Name: Real-time Electrofysiologie: Met behulp van Closed-loop protocollen bij Probe Neuronale Dynamics and Beyond (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-06-24T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 8 s
Description: Leer dynamische klem in corticale neuronen met de LCG-softwaretoolbox. Deze methode automatiseert elektrofysiologische protocollen voor standaardkarakterisering en simuleert synaptische gebeurtenissen in vitro.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

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.

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 <ol><li> Installeren en configureren van de data-acquisitie en stimulatie systeem. <ol><li> 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 elektrofysiologische versterker. OPMERKING: Comedi is een Linux-module en een bibliotheek die een veelheid van DAQ kaarten van de meest voorkomende fabrikanten ondersteunt: bezoek http://www.comedi.org voor meer informatie. </li><li> Indien een computergestuurde patch clamp versterker wordt gebruikt, maken gebruik van een tweede PC naast degene gewijd aan de versterkercontrol. OPMERKING: Hoewel deze een conventioneel besturingssysteem kan lopen zal de extra PC die in real-time door middel van een speciaal besturingssysteem. Onder deze omstandigheden, is het handig om een ​​enkele monitor, muis en toetsenbord verbonden met de extra pc, terwijl het verbinden met een externe desktop applicatie om de specifieke PC. </li><li> Download de ISO image van de Live-CD met een real-time Linux besturingssysteem voorgeïnstalleerd LCG van http://www.tnb.ua.ac.be/software/LCG_Live_CD.iso en branden op een lege cd of USB-stick &quot; . </li><li> Steek de cd in het station van de PC met de DAQ kaart en start het. Ook installeert LCG van zijn online bron repository op een pc met het Linux-besturingssysteem (bijvoorbeeld, Debian en Ubuntu). Raadpleeg de online handleiding voor meer informatie over de installatieprocedure. De handleiding is online beschikbaar op http://danielelinaro.github.io/dynclamp/lcg_manual.pdf. </li><li> Boot vanaf de live-cd: this wordt automatisch een volledig geconfigureerd systeem te laden. Om dit te doen, plaatst u de LCG Live CD in de computer cd-rom-drive en start de computer vanaf cd; selecteert u de real-time kernel (standaardoptie) zodra het opstartmenu verschijnt en wacht tot het systeem te initialiseren. </li><li> Kalibreer de DAQ kaart door te typen bij de opdrachtprompt: sudo comedi_calibrate of sudo comedi_soft_calibrate afhankelijk van de vraag of de data-acquisitie board ondersteunt hardware of software kalibratie respectievelijk (gebruik het commando sudo comedi_board_info om informatie te verkrijgen op het bord). </li><li> Stel de geschikte analoog-digitaal en digitaal-naar-analoog omzetting factoren: deze moet toegang tot de handleiding van de cellulaire elektrofysiologische versterker, en met name de specificaties betreffende de conversiefactoren. </li><li> Gebruik een tekstverwerker om het juiste numerieke waarden in het bestand /home/user/.lcg-env te geven, voor de omgevingsvariabelen AI_CONVERSION_FACTOR_CC, AI_CONVERSION_FACTOR_VC, AO_CONVERSION_FACTOR_CC, AO_CONVERSION_FACTOR_VC. LET OP: Deze vertegenwoordigen de ingang (AI) en uitgang (AO) winst voor de huidige klem (CC) en spanning klem (VC) modes, en de conversie factoren tussen de spanning commando&#39;s die door de computer en de huidige of spanningen gegenereerd door de versterker respectievelijk. </li><li> U kunt ook de LCG script voorzien (LCG-vind-conversie-factoren), om de conversie factoren van zijn of haar systeem te vinden. OPMERKING: De waarden berekend door lcg-vind-conversie-factoren zijn gissingen, die in sommige gevallen moeten afgeknot numeriek te zijn of afgerond om de exacte waarden van de coëfficiënten geven. </li><li> Om gebruik te maken lcg-vind-conversie-factoren, beginnen met het aansluiten van de &#39;model cell&#39; die vaak wordt gekocht met de versterker naar de corresponderende headstage. Open vervolgens een terminal op de Linux machine waar u het uitvoeren van de Live CD en voer de volgende opdracht bij de shell prompt: lcG-vind-conversie-factoren -i $ HOME / .lcg-env -o $ HOME / .lcg-env LET OP: In beide gevallen (dwz handmatige wijziging van /home/user/.lcg-env of het gebruik van LCG-vind-conversie-factoren), sluiten en openen van de terminal voor de wijzigingen door te voeren. </li><li> Indien meerdere headstages gebruikt, stelt de omrekeningsfactoren dezelfde waarden in alle kanalen; als dat niet mogelijk is, raadpleeg dan de LCG online handleiding om te begrijpen hoe u meerdere omrekeningsfactoren in LCG-stimulus of hoe te gebruiken om configuratiebestanden die beter past bij de behoeften van de gebruiker te produceren. </li></ol></li></ol> 2. Voorbereiding van de Acute Brain Slices van de Somatosensorische Cortex <ol><li> Bereiding van oplossingen voor elektrofysiologie. <ol><li> Bereid kunstmatige cerebrospinale vloeistof (ACSF) door mengen (in mM) 125 NaCl, 2,5 KCl, 1,25 NaH 2 PO 4, 26 NaHCO 3, 25 glucose, 2 CaCl2 en 1 MgCl2. Bereid 10x voorraad oplossingen voor het verminderenvoorbereidingstijd op de dag van het experiment. Bereid 2 L, waarvan één wordt gebruikt voor de bereiding van de plakken en de andere voor opname. </li><li> Verzadigen ACSF met 95% O2 en 5% CO2 gedurende ten minste 30 min voor het begin van de procedure. </li><li> Actuele clamp, gebruikt een intracellulaire oplossing (ICS) bevattende (in mM) 115 K-gluconaat, 20 KCl, 10 HEPES, 4 ATP-Mg, 0,3 Na 2 -GTP, 10 Na 2 -phosphocreatine. Bereid de oplossing in ijs en filteren vóór het begin