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

Detta arbete stöddes av National Institute of Health (RO1 NS120945, R37NS119012 till JK) och UVA Brain Institute.

Det nuvarande arbetet är godkänt av University of Virginia Animal Care and Use Committee. C57Bl/6 möss av båda könen (7-12 veckor) användes för experimenten. Djuren hölls på en 12 h ljus / 12 h mörk cykel och hade ad libitum tillgång till mat och vatten.
1. Mikroelektrodkonstruktion
<ol><li>För att konstruera mikroelektroderna, använd 50 μm (diameter) diamelbelagd nickelkromtråd (se Materialtabell). Tejpa ena änden av tråden på bak...

<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>

Historiskt sett har mikroelektrodmatriser använts i stor utsträckning för att registrera neuronal aktivitet från en specifik hjärnregion av intresse 2,3,4,5,6,7,8,9,13. Vår enkla mikroelektroddesign möjliggör dock ...

Lokala fältpotentialer (LFP) är de elektriska potentialer som registreras från det extracellulära utrymmet i hjärnan. De genereras av jonkoncentrationsobalanser utanför neuroner och representerar aktiviteten hos en liten, lokaliserad population av neuroner, vilket gör det möjligt att exakt övervaka aktiviteten i en specifik hjärnregion jämfört med makroskala EEG-inspelningarna1. Som en uppskattning motsvarar LFP-mikroelektroderna separerade med 1 mm två helt olika populationer av neuroner. Medan EEG-signalen filtreras av hjärnvävnad, cerebrospinalvätska, skalle, muskler och hud, är LFP-signalen en pålitlig markör för lokal neuronal aktivitet1.
Forskare behöver ofta samtidigt registrera LFP från flera hjärnstrukturer, men kommersiellt tillgängliga mikroelektrodmatriser erbjuder ofta inte sådan flexibilitet. Här beskriver det nuvarande protokollet helt anpassningsbara, lätt konstruerade mikroelektroder för att samtidigt spela in LFP från önskad hjärnregion på olika djup. Även om LFP i stor utsträckning har använts för att registrera den neuronala aktiviteten i en specifik hjärnregion 2,3,4,5,6,7,8,9, tillåter den nuvarande enkla anpassningsbara designen inspelning av LFP från alla flera ytliga eller djupa hjärnregioner 11,12 . Protokollet kan också modifieras för att konstruera vilken önskad mikroelektrodmatris som helst genom att bestämma stereotaxiska koordinater för hjärnregionerna och montera matrisen i enlighet därav. Dessa mikroelektroder med en samplingsfrekvens på 10 kHz och 60-70 kΩ motstånd (2 cm längd) gör att vi kan spela in LFP med millisekundprecision. Data kan sedan förstärkas av en 16-kanals förstärkare, filtreras (lågt pass 1 Hz, högpass 5 kHz) och digitaliseras.

<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

Forskare behöver ofta registrera lokala fältpotentialer (LFP) samtidigt från flera hjärnstrukturer. Inspelning från flera önskade hjärnregioner kräver olika mikroelektrodkonstruktioner, men kommersiellt tillgängliga mikroelektrodmatriser erbjuder ofta inte sådan flexibilitet. Här beskriver det nuvarande protokollet den enkla utformningen av skräddarsydda mikroelektrodmatriser för att spela in LFP från flera hjärnstrukturer samtidigt på olika djup. Detta arbete beskriver konstruktionen av de bilaterala kortikala, striatala, ventrolaterala talamiska och nitrala mikroelektroderna som ett exempel. Den skisserade designprincipen erbjuder flexibilitet, och mikroelektroderna kan modifieras och anpassas för att spela in LFP från vilken struktur som helst genom att beräkna stereotaxiska koordinater och snabbt ändra konstruktionen i enlighet därefter för att rikta in sig på olika hjärnregioner i antingen fritt rörliga eller bedövade möss. Mikroelektrodaggregatet kräver standardverktyg och tillbehör. Dessa anpassade mikroelektrodmatriser gör det möjligt för utredare att enkelt designa mikroelektrodmatriser i vilken konfiguration som helst för att spåra neuronal aktivitet, vilket ger LFP-inspelningar millisekunders upplösning.

I detta arbete användes LFP-mikroelektroderna för att kartlägga anfallsspridningen genom de basala ganglierna11. Samtidiga LFP-inspelningar utfördes från höger premotorisk cortex (där anfallsfokus var) och vänster VL, striatum och SNR (figur 4). Anfallsstart identifierades som avböjning av spänningsspåret minst två gånger baslinjen (figur 4A, röd pil). Effektspektrumdiagrammet11 visar frekvensfördeln...

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

Det nuvarande protokollet beskriver konstruktionen av skräddarsydda mikroelektrodmatriser för att registrera lokala fältpotentialer in vivo från flera hjärnstrukturer samtidigt.

