Technika zaciskania plastrów jest skuteczną metodą analizy wywołanych uczeniem się zmian wewnętrznych właściwości i plastyczności synaps pobudzających lub hamujących.
Method Article
Technika zaciskania plastrów jest skuteczną metodą analizy wywołanych uczeniem się zmian wewnętrznych właściwości i plastyczności synaps pobudzających lub hamujących.
Technika zaciskania plastrów jest potężnym narzędziem do badania plastyczności neuronalnej wywołanej uczeniem się w określonych obszarach mózgu. Aby przeanalizować plastyczność wywołaną uczeniem motorycznym, przeszkoliliśmy szczury za pomocą zadania z przyspieszonym prętem wirnika. Szczury wykonywały zadanie 10 razy w odstępach 30-sekundowych przez 1 lub 2 dni. Wydajność uległa znacznej poprawie w dni treningowe w porównaniu z pierwszym badaniem. Następnie przygotowaliśmy ostre wycinki mózgu pierwszorzędowej kory ruchowej (M1) u niewyszkolonych i wyszkolonych szczurów. Analiza cęgów prądowych wykazała dynamiczne zmiany spoczynkowego potencjału błonowego, progu skoku, pohiperpolaryzacji i oporu błony w neuronach piramidowych warstwy II/III. Obecne wstrzyknięcie wywołało znacznie więcej skoków u szczurów trenowanych przez 2 dni niż u niewyszkolonych osób z grupy kontrolnej.
Aby przeanalizować plastyczność wywołaną uczeniem kontekstowym, przeszkoliliśmy szczury za pomocą zadania unikania hamowania (IA). Po doświadczeniu szoku stopy w ciemnej stronie pudełka, szczury nauczyły się go unikać, pozostając po oświetlonej stronie. Przygotowaliśmy ostre plastry hipokampa od szczurów nietrenowanych, trenowanych przez IA, niesparowanych i chodzących. Analizę napięcia cęgowego wykorzystano do sekwencyjnego rejestrowania miniaturowych pobudzających i hamujących prądów postsynaptycznych (mEPSC i mIPSC) z tego samego neuronu CA1. Znaleźliśmy różne średnie amplitudy mEPSC i mIPSC w każdym neuronie CA1, co sugeruje, że każdy neuron miał różne siły postsynaptyczne w synapsach pobudzających i hamujących. Co więcej, w porównaniu z niewyszkolonymi kontrolami, szczury wyszkolone przez IA miały wyższe amplitudy mEPSC i mIPSC, z dużą różnorodnością. Wyniki te sugerują, że uczenie się kontekstowe tworzy postsynaptyczną różnorodność zarówno w synapsach pobudzających, jak i hamujących w każdym neuronie CA1.
receptory AMPA lub GABAA wydawały się pośredniczyć w prądach postsynaptycznych, ponieważ leczenie kąpielą CNQX lub bicukuliną blokowało odpowiednio zdarzenia mEPSC lub mIPSC. Technika ta może być wykorzystana do badania różnych rodzajów uczenia się w innych regionach, takich jak kora czuciowa i ciało migdałowate.
Technika zaciskania kropek, opracowana przez Nehera i Sakmanna, była szeroko stosowana do eksperymentów elektrofizjologicznych1. Technika zacisku krosowego dla całej komórki2 może być używana do rejestrowania prądu lub napięcia wewnątrzkomórkowego za pomocą gigaomowego uszczelnienia błony komórkowej. Technika cęgów prądowych pozwala nam analizować różnice we właściwościach membrany, takich jak potencjał spoczynkowy, rezystancja i pojemność3. Technika zacisku napięcia pozwala nam analizować plastyczność synaptyczną wywołaną uczeniem się zarówno w synapsach pobudzających, jak i hamujących.
Główna kora ruchowa (M1) to centralny obszar, który jest niezbędny do wykonywania zręcznych ruchów dobrowolnych. Wcześniejsze badania elektrofizjologiczne wykazały rozwój plastyczności podobnej do długotrwałego wzmocnienia (LTP) w synapsach pobudzających warstwy II/III po wykwalifikowanym treningu motorycznym4. Co więcej, badania obrazowe in vivo wykazały ponadto przebudowę kolców dendrytycznych M1 po umiejętnym dochodzeniu do celu5,6. Jednak plastyczność synaptyczna i wewnętrzna wywołana uczeniem się nie została wykazana w neuronach M1.
