li><li>Hemmings, H. 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=Towards+a+Comprehensive+Understanding+of+Anesthetic+Mechanisms+of+Action:+A+Decade+of+Discovery.">Towards a Comprehensive Understanding of Anesthetic Mechanisms of Action: A Decade of Discovery.</a> Trends in Pharmacological Sciences. 40 (7), 464-481 (2019).</li><li>Nourski, K. V., 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=Auditory+Predictive+Coding+across+Awareness+States+under+Anesthesia:+An+Intracranial+Electrophysiology+Study.">Auditory Predictive Coding across Awareness States under Anesthesia: An Intracranial Electrophysiology Study.</a> Journal of Neurosciences. 38 (39), 8441-8452 (2018).</li><li>Liu, X., 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=Propofol+disrupts+functional+interactions+between+sensory+and+high-order+processing+of+auditory+verbal+memory.">Propofol disrupts functional interactions between sensory and high-order processing of auditory verbal memory.</a> Human Brain Mapping. 33 (10), 2487-2498 (2012).</li><li>Hentschke, H., Raz, A., Krause, B. M., Murphy, C. A., Banks, M. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Disruption+of+cortical+network+activity+by+the+general+anesthetic+isoflurane.">Disruption of cortical network activity by the general anesthetic isoflurane.</a> British Journal of Anaesthesiology. 119 (4), 685-696 (2017).</li><li>Lee, U., 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=Disruption+of+frontal-parietal+communication+by+ketamine,+propofol,+and+sevoflurane.">Disruption of frontal-parietal communication by ketamine, propofol, and sevoflurane.</a> Anesthesiology. 118 (6), 1264-1275 (2013).</li><li>Ferrarelli, 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=Breakdown+in+cortical+effective+connectivity+during+midazolam-induced+loss+of+consciousness.">Breakdown in cortical effective connectivity during midazolam-induced loss of consciousness.</a> Proceedings of the National Academy of Science U.S.A. 107 (6), 2681-2686 (2010).</li><li>Ku, S. W., Lee, U., Noh, G. J., Jun, I. G., Mashour, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preferential+inhibition+of+frontal-to-parietal+feedback+connectivity+is+a+neurophysiologic+correlate+of+general+anesthesia+in+surgical+patients.">Preferential inhibition of frontal-to-parietal feedback connectivity is a neurophysiologic correlate of general anesthesia in surgical patients.</a> PLoS.One. 6 (10), 25155 (2011).</li><li>Lee, 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=Network+Properties+in+Transitions+of+Consciousness+during+Propofol-induced+Sedation.">Network Properties in Transitions of Consciousness during Propofol-induced Sedation.</a> Scientific Reports. 7 (1), 16791 (2017).</li><li>Murphy, 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=Propofol+anesthesia+and+sleep:+a+high-density+EEG+study.">Propofol anesthesia and sleep: a high-density EEG study.</a> Sleep. 34 (3), 283-291 (2011).</li><li>Murphy, C., Krause, B., Banks, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Selective+effects+of+isoflurane+on+cortico-cortical+feedback+afferent+responses+in+murine+non-primary+neocortex.">Selective effects of isoflurane on cortico-cortical feedback afferent responses in murine non-primary neocortex.</a> British Journal of Anaesthesiology. 123 (4), 488-496 (2019).</li><li>Raz, 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=Preferential+effect+of+isoflurane+on+top-down+versus+bottom-up+pathways+in+sensory+cortex.">Preferential effect of isoflurane on top-down versus bottom-up pathways in sensory cortex.</a> Frontiers in System Neurosciences. 8, 191 (2014).</li><li>Schrouff, 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=Brain+functional+integration+decreases+during+propofol-induced+loss+of+consciousness.">Brain functional integration decreases during propofol-induced loss of consciousness.</a> Neuroimage. 57 (1), 198-205 (2011).</li><li>Petreanu, L., Mao, T., Sternson, S. M., Svoboda, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+subcellular+organization+of+neocortical+excitatory+connections.">The subcellular organization of neocortical excitatory connections.</a> Nature. 457 (7233), 1142-1145 (2009).</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>Gredell, J. A., Turnquist, P. A., MacIver, M. B., Pearce, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Determination+of+diffusion+and+partition+coefficients+of+propofol+in+rat+brain+tissue:+implications+for+studies+of+drug+action+in+vitro.">Determination of diffusion and partition coefficients of propofol in rat brain tissue: implications for studies of drug action in vitro.</a> BJA: British Journal of Anaesthesia. 93 (6), 810-817 (2004).</li><li>Benkwitz, 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=Determination+of+the+EC50+amnesic+concentration+of+etomidate+and+its+diffusion+profile+in+brain+tissue:+implications+for+in+vitro+studies.">Determination of the EC50 amnesic concentration of etomidate and its diffusion profile in brain tissue: implications for in vitro studies.</a> Anesthesiology. 106 (1), 114-123 (2007).</li><li>Franks, N. P., Lieb, W. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Selective+actions+of+volatile+general+anaesthetics+at+molecular+and+cellular+levels.">Selective actions of volatile general anaesthetics at molecular and cellular levels.</a> British Journal of Anaesthesia. 71 (1), 65-76 (1993).</li><li>Honemann, C. W., Washington, J., Honemann, M. C., Nietgen, G. W., Durieux, M. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Partition+coefficients+of+volatile+anesthetics+in+aqueous+electrolyte+solutions+at+various+temperatures.">Partition coefficients of volatile anesthetics in aqueous electrolyte solutions at various temperatures.</a> Anesthesiology. 89 (4), 1032-1035 (1998).</li><li>Au - Segev, A., Au - Garcia-Oscos, F., Au - Kourrich, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Whole-cell+Patch-clamp+Recordings+in+Brain+Slices.">Whole-cell Patch-clamp Recordings in Brain Slices.</a> Journal of Visualized Experiments. (112), e54024 (2016).</li><li>Lin, J. Y., Lin, M. Z., Steinbach, P., Tsien, R. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+engineered+channelrhodopsin+variants+with+improved+properties+and+kinetics.">Characterization of engineered channelrhodopsin variants with improved properties and kinetics.</a> Biophysical Journal. 96 (5), 1803-1814 (2009).</li><li>Lin, J. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+user's+guide+to+channelrhodopsin+variants:+features,+limitations+and+future+developments.">A user's guide to channelrhodopsin variants: features, limitations and future developments.</a> Experimental Physiology. 96 (1), 19-25 (2011).</li><li>Banks, M. I., Pearce, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dual+actions+of+volatile+anesthetics+on+GABAA+IPSCs:+dissociation+of+blocking+and+prolonging+effects.">Dual actions of volatile anesthetics on GABAA IPSCs: dissociation of blocking and prolonging effects.</a> Anesthesiology. 90 (1), 120-134 (1999).</li><li>Hagan, C. E., Pearce, R. A., Trudell, J. R., MacIver, M. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Concentration+measures+of+volatile+anesthetics+in+the+aqueous+phase+using+calcium+sensitive+electrodes.">Concentration measures of volatile anesthetics in the aqueous phase using calcium sensitive electrodes.</a> Journal of Neuroscience Methods. 81, 177-184 (1998).</li></ol>

