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Research Article
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Dieses Protokoll beschreibt das Design und die chirurgische Implantation eines kopffixierenden Mechanismus zur Überwachung der neuronalen Aktivität in subkortikalen Gehirnstrukturen bei wachen Ratten. Es beschreibt Verfahren zur Isolierung einzelner Neuronen in der juxtazellulären Konfiguration und zur effizienten Identifizierung ihrer anatomischen Positionen.
Es gibt eine Vielzahl von Techniken, um die extrazelluläre Aktivität einzelner neuronaler Einheiten zu überwachen. Die Überwachung dieser Aktivität von tiefen Hirnstrukturen bei sich verhaltenden Tieren bleibt jedoch eine technische Herausforderung, insbesondere wenn die Strukturen stereotaktisch angegriffen werden müssen. Dieses Protokoll beschreibt praktische chirurgische und elektrophysiologische Techniken, die den Kopf des Tieres in der stereotaktischen Ebene halten und die Spike-Aktivität einzelner Neuronen eindeutig isolieren. Das Protokoll kombiniert die Kopffessel von warnenden Nagetieren, die juxtazelluläre Überwachung mit Mikropipettenelektroden und die Injektion iontophoretischer Farbstoffe, um die Position der Neuronen in der Post-hoc-Histologie zu identifizieren. Während jede dieser Techniken für sich genommen gut etabliert ist, konzentriert sich das Protokoll auf die Besonderheiten ihrer kombinierten Anwendung in einem einzigen Experiment. Diese neurophysiologischen und neuroanatomischen Techniken werden mit einer Verhaltensüberwachung kombiniert. Im vorliegenden Beispiel werden die kombinierten Techniken verwendet, um zu bestimmen, wie selbst erzeugte Vibrissa-Bewegungen in der Aktivität von Neuronen innerhalb des somatosensorischen Thalamus kodiert sind. Im Allgemeinen ist es einfach, dieses Protokoll anzupassen, um die neuronale Aktivität in Verbindung mit einer Vielzahl von Verhaltensaufgaben bei Ratten, Mäusen und anderen Tieren zu überwachen. Entscheidend ist, dass die Kombination dieser Methoden es dem Experimentator ermöglicht, anatomisch identifizierte neurophysiologische Signale direkt mit dem Verhalten in Beziehung zu setzen.
Überwachung der neuronalen Aktivität in einem Alert Tier aktiv an einer Verhaltensaufgabe engagiert ist entscheidend für das Verständnis der Funktion und Organisation des Nervensystems. Die extrazelluläre Aufnahme der elektrischen Aktivität von einzelnen neuronalen Einheiten ist seit langem ein Grundnahrungsmittel Werkzeug für Systemische Neurowissenschaften und ist immer noch weit verbreitet in Gebrauch heute. Eine Vielzahl von Elektrodentypen und Konfigurationen sind abhängig von den wissenschaftlichen und technischen Anforderungen einer bestimmten Experiment. Chronisch implantierten Microdrives oder Elektroden-Arrays werden häufig in sich frei bewegenden Tieren, darunter Vögel, Nagetiere und Primaten 1-4 verwendet. Alternativ werden akuten Durch mit Metall- oder Glasmikroelektroden über einen externen Mikromanipulator oft verwendet, um von narkotisierten oder Kopf-zurückhaltende Tiere aufnehmen. Glasmikroelektroden haben den Vorteil, dass sie in der juxtacellular oder verwendet werden "Zelle angebracht" Konfiguration eindeutig zu isolierenAktivität einzelner Nervenzellen, ohne die Komplikationen der Post-hoc-Spike-Sortier 5. Diese Elektroden weiter erlauben die Aufnahme von anatomisch-identifizierten Zellen oder Standorte, wie sie verwendet werden, um kleine Ablagerungen von Farbstoff oder neuroanatomische Tracer injizieren oder sogar zum Ausfüllen der einzelnen Zelle aufgezeichnet werden. Diese Konfiguration wurde erfolgreich bei Ratten, Mäusen und Vögeln 6-10 angelegt. Die hier beschriebene Technik konzentriert sich auf juxtacellular Überwachung und extrazelluläre Farbstoffablagerungen in Alarm, Kopf-zurückhaltende Ratten. Beachten Sie, dass im Gegensatz zu Einzelzell juxtacellular füllt diese Farbstoffablagerungen bieten keine Informationen über die Zellmorphologie oder axonalen Projektionen 11, aber sie exakte anatomische Lokalisation auf ca. 50 & mgr; m zu ermöglichen und, entscheidend, eine deutlich höhere Ausbeute bei der Benachrichtigung Tiere. Informationen zur Einzelzell juxtacellular füllt wird dennoch als eine alternative Strategie für anatomische Kennzeichnung versehen.
