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Articles by Kamran Diba in JoVE
JoVE Neuroscience
A gran escala de grabación de las neuronas por medio de sondas de silicio móviles en comportarse roedores
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
Se describen métodos para la gran escala de grabación de múltiples unidades individuales y potencial del campo local en comportando los roedores con sondas de silicio. Unidad de fabricación, el apego de la sonda a la unidad y los procesos de implantación de la sonda se ilustran con suficiente detalle para facilitar la réplica.
Other articles by Kamran Diba on PubMed
Ruido Intrínseco En Las Neuronas De Hipocampales Cultivadas: Experimento Y Modelado
Canales iónicos se abren y cierran estocástico. La fluctuación de estos canales representa una fuente intrínseca de ruido que afecta a las propiedades de entrada-salida de la neurona. Combinamos mediciones de células completas con modelos biofísicos para caracterizar las propiedades intrínsecas de la estocásticas y eléctricas de las neuronas individuales según lo observado en el soma. Medimos actuales y ruido de voltaje en 18D postembrionario cultivadas las neuronas desde el hipocampo de la rata, en varios potenciales subliminal y cerca del umbral de la celebración en presencia de bloqueadores sinápticos. El ruido actual observado aumentó con la despolarización, como canales iónicos fueron activados, y su espectro había demostrado comportamiento generalizado 1/f. Exposición a TTX había quitado una contribución significativa de los canales de Na + al espectro de ruido, particularmente en despolarizado potenciales, y el espectro resultante fue dominado ahora por un solo componente de Lorentz (1/f2). Al reemplazar la K + intracelular con Cs +, hemos demostrado que una gran parte del ruido observado era atribuible a los canales de K +. Comparamos la densidad espectral de potencia medida a un modelo de cable 1-D de las fluctuaciones de canal basado en la cinética de Markov. Encontramos que un compartimiento somático, en combinación con un solo cilindro equivalente, describe la geometría eficaz desde el punto de vista del soma. Cuatro poblaciones distintas de la canal fueron distribuidas en la membrana y modeladas como fuentes de ruido de corriente diferencial. Utilizando el programa de simulación de la neurona, resume las aportaciones de las fuentes de ruido actual espacialmente distribuidos y calcula el voltaje total y el ruido actual. Nuestro modelo cuantitativo reproduce características importantes de dependientes de voltaje y frecuencia de los datos, representa el comportamiento de 1/f, así como los efectos de los bloqueadores de los diversos.
Ruido Tensión Subliminal De Neuronas Piramidales Neocortical De Rata
Las neuronas son elementos ruidosos. Ruido proviene de fuentes intrínsecas y extrínsecas y se manifiesta como las fluctuaciones en el potencial de membrana. Estas fluctuaciones limitan la exactitud de la salida de una neurona, pero también se han sugerido para desempeñar un papel computacional. Presentamos un estudio detallado de la amplitud y espectro de ruido tensión grabada en el soma de capa de neuronas piramidales IV-V rebanadas de Neocórtex de rata. La dependencia del ruido de la potencial actividad sináptica y la conductancia de Na + se analiza sistemáticamente. Demostramos que ruido de voltaje no-lineal aumenta a medida que la célula despolarizan (de una desviación estándar (d.e.) de 0,19 mV en -75 mV a un s.d. de 0,54 mV en -55 mV). El incremento de ruido tensión viene acompañado por un aumento de la impedancia de la célula, debido a la dependencia de la tensión de la conductancia de Na +. Aumentan las cuentas de aumento de la impedancia para la mayoría (70%) del ruido del voltaje. El aumento en el ruido de la tensión y la impedancia se limita a la gama de baja frecuencia (0.2-2 Hz). En la gama de alta frecuencia (5-100 Hz) el ruido del voltaje está dominado por la actividad sináptica. En nuestra preparación de la rebanada, ruido sináptica tiene poco efecto sobre la impedancia de la célula. Un modelo mínimo reproduce cualitativamente estos datos. Nuestros resultados implican que ruido de canal del ion contribuye significativamente a las fluctuaciones de tensión de la membrana en el rango de tensión subliminal, y que la conductancia de Na + juega un papel clave en la determinación de la amplitud de este ruido actuando como un amplificador de voltaje dependientes de transitorios de baja frecuencia.
