Receptory glutaminianu pośredniczą w większości pobudzającej transmisji synaptycznej w synapsach ośrodkowego układu nerwowego. Dwa główne podtypy jonotropowych receptorów glutaminianu zlokalizowanych w głowie kręgosłupa błony postsynaptycznej to receptory kwasu N-metylo-D-asparaginianu (NMDA) i α-amino-3-hydroksy-5-metyloizoloksazolo-4-proprionowego (AMPA). Przy spoczynkowych potencjałach błonowych receptory AMPA przenoszą większość prądu postsynaptycznego podczas transmisji synaptycznej. W hipokampie receptor NMDA odgrywa kluczową rolę w wyzwalaniu zmian w liczbie receptorów AMPA w błonie postsynaptycznej: działając jako "detektor koincydencji"1 w celu zainicjowania zmian w sile synaptycznej1, receptor NMDA uczestniczy w mechanizmach synaptycznych, które, jak się uważa, stanowią podstawę uczenia się i pamięci na poziomie subkomórkowym. W odpowiedzi na depolaryzację neuronu postsynaptycznego równolegle z uwalnianiem przekaźnika presynaptycznego, wapń dostaje się przez receptor NMDA, aby zainicjować insercję lub usunięcie receptora AMPA2. Ta dynamika receptorów leży u podstaw plastyczności synaps: wzrost siły synaps to długoterminowe wzmocnienie2,3 (LTP), podczas gdy spadek siły synaptycznej to długotrwała depresja4 (LTD). Dlatego uważa się, że ruch receptora AMPA jest odpowiedzialny za ekspresję plastyczności synaptycznej, podczas gdy receptory NMDA kontrolują jego indukcję.
Określenie dokładnych mechanizmów leżących u podstaw transmisji synaptycznej i plastyczności wymaga zbadania małych populacji synaps, najlepiej pojedynczych synaps. Podczas gdy niektóre synapsy doskonale nadają się do badania na tym poziomie, np. Kielich Held5, dla większości populacji synaptycznych jest to niezwykle trudne ze względu na mały i rozproszony charakter połączeń synaptycznych. Opracowano dwie główne techniki elektrofizjologiczne w celu zbadania pojedynczych połączeń synaptycznych: Pierwszą z nich jest minimalna stymulacja, w której zakłada się, że jedno włókno presynaptyczne jest stymulowane zewnątrzkomórkowo. Drugą techniką są nagrania sparowane, w których wykonywane są dwa jednoczesne nagrania całych komórek z neuronów połączonych synaptycznie. Główną zaletą minimalnej stymulacji jest to, że jest ona szybka i stosunkowo prosta do wykonania, polegająca na umieszczeniu zewnątrzkomórkowej elektrody stymulującej w przewodzie aksonalnym przy jednoczesnym zapisie z neuronu postsynaptycznego. Podstawowym problemem przy stosowaniu tej techniki jest to, że rzadko można zagwarantować niezawodną stymulację pojedynczej komórki, próba po próbie.
W ciągu ostatnich piętnastu lat rutynowo korzystaliśmy z par nagrań całych komórek z dwóch synaptycznie połączonych neuronów piramidowych6-17. Główną zaletą tej techniki jest to, że tylko jeden neuron presynaptyczny jest konsekwentnie i niezawodnie stymulowany. Pozwala również nie tylko na charakterystykę elektrofizjologiczną, ale także na farmakologiczną manipulację neuronem presynaptycznym6,18. Jednak prawdopodobieństwo połączeń synaptycznych między neuronami jest niskie, co utrudnia uzyskanie połączonych par19. Zastosowanie organtypowych kultur warstw mózgu pozwala ominąć tę przeszkodę, ponieważ połączenia synaptyczne mogą zostać przywrócone in vitro, a ponadto charakter powstałej łączności jest podobny do tej w natywnej tkance mózgowej20. Ponadto kultury organotypowe wyrażają LTP, LTD7-10,12-15,21 i dodatkowe formy krótkotrwałej plastyczności synaptycznej, w tym ułatwienie par impulsów (PPF) i depresję (PPD)6,22,23, umożliwiając badanie mechanizmów plastyczności w parach neuronów. Poniżej opisujemy szczegółową metodologię związaną z pomyślnym uzyskaniem sparowanych nagrań w tym systemie in vitro. Informacje te można łatwo zaadaptować do innych systemów eksperymentalnych, w tym ostrych wycinków i innych obszarów mózgu.