Wir beschreiben die Verwendung der optogenetik und elektrophysiologische Aufnahmen für gezielte Manipulationen der hippocampal Theta Schwingungen (5 bis 10 Hz) im Verhalten Mäuse. Die Wirksamkeit von Rhythmus mitreißen wird mit lokalen Feldes Potenzial überwacht. Eine Kombination von Opto und pharmakogenetischen Hemmung befasst sich mit das ableitenden Auslesen der hippocampalen Synchronisation.
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Methodenartikel
Optogenetische Mitnahme von Hippocampal Theta Schwingungen im Verhalten der Mäuse
In diesem Artikel
Zusammenfassung
Zusammenfassung
Umfangreiche Daten über Beziehungen des neuronalen Netzes Schwingungen zu Verhalten und Organisation der neuronalen Entlastung über Gehirnregionen fordern neue Tools zum Gehirn Rhythmen gezielt zu manipulieren. Hier beschreiben wir einen Ansatz Projektion-spezifische optogenetik mit extrazellulären Elektrophysiologie für High-Fidelity-Kontrolle der hippocampalen Theta Schwingungen (5 bis 10 Hz) im Verhalten Mäuse kombinieren. Die Besonderheit des optogenetische Entrainment wird erreicht durch gezielte Channelrhodopsin-2 (ChR2) der Gabaergen Bevölkerung von medialen septal Zellen, entscheidend in die Generation der hippocampalen Theta Schwingungen, und eine lokale Aktivierung synchronisiert eine Teilmenge von hemmenden septal afferenzen im Hippocampus. Die Wirksamkeit des Kontrollstreifens optogenetische Rhythmus wird durch eine gleichzeitige Überwachung des lokalen Feldes potenzielle (LFP) über Lamina der CA1-Region und/oder neuronale Entladung überprüft. Anhand dieser leicht umsetzbare Vorbereitung zeigen wir Wirksamkeit verschiedener optogenetische Stimulation-Protokolle für die Induktion von Theta-Schwingungen und für die Manipulation von deren Häufigkeit und Regelmäßigkeit. Schließlich spricht eine Kombination der Theta-Rhythmus Steuerung mit Projektion-spezifischen Hemmung das Auslesen einzelner Aspekte der hippocampalen Synchronisation von ableitenden Regionen.
Einleitung
Neuronaler Aktivität bei Säugetieren wird vom Netzwerk Schwingungen, koordiniert die Informationsübertragung innerhalb und zwischen Gehirn Regionen1,2,3,4zu unterstützen. Gehirn Rhythmen sind Schwingungen von sehr langsam (< 0,8 Hz) bis zu ultraschnellen (> 200 Hz) Frequenzen. Ein großer Körper des Beweises unterstützt Beteiligung der Netzwerk-Schwingungen in unterschiedlichen Gehirnfunktionen, einschließlich Kognition5,6,7,
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Protokoll
PV-Cre Knock-in männlichen Mäusen59, 10-25 Wochen alt, wurden verwendet. Mäusen waren unter normalen Bedingungen in der Tierstation untergebracht und auf einem 12 h Hell/Dunkel-Zyklus gehalten. Alle Verfahren wurden in Übereinstimmung mit nationalen und internationalen Richtlinien durchgeführt und wurden von den örtlichen Gesundheitsbehörden (Forschungsdefizite Für Natur, Umwelt Und Verbraucherschutz, Nordrhein-Westfalen) genehmigt.
1. virale Injektion
- Folgen Sie während des gesamten Verfahrens biologische Sicherheit Richtlinien60. Tragen Sie einen Laborkittel, einen Mundschutz, ein ....