van de opnamen het risico van verstopping van de pipet te elimineren. </li></ol></li><li> Brain extractie. <ol><li> Verdoven het dier plaatsen van het dier in een inductie kamer met 4% isofluraan en snel onthoofden met behulp van een guillotine of grote schaar. </li><li> Snijd de huid over de middellijn en schuif deze naar de oren. </li><li> Met behulp van een fijne schaar knippen de schedel langs de middellijn. Houd het blad zo dicht mogelijk aan The oppervlak om beschadiging van de onderliggende hersenen te minimaliseren. Open de schedel met een pincet, gebruik een spatel om de oogzenuw en de hersenstam verbreken en voorzichtig neerzetten van de hersenen in ijskoude ACSF. </li><li> Scheid het cerebellum en de twee hemisferen met een scalpel (blad 24). </li><li> Verwijder overtollig water uit een van de twee hersenhelften en lijm deze op een hellend platform met behulp van een druppel superlijm. Voeg snel een paar druppels ACSF via hersenen en overbrengen naar de vibratome kamer. OPMERKING: Bij de voorbereiding sagittale plakken, de hoek van het platform is het belangrijk om te voorkomen dat schade aan de dendrieten van piramidale cellen tijdens het snijden procedure. </li></ol></li><li> Bereiding van de segmenten. <ol><li> Plaats het blad over de hersenen en de eerste 2,5 ontdoen - 3 mm. Stel de snelheid en frequentie om schade aan het oppervlak van de plak te beperken, terwijl tegelijkertijd het minimaliseren van de tijd nodig voor het snijden procedure. </li><li> Stel de dikte 300 μm en beginnen snijden. Als het mes voorbij de cortex is gegaan, gebruikt een scheermesje of een gebogen naald boven de hippocampus en aan de randen van het corticale gebied van belang te snijden. </li><li> Leg de plakjes in een multi-well incubatiekamer bij 32 gehouden - 34 ° C. </li><li> Trek het mes en herhaal de punten 2.3.2 en 2.3.3 tot 5-8 plakjes gesneden. De beste plakjes zijn meestal degenen waarbij de bloedvaten parallel aan het oppervlak zijn. </li><li> Incubeer de schijfjes gedurende 30 minuten na het laatste segment wordt geplaatst in de kamer. </li></ol></li></ol> 3. Patch-clamp opnamen van Layer 5 Piramidaal Neuronen <ol><li> Plaats een schijfje in de opname kamer en zoek naar gezonde cellen. Deze cellen hebben meestal een lager contrast, een glad uiterlijk en zijn niet gezwollen. </li><li> Inspecteer het segment onder de microscoop met een vergroting van 40x lens en zoeken naar cellen in laag 5, op ongeveer 600 tot 1000 urn van het oppervlak van de hersenen. </li&gt; <li> Zodra een geschikte cel wordt gevonden, belasting een derde van de micropipet met ICS en plaats deze in de headstage. </li><li> Op de personal computer met de live CD of de pre-geconfigureerde Linux besturingssysteem, lanceren een command shell (bijvoorbeeld, bash) en op zijn prompt soort het commando LCG-nul. Dit garandeert dat de DAQ kaart niet rijdt de versterker. </li><li> Breng 30 - 50 mbar overdruk door op de zuiger van een injectiespuit gemeenschappelijk verbonden door buismateriaal met de pipet houder en met behulp van de microscoop, plaats de pipet ongeveer 100 micrometer boven het segment. OPMERKING: Plaats de pipet in een positie die de directe route toelaat de doelwitcel voorkeur met naderingsmodus van de micromanipulator. </li><li> Waarnemend op de controles van de elektrofysiologie versterker, passen de pipet offset en de output een test puls (10 mV) in spanning klem mode. </li><li> Verlaag de druk tot 10-30 mbar (afhankelijk pipetgrootte) Door terugtrekken van dezuiger van de injectiespuit; voorzichtig benaderen de cel en controleer voor de vorming van een indeuking door het observeren van het beeld op de video camera. Monitor de test puls voor een verhoging van de weerstand te allen tijde, door te kijken naar de huidige golfvorm weergegeven op de oscilloscoop aangesloten op de elektrofysiologie versterker (als alternatief kunt u de opdracht LCG-seal-test te gebruiken om toezicht te houden de pipet weerstand). </li><li> Laat de druk en eventueel zachtjes negatieve druk op de pipet afdichting vorming helpen bij een toename pipet weerstand en de vorming van een &quot;kuiltje&quot; op de mobiele merken. </li><li> Terwijl de afdichting vormen, geleidelijk af met de potentie -70 mV. </li><li> Zodra een gigaohm afdichting is verkregen, ervoor zorgen dat het bedrijf de huidige tussen 0-30 PA. Breng korte pulsen van negatieve druk (zuiging) om het membraan te breken en de hele-cel configuratie stellen. U kunt injecteren sterk en korte pulsen van spanning ( <em&gt; ie, met de opdracht &#39;ZAP over de versterker of die de cel positief) aan het membraan scheuren, afhankelijk van de opstelling en glazen pipet gebruikt. </li><li> Overschakelen naar stroomklem modus en controleer of de rust membraanpotentiaal is een typisch voorbeeld van een gezonde cel. Voor piramidale corticale neuronen met een kalium-gluconaat-gebaseerde oplossing, deze waarde ligt gewoonlijk tussen -65 en -75 mV. </li></ol> 4. Semi-automatische karakterisering van Electrical Properties Response een Neuron&#39;s <ol><li> Maak een directory om gebruikersgegevens op te slaan. Om deze dienst zijn een script in het LCG live CD die mappen op basis van de datum creëert doen. Om het te gebruiken, typt u bij de opdrachtprompt cd ~ / experimenten LCG-creëren-experiment-map -s psp, in_vivo_like Dit zal een map waar de gegevens voor die cel wordt opgeslagen (en een &#39;psp&#39; en &#39;in_vivo_like&#39; submappen) te maken en het zal zijn naam aan de terminal af te drukkenvenster; Het is ook mogelijk om extra informatie zoals pipet resistentie en celtype met deze script. </li><li> Verander de map