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

Dit werk werd ondersteund door het National Institute of Health (RO1 NS120945, R37NS119012 tot JK) en het UVA Brain Institute.

Het huidige werk is goedgekeurd door de University of Virginia Animal Care and Use Committee. C57Bl/6 muizen van beide geslachten (7-12 weken) werden gebruikt voor de experimenten. De dieren werden gehouden op een 12 uur licht / 12 uur donkere cyclus en hadden ad libitum toegang tot voedsel en water.
1. Micro-elektrode constructie
<ol><li>Gebruik voor de constructie van de micro-elektroden 50 μm (diameter) diamel-gecoate nikkel-chroomdraad (zie Tabel met ma...

<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>

Historisch gezien zijn micro-elektrode-arrays uitgebreid gebruikt om neuronale activiteit te registreren van een specifiek hersengebied van belang 2,3,4,5,6,7,8,9,13. Ons eenvoudige micro-elektrodeontwerp maakt het echter ...

Local field potentials (LFP's) zijn de elektrische potentialen die worden geregistreerd vanuit de extracellulaire ruimte in de hersenen. Ze worden gegenereerd door ionenconcentratie-onevenwichtigheden buiten neuronen en vertegenwoordigen de activiteit van een kleine, gelokaliseerde populatie neuronen, waardoor de activiteit van een specifiek hersengebied nauwkeurig kan worden gevolgd in vergelijking met de EEG-opnames op macroschaal1. Als schatting komen de LFP-micro-elektroden gescheiden door 1 mm overeen met twee totaal verschillende populaties van neuronen. Terwijl eeg-signaal wordt gefilterd door hersenweefsel, hersenvocht, schedel, spier en huid, is het LFP-signaal een betrouwbare marker van lokale neuronale activiteit1.
Onderzoekers moeten vaak tegelijkertijd LFP's van verschillende hersenstructuren registreren, maar commercieel beschikbare micro-elektrode-arrays bieden vaak niet zo'n flexibiliteit. Hier beschrijft het huidige protocol volledig aanpasbare, gemakkelijk te construeren micro-elektroden om tegelijkertijd LFP's op te nemen vanuit elk gewenst hersengebied op verschillende diepten. Hoewel LFP's uitgebreid zijn gebruikt om de neuronale activiteit van een specifiek hersengebied vast te leggen 2,3,4,5,6,7,8,9, maakt het huidige eenvoudig aanpasbare ontwerp het mogelijk om LFP's op te nemen vanuit meerdere oppervlakkige of diepe hersengebieden 11,12 . Het protocol kan ook worden aangepast om elke gewenste micro-elektrode-array te construeren door stereotaxische coördinaten van de hersengebieden te bepalen en de array dienovereenkomstig samen te stellen. Deze micro-elektroden met een bemonsteringsfrequentie van 10 kHz en een weerstand van 60-70 kΩ (2 cm lengte) stellen ons in staat om LFP's met milliseconde precisie op te nemen. De gegevens kunnen vervolgens worden versterkt door een 16-kanaals versterker, gefilterd (low pass 1 Hz, high pass 5 kHz) en gedigitaliseerd.

<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

Onderzoekers moeten vaak lokale veldpotentialen (LFP's) tegelijkertijd van verschillende hersenstructuren registreren. Het opnemen van meerdere gewenste hersengebieden vereist verschillende micro-elektrodeontwerpen, maar commercieel verkrijgbare micro-elektrode-arrays bieden vaak niet zo'n flexibiliteit. Hier schetst het huidige protocol het eenvoudige ontwerp van op maat gemaakte micro-elektrode-arrays om LFP's van meerdere hersenstructuren tegelijkertijd op verschillende diepten op te nemen. Dit werk beschrijft de constructie van de bilaterale corticale, striatale, ventrolaterale thalamische en nizige micro-elektroden als voorbeeld. Het geschetste ontwerpprincipe biedt flexibiliteit en de micro-elektroden kunnen worden aangepast en aangepast om LFP's van elke structuur op te nemen door stereotaxische coördinaten te berekenen en de constructie snel dienovereenkomstig te veranderen om verschillende hersengebieden in vrij bewegende of verdoofde muizen te targeten. De micro-elektrodeassemblage vereist standaard gereedschappen en benodigdheden. Met deze aangepaste micro-elektrode-arrays kunnen onderzoekers eenvoudig micro-elektrode-arrays in elke configuratie ontwerpen om neuronale activiteit te volgen, waardoor LFP-opnames met een milliseconderesolutie worden geleverd.