Dans ce manuscrit, un protocole d’évaluation des réponses intra- et extracellulaires aux voies afférentes activées sélectivement dans des tranches de cerveau ex vivo est décrit.
L’utilisation d’outils optogénétiques et de schémas d’enregistrement parallèles permet aux chercheurs de sonder les réponses des populations locales aux entrées afférentes provenant de régions cérébrales éloignées, tout en enregistrant simultanément des populations ciblées d’interneurones....

Les anesthésiques volatils sont utilisés partout dans divers milieux cliniques et universitaires depuis plus d’un siècle. Des classes distinctes d’anesthésiques ont des cibles moléculaires uniques, souvent sans chevauchement 1,2,3, mais presque toutes produisent une perte de conscience. Bien que leurs effets comportementaux soient assez prévisibles, les mécanismes par lesquels les anesthésiques induisent une perte de conscience sont largement inconnus. Les anesthésiques peuvent finalement influencer à la fois le niveau et le contenu de la conscience via des actions sur les circuits corticothalamiques, perturbant l’intégration de l’information dans toute la hiérarchie corticale 4,5,6,7,8,9. Plus largement, la modulation des circuits corticothalamiques peut jouer un rôle dans expérimentalement 10 ou pharmacologiquement 11 états altérés de conscience, et peut également être impliquée dans le sommeil12 et dans les troubles physiopathologiques de la conscience 13,14.
Le caractère insaisissable des mécanismes sous-jacents à la perte et au retour de conscience pendant l’anesthésie peut être attribué en partie aux actions synergiques non linéaires des anesthésiques aux niveaux cellulaire, du réseau et des systèmes15. L’isoflurane, par exemple, supprime l’activité dans les régions cérébrales sélectionnées 16,17,18, altère la connectivité entre les régions cérébrales distantes 19,20,21,22,23 et diminue les réponses synaptiques d’une manière spécifique à la voie 24,25 . Les effets des anesthésiques, du niveau moléculaire au niveau systémique, sont nécessaires ou suffisants pour provoquer une perte de conscience restent incertains. En plus des recherches cliniques substantielles de la conscience utilisant des techniques non invasives 19,20,26, il est important que les expérimentateurs cherchent à démêler les interactions cellulaires et de réseau distinctes qui sous-servent l’expérience consciente.
En simplifiant les interactions complexes trouvées dans le cerveau intact, les tranches de cerveau ex vivo permettent l’étude de composants isolés des systèmes dynamiques du cerveau9. Une préparation en tranches réduites combine les avantages des structures anatomiques relativement intactes des circuits neuronaux locaux avec la polyvalence des manipulations in vitro. Cependant, jusqu’à récemment, des contraintes méthodologiques ont empêché l’étude des propriétés synaptiques et des circuits des entrées à longue portée dans les tranches de cerveau27,28; Le chemin tortueux des voies fibreuses corticothalamiques rendait l’activation des voies afférentes indépendantes pratiquement impossible par stimulation électrique.
L’étude des effets des agents anesthésiques sur les préparations de tranches de cerveau présente des défis supplémentaires. En l’absence d’un système respiratoire et circulatoire intact, les agents anesthésiques doivent être appliqués au bain et les concentrations doivent être soigneusement adaptées aux concentrations estimées au site d’effet. Pour de nombreux anesthésiques intraveineux, la lenteur de l’équilibre dans le tissu rend les investigations pharmacologiques traditionnelles laborieuses29,30. L’étude des effets des anesthésiques gazeux volatils dans les préparations ex vivo est plus facile à traiter, mais présente également des défis. Il s’agit notamment de convertir les doses de pression partielle inhalées en concentrations aqueuses et de la nécessité d’un système d’administration modifié du médicament dans les tissus par le liquide céphalo-rachidien artificiel31.
Ici, des méthodes sont décrites par lesquelles les chercheurs peuvent capitaliser sur les propriétés physico-chimiques bien documentées de l’isoflurane anesthésique volatil pour l’administration de médicaments à des tranches de cerveau ex vivo, activer des entrées spécifiques à la voie et à la couche dans une zone d’intérêt corticale avec une résolution spatio-temporelle élevée, et effectuer simultanément des enregistrements laminaires et des enregistrements ciblés de pinces patch à partir de populations sélectionnées de neurones. Combinées, ces procédures permettent aux chercheurs de mesurer les changements volatils induits par l’anesthésique dans plusieurs propriétés de réponse électrophysiologique observables, du niveau synaptique au niveau du réseau local.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>2.5x broadfield objective lens</td>
			<td>Olympus</td>
			<td>MPLFLN2.5X</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>40x water immersion objective lens</td>
			<td>Olympus</td>
			<td>LUMPLFLN40XW</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>95% O2/5% CO2 mixture</td>
			<td>Airgas</td>
			<td>Z02OX95R2003045</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>A16 probe</td>
			<td>NeuroNexus</td>
			<td>A16x1-2mm-100-177-A16</td>
			<td>16-channel probe</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AAV2-hSyn-hChR2(H134R)-EYFP</td>