Propagación De Punto En Las Dendritas Con Canales Iónicos Estocástico
Investigamos los efectos de la naturaleza estocástica de los canales iónicos en la fidelidad, la precisión y la reproducibilidad de la transmisión de la señal eléctrica en la membrana activa, dendrítica débilmente en condiciones in vitro. Las propiedades de adelante y backpropagating potenciales de acción (BPAPs) en el árbol dendrítico de las células piramidales son objeto de intenso trabajo empírico y especulación teórica (Larkum et al., 1999; Zhu, 2000; Larkum et al., 2001; Larkum y Zhu, 2002; Schaefer et al., 2003; Williams, 2004; Aguas et al., 2005). Numéricamente simular los efectos de los canales iónicos estocásticos en la propagación hacia adelante y hacia atrás de espigas dendríticas en simulaciones de Monte-Carlo en una neurona piramidal reconstruido capa 5. Se reporta que en la mayoría de los casos hay poca variación en la sincronización o amplitud para una sola BPAP, mientras backpropagation variable puede ocurrir para trenes de potenciales de acción. Además, encontramos que la generación y propagación hacia adelante de espigas dendríticas de CA son susceptibles a las variaciones del canal. Esto indica limitaciones en cómputos que dependen de la sincronización precisa de espigas de CA.
Adelante Y Atrás Secuencias De Hipocampo Lugar-celular Durante La Ondulación
Divulgamos que secuencias temporales de la espiga de neuronas de hipocampo lugar de ratas en una pista elevada se repitieron en orden inverso al final de una carrera, pero en orden hacia adelante en previsión de la carrera, coincidiendo con ondas agudas. Distancias de Vector entre los campos del lugar se reflejaron en la estructura temporal de estas secuencias. Esta reconstrucción bidireccional de secuencias temporales puede contribuir a la creación de asociaciones de orden superior en memoria episódica.
Dinámica De La Red Hippocampal Restringir El Desfase Temporal Entre Las Células Piramidales En Entornos Modificados
El hipocampo proporciona un mapa espacial del medio ambiente. Cambios en el entorno de alteran los patrones de disparo de neuronas de hipocampales, pero probablemente están limitados por elementos de la dinámica de la red. Comparamos la actividad neuronal en regiones CA1 y CA3 del hipocampo en ratas corriendo para la recompensa de agua en un camino lineal, antes y después de que la longitud de la pista fue acortada. Una fracción de células perdidas sus campos de lugar y surgieron nuevos conjuntos de células con campos, indicando una representación distinta de las dos pistas. Células activas en ambos ambientes cambió sus campos de lugar en una forma dependiente de ubicación, especialmente al principio y al final de la pista. Además, pico tipos y tamaños de campo lugar disminuyó, mientras que coactivity y superposición de campo lugar aumentan. Potencia en la banda de frecuencia theta de los potenciales de campo local también disminuyó en CA1 y CA3, junto con la coherencia entre las dos estructuras. En contraste, la escala de theta (0-150 ms) intervalos entre pares de célula, que representa las distancias en las pistas, se conservaron y se mantuvo la actividad de la población de neuronas inhibitorias en entornos. Interpretamos estas observaciones como el reflejo de las libertades y las limitaciones de la dinámica de la red del hipocampo. Las libertades permiten la flexibilidad necesaria para la red representar claramente patrones únicos, mientras que la dinámica limitar la velocidad a la que se propaga la actividad entre las Asambleas de célula que representa a los patrones.
