Name: construction of local field potential microelectrodes for in vivo recordings from multiple brain structures simultaneously
Uploaded: 2022-03-14T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Construction of Local Field Potential Microelectrodes for in vivo Recordings from Multiple Brain Structures Simultaneously at JoVE.com

Dette arbejde blev støttet af National Institute of Health (RO1 NS120945, R37NS119012 til JK) og UVA Brain Institute.

Det nuværende arbejde er godkendt af University of Virginia Animal Care and Use Committee. C57Bl/6 mus af begge køn (7-12 uger) blev brugt til forsøgene. Dyrene blev opretholdt på en 12 timers lys/12 timers mørk cyklus og havde ad libitum adgang til mad og vand.
1. Mikroelektrode konstruktion
<ol><li>For at konstruere mikroelektroderne skal du bruge 50 μm (diameter) diamelbelagt nikkel-kromtråd (se materialetabel). Tape den ene ende af lednin...

<ol>
	<li>Buzs&#225;ki, G., Anastassiou, C. A., 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=The+origin+of+extracellular+fields+and+currents-EEG,+ECoG,+LFP+and+spikes.">The origin of extracellular fields and currents-EEG, ECoG, LFP and spikes.</a> Nature Reviews Neuroscience. 13, 407-420 (2012).</li><li>Hubel, D. H., Wiesel, T. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Receptive+fields+of+single+neurones+in+the+cat's+striate+cortex.">Receptive fields of single neurones in the cat's striate cortex.</a> The Journal of Physiology. 148 (3), 574-591 (1959).</li><li>O'Keefe, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Place+units+in+the+hippocampus+of+the+freely+moving+rat.">Place units in the hippocampus of the freely moving rat.</a> Experimental Neurology. 51 (1), 78-109 (1976).</li><li>Fyhn, M., Molden, S., Witter, M. P., Moser, E. I., Moser, 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=Spatial+representation+in+the+entorhinal+cortex.">Spatial representation in the entorhinal cortex.</a> Science. 305 (5688), 1258-1264 (2004).</li><li>Buzs&#225;ki, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Large-scale+recording+of+neuronal+ensembles.">Large-scale recording of neuronal ensembles.</a> Nature Neuroscience. 7, 446-451 (2004).</li><li>Buckmaster, P. S., Edward Dudek, F. <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+intracellular+analysis+of+granule+cell+axon+reorganization+in+epileptic+rats.">In vivo intracellular analysis of granule cell axon reorganization in epileptic rats.</a> Journal of Neurophysiology. 81 (2), 712-721 (1999).</li><li>Driscoll, N., 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=Multimodal+in+vivo+recording+using+transparent+graphene+microelectrodes+illuminates+spatiotemporal+seizure+dynamics+at+the+microscale.">Multimodal in vivo recording using transparent graphene microelectrodes illuminates spatiotemporal seizure dynamics at the microscale.</a> Communications Biology. 4, 1-14 (2021).</li><li>Roy, D. S., 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=Memory+retrieval+by+activating+engram+cells+in+mouse+models+of+early+Alzheimer's+disease.">Memory retrieval by activating engram cells in mouse models of early Alzheimer's disease.</a> Nature. 531, 508-512 (2016).</li><li>Igarashi, K. M., Lu, L., Colgin, L. L., Moser, M. B., Moser, E. I. <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+entorhinal-hippocampal+ensemble+activity+during+associative+learning.">Coordination of entorhinal-hippocampal ensemble activity during associative learning.</a> Nature. 510, 143-147 (2014).</li><li>Gage, G. J., Kipke, D. R., Shain, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Whole+animal+perfusion+fixation+for+rodents.">Whole animal perfusion fixation for rodents.</a> Journal of Visualized Experiments. (65), e3564 (2012).</li><li>Brodovskaya, A., Shiono, S., Kapur, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Activation+of+the+basal+ganglia+and+indirect+pathway+neurons+during+frontal+lobe+seizures.">Activation of the basal ganglia and indirect pathway neurons during frontal lobe seizures.</a> Brain. 144 (7), 2074-2091 (2021).</li><li>Ren, X., Brodovskaya, A., Hudson, J. L., Kapur, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Connectivity+and+neuronal+synchrony+during+seizures.">Connectivity and neuronal synchrony during seizures.</a> The Journal of Neuroscience. 41 (36), 7623-7635 (2021).</li><li>Chang, E. H., Frattini, S. A., Robbiati, S., Huerta, P. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Construction+of+microdrive+arrays+for+chronic+neural+recordings+in+awake+behaving+mice.">Construction of microdrive arrays for chronic neural recordings in awake behaving mice.</a> Journal of Visualized Experiments. (77), e50470 (2013).</li></ol>

