Name: Badanie przetwarzania sieci lokalnej za pomocą wielokontaktowego zapisu na elektrodach laminarnych (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2011-09-08T12:00:00.000+00:00
Duration: 13 min 40 s
Description: Poznaj metodę wielokontaktowego zapisu elektrofizjologicznego w korze wzrokowej za pomocą elektrod laminarnych. Technika ta umożliwia badanie aktywności neuronów i potencjałów lokalnych w różnych warstwach kory.

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

playerTrialDesktop

Dziękujemy Ye Wang za dyskusje oraz Sorin Pojoga za szkolenie behawioralne. Praca wspierana przez program NIH EUREKA, National Eye Institute, Pew Scholars Program, James S. McDonnell Foundation (V.D.) oraz grant NIH Vision Training Grant (B.J.H.).

<ol><li>Hubel, D. H., Wiesel, T. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Receptive+fields+and+functional+architecture+of+monkey+striate+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22J+Physiol%22%5BJournal%5D)">Receptive fields and functional architecture of monkey striate cortex.</a> J Physiol. 195, 215-243 (1968).</li>
<li>Mountcastle, V. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modality+and+topographic+properties+of+single+neurons+of+cat%27s+somatic+sensory+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Modality and topographic properties of single neurons of cat's somatic sensory cortex.</a> J Neurophysiol. 20, 408-434 (1957).</li>
<li>Nassi, J. J., Callaway, E. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Parallel+processing+strategies+of+the+primate+visual+system%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Rev+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Parallel processing strategies of the primate visual system.</a> Nat Rev Neurosci. 10, 360-372 (2009).</li>
<li>Ringach, D. L., Hawken, M. J., Shapley, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamics+of+orientation+tuning+in+macaque+primary+visual+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Dynamics of orientation tuning in macaque primary visual cortex.</a> Nature. 387, 281-284 (1997).</li>
<li>Martinez, L. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Receptive+field+structure+varies+with+layer+in+the+primary+visual+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Receptive field structure varies with layer in the primary visual cortex.</a> Nat Neurosci. 8, 372-379 (2005).</li>
<li>Lakatos, P., Karmos, G., Mehta, A. D., Ulbert, I., Schroeder, C. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Entrainment+of+neuronal+oscillations+as+a+mechanism+of+attentional+selection%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Entrainment of neuronal oscillations as a mechanism of attentional selection.</a> Science. 320, 110-113 (2008).</li>
<li>Sun, W., Dan, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Layer-specific+network+oscillation+and+spatiotemporal+receptive+field+in+the+visual+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22Proc+Natl+Acad+Sci+U+S+A%22%5BJournal%5D)">Layer-specific network oscillation and spatiotemporal receptive field in the visual cortex.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 106, 17986-17991 (2009).</li>
<li>Maier, A., Adams, G. K., Aura, C., Leopold, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Distinct+superficial+and+deep+laminar+domains+of+activity+in+the+visual+cortex+during+rest+and+stimulation%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Systems+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Distinct superficial and deep laminar domains of activity in the visual cortex during rest and stimulation.</a> Frontiers in Systems Neuroscience. 4, 12-12 (2010).</li>
<li>Mitzdorf, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Current+source-density+method+and+application+in+cat+cerebral+cortex%3A+investigation+of+evoked+potentials+and+EEG+phenomena%5BTitle%5D)+AND+%22Physiol+Rev%22%5BJournal%5D)">Current source-density method and application in cat cerebral cortex: investigation of evoked potentials and EEG phenomena.</a> Physiol Rev. 65, 37-100 (1985).</li>
