Name: Wieloskalowe badania przetwarzania kory mózgowej poprzez integrację politrod laminarnych i optogenetyki z mikroelektrokortykografią u gryzoni (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2025-05-23T13:30:00.000+00:00
Duration: 7 min 52 s
Description: Poznaj metodę µECoG w połączeniu z politrodami laminarnymi i optogenetyką do badania aktywności kory mózgowej u gryzoni. Technika ta umożliwia analizę sygnałów neuronalnych z wysoką rozdzielczością czasową i przestrzenną.

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

Ta praca była wspierana przez Lawrence Berkeley National Laboratory LDRD for the Neural Systems and Machine Learning Lab (K.E.B.), NINDSR01 NS118648A (K.E.B.& D.E.F.) oraz NINDS R01 NS092367 (D.E.F.).

<ol><li>Buzsáki, G., Anastassiou, C. A., Koch, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+origin+of+extracellular+fields+and+currents-EEG%2C+ECoG%2C+LFP+and+spikes%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Rev+Neurosci%22%5BJournal%5D)">The origin of extracellular fields and currents-EEG, ECoG, LFP and spikes.</a> Nat Rev Neurosci. 13 (6), 407-420 (2012).</li>
<li>Chen, T. -W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrasensitive+fluorescent+proteins+for+imaging+neuronal+activity%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Ultrasensitive fluorescent proteins for imaging neuronal activity.</a> Nature. 499 (7458), 295-300 (2013).</li>
<li>Nunez, P. L., Srinivasan, R. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aNunez%2C+PL+%22Electric+Fields+of+the+Brain%3A+The+Neurophysics+of+EEG%22">Electric Fields of the Brain: The Neurophysics of EEG</a>. , Oxford University Press, USA. (2006).</li>
<li>Mountcastle, V. B., Powell, T. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Central+nervous+mechanisms+subserving+position+sense+and+kinesthesis%5BTitle%5D)+AND+%22Bull+Johns+Hopkins+Hosp%22%5BJournal%5D)">Central nervous mechanisms subserving position sense and kinesthesis.</a> Bull Johns Hopkins Hosp. 105, 173-200 (1959).</li>
<li>Khodagholy, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((NeuroGrid%3A+recording+action+potentials+from+the+surface+of+the+brain%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Neurosci%22%5BJournal%5D)">NeuroGrid: recording action potentials from the surface of the brain.</a> Nat Neurosci. 18 (2), 310-315 (2015).</li>
<li>Lewis, C. M., Bosman, C. A., Womelsdorf, T., Fries, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stimulus-induced+visual+cortical+networks+are+recapitulated+by+spontaneous+local+and+interareal+synchronization%5BTitle%5D)+AND+%22Proc+Natl+Acad+Sci+U+S+A%22%5BJournal%5D)">Stimulus-induced visual cortical networks are recapitulated by spontaneous local and interareal synchronization.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 113 (5), E606-E615 (2016).</li>
<li>Bouchard, K. E., Mesgarani, N., Johnson, K., Chang, E. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+organization+of+human+sensorimotor+cortex+for+speech+articulation%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Functional organization of human sensorimotor cortex for speech articulation.</a> Nature. 495 (7441), 327-332 (2013).</li>
<li>Fabrication and testing of a large area, high density, parylene MEMS µECoG array. Ledochowitsch, P., et al. 2011 IEEE 24th International Conference on Micro Electro Mechanical Systems, Cancun, Mexico, , (2011).</li>
<li>Bosman, C. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Attentional+stimulus+selection+through+selective+synchronization+between+monkey+visual+areas%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">Attentional stimulus selection through selective synchronization between monkey visual areas.</a> Neuron. 75 (5), 875-888 (2012).</li>
<li>Rubehn, B., Bosman, C., Oostenveld, R., Fries, P., Stieglitz, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+MEMS-based+flexible+multichannel+ECoG-electrode+array%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neural+Eng%22%5BJournal%5D)">A MEMS-based flexible multichannel ECoG-electrode array.</a> J Neural Eng. 6 (3), 036003(2009).</li>
<li>Baratham, V. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Columnar+localization+and+laminar+origin+of+cortical+surface+electrical+potentials%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Columnar localization and laminar origin of cortical surface electrical potentials.</a> J Neurosci. 42 (18), 3733-3748 (2022).</li>
<li>Kellis, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Decoding+spoken+words+using+local+field+potentials+recorded+from+the+cortical+surface%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neural+Eng%22%5BJournal%5D)">Decoding spoken words using local field potentials recorded from the cortical surface.</a> J Neural Eng. 7 (5), 056007(2010).</li>
<li>Viventi, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Flexible%2C+foldable%2C+actively+multiplexed%2C+high-density+electrode+array+for+mapping+brain+activity+in+vivo%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Flexible, foldable, actively multiplexed, high-density electrode array for mapping brain activity in vivo.</a> Nat Neurosci. 14 (12), 1599-1605 (2011).</li>
<li>A transparent µECoG array for simultaneous recording and optogenetic stimulation. Ledochowitsch, P., Olivero, E., Blanche, T., Maharbiz, M. M. 2011 Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, Boston, MA, USA, , (2011).</li>
<li>Ledochowitsch, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Strategies+for+optical+control+and+simultaneous+electrical+readout+of+extended+cortical+circuits%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci+Methods%22%5BJournal%5D)">Strategies for optical control and simultaneous electrical readout of extended cortical circuits.</a> J Neurosci Methods. 256, 220-231 (2015).</li>
<li>Laminar origin of evoked ECoG highgamma activity. Annu Int Conf IEEE Eng Med Biol Soc. Dougherty, M. E., Nguyen, A. P. Q., Baratham, V. L., Bouchard, K. E. 2019, 4391-4394 (2019).</li>
<li>Tian, H., Xu, K., Zou, L., Fang, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multimodal+neural+probes+for+combined+optogenetics+and+electrophysiology%5BTitle%5D)+AND+%22iScience%22%5BJournal%5D)">Multimodal neural probes for combined optogenetics and electrophysiology.</a> iScience. 25 (1), 103612(2022).</li>
<li>Gonzales, D. L., et al. A translaminar spacetime code supports touchevoked traveling waves. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aGonzales%2C+DL+%22bioRxiv%22">bioRxiv</a>. , (2024).</li>
<li>Leonard, M. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Largescale+singleneuron+speech+sound+encoding+across+the+depth+of+human+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Largescale singleneuron speech sound encoding across the depth of human cortex.</a> Nature. 626 (7999), 593-602 (2024).</li>
<li>Renz, A. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((OptoEDura%3A+a+soft%2C+stretchable+ECoG+array+for+multimodal%2C+multiscale+neuroscience%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Healthc+Mater%22%5BJournal%5D)">OptoEDura: a soft, stretchable ECoG array for multimodal, multiscale neuroscience.</a> Adv Healthc Mater. 9 (17), 2000814(2020).</li>
<li>Buzsáki, G. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBuzs%C3%A1ki%2C+G+%22Rhythms+of+the+brain%22">Rhythms of the brain</a>. , Oxford University Press, USA. (2006).</li>
<li>Yang, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+fully+transparent%2C+flexible+PEDOT%3APSS-ITO-Ag-ITO+based+microelectrode+array+for+ECoG+recording%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">A fully transparent, flexible PEDOT:PSS-ITO-Ag-ITO based microelectrode array for ECoG recording.</a> Lab Chip. 21 (6), 1096-1108 (2021).</li>
<li>Buzsáki, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Largescale+recording+of+neuronal+ensembles%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Largescale recording of neuronal ensembles.</a> Nat Neurosci. 7 (5), 446-451 (2004).</li>
<li>Schalk, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Realtime+detection+of+eventrelated+brain+activity%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Realtime detection of eventrelated brain activity.</a> Neuroimage. 43 (2), 245-249 (2008).</li>
<li>Kellis, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multiscale+analysis+of+neural+activity+in+humans%3A+implications+for+microscale+electrocorticography%5BTitle%5D)+AND+%22Clin+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Multiscale analysis of neural activity in humans: implications for microscale electrocorticography.</a> Clin Neurophysiol. 127 (1), 591-601 (2016).</li>
<li>Buzsáki, G., Schomburg, E. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((What+does+gamma+coherence+tell+us+about+interregional+neural+communication%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Neurosci%22%5BJournal%5D)">What does gamma coherence tell us about interregional neural communication.</a> Nat Neurosci. 18 (4), 484-489 (2015).</li>