naar de nieuwe map met het commando cd ~ / &lt;mapnaam&gt; De naam van de map is degene weergegeven door de opdracht LCG-creëren-experiment-map en zal het tijdstempel van de huidige dag (dat wil zeggen, jaar-maand-dag), zoals in 20140331A01. </li><li> Zorg ervoor dat de versterker is ingesteld om te werken in de huidige klem modus, dat de kabels zijn aangesloten en de externe spanning bevel van de versterker, indien aanwezig, is ingeschakeld. </li><li> Voer het commando LCG-ecodeat de opdrachtprompt. Dit vraagt ​​een reeks commando&#39;s (namelijk LCG-ap, LCG-vi, LCG-ramp, LCG-tau en LCG-stappen), gebruikt om de basis respons eigenschappen van de cel te karakteriseren. lcg-Ecode vereist dat de gebruiker specificeert parameters: de amplitude van de 1 ms lang stroomstoot gebruikt om één piek wekken in de cel, en de maximale amplitude van de huidige ramp geïnjecteerd in de cel zijn rheobase vinden. Gebruik de volgende syntaxis: lcg-Ecode --pulse-amplitude X --ramp-amplitude Y met een keuze van de waarden X en Y (in pA) is voldoende om de cel open te maken in reactie op een 1 ms durende impuls en een aanhoudende injectie van stroom, respectievelijk. LET OP: Deze protocollen vereisen het uitvoeren van de numerieke schatting van de &#39;elektrode kernel&#39; om de actieve elektrode Compensation (AEC) 15 te gebruiken. Een luidruchtige huidige injectie wordt gebruikt om de kernel en de gebruiker wordt gevraagd om het aantal monsters die deel uitmaken van de kernel te bevestigen. Zie 15 voor meer informatie over de betekenis van de elektrode kernel en hoe het aantal kernel monsters te kiezen. </li></ol> 5. Injectie van Conductance via gesimuleerde Synapses en Simulatie van in vivo-achtige Achtergrond Activiteit <ol><li> Injectie van gesimuleerde prikkelende postsynaptische potentialen <ol><li>Ga naar de map waar u het volgende experiment zal redden, door het intikken van de volgende opdracht bij de opdrachtprompt van de shell: cd psp / 01 </li><li> Kopieer een LCG configuratie bestand naar de huidige directory en open het met een teksteditor (Nano in dit voorbeeld) door het intikken van de volgende opdrachten bij de opdrachtprompt van de schelp (dit voorbeeld configuratie bestand is opgenomen in de broncode en de live cd) : cp ~ / local / src / lcg / configuraties / epsp.xml nano epsp.xml Opmerking: Het is eenvoudig een tekstbestand verschillende entiteiten met elkaar verbonden. Voor meer details zie de Representatieve resultaten sectie. </li><li> Indien nodig bewerken de inputChannel, outputChannel, de inputConversionFactor en de outputConversionFactor in dit bestand te installeren van de gebruiker te passen. </li><li> Bereken de elektrode kernel nodig is om de actieve elektrode compensatie uit te voeren &#39;de methode die LCG om enkele elektrode dynamische klem uit te voeren&#39; door de uitgifte van de command lcg-kernel Dit vraagt ​​om het aantal punten in de kernel. Selecteer opnieuw een nummer, zodat de elektrode kernel dekt het einde van de exponentiële verval staart. </li><li> Voer de dynamische klem experiment met de opdracht lcg-experiment -c epsp.xml </li><li> Een lijst van de bestanden en visualiseren van de resultaten met de opdracht ls -l LCG-plot-file -f laatste </li></ol></li><li> Injectie van gesimuleerde remmende postsynaptische potentialen <ol><li> Maak een map en kopieer de epsp.xml bestand om het door het intikken van de volgende opdrachten bij de opdrachtprompt van de shell: mkdir ../02 cp epsp.xml ../02/ipsp.xml cd ../02 </li><li> Het configuratiebestand bewerken met een tekstverwerker: verander de synaptische omkering potentieel en stijgen en vervaltijd constanten van het model synaps Exp2Synapse op het volgende: parameters&gt; &lt;E&gt; -80 &lt;/ e&gt; &lt;TauRise&gt; 0.8e-3 &lt;/ tauRise&gt; &lt;TauDecay&gt; 10e-3 &lt;/ tauDecay&gt; &lt;Parameters&gt; Sluit de tekstverwerker. </li><li> Bereken de elektrode kernel en het uitvoeren van het experiment als in 5.1, door het intikken van de volgende opdrachten bij de opdrachtprompt van de shell: lcg-kernel lcg-experiment -c ipsp.xml </li><li> Een lijst van de bestanden en visualiseren van de resultaten, door het intikken van de volgende opdrachten bij de opdrachtprompt van de shell: ls -l LCG-plot-file -f &lt;filename.h5&gt; </li></ol></li><li> Simulatie van in vivo-achtige achtergrond activiteit: <ol><li> Ga naar de map waar u het volgende experiment opslaan, zoals eerder aangegeven, door het intikken van de volgende opdrachten bij de opdrachtprompt van de shell: cd ../../in_vivo_like/01 </li><li> Kopieer het configuratiebestand van LCG bron directory, door het intikken van de volgende opdrachten bij de opdrachtprompt van de shell: cp ~ / local / src / lcg / configuraties / in_vivo_like.xml nano in_vivo_like.xml <br /&gt; NB: Dit bestand is gewoon de aaneenschakeling van de voorgaande; twee Poisson-point processen die spike treinen, die op zijn beurt voeden remmende en prikkelende model synapsen, het genereren van de achtergrond activiteit te genereren. </li><li> Pas de DAQ configuratieparameters voor de installatie van de gebruiker, zoals beschreven in 5.1.3 en verlaat de editor. </li><li> Bereken de elektrode kernel en het uitvoeren van het experiment als in 5.1, door het intikken van de volgende opdrachten bij de opdrachtprompt van de shell: lcg-kernel lcg-experiment -c in_vivo_like.xml -n 10 -i 3 De -n 10 &#39;en&#39; -i 3 &#39;switches geven dat de stimulatie 10 maal worden herhaald om de drie seconden. </li><li> Visualiseer de ruwe sporen met behulp van de volgende opdracht bij de opdrachtprompt van de shell: LCG-plot-file -f alle </li></ol></li></ol>