<li>Mitzdorf, U., Singer, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Excitatory+synaptic+ensemble+properties+in+the+visual+cortex+of+the+macaque+monkey%3A+a+current+source+density+analysis+of+electrically+evoked+potentials%5BTitle%5D)+AND+%22J+Comp+Neurol%22%5BJournal%5D)">Excitatory synaptic ensemble properties in the visual cortex of the macaque monkey: a current source density analysis of electrically evoked potentials.</a> J Comp Neurol. 187, 71-83 (1979).</li>
<li>Schroeder, C. E., Mehta, A. D., Givre, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+spatiotemporal+profile+of+visual+system+activation+revealed+by+current+source+density+analysis+in+the+awake+macaque%5BTitle%5D)+AND+%22Cereb+Cortex%22%5BJournal%5D)">A spatiotemporal profile of visual system activation revealed by current source density analysis in the awake macaque.</a> Cereb Cortex. 8, 575-592 (1998).</li>
<li>Schroeder, C. E., Tenke, C. E., Givre, S. J., Arezzo, J. C., Vaughan, H. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Striate+cortical+contribution+to+the+surface-recorded+pattern-reversal+VEP+in+the+alert+monkey%5BTitle%5D)+AND+%22Vision+Res%22%5BJournal%5D)">Striate cortical contribution to the surface-recorded pattern-reversal VEP in the alert monkey.</a> Vision Res. 31, 1143-1157 (1991).</li>
<li>Amzica, F., Steriade, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cellular+substrates+and+laminar+profile+of+sleep+K-complex%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Cellular substrates and laminar profile of sleep K-complex.</a> Neuroscience. 82, 671-686 (1998).</li>
<li>Kandel, A., Buzsaki, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cellular-synaptic+generation+of+sleep+spindles%2C+spike-and-wave+discharges%2C+and+evoked+thalamocortical+responses+in+the+neocortex+of+the+rat%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Cellular-synaptic generation of sleep spindles, spike-and-wave discharges, and evoked thalamocortical responses in the neocortex of the rat.</a> J Neurosci. 17, 6783-6797 (1997).</li>
<li>Sakata, S., Harris, K. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Laminar+structure+of+spontaneous+and+sensory-evoked+population+activity+in+auditory+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">Laminar structure of spontaneous and sensory-evoked population activity in auditory cortex.</a> Neuron. 64, 404-418 (2009).</li>
<li>Nicholson, C., Freeman, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Theory+of+current+source-density+analysis+and+determination+of+conductivity+tensor+for+anuran+cerebellum%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Theory of current source-density analysis and determination of conductivity tensor for anuran cerebellum.</a> J Neurophysiol. 38, 356-368 (1975).</li>
<li>Pettersen, K. H., Devor, A., Ulbert, I., Dale, A. M., Einevoll, G. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Current-source+density+estimation+based+on+inversion+of+electrostatic+forward+solution%3A+effects+of+finite+extent+of+neuronal+activity+and+conductivity+discontinuities%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci+Methods%22%5BJournal%5D)">Current-source density estimation based on inversion of electrostatic forward solution: effects of finite extent of neuronal activity and conductivity discontinuities.</a> J Neurosci Methods. 154, 116-133 (2006).</li>
<li>Vaknin, G., DiScenna, P. G., Teyler, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+method+for+calculating+current+source+density+%28CSD%29+analysis+without+resorting+to+recording+sites+outside+the+sampling+volume%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci+Methods%22%5BJournal%5D)">A method for calculating current source density (CSD) analysis without resorting to recording sites outside the sampling volume.</a> J Neurosci Methods. 24, 131-135 (1988).</li>
</ol>