<li>Boyden, E. S., Zhang, F., Bamberg, E., Nagel, G., Deisseroth, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Millisecondtimescale%2C+genetically+targeted+optical+control+of+neural+activity%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Millisecondtimescale, genetically targeted optical control of neural activity.</a> Nat Neurosci. 8 (9), 1263-1268 (2005).</li>
<li>Cardin, J. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Driving+fastspiking+cells+induces+gamma+rhythm+and+controls+sensory+responses%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Driving fastspiking cells induces gamma rhythm and controls sensory responses.</a> Nature. 459 (7247), 663-667 (2009).</li>
<li>Kwon, S. E., Yang, H., Minamisawa, G., O'Connor, D. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sensory+and+decisionrelated+activity+propagate+in+a+cortical+feedback+loop+during+touch+perception%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Sensory and decisionrelated activity propagate in a cortical feedback loop during touch perception.</a> Nat Neurosci. 19 (9), 1243-1249 (2016).</li>
<li>Petersen, C. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+functional+organization+of+the+barrel+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">The functional organization of the barrel cortex.</a> Neuron. 56 (2), 339-355 (2007).</li>
<li>Crone, N. E., Sinai, A., Korzeniewska, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Highfrequency+gamma+oscillations+and+human+brain+mapping+with+electrocorticography%5BTitle%5D)+AND+%22Prog+Brain+Res%22%5BJournal%5D)">Highfrequency gamma oscillations and human brain mapping with electrocorticography.</a> Prog Brain Res. 159, 275-295 (2006).</li>
<li>Gerfen, C. R., Paletzki, R., Heintz, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((GENSAT+BAC+crerecombinase+driver+lines+to+study+the+functional+organization+of+cerebral+cortical+and+basal+ganglia+circuits%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">GENSAT BAC crerecombinase driver lines to study the functional organization of cerebral cortical and basal ganglia circuits.</a> Neuron. 80 (6), 1368-1383 (2013).</li>
<li>Mountcastle, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+columnar+organization+of+the+neocortex%5BTitle%5D)+AND+%22Brain%22%5BJournal%5D)">The columnar organization of the neocortex.</a> Brain. 120 (4), 701-722 (1997).</li>
<li>Deisseroth, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optogenetics%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Methods%22%5BJournal%5D)">Optogenetics.</a> Nat Methods. 8 (1), 26-29 (2011).</li>
<li>Muller, L., Chavane, F., Reynolds, J., Sejnowski, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cortical+travelling+waves%3A+mechanisms+and+computational+principles%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Rev+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Cortical travelling waves: mechanisms and computational principles.</a> Nat Rev Neurosci. 19 (5), 255-268 (2018).</li>
<li>Sato, T. K., Nauhaus, I., Carandini, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Traveling+waves+in+visual+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">Traveling waves in visual cortex.</a> Neuron. 75 (2), 218-229 (2012).</li>
<li>Gilbert, C. D., Wiesel, T. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Columnar+specificity+of+intrinsic+horizontal+and+corticocortical+connections+in+cat+visual+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Columnar specificity of intrinsic horizontal and corticocortical connections in cat visual cortex.</a> J Neurosci. 9 (7), 2432-2442 (1989).</li>
<li>Angelucci, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Circuits+and+mechanisms+for+surround+modulation+in+visual+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22Annu+Rev+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Circuits and mechanisms for surround modulation in visual cortex.</a> Annu Rev Neurosci. 40 (1), 425-451 (2017).</li>
<li>Singer, W., Gray, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Visual+feature+integration+and+the+temporal+correlation+hypothesis%5BTitle%5D)+AND+%22Annu+Rev+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Visual feature integration and the temporal correlation hypothesis.</a> Annu Rev Neurosci. 18, 555-586 (1995).</li>
<li>Quiroga, R. Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Invariant+visual+representation+by+single+neurons+in+the+human+brain%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Invariant visual representation by single neurons in the human brain.</a> Nature. 435 (7045), 1102-1107 (2005).</li>
<li>Fusi, S., Miller, E. K., Rigotti, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Why+neurons+mix%3A+high+dimensionality+for+higher+cognition%5BTitle%5D)+AND+%22Curr+Opin+Neurobiol%22%5BJournal%5D)">Why neurons mix: high dimensionality for higher cognition.</a> Curr Opin Neurobiol. 37, 66-74 (2016).</li>
<li>Stringer, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spontaneous+behaviors+drive+multidimensional%2C+brainwide+activity%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Spontaneous behaviors drive multidimensional, brainwide activity.</a> Science. 364 (6437), eaav7893(2019).</li>
<li>Cardin, J. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Targeted+optogenetic+stimulation+and+recording+of+neurons+in+vivo+using+celltypespecific+expression+of+channelrhodopsin2%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Protoc%22%5BJournal%5D)">Targeted optogenetic stimulation and recording of neurons in vivo using celltypespecific expression of channelrhodopsin2.</a> Nat Protoc. 5 (2), 247-254 (2010).</li>
<li>Mardinly, A. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Precise+multimodal+optical+control+of+neural+ensemble+activity%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Precise multimodal optical control of neural ensemble activity.</a> Nat Neurosci. 21 (6), 881-893 (2018).</li>
<li>Mahn, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Highefficiency+optogenetic+silencing+with+somatargeted+anionconducting+channelrhodopsins%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Commun%22%5BJournal%5D)">Highefficiency optogenetic silencing with somatargeted anionconducting channelrhodopsins.</a> Nat Commun. 9 (1), 4125(2018).</li>
<li>Ferguson, J. E., Boldt, C., Redish, A. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Creating+lowimpedance+tetrodes+by+electroplating+with+additives%5BTitle%5D)+AND+%22Sens+Actuators+A+Phys%22%5BJournal%5D)">Creating lowimpedance tetrodes by electroplating with additives.</a> Sens Actuators A Phys. 156 (2), 388-393 (2009).</li>
<li>Halnes, G., et al. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aHalnes%2C+G+%22Electric+Brain+Signals%3A+Foundations+and+Applications+of+Biophysical+Modeling%22">Electric Brain Signals: Foundations and Applications of Biophysical Modeling</a>. , Cambridge University Press. (2024).</li>
<li>Franks, N. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((General+anaesthesia%3A+from+molecular+targets+to+neuronal+pathways+of+sleep+and+arousal%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Rev+Neurosci%22%5BJournal%5D)">General anaesthesia: from molecular targets to neuronal pathways of sleep and arousal.</a> Nat Rev Neurosci. 9 (5), 370-386 (2008).</li>
<li>Alkire, M. T., Hudetz, A. G., Tononi, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Consciousness+and+anesthesia%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Consciousness and anesthesia.</a> Science. 322 (5903), 876-880 (2008).</li>
<li>Schalk, G., Leuthardt, E. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Braincomputer+interfaces+using+electrocorticographic+signals%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Rev+Biomed+Eng%22%5BJournal%5D)">Braincomputer interfaces using electrocorticographic signals.</a> IEEE Rev Biomed Eng. 4, 140-154 (2011).</li>
<li>Chestek, C. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Longterm+stability+of+neural+prosthetic+control+signals+from+silicon+cortical+arrays+in+rhesus+macaque+motor+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neural+Eng%22%5BJournal%5D)">Longterm stability of neural prosthetic control signals from silicon cortical arrays in rhesus macaque motor cortex.</a> J Neural Eng. 8 (4), 045005(2011).</li>
<li>Branco, M. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nine+decades+of+electrocorticography%3A+a+comparison+between+epidural+and+subdural+recordings%5BTitle%5D)+AND+%22Eur+J+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Nine decades of electrocorticography: a comparison between epidural and subdural recordings.</a> Eur J Neurosci. 57 (8), 1260-1288 (2023).</li>
</ol>

