Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Neuroscience

L'examen de transformation réseau local en utilisant l'enregistrement multi-contact d'électrode laminaire

Published: September 8, 2011 doi: 10.3791/2806

Summary

Une question fondamentale dans notre compréhension des circuits corticaux est de savoir comment les réseaux dans différentes couches corticales codent l'information sensorielle. Ici, nous décrivons des techniques électrophysiologiques utilisant des électrodes laminaires multi-contact pour enregistrer une seule des unités et des potentiels de champ local et des analyses actuelles afin d'identifier les couches corticales.

Abstract

Couches corticales sont omniprésents dans les structures néocortex 1-4 ​​qui se composent de très récurrente des réseaux locaux. Ces dernières années, des progrès significatifs ont été réalisés dans notre compréhension des différences dans les propriétés de réponse des neurones dans les différentes couches corticales 5-8, mais il reste encore beaucoup à apprendre si et comment les populations neuronales coder les informations spécifiques à un laminaire manière.

Existants multi-électrodes techniques de tableau, bien instructif pour mesurer les réponses à travers plusieurs millimètres d'espace cortical le long de la surface corticale, sont impropres à l'approche de la question des circuits corticaux laminaire. Ici, nous présentons notre méthode de création et d'enregistrement des neurones individuels et potentiels de champ locaux (LFPs) à travers les couches corticales du cortex visuel primaire (V1) en utilisant des électrodes laminaires multi-contact (figure 1; Plextrode U-Probe, Inc Plexon).

Les méthodes de construction sont inclus appareil d'enregistrement, l'identification des couches corticales, et l'identification des champs récepteurs des neurones individuels. Pour identifier les couches corticales, on mesure le potentiel de réponse évoquée (ERP) de la LFP séries chronologiques en utilisant plein champ stimulus flashé. Nous effectuons ensuite source de courant de densité (CDD) analyse pour identifier les inversions de polarité accompagnés par la configuration du puits-source à la base de la couche 4 (l'évier est à l'intérieur la couche 4, ci-après dénommée couche granulaire 9-12). Source de courant de densité est utile car il fournit un indice de l'emplacement, l'orientation et la densité du flux transmembranaire actuelle, nous permettant de positionner précisément les électrodes pour enregistrer à partir de toutes les couches dans une seule pénétration de 6, 11, 12.

Protocol

1. NAN microdrive de construction

Nous utilisons les U-Probe en combinaison avec le système d'entraînement NAN électrode. La construction de ce système nécessite 2-3 heures, mais une fois construit, il est très simple à modifier. Nous commençons par l'assemblage de la tour NAN, qui comprend une base de 4 canaux (figure 2a), la chambre de NAN (figure 2b), la grille avec une distance mm (figure 2c), 1-4 microdrives vis (figure 2d), une -4 tubes de guidage (figure 2e, 500 pm de diamètre et coupé à environ 5-7 cm), et 1-4 tours Microdrive (figure 2f). Pour plus de simplicité, nous allons décrire la procédure à suivre pour la construction du système NAN avec une tour et un U-Probe. Après une formation, cette procédure prend généralement 2-3 heures si tous les matériaux sont disponibles.