Kurz gesagt, dieProtokoll besteht aus drei Hauptphasen. In der ersten Phase wird die Ratte Körperhaltung in einem Tuch Socke (Figur 1) über einen Zeitraum von 6 Tagen akklimatisieren. In der zweiten Phase wird eine Kopfrückhaltevorrichtung (Abbildung 2) und Aufnahmekammer chirurgisch implantiert, so dass die Ratten in der stereotaktischen Flugzeug bei mehreren nachfolgenden Aufnahmen (Abbildung 3) gehalten werden; Dieses Verfahren ermöglicht es dem Experimentator insbesondere subkortikalen Regionen des Gehirns, die für elektrophysiologische Untersuchung Ziel basierend auf Standardreferenzkoordinaten 12. Die dritte Phase umfaßt das Anordnen der Ratte in einer entsprechenden Spannvorrichtung für die Durchführung der Verhaltens- und elektrophysiologischen Experimenten (Figur 4), die Konstruktion der Elektrode von einem Quarz Kapillarrohr (5), so dass juxtacellular neuronalen Aufnahmen, eindeutig einzelnen Betriebseinheiten 6-9 zu isolieren, und Markieren der anatomischen locatian der Aufzeichnungsstelle mit Chicago Sky Blue Farbstoff (6 und 7). Die Aufnahmen werden bei gleichzeitiger Verhaltensüberwachung durchgeführt; jedoch werden die technischen Einzelheiten des Verhaltens auf den wissenschaftlichen Ziele jedes Experiments abhängt und damit über den Umfang eines einzelnen Protokolls. Nach Beendigung der Versuchsdurchführung, die an mehreren Tagen wiederholt werden kann, wird das Tier getötet. Das Gehirn ist nach Norm neuroanatomische Methoden entweder mit Hellfeld-Fluoreszenzmikroskopie oder extrahiert und verarbeitet.
(- 350 g 250) in Übereinstimmung mit staatlich vorgeschriebene Tierpflege und Richtlinien zur Verwendung und wurden von der Institutional Animal Care und Verwenden Committee an der Universität von Kalifornien San Diego genehmigten Versuchsprotokolle wurden an weiblichen Long-Evans-Ratten durchgeführt.
1. acclimating den Rat zur Körperrückhalte
HINWEIS: Setzen Sie die Ratte auf einer eingeschränkten Diät. Führen Sie die Ratte einmal am Tag unmittelbar nach jedem täglichen Umgang Sitzung, um die Ratte auf die Zurückhaltung (siehe unten) zu akklimatisieren. Geben Sie genug Futter, um das Tier bei 80% des Ausgangsgewicht zu halten. Diese Menge ist ungefähr 6 Gramm Futter pro Tag für einen 250 g weibliche Long Evans Ratten.