<ol><li>Saleem, A. B., Ayaz, A., Jeffery, K. J., Harris, K. D., Carandini, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Integration+of+visual+motion+and+locomotion+in+mouse+visual+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+neuroscience%22%5BJournal%5D)">Integration of visual motion and locomotion in mouse visual cortex.</a> Nature neuroscience. 16, 1864-1869 (2013).</li>
<li>Ahrens, M. B., Li, J. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Brain-wide+neuronal+dynamics+during+motor+adaptation+in+zebrafish%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Brain-wide neuronal dynamics during motor adaptation in zebrafish.</a> Nature. 485 (7399), 471-477 (2012).</li>
<li>Paz, J. T., Davidson, T. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Closed-loop+optogenetic+control+of+thalamus+as+a+tool+for+interrupting+seizures+after+cortical+injury%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+neuroscience%22%5BJournal%5D)">Closed-loop optogenetic control of thalamus as a tool for interrupting seizures after cortical injury.</a> Nature neuroscience. 16 (1), 64-70 (2013).</li>
<li>Wallach, A., Eytan, D., Gal, A., Zrenner, C., Marom, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neuronal+response+clamp%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+neuroengineering%22%5BJournal%5D)">Neuronal response clamp.</a> Frontiers in neuroengineering. 3 (April), 3(2011).</li>
<li>Linaro, D., Couto, J., Giugliano, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Command-line+cellular+electrophysiology+for+conventional+and+real-time+closed-loop+experiments%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+neuroscience%22%5BJournal%5D)">Command-line cellular electrophysiology for conventional and real-time closed-loop experiments.</a> Journal of neuroscience. 230, 5-19 (2014).</li>
<li>Sharp, A., O’Neil, M., Abbott, L. F., Marder, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamic+clamp%3A+computer-generated+conductances+in+real+neurons%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Dynamic clamp: computer-generated conductances in real neurons.</a> Journal of neurophysiology. 69 (3), 992-995 (1993).</li>
<li>Robinson, H. P., Kawai, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Injection+of+digitally+synthesized+synaptic+conductance+transients+to+measure+the+integrative+properties+of+neurons%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+neuroscience+methods%22%5BJournal%5D)">Injection of digitally synthesized synaptic conductance transients to measure the integrative properties of neurons.</a> Journal of neuroscience methods. 49 (3), 157-165 (1993).</li>
<li>Vervaeke, K., Hu, H., Graham, L. J., Storm, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Contrasting+effects+of+the+persistent+Na%2B+current+on+neuronal+excitability+and+spike+timing%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">Contrasting effects of the persistent Na+ current on neuronal excitability and spike timing.</a> Neuron. 49 (2), 257-270 (2006).</li>
<li>White, J. A., Klink, R., Alonso, A., Kay, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Noise+from+voltage-gated+ion+channels+may+influence+neuronal+dynamics+in+the+entorhinal+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Noise from voltage-gated ion channels may influence neuronal dynamics in the entorhinal cortex.</a> Journal of neurophysiology. 80 (1), 262-269 (1998).</li>
<li>Destexhe, a, Rudolph, M., Fellous, J. M., Sejnowski, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fluctuating+synaptic+conductances+recreate+in+vivo-like+activity+in+neocortical+neurons%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Fluctuating synaptic conductances recreate in vivo-like activity in neocortical neurons.</a> Neuroscience. 107 (1), 13-24 (2001).</li>
<li>Fellous, J. -M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Regulation+of+Persistent+Activity+by+Background+Inhibition+in+an+In+Vitro+Model+of+a+Cortical+Microcircuit%5BTitle%5D)+AND+%22Cerebral+Cortex%22%5BJournal%5D)">Regulation of Persistent Activity by Background Inhibition in an In Vitro Model of a Cortical Microcircuit.</a> Cerebral Cortex. 13 (11), 1232-1241 (2003).</li>
<li>Gal, A., Eytan, D., Wallach, A., Sandler, M., Schiller, J., Marom, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamics+of+excitability+over+extended+timescales+in+cultured+cortical+neurons.+The+Journal+of+neuroscience%5BTitle%5D)+AND+%22the+official+journal+of+the+Society+for+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Dynamics of excitability over extended timescales in cultured cortical neurons. The Journal of neuroscience.</a> the official journal of the Society for Neuroscience. 30 (48), 16332-16342 (2010).</li>
<li>Wang, Y., Toledo-Rodriguez, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Anatomical%2C+physiological+and+molecular+properties+of+Martinotti+cells+in+the+somatosensory+cortex+of+the+juvenile+rat%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+physiology%22%5BJournal%5D)">Anatomical, physiological and molecular properties of Martinotti cells in the somatosensory cortex of the juvenile rat.</a> The Journal of physiology. 561 (Pt 1), 65-90 (2004).</li>
