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 arbeidet ble støttet av National Institute of Health (RO1 NS120945, R37NS119012 til JK) og UVA Brain Institute.

Det nåværende arbeidet er godkjent av University of Virginia Animal Care and Use Committee. C57Bl/6 mus av begge kjønn (7-12 uker) ble brukt til forsøkene. Dyrene ble opprettholdt på en 12 timers lys/12 timers mørk syklus og hadde ad libitum tilgang til mat og vann.
1. Microelectrode konstruksjon
<ol><li>For å konstruere mikroelektrodene, bruk 50 μm (diameter) diamelbelagt nikkel-kromtråd (se Materialtabell). Tape den ene enden av ledningen...

<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 har mikroelektrode arrayer blitt mye brukt til å registrere nevronaktivitet fra en bestemt hjerneregion av interesse 2,3,4,5,6,7,8,9,13. Imidlertid tillater vår enkle mikroelektrode design opptak fra flere stru...

Lokale feltpotensialer (AKU-er) er de elektriske potensialene som registreres fra det ekstracellulære rommet i hjernen. De genereres av ionkonsentrasjonsubalanser utenfor nevroner og representerer aktiviteten til en liten, lokalisert befolkning av nevroner, slik at de nøyaktig kan overvåke aktiviteten til en bestemt hjerneregion sammenlignet med makroskala EEG-registreringene1. Som et estimat tilsvarer LFP-mikroelektrodene atskilt med 1 mm to helt forskjellige populasjoner av nevroner. Mens EEG-signal filtreres etter hjernevev, cerebrospinalvæske, hodeskalle, muskel og hud, er LFP-signal en pålitelig markør for lokal nevronaktivitet1.
Forskere må ofte samtidig registrere AKU-er fra flere hjernestrukturer, men kommersielt tilgjengelige mikroelektrode arrayer tilbyr ofte ikke slik fleksibilitet. Her beskriver den nåværende protokollen fullt tilpassbare, lett konstruerte mikroelektroder for samtidig å registrere AKU-er fra ønsket hjerneregion på forskjellige dybder. Selv om AKU-er i stor grad har blitt brukt til å registrere nevronaktiviteten til en bestemt hjerneregion 2,3,4,5,6,7,8,9, tillater den nåværende enkle tilpassbare designen opptak av AKU-er fra flere overfladiske eller dype hjerneregioner 11,12 . Protokollen kan også modifiseres for å konstruere ønsket mikroelektroderingsmatrise ved å bestemme stereotaksiske koordinater i hjerneregionene og montere matrisen tilsvarende. Disse mikroelektrodene med en samplingsfrekvens på 10 kHz og 60-70 kΩ motstand (2 cm lengde) lar oss registrere AKU-er med millisekundpresisjon. Dataene kan deretter forsterkes av en 16-kanals forsterker, filtreres (lavpass 1 Hz, høy 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 må ofte registrere lokale feltpotensialer (ALFPer) samtidig fra flere hjernestrukturer. Opptak fra flere ønskede hjerneregioner krever forskjellige mikroelektrode design, men kommersielt tilgjengelige mikroelektrode arrays tilbyr ofte ikke slik fleksibilitet. Her skisserer den nåværende protokollen den enkle utformingen av skreddersydde mikroelektrode arrays for å registrere AKU-er fra flere hjernestrukturer samtidig på forskjellige dybder. Dette arbeidet beskriver byggingen av de bilaterale kortikale, striatale, ventrolaterale thalamic og nigrale mikroelektroder som et eksempel. Det skisserte designprinsippet gir fleksibilitet, og mikroelektrodene kan modifiseres og tilpasses for å registrere AKU-er fra hvilken som helst struktur ved å beregne stereotaksiske koordinater og raskt endre konstruksjonen tilsvarende for å målrette forskjellige hjerneregioner i enten fritt bevegelige eller bedøvede mus. Mikroelektrodeenheten krever standardverktøy og -forsyninger. Disse tilpassede mikroelektrode-arrayene gjør det enkelt for undersøkere å designe mikroelektrode-arrayer i enhver konfigurasjon for å spore nevronaktivitet, og gir LFP-opptak med millisekunders oppløsning.

I dette arbeidet ble LFP-mikroelektrodene brukt til å kartlegge anfallet spredt gjennom basal ganglia11. Samtidige LFP-opptak ble utført fra høyre premotorisk cortex (hvor anfallsfokuset var) og venstre VL, striatum og SNR (figur 4). Anfallsstart ble identifisert som avbøyning av spenningssporet minst dobbelt så stor grunnlinje (figur 4A, rød pil). Kraftspektrumplottet11 viser frekvensfordelinger for de regis...

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 nåværende protokollen beskriver byggingen av skreddersydde mikroelektrode arrays for å registrere lokale feltpotensialer in vivo fra flere hjernestrukturer samtidig.