Autorzy deklarują brak sprzecznych interesów finansowych.

Opisane tutaj protokoły umożliwiają integrację matryc mikroelektrokortykografii o dużej gęstości (μECoG) z sondami laminarnymi i technikami optogenetycznymi. Łatwość użycia tego protokołu w modelach gryzoni sprawia, że jest to potężne narzędzie do badania dynamiki kory mózgowej, a liczbę badanych można łatwo zwiększyć. Siatka μECoG o dużej gęstości pozwala na wydajne, przestrzenne precyzyjne mapowanie topografii kory mózgowej w wielu obszarach u myszy i szczurów, wykorzystując kluczową rolę reprezentacji topograficznych ...

Funkcje mózgu leżące u podstaw czucia, poznania i działania są zorganizowane i rozmieszczone w rozległych skalach przestrzennych i czasowych, począwszy od skoków pojedynczych neuronów, poprzez pola elektryczne generowane przez populacje neuronów w kolumnie korowej, aż po topograficzną organizację kolumn w obszarach mózgu (np. somatotopia w korze somatosensorycznej, tonotopia w pierwotnej korze słuchowej). Zrozumienie funkcji mózgu wymaga wyczuwania sygnałów elektrycznych w tych skalach przestrzennych1. Neurobiologia ma obecnie wiele szeroko stosowanych metod monitorowania aktywności mózgu. Elektrofizjologicznie politrody laminarne (takie jak Neuropixels) umożliwiają monitorowanie niewielkiej liczby (~300) pojedynczych neuronów, zwykle w obrębie kilku odległych kolumn, z wysoką rozdzielczością czasową (≥1 kHz). Obrazowanie Ca2+ umożliwia monitorowanie od niewielkiej do dużej liczby genetycznie i anatomicznie zidentyfikowanych pojedynczych neuronów w zakresie przestrzennym ~1-2 mm przy niższej (~10 Hz) rozdzielczości czasowej2. fMRI umożliwia monitorowanie stanu metabolicznego dużej liczby neuronów (~1 mln neuronów w objętości 36 mm3) w całym mózgu przy bardzo niskiej (~0,2 Hz) rozdzielczości czasowej. EEG/MEG umożliwia monitorowanie aktywności elektrycznej z całej powierzchni kory mózgowej/mózgu w umiarkowanej rozdzielczości czasowej (<100 Hz) i bardzo niskiej rozdzielczości przestrzennej (centymetry)3. Podczas gdy każda z tych metodologii dostarczyła fundamentalnych, synergicznych informacji na temat funkcji mózgu, metody, które umożliwiają bezpośrednie wykrywanie sygnałów elektrofizjologicznych w wysokiej rozdzielczości czasowej z precyzyjnych lokalizacji anatomicznych w szerokich obszarach przestrzennych kory mózgowej, są dopiero raczkujące. Potrzebę szerokiego pokrycia przestrzennego podkreśla fakt, że w mózgu funkcja neuronów zmienia się znacznie bardziej dramatycznie na powierzchni w porównaniu z głębokością4.
Elektrokortykografia (ECoG) to metoda, w której siatki elektrod o niskiej impedancji są wszczepiane na powierzchnię mózgu i pozwalają na rejestrację lub stymulację kory mózgowej1,5. ECoG jest zwykle stosowany w warunkach neurochirurgicznych u ludzi jako część badań klinicznych w leczeniu farmakologicznie nieuleczalnej padaczki. Dostarcza jednak również unikalnych informacji na temat rozproszonego przetwarzania korowego u ludzi, takiego jak mapowanie topograficzne mowy i sensorycznej6,7. Te możliwości zmotywowały go do zastosowania w modelach zwierzęcych, w tym małpach, szczurach i myszach5,8,9,10,11. U gryzoni wykazano niedawno, że mikro-ECoG (μECoG) umożliwia bezpośrednie monitorowanie elektryczne populacji neuronów w wysokiej rozdzielczości czasowej (~100 Hz) z kolumnową rozdzielczością przestrzenną (~200 μm) i szerokim zasięgiem przestrzennym (wiele milimetrów). μECoG umożliwia naukowcom badanie rozproszonej dynamiki neuronalnej związanej ze złożonym przetwarzaniem sensorycznym, funkcjami poznawczymi i zachowaniami motorycznymi w modelach zwierzęcych12,13. Ostatnie osiągnięcia umożliwiły zintegrowanie μECoG z optogenetyką i zapisami politrod laminarnych14,15,16,17,18,19,20, co pozwala na wieloskalowe badania sieci korowych i wypełnianie luki między aktywnością neuronalną w mikroskali i Dynamika kory mózgowej w skali makro21,22. Krytycznie, ponieważ sygnał μECoG jest bardzo podobny w modelach zwierzęcych ludzi i innych niż ludzie, użycie μECoG sprawia, że translacja wyników i ustaleń z modeli zwierzęcych na ludzi jest znacznie bardziej bezpośrednia23. W związku z tym podejścia integracyjne mają kluczowe znaczenie dla pogłębienia naszej wiedzy na temat obwodów neuronowych i dają nadzieję na opracowanie nowych interwencji terapeutycznych w zaburzeniach neurologicznych5,24,25.
W związku z tym pojawia się zapotrzebowanie na protokoły, które integrują tablice μECoG o dużej gęstości z zapisami laminarnymi i narzędziami optogenetycznymi, aby umożliwić wszechstronne, wieloskalowe badania przetwarzania korowego8,26. Aby wypełnić tę lukę, opracowaliśmy specjalnie zaprojektowane urządzenia μECoG wyposażone w 128 elektrod o niskiej impedancji o średnicy elektrody 40 μm i odstępach między elektrodami 20 μm na elastycznym, przezroczystym podłożu polimerowym (parylen-C i poliimid) z perforacjami między elektrodami, umożliwiającymi jednoczesny zapis μECoG i politrody laminarnej z manipulacjami optogenetycznymi13,22. Kluczowe aspekty tego eksperymentalnego protokołu obejmują: (i) kolumnową rozdzielczość przestrzenną i wielkoskalowe pokrycie aktywności kory mózgowej za pomocą macierzy μECoG o dużej gęstości; (ii) zdolność do zapisu z wielu warstw kory mózgowej za pomocą politrod laminarnych wprowadzanych przez siatkę μECoG; oraz (iii) włączenie technik optogenetycznych w celu selektywnej aktywacji lub zahamowania określonych populacji neuronów, umożliwiając w ten sposób przyczynową dyssekcję obwodów neuronalnych27,28,29. Konfiguracja o dużej gęstości pozwala na zapisy o wysokiej rozdzielczości przestrzennej, skutecznie zapewniając "kolumnowy widok" aktywności kory mózgowej, ponieważ poprzednie badania wykazały, że sygnały μECoG mogą rozdzielić aktywność w skali przestrzennej porównywalnej ze średnicą kolumny korowej gryzoni (~20 μm)11. Ta zintegrowana metodologia pozwala na jednoczesne wieloskalowe monitorowanie i manipulowanie aktywnością neuronalną, potencjalnie umożliwiając eksperymenty przyczynowe w celu określenia neuronalnych źródeł sygnałów μECoG, a także rozproszonego przetwarzania korowego. Aby osiągnąć te cele, w niniejszym manuskrypcie przedstawiono szczegółowe protokoły użycia matryc μECoG o dużej gęstości w dwóch kombinacjach.
Po pierwsze, opisujemy μECoG w połączeniu z manipulacją komórek piramidalnych warstwy 5 (L5) w pierwotnej korze somatosensorycznej myszy (S1). U myszy matryca μECoG jest umieszczana nadzębiowo (ze względu na chirurgiczną nieuleczalność durotomii u myszy). Światłowód jest umieszczony nad siatką lub połączony z soczewką w celu skupienia światła optogenetycznego na małym obszarze docelowym powierzchni kory mózgowej. Opisano tutaj strategię optogenetyczną hamowania neuronów pobudzających warstwy 5, ale można ją łatwo dostosować do dowolnej populacji neuronów wyposażonych w odpowiednią, specyficzną dla populacji, linię myszy wykazującą ekspresję Cre. Po drugie, opisujemy połączone zastosowanie μECoG z krzemowymi politrodami laminarnymi do jednoczesnego rejestrowania potencjałów elektrycznych powierzchni kory mózgowej (CSEP) i aktywności impulsowej pojedynczej jednostki z wielu neuronów w warstwach korowych z kory słuchowej szczura (A1). Matryca posiada perforacje między elektrodami, umożliwiające wprowadzanie wielokanałowych politrod laminarnych przez siatkę w celu rejestrowania aktywności neuronalnej w różnych warstwach kory mózgowej. Podczas zabiegu kraniotomii matryca μECoG jest umieszczana podstożkowo nad korą słuchową, a przez perforacje wprowadzana jest politroda laminarna. Sygnały neuronowe z sondy μECoG i sondy laminarnej są rejestrowane jednocześnie, próbkowane odpowiednio z częstotliwością 6 kHz i 24 kHz, przy użyciu systemu wzmacniacza optycznie połączonego z cyfrowym procesorem sygnałowym.