Niedawno informowaliśmy, że zadanie pręta wirnika promowało dynamiczne zmiany w synapsach glutaminergicznym i GABA-ergicznych oraz zmieniało wewnętrzną plastyczność neuronów warstwy II/III M17. W tym przypadku użyliśmy techniki slice patch clamp do zbadania plastyczności wywołanej uczeniem się. Technika ta może być również wykorzystana do badania innych rodzajów plastyczności zależnej od doświadczenia w innych obszarach mózgu. Na przykład, bodźce sensoryczne do kory beczkowej mogą wzmocnić bodźce pobudzające za pośrednictwem receptora AMPA do neuronów warstwy II/III8, a warunkowanie strachu sygnalizujące wzmacnia bodźce pobudzające do bocznych neuronów ciała migdałowatego, co jest wymagane dla pamięci strachu9. Co więcej, uczenie się kontekstowe tworzy różnorodność pod względem pobudzających i hamujących danych synaptycznych do neuronów CA1 hipokampa10,11.
Wszystkie procedury chirurgiczne związane z utrzymaniem zwierząt były zgodne z Wytycznymi do eksperymentów na zwierzętach Szkoły Medycznej Uniwersytetu Yamaguchi i zostały zatwierdzone przez Instytucjonalny Komitet ds. Opieki i Użytkowania Zwierząt Uniwersytetu Yamaguchi.
1. Zwierzęta
2. Test pręta wirnika
3. Test unikania hamowania
4. Bufor preparacyjny
5. Sztuczny płyn mózgowo-rdzeniowy (aCSF)
6. Roztwory wewnątrzkomórkowe
7. Przygotowanie plastra
8. Zacisk krosowy na całe ogniwo
UWAGA: Nagrania całych komórek wymagają wzmacniacza i filtra dolnoprzepustowego, który jest ustawiony na częstotliwość graniczną 5 kHz. Sygnały są digitalizowane i przechowywane w komputerze PC. Przechowywane dane są analizowane w trybie offline (Rysunek 3A).
9. Analiza cęgów prądowych
10. Analiza cęgów napięciowych
Jak opisaliśmy niedawno7, trening prętów wirnika (Rysunek 1A) wywołał dynamiczne zmiany w wewnętrznej plastyczności neuronów piramidowych warstwy M1 II/III. Pomiar opóźnienia do momentu, gdy szczury spadną z obracającego się pręta, pozwala nam oszacować wykwalifikowaną wydajność uczenia się szczura. Dłuższe opóźnienie wskazuje na lepszą wydajność silnika. W pierwszym dniu treningu szczury poprawiły wydajność pręta wirnika, aż do zakończenia próby. W drugim dniu szczury osiągnęły prawie asymptotyczne poziomy w uśrednionych wynikach sesji (Rysunek 1B). W porównaniu z opóźnieniem w pierwszym badaniu, analiza post-hoc wykazała znaczną poprawę w końcowych próbach w dniach treningowych (Rysunek 1C).
Rysunek 4A pokazuje przykład analizy cęgów prądowych, w której właściwości neuronów zmieniły się po nauczeniu się umiejętności motorycznych. Zastrzyki prądów 400 pA i 500 pA były potrzebne do indukcji potencjałów czynnościowych odpowiednio w grupie nietrenowanej i u szczurów trenowanych w ciągu 1 dnia. W przeciwieństwie do tego, wstrzyknięcie tylko prądu o natężeniu 150 pA było wystarczające do wywołania potencjałów czynnościowych u szczurów trenowanych przez 2 dni. Zależność między aktualną intensywnością a liczbą potencjałów czynnościowych jest pokazana w Rysunek 4B. Zaledwie 50 pA prądu wystarczyło, aby wywołać skoki u szczurów trenowanych przez 2 dni; w przeciwieństwie do tego, szczury wyszkolone w ciągu 1 dnia zareagowały mniejszym potencjałem czynnościowym niż szczury niewyszkolone na 350 pA i wyższe prądy. Co więcej, Rysunek 4C pokazuje, że 1-dniowe wytrenowane szczury wykazywały niższy potencjał spoczynkowy, wyższy próg skoku i głębszą pohiperpolaryzację, podczas gdy 2-dniowe trenowane szczury wykazywały wyższy potencjał spoczynkowy (Rysunek 4C) i odporność błony (Rysunek 4D).