			<td>Karl Deisseroth Lab, UNC Vector Core</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anesthetic gas monitor (POET II)</td>
			<td>Criticare</td>
			<td>602-3A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ATP, Magnesium Salt</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>A9187</td>
			<td>intracellular solution</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>B6.Cg-Gt(ROSA)26Sortm14(CAG-tdTomato)Hze/J</td>
			<td>The Jackson Laboratory</td>
			<td>007914</td>
			<td>Cre-dependent tdTomato mouse</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>B6;129P2-Pvalbtm1(cre)Arbr/J</td>
			<td>The Jackson Laboratory</td>
			<td>008069</td>
			<td>PV-Cre mouse</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Belly Dancer Shaker</td>
			<td>Thomas Scientific</td>
			<td>1210H86-TS</td>
			<td>for equilibration of sealed gas bags</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Betadine solution</td>
			<td>Generic brand</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bleach</td>
			<td>Generic brand</td>
			<td></td>
			<td>for silver chloriding patch clamp electrode</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bupivicaine</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Calcium Chloride (CaCl2)</td>
			<td>Dot Scientific</td>
			<td>DSC20010</td>
			<td>ACSF</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Capillary glass (patch clamp recordings)</td>
			<td>King Precision Glass, Inc.</td>
			<td>KG-33</td>
			<td>Borosilicate, ID: 1.1mm, OD: 1.7mm, Length: 90.0mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Capillary glass (viral injections)</td>
			<td>Drummond Scientific Company</td>
			<td>3-000-203-G/X</td>
			<td>3.5&#34;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Control of junior micromanipulator</td>
			<td>Luigs and Neumann</td>
			<td>SM8</td>
			<td>for control of junior micromanipulator</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Control of manipulators and shifting table</td>
			<td>Luigs and Neumann</td>
			<td>SM7</td>
			<td>for control of multichannel electrode and shifting table</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Digidata 1440A + Clampex 10</td>
			<td>Molecular Devices</td>
			<td>1440A</td>
			<td>Digitizer and software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>E-3603 tubing</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>14171208</td>
			<td>for delivery of 95% O2/5% CO2 gas mixture to incubation chamber + application of pressure during patch clamping</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EGTA</td>
			<td>Dot Scientific</td>
			<td>DSE57060</td>
			<td>intracellular solution</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ERP-27 EEG Reference/Patch Panel</td>
			<td>Neuralynx</td>
			<td>Retired</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Filling needle</td>
			<td>World Precision Instruments</td>
			<td>50821912</td>
			<td>for filling patch clamp pipettes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Filter cube for imaging EYFP</td>
			<td>Olympus</td>
			<td>U-MRFPHQ</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Filter paper</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>09801E</td>
			<td>lay over slice template during preparation of tissue block</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Flaming/Brown micropipette puller</td>
			<td>Sutter Instrument</td>
			<td>P-1000</td>
			<td>2.5x2.5 Box filament</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gas dispersion tube</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>CLS3953312C</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glass syringe (100 mL)</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>Z314390</td>
			<td>for filling gas-sealed bags</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gluconic Acid, Potassium Salt (K-gluconate)</td>
			<td>Dot Scientific</td>
			<td>DSG37020</td>
			<td>intracellular solution</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glucose</td>
			<td>Dot Scientific</td>
			<td>DSG32040</td>
			<td>ACSF</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>GTP, Sodium Salt</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>G8877</td>
			<td>intracellular solution</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Headstage-probe adaptor</td>
			<td>NeuroNexus</td>
			<td>A16-OM16</td>
			<td>adaptor to connect 16-channel probe to headstage input</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hemostatic Forceps</td>
			<td>VWR International</td>
			<td>76192-096</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HEPES</td>
			<td>Dot Scientific</td>
			<td>DSH75030</td>
			<td>ACSF,intracellular solution</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HS-16 Headstage</td>
			<td>Neuralynx</td>
			<td>Retired</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isoflurane</td>
			<td>Patterson Veterinary</td>
			<td>07-893-1389</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isopropyl alcohol (70%)</td>
			<td>VWR International</td>
			<td>101223-746</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Junior micromanipulator</td>
			<td>Luigs and Neumann</td>
			<td>210-100 000 0090-R</td>
			<td>for manipulation of patch clamp electrode</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LED Light Source Control Module</td>
