Name: construction of local field potential microelectrodes for in vivo recordings from multiple brain structures simultaneously
Uploaded: 2022-03-14T15:00:00
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この研究は、国立衛生研究所(RO1 NS120945、R37NS119012からJK)とUVA脳研究所の支援を受けた。

現在の研究は、バージニア大学動物管理および使用委員会によって承認されています。両性のC57Bl/6マウス(7〜12週目)を実験に使用した。動物は12時間の明暗/12時間の暗サイクルで維持され、食物と水への 自由 アクセスを有していた。
1. 微小電極構造
<ol><li>微小電極を構成するには、50μm(直径)のダイアメル被覆ニッケルクロム線を使用します( ?...

<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>

歴史的に、微小電極アレイは、関心のある特定の脳領域2、3、4、5、6、7、8、9、13からのニューロン活動を記録するために広く使用されてきた。しかし、当社の簡単?...

局所電界電位(LFP)は、脳内の細胞外空間から記録された電位である。これらは、ニューロンの外側のイオン濃度の不均衡によって生成され、ニューロンの小さな、局所的な集団の活動を表し、マクロスケールの脳波記録と比較して特定の脳領域の活動を正確に監視することを可能にする1。推定値として、1mmで分離されたLFP微小電極は、ニューロンの2つの全く異なる集団に対応する。脳波信号は脳組織、脳脊髄液、頭蓋骨、筋肉、および皮膚によってフィルタリングされるが、LFP信号は局所ニューロン活動の信頼できるマーカーである1。
研究者はしばしば複数の脳構造からのLFPを同時に記録する必要があるが、市販の微小電極アレイはしばしばそのような柔軟性を提供しない。ここで、本プロトコルは、所望の脳領域からのLFPを異なる深さで同時に記録するために、完全にカスタマイズ可能で容易に構築された微小電極を記載する。LFPは、特定の脳領域2,3,4,5,6,7,8,9のニューロン活動を記録するために広く使用されてきたが、現在の容易にカスタマイズ可能な設計により、任意の複数の表在性または深部脳領域からのLFPを記録することができる11,12.プロトコルは、脳領域の定位座標を決定し、それに応じてアレイを組み立てることによって、任意の所望の微小電極アレイを構築するように変更することもできる。サンプリングレートが10kHz、抵抗が60~70kΩ(長さ2cm)の微小電極により、LFPをミリ秒単位で記録することができます。その後、データは16チャンネルアンプで増幅され、フィルタリングされ(ローパス1Hz、ハイパス5kHz)、デジタル化されます。

<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

研究者はしばしば、複数の脳構造から同時に局所場電位(LFP)を記録する必要があります。複数の所望の脳領域からの記録には異なる微小電極設計が必要であるが、市販の微小電極アレイはしばしばそのような柔軟性を提供しない。ここで、本プロトコルは、異なる深さで同時に複数の脳構造からのLFPを記録するためのカスタムメイドの微小電極アレイの簡単な設計を概説する。本研究は、両側皮質、線条体、腹側視床、および黒質微小電極の構築を例に説明する。概説された設計原理は柔軟性を提供し、微小電極は、定位座標を計算し、それに応じて構造を迅速に変更して、自由に動くマウスまたは麻酔をかけられたマウスの異なる脳領域を標的とすることによって、任意の構造からLFPを記録するように変更およびカスタマイズすることができる。微小電極アセンブリには、標準的な工具と消耗品が必要です。これらのカスタムマイクロ電極アレイにより、研究者はニューロン活動を追跡するためにあらゆる構成のマイクロ電極アレイを簡単に設計でき、ミリ秒単位の分解能でLFP記録を提供することができます。

この作業では、LFP微小電極を用いて、大脳基底核11に広がる発作をマッピングした。LFP記録は、右前運動野(発作焦点があった場所)と左VL、線条体、およびSNRから同時に行われた(図4)。発作開始は、ベースラインの少なくとも2倍の電圧トレースのたわみとして同定された(図4A、赤矢印)。パワースペクトルプロット11</s...