<li>Wang, Y., Gupta, A., Toledo-Rodriguez, M., Wu, C. Z., Markram, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Anatomical%2C+physiological%2C+molecular+and+circuit+properties+of+nest+basket+cells+in+the+developing+somatosensory+cortex%29%5BTitle%5D)+AND+%22Cerebral+cortex+%28New+York%2C+N.Y%29%22%5BJournal%5D)">Anatomical, physiological, molecular and circuit properties of nest basket cells in the developing somatosensory cortex).</a> Cerebral cortex (New York, N.Y). 12 (4), 395-410 (1991).</li>
<li>Brette, R., Piwkowska, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-resolution+intracellular+recordings+using+a+real-time+computational+model+of+the+electrode%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">High-resolution intracellular recordings using a real-time computational model of the electrode.</a> Neuron. 59 (3), 379-391 (2008).</li>
<li>Rutishauser, U., Kotowicz, A., Laurent, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+method+for+closed-loop+presentation+of+sensory+stimuli+conditional+on+the+internal+brain-state+of+awake+animals%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+neuroscience%22%5BJournal%5D)">A method for closed-loop presentation of sensory stimuli conditional on the internal brain-state of awake animals.</a> Journal of neuroscience. 215 (1), 139-155 (2013).</li>
<li>Margrie, T., Brecht, M., Sakmann, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+vivo%2C+low-resistance%2C+whole-cell+recordings+from+neurons+in+the+anaesthetized+and+awake+mammalian+brain%5BTitle%5D)+AND+%22Pflugers+Archiv+European+Journal+of+Physiology%22%5BJournal%5D)">In vivo, low-resistance, whole-cell recordings from neurons in the anaesthetized and awake mammalian brain.</a> Pflugers Archiv European Journal of Physiology. 444 (4), 491-498 (2002).</li>
<li>Graham, L., Schramm, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+Vivo+Dynamic-Clamp+Manipulation+of+Extrinsic+and+Intrinsic+Conductances%3A+Functional+Roles+of+Shunting+Inhibition+and+I+BK+in+Rat+and+Cat+Cortex%5BTitle%5D)+AND+%22Dynamic+Clamp%3A+From+Principles+to+Applications%22%5BJournal%5D)">In Vivo Dynamic-Clamp Manipulation of Extrinsic and Intrinsic Conductances: Functional Roles of Shunting Inhibition and I BK in Rat and Cat Cortex.</a> Dynamic Clamp: From Principles to Applications. , (2008).</li>
<li>Sakmann, B., Neher, E. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aSakmann%2C+B+%22Single-channel+recording%22">Single-channel recording</a>. , (1995).</li>
<li>Molleman, A. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aMolleman%2C+A+%22Patch+Clamping%22">Patch Clamping</a>. , John Wile., & Sons, Ltd. Chichester, UK. (2002).</li>
<li>Davie, J. T., Kole, M. H. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dendritic+patch-clamp+recording%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Protocols%22%5BJournal%5D)">Dendritic patch-clamp recording.</a> Nature Protocols. 1 (3), 1235-1247 (2006).</li>
<li>Gold, R. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aGold%2C+R+%22The+Axon+Guide+for+Electrophysiolog.%2C+%26+Biophysics+Laboratory+Techniques..%22">The Axon Guide for Electrophysiolog., & Biophysics Laboratory Techniques..</a>. , (2007).</li>
<li>Mainen, Z. F., Sejnowski, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reliability+of+spike+timing+in+neocortical+neurons%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Reliability of spike timing in neocortical neurons.</a> Science. 268 (5216), 1503-1506 (1995).</li>
<li>Buzsáki, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Action+potential+threshold+of+hippocampal+pyramidal+cells+in+vivo+is+increased+by+recent+spiking+activity%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Action potential threshold of hippocampal pyramidal cells in vivo is increased by recent spiking activity.</a> Neuroscience. 105 (1), 121-130 (2001).</li>
<li>Koch, C., Segev, I. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aKoch%2C+C+%22Methods+in+Neuronal+Modeling%3A+From+Synapses+to+Networks%22">Methods in Neuronal Modeling: From Synapses to Networks</a>. , MIT Press. Cambridge, MA, USA. (1988).</li>
<li>Silberberg, G., Markram, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Disynaptic+inhibition+between+neocortical+pyramidal+cells+mediated+by+Martinotti+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">Disynaptic inhibition between neocortical pyramidal cells mediated by Martinotti cells.</a> Neuron. 53 (5), 735-746 (2007).</li>
<li>Berger, T. K., Silberberg, G., Perin, R., Markram, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Brief+bursts+self-inhibit+and+correlate+the+pyramidal+network%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+biology%22%5BJournal%5D)">Brief bursts self-inhibit and correlate the pyramidal network.</a> PLoS biology. 8 (9), (2010).</li>
<li>Tsodyks, M., Pawelzik, K., Markram, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neural+networks+with+dynamic+synapses%5BTitle%5D)+AND+%22Neural+computation%22%5BJournal%5D)">Neural networks with dynamic synapses.</a> Neural computation. 10 (4), 821-835 (1998).</li>
<li>Kapfer, C., Glickfeld, L. L., Atallah, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Supralinear+increase+of+recurrent+inhibition+during+sparse+activity+in+the+somatosensory+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Supralinear increase of recurrent inhibition during sparse activity in the somatosensory cortex.</a> Nature. 10 (6), 743-753 (2007).</li>
</ol>