Historisk set er mikroelektrodearrays blevet brugt i vid udstrækning til at registrere neuronal aktivitet fra en bestemt hjerneregion af interesse 2,3,4,5,6,7,8,9,13. Vores nemme mikroelektrodedesign tillader dog optagels...

Lokale feltpotentialer (LMP'er) er de elektriske potentialer, der registreres fra det ekstracellulære rum i hjernen. De genereres af ionkoncentrationsubalancer uden for neuroner og repræsenterer aktiviteten af en lille, lokaliseret population af neuroner, hvilket gør det muligt præcist at overvåge aktiviteten af en bestemt hjerneregion sammenlignet med makroskala EEG-optagelserne1. Som et skøn svarer LFP-mikroelektroderne adskilt af 1 mm til to helt forskellige populationer af neuroner. Mens EEG-signal filtreres af hjernevæv, cerebrospinalvæske, kranium, muskel og hud, er LFP-signal en pålidelig markør for lokal neuronal aktivitet1.
Forskere har ofte brug for samtidig at registrere LMP'er fra flere hjernestrukturer, men kommercielt tilgængelige mikroelektrodearrays tilbyder ofte ikke en sådan fleksibilitet. Her beskriver den nuværende protokol fuldt tilpasselige, let konstruerede mikroelektroder til samtidig at optage LMP'er fra enhver ønsket hjerneregion på forskellige dybder. Selvom LMP'er i vid udstrækning er blevet brugt til at registrere neuronal aktivitet i en bestemt hjerneregion 2,3,4,5,6,7,8,9, tillader det nuværende let tilpasselige design optagelse af LMP'er fra flere overfladiske eller dybe hjerneområder11,12 . Protokollen kan også ændres til at konstruere ethvert ønsket mikroelektrodearray ved at bestemme stereotaxiske koordinater for hjerneområderne og samle arrayet i overensstemmelse hermed. Disse mikroelektroder med en samplingshastighed på 10 kHz og en modstand på 60-70 kΩ (2 cm længde) giver os mulighed for at optage LMP'er med millisekundpræcision. Dataene kan derefter forstærkes af en 16-kanals forstærker, filtreres (lavt pas 1 Hz, højt pass 5 kHz) og digitaliseres.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Amplifier 16-Channel</td>
			<td>A-M Systems</td>
			<td>Model 3600</td>
			<td>Amplifier</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cranioplasty cement</td>
			<td>Coltene</td>
			<td>Perm Reeline/Repair Resin Type II Class I Shade - Clear</td>
			<td>Cement to hold microelectrodes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cryostat Microtome</td>
			<td>Precisionary</td>
			<td>CF-6100</td>
			<td>To slice brain</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Diamel-coatednickel-chromium wire</td>
			<td>Johnson Matthey Inc.</td>
			<td>50 &#181;m</td>
			<td>Microelectrode wire</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dremel</td>
			<td>Dremel</td>
			<td>300 Series</td>
			<td>To drill holes in mouse skull</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Epoxy</td>
			<td>CEC Corp</td>
			<td>C-POXY 5</td>
			<td>Fast setting adhesive</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hemostat</td>
			<td>Any</td>
			<td></td>
			<td>To hold the headset</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Forceps</td>
			<td>Any</td>
			<td></td>
			<td>To hold microelectrodes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Light microscope</td>
			<td>Nikon</td>
			<td>SMZ-10</td>
			<td>To see alignment</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ohmmeter</td>
			<td>Any</td>
			<td></td>
			<td>To measurre resistance</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pins (Headers and matching Sockets)</td>
			<td>Mill-Max</td>
			<td>Interconnects, 833 series, 2 mm grid gull wing surface mount headers and sockets</td>
			<td>To attach microelectrodes to</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polymicro Tubing Kit</td>
			<td>Neuralynx</td>
			<td>ID 100 &#177; 04 &#181;m, OD 164 &#177; 06 &#181;m, coating thickness 12 &#181;m</td>
			<td>Glass tubes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pulse Stimulator</td>
			<td>A-M Systems</td>
			<td>Model 2100</td>
			<td>To mark the microelectrode location at the end of the recordings</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scissors</td>
			<td>Any</td>
			<td></td>
			<td>To cut microelectrodes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Superglue</td>
			<td>Gorilla</td>
			<td></td>
			<td>Adhesive</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thick wire 0.008 in. &#8211; 0.011 in.</td>
			<td>A-M Systems</td>
			<td>791900</td>
			<td>Tick wire to hold the microelectrode array</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thin wire 0.005 in. - 0.008 in.</td>
			<td>A-M Systems</td>
			<td>791400</td>
			<td>Thin wire for reference and ground</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