Nie zadeklarowano żadnych konfliktów interesów.

Rejestracje wielojednostkowe stały się standardem w analizie sposobu, w jaki sieci neuronalne w korze kodują informacje o bodźcach. Biorąc pod uwagę niedawne postępy w technologii elektrod, zastosowanie elektrod laminarnych umożliwia bezprecedensową charakterystykę lokalnych obwodów korowych. Chociaż rejestracje wieloelektrodowe dostarczają użytecznych informacji na temat dynamiki populacji neuronalnych, wiele elektrod laminarnych zapewnia większą rozdzielczość i więcej informacji o dokładnej lokalizacji neuronów. Poniew...

<table><tbody><tr><td>System mikronapędów NAN</td><td>NAN Instruments</td><td>NAN-S4</td><td>Rysunek 2. Do użytkowania U-Probe wymagane są specjalne zaciski. Wszystkie wymienione elementy z wyjątkiem U-Probe są dostarczane przez NAN Instruments.</td></tr><tr><td>Śrubowe mikronapędy</td><td>MIT Machine shop</td><td></td><td>Odpowiednim będzie każdy element zdolny do zamocowania rurki prowadzącej do siatki NAN.</td></tr><tr><td>Stalowe rurki prowadzące</td><td>Small Parts, Inc.</td><td>B00137QHNS (1) lub B00137QHO2 (5)</td><td>Mają one długość 60 i są przycinane na wymiar w laboratorium za pomocą wiertarki ręcznej Dremel</td></tr><tr><td>Plexon U-Probe</td><td>Plexon</td><td>PLX-UP-16-25ED-100-SE-360-25T-500</td><td>Patrz specyfikacje U-Probe dostępne na stronie &lt;a href="http://www.plexon.com"&gt;www.plexon.com&lt;/a&gt; Patrz również Rysunek 1.</td></tr><tr><td colspan="4">&lt;strong&gt;Tabela 1.&lt;/strong&gt; Sprzęt.</td></tr><tr><td>Oprogramowanie NAN</td><td><a href="http://www.naninstruments.com/DesignConcept.htm" target="_blank"><img src="/img/new_window.png"> NAN Instruments</a></td><td></td><td>Interfejs komputerowy wymaga dodatkowego portu szeregowego w celu obsłużenia systemu Plexon oraz sprzętu NAN</td></tr><tr><td>Programy Offline Sorter, FPAlign, PlexUtil, MATLAB</td><td><a href="http://www.plexon.com/downloads.html#Software" target="_blank"><img src="/img/new_window.png"> Plexon</a></td><td></td><td>W sekcji &amp;rsquo;Installation Packages&amp;rsquo;</td></tr><tr><td>Neur&amp;#8211;xplorer</td><td><a href="http://www.neuroexplorer.com/" target="_blank"><img src="/img/new_window.png"> NeuroExplorer</a></td><td></td><td>W sekcji &amp;rsquo;Resources&amp;rsquo;</td></tr><tr><td>CSDplotter wersja 0.1.1</td><td><a href="http://arken.umb.no/%7Eklaspe/user_guide.pdf" target="_blank"><img src="/img/new_window.png"> Klas H. Petterson</a></td><td></td><td></td></tr><tr><td colspan="4">&lt;strong&gt;Tabela 2.&lt;/strong&gt; Oprogramowanie.</td></tr></tbody></table>

badanie przetwarzania w lokalnych sieciach za pomocą rejestracji z zastosowaniem wielokontaktowych elektrod laminarnych

Examining Local Network Processing using Multi-contact Laminar Electrode Recording

Warstwy korowe są powszechnymi strukturami w całym neokorze1-4, które składają się z silnie rekurencyjnych sieci lokalnych. W ostatnich latach dokonano znaczącego postępu w zrozumieniu różnic w właściwościach odpowiedzi neuronów w różnych warstwach korowych5-8, jednak wciąż wiele pozostaje do odkrycia w kwestii tego, czy i w jaki sposób populacje neuronów kodują informacje w sposób specyficzny dla danej warstwy.
Istniejące techniki macierzy wieloelektrodowych, choć dostarczają cennych informacji przy pomiarze odpowiedzi w obszarze wielu milimetrów przestrzeni kory wzdłuż jej powierzchni, nie nadają się do badania kwestii lamelarnych obwodów korowych. Przedstawiamy tutaj naszą metodę konfiguracji i rejestracji pojedynczych neuronów oraz potencjałów polowych (LFPs) w warstwach kory pierwotnej kory wzrokowej (V1) z wykorzystaniem wielostykowych elektrod lamelarnych (Rysunek 1; Plextrode U-Probe, Plexon Inc).
Wykazane metody obejmują konstrukcję urządzenia rejestrującego, identyfikację warstw kory oraz identyfikację pól recepcyjnych poszczególnych neuronów. Aby zidentyfikować warstwy kory, mierzymy potencjały wywołane (ERPs) w szeregach czasowych LFP, stosując pełnopolowe bodźce błyskowe. Następnie przeprowadzamy analizę gęstości źródła prądu (CSD), aby zidentyfikować inwersję polaryzacji towarzyszącą konfiguracji zlewo-źródła (sink-source) u podstawy warstwy 4 (zlewo znajduje się wewnątrz warstwy 4, zwanej dalej warstwą ziarnistą9-12). Gęstość źródła prądu jest użyteczna, ponieważ dostarcza wskaźnika lokalizacji, kierunku i gęstości przepływu prądu przez błony komórkowe, co pozwala nam na precyzyjne rozmieszczenie elektrod w celu rejestracji sygnałów ze wszystkich warstw podczas jednej penetracji6, 11, 12.

