RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
he_IL
Menu
Menu
Menu
Menu
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Research Article
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
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Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology.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
כאן, אנו מציגים פרוטוקול להקלטת קצבית רשת עצבית theta ו תנודות גמא מ הכנה בהיפוקמפוס שלם מבודד. אנו מתארים את השלבים ניסיוני מן החילוץ של ההיפוקמפוס לפרטים של שדה, יחידית תא שלם קליפת הקלטות מהדק, כמו גם צעדה optogenetic של קצב theta.
פרוטוקול זה מתאר את ההליכים להכנת והקלטה של ההיפוקמפוס כולו מבודד, של WT ו עכברים מהונדס, יחד עם שיפורים האחרונות במתודולוגיות ויישומים לחקר תנודות תטה. אפיון פשוט של ההכנה בהיפוקמפוס מבודדת מוצג לפיה היחסים בין מתנדים תטא בהיפוקמפוס פנימי נבדק יחד עם פעילות של תאים פירמידליים, ו intereurons GABAergic, של Cornu ammonis-1 (CA1) ותת תחומים (SUB) אזורים. בסך הכל, אנו מראים כי ההיפוקמפוס מבודד מסוגל לייצר תנודות תטה מהותי במבחנה וכי קצביות שנוצר בתוך ההיפוקמפוס ניתן מניפולציה מדויקת על ידי גירוי optogenetic של intervalons חיובי parvalbumin (PV). ההכנה במבחנה מבודדת בהיפוקמפוס מציעה הזדמנות ייחודית להשתמש בשדה סימולטני ובתקן תאיים קליפ תיקון של ניאו מזוהה חזותיתRons כדי להבין טוב יותר את המנגנונים מאחורי הדור קצב.
תנודות הטטה בהיפוקמפוס (4-12 Hz) הן בין הצורות השכיחות ביותר של פעילות קצבית במוח היונקי, והן מאמינות כי הן ממלאות תפקידים מרכזיים בתפקודים קוגניטיביים כגון עיבוד מידע spatiotemporal ויצירת זיכרונות אפיזודיים 1 , 2 , 3 . בעוד כמה מחקרים vivo המדגישים את הקשר של תאטה מקום תאים עם הניווט המרחבי ומחקרי הנגע, כמו גם ראיות קליניות, תומכים את הדעה כי תנודות טטה בהיפוקמפוס מעורבים היווצרות זיכרון 4 , 5 , 6 , המנגנונים הקשורים עם הדור של תנודות thta בהיפוקמפוס עדיין לא הבינו לחלוטין. מחקרים מוקדמים בתחום ה- vivo הראו שפעילות התטה תלויה בעיקר במתנדים חיצוניים, ובמיוחד בתשומות קצובותמן המבנים המוחיים כגון מחיצות וקורטקס אנטורהינל 7 , 8 , 9 , 10 . תפקיד של גורמים פנימיים - קישוריות פנימית של רשתות עצביות בהיפוקמפוס יחד עם המאפיינים של נוירונים בהיפוקמפוס - הונח גם על סמך תצפיות חוץ גופית 11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18 . עם זאת, מלבד כמה מחקרים ציון 19 , 20 , 21 , קשיים בפיתוח גישות שעלולות לשכפל פעילות פיזיולוגית ריאליסטית האוכלוסייה בהכנת פשוטה במבחנה חוץ גופיתS יש, במשך זמן רב, עיכוב בדיקה ניסיונית מפורטת יותר של היכולות המהותיות של ההיפוקמפוס ואת האזורים הקשורים עצמית לייצר תנודות תטה.
חיסרון חשוב של תקן במבחנה דק פרוסה הגדרה ניסיונית היא כי הארגון הסלולר 3D ו הסינפטי של מבנים מוחיים נפגעת בדרך כלל. משמעות הדבר היא כי צורות רבות של פעילויות רשת מתואמות המבוססות על מכלולים תאיים מבוזרים מרחביים, החל מקבוצות מקומיות (רדיוס 1 מ"מ) לאוכלוסיות של נוירונים הפרושות על פני אזור מוח אחד או יותר (> 1 מ"מ), לא ניתן לתמיכה. בהתחשב בשיקולים אלה, נדרש סוג אחר של גישות כדי ללמוד כיצד מופיעות תנודות התטה בהיפוקמפוס, והן מתפשטות למבנים של קליפת המוח וקורטקורט.