			<td>Mightex</td>
			<td>BLS-PL02_US</td>
			<td>optogenetic light source control</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lidocaine</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lynx-8 Amplifier</td>
			<td>Neuralynx</td>
			<td>Retired</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lynx-8 Power Supply</td>
			<td>Neuralynx</td>
			<td>Retired</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magnesium Sulfate (MgSO4)</td>
			<td>Dot Scientific</td>
			<td>DSM24300</td>
			<td>ACSF</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>mCherry, Texas Red filter cube</td>
			<td>Chroma</td>
			<td>49008</td>
			<td>for imaging tdTomato fluorescent reporter</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Meloxicam</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micropipette holder</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>NC9044962</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microsyringe pump</td>
			<td>World Precision Instruments</td>
			<td>UMP3-4</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mineral oil</td>
			<td>Generic brand</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MultiClamp 700A</td>
			<td>Molecular Devices/Axon Instruments</td>
			<td>700A</td>
			<td>Amplifier</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nitrogen (for air table)</td>
			<td>Airgas</td>
			<td>NI200</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nylon mesh</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>501460083</td>
			<td>stretched over horseshoe of flattened platinum wire, slice rest on top of this during recordings</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nylon, cut from pantyhose</td>
			<td>Generic brand</td>
			<td></td>
			<td>small piece to create slice platform in incubation chamber, single fibers to create platinum harp</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ophthalmic ointment</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>NC1697520</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pipette</td>
			<td>Dot Scientific</td>
			<td>307</td>
			<td>For transferring tissue to rig</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Platinum wire</td>
			<td>VWR International</td>
			<td>BT124000</td>
			<td>2 cm, flattened, to make platinum harp</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polygon400</td>
			<td>Mightex</td>
			<td>DSI-E-0470-0617-000</td>
			<td>optogenetic light delivery system, comes with PolyScan2 software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potassium Chloride (KCl)</td>
			<td>Dot Scientific</td>
			<td>DSP41000</td>
			<td>ACSF</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potassium Phosphate (KH2PO4)</td>
			<td>Dot Scientific</td>
			<td>DSP41200</td>
			<td>ACSF</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Razor blade</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>12-640</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sapphire blade (for vibratome)</td>
			<td>VWR International</td>
			<td>100492-502</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scalpel blade</td>
			<td>Santa Cruz Biotechnology, Inc.</td>
			<td>sc-361445</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sealed gas bag</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>109236</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Shifting table for microscope</td>
			<td>Luigs and Neumann</td>
			<td>380FMU</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium Bicarbonate (HCO3-)</td>
			<td>Dot Scientific</td>
			<td>DSS22060</td>
			<td>ACSF</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium Chloride (NaCl)</td>
			<td>Dot Scientific</td>
			<td>DSS23020</td>
			<td>ACSF, intracellular solution</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ssttm2.1(cre)Zjh/J (SOM-IRES-Cre)</td>
			<td>The Jackson Laboratory</td>
			<td>013044</td>
			<td>SOM-Cre mouse</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stereotaxic instrument</td>
			<td>Kopf</td>
			<td>Model 902</td>
			<td>Dual Small Animal</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Super glue</td>
			<td>Staples</td>
			<td>886833</td>
			<td>to fix tissue block to specimen stage during slice preparation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Surgical drill</td>
			<td>RAM Products Inc.</td>
			<td>DIGITALMICROTORQUE</td>
			<td>Microtorque II</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringe (1 mL) with LuerLock tip</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>309628</td>
			<td>for application of pressure during patch clamping</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringe (1 mL) with slip tip</td>
			<td>WW Grainger, Inc.</td>
			<td>19G384</td>
			<td>for filling patch clamp pipettes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringe Filters</td>
			<td>VWR International</td>
			<td>66064-414</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Upright microscope</td>
			<td>Olympus</td>
			<td>BX51</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vibrating microtome</td>
			<td>Leica Biosystems</td>
			<td>VT1000S</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Wypall towels</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>19-042-427</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

