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Research Article
Yaneri A. Ayala1, David Pérez-González1, Daniel Duque1,2, Alan R. Palmer3, Manuel S. Malmierca1,4
1Auditory Neuroscience Laboratory, Institute of Neuroscience of Castilla y León,University of Salamanca, 2Neural Systems Laboratory, Institute for Systems Research,University of Maryland, 3Medical Research Council Institute of Hearing Research, 4Department of Cell Biology and Pathology, Faculty of Medicine,University of Salamanca
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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Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology.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
Nous présentons des méthodes de construction d’électrodes pour enregistrer simultanément l’activité neuronale extracellulaire et libérer plusieurs substances neuroactives au voisinage des sites d’enregistrement chez les souris éveillées. Cette technique permet l’analyse détaillée des entrées synaptiques locales présumées vers le neurone d’intérêt.
Les différences dans l'activité des neurotransmetteurs et neuromodulateurs, et par conséquent différentes réponses neuronales, peut être trouvée entre les animaux anesthésiés et éveillés. Par conséquent, des méthodes permettant la manipulation des systèmes synaptiques chez les animaux éveillés sont nécessaires afin de déterminer la contribution des entrées synaptiques pour le traitement neuronal affecté par les anesthésiques. Ici, nous présentons une méthodologie pour la construction d'électrodes pour enregistrer simultanément l'activité neuronale extracellulaire et libèrent des substances neuroactives multiples au voisinage des sites d'enregistrement des souris éveillées. En combinant ces méthodes, nous avons effectué des injections de microiontophoretic gabazine pour bloquer sélectivement les récepteurs GABA A dans les neurones de colliculus inférieur des souris frontales retenue. Gabazine modifié avec succès des propriétés de réponse neuronaux tels que la zone de réponse en fréquence et adaptation spécifique stimulus. Ainsi, nous démontrons que nos méthodes sont appropriées pour recording activité d'une seule unité, et pour disséquer le rôle des récepteurs spécifiques de neurotransmetteurs dans le traitement auditif.
La principale limitation de la procédure décrite est le temps d'enregistrement relativement courte (~ 3 h), ce qui est déterminé par le niveau d'accoutumance de l'animal à des sessions d'enregistrement. D'autre part, plusieurs sessions d'enregistrement peuvent être réalisées dans le même animal. L'avantage de cette technique par rapport à d'autres procédures expérimentales utilisées pour manipuler le niveau de neurotransmission ou neuromodulation (par exemple sous forme d'injections systémiques ou l'utilisation de modèles optogénétiques), est que l'effet du médicament est confinée aux entrées synaptiques locales au neurone cible. En outre, l'usage, la fabrication d'électrodes permet un réglage de paramètres spécifiques en fonction de la structure neuronale et le type de neurone d'intérêt (telles que la résistance de pointe pour améliorer le rapport signal sur bruit des enregistrements).
L'interaction de l' excitation neuronale et l' inhibition est fondamentale pour le traitement de l' information sensorielle 1. Il est également connu que l' anesthésie a un fort impact sur la dynamique de l' activation corticale et la structure temporelle des entrées synaptiques 2,3. Par exemple, il a été observé que les anesthésiques modifient la durée des réponses visuelles évoquées dans les neurones corticaux 3,4. En outre, le rapport entre excitateurs et entrées synaptiques inhibitrices est différent chez les animaux anesthésiés et éveillés 4,5, modifiant à la fois évoqués et les taux d'activité spontanée 6,7. En mesurant les conductances synaptiques, Haider et ses collègues 4 ont trouvé que l' inhibition appariés excitation en amplitude sous anesthésie alors que pendant l' éveil, l' inhibition était plus forte que l' excitation. Ces résultats incitent le développement de procédures expérimentales pour étudier l'impact des entrées synaptiques spécifiques sur le traitement sensoriel chez les animaux éveillés.
