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Articles by Kamran Diba in JoVE
JoVE Neuroscience
À grande échelle d'enregistrement des neurones par des sondes de silicium mobiles à se comporter Rongeurs
1Center for Molecular and Behavioral Neuroscience, University of New Jersey, 2Center for Interdisciplinary Research in Biology, Collège de France, 3Janelia Farm Research Campus, Howards Hughes Medical Institute, 4Deptartment of Psychology, University of Wisconsin at Milwaukee
Nous décrivons les méthodes à grande échelle d'enregistrement de plusieurs unités simples et le potentiel de champ local à se comporter les rongeurs avec des sondes de silicium. Disque de fabrication, de fixation de sonde sur le disque et les processus d'implantation de la sonde sont illustrés dans des détails suffisants pour faciliter la reproduction.
Other articles by Kamran Diba on PubMed
Bruit Intrinsèque Dans Des Neurones Hippocampal Cultivés : Expérimentation Et Modélisation
Canaux ioniques ouvre et ferme de manière stochastique. La fluctuation de ces voies représente une source intrinsèque de bruit qui affecte les propriétés d'entrée-sortie du neurone. Nous avons combiné des mesures de cellules entières avec modélisation biophysique pour caractériser les propriétés intrinsèques de stochastiques et électriques des neurones observée à la soma. Nous avons mesuré le courants et le bruit de tension en 18D post-embryonnaire des cultures de neurones de l'hippocampe du rat, à des potentiels différents holding subthreshold et voisine du seuil en présence de bloqueurs synaptiques. Le bruit courant observé augmente avec une dépolarisation, canaux ioniques ont été activés, et son spectre a démontré le comportement généralisé 1/f. Exposition au TTX retiré une contribution significative de canaux Na + pour le spectre de bruit, en particulier à des potentiels dépolarisées, et le spectre résultant est maintenant dominé par un seul composant de Lorentz (1/f2). En remplaçant le K + intracellulaire avec Cs +, nous avons démontré qu'une grande partie du bruit observée était attribuable à canaux K +. Nous avons comparé les densités spectrales de puissance mesurée pour un modèle 1D cable des fluctuations canal basé sur la cinétique de Markov. Nous avons constaté qu'un compartiment somatique, en combinaison avec un seul cylindre équivalent, décrit la géométrie efficace du point de vue du soma. Quatre populations distinctes de canal ont été distribuées dans la membrane et modélisées comme des sources de bruit actuel lorentzienne. Grâce au programme de simulation de neurone, nous résume les contributions provenant des sources de bruit actuel distribuées spatialement et calcule la tension totale et le bruit actuel. Notre modèle quantitatif reproduit les caractéristiques importantes et fréquence-dépendants de la tension des données, représente le comportement de 1/f, ainsi que les effets de divers inhibiteurs calciques.
Bruit D'une Tension De Neurones Pyramidaux Néocorticales De Rat
Les neurones sont des éléments bruyants. Bruit provient de sources intrinsèques et extrinsèques et se manifeste par des fluctuations dans le potentiel de membrane. Ces fluctuations limitent la précision de la sortie d'un neurone mais ont également été suggérées à jouer un rôle de calcul. Nous présentons une étude détaillée de l'amplitude et le spectre de bruit de tension enregistrée à la soma de couche neurones pyramidaux, IV et V en tranches tirées du néocortex de rat. La dépendance à l'égard du bruit sur la tenue de l'activité potentielle, synaptique et la conductance Na + est systématiquement analysée. Nous démontrons que bruit de tension augmente non-linéairement comme dépolarise la cellule (d'un écart-type (s.d.) de 0,19 mV à -75 mV pour un s.d. de 0,54 mV à -55 mV). L'augmentation du bruit de tension est accompagnée d'une augmentation de l'impédance de la cellule, en raison de la dépendance de la tension de la conductance Na +. Les comptes de hausse d'impédance pour la majorité (70 %), le bruit de tension augmentent. L'augmentation du bruit de tension et impédance est limitée à la plage des basses fréquences (0,2-2 Hz). À des fréquences hautes (5 à 100 Hz) le bruit de tension est dominé par l'activité synaptique. Dans notre préparation de tranches, bruit synaptique a peu d'effet sur l'impédance de la cellule. Un modèle minimal reproduit qualitativement ces données. Nos résultats laissent entendre que bruit de canal d'ion contribue de manière significative à des fluctuations de la tension membranaire à la plage une tension, et que la conductance Na + joue un rôle clé dans la détermination de l'amplitude de ce bruit en agissant comme un amplificateur de basses fréquences transitoires de voltage-dépendants.