construction of local field potential microelectrodes for in vivo recordings from multiple brain structures simultaneously

Forskere har ofte brug for at registrere lokale feltpotentialer (LMP'er) samtidigt fra flere hjernestrukturer. Optagelse fra flere ønskede hjerneområder kræver forskellige mikroelektrodedesign, men kommercielt tilgængelige mikroelektrodearrays tilbyder ofte ikke en sådan fleksibilitet. Her skitserer den nuværende protokol det enkle design af specialfremstillede mikroelektrodearrays til at optage LMP'er fra flere hjernestrukturer samtidigt på forskellige dybder. Dette arbejde beskriver konstruktionen af de bilaterale kortikale, striatale, ventrolaterale thalamiske og nigrale mikroelektroder som et eksempel. Det skitserede designprincip giver fleksibilitet, og mikroelektroderne kan modificeres og tilpasses til at optage LMP'er fra enhver struktur ved at beregne stereotaxiske koordinater og hurtigt ændre konstruktionen i overensstemmelse hermed for at målrette mod forskellige hjerneområder i enten frit bevægelige eller anæstetiserede mus. Mikroelektrodeenheden kræver standardværktøj og forsyninger. Disse brugerdefinerede mikroelektrodearrays giver efterforskere mulighed for nemt at designe mikroelektrodearrays i enhver konfiguration for at spore neuronal aktivitet, hvilket giver LFP-optagelser med millisekundopløsning.

I dette arbejde blev LFP-mikroelektroderne brugt til at kortlægge anfaldet spredt gennem de basale ganglier11. Samtidige LFP-optagelser blev udført fra højre præmotoriske cortex (hvor anfaldsfokus var) og venstre VL, striatum og SNR (figur 4). Anfaldsstart blev identificeret som afbøjning af spændingssporet mindst to gange basislinjen (figur 4A, rød pil). Effektspektrumplottet11 viser frekvensfordelinger for...

Watch this Scientific Journal Video about Construction of Local Field Potential Microelectrodes for in vivo Recordings from Multiple Brain Structures Simultaneously at JoVE.com

Construction of Local Field Potential Microelectrodes for in vivo Recordings from Multiple Brain Structures Simultaneously

Den nuværende protokol beskriver konstruktionen af specialfremstillede mikroelektrodearrays til registrering af lokale feltpotentialer in vivo fra flere hjernestrukturer samtidigt.

Konstruktion af lokale feltpotentiale mikroelektroder til in vivo-optagelser fra flere hjernestrukturer samtidigt

Researchers often need to record local field potentials (LFPs) simultaneously from several brain structures. Recording from multiple desired brain regions ...