Jak opisaliśmy wcześniej11, trening IA (Rysunek 1D) indukował plastyczność postsynaptyczną w synapsach pobudzających i hamujących neuronów CA1 hipokampa. Mierząc opóźnienie w kasetonie, mogliśmy oszacować kontekstową wydajność uczenia się szczura. Rysunek 1E pokazuje wyniki zadania IA. Po sparowanym porażeniu prądem szczury uczą się unikać ciemnej strony pudełka i pozostawać po oświetlonej stronie, której zwykle nie preferują. Tendencja do unikania ciemnej strony wskazuje zatem na nabywanie wspomnień kontekstowych.
Rysunek 5 pokazuje przykład analizy napięcia cęgowego, w której miniaturowe prądy postsynaptyczne uległy dramatycznym zmianom po kontekstowym uczeniu się. Aby zbadać plastyczność wywołaną uczeniem się, spontaniczne mEPSC za pośrednictwem AMPA i mIPSC za pośrednictwem GABAA zostały sekwencyjnie zarejestrowane w obecności 0,5 μM tetrodotoksyny (Figura 5A i B). Jak pokazano na wykresach dwuwymiarowych (Rysunek 5C), każdy neuron CA1 miał różne średnie amplitudy dla mEPSC i mIPSC. Chociaż amplitudy były niskie i wykazywały wąski zakres dystrybucji u szczurów nietrenowanych, niesparowanych i chodzących, były one zróżnicowane u szczurów wyszkolonych przez IA (Tabela 5). ANOVA, po której przeprowadzono analizę post-hoc, wykazała znaczny wzrost średnich amplitud mEPSC i mIPSC u szczurów wyszkolonych przez IA (Figura 5E), co sugeruje indukowaną uczeniem się plastyczność postsynaptyczną w neuronach CA1.
Ponadto, każdy neuron CA1 wykazywał różne częstotliwości mEPSC i mIPSC (Rysunek 5D). Chociaż częstość występowania była niska i wykazywała wąski zakres dystrybucji u szczurów nietrenowanych, niesparowanych i chodzących, były one zróżnicowane u szczurów wyszkolonych w IA. ANOVA, po której nastąpiła analiza post-hoc, wykazała znaczny wzrost częstości występowania zdarzeń mEPSC i mIPSC u szczurów wyszkolonych przez IA (Figura 5F). Istnieją dwie możliwe interpretacje tych wyników. Po pierwsze, uczenie się kontekstowe zwiększyło liczbę funkcjonalnych synaps neuronów. Drugim jest to, że uczenie się kontekstowe zwiększa prawdopodobieństwo presynaptycznego uwalniania glutaminianu i GABA.
Aby dokładniej zbadać plastyczność presynaptyczną, przeprowadziliśmy również stymulacje impulsami parowanymi, jak informowaliśmy wcześniej10,11.

Rysunek 1: Wydajność uczenia się po treningu.
Odp .: Projekt eksperymentalny pokazuje trening pręta wirnika i koronalny wycinek mózgu. B: Średnie opóźnienie spadające z cylindra pręta przyspieszającego wirnika. C: Średnie opóźnienie do odpadnięcia od pręta podczas pierwszej i ostatniej próby w dniach treningu 1 i 27. **P<0,01 w porównaniu z pierwszą próbą. D: Schemat zadania unikania hamowania (IA) i koronalnego wycinka mózgu. E: Średnie opóźnienie do wejścia do ciemnego pola przed i po szkoleniu IA11. **P<0,01 w porównaniu z przed treningiem IA. Liczby przy odcinkach koronalnych wskazują odległość przed bregmą w mm. Liczba zwierząt jest pokazana na dole pasków. Słupki błędów wskazują SEM. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 2: Procedury krojenia.