Doper La Propagation En Dendrites Avec Canaux Ioniques Stochastique
Nous étudions les effets de la nature stochastique des canaux ioniques sur la fidélité, la précision et la reproductibilité de la transmission des signaux électriques dans la membrane faiblement active, dendritique dans des conditions in vitro. Les propriétés des potentiels d'action vers l'avant et backpropagating (BPAPs) dans l'arborescence dendritique des cellules pyramidales font l'objet d'intense travaux empiriques et théorique spéculation (Larkum et coll., 1999 ; Zhu, 2000 ; Larkum et coll., 2001 ; Larkum et Zhu, 2002 ; Schaefer et al., 2003 ; Williams, 2004 ; Eaux et coll., 2005). Numériquement, nous simulons les effets des canaux ioniques stochastiques sur la propagation amont et en avance des pointes dendritiques dans les simulations de Monte-Carlo sur un neurone pyramidal reconstituées couche 5. Les auteurs rapportent que dans la plupart des cas il y a peu de variation dans le calendrier ou l'amplitude pour un seul BPAP, tandis que la variable rétro-propagation peut se produire pour les trains de potentiels d'action. En outre, nous constatons que la génération et la propagation vers l'avant, de pointes de Ca(2+) dendritiques sont sensibles à la variabilité du canal. Ceci indique des limitations sur les calculs qui reposent sur le calendrier précis de pointes Ca(2+).
Avance Et Retour Des Séquences De Cellules Hippocampiques Lieu Durant Les Ondulations
Les auteurs rapportent que les séquences temporelles spike de neurones hippocampiques lieu des rats sur une voie surélevée réapparue en sens inverse à la fin d'une course, mais dans l'ordre en prévision de la course, coïncidant avec les ondes vives. Distance Vector entre les champs de l'endroit ont été consignées dans la structure temporelle de ces séquences. Cette reconstitution bidirectionnel de séquences temporelles peut-être contribuer à la création d'associations d'ordre supérieur dans la mémoire épisodique.
Dynamique De Réseau Hippocampe Contraindre Le Décalage Entre Les Cellules Pyramidales Dans Des Environnements Mis à Jour Le
L'hippocampe fournit une carte spatiale de l'environnement. Changements dans l'environnement modifient les schémas de mise à feu des neurones de l'hippocampe, mais sont probablement limités par des éléments de la dynamique de réseau. Nous avons comparé l'activité neuronale dans les régions CA1 et CA3 de l'hippocampe chez les rats en cours d'exécution pour la récompense de l'eau sur une trajectoire linéaire, avant et après que la longueur de la piste a été raccourcie. Une fraction des cellules perdu leurs champs de lieu et nouveaux ensembles de cellules avec des champs a émergé, indiquant une représentation distincte des deux pistes. Cellules actives dans les deux environnements déplacé leurs champs lieu de manière emplacement-dépendante, plus particulièrement au début et à la fin de la piste. En outre, pic tarifs et tailles de lieu-champ de tir a diminué, tandis que coactivity et lieu-champ chevauchement a augmenté. Puissance dans la bande de fréquence thêta les potentiels de champ local a également diminué en CA1 et CA3, ainsi que la cohérence entre les deux structures. En revanche, le thêta-échelle (0-150 ms) des décalages temporels entre les paires de cellules, qui représentent les distances d'atterrissage sur les pistes, ont été conservés, et l'activité de la population de neurones inhibiteurs a été maintenue dans des environnements. Nous interprétons ces observations comme reflétant les libertés et les contraintes de la dynamique de réseau hippocampe. Les libertés permettent la flexibilité nécessaire pour le réseau à distinctement représentent des modèles uniques, alors que la dynamique de limiter la vitesse à laquelle l'activité se propage entre les assemblages de cellules représentant les patrons.