optogenetic activation of afferent pathways in brain slices and modulation of responses by volatile anesthetics

Les anesthésiques influencent la conscience en partie via leurs actions sur les circuits thalamocorticaux. Cependant, la mesure dans laquelle les anesthésiques volatils affectent les composants cellulaires et de réseau distincts de ces circuits reste incertaine. Les tranches de cerveau ex vivo fournissent un moyen par lequel les chercheurs peuvent sonder des composants discrets de réseaux complexes et démêler les mécanismes potentiels sous-jacents aux effets des anesthésiques volatils sur les réponses évoquées. Pour isoler les effets potentiels des médicaments spécifiques au type cellulaire et à la voie dans les tranches de cerveau, les chercheurs doivent être en mesure d’activer indépendamment les voies des fibres afférentes, d’identifier les populations de cellules qui ne se chevauchent pas et d’appliquer des anesthésiques volatils sur le tissu en solution aqueuse. Dans ce protocole, des méthodes pour mesurer les réponses évoquées optogénétiquement à deux voies afférentes indépendantes vers le néocortex dans des coupes de cerveau ex vivo sont décrites. Les réponses extracellulaires sont enregistrées à l’activité du réseau de dosage et des enregistrements ciblés de patch cellulaire entier sont effectués dans les interneurones positifs à la somatostatine et à la parvalbumine. L’administration de concentrations physiologiquement pertinentes d’isoflurane par le liquide céphalo-rachidien artificiel pour moduler les réponses cellulaires et de réseau est décrite.