In dit werk werden de LFP-micro-elektroden gebruikt om de aanvalsverspreiding door de basale ganglia11 in kaart te brengen. Gelijktijdige LFP-opnames werden uitgevoerd vanuit de rechter premotorische cortex (waar de aanvalsfocus lag) en de linker VL, striatum en SNR (figuur 4). De aanvang van de aanval werd geïdentificeerd als een afbuiging van het spanningsspoor ten minste tweemaal de uitgangswaarde (figuur 4A, rode pijl). De vermogenss...

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

Het huidige protocol beschrijft de constructie van op maat gemaakte micro-elektrode arrays om lokale veldpotentialen in vivo van meerdere hersenstructuren tegelijkertijd vast te leggen.

Constructie van lokale veldpotentiaal micro-elektroden voor in vivo opnames van meerdere hersenstructuren tegelijkertijd

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

Onderzoekers moeten vaak lokale veldpotentialen van meerdere structuren tegelijkertijd vastleggen. Ons eenvoudige micro-elektrodeontwerp stelt ons in staat om LFP's van verschillende hersenstructuren op verschillende diepten tegelijkertijd op te nemen. Commercieel verkrijgbare micro-elektroden missen vaak flexibiliteit en laten niet toe om op te nemen van meerdere hersenstructuren.Ons micro-elektrodeontwerp maakt het mogelijk om de constructie eenvoudig aan te passen aan elke gewenste structuur. Begin met het nemen van een dianal-gecoate nikkelchroomdraad met een diameter van 50 micrometer. Plak het ene uiteinde van de draad aan de achterkant van het platform en wikkel de draad drie keer rond de dichtstbijzijnde knop op het platform.Span de draad rond de verste tweede knop om twee lussen tussen de knoppen te maken. Wikkel de draad nog drie keer rond de eerste knop om de draad op zijn plaats te bevestigen en plak het uiteinde aan de achterkant van het platform vast. Plaats de spanstaven onder de draden met de tape eromheen gewikkeld.Maak met behulp van een microscoop en een fijne tang een opening van drie millimeter tussen de draden om corticale, ventraal-laterale, thalamische kernmicro-elektroden te maken of een opening van 4,5 millimeter om striatale-nidrale micro-elektroden te maken. Als vergroting op de microscoop wordt gebruikt, zorg er dan voor dat u het verschil in vergroting en de werkelijke afstand tussen de draden berekent en aanpast. Snijd vier kleine stukjes 0,5 millimeter dik plastic van ongeveer zes millimeter breed en drie millimeter hoog.Breng lijm aan op het plastic. Plaats de plastic stukjes op ongeveer een centimeter afstand van het midden van de draad, dat is een centimeter verwijderd van de trekbalk. Verwijder overtollige lijm met een wattenstaafje.Nadat de lijm is opgedroogd, knipt u de draad met een fijne schaar. Knip vier glazen buizen van zeven millimeter met behulp van een in de handel verkrijgbare kit en steek de elektrodedraad in de glazen buizen. Plaats de lijm aan de basis van de glazen buizen om ze met het plastic te verbinden.Wacht tot de lijm droog is en knip vervolgens de glazen buizen en draden met een scalpel. Gebruik superlijm om kunststoffen in de gewenste volgorde van doelregio's te bevestigen. Breng epoxyhars aan rond het plastic om de elektroden aan elkaar te binden.Neem een dikke draad en maak een lus aan het ene uiteinde, dompel de lus in de epoxy-oplossing en plaats deze op het plastic, zodat de dikke draad plat ligt, zodat deze draad als handvat kan worden gebruikt. Knip de draad tot twee centimeter. Groepeer de draden en schraap een millimeter van de geïsoleerde uiteinden weg met een scalpel.Buig de corticale elektroden en scheid de draden. Maak met een fijne tang een lus aan het einde van elke draad. Houd een 10-pins