Real-time Electrofysiologie: Met behulp van Closed-loop protocollen bij Probe Neuronale Dynamics and Beyond

Daniele Linaro; João Couto; Michele Giugliano

doi:10.3791/52320

Methodenartikel

Real-time Electrofysiologie: Met behulp van Closed-loop protocollen bij Probe Neuronale Dynamics and Beyond

DOI:

10.3791/52320

⸱

24 juni 2015

Daniele Linaro¹ , João Couto¹ , Michele Giugliano¹

¹Department of Biomedical Sciences, University of Antwerp

In dit artikel

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Gesloten-lus protocollen worden steeds gebruikelijker in de moderne elektrofysiologie. We presenteren een eenvoudige, veelzijdige en goedkope manier om complexe elektrofysiologische protocollen uit te voeren in corticale piramidale neuronen in vitro, met behulp van een desktopcomputer en een digitale acquisitiekaart.

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Experimental Neuroscience is getuige van een toenemende belangstelling voor de ontwikkeling en toepassing van nieuwe en vaak complexe, closed-loop protocollen, waarbij de stimulus toegepast, hangt in real-time de respons van het systeem. Recente toepassingen variëren van de uitvoering van virtual reality-systemen voor het bestuderen van motorische reacties, zowel in muizen ¹ en ² in de zebravis, om de controle van de aanvallen volgende corticale slag met optogenetics ^3. Een belangrijk voordeel van gesloten-lus techniek ligt in het vermogen sonderen hogere dimensionale eigenschappen die niet direct toegankelijk of die afhankelijk zijn van meerdere variabelen, zoals neuronale exciteerbaarheid ⁴ en betrouwbaarheid, terwijl op hetzelfde moment het maximaliseren van de experimentele throughput. In deze bijdrage en in de context van cellulaire elektrofysiologie beschrijven we hoe verschillende closed-loop protocollen voor het bestuderen van de responseigenschappen van de piramidale corticale neuronen, recintracellulair orded met de patch clamp techniek in acute hersenen plakjes van de somatosensorische cortex van jonge ratten. Omdat er geen commercieel beschikbare of open source software biedt alle functies die nodig zijn voor het efficiënt uitvoeren van de hier beschreven experimenten, een nieuwe software toolbox genaamd LCG ⁵ werd ontwikkeld, waarvan de modulaire structuur maximaliseert hergebruik van computercode en vergemakkelijkt de implementatie van nieuwe experimentele paradigma. Stimulatie golfvormen worden opgegeven met een compacte meta-beschrijving en volledige experimentele protocollen worden beschreven in de op tekst gebaseerde configuratiebestanden. Daarnaast LCG heeft een command-line interface die geschikt is voor de herhaling van proeven en automatisering van experimentele protocollen.

Inleiding

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De laatste jaren heeft cellulaire electrofysiologie ontwikkeld van de traditionele open-loop paradigma gebruikt in spanning en stroom clamp experimenten moderne closed-loop protocols. De bekendste closed-loop techniek is misschien wel de dynamische klem ^6,7, die de synthetische injectie van kunstmatige voltage-gated ion kanalen nodig om de neuronale membraan spanning ⁸ te bepalen, de grondige studie van de effecten van niet-deterministische flikkeren op ion kanalen op neuronale respons dynamiek ^9, evenals de recreatie in vitro van realistische in vivo- als synaptische achtergrond activiteit ^10.

<....

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De hier beschreven protocol voldoet aan de aanbevelingen en richtlijnen van de ethische commissie van de afdeling Biomedische Wetenschappen van de Universiteit Antwerpen. Dit protocol vereist het opstellen van niet-voelende materiaal uit de geëxplanteerde hersenen van jonge Wistar ratten, verkregen door erkende humane euthanasie technieken.

1. apparatuur Voorbereiding

Installeren en configureren van de data-acquisitie en stimulatie systeem.
1. Gebruik een personal computer (PC) uitgerust met een data-acquisitie (DAQ) kaart ondersteund door Comedi om signalen op te nemen en te sturen analoge stuurspanning naar de elektrofy....