Konstruktion av lokala fältpotentialmikroelektroder för in vivo-inspelningar från flera hjärnstrukturer samtidigt

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

Forskare behöver ofta registrera lokala fältpotentialer från flera strukturer samtidigt. Vår enkla mikroelektroddesign gör att vi kan spela in LFP från flera hjärnstrukturer på olika djup samtidigt. Kommersiellt tillgängliga mikroelektroder saknar ofta flexibilitet och tillåter inte att spela in från flera hjärnstrukturer.Vår mikroelektroddesign gör det enkelt att modifiera konstruktionen så att den passar alla önskade strukturer. Börja med att ta en dianalbelagd nickelkromtråd 50 mikrometer i diameter. Tejpa ena änden av tråden på baksidan av plattformen och linda tråden tre gånger runt närmaste ratt på plattformen.Sträck tråden runt den längsta andra ratten för att göra två öglor mellan rattarna. Vik tråden ytterligare tre gånger runt den första ratten för att fixera tråden på plats och tejpa änden på baksidan av plattformen. Placera spänningsstängerna under ledningarna med tejpen lindad runt dem.Använd ett mikroskop och fina pincett, gör antingen ett tre millimeter mellanrum mellan ledningarna för att göra kortikala, ventral-laterala, talamiska kärnmikroelektroder eller ett 4,5 millimeter gap för att göra striatal-nidral mikroelektroder. Om förstoring används på mikroskopet, se till att beräkna och justera för skillnaden i förstoring och det faktiska avståndet mellan ledningarna. Skär fyra små bitar av 0,5 millimeter tjock plast ungefär sex millimeter i bredd och tre millimeter i höjd.Applicera lim på plasten. Placera plastbitarna ungefär en centimeter från mitten av tråden, som är en centimeter från spänningsstången. Ta bort överflödigt lim med en bomullspinne.När limet torkar, klipp tråden med fin sax. Skär fyra sju millimeter glasrör med ett kommersiellt tillgängligt kit och sätt in elektrodtråden i glasrören. Sätt limet vid basen av glasrören för att ansluta dem till plasten.Vänta tills limet torkar och skär sedan glasrören och ledningarna med en skalpell. Använd superlim för att fästa plast i önskad ordning av målregioner. Applicera epoxiharts runt plasten för att binda elektroderna ihop.Ta en tjock tråd och gör en slinga i ena änden, doppa slingan i epoxilösningen och placera den på plasten, så att den tjocka tråden ligger platt så att denna tråd kan användas som handtag. Skär tråden till två centimeter. Gruppera ledningarna och skrapa bort en millimeter av de isolerade ändarna med en skalpell.Böj de kortikala elektroderna och separera ledningarna. Använd fina pincett och gör en slinga i slutet av varje tråd. Håll ett 10-polig headset med en hemostat och använd träänden på en bomullspinne för att applicera minimala mängder flöde på stiften.Använd träänden på bomullspinnen och applicera flöde på trådslingorna. Löd trådslingorna till det 10-poliga headsetet. Torka headsetet för att förhindra kortslutning bland stiften.Ta en tunn tråd på cirka 0,05 till 0,008 tum för referens- och jordledningar och ta bort plasten från ena änden. Gör en slinga i andra änden av tråden. Löd den avskalade sidan av referens- och jordledningarna till sina respektive stift.Håll den tjocka tråden, applicera kranioplastisk cement runt mikroelektroderna, särskilt där ledningarna ansluter till stiften. Undvik att röra vid de faktiska elektrodändarna med cementet. När cementet torkar, sätt epoxiharts vid basen av glasrören, striatala mikroelektrodtrådar och runt hela elektroden.Undvik att röra elektrodändarna med epoxiharts. Lokala fältpotentialinspelningar utfördes från höger premotorisk cortex, vänster VL, striatum och SNR. Anfallsstart identifierades som en avböjning av spänningsspåret minst två gånger baslinjen.Effektspektrumdiagrammet visar frekvensfördelningen för de inspelade lokala potentiella inspelningarna. Latenser för anfallsstart kan jämföras mellan varje struktur med millisekundprecision. En strömpuls applicerades i slutet av inspelningarna för att markera och bekräfta placeringen av elektrodspetsarna som bildar lesionen.Om mikroelektroderna är konstruerade för olika hjärnstrukturer, kom ihåg att ändra mellanrummen mellan ledningarna enligt de stereotaktiska koordinaterna för din önskade struktur. Placera de djupa strukturelektroderna i glasrören och justera mikroelektrodernas längder. Fäst sedan plasten i önskad ordning.

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-enhet In vivo Inspelningar från Optic Chiasm av 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

Funktionell hjärnavbildning med ultraljud Blod-hjärnbarriären störningar och mangan-förstärkt MRT

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

Konstruktion och montering av en Motoriserad Ultralätt Microdrive för kronisk neurala inspelningar i små djur

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

Kopplade Hela Cell Inspelningar 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 metod för helcells spänningskläminspelningar från<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

Akut<em&gt; In vivo</em&gt; Elektrofysiologiska inspelningar av lokala fältpotentialer och multifunktionsaktivitet från Hyperdirect-vägen i bedövade råttor

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 inspelning av samtidig lokaliserade elektroencefalografi och lokala fältet Potential i gnagare

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

Samtidiga inspelningar av kortikala lokala fältet potentialer, elektrokardiogram, Elektromyogram och andas rytm från en fritt rörliga råtta

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 Elektrofysiologisk mätning av sammansatta muskel aktionspotential från frambenen i musmodeller av motorneuronen 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

Utvärdering av halvklot lateralization med bilateral lokal sätter in potentiell inspelning i sekundär motorisk cortex av möss

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