Précession De Single-essai Phase Dans L'hippocampe
Pendant la traversée du champ lieu d'une cellule pyramidale dans l'hippocampe du rat, la phase de mise à feu de la cellule diminue en ce qui concerne le rythme thêta local. La précession de cette phase est généralement étudiée sur la base de données dans laquelle plusieurs place champ des parcours sont regroupés ensemble. Ici, nous étudions les propriétés de précession de phase dans un essai. Nous avons constaté que single-trial et précession en commun-essai phase étaient différentes en ce qui concerne la corrélation de phase-position, corrélation temps de phase et gamme de phase. Considérant que la précession en commun-essai phase peut s'étendre sur 360 degrés, la gamme de single-essai phase plus fréquente était seulement environ 180 degrés. Dans les essais de mise en commun, la corrélation entre la phase et la position (r = -0,58) était plus forte que la corrélation entre la phase et le temps (r = 0,27), tandis que de simples essais ces corrélations (r =-0.61 pour les deux) ne différaient pas significativement. Ensuite, nous avons démontré que la précession de phase montraient une grande variabilité de procès-à-procès. Dans l'ensemble, seulement une petite fraction de la variabilité des mesures de précession de phase (par exemple, la pente ou offset) procès-à-procès pourrait s'expliquer par d'autres propriétés de single-trial (par exemple en cours d'exécution vitesse ou tir taux), tandis que la plus grande partie de la variabilité reste à être expliquée. Enfin, nous avons constaté que les essais seul substitut, créés par tirage au hasard au pointes depuis les données regroupées, ne correspondent pas aux essais expérimentaux d'unique : mise en commun au cours d'essais modifie donc les mesures élémentaires de précession de phase. Ces résultats indiquent qu'un essai peut être mieux adapté pour l'encodage des évènements temporellement structurés que celle est suggérée par les données regroupées.
Retard Temporel Entre Les Cellules De Lieu Détermine La Fréquence Des Oscillations Thêta De Population Dans L'hippocampe
Poussé par dynamique interne ou par des repères externes, neurones hippocampiques forment des séquences d'assemblages de cellules. Le tir coordonné de ces cellules actives est organisé par les oscillations éminent « thêta » dans le champ local potentiel (LFP): placer la décharge des cellules lors des phases de thêta progressivement plus tôt que le rat traverse le champ respectif (« précession de phase »). La fréquence d'oscillation plus rapide des neurones actifs et le plus lent thêta LFP, la précession phase sous-jacent, crée un paradoxe. Comment les neurones plus vite oscillantes peuvent comporter une oscillation plus lente de la population, telle que reflétée par la LFP ? Nous avons construit un modèle mathématique qui nous a permis de calculer l'activité de la population analytiquement à partir de paramètres dérivées expérimentalement de la fréquence d'oscillation seul neurone, tirant la taille du champ (durée) et la relation entre les retards au sein-thêta de paires de cellules de lieu et de leurs représentations de la distance (« compression »). La combinaison appropriée de ces paramètres a généré un rythme de population de fréquence constante le long de l'axe septo-temporelle de l'hippocampe, tout en permettant de varier leur taille de fréquence et le champ d'oscillation des neurones individuels. Nos résultats suggèrent que les oscillations de la rapide-que-theta de cellules pyramidales sont inhérentes et la précession de cette phase est le résultat de l'activité coordonnée des assemblages de cellules décalée dans le temps, par rapport à l'activité de la population, reflété par la LFP.