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Ergebnisse
Ausrichtung der ChR2 Gabaergen Zellen in den Mitgliedstaaten wie in Abschnitt 1 beschrieben ist in Abbildung 2Adargestellt. Optogenetische Stimulation der Axone der MS GABAergic Zellen im dorsalen Hippocampus über eine optische Faser und oberhalb der CA1-Region implantiert koppelt Theta Schwingungen mit der Frequenz des Reizes in der ipsilateralen (Abb. 2 b) sowie kontralateralen Hemisphäre (Abbildung 2
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Diskussion
Hier präsentierten wir eine allgemein zugängliche Methode zur mitzureißen und hippocampal Theta Schwingungen im Verhalten Tier zu entlocken. Diese Methode ist nützlich für die Studien der Theta-Rhythmus Funktionen in der Informationsverarbeitung und Verhalten. Kritische Aspekte dieser Methode gehören: (1) Wahl der Opsin und Ausrichtung der ChR2 um Axone der MS Zellen im Hippocampus, (2) robust optischen und elektrischen Eigenschaften der implantierten optische Faser-Draht Array Assemblys, die kontinuierliche Stimulation .......
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Offenlegungen
Die Autoren haben nichts preisgeben.
Danksagungen
Wir möchten das Manuskript Maria Gorbati kompetente Hilfe bei der Datenanalyse und Jennifer Kupferman für Kommentare bedanken. Diese Arbeit wurde unterstützt durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG; EXC 257 NeuroCure, TK und AP; Schwerpunktprogramm 1665, 1799/1-1(2), Heisenberg-Programm, 1799/2-1, AP), die deutsch-israelische Stiftung für wissenschaftliche Forschung und Entwicklung (GIF; Ich-1326-421.13/2015, TK) und das Human Frontier Science Program (HFSP; RGY0076/2012, TK).
....Zugriff eingeschränkt. Bitte melden Sie sich an oder starten Sie eine Testversion, um diesen Inhalt anzuzeigen.
Materialien
| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| PV-Cre-Mäuse | Das Jackson Laboratory | B6; 129P2-Pvalbtm1(cre)Arbr/J | |
| Name | Company | Katalognummer | <>strong>Comments |
| Surgery | |||
| Stereotaxis | David Kopf Instruments, Tujunga, CA, USA | Modell 963 | Ultrapräzises stereotaktisches Instrument für Kleintiere |
| Bohrer, 0,8 mm | Bijoutil, Allschwil, Schweiz | 49080HM | |
| 0,01-1 ml Spritze | Braun, Melsungen, Deutschland | 9161406V | |
| Sterican Kanülen | Braun | 26 G, 0,45x25 mm BL/LB | |
| Feine und scharfe Schere | Fine Science Tools Inc., Vancouver, Kanada | 14060-09 | |
| Pinzette | Fine Science Tools Inc. | 11210-10 | Dumont AA - Epoxidbeschichtete Pinzette |
| Stumpfe Edelstahlschere | Fine Science Tools Inc. | 14018-14 | |
| Lötstation | Weller Tools GmbH, Besigheim, Deutschland | WSD 81 | |
| Erythromycin | Rotexmedica GmbH, Trittau, Deutschland | PZN: 10823932 | 1g Pulver zur Herstellung einer Infusionslösung |
| Name | Unternehmen | Katalognummer | Comments |
| Optogenetics | |||
| Hamilton 5 & micro; L Spritze, 26 Gauge | PHD Ultra, Harvard Apparatur | Modell 75 RN SYR | |
| Hamilton 5 µ L Kolben | PHD Ultra, Harvard Apparatur | Modell 75 RN SYR | |
| Schlauch | Fisher Scientific, Pittsburgh, USA | PE 20 | Innendurchmesser 0,38 mm (.015"), Außendurchmesser 1,09 mm (.043") |
| Sterican Kanülen | Braun, Melsungen, Deutschland | 27 G, 25x0,40 mm, stumpf | |
| Präzisionsbohrer/-schleifer | Proxxon, Wecker, Luxemburg | fbs 240/e | |