Bygging av lokale feltpotensiale mikroelektroder for in vivo-opptak fra flere hjernestrukturer samtidig

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

Forskere må ofte registrere lokale feltpotensialer fra flere strukturer samtidig. Vår enkle mikroelektrode design lar oss registrere AKU-er fra flere hjernestrukturer på forskjellige dybder samtidig. Kommersielt tilgjengelige mikroelektroder mangler ofte fleksibilitet og tillater ikke å registrere fra flere hjernestrukturer.Vår mikroelektrode design gjør det enkelt å modifisere konstruksjonen slik at den passer til enhver ønsket struktur. Begynn med å ta en dianal-belagt nikkel kromtråd 50 mikrometer i diameter. Tape den ene enden av ledningen på baksiden av plattformen og vikle ledningen tre ganger rundt nærmeste knott på plattformen.Strekk ledningen rundt den lengste andre knotten for å lage to løkker mellom knottene. Vikle ledningen tre ganger til rundt den første knotten for å feste ledningen på plass og tape enden på baksiden av plattformen. Plasser strekkstengene under ledningene med båndet viklet rundt dem.Bruk et mikroskop og fine tang, lag enten et tre millimeter gap mellom ledningene for å lage kortikale, ventral-laterale, thalamic kjernemikroelektroder eller et gap på 4,5 millimeter for å lage striatal-nidrale mikroelektroder. Hvis forstørrelse brukes på mikroskopet, må du sørge for å beregne og justere for forskjellen i forstørrelse og den faktiske avstanden mellom ledningene. Klipp fire små biter av 0,5 millimeter tykk plast omtrent seks millimeter i bredde og tre millimeter i høyden.Påfør lim på plasten. Plasser plastbitene omtrent en centimeter unna midten av ledningen, som er en centimeter unna spenningsstangen. Fjern overflødig lim med en bomullspinne.Etter at limet tørker, kutt ledningen med fin saks. Klipp fire syv millimeter glassrør med et kommersielt tilgjengelig sett og sett elektrodetråden inn i glassrørene. Sett limet på bunnen av glassrørene for å koble dem til plasten.Vent til limet tørker, og kutt deretter glassrørene og ledningene ved hjelp av en skalpell. Bruk superlim til å feste plast i ønsket rekkefølge av målregioner. Påfør epoksyharpiks rundt plasten for å binde elektrodene sammen.Ta en tykk ledning og lag en løkke i den ene enden, dypp løkken i epoksyløsningen, og legg den på plasten, og sørg for at den tykke ledningen ligger flatt slik at denne ledningen kan brukes som et håndtak. Klipp ledningen til to centimeter. Grupper ledningene og skrap bort en millimeter av de isolerte endene med en skalpell.Bøy de kortikale elektrodene og skill ledningene. Bruk fine tang, lag en løkke på slutten av hver ledning. Hold et 10-pinners hodesett med hemostat og bruk treenden av en bomullspinne for å påføre minimale mengder fluss på pinnene.Bruk treenden av bomullspinnen, bruk flux på trådløkkene. Lodd trådløkkene til det 10-pinners hodesettet. Tørk headsettet for å forhindre kortslutning mellom pinnene.Ta en tynn ledning på ca. 0,05 til 0,008 tommer for referanse- og jordledninger og fjern plasten fra den ene enden. Lag en løkke i den andre enden av ledningen. Lodd den stripete siden av referansen og jordledningene til sine respektive pinner.Hold den tykke ledningen, påfør kranioplastisk sement rundt mikroelektrodene, spesielt der ledningene kobles til pinnene. Unngå å berøre de faktiske elektrodeendene med sementen. Etter at sementen tørker, legg epoksyharpiks ved foten av glassrørene, striatal mikroelektrode ledninger og rundt hele elektroden.Unngå å berøre elektrodeendene med epoksyharpiks. Lokale felt potensielle opptak ble utført fra høyre pre-motor cortex, venstre VL, striatum og SNR. Anfallsstart ble identifisert som en avbøyning av spenningssporet minst dobbelt så stor som grunnlinjen.Kraftspektrumplottet viser frekvensfordelingen for de registrerte lokale potensielle opptakene. Anfallsforsinkelser kan sammenlignes mellom hver struktur med millisekundpresisjon. En nåværende puls ble påført på slutten av opptakene for å markere og bekrefte plasseringen av elektrodespissene som danner lesjonen.Hvis mikroelektrodene er konstruert for forskjellige hjernestrukturer, husk å endre hullene mellom ledningene i henhold til stereotaktiske koordinater av ønsket struktur. Plasser de dype strukturelektrodene i glassrørene og juster lengdene på mikroelektrodene. Fest deretter plasten i ønsket rekkefølge.

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

Funksjonell Bildediagnostiske Bruke Ultrasonic blod-hjerne barrieren avbrudd og mangan forbedret MR

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

Sammenkoblede hele cellen Recordings i organotypic 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

Elektrofysiologisk metode for helcelle spenningsklemmeopptak fra<em&gt; Drosophila</em&gt; Fotoreseptorer

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

Akutt<em&gt; In vivo</em&gt; Elektrofysiologiske opptak av lokale feltpotensialer og multi-enhet 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

Samtidig opptak av samlokalisert Elektroencefalogram og lokale feltet potensialet i gnagere

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

Samtidig opptak av kortikale lokale feltet potensialene, elektrokardiogram, eletromyografi og puste rytmen fra en fritt flyttende 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

I Vivo Elektrofysiologiske måling av sammensatte muskel handling potensial fra Forelimbs i musen modeller av Motor Neuron degenerasjon

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 av halvkule Lateralization med bilaterale lokale felt potensial Recording i sekundær motor cortex av mus

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