Precesión De Single-ensayo De Fase En El Hipocampo
Durante la travesía del campo lugar de una célula piramidal en el hipocampo de la rata, la fase de disparo de la célula disminuye en relación con el ritmo theta local. Precesión de esta fase se estudia generalmente sobre la base de datos en la que muchos lugar campo de traspasos se agruparon. Aquí estudiamos propiedades de precesión de la fase de ensayos individuales. Se encontró solo-ensayo y precesión de la fase de ensayos combinaron eran diferentes con respecto a la correlación de la posición de la fase, correlación de fase-tiempo y gama de fase. Mientras que precesión combinaron-ensayo fase puede abarcar 360 grados, la gama de single-ensayo fase más frecuente fue sólo aproximadamente 180 grados. En los ensayos, la correlación entre fase y posición (r =-0.58) era más fuerte que la correlación entre fase y tiempo (r =-0.27), mientras que en solo pruebas estas correlaciones (r =-0.61 para ambos) no fueron significativamente diferentes. A continuación, demostramos que la precesión fase exhibió una gran variabilidad de ensayo a ensayo. En general, sólo una pequeña fracción de la variabilidad de ensayo a ensayo en medidas de precesión de fase (por ejemplo, cuesta o desplazamiento) podría explicarse por otras propiedades de la solo-ensayo (como corriente o leña velocidad), mientras que permanece la mayor parte de la variabilidad para explicarse. Finalmente, encontramos que ensayos individuales de suplente, creados dibujando puntos al azar de los datos agrupados, no son equivalentes a ensayos individuales experimentales: agrupación sobre ensayos cambia por lo tanto las medidas básicas de precesión de fase. Estos resultados indican que ensayos individuales pueden ser mejor para codificación de eventos temporal estructuradas que es sugerida por los datos agrupados.
Retrasos Temporales Entre Las Células Del Lugar Determinan La Frecuencia De Las Oscilaciones Theta De Población En El Hipocampo
Conducido por señales externas o por la dinámica interna, las neuronas de hipocampales forman secuencias de asambleas de la célula. La leña coordinada de estas células activas es organizada por las oscilaciones de la prominente "theta" en el campo local potencial (LFP): Coloque las células descarga en fases de theta progresivamente antes como la rata cruza el lugar respectivo campo ("precesión de fase"). La frecuencia de oscilación más rápida de neuronas activas y el más lento theta LFP, precesión de fase subyacente, crea una paradoja. ¿Cómo las neuronas más rápido oscilantes pueden implicar una oscilación más lenta de la población, como se refleja por la LFP? Hemos construido un modelo matemático que permitió calcular la actividad de la población analíticamente desde parámetros experimentalmente derivadas de la frecuencia de oscilación única neurona, tamaño de campo (duración), y la relación entre retrasos dentro-theta de pares de células del lugar y sus representaciones de la distancia ("compression"). La combinación adecuada de estos parámetros genera un ritmo de población de frecuencia constante a lo largo del eje septo-temporal del hipocampo, permitiendo las neuronas individuales variar su tamaño de campo y la frecuencia de oscilación. Nuestros resultados sugieren que las oscilaciones más rápido-que-theta de las células piramidales son inherentes y eso precesión de fase es el resultado de la actividad coordinada de asambleas de célula temporal desplazado, en relación con la actividad de la población, reflejado por la LFP.