O: Fotografie pokazują przygotowanie ostrych wycinków mózgu. Narzędzia preparacyjne przed użyciem schładzano w kruszonym lodzie. B: Sekcja i przycinanie mózgu. Należy pamiętać, że kąt przycinania po tylnej stronie musi być zorientowany równolegle do orientacji dendrytycznej. C: Cięcie mózgu w komorze wibratomowej. Mózg jest kąpany w buforze rozwarstwiającym i w sposób ciągły bąbelkowany mieszaniną gazów 5% CO2 / 95% O2 . D: Komora interfejsu wykonana z dwóch plastikowych pojemników na żywność i silikonowej rurki. Komora została wypełniona sztucznym płynem płynnym (CSF) i w sposób ciągły bąbelkowała mieszaniną gazów. E: Wycinki mózgu umieszczono na mokrej bibule filtracyjnej w komorze. Bar = 5 mm. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 3: Procedury zaciskania kropek.
A: System patch-clamp używany do rejestrowania sygnałów elektrycznych z neuronu. Lokalizacja elektrod stymulujących i rejestrujących w neuronach warstwy II/III jest pokazana w korze ruchowej szczura. B: Aby przeanalizować synapsy Schaffera neuronu piramidowego CA1, elektrodę stymulującą umieszczono w warstwie radiatum. W celu analizy synaps temporoammonicznych w warstwie molekularnej umieszczono elektrodę stymulującą. Pokazano reprezentatywne ślady wywołanych pobudzających prądów postsynaptycznych za pośrednictwem receptorów AMPA i NMDA w tym samym neuronie CA1. C: Do ustabilizowania plastra w komorze nagraniowej użyto kotwy do krowy. D: Mapa reprezentacji w korze ruchowej, oparta na opublikowanych artykułach15,16,17. ML = linia środkowa. E: Mikrofotografie IR-DIC neuronów warstwy II/III M1 przed (na górze) i podczas zapisu (na dole). Bar = 10 μm. F: Zmiany prądu pipety przed dotknięciem (u góry) i przy pęknięciu membrany (u dołu). Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 4: Reprezentatywne wyniki analizy cęgów prądowych7.
A: Reprezentatywne ślady potencjałów czynnościowych zarejestrowanych po indukcji za pomocą wstrzyknięć prądu. B: Zależności między średnim prądem wejściowym (pA) a potencjałem czynnościowym (liczba skoków) w wycinkach mózgu od szczurów nietrenowanych (otwarte paski), trenowanych przez 1 dzień (szare paski) i 2-dniowych treningów (wypełnione paski). C: Potencjał spoczynkowy, próg i pohiperpolaryzacja neuronów warstwy II/III. D: Opór błony i opór szeregowy neuronów. W każdej grupie użyliśmy 9 - 10 szczurów. Liczba komórek jest wyświetlana w każdym pasku. Słupki błędów wskazują SEM. *P<0,05, **P<0,01 w porównaniu z niewytrenowanym. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 5: Reprezentatywne wyniki analizy cęgów napięcie11.
Reprezentatywne ślady miniaturowych pobudzających i hamujących prądów postsynaptycznych (mEPSC i mIPSC) u szczurów wyszkolonych w procesie unikania hamowania (A) i hamowania (IA) (B). mEPSC przy -60 mV i mIPSC przy 0 mV mierzono sekwencyjnie w tym samym neuronie piramidowym CA1 w obecności tetrodotoksyny (0,5 μM). Pionowy pasek = 20 pA, poziomy pasek = 200 ms. C: Dwuwymiarowe wykresy średnich amplitud mE(I)PSC u szczurów nietrenowanych, wyszkolonych IA, niesparowanych i chodzących. D: Dwuwymiarowe wykresy częstości mE(I)PSC w 4 grupach. Należy zauważyć, że każdy neuron CA1 wykazywał różne średnie amplitudy i częstotliwości mE(I)PSC. Trening IA nie tylko wzmocnił średnie amplitudy (E), ale także zwiększył częstość zdarzeń mE(I)PSC (F). Użyliśmy 4 - 6 szczurów w każdej grupie. Liczba komórek jest pokazana u dołu pasków. Czerwone znaki plus (C, D) i paski z pionowymi liniami (E, F) wskazują średnią ± SEM. **P<0,01 w porównaniu z niewyszkolonymi szczurami. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.
