Préparation in vitro en tranches compensées pour imiter la connectivité du circuit neuronal In Vivo

Matthew  J. Fischl; Catherine J. C. Weisz

doi:10.3791/61664

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Article de méthode

Préparation in vitro en tranches compensées pour imiter la connectivité du circuit neuronal In Vivo

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DOI :

10.3791/61664

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18 août 2020

Matthew J. Fischl¹ , Catherine J. C. Weisz¹

¹Section on Neuronal Circuitry, National Institute on Deafness and Other Communication Disorders, NIH

Dans cet article

Résumé

L’intégration de diverses entrées synaptiques aux neurones est mieux mesurée dans une préparation qui préserve tous les noyaux pré-synaptiques pour le timing naturel et la plasticité du circuit, mais les tranches de cerveau coupent généralement de nombreuses connexions. Nous avons développé une tranche de cerveau modifiée pour imiter l’activité du circuit in vivo tout en maintenant la capacité d’expérimentation in vitro.

Résumé

Les techniques d’électrophysiologie des tranches in vitro mesurent l’activité unicellique avec une résolution électrique et temporelle précise. Les tranches de cerveau doivent être relativement minces pour visualiser et accéder correctement aux neurones pour le patch-clamping ou l’imagerie, et l’examen in vitro des circuits cérébraux est limité à seulement ce qui est physiquement présent dans la tranche aiguë. Pour maintenir les avantages de l’expérimentation des tranches in vitro tout en préservant une plus grande partie des noyaux présynaptiques, nous avons développé une nouvelle préparation de tranches. Cette « tranche compensée » a été conçue pour les enregistrements d’électrophysiologie patch-clamp pour caractériser les diverses entrées monales et sonores aux neurones olivocochléaires médiaux (MOC) dans le tronc cérébral. Ces neurones reçoivent leurs entrées excitatrices et inhibitrices primaires afferent des neurones activés par des stimuli dans l’oreille contralatérale et le noyau cochléaire correspondant (CN). Une tranche de cerveau asymétrique a été conçue qui est la plus épaisse dans le domaine rostro-caudal au bord latéral d’un hémisphère, puis s’amince vers le bord latéral de l’hémisphère opposé. Cette tranche contient, sur le côté épais, la racine du nerf auditif transmettant des informations sur les stimuli auditifs au cerveau, les circuits intrinsèques du CN, et à la fois les voies afferentes excitatrices et trisynaptiques disynaptiques qui convergent vers les neurones moc contralatéraux. L’enregistrement est effectué à partir de neurones MOC sur le côté mince de la tranche, où ils sont visualisés à l’aide de l’optique DIC pour les expériences typiques patch-clamp. La stimulation directe du nerf auditif est effectuée à mesure qu’il pénètre dans le tronc cérébral auditif, ce qui permet à l’activité intrinsèque du circuit CN et à la plasticité synaptique de se produire aux synapses en amont des neurones MOC. Avec cette technique, on peut imiter l’activation du circuit in vivo aussi étroitement que possible dans la tranche. Cette préparation en tranches compensées s’applique à d’autres circuits cérébraux où les analyses de circuits bénéficieraient de la préservation de la connectivité en amont et des intrants à longue portée, en combinaison avec les avantages techniques de la physiologie des tranches in vitro.

Introduction

L’observation de l’activité des circuits neuronaux est idéalement effectuée avec les entrées sensorielles indigènes et la rétroaction, et la connectivité intacte entre les régions du cerveau, in vivo. Cependant, l’exécution d’expériences qui donnent une résolution à cellule unique de la fonction du circuit neuronal est encore limitée par des défis techniques dans le cerveau intact. Bien que des méthodes d’électrophysiologie extracellulaire in vivo ou d’imagerie multiphoton puissent être utilisées pour étudier l’activité dans les systèmes nerveux intacts, il reste difficile d’interpréter comment différents intrants intègrent ou mesurent les intrants synaptiques sous-ma....