Las Relaciones Entre El Hipocampales Ondas Agudas, Ondulaciones Y Oscilación Gamma Rápido: Influencia Del Dentado Y Entorrinal Actividad Cortical
Sharp hippocampal ondas (SPWs) y asociadas rápidas ("ripple") oscilaciones (SPW-Rs) en la región CA1 están entre los más sincrónicos patrones fisiológicos en el cerebro mamífero. Uso de matrices bidimensionales de electrodos para registrar potenciales de campo local y unidad vertidos en mover libremente las ratas, estudiamos la aparición de las oscilaciones de ondulación (140-220 Hz) y en comparación con su origen y mecanismos celulares-sinápticos con oscilaciones gamma rápida (90-140 Hz). Demostramos que (1) hipocampo SPW-Rs y oscilaciones gamma rápida son cuantitativamente distintos patrones pero implican las mismas redes y compartan mecanismos similares; (2) tanto la frecuencia y la magnitud de las oscilaciones rápidas se correlacionan positivamente con la magnitud de SPWs; (3) en tanto ondas y oscilaciones gamma rápida la frecuencia de oscilación de la red es mayor en CA1 que en CA3; y (4) la aparición de CA3 población estalla, un requisito previo para SPW-Rs, está sesgada por patrones de actividad en la corteza giro y entorrinal dentado, con la probabilidad más alta de ondas asociadas con un nivel "óptimo" de energía gamma dentado. Presumimos que cada subred hippocampal posee distintas propiedades resonantes, ajustados por la magnitud de la unidad excitadora.
Las Células Piramidales De Hipocampales CA1 Forman Subcapas Funcionalmente Distintos
Neuronas piramidales de hipocampales CA1 han sido consideradas con frecuencia como una población celular homogénea en los estudios biofísicos, farmacológicas y modelados. Se encontraron diferencias robustas entre neuronas piramidales que residen en las subcapas de CA1 profundas y superficiales en ratas. En comparación con sus homólogos superficiales, células piramidales profundo dispararon a tasas más altas, irrumpió con más frecuencia, eran más propensas a tener campos de lugar y fueron más fuertemente moduladas por oscilaciones lentas del sueño. Tanto profundas y superficiales de las células piramidales dispararon preferencial en el canal de oscilaciones theta durante la exploración del laberinto, mientras que las células piramidales profundo cambió de puesto su recomendado: fase de cocción a la cima de theta durante el sueño de movimientos oculares rápidos (MOR). Además, aunque la mayoría de células de desfasaje de theta de REM disparó la fase ascendente de oscilaciones gamma durante la vigilia, las células nonshifting preferían el canal. Así, las células piramidales de CA1 en subcapas adyacentes pueden abordar sus objetivos conjuntamente o diferencialmente, dependiendo de Estados del cerebro.
Dinámica De La Actividad Y Comportamiento Correlativos De Neuronas Piramidales De Hipocampales CA3 Y CA1
Las neuronas piramidales de CA3 y CA1 son los tipos principales de la célula principal del hipocampo apropiado. El sistema colateral fuertemente recurrente de CA3 células y las neuronas CA1 en gran parte paralelo organizado sugieren que estas regiones realizan distintos cálculos. Sin embargo, una comparación global entre células piramidales de CA1 y CA3 en términos de propiedades dinámicas de red y correlaciones conductuales de la leña es escasa en el animal intacto. Realizamos grabaciones en gran escala en el hipocampo dorsal de ratas para cuantificar las similitudes y diferencias entre CA1 (n > 3.600) y células piramidales de CA3 (n > 2.200) durante el sueño y la exploración en múltiples entornos. Las neuronas CA1 y CA3 difieren significativamente en las tarifas de leña, propensión de la explosión de la espiga, espiga de arrastre por el ritmo theta y otros aspectos de la dinámica de clavar en forma de estado dependiente del cerebro. Una proporción menor de CA3 de células CA1 muestran campos de lugar prominente, pero campos de lugar de CA3 neuronas fueron más compactos, más estable y llevó a más información espacial por espiga que aquellos de las células piramidales de CA1. Varias otras características de los dos tipos celulares eran específicos para el entorno de prueba. CA3 neuronas demostraron que menos pronunciada fase precesión y una posición más débil frente a relación espiga-fase que las células CA1. Nuestros resultados sugieren que estas dinámicas distintas de la actividad de las células piramidales de CA1 y CA3 apoyan sus diferentes roles computacionales. © 2012 Wiley periódicos, Inc.
