We beschrijven het gebruik van optogenetics en elektrofysiologische opnames voor selectieve manipulaties van hippocampal theta oscillaties (5-10 Hz) in gedragend muizen. De werkzaamheid van de entrainment ritme wordt gecontroleerd met behulp van lokale veld potentieel. Een combinatie van opto- en Farmacogenetische inhibitie adressen de efferent uitlezing van hippocampal synchronisatie.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Optogenetic meevoeren van Hippocampal Theta oscillaties in het gedrag van muizen
In dit artikel
Samenvatting
Samenvatting
Uitgebreide gegevens over relaties van neuraal netwerk oscillaties naar gedrag en organisatie van neuronale kwijting over hersengebieden vragen om nieuwe instrumenten te selectief manipuleren ritmes van de hersenen. Hier beschrijven we een aanpak projectie-specifieke optogenetics te combineren met de extracellulaire electrofysiologie voor HiFi-besturingselement van hippocampal theta oscillaties (5-10 Hz) in gedragend muizen. De specificiteit van de entrainment optogenetic wordt bereikt door gericht op channelrhodopsin-2 (ChR2) voor de GABAergic bevolking van mediale septal cellen, cruciaal betrokken in de generatie van hippocampal theta oscillaties, en een lokale gesynchroniseerd activering van een subset van remmende septal afferents in de hippocampus. De doeltreffendheid van het optogenetic ritme besturingselement wordt gecontroleerd door een gelijktijdige controle van het lokale veld potentiële (LFP) over lamina van de CA1-gebied en/of neuronale kwijting. Laten we zien met behulp van deze gemakkelijk uitvoerbaar voorbereiding werkzaamheid van verschillende optogenetic stimulatie protocollen voor inductie van theta oscillaties en voor het manipuleren van de frequentie en de regelmaat. Tot slot, een combinatie van de theta rhythm control met remming van de projectie-specifieke adressen de uitlezing van bepaalde aspecten van de hippocampal synchronisatie door efferent regio's.
Inleiding
Neuronale activiteit bij zoogdieren wordt gecoördineerd door netwerk trillingen, die het bijstaan van informatieoverdracht binnen en tussen hersenen regio's1,2,3,4. Ritmes van de hersenen omvatten oscillaties variërend van erg traag (< 0.8 Hz) tot ultrasnelle (> 200 Hz) frequenties. Een grote hoeveelheid bewijs ondersteunt betrokkenheid van netwerk oscillaties in diverse hersenfuncties, inclusief cognitie5,6,7,8
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Protocol
PV-Cre knock-in mannelijke muizen59, 10-25 weken oud, werden gebruikt. Muizen werden gehuisvest onder normale omstandigheden in het dier faciliteit en bewaard op een 12 h licht/donker cyclus. Alle procedures werden uitgevoerd volgens nationale en internationale richtlijnen, en goedgekeurd door de lokale gezondheidsautoriteiten (Landesamt für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz, Nordrhein-Westfalen).
1. virale injectie
- Volg tijdens de hele procedure, biologische veiligheid richtsnoeren60. Draag een laboratoriumjas, een chirurgisch masker, een hairnet en twee paar handschoenen. <....
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Resultaten
Doelgerichtheid van ChR2 naar GABAergic cellen in de MS zoals beschreven in sectie 1 wordt geïllustreerd in figuur 2A. Optogenetic stimulatie van axonen van MS GABAergic cellen in de dorsale hippocampus via een optische vezel die is geïmplanteerd boven het gebied CA1 entrains theta oscillaties op de frequentie van de prikkel in de ipsilaterale (figuur 2B) evenals contralaterale halfrond (figuur 2C). .......
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Discussie
Hier voorgesteld hebben we een breed toegankelijke methodologie later te ontlokken hippocampal theta oscillaties in het dier gedraagt. Deze aanpak kan zinvol zijn voor studies van theta ritme van functies in de informatieverwerking en gedrag. Kritieke aspecten van deze methode zijn: (1) de keuze van de opsin en doelgerichtheid van ChR2 aan de axonen van MS cellen in de hippocampus, (2) robuuste optische en elektrische kenmerken van geïmplanteerde optische vezel-draads matrix assemblages om continu stimulatie en de LFP op.......
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Openbaarmakingen
De auteurs hebben niets te onthullen.
Dankbetuigingen
We bedank Maria Gorbati voor deskundige hulp bij data-analyse en Jennifer Kupferman voor commentaar op het manuscript. Dit werk werd gesteund door de Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG; Uitm 257 NeuroCure, TK en AP; Prioritaire programma 1665, 1799/1-1(2), Heisenberg programma, 1799/2-1, AP), de Duits-Israëlische Stichting voor wetenschappelijk onderzoek en ontwikkeling (GIF; Ik-1326-421.13/2015, TK) en het Human Frontier Science Program (HFSP; RGY0076/2012, TK).
....Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Materialen
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| PV-Cre muizen | The Jackson Laboratory | B6;129P2-Pvalbtm1(cre)Arbr/J | |
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
| Chirurgie | |||
| Stereotaxie | David Kopf Instruments, Tujunga, CA, USA | Model 963 | Ultra Precisie Stereotaxisch Instrument voor Kleine Dieren |
| Boorbits, 0,8 mm | Bijoutil, Allschwil, Zwitserland | 49080HM | |
| 0,01-1 ml spuit | Braun, Melsungen, Duitsland | 9161406V | |
| Sterican-canules | Braun | 26 G, 0,45x25 mm BL/LB | |
| Fijne en scherpe schaar | Fine Science Tools Inc., Vancouver, Canada | 14060-09 | |
| Pincetten | Fine Science Tools Inc. | 11210-10 | Dumont AA - Epoxy Gecoate Pincetten |
| Stomp roestvrij stalen schaar | Fine Science Tools Inc. | 14018-14 | |
| Soldeerstation | Weller Tools GmbH, Besigheim, Duitsland | WSD 81 | |
| Erytromycine | Rotexmedica GmbH, Trittau, Duitsland | PZN: 10823932 | 1g Poeder voor Oplossing voor Infusie |
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
| Optogenetiek | |||
| Hamilton-pomp | PHD Ultra, Harvard Apparatus, Holliston, MA, USA | model 703008 | PHD Ultra Spuitpomp met push/pull mechanisme |
| Hamilton 5 µL Spuit, 26 gauge | PHD Ultra, Harvard Apparatus | Model 75 RN SYR | |
| Hamilton 5 µL Zuiger | PHD Ultra, Harvard Apparatus | Model 75 RN SYR | |
| Slang | Fisher Scientific, Pittsburgh, USA | PE 20 | Binnendiameter 0,38 mm (.015"), Buitendiameter 1,09 mm (.043") |
| Sterican-canules | Braun, Melsungen, Duitsland | 27 G, 25x0,40 mm, stomp | |
| Precisie boor/slijper | Proxxon, Wecker, Luxemburg | fbs 240/e | |
| Snijschijven | Proxxon | NO 28812 | |
| Cre-afhankelijk channelrhodopsine | Penn Vector Core, Philadelphia, PA, USA | AV-1-18917P | Constructnaam: AAV2/1.CAGGS.flex.ChR2.tdTomato, titter: 1,42x1013 vg/ml |
| Cam-kinase-afhankelijk halorhodopsine | Penn Vector Core | AV-1-26971P | Constructnaam: eNpHR3.0, AAV2/1.CamKIIa.eNpHR3.0-EYFP.WPRE.hGH, titter: 2,08_1012 vg/ml |
| Multimode lichtgeleider | ThorLabs, Dachau, Duitsland | FG105LCA | 0,22 NA, Low-OH, Ø105 µm Kern, 400 - 2400 nm |
| Keramische stokferrule | Precision Fiber Products, Milpitas, CA, USA | CFLC126 | Keramische LC MM Ferrule, ID 126um |
| Polijstpapier | Thorlabs | LF3D | 6" x 6" Diamond Lapping (Polijst) Vel |
| Vermogensmeter | Thorlabs | PM100D | Compact Vermogen en Energie Meter Console, Digitaal 4" LCD |
| Multimode lichtgeleider koppeling | Thorlabs | FCMM50-50A-FC | 1x2 MM Koppeling, 50:50 Split Ratio, 50 µm GI Vezels, FC/PC |
| Lichtgeleider patchkabel | Thorlabs | FG105LCA CUSTOM-MUC | Op maat gemaakt, 3 m lang, met beschermende slang, Slang: FT030, Aansluiting 1: FC/PC, Aansluiting 2: 1,25mm (LC) Keramische Ferrule |
| Hulp | Precision Fiber Products, Milpitas, CA, USA | ADAL1 | Keramische Split Mating Hulp voor Ø1,25 mm (LC/PC) Ferrules |
| 473 nm DPSS laser | Laserglow Technologies, Toronto, ON, Canada | R471005FX | LRS-0473 Serie |
| 593 nm DPSS laser | Laserglow Technologies | R591005FX | LRS-0594 Serie |
| MC_Stimulus II | Multichannel Systems, Reutlingen, Duitsland | STG 4004 | |
| Impedantie conditionering module | Neural microTargeting worldwide, Bowdoin, USA | ICM | |
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
| Elektrofysiologie | |||
| Wolfraamdraden | California Fine Wire Company, Grover Beach, CA, USA | CFW0010954 | 40 µm, 99,95% |
| Capillaire slang | Optronics | 1068150020 | ID: 100,4 µm |
| Omnetics nanoconnector | Omnetics Connector Corporation, Minneapolis, USA | A79038-001 | |
| Schroeven | Bilaney, Düsseldorf, Duitsland | 00-96x1/16 | roestvrij staal |
| Silicone sonde | NeuroNexus Technologies, Ann Arbor, MI, USA | B32 | |
| Headstage | Neuralynx, Bozeman, Montana USA | HS-8 | miniatuur headstage unity gain voorversterkers |
| Zilveren geleidende verf | Conrad electronics, Duitsland | 530042 | |
| Vloeibare flux | Felder GMBH Löttechnik, Oberhausen, Duitsland | Lötöl ST | DIN EN 29454.1, 3.2.2.A (F-SW 11) |
| LED | Neuralynx | HS-LED-Red-omni-10V | |
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
| Software | |||
| MATLAB | Mathworks, Natick, MA |
Referenties
- 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.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Herprints en machtigingen