De auteurs hebben niets te onthullen.

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...

<html> 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. Andere closed-loop paradigma&#39;s die zijn voorgesteld onder de reactieve klem 11, in vitro bestuderen van de vorming van zichzelf onderhoudende persistente activiteit en de reactie klem 4,12, de cellulaire mechanismen te onderzoeken onderliggende neuronale exciteerbaarheid. nhoud &quot;&gt; Hier beschrijven we een krachtig raamwerk dat toelaat aanbrengen diverse closed-loop elektrofysiologische protocollen in de context van whole-cell patch clamp uitgevoerd acute hersencoupes. We tonen hoe somatische membraanspanning opnemen door middel van patch clamp in piramidale neuronen van de somatosensorische cortex van jonge ratten en toe te passen drie verschillende closed-loop protocollen met LCG, een command-line-gebaseerde software toolbox ontwikkeld in het laboratorium van Theoretische Neurobiologie en Neuroengineering. Kortom, de beschreven protocollen zijn, eerst de geautomatiseerde injectie van een reeks stroomtang stimulans golfvormen, die relevant zijn voor de karakterisering van een grote set van actieve en passieve membraan eigenschappen. Deze zijn voorgesteld om de elektrofysiologische fenotype van een cel vast te leggen met betrekking tot de responseigenschappen een stereotype reeks stimulus golfvormen. Bekend als de e-code van een cel (zie bijvoorbeeld &amp; #160; 13,14) wordt een dergelijke verzameling van elektrische responsen door verscheidene laboratoria objectief neuronen classificeren op basis van hun elektrische eigenschappen. Dit omvat de analyse van de stationaire input-output overbrengend verband (FI curve), door een innovatieve techniek die de gesloten lus, real-time controle van de snelheid van afvuren gaat via een proportionele-integrale-afgeleide (PID) regelaar anderzijds de recreatie van realistische in vivo-achtige achtergrond synaptische activiteit in in vitro preparaten 10 en ten derde de kunstmatige verbinding in real-time van twee gelijktijdig opgenomen piramidale neuronen via een virtuele GABAerge interneuronen, die wordt gesimuleerd door de computer. Bovendien, LCG implementeert de techniek die bekend staat als actieve elektrode Compensation (AEC) 15, die het mogelijk maakt de uitvoering dynamische clamp protocollen het gebruik van een enkele elektrode. Dit maakt compensatie ongewenste effecten (artifacts) van de registratie-elektrode die ontstaan ​​bij gebruik voor het leveren van intracellulaire stimuli. De werkwijze is gebaseerd op een niet-parametrische schatting van het equivalente elektrische eigenschappen van het opnamecircuit. De technieken en experimentele protocollen beschreven in dit document kunnen eenvoudig worden toegepast in conventionele open-loop spanning en stroom clamp experimenten en kan worden uitgebreid tot andere preparaten, zoals 4,16 extracellulaire of intracellulaire recordings in vivo 17,18. De zorgvuldige montage van de setup voor de hele cel patch clamp elektrofysiologie is een zeer belangrijke stap voor stabiele, hoge kwaliteit opnames. In het volgende gaan we ervan uit dat een dergelijke experimentele opstelling is al beschikbaar voor de experimentator, en onze aandacht richten op het gebruik van LCG beschrijven. De lezer wordt gewezen op 19-22 voor meer tips over optimalisatie en debugging.

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

real-time electrofysiologie: met behulp van closed-loop protocollen bij probe neuronale dynamics and beyond

Real-time Electrophysiology: Using Closed-loop Protocols to Probe Neuronal Dynamics and Beyond

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.

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...

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.

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

Experimental neuroscience is witnessing an increased interest in the development and application of novel and often complex, closed-loop protocols, where ...