<p class = "jove_content"> L'éjection contrôlée de substances neuroactifs chargées en appliquant de petites injections de courant (de l'ordre de nA) a été largement utilisée pour étudier la contribution des entrées synaptiques et le rôle des récepteurs cellulaires putatifs dans le traitement sensoriel 8-13 . Cette technique, connue sous le nom microiontophorèse, permet l'application de médicaments dans le voisinage du neurone enregistré, ce qui contribue à un effet rapide et confiné. Cette procédure est plus approprié pour étudier les effets locaux des substances neuroactives, par rapport à l'effet généralisée provoquée par d'autres manipulations expérimentales telles que les injections systémiques, microdialyse ou l'utilisation de techniques optogénétiques. Habituellement, une configuration d'électrode ferroutage 14,15 est utilisé pour enregistrer simultanément le neurone cible et de livrer les substances neuroactifs d'intérêt. Il se compose d'une électrode d'enregistrement fixé à une pipette de multibarrel qui transporte les substances neuroactives. Modifications de l'oprocédure riginal décrite par Havey et Caspary 14 ont été mis en œuvre. Par exemple, une électrode en tungstène, au lieu d'un verre, peut être utilisé pour enregistrer l'activité neuronale 16. Méthodes publiées précédemment pour la fabrication d'électrodes de tungstène 17,18 comportent trois étapes générales: gravure électrolytique de pointes de fil de tungstène, l' isolation en verre, et l' ajustement de l'exposition de pointe pour répondre aux exigences d'enregistrement.Un champ intéressant et émergente en neurosciences auditive est l'étude de l' adaptation spécifique à stimulus (SSA 19). SSA est une diminution spécifique de la réponse neurale aux sons répétitifs qui ne généralisent pas à d'autres sons rarement présentés. L'importance de l' ASS réside dans son rôle potentiel comme un mécanisme neuronal de détection de déviation sous - jacente dans le cerveau auditif, ainsi que d' une éventuelle corrélation neuronale pour la composante non - concordance de la négativité tardive du potentiel évoqué auditif 20,21. SSA occurs de l'IC jusqu'au cortex auditif 19,22-24. GABA A l' inhibition médiée a été démontrée à agir en tant que mécanisme de contrôle de gain sur SSA 7,16,25, qui a également été montré pour être affectés par l' anesthésie 26. Ici , nous présentons un protocole qui combine les méthodes décrites précédemment pour l' enregistrement de l'activité d'une seule unité de neurones de circuits intégrés avant et pendant l'application d'un antagoniste sélectif des récepteurs ai GABA A chez des souris éveillées. Tout d'abord, nous décrivons la fabrication d'électrodes ferroutage et à côté, les méthodes chirurgicales et d'enregistrement. Pour tester l'efficacité de libération du médicament, nous avons comparé le champ récepteur ainsi que le niveau de SSA des neurones IC avant et pendant l'éjection de microiontophoretic gabazine.
Toutes les procédures expérimentales ont été effectuées à l'Université de Salamanque avec l'approbation, et en utilisant des méthodes conformes aux normes de l'Université de Animal Care Committee Salamanca, ainsi que les normes de l'Union européenne (directive 2010/63 / UE) l'utilisation des animaux dans la recherche en neurosciences.
1. Tungsten Electrodes
Remarque: La fabrication des électrodes en tungstène est basé sur la technique originale décrite dans Merrill et Ainsworth et 27 Ainsworth et al 28 , et réalisée à l' aide de la configuration du poste de travail décrit dans Bullock et al 17...
Fabrication 2. Multibarrel verre Pipette
3. Médicaments pour microiontophorèse
Remarque: Les médicaments utilisés pour microiontophorèse doivent avoir une charge électrique lorsqu'il est dissous dans l'eau. Vérifiez la littérature pour voir si le médicament d'intérêt est approprié pour cette procédure. Ici, la procédure de gabazine, un antagoniste du récepteur GABA A, est décrit.