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

本プロトコールは、複数の脳構造から 同時に生体内の 局所電界電位を記録するためのカスタムメイドの微小電極アレイの構築を記載する。

複数の脳構造から同時に 生体内 記録のための局所電界電位微小電極の構築

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

研究者は、多くの場合、複数の構造からの局所的な電界電位を同時に記録する必要があります。当社の簡単な微小電極設計により、異なる深さの複数の脳構造からのLFPを同時に記録することができます。市販の微小電極は、しばしば柔軟性に欠け、複数の脳構造から記録することができない。当社の微小電極設計により、任意の構造に合わせて構造を簡単に変更できます。直径50マイクロメートルのダイアルコーティングされたニッケルクロム線を取ることから始めます。ワイヤの一端をプラットフォームの背面にテープで固定し、プラットフォーム上の最も近いノブにワイヤを3回巻き付けます。最も遠い 2 番目のノブの周りにワイヤーを伸ばして、ノブ間に 2 つのループを作ります。最初のノブにワイヤーをさらに 3 回巻き付けてワイヤーを所定の位置に固定し、端をプラットフォームの背面にテープで固定します。テンションバーをワイヤーの下に置き、テープを巻いてください。顕微鏡と微細な鉗子を使用して、ワイヤー間に3ミリメートルの隙間を作って皮質、腹側、視床核微小電極を作るか、4.5ミリメートルの隙間を作って線条体 - nidral微小電極を作ります。顕微鏡で倍率を使用する場合は、倍率の差とワイヤ間の実際の距離を計算して調整してください。厚さ0.5mmのプラスチックを幅約6mm、高さ3mmの小片を4枚カットします。プラスチックに接着剤を塗布します。プラスチック片をワイヤーの中央から約 1 cm 離して配置します (テンションバーから 1 cm 離します)。綿棒で余分な接着剤を取り除きます。接着剤が乾いたら、細かいはさみを使ってワイヤーを切ってください。市販のキットを用いて7mmガラス管を4本切断し、ガラス管に電極線を差し込みます。ガラス管の根元に接着剤を入れて、プラスチックに接続します。接着剤が乾くまで待ってから、メスを使ってガラス管とワイヤーを切断します。スーパー接着剤を使用して、ターゲット領域の所望の順序でプラスチックを取り付けます。プラスチックの周りにエポキシ樹脂を塗布して、電極を結合します。太いワイヤーを取り、一端にループを作り、ループをエポキシ溶液に浸してプラスチックの上に置き、太いワイヤーが平らに横たわっていることを確認して、このワイヤーをハンドルとして使用できます。ワイヤーを2センチメートルに切断します。ワイヤをグループ化し、孤立した端の1ミリメートルをメスでこすり落とします。皮質電極を曲げ、ワイヤを分離します。細かい鉗子を使用して、各ワイヤの端にループを作ります。10ピンヘッドセットをヘモセットで持ち、綿棒の木の端を使用してピンに最小限のフラックスを適用します。綿棒の木の端を使用して、ワイヤーループにフラックスを塗布します。ワイヤループを10ピンヘッドセットにはんだ付けします。ヘッドセットを乾かして、ピン間の短絡を防ぎます。基準線とアース線用に約0.05~0.008インチの細い線を取り、プラスチックを一端から剥がします。ワイヤのもう一方の端にループを作成します。基準線とアース線の剥がれた側をそれぞれのピンにはんだ付けします。太いワイヤーを保持し、特にワイヤーがピンに接続する場所で、微小電極の周りに頭蓋形成性セメントを塗布します。実際の電極端部をセメントで触れないでください。セメントが乾いたら、ガラス管の基部、線条体微小電極線、および電極全体の周囲にエポキシ樹脂を入れます。電極の端部をエポキシ樹脂で触れないでください。局所電界電位記録は、右前運動皮質、左VL、線条体、およびSNRから行った。発作開始は、ベースラインの少なくとも2倍の電圧トレースの撓みとして同定された。パワースペクトルプロットは、記録された局所電位記録の周波数分布を示す。発作発症待ち時間は、ミリ秒の精度で各構造間で比較することができた。記録の最後に電流パルスを印加し、病変を形成する電極先端の位置をマークし、確認した。微小電極が異なる脳構造のために構築されている場合は、所望の構造の定位座標に従ってワイヤ間のギャップを変更することを忘れないでください。ガラス管に深層構造電極を配置し、微小電極の長さを調整します。次に、プラスチックを必要な順序で取り付けます。

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

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シングルユニット in vivoで</emラットの視交叉から>録音

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

超音波血液脳関門の破壊とマンガン増強MRIを用いた脳機能イメージングの試み

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

小動物の慢性神経録音用超軽量電動マイクロドライブの設計およびアセンブリ

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

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

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全細胞電圧クランプ記録のための電気生理学的方法<em&gt;ショウジョウバエ</em&gt;感光体

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

急性<em&gt;インビボ</em&gt;麻酔ラットにおけるHyperdirect経路からの局所場ポテンシャルとマルチユニット活性の電気生理学的記録

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

共局在脳波および齧歯動物のローカル フィールド電位の同時記録

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

皮質局所電界電位、心電図、筋電図、呼吸リズム自由行動ラットからの同時録音

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

生体内で運動ニューロンの変性症のマウスモデルの前肢からの複合筋活動電位の電気生理学的測定

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

マウスの二次運動皮質における二国間局場電位記録による半球横化の評価

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

複数の脳構造から同時に 生体内 記録のための局所電界電位微小電極の構築

複数の脳構造から同時に生体内記録のための局所電界電位微小電極の構築