בשנים האחרונות, הפיתוח הראשוני של "להשלים septo-hippocampal" הכנה לבחון interaional דו כיווניתCtions של שני מבנים 22 , ואת ההתפתחות שלאחר מכן של ההכנה "ההיפוקמפוס מבודדים", גילו כי תנודות תטה מהותי להתרחש ספונטנית בהיפוקמפוס חסר קלט קצבי חיצוני 23 . הערך של גישות אלה טמון על התובנה הראשונית כי המבנה הפונקציונלי כולו של אזורים אלה היה צריך להישמר על מנת לתפקד כמו מחולל קצב תטה במבחנה 22 .
כל הנהלים בוצעו על פי פרוטוקולים והנחיות שאושרו על ידי מקגיל אוניברסיטת טיפול בבעלי חיים המועצה הקנדית על טיפול בבעלי חיים.
1. היפוקמפוס חריף בהכנת ויטרו
הערה: בידוד ההכנה בהיפוקמפוס שלם כוללת שלושה שלבים עיקריים: (1) הכנת פתרונות וציוד, (2) ניחוח של ההיפוקמפוס ו (3) הגדרת מערכת קצב זלוף מהיר הדרוש ליצירת תנודות תטה מהותי. בפרוטוקול זה, את הביצועים בזמן של נהלים - מן לנתיחה כדי הקלטה - חשוב במיוחד משום ההיפוקמפוס מבודד מהווה כה צפוף, אבל עדין, הכנה כי שמירה על קישוריות תפקודית של המבנה במבחנה דורש טיפול רב. הכנת הכל מראש מבטיחה רמה נאותה של זלוף זמין מוקדם ככל האפשר כדי למזער תא דAmage ולשמור על תפקוד פיזיולוגי.
2. דיפלקציה של היפוקמפוס שלם
הערה: השיטה עבור לנתח את ההיפוקמפוס מבודד זהה במהותו לזה שפותחו ותיארו במקור 22 , אבל עם פרטים נוספים ושינויים לגבי peקצב rfusion וטכניקות הקלטה.
3. הגדרת את זלוף מהיר להקלטת ההיפוקמפוס מבודד
4. אלקטרופיזיולוגיה בהיפוקמפוס מבודד
סעיף זה ממחיש דוגמאות של תוצאות שניתן להשיג על ידי לימוד תנודות theta בהכנת העכבר בהיפוקמפוס מבודד במבחנה . הליך לנתיחה לחילוץ ההיפוקמפוס מבודדת באיור 1 . באמצעות הכנה זו, תנודות תטה מהותי ניתן לבחון במהלך המיקום של אלקטרודות שדה מרובים, הקלטה הפעילות הכוללת סינכרוני תשומות סינפטיות לאוכלוסיות נוירונים באזורים שונים ושכבות של ההיפוקמפוס מבודדים ( איור 2 ). תוצאות נציג מ סימולטני כל תא התיקון מהדבקה תאיים הקלטות מוצגים כדי לאפיין את הירי מאפייני סינפטי של סוגי תאים ספציפיים במהלך תנודות ספונטניות תאטה בהיפוקמפוס ( איור 3 ), כמו גם במהלך מניפולציה optogenetic של פעילות קצבית (G "> איור 4).

איור 1: נוהל ניתוחים עבור ההכנה של היפוקמפוס מבודדים שלם.
( א ) תצוגה כללית של ההתקנה לנתיחה. משמאל: קרבוגינאטד קרח קר סוכרוז פתרון בקבוק (1); למטה שמאל: מגש פלסטיק מלא קרח (2) מחזיק את צלחת לנתיחה מכוסה נייר העדשה (3); החדר מחזיק קר המכיל סוכרוז פתרון (4); ו סט של כלים כירורגיים (5). ( ב ) תצוגה של המוח העכבר לפני hemisection על צלחת לנתיחה. ( ג ) התאוששות של המוח hemisected בתא ההחזקה קר תצוגה זום (Inset) של המוח השמאלית המוחית לפני החדרת קצה קטן של המרית מצופה מתחת מחצה. ( ד ) Spatula מצופה ממוקם מתחת ההיפוקמפוס מבודדים, לאורך אזור CA1 / SUB, עם המוח הנותררקמה נשלף מתחת. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 2: תצורה של ההתקנה עבור הקלטה במבחנה תטא תנודות מן ההכנה בהיפוקמפוס שלם בחדר הקלטה מוקלט.