2. Implantation des Aufnahmekammer und Kopfstützenmechanismus
3. Juxtacellular Überwachung der neuronalen Einheiten
Neuronal Einheiten in ventralen posterioren medialen (VPM) Thalamus codieren die Phase vibrissa Bewegung während selbsterzeugten wischend 15,16. 7A zeigt Probe Spikeaktivität eines VPM thalamic Einheit eine Ratte aktiv wischend. 7B zeigt ein Histogramm der Spike Zeiten zur Momentanphase vibrissa Bewegung 17 ausgerichtet ist. Es gibt mehr Spitzen während der Rückzugsphase der wischend. Nach der Aufzeichnung wurde die Position der Einheit mittels Iontophorese von Chicago Sky Blau-Farbstoff markiert, wie in 7C gezeigt. Das Gewebe wird für Cytochrom-Oxidase-Aktivität gegengefärbt, um die neuroanatomische Grenzen VPM Thalamus offenbaren. Eine ähnliche Version dieses Protokolls wurde kürzlich angewendet, um wischend bezogene Mehrfach neuronale Aktivität (10-20 um Durchmesser Pipettenspitzen) in bestimmten Hirnstammkerne 18 zu überwachen.
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Abbildung 1: Stoff einstweilige Socke (A) Fotographie eines Ratten Socke mit Kordelzug und Kordelzug Klammern.. Das kleine Ende wird fest um das Brustbein und dem großen Ende um den Schwanz platziert. (B) Design-Muster für die Socke in Platte 1A. Abmessungen in mm.

Abbildung 2: Mechanischer Aufbau des Kopfrückhaltevorrichtung (A) Mechanischer Aufbau eines Präzisionskopfstützenplatte für Ratten.. Abmessungen in mm. (B) Mechanische Ausführung einer Kopfstütze bar für die Verwendung mit der Platte in Platte 2A. Das Protokoll benötigt zwei dieser Teile, montiert mit rechtwinkligen Post Klemmen gleichzeitig Steigungswinkel._blank "> Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieses Bild anzuzeigen.

Abbildung 3: Operationsverfahren (A) Ratte in einem stereotaktischen Halterahmen (Protokoll Schritt 2.4).. (B) Chirurgische Website mit implantierten Schrauben und Schädel Markierungen (Protokoll Schritt 2.10). (C) Surgical Site mit einer Kraniotomie (Protokoll Schritt 2.12). (D) Chirurgische Website mit der Aufnahmekammer (Protokoll Schritt 2.14). (E) Chirurgische Website mit dem Referenzdraht und Silikon-Gel (Protokoll Schritt 2.17). (F, G) Chirurgische Website mit Kopfstütze Platte und eine Bar in Position gehalten (Protokoll Schritt 2.20). (H) OP-Standort mit Platte und Bar zementiert statt (Protokoll Schritt 2.21). (I) Schlusskopfstütze und Aufnahmekammer implant (Protokoll Schritt 2.24). Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieses Bild anzuzeigen.

Abb. 4: Schematische Darstellung der Versuchs jig Ratte in der mechanischen Spannvorrichtung zur elektrophysiologischen und Verhaltensüberwachung Experimente (Protokoll die Schritte 3,5-3,6). Die Vorrichtung nutzt die Bar und Platte in Abbildung 2.

Abbildung 5: Mikropipette Elektrodenkonstruktion (A) Mikroskopische Aufnahme einer ununterbrochenen Mikropipette (Protokoll Schritt 3.1).. Maßstabsbalken ist wie in Panel C (B) Mikroskopische Aufnahme des ungebrochenen Mikropipette und Glasblock unter dem Mikroskop (Protokoll Schritt 3.2).Die Reflexion der Spitze kann im Glas zu sehen. Maßstabsbalken ist wie in Panel C (C) Mikroskopische Aufnahme des gebrochenen Mikropipette (Protokoll Schritt 3.3). (D) Mikroskopische Aufnahme der Spitze der Mikropipette ungebrochen in der boxed Region Abdeckung A Maßstabsleiste ist wie bei E. Tafel (E) Mikroskopische Aufnahme der Spitze des gebrochenen Mikropipette im boxed Region Panel C. Bitte klicken Sie hier, um sehen eine größere Version dieser Figur.