| Bufor preparacyjny (Razem 1L) | ||
| NaH2PO4 • 2H2O | 0,195 gr | 1,25 mmol/l |
| Kcl | 0,188 gr | 2,5 mmol/L |
| CaCl2 | 0,074 gr | 0,5 mmol/l |
| MgCl2 • 6H2O | 1,423 grama | 7,0 mmol/L |
| Chlorek choliny | 12.579 gr | 90 mmol/L |
| kwas askorbinowy | 2.340 gr | 11,6 mmol/L |
| Kwas pirogronowy | 0,342 gr | 3,1 mmol/l |
| NaHCO3 | 2.100 gr | 25 mmol/L |
| glukoza | 4.500 gr | 25 mmol/L |
Tabela 1: Przepis na bufor preparacyjny
| Sztuczny płyn mózgowo-rdzeniowy (Razem 1L) | ||
| Kcl | 0,186 gr | 2,5 mmol/L |
| Zawartość NaCl | 6.700 gr | 114,6 mmol/L |
| NaH2PO4 •2H2O | 0,156 gr | 1 mmol/L |
| glukoza | 1.800 gr | 10 mmol/L |
| NaHCO3 | 2.184 gr | 26 mmol/L |
| 1M MgCl2 | 4 ml | 4 mmol/l |
| 1M CaCl2 | 4 ml | 4 mmol/l |
Tabela 2: Przepis na sztuczny płyn mózgowo-rdzeniowy (CSF)
| Wewnątrzkomórkowe rozwiązanie dla cęgów prądowych (Łącznie 200 ml) | ||
| Kcl | 0,0746 gr | 5 mmol/L |
| K-glukonian | 6.089 gr | 130 mmol/L |
| HEPESY | 0,476 gr | 10 mmol/L |
| EGTA (EGTA) | 0,0456 gr | 0,6 mmol/l |
| 1M MgCl2 | 500 μL | 2,5 mmol/L |
| Na2 ATP | 0,4408 gr | 4 mmol/l |
| Na3 GTP | 0,0418 gr | 0,4 mmol/l |
| Na fosfokreatyna | 0,510 gr | 10 mmol/L |
Tabela 3: Przepis na wewnątrzkomórkowe rozwiązanie do bieżącego zapisu cęgowego
powiedział:| Wewnątrzkomórkowe rozwiązanie do cęgów napięciowych (Łącznie 200 mL) | ||||
| CsMeSO3 | 5.244 gr | (5,814)* | 115 mmol/L | (127,5)* |
| CsCl | 0,672 gr | (0,252)* | 20 mmol/L | (7,5)* |
| HEPESY | 0,476 gr | 10 mmol/L | ||
| EGTA (EGTA) | 0,0456 gr | 0,6 mmol/l | ||
| 1M MgCl2 | 500 μL | 2,5 mmol/L | ||
| Na2 ATP | 0,4408 gr | 4 mmol/l | ||
| Na3 GTP | 0,0418 gr | 0,4 mmol/l | ||
| Na fosfokreatyna | 0,510 gr | 10 mmol/L | ||
| * niskie stężenie Cl- dla miniaturowych nagrań | ||||
Tabela 4: Przepis na wewnątrzkomórkowe rozwiązanie do zapisu cęgów napięcia
pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt.| Parametry | Niewprawnego | Przeszkolony w zakresie sztucznej inteligencji | Nieparzysty | Spacer po | |
| Amplituda mEPSC | wariancja | 5,8 | Nr 32,1 | Rozdział 4.7 | Pozycja 5.9 |
| odchylenie standardowe | 2.4 | 5,7 | 2.2 | 2.4 | |
| Współczynnik zmienności | 0,189 | 0,326 | 0,177 | 0,190 | |
| Amplituda mIPSC | wariancja | Rozdział 17.1 | 56,7 | 31,8 | Pytanie 20,7 |
| odchylenie standardowe | 4.1 | 7,5 | 5,6 | Rozdział 4.5 | |
| Współczynnik zmienności | 0,279 | 0,387 | 0,367 | 0,286 |
Tabela 5: Różnorodność miniaturowych amplitud pobudzających i hamujących prądów postsynaptycznych (mEPSC i mIPSC) u szczurów wyszkolonych w unikaniu hamowania (IA)
szt. pkt. pkt. pkt. pkt. szt. Rozdział pkt. pkt.| Parametry | Niewprawnego | Przeszkolony w zakresie sztucznej inteligencji | Nieparzysty | Spacer po | |
| Częstotliwość mEPSC | wariancja | Rozdział 278 | 2195 | Rozdział 188 | Rozdział 195 |
| odchylenie standardowe | 17 | Rozdział 47 | 14 | 14 | |