Het algemene doel van het volgende experiment is om in vitro dynamic clamp uit te voeren in corticale neuronen met behulp van de freely available software toolbox, LCG. Dit wordt bereikt door coupes van de somatosensorische cortex van ratten voor te bereiden voor patch clamp-registraties van de parametale cellen. Als tweede stap wordt een reeks geautomatiseerde elektrofysiologische protocollen toegepast op de geregistreerde cel, wat een standaardkarakterisering van de cel oplevert die nuttig zal zijn voor daaropvolgende analyses en vergelijkingen tussen celtypen.Vervolgens wordt de injectie van excitatoire en inhibitoire synaptische gebeurtenissen gesimuleerd. Om de toestand van hoge conductantie te recreëren die neocorticale neuronen in vivo ervaren, laten de resultaten zien hoe achtergrondsynaptische injectie de gain van de corticale cellen moduleert. Het belangrijkste voordeel van deze techniek ten opzichte van bestaande methoden is de mogelijkheid om experimentele opnames in complexere workflows in te bedden door bijvoorbeeld het resultaat van het ene experimentele protocol te gebruiken als input voor een ander protocol.Deze methode kan helpen bij het standaardiseren van elektrofysiologische protocollen, de data-analyse versnellen en de weg vrijmaken voor het delen van gegevens tussen laboratoria. Hoewel deze methode oorspronkelijk is ontwikkeld voor whole-cell patch CLA-registraties in vitro, kan deze ook gemakkelijk worden gebruikt voor andere experimentele preparaten en protocollen, zoals in vivo patch, CLA-registraties of acceler-registraties met micro-arrays. Verwijder na het extraheren van de rattenhersenen het cerebellum en scheid de twee hemisferen langs de middellijn met een scalpel; verwijder overtollig vocht van een van de hemisferen en plak deze met een druppel secondelijm op een hellend platform.Voeg vervolgens snel een paar druppels CSF toe over de hersenen en breng deze over naar de Vibram-kamer. Verwijder de eerste 2,5 tot drie millimeter van het hersenweefsel met een mesje. Pas daarna de snijsnelheid en frequentie aan om schade aan het snijvlak te beperken.Stel vervolgens de dikte in op 300 micrometers en begin met het snijden. Zodra het mesje voorbij de cortex is, gebruikt u een scheermesje of een gebogen naald om een inkeping boven de hippocampus en aan de randen van het corticale gebied van belang te maken. Breng de coupes daarna over naar een multi-well incubatiekamer bij 36 graden Celsius.Plaats bij deze procedure een slice in de registratiekamer met de 40x vergrotinglens. Zoek naar gezonde cellen in laag vijf en 600 tot 1000 micrometers onder het breinoppervlak; deze cellen hebben gewoonlijk een lager contrast, een glad uiterlijk en zijn niet gezwollen.Zodra er een gezonde cel is gevonden, vult men een derde van de micropipet met intracellulaire oplossing. Plaats deze vervolgens in de headstage in het vooraf geconfigureerde Linux-besturingssysteem. Start een commando.De shell voegt zijn prompt toe. Typ dit commando om er zeker van te zijn dat de data-acquisitiekaart de versterker niet aanstuurt. Breng vervolgens 30 tot 50 millibar positieve druk aan door op de zuiger van de spuit te drukken, die verbonden is met de pipethouder.Plaats vervolgens de pipet ongeveer 100 µm boven de slice en beweeg de pipet naar de doelcel met behulp van de approach-modus van de micromanipulator. Pas daarna de offset van de pipet aan op de elektrofysiologische versterker en geef een testpuls van 10 mV af in voltage-clamp-modus. Gebruik het commando LCG SEAL test om de weerstand van de pipet te monitoren en verlaag vervolgens de druk naar 10 tot 30 mbar door de zuiger van de spuit naar achteren te trekken.Benader de cel voorzichtig en controleer op de vorming van een kuiltje door het beeld op de videocameramonitor te observeren. Monitor tegelijkertijd een toename in de weerstand die wordt opgewekt door de testpuls door de stroomgolfvorm op de monitor in de gaten te houden. Wanneer er een toename in de pipetweerstand optreedt en er een kuiltje op de cel wordt gevormd, laat dan onmiddellijk de druk los en breng een lichte negatieve druk aan op de pipet om de vorming van de seal te ondersteunen.Verlaag ondertussen geleidelijk de rustpotentiaal naar negatief 70 millivolt. Pas een lichte zuigkracht toe om het celmembraan te laten scheuren en de whole-cell configuratie te vestigen. Karakteriseer vervolgens de cel op basis van de elektrische eigenschappen.Gebruik van de LCGE-code. Hier is het gemiddelde actiepotentiaal van een gepatchte neuron in laag vijf van de parametale cortex met een drempelwaarde van -50,5 millivolt. Deze figuur toont de meting van passieve responsen op hyperpolariserende stromen.De identificatie van de basisactieve eigenschappen van de cel onthult dat de cel een regular spiking neuron is, en dat er minimale adaptatie is bij het injecteren van gesimuleerde excitatoire postsynaptische potentialen. Wijzig de map waarin het volgende experiment wordt opgeslagen door dit commando in de shell-opdrachtprompt te typen, in plaats van de conventionele hardwarebediening van de versterker te gebruiken. Om bridge-balancering en capaciteitscompensatie toe te passen, schat de benodigde elektrodekernel voor het uitvoeren van de actieve elektrodecompensatie door dit commando uit te voeren.De volledige kernel is de som van twee componenten: een snelle elektrodekernel en een tragere membraankernel die verantwoordelijk is voor de exponentiële staart die in de volledige kernel wordt waargenomen. De eerste vormt een niet-parametrisch model van de pipet. Bij het injecteren van stroom om de membraan- en elektrodekernels te scheiden, zal het LCG-kernelcommando de gebruiker vragen om het aantal punten dat de snelle elektrodekernel samenstelt. Selecteer vervolgens een getal zodanig dat de elektrodekernel het einde van de exponentiële vervalstaart beslaat.Voer vervolgens het dynamische klemexperiment uit met dit commando. Visualiseer ten slotte de resultaten. Hier volgt de reproductie van in vivo-achtige activiteit met behulp van een dynamische klem.De rode en blauwe lijnen representeren respectievelijk de simulatie van excitatoire en inhibitoire synapsen. Hier zijn de voltagesporen opgenomen van een L5 parametaal neuron, dat werd blootgesteld aan een bombardement van excitatoire of inhibitoire postsynaptische stromen. De overeenkomstige excitatoire, inhibitoire en totale stroom die in de cel werd geïnjecteerd, worden in de grafiek getoond.De rasterplot van de spikes die over 20 trials zijn gegenereerd, laat zien dat het neuron extreem betrouwbaar en nauwkeurig kan reageren op dezelfde input. Na het bekijken van deze video zou u een goed begrip moeten hebben van hoe u dynamische lamp-experimenten kunt uitvoeren met behulp van de vrij beschikbare software toolbox LCG. Deze procedure kan worden uitgebreid naar andere closed-loop protocollen om een breed scala aan onderwerpen te onderzoeken, variërend van neurale exciteerbaarheid tot complexe netwerkinteracties.

real-time-electrophysiology-using-closed-loop-protocols-to-probe

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Neurowetenschap

Een procedure beschreven voor het manipuleren van de activiteit van cerebrale corticale piramidale neuronen optogenetically terwijl de elektro, elektromyogram en cerebrale lactaatconcentratie bewaakt. Experimentele opnamen worden uitgevoerd op kabel-tethered muizen, terwijl ze ondergaan spontane slaap / waak cyclus. Optogenetic apparatuur geassembleerd in ons laboratorium controleapparaat handel verkrijgbaar.

