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

Författarna tackar Bryan Krause för teknisk support och vägledning om detta projekt.
Detta arbete stöddes av International Anesthesia Research Society (IMRA till AR), National Institutes of Health (R01 GM109086 till MIB) och Institutionen för anestesiologi, School of Medicine and Public Health, University of Wisconsin, Madison, WI, USA.

Alla försök med djur som beskrivs i detta protokoll godkändes av University of Wisconsin-Madison School of Medicine and Public Health Animal Care and Use Committee.
1. Avelsmöss för att uttrycka fluorescerande reporterprotein i interneuronunderpopulationer
<ol><li>Para ihop homozyog, Cre-beroende tdTomato hanmus med antingen homozygot SOM-Cre hona eller homozygot PV-Cre honmus. OBS: Andra specifika neuronala populationer kan riktas genom att använda lämpliga Cre-linjer.</li>
	<li>L...

<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>

I detta manuskript beskrivs ett protokoll för utvärdering av intra- och extracellulära svar på selektivt aktiverade afferenta vägar i ex vivo hjärnskivor.
Användningen av optogenetiska verktyg och parallella inspelningsscheman gör det möjligt för utredare att undersöka svar från lokala populationer på afferenta ingångar från avlägsna hjärnregioner, samtidigt som de registreras från riktade populationer av interneuroner. Användningen av optogenetisk teknik gör det möjligt a...

Flyktiga anestetika har använts allestädes närvarande i en mängd olika kliniska och akademiska miljöer i mer än ett sekel. Distinkta klasser av anestetika har unika, ofta icke-överlappande molekylära mål 1,2,3, men nästan alla producerar medvetslöshet. Medan deras beteendemässiga effekter är ganska förutsägbara, är mekanismerna genom vilka anestetika inducerar medvetslöshet i stort sett okända. Anestetika kan i slutändan påverka både medvetandets nivå och innehåll via handlingar på kortikotalamiska kretsar, vilket stör integrationen av information i hela den kortikala hierarkin 4,5,6,7,8,9. Mer allmänt kan modulering av kortikotalamiska kretsar spela en roll i experimentellt10 eller farmakologiskt 11 förändrade medvetandetillstånd, och kan också vara inblandade i sömn 12 och i patofysiologiska störningar i medvetandet13,14.
Svårfångadheten hos de mekanismer som ligger till grund för förlust och återkomst av medvetande under anestesi kan delvis hänföras till icke-linjära, synergistiska åtgärder av anestetika på cell-, nätverks- och systemnivå15. Isofluran, till exempel, undertrycker aktivitet inom de valda hjärnregionerna 16,17,18, försämrar anslutningen mellan avlägsna hjärnregioner 19,20,21,22,23 och minskar synaptiska svar på ett vägspecifikt sätt24,25 . Vilka effekter av anestetika, från molekylär nivå till systemnivå, som är nödvändiga eller tillräckliga för att åstadkomma medvetslöshet är fortfarande oklart. Förutom substantiella kliniska undersökningar av medvetandet med hjälp av icke-invasiva tekniker 19,20,26, är det viktigt att experimentalister försöker skilja de distinkta cellulära och nätverksinteraktioner som underordnar den medvetna upplevelsen.
Genom att förenkla de komplexa interaktioner som finns i den intakta hjärnan möjliggör ex vivo-hjärnskivor studier av isolerade komponenter i hjärnans dynamiska system9. En reducerad skivberedning kombinerar fördelarna med relativt intakta anatomiska strukturer av lokala neurala kretsar med mångsidigheten hos in vitro-manipuleringar. Fram till nyligen har dock metodologiska begränsningar uteslutit studier av synaptiska och kretsegenskaper hos långdistansingångar i hjärnskivor27,28; Den krångliga vägen för kortikotalamiska fiberkanaler gjorde aktivering av oberoende afferenta vägar nästan omöjliga genom elektrisk stimulering.
Att undersöka effekterna av bedövningsmedel på hjärnsegmentpreparaten innebär ytterligare utmaningar. I avsaknad av ett intakt andnings- och cirkulationssystem måste bedövningsmedel appliceras på badet och koncentrationerna måste noggrant anpassas till uppskattade effektkoncentrationer. För många intravenösa bedövningsmedel gör den långsamma jämviktshastigheten i vävnaden traditionella farmakologiska undersökningar mödosamma29,30. Att undersöka effekterna av flyktiga gasanestetika i ex vivo-preparat är mer lätthanterligt, men innebär också utmaningar. Dessa inkluderar omvandling av inhalerade partialtrycksdoser till vattenhaltiga koncentrationer och behovet av ett modifierat leveranssystem av läkemedlet till vävnaden via artificiell cerebral ryggmärgsvätska31.
Här beskrivs metoder genom vilka utredare kan dra nytta av de väldokumenterade fysikalisk-kemiska egenskaperna hos det flyktiga bedövningsmedlet isofluran för läkemedelsleverans till ex vivo-hjärnskivor, aktivera väg- och lagerspecifika ingångar till ett kortikalt intresseområde med hög spatiotemporal upplösning och genomföra samtidiga laminära inspelningar och riktade patchkläminspelningar från utvalda populationer av neuroner. Tillsammans gör dessa procedurer det möjligt för utredare att mäta flyktiga anestesiinducerade förändringar i flera observerbara elektrofysiologiska svarsegenskaper, från synaptisk till lokal nätverksnivå.