<table><tbody><tr><td>1 jednorazowe ostrze #11</td><td>Swann Morton</td><td>303</td><td>Do zabiegów chirurgicznych</td></tr><tr><td>2 jednorazowe ostrza #10</td><td>Swann Morton</td><td>3901</td><td>Do zabiegów chirurgicznych</td></tr><tr><td>Pręty klatkowe 30 mm</td><td>Elementy klatki</td><td>Thorlabs</td><td>ER</td></tr><tr><td>Płytka klatki 30 mm</td><td>Thorlabs</td><td>CP33T</td><td>trzymająca soczewki</td></tr><tr><td>70% etanolu</td><td>Decon Labs</td><td>V1016</td><td>Środek czyszczący / dezynfekujący (rozcieńczony do 70%)</td></tr><tr><td>Amalgambond PLUS Regulowany precyzyjny pędzel aplikacyjny turkusowy 200/Bx</td><td>Henry Schein</td><td>1869563</td><td>precyzyjny aplikator do cementu</td></tr><tr><td>Katalizator Amalgambond PLUS 0,7 ml Wzmacniacz</td> z <td>komponentem cementowym</td><td>Henry Schein</td><td>1861119</td></tr> (<tr><td>Tucker-Davis Technologies)</td><td>Tucker-Davis Technologies</td><td>PZ5M-512</td><td>Służy do stymulacji słuchowej i nagrywania oprogramowanie.</td></tr><tr><td>Ramię przegubowe</td><td>Noga</td><td>DG60103</td><td>do przytrzymywania systemu precyzyjnej regulacji</td></tr><tr><td>Soczewki asferyczne do zbierania światła (i jedna do skupiania światła)</td> <td>Thorlabs</td><td>ACL25416U-B</td><td>do zbierania światła LED</td></tr><tr><td>Sprzęt słuchowy</td><td>Tucker-Davis Technologies, Sony, Cortera</td><td>RP2.1 Ulepszony procesor czasu rzeczywistego/napęd słuchawkowy HB7</td><td>Służy do bodźców słuchowych i oprogramowania do nagrywania.</td></tr><tr><td>Buprenorfina</td><td>Sterylne Produkty LLC</td><td>#42023017905</td><td>Ogólna analgezja</td></tr><tr><td>C& B Cement bazowy Metabond Ea</td><td>Henry Schein</td><td>1864477</td><td>składnik cementowy</td></tr><tr><td>C& B Metabond L-Powder Cement bezbarwny 3 g&nbsp;</td><td>Henry Schein</td><td>1861068</td><td>składnik cementowy</td></tr><tr><td>Chlorowodorek chlorprotiksenu (mysz)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>Cat. Nie. C1671</td><td>Do sedacji należy przygotować tego samego dnia i przechowywać w 4</td></tr><tr><td>Specjalnie zaprojektowana 128-kanałowa mikroelektrokortykografia (&mu; ECoG) siatki</td><td>Neuronexus</td><td>E128-200-8-40-HZ64</td><td>Do zapisów neurofizjologicznych. Umieszczony na korze mózgowej.</td></tr><tr><td>Gąbki żelatynowe</td><td>Dengofoam Dengen dental</td><td>600034 (SKU)</td><td>mogą być używane na sucho lub na mokro, nasycone sterylnym roztworem chlorku sodu</td></tr><tr><td>Wiertło, rozmiar 5 do 9 (Mysz)</td><td>Fine Science Tools</td><td>19007-XX</td><td>XX to rozmiar wiertła np. 05 lub 09. Do zabiegów na myszach</td></tr><tr><td>WiertłoStalowe okrągłe wiertło (5,5 mm/7,5 mm)</td><td>LZQ Tools</td><td>Wiertło dentystyczne Wiertło ze stali nierdzewnej</td><td>Do zabiegów na szczurach</td></tr><tr><td>Kleszcze Dumont nr 5</td><td>Fine Science Tools</td><td>11251-10</td><td>Do zabiegów chirurgicznych</td></tr><tr><td>Pęseta Dumont #5 wygięta 45&deg;</td><td>Światowe instrumenty precyzyjne</td><td>14101</td><td>do usuwania okna kraniotomii</td></tr><tr><td>Odtwarzacz DVD (Sony)</td><td>Sony</td><td>CDP-C345</td><td>System służący do przyjmowania i odtwarzania zestawów bodźców</td></tr><tr><td>Głośnik elektrostatyczny</td><td>Sony</td><td>XS-162ES</td><td>Służy do oprogramowania do stymulacji słuchowej i nagrywania. Znajduje się w platformie, odtwarza dźwięk do uspokojonego gryzonia</td></tr><tr><td>Detergent enzymatyczny (Enzol)</td><td>Zaawansowane produkty do sterylizacji</td><td>2252</td><td>Środek czyszczący/dezynfekujący</td></tr><tr><td>EverEdge 2.0 Skaler Sierp Dwustronny H6/H7 #9 Henry</td><td>Schein</td><td>6011862</td><td>do szorowania czaszki</td></tr><tr><td>System precyzyjnej regulacji w 3 wymiarach</td><td>Narishige</td><td>U-3C</td><td>do precyzyjnego pozycjonowania końcówki</td></tr> <tr><td>światłowoduZłota szpilka</td><td>Harwin