Fundamentalnym problemem w naszym rozumieniu obwodów korowych jest sposób, w jaki sieci w różnych warstwach kory kodują informacje sensoryczne. W niniejszej pracy opisujemy techniki elektrofizjologiczne z wykorzystaniem wielokontaktowych elektrod laminarnych do rejestracji pojedynczych jednostek oraz potencjałów polowych (LFP) i przedstawiamy analizy służące do identyfikacji warstw kory.

Badanie przetwarzania w lokalnych sieciach za pomocą rejestracji z zastosowaniem wielokontaktowych elektrod laminarnych

Warstwy korowe są powszechnymi strukturami występującymi w całym neokorze1-4, które składają się z silnie rekurencyjnych sieci lokalnych. W ostatnich latach dokonano znaczącego postępu...

Ogólnym celem tej procedury jest opisanie metodologii, która pozwoli nam zbadać, w jaki sposób poszczególne neurony i lokalne potencjały polowe w różnych warstwach kory pierwotnej kory wzrokowej kodują informacje sensoryczne. Procedura rozpoczyna się od opisu konstrukcji sterowanego komputerowo systemu mikroprzesuwu oraz zastosowania wielopunktowej elektrody laminarnej do rejestracji w pierwotnej korze wzrokowej.Kolejnym krokiem jest przeprowadzenie paradygmatu potencjałów wywołanych po wprowadzeniu elektrody do docelowego obszaru mózgu. Następnie stosuje się analizę gęstości źródła prądu w celu zidentyfikowania warstw korowych na podstawie odwrócenia polaryzacji, przy jednoczesnym uwzględnieniu konfiguracji źródła synchronizacji. Ostatnim etapem procedury jest mapowanie pola recepcyjnego oraz analiza różnic w aktywności neuronalnej w odpowiedzi na stymulację wzrokową.Ostatecznie można uzyskać wyniki wykazujące specyficzne dla warstw zmiany w kodowaniu informacji sensorycznych. Cześć, nazywam się Sarah Eagleman i jestem doktorantką w University of Texas Medical School w Houston. Główną zaletą tej techniki w stosunku do istniejących metod, takich jak macierze wieloelektrodowe, jest

examining-local-network-processing-using-multi-contact-laminar

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Neuronauka

Badanie przetwarzania w lokalnej sieci przy użyciu wielootoczeniawego rejestrowania laminami elektrod

Rejestracje metodą patch-clamp w konfiguracji whole-cell z dendrytów włókien nerwu słuchowego w obrębie synaps wstążkowych komórek rzęskowych wewnętrznych w ślimaku ssaków.

Rejestracje postsynaptyczne w dendrytach aferentnych kontaktujących się z wewnętrznymi komórkami rzęskowymi ślimaka: monitorowanie uwalniania wielopęcherzykowego w synapsie wstążkowej

Pokazujemy różne warianty techniki wewnątrzkomórkowego zapisu wielojednostkowego, aby scharakteryzować reakcje wywołane zapachem w pierwszych trzech etapach szlaku węchowego bezkręgowców. Techniki te można łatwo zaadaptować do badania aktywności zespołu również w innych systemach neuronowych.