4. Chirurgie et Headpost Implantation
5. électrophysiologique Enregistrement et microiontophorèse
Analyse 6. Données
Nous avons enregistré l'activité d'une seule unité de 4 neurones bien isolées de l'IC. Le rapport signal à bruit typiques obtenues lors des enregistrements extracellulaires chez les souris éveillés sont représentés sur la figure 3B. La figure 4A montre la zone de réponse en fréquence (FRA) de chaque neurone avant et pendant le blocage du récepteur GABA A gabazine avec les récepteurs. Un incrément dans la force de réaction (pics / de stimulation), ainsi qu'un élargissement de la mise au point du spectre a été observée. L'augmentation de la réponse évoquée était également évidente dans les histogrammes de temps péri-stimulus accumulées obtenues à partir de la réponse neuronale à toutes les fréquences et les intensités présentés (figure 4B).
Une ou deux paires de fréquences dans la FRA du neurone (croix dans la figure 4A) ont été choisis pour être présentés comme des sons répétitifs ou rares dans un paradigme oddball, à sTudy le niveau de l'Afrique subsaharienne dans leurs réponses. Pour deux neurones exemple, les réponses sonores évoqués à chaque fréquence (f1 et f2) avant et pendant l'injection de gabazine sont présentés comme rasters de points dans la figure 5A, B. Pour les deux neurones par exemple, il y avait un changement clair dans la réponse sonore évoquée comme observé dans la trame de points et PSTHs.
De même, le blocus locale des GABA A a augmenté les récepteurs de la réponse neuronale à la grande majorité des tons rares et répétitifs (Figure 5C) en accord avec notre étude précédente 16. Différents niveaux de SSA ont été observées dans les réponses neuronales à f1 et f2, qui est reflété en positif CSI (intervalle CSI: -0,26 à 0,43, 0,25 ± 0,23) et les valeurs SI (intervalle SIs: -0,41 à 0,83, 0,25 ± 0,23) . Pour la plupart des cas, l'augmentation de la réponse à la tonalité répétitive a provoqué une chute de ces indices comme observé sur la figure 5D </strong>.

Figure 1. Matériel pour la fabrication de tungstène Électrodes. Outil d'alignement (A) des électrodes, avec des fils de tungstène en place. Le morceau plus léger sur la gauche est un arrêt pour les fils. La pointe de ciseaux indique le côté utilisé comme un guide pour couper les fils à la longueur désirée. (B) broche vide. (C) de la broche avec un lot d'électrodes attachées, et reposant sur un support. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Figure 2. Accessoires pour enregistrements Souris Awake. (A) Headpost. (B) Sur mesure rembourrée restrainer en mousse. Lieu til la souris entre les deux pièces, en laissant la tête à l' extérieur. (C) Les modifications apportées au cadre stéréotaxique. Le porte-headpost (barre du haut) aide pendant headpost implantation et retient la tête pendant les enregistrements. La pièce de morsure (barre inférieure) est utilisée uniquement lors de l'implantation de headpost. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Figure 3. Exemple d'enregistrement dans la souris Awake. (A) de la zone d'un neurone de la IC souris Réponse en fréquence. (B) Waveforms des pointes enregistrées à partir de ce neurone. (C, D) Dot raster et histogramme peristumulus-temps enregistré à partir de ce neurone en utilisant un paradigme oddball aux fréquences indiqué par les points (A). Redessiné à partir de donnéespublié dans Duque et Malmierca 26. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Figure 4. Effet de la Blocus du GABA A sur les récepteurs de la spectrale et temporelle des propriétés de réponse. (A) Fréquence zone des quatre circuits intégrés de réponse enregistré neurones avant et pendant l'injection de microiontophoretic gabazine. Les croix noires (A) indiquent les fréquences choisies pour être présentées comme des sons rares et répétitives. (B) Cumul péri-stimulus histogrammes de temps de la réponse neuronale à toutes les fréquences et intensités présentées pour construire la zone de réponse avant et pendant l'injection de gabazine. Les barres noires indiquent la durée du son.S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Figure 5. Effet de la Blocus de GABA A des récepteurs sur la réponse aux sons répétitifs et rares. (A, B) des trames de point de la réponse de dopage à une paire de fréquences présentées comme rares (rouge, 10%) et le stimulus répétitif (bleu, 90%) avant et pendant l'application de gabazine. Chaque fréquence est joué dans deux séquences telles que chacun a été présenté comme rare- et répétitif. Le fond grisé indique la durée du stimulus. (C). Réponses unique neurone à sept paires de fréquences présentées comme rares et que le son répétitif avant et pendant l'application de gabazine (D) . </strong> indices de SSA (cercles: CSI, traverse: SI) de la réponse neurale aux sons rares et répétitives mesurées avant et pendant l'application de gabazine. Les réponses du même neurone sont indiqués avec la même couleur. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.