( א ) ההיפוקמפוס מבודד מוצג עם פריסה של אזורים בהיפוקמפוס ואלקטרודות מרובים להציב ארבעה אתרי הקלטה שונים מופץ septotemporally (מסומן על ידי כוכביות לבן). בתצוגה של הפלטפורמה קאמרית ההקלטה המוצגת לעיל (inset i), כניסת לשקע זרימה זלוף מהיר מסומנים על ידי מספרים (1, 2). בתמונה המוגדלת של ההיפוקמפוס המוצג להלן (Inset ii), אלקטרודה אחת ממוקמת באמצע Sephotemporal CA1 וסיבי האלביוס גלויים בקלות, רצים באלכסון לכיוון תת-התחום. S: מחיצות, T: הזמני, f / fx: fimbria-fornix. ( ב ) ייצוג סכמטי של הארגון של שכבות CA1 עם נציג LFP עקבות נרשמה בו זמנית מן שכבת oriens (אפור) ו שכבה radiatum (שחור). שים לב לשלב הפוך של האותות בין שתי השכבות. Alv: שכבת שכבה, יחסי ציבור: שכבה פירמידלית, SR: שכבת רדיאטום. SLM: שכבה Lacunosum Moleculare. ( ג ) דוגמה LFP עקבות מראה תנודה תטא ספונטני שנרשמו באזור CA1 / SUB (קטע 20 שניות) ו 2 שניות קטעים מורחבים (להלן) מן האות לא מסוננים; הלהקה מסוננת עבור תדרים תטה (0.5 - 12 הרץ); גמא איטי (25 - 55 הרץ); ו גמא מהירה (125 - 250 הרץ). אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.


איור 4: שדה מקומי פוטנציאלי סימולטני תיקון מהדק מהדקים מ יחיד CA1 / SUB פירמידליים ו PV נוירונים במהלך ספונטני ו optogenetically מונע תטא תנודות בהיפוקמפוס מבודד.
( א) </stRong>) תרשים המציג את LFP ו תיקון אלקטרודה אתרי הקלטה עם המיקום של המדריך אור סיבים מעל אזור CA1 / SUB להביע opsin רגיש לאור כחול (ChETA יחד עם eYFP fluorophore). ( ב ) אפיון של נוירון פירמידלי המציג טיפוסי רגיל- Spiking (RS) מאפיינים (למעלה) ו הגדלה גבוהה (40X) התמונה של התא נרשם (התחתון). ( ג ) הדגימה של ההקלטה הנוכחית של תא זהה בפוטנציאל הממברנה dolarized (שחור) יחד עם האות LFP (אפור) ומראה IPSPs קצבית מתוזמן במהלך תנודה ספונטנית (משמאל) ובמהלך גירוי תטא (6 הרץ) אור ( ימין). דפוס של גירוי אור (הצללה כחול) מתואר על גבי עקבות מתח. ( ד ) ספקטרוגרם וספקטרום הספק של LFP waveform לפני, במהלך ואחרי סימולציה אור 6 הרץ (הבסיס, גירוי, פוסט). ( ה ) הגדלה נמוכה שדה בהיר ותמונות הקרינה של isolatההכנה בהיפוקמפוס אד מראה eYFP הקרינה (בירוק) מקומי באזור CA1 / SUB. ( F ) אפיון הצעדים הנוכחיים מראה Fast-Spiking התנהגות (FS) של נרשם PV-TOM interneuron (40X תמונה פלואורסצנטי להלן). ( ז ) הקלטה פוטנציאל ממברנה מראה EPSPs גדולים וירי קצבי של התא PV נרשם מסונכרן עם האות LFP במהלך תנודות שדה ספונטני (משמאל) במהלך גירוי אור (מימין) ב 3 הרץ. ( ח ) שדה Triggered ממוצע (FTA) של קוצים תא PV על פני האות CA1 / SUB LFP. פריקה של תא PV על ניסויים מרובים (במרכז על פסגות LFP) הוסב ל FTA של קוצים נרשמה במהלך תנודה ספונטנית (הבסיס) ובמהלך גירוי אור (גירוי). הגרפים הבינוניים והתחתונים מראים את חלקות הסריקה של קוצים והיסטוגרמות הסתברות ספייק (ההסתברות הממוצעת מוצגת באדום). תרשימים העליון להראות מגרשים של האות LFP הממוצע אשר גדל כוח במהלך ליגגירוי ht במקביל ירי מסונכרן מאוד של תא PV שלב נעול לשיא תנודה LFP. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.