Inc</td><td>G125-1020005</td><td>Służy do odniesienia kontaktowego w myszy Przylutowany do srebrnego drutu</td></tr><tr><td>Kleszcze chwytające</td><td>Fine Science Tools</td><td>00632-11</td><td>Do zabiegów chirurgicznych</td></tr><tr><td>Isoflurane</td><td>Covetrus</td><td>11695067772</td><td>wymagają waporyzatora</td></tr><tr><td>Ketamina (wstrzyknięcie chlorowodorku) (szczur)</td><td>Dechra</td><td>17033-101-10</td><td>Dioda LED znieczulająca / przeciwbólowa</td></tr><tr><td></td><td>Nowa energia</td><td>LED XLAMP XPE2 NIEBIESKA PRAWA burta</td><td>Niebieskie źródło światła LED</td></tr><tr><td>Sterownik LED</td><td>Thorlabs</td><td>LEDD1B</td><td>Sterownik LED</td></tr><tr><td>Lidokaina</td><td>Covetrus</td><td>VINB-0024-6800</td><td>do rozcieńczenia do 1% w soli fizjologicznej</td></tr><tr><td>Meloksykam</td><td>Covetrus</td><td>6451603845</td><td>Przeciwzapalny stosowany w ogólnym znieczuleniu</td></tr><tr><td>Mikromanipulator</td><td>Narishige (Stereotaxic Rig)</td> <td>SR-6R + Komponenty SR-10R-HT</td><td>Służy do manipulowania ECoG i gryzoniami za pomocą precyzyjnych ruchów</td></tr><tr><td>Kleszcze nr 2</td><td>Narzędzia Fine Science Tools</td><td>91117-10</td><td>Do zabiegów chirurgicznych</td></tr><tr><td>Kleszcze nr 55</td><td>Narzędzia do nauki</td> pięknej <td>1129551</td><td>Do zabiegów chirurgicznych</td></tr><tr><td>Smar okulistyczny (sztuczne łzy)</td><td>Akorn</td><td>17478-062-35</td><td>Służy do ochrony oczu przed wysuszeniem podczas zabiegów</td></tr> <tr><td>chirurgicznychŚwiatłowód 200 i mikro; m Średnica rdzenia</td><td>Thorlabs</td><td>M133L02</td><td>Złącze FC/PC o długości 2 m</td></tr><tr><td>Pentobarbital (Rat)</td><td>Covetrus / Dechra</td><td>VINV-C0II-0008</td><td>Anestezja/Analgezjo-Platyna</td></tr><tr><td></td><td>Sigma</td><td>205915-250MG</td><td>Do zapisów neurofizjologicznych (Służy do galwanizacji styków na &mu; Siatki ECoG).</td></tr><tr><td>Powidon Jod 10%</td> <td>Betadine</td><td>https://betadine.com/medical-professionals/betadine-solution/</td> <td>bez numeru katalogowego ( nie detaliczny )</td></tr><tr><td>Detergent w proszku (Contrex AP)</td><td>Decon Labs</td><td>5204</td><td>Środek czyszczący / dezynfekujący</td></tr><tr><td>Wstępnie przycięta taśma do rurki tlenowej</td><td>ULINE (różni dostawcy)</td><td>S-14726</td><td>Służy do mocowania rurki tlenowej do stożka nosowego zestawu stereotaktycznego gryzonia</td></tr><tr><td>Rękojeść skalpela # 3</td><td>Światowe instrumenty precyzyjne</td><td>500236-G</td><td>do ostrzy # 10, #11 i #15</td></tr><tr><td>Skrobak</td><td>Fine Science Tools</td><td>1007516</td><td>Do zabiegów chirurgicznych</td></tr><tr><td>Krótkie igły 30 G</td><td>ExelInt</td><td>26437</td><td>Do zabiegów chirurgicznych i zastrzyków</td></tr><tr><td>Silver Wire</td><td>Warner Instruments</td><td>63-1319</td><td>Do zapisów neurofizjologicznych (Używany do uziemienia i jako elektroda odniesienia).</td></tr><tr><td>Sterylizowana sól fizjologiczna (0,9% chlorek sodu do wstrzykiwań)</td><td>Hospira</td><td>00409-7101-67 (NDC)</td><td>Do rozcieńczania wstrzykiwań i wymiany płynów ustrojowych</td></tr><tr><td>Stoelting Hopkins Bulldog</td><td>Fine Science Tools</td><td>10-000-481</td><td>Do zabiegów chirurgicznych</td></tr><tr><td>Środek do dezynfekcji powierzchni (Coverage Plus NDP Disinfectant)</td><td>Steris life science</td><td>638708</td><td>Środek czyszczący/dezynfekujący</td></tr><tr><td>Złącza TDT ZIF-clip do nabycia.</td><td>Tucker-Davis Technologies</td><td>ZIF-Clip Analogowe stopnie</td><td>czołowe Łączy ECoG z zewnętrznym sprzętem akwizycyjnym</td></tr><tr><td>Dwuzębny widelec trzymający</td><td>Tucker-Davis Technologies</td><td>Z-ROD128</td><td>Służy do łączenia zacisków TDT z mikromanipulatorem</td></tr><tr><td>Ksylazyna (Rat)</td><td>Covetrus</td><td>1XYL006</td><td>Znieczulenie/Środek przeciwbólowy</td></tr></tbody></table>