  1. Pour construire l'assemblée NAN disque électrode, l'assemblage première mesure tous les outils et pièces que vous aurez besoin (par exemple, les tubes de guidage, le fil guide, un ensemble complet Dremil, des outils et des pièces NAN et le U-sonde). Mesurer les tubes de guidage de sorte lorsqu'il est attaché à l'appareil d'enregistrement, ils sont assez longues pour se reposer au sommet de la durée sans l'endommager.
  2. Pour construire l'assemblée NAN disque électrode, d'abord mesurer la profondeur de la chambre d'enregistrement. Ensuite, coupez les tubes de guidage avec la longueur mesurée d'environ 5-7 cm. En coupant les tubes de guidage, il faut veiller à ce qu'aucun des fragments métalliques pénètrent à l'intérieur du tube. Utilisez un fil rigide plus petite que le diamètre intérieur du tube de guidage pour enlever tous les fragments de métal à l'intérieur du tube.
  3. Ensuite, placez la grille dans la base NAN NAN. Serrer la vis de serrage et vis de la grille. Une fois la base et la grille sont sécurisés, d'identifier la région d'enregistrement des intérêts et de faire avancer le tube guide au travers du fond de la grille de NAN.
  4. Passez le tube guide à travers la grille jusqu'à ce qu'il soit environ 1-2 mm en dehors de la chambre de NAN. Une fois le tube de guidage est à la position désirée, commencer l'assemblage du NAN microdrive tour.
  5. Sur chaque tour NAN microdrive il ya deux pinces - un moteur entraîne la pince supérieure, tandis que la pince de fond peut être soit fixe à la place ou en vrac. Fixer la pince haut vers le tube de renfort de l'U-Probe. Fixez le collier inférieur au tube de guidage et d'appliquer une petite quantité de colle pour fixer le tube de guidage en place. Ce système est à la fois plus stable et plus précis en raison des deux colliers qui sont attachés au tube de renfort de l'U-Probe.
  6. Alignez soigneusement la pointe de l'U-Probe avec le haut du tube de guidage et de passer le U-sonde à travers le tube de guidage jusqu'à ce que vous pouvez sécuriser la tour à la base de la NAN. Ajustez la position tour avec la vis afin qu'il n'y ait pas de tension a été ajoutée le U-Probe ou tube de guidage.

2. U-Probe de stérilisation

L'électrode laminaire ou Plextrode U-Probe est acheté à Plexon Inc et est disponible à un prix d'environ $ 2000 - $ 4000. Le prix dépend de trois aspects principaux: le nombre de sites de contact, la configuration des sites, et le diamètre de chaque site. Nous utilisons actuellement la version 16 canaux avec une configuration linéaire et d'un diamètre de contact de 25 um. Fait important, l'épaisseur de l'U-Probe est directement liée au diamètre de contact. Dans nos expériences, nous avons toujours utilisé les contacts de diamètre 25 um, qui est égale à un micron d'épaisseur 360. Le coût actuel pour notre modèle de la version est d'environ $ 3500 dollars. Le U-Probe est emballé dans un étui d'électrodes avec des cavaliers et de fil de terre et les délais d'achat à la livraison est d'environ 4-6 semaines.

  1. Placez le système de la NNA à la base du cylindre et de connecter les câbles du moteur aux tours correspondant. Si vous utilisez plusieurs tours attaches de couleur sont utilisés pour aider à distinguer entre les câbles du moteur et des tours.
  2. Utilisation du logiciel NAN, progresser à l'U-Probe, soit définir une position cible qui avance automatiquement le U-Probe à cet endroit ou en cliquant sur 'Down' sur l'interface du logiciel NAN. Faire progresser le U-Probe de telle sorte que, au minimum 10 mm de la pointe est à travers le tube de guidage après la fin de la chambre de NAN.
  3. Pour stériliser le U-Probe, le placer dans MetriCide Activé dialdéhyde solution pour 20-30 minutes avant de fixer la base NAN à la chambre d'enregistrement implanté. Après cela, rincez la base des U-Probe et NAN avec de l'eau stérile.
  4. Zéro les emplacements logiciels NAN en rétractant le U-Probe pour que la pointe est juste à l'intérieur du tube de guidage. Dans le logiciel NAN, cliquez zéro toutes les positions.
  5. Fixez la base NAN à la chambre d'enregistrement implanté et serrer les quatre vis. Ensuite, aligner la base selon un axe qui est sur le côté de la chambre d'enregistrement. Serrez les quatre vis et assurez-vous que la base de NAN est solidement attaché à la chambre d'enregistrement.