Forskere har ofte brug for at registrere lokale feltpotentialer fra flere strukturer på samme tid. Vores nemme mikroelektrodedesign giver os mulighed for at optage LMP'er fra flere hjernestrukturer i forskellige dybder samtidigt. Kommercielt tilgængelige mikroelektroder mangler ofte fleksibilitet og tillader ikke at optage fra flere hjernestrukturer.Vores mikroelektrodedesign gør det nemt at ændre konstruktionen, så den passer til enhver ønsket struktur. Start med at tage en dianalbelagt nikkelkromtråd med en diameter på 50 mikrometer. Tape den ene ende af ledningen til bagsiden af platformen og vikl ledningen tre gange rundt om den nærmeste knap på platformen.Stræk ledningen rundt om den fjerneste anden knap for at lave to løkker mellem knapperne. Pak ledningen tre gange mere rundt om den første knap for at fastgøre ledningen på plads og tape enden bag på platformen. Placer spændingsstængerne under ledningerne med båndet viklet rundt om dem.Brug et mikroskop og fine tang til at lave enten et mellemrum på tre millimeter mellem ledningerne for at fremstille kortikale, ventral-laterale, thalamiske kernemikroelektroder eller et mellemrum på 4,5 millimeter for at fremstille striatal-nidrale mikroelektroder. Hvis der anvendes forstørrelse på mikroskopet, skal du sørge for at beregne og justere for forskellen i forstørrelse og den faktiske afstand mellem ledningerne. Skær fire små stykker 0,5 millimeter tyk plast cirka seks millimeter i bredden og tre millimeter i højden.Påfør lim på plasten. Placer plaststykkerne cirka en centimeter væk fra midten af ledningen, som er en centimeter væk fra spændingsstangen. Fjern overskydende lim med en vatpind.Når limen tørrer, skal du klippe ledningen ved hjælp af en fin saks. Skær fire syv millimeter glasrør ved hjælp af et kommercielt tilgængeligt sæt, og indsæt elektrodetråden i glasrørene. Sæt limen i bunden af glasrørene for at forbinde dem med plasten.Vent, indtil limen tørrer, og skær derefter glasrørene og ledningerne ved hjælp af en skalpel. Brug superlim til at fastgøre plast i den ønskede rækkefølge af målområder. Påfør epoxyharpiks omkring plasten for at binde elektroderne sammen.Tag en tyk ledning og lav en løkke i den ene ende, dypp løkken i epoxyopløsningen, og læg den på plasten, og sørg for, at den tykke ledning ligger fladt, så denne ledning kan bruges som håndtag. Skær ledningen til to centimeter. Gruppér ledningerne og skrab en millimeter af de isolerede ender væk med en skalpel.Bøj de kortikale elektroder og adskil ledningerne. Brug fine tang til at lave en løkke i enden af hver ledning. Hold et 10-polet headset med en hæmostat, og brug træenden af en vatpind til at påføre minimale mængder flux på stifterne.Brug trædenden af vatpinden til at påføre flux på trådsløjferne. Lodde trådsløjferne til det 10-benede headset. Tør headsettet for at forhindre kortslutning mellem stifterne.Tag en tynd ledning på ca. 0,05 til 0,008 tommer til reference og jordledninger og fjern plasten fra den ene ende. Lav en løkke i den anden ende af ledningen. Lodde den strippede side af referencen og jordledningerne til deres respektive stifter.Hold den tykke ledning, påfør kranioplastikcement omkring mikroelektroderne, især hvor ledningerne forbinder til stifterne. Undgå at røre ved de faktiske elektrodeender med cementen. Når cementen tørrer, sættes epoxyharpiks i bunden af glasrørene, striatale mikroelektrodetråde og omkring hele elektroden.Undgå at røre elektrodeenderne med epoxyharpiks. Lokale feltpotentialeoptagelser blev udført fra højre præmotoriske cortex, venstre VL, striatum og SNR. Anfaldsstart blev identificeret som en afbøjning af spændingssporet mindst to gange basislinjen.Effektspektrumplottet viser frekvensfordelingen for de optagede lokale potentielle optagelser. Ventetider ved anfaldsstart kan sammenlignes mellem hver struktur med millisekundpræcision. En strømpuls blev påført i slutningen af optagelserne for at markere og bekræfte placeringen af elektrodespidserne, der danner læsionen.Hvis mikroelektroderne er konstrueret til forskellige hjernestrukturer, skal du huske at ændre hullerne mellem ledningerne i henhold til de stereotaktiske koordinater for din ønskede struktur. Placer de dybe strukturelektroder i glasrørene og juster mikroelektrodernes længder. Fastgør derefter plasten i den ønskede rækkefølge.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Construction of Local Field Potential Microelectrodes for in vivo Recordings from Multiple Brain Structures Simultaneously