Abb. 6: Die Ausrüstung für das Umschalten zwischen den Verstärker und Stromquelle (A) einrichten, um die Leitungen vom Verstärker mit der Stromquelle über eine Magnetrelais (optional) zu wechseln. Eine Leiterplatte, die den spannungsgesteuerten Relaisschalter ist attached an den Verstärker Kopfstufe. (B) Layout für die Leiterplatte in Platte 6A. Die Platine verbindet die Verstärkerleitungen und der Stromquelle führt zu den Eingangs-Pins des Relais und die Elektrode führt zu den Ausgangsstiften. Die Elektrode ist entweder an die Stromquelle oder dem Verstärker durch Anwenden entweder 0 oder 5 V an die Relaissteuerstifte verbunden. Ansicht von unten. Abmessungen in mm. (C) Draufsicht auf die Leiterplatten-Layout in Tafel 6B. (D) Setup, um die Kabel vom Verstärker mit der Stromquelle manuell (optional) Schalter erfordert eine offene Pipettenhalter und flexible Schlauchleitung wie die gezeigt (siehe auch: Anlagen Abschnitt) diejenigen. Dieser Ansatz ist eine Alternative zu der Relaisschaltung in Platten 6A-C. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieses Bild anzuzeigen.
Abbildung 7: Versuchsaufbau und repräsentative Ergebnisse (A) Spikes und vibrissa Bewegung von einer Einheit (Protokoll Schritt 3.12).. (B1) Normalized vibrissa Position gegenüber Phase in der Schneebesen Zyklus. Jede Schneebesen wird normalisiert, so dass die meisten Schwanzposition während des Schneebesen als Null definiert, und die meisten rostral Position als einer definiert. Die Flugbahn die normierte Position gegenüber momentanen Phase in dem Schneebesen Zyklus 17. Alle identifizierten Schneebesen überlagert. (B2) Raster der Phase in dem Zyklus, in dem Quirl Spitzen auftreten. Jeder Versuch auf der vertikalen Achse repräsentiert ein einzelnes wischen. (B3) Histogramm der Spikeraten bezüglich Schneebesen Zyklusphase für das gleiche Gerät. (C1) Location of Chicago Sky Blue Farbstoff mit Cytochromoxidase Gegenfärbung (Protokoll Schritte 3,13-3,14). (C2 Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieses Bild anzuzeigen.
Die Autoren erklären, dass sie keine konkurrierenden finanziellen Interessen.
Dieses Protokoll beschreibt das Design und die chirurgische Implantation eines kopffixierenden Mechanismus zur Überwachung der neuronalen Aktivität in subkortikalen Gehirnstrukturen bei wachen Ratten. Es beschreibt Verfahren zur Isolierung einzelner Neuronen in der juxtazellulären Konfiguration und zur effizienten Identifizierung ihrer anatomischen Positionen.
Wir danken den Canadian Institutes of Health Research (Zuschuss MT-5877), den National Institutes of Health (Zuschüsse NS058668 und NS066664) und der US-Israeli Binational Foundation (Zuschuss 2003222) für die Finanzierung dieser Studien.