headset met een hemostat vast en gebruik het houten uiteinde van een wattenstaafje om minimale hoeveelheden flux op de pinnen aan te brengen.Gebruik het houten uiteinde van het wattenstaafje en breng flux aan op de draadlussen. Soldeer de draadlussen aan de 10-pins headset. Droog de headset om kortsluiting tussen de pinnen te voorkomen.Neem een dunne draad van ongeveer 0,05 tot 0,008 inch voor referentie- en aarddraden en strip het plastic van het ene uiteinde af. Maak een lus aan de andere kant van de draad. Soldeer de gestripte zijde van de referentie- en aardingsdraden aan hun respectievelijke pinnen.Houd de dikke draad vast en breng cranioplastiekcement aan rond de micro-elektroden, vooral waar de draden verbinding maken met de pinnen. Vermijd het aanraken van de eigenlijke elektrode-uiteinden met het cement. Nadat het cement is opgedroogd, plaatst u epoxyhars aan de basis van de glazen buizen, striatale micro-elektrodedraden en rond de hele elektrode.Vermijd het aanraken van de elektrode-uiteinden met epoxyhars. Lokale veldpotentiaalopnamen werden uitgevoerd vanuit de rechter pre-motorische cortex, de linker VL, striatum en SNR. De aanvang van de aanval werd geïdentificeerd als een afbuiging van het spanningsspoor ten minste tweemaal de uitgangswaarde.De power spectrum plot toont de frequentieverdeling voor de opgenomen lokale potentiële opnames. Latenties bij aanvallen konden met milliseconde precisie tussen elke structuur worden vergeleken. Aan het einde van de opnames werd een stroompuls toegepast om de locatie van de elektrodenpunten die de laesie vormen te markeren en te bevestigen.Als de micro-elektroden zijn geconstrueerd voor verschillende hersenstructuren, vergeet dan niet om de openingen tussen de draden aan te passen aan de stereotactische coördinaten van uw gewenste structuur. Plaats de diepe structuurelektroden in de glazen buizen en pas de lengtes van de micro-elektroden aan. Bevestig vervolgens de kunststoffen in de vereiste volgorde.

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

Single-unit In vivo Opnamen van de Optic chiasma van de 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

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

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

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

Ontwerp en Montage van een Ultra-light Gemotoriseerde Microdrive voor Chronische Neurale Opnamen in Kleine Dieren

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

Gepaarde Whole Cell Opnamen in Organotypische hippocampus Slices

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

Elektrofysiologische methode voor opname van volledige spanningsklemmen van<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

acuut<em&gt; In Vivo</em&gt; Elektrofysiologische opnamen van lokale veldpotentialen en multi-unit activiteit van de Hyperdirect Pathway in verdoofde ratten

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

Gelijktijdige opname van elektro-encefalografie mede gelokaliseerde en lokale veld potentieel in knaagdier

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

Gelijktijdige opnamen van corticale lokale veld Potentials, elektrocardiogram Electromyogram en ademhaling ritme van een vrij bewegende Rat

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 Elektrofysiologische meting van samengestelde spier actiepotentiaal van de voorpoten in muismodellen van Motor Neuron degeneratie

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

Evaluatie van halfrond lateralisatie met bilaterale lokale veld potentiële opname in de secundaire motorische cortex van muizen

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