3. Vers l'U-Probe pour l'enregistrement

Étant donné que la force et l'épaisseur de durée est très variable entre les sujets, nous avons mis en place une procédure générale pour faire avancer le U-Prosoit en utilisant le système NAN microdrive. Surtout, chaque U-Probe est livré avec une analyse détaillée de l'impédance de chaque contact et le garde général de l'U-Probe. Nous avons utilisé des électrodes dont les contacts impédances allant 0,3 à 0,5 MQ. Actuellement, il ya un testeur d'impédance disponibles à l'achat d'Plexon mais malheureusement, au moment de nos enregistrements ce dispositif n'était pas disponible. En conséquence, nous avons été incapables d'effectuer une analyse détaillée de l'impédance.

  1. Le U-Probe est laissée flottante (a un fil attaché cavalier sur les connecteurs en bas). Headstages sont sécurisés au connecteur U-Probe et l'amplificateur de câbles sont connectés et la terre.
  2. L'avancement initial d'environ 1-2 mm devrait être à la fois rapide et forte. Réglez le paramètre de vitesse dans la gamme de 0,1 - 0,2 mm / sec et l'étape de profondeur à 0,2 - 0,3 mm. Ces valeurs feront en sorte que le U-Probe est capable de perforer la durée proprement et c'est une première étape importante dans l'enregistrement.
  3. Une fois à travers la dure-mère, de réduire la vitesse à 0,050 -0.1 mm / sec et de réduire la profondeur de l'étape à 0,05 - 0,1 mm. L'objectif est de faire progresser le U-Probe aussi lisse que possible et lent telle qu'aucun tissu est endommagé. Une des indications que la sonde est entrée dans le cerveau est un changement dans l'amplitude de la LFP accompagnée d'une réduction du niveau de bruit (Superposition de texte: le potentiel de champ local).
  4. Pour vérifier que l'électrode est couvrant toutes les couches corticales, mesurent la variation d'amplitude en réponse au stimulus plein champ blanc flash. Les changements dans l'amplitude LFP dans le temps sous-tendent l'analyse de la réponse des potentiels évoqués. Cette analyse fournit la base pour identifier les couches corticales.

4. Identification et vérification des couches corticales

Nous avons mis en place une procédure pour identifier les couches corticales à l'aide d'un potentiel réponse évoquée (ERP) de paradigme et source de courant de densité (CDD) d'analyse. Nous nous sommes appuyés sur les CDD, car elle fournit un indice de l'emplacement, l'orientation et la densité du flux transmembranaire actuelle, nous permettant de positionner précisément les électrodes pour enregistrer à partir de toutes les couches d'une pénétration unique. En effet, Charles Schroeder et ses collègues ont déjà combinée d'enregistrement laminaire, microlesion, et la reconstruction histologique de valider l'efficacité de la méthode ERP / CDD dans l'identification fonctionnelle de couches corticales en V1 9-12. D'autres méthodes utilisant les oscillations générées spontanément ont été utilisées pour identifier la profondeur corticale corticales telles que les broches et haut / bas états 13-15.

Pour cette analyse, nous utilisons la boîte à outils pour MATLAB ICSD, qui calcule la CDD en fonction de la dérivée deuxième spatiale de la LFP de séries chronologiques sur les contacts équidistants de l'U-Probe ( http://software.incf.org/ logiciel / csdplotter / home ) 9,10,16,17.