| תמיסת סוקרוז (1X) עבור HIPPOCAMPUS מבודד | |||
| (פתרון המניה) | |||
| מתחם | MW | סיכום סופי. (MM) | סכום עבור 1 L (g) |
| סוכרוז | 342.3 | 252 | 86.26 g |
| NaHCO 3 | 84.01 | 24 | 2.020 גרם |
| גלוקוז | 180.2 | 10 | <td> 1.800 גרם|
| KCl | 74.55 | 3 | 0.223 גרם |
| MgSO 4 | 120.4 | 2 | 0.241 גרם |
| NaH 2 PO 4 | 120 | 1.25 | 0.150 גרם |
| CaCl 2 .2H2O [1 M] המניה | 147 | 1.2 | 120 μL / 0.1 L * |
| * הוספת 360 μL CaCl 2 [1 M] עבור 0.3 L סוכרוז פתרון חמצן | |||
| PH = 7.4 כאשר מחומצן, Osm 310 - 320 |
שולחן 1.
| תמיסת ACSF סטנדרטי (5X) עבור PERFUSION | |||
| (פתרון המניה) | |||
| מתחם | MW | סיכום סופי. (MM) | סכום עבור 2 L 5X |
| NaCl | 58.44 | 126 | 73.6 |
| NaHCO 3 | 84.01 | 24 | 20.2 |
| גלוקוז | 180.2 | 10 | 18 |
| KCl | 74.55 | ♦ 4.5 | 3.355 |
| MgSO 4 | 120.4 | 2 | 2.41 |
| NaH 2 PO 4 | 120 | 1.25 | 1.5 |
| אסקורביט | 176.1 | 0.4 | 0.705 |
| CaCl 2 .2H2O [1 M] המניה | 147 | 2 | 2 מ"ל / L * |
| * מוסיפים 2 מ"ל CaCl 2 [1 M] עבור 1 l aCSF (1x) פתרון מחומצן | |||
| PH = 7.4 כאשר מחומצן, Osm 310 - 320 | |||
| ♦ מעט מוגבה [K + ] משמש לפתרון aCSF זה (בהשוואה ל- aCSF 2.5 mM KCl) כדי להגביר את ההתרגשות של רשתות בהיפוקמפוס ולהקל על הופעתם של תנודות הטטה. |
שולחן 2.
המחברים אינם מכריזים על אינטרסים מסחריים או פיננסיים מתחרים.
כאן, אנו מציגים פרוטוקול להקלטת קצבית רשת עצבית theta ו תנודות גמא מ הכנה בהיפוקמפוס שלם מבודד. אנו מתארים את השלבים ניסיוני מן החילוץ של ההיפוקמפוס לפרטים של שדה, יחידית תא שלם קליפת הקלטות מהדק, כמו גם צעדה optogenetic של קצב theta.
עבודה זו נתמכה על ידי המכון הקנדי לבריאות ומחקר מדעי הטבע.
| <חזק>ריאגנטיםחזקים> | |||
| נתרן כלורי | סיגמא אולדריץ' | S9625 | |
| סוכרוז | סיגמא אולדריץ' | S9378 | |
| נתרן ביקרבונט | סיגמא אולדריץ' | S5761 | |
| NaH<תת>2תת>PO<תת>4תת> - נתרן פוספט מונו-בסיסי | סיגמא אולדריץ' | S8282 | |
| מגנזיום גופרתי | סיגמא אולדריץ' | M7506 | |
| אשלגן כלורי | סיגמא אולדריץ | 'P3911 | |
| D-(+)-גלוקוז | סיגמא אולדריץ' | G7528 | |
| סידן כלוריד דיהידרט | סיגמא אולדריץ' | C5080 | |
| נתרן אסקורבט | סיגמא אולדריץ' | A7631-25G | |
| <חזק>שםחזק> | <חזק>חברהחזק> | <חזק>מספר קטלוגיחזק> | <חזק>הערותחזק> |
| <חזק>ציודחזק> | |||
| סטנדרטי מספריים חיתוך | פישר סיינטיפיק | 08-951-25 | מיצוי מוח |
| ידית אזמל #4, 14 ס"מ | WPI | 500237 | מסנן מיצוי מוח |
| מלקחיים, לסתות שטוחות, ישרות (11 ס"מ) | WPI | 500456 | מיצוי מוח |
| פרגון להבי אזמל נירוסטה #20 | Ultident | 02-90010-20 | מיצוי מוח |
| מספריים לחיתוך מעוקל נקודה | עדינה תרמו פישר 711999 מדעי | מיצוי מוח | |
| טפלון (PTFE) - מרית דקה מצופה | VWR | 82027-534 | הכנת |
| היפוקמפוסהיימן סטייל מיקרוספטולה | פישר סיינטיפיק | 21-401-25A | הכנת היפוקמפוס |
| כף מעבדה | פישר סיינטיפיק | 14-375-20 | הכנת היפוקמפוס |
| בורוסיליקט זכוכית פסטר פישר | סיינטיפיק | 13-678-20A | הכנת היפוקמפוס |