| Ketaset (Ketamin HCl) | Fort Dodge | N/A | |
| Anased (Xylazinlösung) | Lloyd Laboratories | N/A | |
| Betadyne (Povidon-Jod) | CVS Apotheke | 269281 | |
| Loctite 495 | Grainger Industrial Supply | 4KL86 | 20 - 40 cp Cyanacrylat |
| Vetbond | 3M | 1469SB | |
| Grip Zement Pulver | Dentsply Intl | 675571 | Für den Boden der Aufnahmekammer |
| Grip Zementflüssigkeit | Dentsply Intl 675572 | Für den Boden der Aufnahmekammer | |
| Silikongel | Dow Corning | 3-4680 | |
| Jet Prothesenreparatur | Acrylpulver Lang Dental Manufacturing Co. | N/A | Zur Befestigung der Kopfstütze am Schädel |
| Ortho-Jet Schnell aushärtende kieferorthopädische Acrylharzflüssigkeit | Lang Dental Manufacturing Co. | N/A | Zur Befestigung der Kopfstütze am Schädel |
| Chicago sky | blue Sigma | C8679 | |
| Paraformaldehyd | Sigma | 158127 | Zur Perfusion und Gewebefixierung |
| Phosphatgepufferte Kochsalzlösung | Sigma | P3813 | Zur Perfusion und Gewebefixierung |
| Cytochrom C | Sigma | C2506 | Zur Cytochromoxidase-Färbung, |
| Diaminobenzidin | Sigma | D5905 | Für die Cytochrom-Oxidase-Färbung, Abbildung 7 |
| Rattensocke | Sew Elegant (San Diego, CA) | N/A | Sonderanfertigung, Figuren 1, 4PVC-Schlauch |
| 2 & frac12; " | U.S. Plastic Co. | 34108 | Abbildung 4 |
| Subminiatur-D-Pins und -Sockel | TE Connectivity | 205089-1 | Abbildung 3 |
| Musikdraht aus Edelstahl mit 0,010" Durchmesser | Precision Brand Products, Inc. | 21010 | Abbildung 3 |
| Stereotaktischer Halterahmen | Kopf Instruments | Modell 900 | Abbildung 3 |
| Stereotaktische Ohrbügel | Kopf Instruments | Modell 957 | Abbildung 3 |
| Stereotaktischer Manipulator | Kopf Instruments | Modell 960 | Abbildung 3 |
| ½ mm Bohrfräser | Henry Schein | 100-3995 | |
| Quiet-Air Dentalbohrer | Midwest Dental | 393-1600 | |
| Edelstahl 0-80 ⅛ ” Schraubverschluss | superstore | 247438Abbildung 3 | |
| 0,2 ml Zentrifugenröhrchen | Fisher Scientific | 05-407-8A | Abbildung 3 |
| Custom Kopfhaltestange | UCSD SIO Machine Shop | N/A | Sonderanfertigung, Abbildungen 2 - 4 |
| Custom Kopfhalteplatte | UCSD SIO Machine Shop | N/A | Die maßgefertigten Figuren 2 - 4 |
| rechtwinklige Pfostenklemme | Newport | MCA-1 | Die Ziffern 3, 4; opto-mechanische Standardteile für die experimentelle Vorrichtung (Abbildung 4) stammen ebenfalls von Newport Corp. |
| 8-32 ¾ ” Schraubverschluss | Superstore | 240181 | Für Kopfstützen, |
| 4-40 ¼ ” Schraubverschluss | Superstore | 239958 | Für Kopfstütze, |
| Quarz-Kapillarschlauch | Sutter Instruments | QF-100-60-10 | Abbildung 5 |
| Kohlendioxid-Laserabzieher | Sutter | Instruments P-2000 | |
| Motorisierter Mikromanipulator | Sutter Instruments | MP-285 | |
| Mikroelektrodenverstärker | Molecular Devices | Multiclamp 700B | Alternativteil: Molecular Devices Axoclamp 900A |
| Mikroelektrodenverstärker Kopftisch | Molecular Devices | CV-7B | Alternativteil: HS-9Ax10 mit Molecular Devices Axoclamp 900A |
| Isolierter Impulsstimulator | A-M Systems | Modell 2100 | Alternativteil: HS-9Ax10 mit Molecular Devices Axoclamp 900A |
| Audiomonitor | Radio Shack | 32-2040 | |
| Pipettenhalter | Warner Instruments | #MEW-F10T | Alternativteile: siehe Diskussion, Abbildung 6A |
| Elektroden-Zuleitungsdraht | Cooner-Draht | NEF34-1646 | (optional), Abbildung 6D |
| Relais für Verstärker-Kopfstufe | COTO-Technologie | #2342-05-000 | (fakultativ) Zur Verwendung mit einer speziell angefertigten Leiterplatte (UCSD Physics Electronics Shop), Abbildung 6A-C |
| Digital-Videokamera | Basler | A602fm | (optional) Zur Verhaltensüberwachung, Abbildung 7 |
| Puralube Tierarztsalbe | Amazon.com, Inc | NC0138063 |