| Współczynnik zmienności | 0,902 | 1,198 | 0,893 | 0,874 | |
| Częstotliwość mIPSC | wariancja | Numer katalogowy: 3282 | Numer katalogowy: 27212 | 1385 | Numer katalogowy: 5135 |
| odchylenie standardowe | 57 | 165 | 37 | 72 Rozdział 72 | |
| Współczynnik zmienności | 1,195 | 1,006 | 0,955 | 0,836 |
Tabela 6: Różnorodność częstotliwości miniaturowych pobudzających i hamujących prądów postsynaptycznych (mEPSC i mIPSC) u szczurów wyszkolonych w unikaniu hamowania (IA)
Głównym ograniczeniem techniki zacisku krosowego jest zapis w przygotowaniu plastrów, który może nie odzwierciedlać tego, co dzieje się in vivo. Chociaż analiza cęgów prądowych in vivo jest bardziej wiarygodna, uzyskanie wystarczających danych od przytomnych zwierząt jest technicznie trudne. Ponieważ każdy neuron piramidowy ma inne właściwości komórkowe, potrzebna jest odpowiednia liczba komórek, aby prawidłowo analizować różnice w neuronach po treningu. Co więcej, analiza napięcia cęgowego wymaga ciągłego leczenia farmakologicznego CNQX, APV lub bicukuliny w celu określenia charakteru odpowiedzi postsynaptycznych. Aby przeanalizować miniaturowe reakcje wywołane przez pojedynczy pęcherzyk glutaminianu lub GABA, konieczne jest ciągłe leczenie tetrodotoksyną w celu zablokowania spontanicznych potencjałów czynnościowych. Chociaż niedawno opracowana technika obrazowania wielofotonowego jest skuteczna w analizie zmian morfologicznych w synapsach pobudzających19, do analizy funkcji synaps in vivo potrzebna jest technika połączonego patch clamp. Obecnie dość trudno jest analizować zmiany morfologiczne w synapsach hamujących, ponieważ większość synaps hamujących nie tworzy kolców. W tej chwili zacisk plasterkowy byłby najbardziej odpowiednią techniką do analizy właściwości komórek lub funkcji synaps pobudzających/hamujących u wyszkolonych zwierząt.
Korzystając z analizy cęgów prądowych (ryc. 4), niedawno opisaliśmy wewnętrzną plastyczność wywołaną uczeniem motorycznym w neuronach warstwy II/III. W szczególności szczury trenowane przez 1 dzień wykazały znaczny spadek spoczynkowego potencjału błonowego i wzrost progu skoku. Szczury trenowane przez 2 dni wykazały znaczny wzrost spoczynkowego potencjału błonowego, co doprowadziło do zwiększonej pobudliwości. Wyniki te sugerowały, że u wyszkolonych szczurów zaszły dynamiczne zmiany w wewnętrznej plastyczności neuronów warstwy II/III M1. Dodatkowa analiza napięcia cęgowego ujawniła wzrost współczynnika sparowanych impulsów u szczurów trenowanych w ciągu 1 dnia, co sugeruje, że nastąpił przejściowy spadek presynaptycznego prawdopodobieństwa uwolnienia GABA7. W związku z tym możliwe jest, że odhamowanie GABA w synapsach warstwy II/III może wywołać wynikającą z tego plastyczność indukowaną uczeniem się w M1. W tym celu przygotowanie M1 w plastrach wymaga kąpieli z blokerem receptora GABAA w celu indukcji LTP20.