Les auteurs n’ont rien à divulguer.
Nous présentons des méthodes de construction d’électrodes pour enregistrer simultanément l’activité neuronale extracellulaire et libérer plusieurs substances neuroactives au voisinage des sites d’enregistrement chez les souris éveillées. Cette technique permet l’analyse détaillée des entrées synaptiques locales présumées vers le neurone d’intérêt.
Ce projet a été financé par le MINECO accorde BFU201343608-P et PSI2013-49348-EXP, et la subvention SA343U14 JCYL au financement MSM et MRC noyau pour ARP. YAA a tenu une CONACyT (216106) et une bourse septembre
| Fil de tungstène | Harvard Apparatus LTD | 33-0099 | 0,005 pouces x 3 pouces |
| Capillaire en verre borosilicaté  ; | Harvard Apparatus LTD | 30-0053 | Paroi standard en borosilicate sans filament, 1,5 mm de diamètre extérieur, 0,86 mm de diamètre intérieur, 100 mm de long |
| Capillaires en verre multibarils  ; | World Precision Instruments | 5B120F-4  ; | Capillaire à 5 cylindres, 4 pouces de long, 1,2 mm de diamètre extérieur, avec filament |
| Diaplus | DiaDent | 2001-2101 | Adhésif photopolymérisable, utilisé pour fixer l’électrode de tungstène à la pipette multi-barils en verre |
| G-Bond | GC Corporation | 2277 | Adhésif photopolymérisable, utilisé pour fixer le poteau de tête au crâne de l’animal |
| Charisma | Heraeus Kulzer | 66000087 | Composite photopolymérisable, utilisé pour renforcer la liaison du pivot de tête avec le crâne |
| Araldit Cristal | Époxy Ceys | à 2 composants, utilisé pour sécuriser davantage la fixation de l’électrode de tungstène à la pipette multi-barils en verre | |
| Couverture chauffante | Cibertec | RTC1 | |
| Cadre stéréotaxique | Narishige | SR-6N | Modifié pour souris |
| Dispositif microiontophorétique | Harvard Apparatus LTD | Neurophore BH-2 | Y compris les pompes d’ionophorèse IP-2 (une pour chaque canal d’administration de médicament) et un module d’équilibre |
| Extracteur de pipette en verre multibaril | Narishige | Modèle PE-21 | |
| Lampe LED | Technoflux | CV-215 | 5 W, 430-485 nm |
| MicroFil | World Precision Instruments | MF34G-5 | Aiguille en plastique flexible, 34 AWG |
| Imalgene | Merial | Kétamine, 100 mg/mL | |
| Rompun | Bayer | Xylazine, 20 mg/mL | |
| Gabazine / SR-95531 | Sigma | S106 | Préparer ~ 1000µ ; l de 20 mM de gabazine dans de l’eau distillée et ajuster le pH à 4 |