Wielojednostkowe metody rejestracji w celu scharakteryzowania aktywności neuronalnej w obwodach węchowych szarańczy (Schistocerca americana)

Wieloelektrodowe nagrania patch-clamp stanowią skomplikowane zadanie. Pokazujemy tutaj, w jaki sposób, poprzez automatyzację wielu etapów eksperymentu, można przyspieszyć proces prowadzący do jakościowej poprawy wydajności i liczby nagrań.

Wspomagany komputerowo wieloelektrodowy system krosówek

Różne powłoki elektrod wpływają na wydajność rejestracji neuronowej poprzez zmiany właściwości elektrochemicznych, chemicznych i mechanicznych. Porównanie elektrod in vitro jest stosunkowo proste, jednak porównanie odpowiedzi in vivo jest zwykle skomplikowane ze względu na różnice w odległości między elektrodami a neuronami oraz między zwierzętami. Ten artykuł zawiera solidną metodę porównywania elektrod do rejestracji neuronowej.

Metoda systematycznej oceny elektrochemicznej i elektrofizjologicznej elektrod rejestrujących działanie neuronów

Protokoły zamkniętej pętli stają się coraz bardziej powszechne we współczesnej elektrofizjologii. Przedstawiamy prosty, wszechstronny i niedrogi sposób wykonywania złożonych protokołów elektrofizjologicznych w korowych neuronach piramidowych in vitro, przy użyciu komputera stacjonarnego i cyfrowej płytki akwizycyjnej.

Elektrofizjologia w czasie rzeczywistym: wykorzystanie protokołów zamkniętej pętli do badania dynamiki neuronów i nie tylko

Przedstawiono prostą i nowatorską technikę rejestrowania wyładowań doprowadzających z powodu mechanicznej stymulacji lancetowatych końcówek końcówek palisadowych, unerwiających mysie, skóry uszu, mieszków włosowych.

Połączony zapis mechanicznie stymulowanego wydzielania aferentnego i znakowania zakończeń nerwowych w lancetowatych zakończeniach mieszków włosowych myszy

Ten protokół opisuje prostą metodę jednoczesnego rejestrowania kolokalizowanej elektroencefalografii (EEG) i wielolaminarnego potencjału pola lokalnego u znieczulonego szczura. Wykazano, że otwór w czaszce wywiercony w czaszce w celu wprowadzenia mikroelektrody powoduje znikome zniekształcenia sygnału EEG.

Jednoczesna rejestracja kolokalizowanej elektroencefalografii i lokalnego potencjału pola u gryzoni

Przedstawiono połączone użycie technologii matryc mikroelektrod i stymulacji chemicznej indukowanej 4-aminopirydyną do badania aktywności nocyceptywnej na poziomie sieci w rogu grzbietowym rdzenia kręgowego.

Rejestrowanie aktywności sieci w obwodach nocyceptywnych rdzenia kręgowego za pomocą układów mikroelektrod

Specjalnie zbudowane mikronapędy umożliwiają submilimetrowe celowanie w miejsca zapisu kory mózgowej za pomocą liniowych układów krzemowych.

Elektrofizjologia aktywności kory laminarnej u marmozety zwyczajnej

Tutaj prezentujemy dwa protokoły do rejestracji mikro-elektrokortykografii o wysokiej gęstości (μEcoG) u szczurów i myszy, w tym metody chirurgiczne, implantacyjne i rejestracyjne. Zapisy μECoG są wykonywane w połączeniu z zapisem laminarnej politrody w korze słuchowej szczura lub z optogenetycznym manipulowaniem aktywnością neuronalną w korze somatosensorycznej myszy.

Wieloskalowe badania przetwarzania kory mózgowej poprzez integrację politrod laminarnych i optogenetyki z mikroelektrokortykografią u gryzoni

Poznaj metodę wielokontaktowego zapisu elektrofizjologicznego w korze wzrokowej za pomocą elektrod laminarnych. Technika ta umożliwia badanie aktywności neuronów i potencjałów lokalnych w różnych warstwach kory.

Badanie przetwarzania w lokalnych sieciach za pomocą rejestracji z zastosowaniem wielokontaktowych elektrod laminarnych

Przeglądaj więcej filmów