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

Multiscale Investigations of Cortical Processing by Integrating Laminar Polytrodes and Optogenetics with Micro Electrocorticography in Rodents

Elektrokortykografia (ECoG) jest metodologicznym pomostem między podstawową neuronauką a zrozumieniem funkcji ludzkiego mózgu w zdrowiu i chorobie. ECoG rejestruje sygnały neurofizjologiczne bezpośrednio z powierzchni kory mózgowej w milisekundowej rozdzielczości czasowej i kolumnowej rozdzielczości przestrzennej w dużych obszarach tkanki korowej jednocześnie, dzięki czemu jest wyjątkowo przystosowany do badania zarówno lokalnych, jak i rozproszonych obliczeń korowych. W tym miejscu opisujemy konstrukcję niestandardowych urządzeń mikro-ECoG (μECoG) o dużej gęstości i ich zastosowanie w dwóch procedurach. Siatki te mają 128 elektrod o niskiej impedancji w odstępach 200 μm, wykonanych na przezroczystym podłożu polimerowym z perforacją między elektrodami; cechy te umożliwiają jednoczesny zapis μECoG z zapisem politrody laminarnej i manipulacjami optogenetycznymi. Po pierwsze, przedstawiamy protokół połączonego znieczulenia zewnątrzoponowego μECoG przez korę somatosensoryczną wąsów myszy z optogenetyczną manipulacją określonych genetycznie zdefiniowanych typów komórek korowych. Pozwala to na przyczynową analizę różnych wkładów różnych populacji neuronów w przetwarzanie sensoryczne, przy jednoczesnym monitorowaniu ich specyficznych sygnatur w sygnałach μECoG. Po drugie, przedstawiamy protokół ostrych eksperymentów w celu rejestrowania aktywności neuronalnej z kory słuchowej szczura za pomocą siatek μECoG i politrod laminarnych. Pozwala to na szczegółowe mapowanie topograficzne reakcji neuronalnych wywołanych czuciowo na powierzchni kory mózgowej jednocześnie z nagraniami z wielu jednostek nerwowych rozmieszczonych na głębokości kory mózgowej. Protokoły te umożliwiają eksperymenty, które charakteryzują rozproszoną aktywność kory mózgowej i mogą przyczynić się do zrozumienia i ewentualnych interwencji w przypadku różnych zaburzeń neurologicznych.

Opisaliśmy protokoły rejestracji sygnałów elektrokortykograficznych w połączeniu z metodami optogenetycznymi oraz rejestracjami laminarnymi. Przedstawiono tutaj typowe sygnały uzyskane z kory somatosensorycznej myszy (Rysunek 1, Rysunek 2 oraz Rysunek 3) oraz z kory słuchowej szczurów w odpowiedzi na stymulację sensoryczną (Rysunek 4, Rysunek 5 oraz Rys...

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

Electrocorticography (ECoG) is a methodological bridge between basic neuroscience and understanding human brain function in health and disease. ECoG ...