<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

Anestetika påverkar medvetandet delvis via deras handlingar på thalamokortiska kretsar. I vilken utsträckning flyktiga anestetika påverkar distinkta cell- och nätverkskomponenter i dessa kretsar är dock fortfarande oklart. Ex vivo-hjärnskivor ger ett sätt på vilket utredare kan undersöka diskreta komponenter i komplexa nätverk och avlägsna potentiella mekanismer som ligger till grund för effekterna av flyktiga anestetika på framkallade svar. För att isolera potentiella celltyps- och vägspecifika läkemedelseffekter i hjärnskivor måste utredare självständigt kunna aktivera afferenta fibervägar, identifiera icke-överlappande populationer av celler och applicera flyktiga anestetika på vävnaden i vattenlösning. I detta protokoll beskrivs metoder för att mäta optogenetiskt framkallade svar på två oberoende afferenta vägar till neocortex i ex vivo hjärnskivor. Extracellulära svar registreras för att analysera nätverksaktivitet och riktade helcellspatchkläminspelningar utförs i somatostatin- och parvalbuminpositiva interneuroner. Leverans av fysiologiskt relevanta koncentrationer av isofluran via artificiell cerebral ryggmärgsvätska för att modulera cellulära och nätverkssvar beskrivs.

En tidslinje med steg som beskrivs i protokollet visas i figur 1. Kortikala ingångar som kommer från kortikala områden av högre ordning eller från icke-primära thalamiska kärnor har delvis överlappande terminalfält i lager 1 av icke-primär visuell cortex24. För att isolera oberoende thalamokortiska eller kortikokortikala afferenta vägar injicerades en viral vektor innehållande ChR2 och en eYFP-fluorescerande reporter i antingen Po eller Cg. Celler inom in...

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

Ex vivo hjärnskivor kan användas för att studera effekterna av flyktiga anestetika på framkallade svar på afferenta ingångar. Optogenetik används för att självständigt aktivera thalamokortiska och kortikokortikala afferenter till icke-primär neocortex, och synaptiska och nätverkssvar moduleras med isofluran.

Optogenetisk aktivering av afferenta vägar i hjärnskivor och modulering av svar med flyktiga anestetika

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

Imaging Kalcium svar i GFP-märkta neuroner i hypotalamus skivor mushjärna

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

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

Dubbla Elektrofysiologiska Inspelningar av synaptiskt-framkallade astrogliala och neuronala svar i akut hippocampus skivor

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

Optogenetic Aktivering av zebrafisk somatosensoriska nervceller med kock-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 optogenetic Stimulering av gnagare centrala nervsystemet

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 optogenetic Dissekering av skräck kretsar i hjärnan skivor

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

Hela-cell strömmar induceras av Puff tillämpningen av GABA i hjärnan skivor

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

Inspelning och modulering av Epileptiform aktivitet i gnagare hjärnan skivor kopplat till mikroelektrod matriser

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

Realtid i Vitro övervakning av luktreceptor aktivering av en Luktämnet i gasfasen

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

In vivo intracerebral Stereotaxic injektioner för Optogenetisk stimulering av långväga ingångar i mushjärna skivor

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

Icke-invasiv modulering och robot kartläggning av motoriska cortex i hjärnans utveckling

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