| Schneiden Scheiben | Proxxon | NO 28812 | |
| Cre-abhängiger Kanalrhodopsin | Penn Vector Core, Philadelphia, PA, USA | AV-1-18917P | Bauname: AAV2/1.CAGGS.flex.ChR2.tdTomate, Titer: 1,42x1013 vg/ml |
| Cam-Kinase-abhängiger Halorhodopsin | Penn Vector Core | AV-1-26971P | Konstruktname: eNpHR3.0, AAV2/1.CamKIIa.eNpHR3.0-EYFP.WPRE.hGH, Titer: 2,08_1012 vg/ml |
| Multimode-Glasfaser | ThorLabs, Dachau, Deutschland | FG105LCA | 0,22 NA, Low-OH und Oslash; 105 &Mikro; m Core, 400 - 2400 nm |
| Keramik-Stab-Ferrule | Präzisionsfaserprodukte, Milpitas, CA, USA | CFLC126 | Keramik LC MM Ferrule, ID 126um |
| Polierpapier | Thorlabs | LF3D | 6" x 6" Diamant Läppen (Polieren) Blatt |
| Leistungsmesser | Thorlabs | PM100D | Kompakte Leistungs- und Energiezählerkonsole, digitaler 4" |
| LCD Multimode-Glasfaserkoppler | Thorlabs | FCMM50-50A-FC | 1x2 MM Kupplung, 50:50 Split-Verhältnis, 50 &Mikro; m GI Fibers, FC/PC |
| Fiberoptisches Patchkabel | Thorlabs | FG105LCA CUSTOM-MUC | Sonderanfertigung, 3 m lang, mit Schutzschlauch, Schlauch: FT030, Anschluss 1: FC/PC, Anschluss 2: 1,25 mm (LC) Keramik-Ferrule-Hülse |
| Präzisionsfaserprodukte, Milpitas, CA, USA | ADAL1 | Keramik-Split-Gegenhülse für Ø 1,25 mm (LC/PC) Aderendhülsen | |
| 473 nm DPSS-Laser | Laserglow Technologies, Toronto, ON, Kanada | R471005FX | LRS-0473 Serie |
| 593 nm DPSS-Laser | Laserglow Technologies | R591005FX | LRS-0594 Serie |
| MC_Stimulus II | Multichannel Systems, Reutlingen, Deutschland | STG 4004 | |
| Impedanzkonditionierungsmodul | Neural microTargeting weltweit, Bowdoin, USA | ICM | |
| Name | Unternehmen | Katalognummer | <>Kommentare |
| Elektrophysiologie | |||
| Wolframdrähte | California Fine Wire Company, Grover Beach, CA, USA | CFW0010954 | 40 µ m, 99.95% |
| Kapillarschlauch | Optronik | 1068150020 | ID: 100.4 µ m |
| Omnetics Nanosteckverbinder | Omnetics Connector Corporation, Minneapolis, USA | A79038-001 | |
| Schrauben | Bilaney, Dü sseldorf, Deutschland | 00-96x1/16 | |
| Edelstahl-Silikonsonde | NeuroNexus Technologies, Ann Arbor, MI, USA | B32 | |
| Headstage | Neuralynx, Bozeman, Montana USA | HS-8 | Miniatur Headstage Unity Gain Vorverstärker |
| Silber leitfähige Farbe | Conrad electronics, Deutschland | 530042 | |
| Liquid flux | Felder GMBH Lö ttechnik, Oberhausen, Deutschland | Lö tö l ST | DIN EN 29454.1, 3.2.2.A (F-SW 11) |
| LED | Neuralynx | HS-LED-Red-omni-10V | |
| Name | <>strong>Firma | Katalognummer | Kommentare< |
| u>Software | |||
| MATLAB | Mathworks, Natick, MA, USA | ||
| MC_Stimulus Software | Multichannel, Systems | ||
| Neurophysiological Data Manager | NDManager, http://neurosuite.sourceforge.net | ||
| Klusters | http://neurosuite.sourceforge.net, Hazan et al., 2006 | ||
| Software des Aufzeichnungssystems | Neuralynx | Cheetah | https://neuralynx.com/software/cheetah |
| Mehrkanal-Datenanalysesoftware | Cambridge Electronic Design Limited, Cambridge, GB | Spike2 |
Referenzen
- Salinas, E., Sejnowski, T. J. Correlated neuronal activity and the flow of neural information. Nat Rev Neurosci. 2 (8), 539-550 (2001).
- Buzsaki, G., Wang, X. J. Mechanisms of gamma oscillations. Annu Rev Neurosci. 35, 203-225 (2012).
- Cannon, J., et al.
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Nachdrucke und Genehmigungen