W jaki sposób laboratoria badają, w jaki sposób aktywność mózgu powoduje powstawanie funkcji, takich jak percepcja i poznanie, używając ECOG i innych narzędzi do łączenia lokalnej aktywności neuronalnej z sygnałami korowymi w szerszej skali.Zewnątrzkomórkowe zapisy kolców w obrazowaniu dwufotonowym są wykorzystywane do pomiaru aktywności populacji, ale ECOG jest jedną z niewielu technik dostępnych zarówno u ludzi, jak i do podstawowych badań na zwierzętach.Aktywność mózgu obejmuje wiele skal przestrzennych i czasowych. Żadna metoda sygnałowa nie rejestruje ich wszystkich naraz, ale ECOG ma wystarczającą rozdzielczość czasową i przestrzenną dla wielu krytycznych pytań.Nasz protokół wypełnia kluczową lukę, łącząc ECOG z lokalnymi zapisami i optogenetyką, skutecznie dostarczając informacji w mikroskali z mezoskalowych sygnałów powierzchni kory mózgowej.Nasze odkrycia rozszerzą zastosowanie ECOG jako części multimodalnych paradygmatów eksperymentalnych do badania podstawowych zasad organizacji kory nowej i ujawnienia biomarkerów określonych funkcji kory mózgowej u ludzi.[Instruktor] Na początek połóż znieczuloną mysz na łóżku chirurgicznym i użyj pęsety, aby podnieść punkt na skórze nad czaszką. Następnie za pomocą nożyczek chirurgicznych wyciąć fragment skóry o średnicy około jednego centymetra. Za pomocą skrobaka usuń tkankę łączną i okostną z górnej części czaszki. Spłucz czaszkę solą fizjologiczną. Następnie użyj zestawu wierteł chirurgicznych o niskiej prędkości, aby wywiercić otwór na zadziory w przedniej części półkuli ipsilateralnie do nagranego obszaru. Wywierć płytki rów na obwodzie, aby zdefiniować kontur kraniotomii. Gdy czaszka zostanie przerzedzona do punktu, w którym bardzo lekki nacisk powoduje widoczne drganie całego okna, usuń przerzedzoną część. Regularnie stosuj roztwór soli fizjologicznej i używaj gąbki hemostatycznej, aby utrzymać nawilżenie mózgu. Teraz włóż srebrny drut referencyjny na około jeden milimetr do otworu w zadziorach, tak aby stykał się z powierzchnią mózgu, nie powodując krwawienia. Po wszczepieniu pałąka na głowę umieść zwierzę w konfiguracji nagrywania. Teraz przymocuj siatkę mikroelektrokortykograficzną do sceny czołowej za pomocą złączy zaciskowych o zerowej sile wkładania. Przytrzymaj płytkę elektroniczną headstage na miejscu za pomocą mechanicznego pręta przymocowanego do mikromanipulatora. Obniż siatkę mikroelektrokortykografii poziomo, aby wyrównać płasko nad kraniotomią wzdłuż osi przednio-tylnej. Gdy siatka znajdzie się blisko mózgu, nie dotykając go, przymocuj drut odniesienia siatki do wszczepionego złotego szpilki z srebrnego drutu. Następnie obniż siatkę jeszcze bardziej, aby nawiązać kontakt z mózgiem. Przesuń siatkę na boki, aby przesunąć się po wilgotnej powierzchni opony twardej i kontynuuj regulację, aż zostanie wyśrodkowana wzdłuż osi przyśrodkowej. Użyj aspiracji lub gąbki chirurgicznej wokół krawędzi kraniotomii, aby usunąć nadmiar roztworu soli fizjologicznej. Gdy preparat będzie nieco bardziej suchy, sprawdź, czy siatka mocniej przylega do opony twardej i nie przesuwa się. Zastosuj ruch boczny do przyśrodkowego do siatki, aby zapewnić kontakt z najbardziej bocznymi elektrodami, podczas gdy siatki wygina się, aby dopasować się do konturu mózgu. Obserwuj aktywność elektrofizjologiczną za pomocą oprogramowania rejestrującego. W lekkim znieczuleniu monitoruj zmienne wzorce sygnałów mózgowych. Upewnij się, że przewody sieciowe, odniesienia i uziemienia są prawidłowo podłączone, aby uzyskać wysoki stosunek sygnału do szumu. Użyj oprogramowania Trodes z filtrowaniem pasmowo-przepustowym w zakresie od 300 do 6 000 Hz, aby monitorować szum w zakresie wysokich częstotliwości i upewnić się, że pozostaje on w granicach kilkudziesięciu mikrowoltów. Oceń reakcję sensoryczną, generując bodźce dźwiękowe, takie jak klaskanie lub pstrykanie palcami, i obserwuj odpowiednie potencjały elektryczne powierzchni kory mózgowej. Włącz światło optogenetyczne o niskiej intensywności, aby poprowadzić źródło światła i pomóc ustawić światłowód, a następnie użyj ramienia przegubowego, aby z grubsza ustawić światło optogenetyczne w kierunku obszaru docelowego. Ustaw ostrość i dostosuj położenie światłowodu za pomocą mikromanipulatora lub precyzyjnej regulacji przed nagraniem sygnałów. Aby wyczyścić siatkę, jeśli mózg jest suchy, nałóż małą kroplę soli fizjologicznej na powierzchnię mózgu za pomocą strzykawki i pozostaw ją na 30 sekund do jednej minuty przed podniesieniem siatki. Pracując pod mikroskopem, delikatnie podnieś siatkę z powierzchni mózgu za pomocą mikromanipulatorów. Zlokalizowaną odpowiedź elektrokortykograficzną zaobserwowano około 10 milisekund po stymulacji pojedynczymi wąsami, ze szczytowymi amplitudami ugięcia około jednego miliwolta. Najsilniejsza odpowiedź elektrody została wywołana przez stymulację odpowiadającego jej wąsa, podczas gdy słabszą reakcję lub brak reakcji zaobserwowano w przypadku bardziej odległych wąsów. Hamowanie optogenetyczne prowadziło do tłumienia wywołanej wąsami odpowiedzi korowej tylko u zwierząt wyrażających opsyny hamujące. Artefakty optoelektryczne pojawiły się dopiero na początku i przesunięciu pięciosekundowej stymulacji impulsem świetlnym przy użyciu światłowodu o dużej średnicy. Światłowód o długości jednego milimetra wytwarzał duży artefakt świetlny na siatce mikroelektrokortykografii, podczas gdy światłowód o długości 200 mikrometrów znacznie zminimalizował ten artefakt. Zapisy mikroelektrokortykografii u szczurów wykazały silne reakcje słuchowe, ze szczytową odpowiedzią około 25 do 30 milisekund po bodźcu. Wysokie i bardzo wysokie szczyty aktywności gamma i wielojednostkowej zaobserwowano w spektrum częstotliwości wywołanej odpowiedzi, przy czym dominującą składową była wysoka gamma. Wykonano mikroelektrokortykografię wraz z zapisami sondą laminarną. W nagraniach politrodowych wykryto wyraźne przebiegi szczytowe, pokazujące wyraźny kształt fali w wielu kanałach. Wykresy amplitudy odpowiedzi częstotliwościowej z powierzchniowych elektrod mikroelektrokortykograficznych ściśle pasują do wykresów z elektrod laminarnych z politrody na całej głębokości, wykazując spójne strojenie słuchowe. Mapa tonotopowa o wysokiej rozdzielczości wygenerowana na podstawie wysokich sygnałów gamma ujawniła funkcjonalną organizację pól korowych słuchowych, w tym obszarów pierwotnych, tylnych i brzusznych.