Relations Entre Ondes Sharp Hippocampe, Ondulations Et Oscillation Gamma Rapide : Influence Du Gyrus Et Activité Cortex Entorhinal
Hippocampe sharp waves (ssup) et associées rapides ("ripple") oscillations (SPW-Rs) dans la région CA1 sont parmi les modèles physiologiques plus synchrones dans le cerveau des mammifères. Utilisant des tableaux à deux dimensions des électrodes pour l'enregistrement des potentiels de champs locaux et les rejets de l'unité en se déplaçant librement des rats, on étudie l'émergence des oscillations de l'ondulation (140-220 Hz) et par rapport à leur origine et les mécanismes cellulaires-synaptiques avec oscillations rapides gamma (90-140 Hz). Nous montrons que (1) hippocampe SPW-Rs et les oscillations rapides gamma sont des profils distincts quantitativement mais impliquent les mêmes réseaux et partagent des mécanismes similaires ; (2) fois la fréquence et l'amplitude des oscillations rapides sont en corrélation positive avec l'ampleur de la ssup ; (3) pendant les ondulations et les oscillations rapides gamma, la fréquence d'oscillation du réseau est plus élevée dans CA1 que dans la région CA3 ; et (4) l'émergence de la population de la région CA3 éclate, une condition sine qua non pour SPW-Rs, est biaisé par des patrons d'activité dans le gyrus godronné et entorhinal cortex, dont la probabilitΘ de vaguelettes associée à un niveau de puissance gamma gyrus « optimal ». Nous émettons l'hypothèse que chaque sous-réseau hippocampe possède des propriétés de résonance distinctes, réglées par l'ampleur de la pulsion excitateur.
Cellules Pyramidales De Hippocampe CA1 Forment Des Sous-calques Fonctionnellement Distinctes
Les neurones pyramidaux CA1 hippocampal ont souvent été considérés comme une population homogène de cellules dans les études biophysiques, pharmacologiques et de modélisation. On observe des différences robustes entre les neurones pyramidaux qui résident dans les sous-couches de CA1 superficielles et profondes chez le rat. Par rapport à leurs pairs superficielles, cellules pyramidales profonde ont tiré sur des taux plus élevés, éclatent plus fréquemment, étaient plus susceptibles d'avoir lieu champs et ont été plus fortement modulées par des oscillations de sommeil lentes. Superficielles et profondes des cellules pyramidales ont tiré préférentiellement à l'auge des oscillations thêta pendant l'exploration du labyrinthe, tandis que les cellules pyramidales profondément déplacé leur phase préférée du tir au pic de thêta pendant le sommeil des mouvements oculaires rapides (REM). En outre, bien que la majorité des cellules de déphaseurs REM thêta ont tiré sur la phase ascendante des oscillations de gamma au cours de la veille, cellules nonshifting préféraient de la fosse. Ainsi, cellules pyramidales CA1 en sous-couches adjacentes peuvent adresser leurs cibles conjointement ou différemment, selon les États du cerveau.
Dynamique De L'activité Et Les Corrélats Comportements CA3 Et CA1 Neurones Pyramidaux Hippocampe
Les neurones pyramidaux des CA3 et CA1 sont les types de grandes cellules principales de l'hippocampe appropriée. Le système collatéraux fortement récurrent de cellules CA3 et les neurones CA1 largement organisés parallèlement suggèrent que ces régions exécutent des calculs distincts. Toutefois, une comparaison détaillée entre les cellules pyramidales CA1 et CA3 en termes de propriétés, la dynamique de réseau et les corrélations comportementales de tir est rare chez l'animal intact. Nous avons effectué des enregistrements à grande échelle dans l'hippocampe dorsal de rats pour quantifier les similitudes et les différences entre CA1 (n > 3 600) et des cellules pyramidales de CA3 (n > 2 200) pendant le sommeil et l'exploration dans plusieurs environnements. Les neurones CA1 et CA3 diffèrent significativement dans le taux de combustion, doper la propension de l'éclatement, doper l'entraînement par le rythme thêta et d'autres aspects de la dynamique de la fortification d'une manière dépendant de l'état de cerveau. Une petite proportion de CA3 que cellules CA1 affichent les champs place éminente, mais lieu champs de neurones CA3 étaient plus compactes, plus stables et transporté plus d'informations spatiales par épi que ceux des cellules pyramidales CA1. Plusieurs autres caractéristiques des deux types de cellules étaient spécifiques à l'environnement de test. Les neurones CA3 ont montré que moins prononcée de la précession de phase et une position plus faible par rapport à la relation de phase transitoire que les cellules CA1. Nos résultats suggèrent que ces dynamiques distinctes de l'activité des cellules pyramidales CA1 et CA3 soutiennent leurs rôles distincts de calculs. © 2012 Wiley périodiques, Inc.