Analiza miniaturowych potencjałów postsynaptycznych jest skutecznym sposobem wykrywania plastyczności synaptycznej u zwierząt wyszkolonych w IA. Sekwencyjny zapis mEPSC i mIPSC w pojedynczym neuronie CA1 pozwala na analizę synaptycznej siły pobudzającej/hamującej każdego pojedynczego neuronu. Ponieważ pojedyncza odpowiedź mE(I)PSC jest przypisywana pojedynczemu pęcherzykowi glutaminianu lub GABA, wzrost amplitudy mE(I)PSC sugeruje wzmocnienie postsynaptyczne. Korzystając z analizy mE(I)PSC, znaleźliśmy indywidualne różnice w sile wejścia pobudzającego / hamującego do każdego neuronu CA1 (Figura 5C). Trening IA wyraźnie promował różnorodność w sile synaptycznej, ale nie zaobserwowano tego w innych grupach (Tabela 5).
Różnorodność synaptyczna wywołana uczeniem się może być analizowana matematycznie. Obliczając prawdopodobieństwo pojawienia się każdego punktu, dane z każdego neuronu można przekształcić w samoentropię (bit) przy użyciu teorii informacji Claude'a E. Shannona21. Punkt o wysokim prawdopodobieństwie pojawienia się (wokół średniego poziomu) wskazuje na niską autoentropię, podczas gdy punkt o bardzo rzadkim prawdopodobieństwie (punkt odchylony) wskazuje na wysoką autoentropię. W porównaniu z niewyszkolonymi szczurami, samoentropia na neuron była wyraźnie zwiększona u szczurów wyszkolonych przez IA, ale nie uszczurów niesparowanych lub chodzących przez niego. Analiza ta sugeruje, że po uczeniu kontekstowym nastąpił wzrost ilości informacji wewnątrz CA1.
Technika zaciskania łaty slice może być również stosowana do badań nad warunkowaniem strachu w bocznym ciele migdałowatym9 oraz do badań doświadczeń sensorycznych w korze beczkowej8. Co więcej, technika ta może być stosowana z różnymi innymi technikami do dalszych badań. Na przykład technikę dostarczania genów znakowanych białkiem zielonej fluorescencji (GFP) za pośrednictwem wirusa można połączyć z techniką zacisku plastrowego w celu analizy funkcji określonych cząsteczek. Ponadto ogniskowe mikrowstrzyknięcie znacznika wstecznego może być wykorzystane do wizualizacji określonych neuronów, które rzutują na określony obszar. Następnie, korzystając z techniki cęgów prądowych, można przeanalizować właściwości specyficzne dla komórki w wizualizowanych neuronach23. Co więcej, połączenie dwufotonowej laserowej mikroskopii skaningowej z dwufotonowym laserowym odsadzaniem glutaminianu wykorzystano do wykazania wzrostu specyficznego dla kręgosłupa i odpowiedzi EPSC w neuronach piramidowych warstwy II/III kory mózgowej myszy19. W związku z tym technika zaciskania plastrów plastrów jest ulepszana poprzez łączenie jej z nowymi substancjami chemicznymi, dostarczaniem genów i technikami manipulacji zdjęciami.
Autorzy deklarują brak konfliktu interesów. Potwierdzamy, że zapoznaliśmy się ze stanowiskiem czasopisma w kwestiach związanych z etycznym publikowaniem i potwierdzamy, że niniejszy raport jest zgodny z tymi wytycznymi. Fundatorzy nie odgrywali żadnej roli w projektowaniu badania, gromadzeniu lub analizie danych, podejmowaniu decyzji o publikacji lub przygotowaniu manuskryptu.