Gelijktijdig Elektro, Real-time meting van lactaatconcentratie en Optogenetic Manipulatie van neuronale activiteit in de Rodent Cerebral Cortex

In dit artikel wordt een experimenteel kader gepresenteerd om gesloten-lusexperimenten uit te voeren, waarin informatieverwerking (d.w.z., codering en decodering) en het leren van neuronale assemblages worden bestudeerd tijdens de continue interactie met een robotachtig lichaam.

Closed-loop Neuro-robot Experimenten om Test computationele eigenschappen van neuronale netwerken

Muisneuronale cellen die op multi-elektrode arrays worden gekweekt, tonen een toename van de respons na elektrische stimulatie. Dit protocol demonstreert hoe u neuronen kunt cultiveren, hoe u activiteiten opneemt en hoe u een protocol kunt opstellen om de netwerken op te leiden om te reageren op stimuleringspatronen.

Tijdafhankelijke toename in het netwerkrespons bij de stimulatie van neuronale celculturen op micro-elektrode arrays

In deze studie wordt de methode gepresenteerd over het uitvoeren van multi-site in vivo elektrofysiologische opnamen van de hyperdirecte weg onder urethaananesthesie.

acuut<em&gt; In Vivo</em&gt; Elektrofysiologische opnamen van lokale veldpotentialen en multi-unit activiteit van de Hyperdirect Pathway in verdoofde ratten

Dit protocol demonstreert hoe u een elektrofysiologisch systeem gebruikt voor stimulatie met een gesloten kringloop, geactiveerd door neuronale activiteitspatronen. Er is ook een voorbeeld van MATLAB-code beschikbaar die gemakkelijk kan worden aangepast voor verschillende stimulatie apparaten.

Met behulp van neuron spiking activiteit trigger gesloten-lus stimuli in neurofysiologische experimenten

We beschrijven een protocol voor het beoordelen van dosis-responscurves voor extracraniële stimulatie in termen van elektrische veldmetingen van de hersenen en een relevante biomarker-cerebrale bloedstroom. Aangezien dit protocol invasieve elektroden in de hersenen plaatst, is algemene anesthesie nodig, waarbij spontane ademhaling de voorkeur heeft boven gecontroleerde ademhaling.

Plaatsing van extracraniële stimulerende elektroden en meting van cerebrale bloedstroom en intracraniële elektrische velden bij verdoofde muizen

Hier gebruiken we HD-MEA om ons te verdiepen in de computationele dynamica van grootschalige neuronale ensembles, met name in hippocampussen, olfactoriusbolcircuits en menselijke neuronale netwerken. Het vastleggen van spatiotemporele activiteit, gecombineerd met computationele tools, geeft inzicht in de complexiteit van neuronale ensembles. De methode verbetert het begrip van hersenfuncties en identificeert mogelijk biomarkers en behandelingen voor neurologische aandoeningen.

Vastleggen en analyseren van multimodale grootschalige neuronale ensembledynamiek op CMOS-geïntegreerde micro-elektrode-array met hoge dichtheid

Hier introduceren we een lichtgewicht, kosteneffectief sonde-implantaatsysteem voor chronische elektrofysiologie bij knaagdieren, geoptimaliseerd voor gebruiksgemak, sondeherstel, experimentele veelzijdigheid en compatibiliteit met gedrag.

Het DREAM-implantaat: een lichtgewicht, modulair en kosteneffectief implantaatsysteem voor chronische elektrofysiologie bij muizen die zich op het hoofd fixeren en zich vrij gedragen

We hebben een vereenvoudigde en kosteneffectieve aanpak ontwikkeld voor de fabricage van elektroden en hebben opnames gemaakt van signalen in meerdere regio's bij vrij bewegende muizen. Door gebruik te maken van optogenetica, naast elektrofysiologie in meerdere regio's en registratie van calciumsignalen, kon de onthulling van neuronale activiteiten in verschillende regio's in het aanvalsaanmaakmodel worden vastgesteld.

Een geïntegreerde methode voor het maken van flexibele en handige elektrofysiologische optrodes voor in-vivo-opname in meerdere regio's

Dynamische klemelektrofysiologie kan causale verbanden leggen tussen neuronale vuurtekorten en disfunctie van ionkanalen. We beschrijven dynamische klemmethoden en protocollen in de cerebellaire Purkinje-neuronen van muizen, waarbij we nuttige bronnen en technische overwegingen opmerken. In een representatieve studie voegen we gemodelleerde natriumgeleiding toe aan Tsc1-/- Purkinje-neuronen om herhaald vuren te redden.

Dynamische klemmethoden om verminderde neuronale prikkelbaarheid geassocieerd met autisme te onderzoeken

Leer dynamische klem in corticale neuronen met de LCG-softwaretoolbox. Deze methode automatiseert elektrofysiologische protocollen voor standaardkarakterisering en simuleert synaptische gebeurtenissen in vitro.

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

Meer video's verkennen