| טפטפת | פישרהכנת היפוקמפוס | מדעית | |
| סכיני גילוח חד שוליים | VWR | 55411-055 | הכנת היפוקמפוס |
| נייר עדשה (4 x 6 אינץ') | VWR | 52846-001 | הכנת היפוקמפוס |
| צלחות פטרי זכוכית (100 x 20 מ"מ) | VWR | 25354-080 | הכנת היפוקמפוס |
| מגש פלסטיק לקרח; גודל 30 x 20 x 5 ס"מ | n.a.n.a.הכנתהיפוקמפוס | ||
| מחמם פתרון מוטבע יחיד וורנר | מכשירים | מערכת | זלוף | SH-27B
| אבני אוויר לאקווריום לבעבוע | מערכת זילוף | n.a.n.a.a | |
| צינורות Tygon E-3603 (מזהה 1/16 OD 1/8) | Fisherbrand | 14-171-129 | מערכת זלוף |
| מחבת חשמלית | שחורה & מערכת דקר | n.a.perfusion | |
| 95% O2/5% CO2 תערובת גזים (קרבוגן) | מערכת זלוף | SG466204A Vitalaire | |
| בקבוקי זכוכית/צלוחיות (4 x 1 ליטר) | מערכת זילוף | n.a.n.a.a.תא||
| הקלטה שקוע | עיצוב מותאם אישית (FM) | n.a. | ניתן להשתמש בחלופה מסחרית |
| פיפטות זכוכית (1.5/0.84 OD/ID (מ"מ) ) WPI | 1B150F-4 | אלקטרופיזיולוגיה | |
| Hum Bug 50/60 הרץ מסלק רעש | Quest Scientific | Q-Humbug | אלקטרופיזיולוגיה |
| Multiclamp 700B מגבר טלאי-מהדק | התקנים מולקולריים | MULTICLAMP | אלקטרופיזיולוגיה |
| Multiclamp 700B Commander Program | התקנים מולקולריים | MULTICLAMP | אלקטרופיזיולוגיה |
| ממיר דיגיטלי/אנלוגי | התקנים מולקולריים | DDI440 | אלקטרופיזיולוגיה |
| PCLAMP10 | מכשירים | מולקולרייםPCLAMP10 | אלקטרופיזיולוגיה |
| טבלת בידוד רעידות | ניופורט | n.a.electrophysiology | |
| מיקרומניפולטורים (מופעלים ידנית) | Siskiyou | MX130 | אלקטרופיזיולוגיה (LFP) |
| מיקרומניפולטורים (אוטומטיים) | Siskiyou | MC1000e | אלקטרופיזיולוגיה (תיקון) |
| מוניטור אודיו | A-M Systems | דגם 3300 | אלקטרופיזיולוגיה |
| חולץ פיפטה מיקרופיפטה/תיקון | Sutter | P-97 | אלקטרופיזיולוגיה |
| מיקרוסקופ פלואורסצנטי זקוף שנבנה בהתאמה אישית | Siskiyou | n.a.מצלמת | |
| וידאו אנלוגית | הדמיהCOHU | 4912-2000/0000 | הדמיה |
| תופס מסגרת דיגיטלי עם תוכנת הדמיה | EPIX, Inc | PIXCI-SV7 | הדמיה |
| אולימפוס 2.5X אובייקט | אולימפוס | MPLFLN | הדמיה |
| אולימפוס 40X מטרת טבילה במים | אולימפוס | UIS2 LUMPLFLN | הדמיה |
| מערכת דיודות פולטות אור (LED) בהתאמה אישית | גירויאופטוגנטי מותאם אישית | (Amhilon et al., 2015) | |
| שם | Company | Catalog Number | Comments |
| Animals | |||
| PV::Cre (KI) עכברי | מעבדת ג'קסון | מספר מלאי 008069 | אפשר ביטוי גנים מכוון Cre באינטרנוירונים PV |
| עכברי Ai9 מכוננים-מותנים (R26-lox-stop-lox-tdTomato (KI)) | מספרמלאי | מעבדת ג'קסון | 007905 Express TdTomato בעקבות רקומבינציה בתיווך Cre |
| עכברי Ai32 (R26-lox-stop-lox-ChR2(H134R)-EYFP | Jackson Laboratory stock number 012569 | מבטאים את חלבון ההיתוך המשופר channelrhodopsin-2/EYFP לאחר חשיפה ל-Cre | |
| עכברי PVChY | רקומבינאז בגידול ביתי | n.a.צאצאים | שהתקבלו מהכלאה של קו PV-Cre עם עכברי Ai32 (R26-lox-stop-lox-ChR2(H134R)-EYFP |