Une chronologie des étapes décrites dans le protocole est illustrée à la figure 1. Les entrées corticales provenant de zones corticales d’ordre supérieur ou de noyaux thalamiques non primaires ont des champs terminaux qui se chevauchent partiellement dans la couche 1 du cortex visuel non primaire24. Pour isoler les voies afférentes thalamocorticales ou corticocorticales indépendantes, un vecteur viral contenant ChR2 et un rapporteur fluorescent eYFP dans Po ...

Watch this Scientific Journal Video about Optogenetic Activation of Afferent Pathways in Brain Slices and Modulation of Responses by Volatile Anesthetics at JoVE.com

Optogenetic Activation of Afferent Pathways in Brain Slices and Modulation of Responses by Volatile Anesthetics

Les tranches de cerveau ex vivo peuvent être utilisées pour étudier les effets des anesthésiques volatils sur les réponses évoquées aux entrées afférentes. L’optogénétique est utilisée pour activer indépendamment les afférences thalamocorticales et corticocorticales au néocortex non primaire, et les réponses synaptiques et réseau sont modulées avec l’isoflurane.

Activation optogénétique des voies afférentes dans les tranches de cerveau et modulation des réponses par des anesthésiques volatils

Anesthetics influence consciousness in part via their actions on thalamocortical circuits. However, the extent to which volatile anesthetics affect ...

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Imaging Calcium Responses in GFP-tagged Neurons of Hypothalamic Mouse Brain Slices

Les réponses de calcium dans les neurones d&#39;imagerie GFP-marqués de hypothalamiques tranches de cerveau de souris

Despite an enormous increase in our knowledge about the mechanisms underlying the encoding of information in the brain, a central question concerning the ...

Recherche

Neurosciences

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

Deux enregistrements électrophysiologiques des synapses-réponses évoquées astrogliales et neuronales aiguës dans des coupes d&#39;hippocampe

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

Optogenetic Activation of Zebrafish Somatosensory Neurons using ChEF-tdTomato

L&#39;activation des neurones somatosensoriels optogenetic poisson zèbre en utilisant Chef-tdTomato

Larval  zebrafish are emerging as a model for describing the development and function  of simple neural circuits. Due to their  external fertilization, ...

In vivo Optogenetic Stimulation of the Rodent Central Nervous System

In vivo Optogenetic Stimulation of the Rodent Central Nervous System

In vivo optogénétiques stimulation du système nerveux central pour rongeurs

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

Ex Vivo Optogenetic Dissection of Fear Circuits in Brain Slices

Ex Vivo Optogenetic Dissection of Fear Circuits in Brain Slices

Ex Vivo optogénétiques Dissection de circuits Peur en tranches cérébrales

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

Whole-cell Currents Induced by Puff Application of GABA in Brain Slices

Cellule entière courants induits par l’Application de la bouffée de GABA dans des tranches de cerveau

Pharmacological administration is commonly used when conducting whole-cell patch-clamp recording in brain slices. One of the best methods of drug ...

Recording and Modulation of Epileptiform Activity in Rodent Brain Slices Coupled to Microelectrode Arrays

Enregistrement et Modulation de l’activité épileptiforme dans des tranches de cerveau rongeur couplé aux baies de microélectrodes

Temporal lobe epilepsy (TLE) is the most common partial complex epileptic syndrome and the least responsive to medications. Deep brain stimulation (DBS) ...

Real-time In Vitro Monitoring of Odorant Receptor Activation by an Odorant in the Vapor Phase

En temps réel en Vitro suivi d’Activation des récepteurs de l’odeur par une substance odorante en Phase vapeur

Olfactory perception begins with the interaction of odorants with odorant receptors (OR) expressed by olfactory sensory neurons (OSN). Odor recognition ...

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

Injections stéréotaxiques intracérébrales in vivo pour la stimulation optogénétique des entrées à longue portée dans les tranches de cerveau de souris

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

Non-Invasive Modulation and Robotic Mapping of Motor Cortex in the Developing Brain

Modulation non invasive et cartographie robotique du cortex moteur dans le cerveau en développement

Mapping the motor cortex with transcranial magnetic stimulation (TMS) has potential to interrogate motor cortex physiology and plasticity but carries ...