Chcielibyśmy podziękować Dr. Paw-Min-Thein-Oo, Dr. Han-Thiri-Zin i Pani H. Tsurutani za ich pomoc techniczną. Projekt ten był wspierany przez Grants-in-Aid for Young Scientists (H.K. i Y.S.), Scientific Research B (D.M.), Scientific Research C (D.M.) oraz Scientific Research in Innovative Areas (D.M.) z Ministerstwa Edukacji, Kultury, Sportu, Nauki i Technologii Japonii.
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| Bieżnie Rota-Rod | Med Associates Inc. | ENV577 | |
| Pudełko do unikania hamowania | Shinano Seisakusho | ||
| Pentobarbital | Kyoritsu Seiyaku | ||
| Blade | Nisshin EM Co., Ltd | LC05Z | |
| Strzykawka perfuzyjna serca | JMS Co., Ltd | JS-S00S | |
| Wibratome | Leica Microsystems | VT-1200 | |
| Ściągacz poziomy | Instrument Sutter | Model P97 | |
| Microfilm 34 gauge | World Precision Instruments, Inc | MF34G-5 | |
| 0,22 i mikro; m filtr | Millipore | SLGVR04NL | |
| Axopatch– Wzmacniacz 1D | Tablica Axon Instruments | ||
| Digidata 1440 AD | Oprogramowanie Axon Instruments | ||
| pCLAMP 10 | Axon Instruments | ||
| Kamera CCD Olympus | BX51WI | ||
| Kontroler kamery Olympus | U-CMAD3 | ||
| Hamamatsu Photonics K.K. | C2741 | ||
| Stymulator | Nihon Kohden | SEN-3301 | |
| Izolator | Nihon Kohden | SS-104J | |
| Manipulator z napędem | silnikowym Sutter Instrument | MP-285 | |
| Mikromanipulator | Narishige | NMN-21 | |
| Pompa perystaltyczna | Gilson, Inc | MINIPULS® 3 | |
| Szklana kapilarna | Narishige | GD-1,5 | |
| Ag/AgCl | World Precision Instruments, Inc | EP4 | |
| Slice Anchor | Warner instruments | 64-0252 | |
| Elektroda stymulująca | Unique Medical Co., Ltd | KU201-025B | |
| Materiały< | silny>Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
| Bufor separacyjny/ sztuczny CSF | |||
| NaH2PO4 • 2H2O | Sigma-Aldrich Co. | C1426 | |
| KCl | Wako Pure Chemical Industries | 163-03545 | |
| CaCl2 | Wako Pure Chemical Industries | 039-00475 | |
| MgCl2 • 6H2O | Wako Pure Chemical Industries | 135-00165 | |
| Chlorek choliny | Sigma-Aldrich Co. | C7527 | |
| Kwas askorbinowy | Wako Pure Chemical Industries | 190-01255 | |
| Kwas pirogronowy Na | Wako Pure Chemical Industries | 199-03062 | |
| NaHCO3 | Sigma-Aldrich Co. | 28-1850-5 | |
| Glukoza | Sigma-Aldrich Co. | 07-0680-5 | |
| Materiały< | silny>Firma | Numer katalogowy | Uwagi |
| >Roztwór wewnątrzkomórkowy | |||
| K-Gluconate | Sigma-Aldrich Co. | G4500 | |
| HEPES | Wako Pure Chemical Industries | 346-01373 | |
| EGTA | Wako Pure Chemical Industries | 348-01311 | |
| Na2 ATP | Nacalai Tesque | 01072-24 | |
| Na3 GTP | Sigma-Aldrich Co. | G-8877 | |
| Na fosfokreatyna | Sigma-Aldrich Co. | P-7936 | |
| CsMeSO3 | Sigma-Aldrich Co. | C1426 | |
| CsCl | Wako Pure Chemical Industries | 033-01953 | |
| Materials | Company | Numer katalogowy | Uwagi |
| Drugs w aCSF | |||
| 2-Chloroadenozyna | Sigma-Aldrich Co. | C5134 | |
| Pikrotoksyna | Sigma-Aldrich Co. | P-1675 | |
| Tetrodotoksyna | Wako Pure Chemical Industries | 207-15901 | |
| CNQX | Sigma-Aldrich Co. | C239 | |
| APV | Sigma-Aldrich Co. | Ciągnik siodłowy A5282 |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request Permission