Single-unit In vivo Recordings from the Optic Chiasm of Rat

Single-unit In vivo Recordings from the Optic Chiasm of Rat

Information about the visual world is transmitted to the brain in sequences of action potentials in retinal ganglion cell axons that make up the optic ...

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

Funktionel Neuroimaging Med Ultrasonic blod-hjerne barrieren forstyrrelser og mangan-forstærket MRI

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

Design and Assembly of an Ultra-light Motorized Microdrive for Chronic Neural Recordings in Small Animals

The ability to chronically record from populations of neurons in freely behaving animals has proven an invaluable tool for dissecting the function of ...

Paired Whole Cell Recordings in Organotypic Hippocampal Slices

Forbundne Helcelle optagelser i Organotypiske hippocampusskiver

Pair recordings involve simultaneous whole cell patch clamp recordings from two synaptically connected neurons, enabling not only direct ...

Electrophysiological Method for Whole-cell Voltage Clamp Recordings from Drosophila Photoreceptors

Electrophysiological Method for Whole-cell Voltage Clamp Recordings from Drosophila Photoreceptors

Elektrofysiologisk metode til hele celle spænding clamp optagelser fra<em&gt; Drosophila</em&gt; Photoreceptors

Whole-cell voltage clamp recordings from Drosophila melanogaster photoreceptors have revolutionized the field of invertebrate visual transduction, ...

Acute In Vivo Electrophysiological Recordings of Local Field Potentials and Multi-unit Activity from the Hyperdirect Pathway in Anesthetized Rats

Acute In Vivo Electrophysiological Recordings of Local Field Potentials and Multi-unit Activity from the Hyperdirect Pathway in Anesthetized Rats

Spids<em&gt; In vivo</em&gt; Elektrofysiologiske optagelser af lokale feltpotentialer og multi-enhed aktivitet fra Hyperdirect-banen i bedøvede rotter

Converging evidence shows that many neuropsychiatric diseases should be understood as disorders of large-scale neuronal networks. To better understand the ...

Concurrent Recording of Co-localized Electroencephalography and Local Field Potential in Rodent

Samtidige optagelse af co lokaliserede electroencefalografi og lokale felt potentiale i gnavere

Although electroencephalography (EEG) is widely used as a non-invasive technique for recording neural activities of the brain, our understanding of the ...

Simultaneous Recordings of Cortical Local Field Potentials, Electrocardiogram, Electromyogram, and Breathing Rhythm from a Freely Moving Rat

Samtidige optagelser af kortikale lokale felt potentialer, elektrokardiogram, Electromyogram og vejrtrækning rytmen fra en frit bevægende rotte

Monitoring the physiological dynamics of the brain and peripheral tissues is necessary for addressing a number of questions about how the brain controls ...

In Vivo Electrophysiological Measurement of Compound Muscle Action Potential from the Forelimbs in Mouse Models of Motor Neuron Degeneration

In Vivo Electrophysiological Measurement of Compound Muscle Action Potential from the Forelimbs in Mouse Models of Motor Neuron Degeneration

In Vivo Elektrofysiologiske målinger af sammensatte muskel aktionspotentialet fra forbens i musemodeller af Motor Neuron Degeneration

Assessing the functionality of the nerve axon provides detailed information on the progression of neuromuscular disorders. Electrophysiological recordings ...

Evaluation of Hemisphere Lateralization with Bilateral Local Field Potential Recording in Secondary Motor Cortex of Mice

Evaluering af halvkugle Lateralisering med bilateral lokal felt potentiel optagelse i sekundær motor cortex af mus

This article demonstrates complete, detailed procedures for both in vivo bilateral recording and analysis of local field potential (LFP) in the cortical ...