multiscale-investigations-cortical-processing-integrating-laminar

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Neuronauka

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

Opisujemy procedury przygotowania oraz rejestracji elektrofizjologicznej z plastrów mózgu, które zachowują oś grzbietowo-brzuszną przyśrodkowej kory entorynalnej (MEC). Ponieważ neuronalne kodowanie lokalizacji wykazuje organizację grzbietowo-brzuszną w obrębie MEC, procedury te ułatwiają badanie mechanizmów komórkowych istotnych dla nawigacji i pamięci.

Przygotowanie przekrojów parasagitalnych do badania organizacji grzbietowo-brzusznej przyśrodkowej kory entorynalnej gryzoni

Opisano procedurę optogenetycznej manipulacji aktywnością neuronów piramidowych kory mózgowej przy jednoczesnym monitorowaniu elektroencefalogramu, elektromiogramu oraz stężenia mleczanu w mózgu. Rejestracje eksperymentalne są przeprowadzane u myszy z podłączonymi przewodami podczas spontanicznych cykli snu i czuwania. Sprzęt do optogenetyki został zbudowany w naszym laboratorium; sprzęt pomiarowy jest dostępny w sprzedaży.

Symultaniczna elektroencefalografia, pomiar stężenia mleczanu w czasie rzeczywistym i optogenna manipulacja aktywnością neuronalną w korze mózgowej gryzoni

Ten film demonstruje procedurę badania efektywności synaptycznej w bocznej korze śródwęchowej (LEC) poprzez optogenetyczną stymulację aksonów przyśrodkowej kory przedczołowej (mPFC) i rejestrowanie odpowiedzi neuronów piramidowych w LEC. Metoda ta łączy zapisy patch-clamp z aktywacją synaptyczną przez stymulację światłem w celu zbadania plastyczności synaptycznej.

Stymulacja optogenetyczna i elektrofizjologiczny zapis zdarzeń synaptycznych w wycinkach mózgu szczura

Tutaj prezentujemy procedurę wykonywania wielkoskalowego obrazowania Ca2+ z rozdzielczością komórkową w wielu warstwach kory mózgowej u swobodnie poruszających się myszy. Setki aktywnych komórek można obserwować jednocześnie za pomocą miniaturowego mikroskopu montowanego na głowie w połączeniu z wszczepioną sondą pryzmatyczną.

Wielowarstwowe obrazowanie kory Ca2+ u swobodnie poruszających się myszy z sondami pryzmatycznymi i zminiaturyzowaną mikroskopią fluorescencyjną

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

Opracowaliśmy technikę, która jednocześnie rejestruje zarówno elektrokortykografię, jak i lokalne potencjały pola w odpowiedzi na nocyceptywne bodźce laserowe od swobodnie poruszających się szczurów. Technika ta pomaga ustalić bezpośredni związek sygnałów elektrokorowych na poziomie mezoskopowym i makroskopowym, co ułatwia badanie nocyceptywnego przetwarzania informacji w mózgu.

Jednoczesne zapisy lokalnych potencjałów pola korowego i elektrokortykogramy w odpowiedzi na nocyceptywne bodźce laserowe od swobodnie poruszających się szczurów

Tutaj prezentujemy protokół opisujący transdukcję wirusa w dyskretnych obszarach mózgu za pomocą konstruktów optogenetycznych, które umożliwiają specyficzną dla synaps charakterystykę elektrofizjologiczną w ostrych wycinkach mózgu gryzoni.

Ex vivo Badanie optogenetyczne transmisji synaptycznej dalekiego zasięgu i plastyczności od przyśrodkowej kory przedczołowej do bocznej kory śródwęchowej

Po zintegrowaniu z płytą czołową i konstrukcją optyczną kompatybilną zarówno z mikroskopami jedno-, jak i dwufotonowymi, soczewka mikropryzmatyczna daje znaczącą przewagę w pomiarze odpowiedzi neuronalnych w pionowej kolumnie w różnych warunkach, w tym w dobrze kontrolowanych eksperymentach w stanach skupienia na głowie lub naturalnych zadaniach behawioralnych u swobodnie poruszających się zwierząt.

Długoterminowe obrazowanie zidentyfikowanych populacji neuronów za pomocą mikropryzmatów u zwierząt swobodnie poruszających się i z unieruchomioną głową

Tutaj używamy HD-MEA, aby zagłębić się w dynamikę obliczeniową dużych zespołów neuronalnych, szczególnie w hipokampie, obwodach opuszki węchowej i ludzkich sieciach neuronowych. Uchwycenie aktywności czasoprzestrzennej w połączeniu z narzędziami obliczeniowymi zapewnia wgląd w złożoność zespołu neuronalnego. Metoda ta pomaga lepiej zrozumieć funkcje mózgu, potencjalnie identyfikując biomarkery i metody leczenia zaburzeń neurologicznych.

Rejestrowanie i analizowanie multimodalnej dynamiki zespołów neuronalnych na zintegrowanej z CMOS matrycy mikroelektrod o dużej gęstości

Opracowaliśmy uproszczone i opłacalne podejście do produkcji elektrod i przeprowadziliśmy zapisy sygnałów w wielu regionach u swobodnie poruszających się myszy. Wykorzystanie optogenetyki, wraz z elektrofizjologią wieloregionalną i rejestracją sygnału wapnia, umożliwiło ujawnienie aktywności neuronalnej w różnych regionach w modelu rozpalania napadów.

Zintegrowana metoda tworzenia elastycznych i wygodnych optymór elektrofizjologicznych do wieloregionalnego zapisu in vivo

Poznaj metodę µECoG w połączeniu z politrodami laminarnymi i optogenetyką do badania aktywności kory mózgowej u gryzoni. Technika ta umożliwia analizę sygnałów neuronalnych z wysoką rozdzielczością czasową i przestrzenną.

Wieloskalowe badania przetwarzania kory mózgowej poprzez integrację politrod laminarnych i optogenetyki z mikroelektrokortykografią u gryzoni (Wideo) | JoVE Journal

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

Przeglądaj więcej filmów