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

In het voorgaande hebben we beschreven hoe de software toolbox LCG gebruiken om de elektrofysiologische eigenschappen van L5 pyramidale cellen te karakteriseren en in vivo-achtige synaptische activiteit in een slice preparaat opnieuw. Het gebruik van een command-interface en semi-automatische protocol aanzetten reproduceerbaarheid en efficiëntie van het experiment, die een grote invloed op het rendement en de kwaliteit van de geproduceerde gegevens heeft. Bovendien, aangezien de data wordt opgeslagen op een con.......

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

In deze tekst volledig protocol voor de implementatie van real-time, gesloten-lus cel elektrofysiologische experimenten beschreven met de patch clamp techniek en een recent ontwikkelde software toolbox genoemd LCG. Om de kwaliteit van de opnames te optimaliseren is het belangrijk dat de opname setup geaard, afgeschermd en trillingsvrij: dit zorgt voor een stabiele en duurzame whole-cell toegang tot de cel, die, tezamen met de mogelijkheid van het automatiseren hele delen van de stimulatieprotocollen , maakt maximalisati.......

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De auteurs hebben niets te onthullen.

Dankbetuigingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Financiële steun van de Vlaamse Wetenschapsstichting FWO (contract nr. 12C9112N aan DL), het 7e kaderprogramma van de Europese Commissie (Marie Curie Network “C7”, contract nr. 238214; ICT Future Emerging Technology “ENLIGHTENMENT” project, contract nr. 306502), het Interuniversitair Attractiepolen Programma geïnitieerd door het Belgische Wetenschapsbeleidskantoor (contract nr. IUAP-VII/20), en de Universiteit van Antwerpen wordt vriendelijk erkend.

....

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
Naam	Bedrijf	Catalogusnummer	Opmerkingen
Tissue slicer	Leica	VT-1000S
Pipette puller	Sutter	P-97
Pipettes	WPI	1B150F-4	1.5/0.84 mm OD/ID, met gloeidraad
Vibration isolation table	TMC	20 Series
Microscope	Leica	DMLFS	40X Immersie-objectief
Manipulators	Scientifica	PatchStar
Amplifiers	Axon Instruments	MultiClamp 700B	Door computer bestuurd
Data acquisition card	National Instruments	PCI-6229	Ondersteund door Comedi Linux Drivers
Desktop computer	Dell	Optiplex 7010 Tower	OS: real-time Linux
Oscilloscopes	Tektronix	TDS-1002
Perfusion Pump	Gibson	MINIPULS3	Gebruikt met R4 Pompkop (F117606)
Temperature controller	Multichannel Systems	TC02	PH01 Perfusiekannule
Manometer	Testo	510	Optioneel
Incubator	Memmert	WB14
NaCl	Sigma	71376	ACSF
KCl	Sigma	P9541	ACSF, ICS
NaH₂PO₄	Sigma	S3139	ACSF
NaHCO₃	Sigma	S6014	ACSF
CaCl₂	Sigma	C1016	ACSF
MgCl₂	Sigma	M8266	ACSF
Glucose	Sigma	G7528	ACSF
K-Gluconate	Sigma	G4500	ICS
HEPES	Sigma	H3375	ICS
Mg-ATP	Sigma	A9187	ICS
Na₂-GTP	Sigma	51120	ICS
Na₂-Phosphocreatine	Sigma	P7936	ICS

Referenties

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Saleem, A. B., Ayaz, A., Jeffery, K. J., Harris, K. D., Carandini, M. Integration of visual motion and locomotion in mouse visual cortex. Nature neuroscience. 16, 1864-1869 (2013).
Ahrens, M. B., Li, J. M., et al. Brain-wide neuronal dynamics during motor adaptation in zebraf....

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken

Toestemming aanvragen

Trefwoorden

Dynamic Clamp Patch Clamp Technique Cortical Neurons LCG Software Toolbox Electrophysiological Protocols Brain Slice Preparation Somatosensory Cortex Neuronal Excitability Synaptic Event Simulation

Real-time Electrofysiologie: Met behulp van Closed-loop protocollen bij Probe Neuronale Dynamics and Beyond

In dit artikel

Samenvatting

Samenvatting

Inleiding

Protocol

Resultaten

Discussie

Openbaarmakingen

Dankbetuigingen

Materialen

Referenties

Herprints en machtigingen

Trefwoorden

Gerelateerde artikelen