  1. Afin d'identifier les couches corticales, mesurer le potentiel de réponse évoquée lors d'une tâche fixation passive tout en exposant l'objet d'un écran plein champ noir qui clignote en blanc pour 100 ms, puis retourne au noir. Cette séquence constitue une épreuve qui se répète 200 fois.
  2. L'Acquisition Processor Plexon multicanal enregistre tous les signaux de données en continu directement à l'ordinateur d'enregistrement grâce à un conseil de National Instruments PCI. Une fois les données sauvegardées, commencer le traitement des signaux pour l'analyse de la densité de courant-source.
  3. Utilisez la correction logicielle fournie par FPAlign Plexon de corriger les retards dans les signaux LFP induite par les filtres de la headstages et la pré-amplification planches.
  4. A ce point les données sont transférées à MATLAB avec Neuroexplorer. Chaque canal est filtré LFP utilisant des filtres passe-haut et bas avec fréquences de coupure de 0,5 Hz et 100 Hz. Après chaque contact des électrodes a été filtré, identifier chaque procès et moyenne dans les essais pour obtenir la LFP dire des séries chronologiques pour chaque contact de l'électrode. Puis, d'organiser chaque contact dans une matrice avec une amplitude LFP comme une fonction du temps.
  5. Exécutez le (Superposition de texte: source de courant de densité) ICSD toolbox dans MATLAB en tapant CSDplotter dans l'espace. Étant donné que la fréquence d'échantillonnage en continu des données est de 1 kHz, réglez le paramètre dt à 1 ms. Ensuite, réglez la valeur de conductivité corticales à 0,4 S / m (ce qui correspond approximativement à la densité de source de courant en unités de nanoampères par millimètre cube) et le changement de position de l'électrode comme un vecteur de [0.1:0.1:1.6] afin de refléter le nombre de contacts. Lorsque tous les paramètres ont été insérées cliquez sur 'Run This ".
  6. Voir le profil CDD dans l'interface CSDplotter et le coller à une nouvelle figure. Les fonctions communes dans MATLAB telles que imagesc peut être utilisé pour tracer le profil de la couche, et les algorithmes de lissage et de diverses routines de normalisation peut être appliquée pour représenter les données CDD et en comparant l'identification couche travers heureset des sessions.
  7. Pour identifier l'inversion de polarité accompagnés par la configuration du puits-source à la base de la couche 4, d'abord, vérifiez la présence d'un évier principal dans la couche granulaire en utilisant le profil laminaire CDD. Localisez l'évier conduit polarité négative dans le complot de la CDD. Ensuite, calculer le centre de masse de l'évier granulaire.
  8. Un centroïde est obtenu à partir de l'analyse, composé du nombre de contact et l'heure où l'évier était le plus important. Le contact avec le dissipateur centroïde sert de référence à 0 couche granulaire um. Analyser l'ensemble des contacts ci-dessus et en dessous de la référence et de les regrouper dans une des trois couches possibles: supragranular, granuleux, et infragranular.
  9. Valider l'évier granulaires en mélangeant les positions d'électrode de quitter le domaine temporel inchangé. Après brassage de la matrice de la CDD, calculer l'analyse de centroïde à nouveau. Shuffling contacts des électrodes en fonction de la profondeur corticale devrait détruire toute spécificité laminaire.

5. Identification des neurones individuels et la cartographie de terrain réceptif

Nous avons eu beaucoup de succès avec l'isolement et l'enregistrement de plusieurs unités simples de l'U-Probe. Sur un enregistrement en général, on peut s'attendre à avoir 60 à 10 unités bien isolées et 14-16 locales signaux potentiels sur le terrain. Pour trouver des unités simples est aussi plus fiable avec le U-Probe comparativement aux électrodes unique. Même si l'on devait utiliser tout le matériel nécessaire à l'avance précisément 16 électrodes, ils ne seraient pas en mesure d'explorer les populations réseau en fonction des couches corticales plus précisément avec le U-Probe. Enfin, nous avons généralement pouvez enregistrer avec le même U-Probe pour les pénétrations 30-40.

  1. Pour trouver des champs réceptifs, commençons par présenter un stimulus corrélation inverse sur le moniteur, où les champs sont potentiellement réceptifs situés. Le stimulus est composé de quatre grilles d'orientation à 0, 45, 90 et 135 degrés.
  2. Effectuer l'analyse typologique des cartes pour localiser cadence de tir du champ réceptif. Premièrement, calculez maximale endroits cadence de tir et leur centroïde pour chaque temps de retard. Ensuite, calculer les distances entre le centroïde et ces endroits taux maximum de tir. Calculer des cartes de mise à feu des taux à chaque emplacement spatial pour retards de conduction entre 40 - 120 ms à des intervalles de 5 ms pour chaque neurone de façon indépendante.
  3. Trouver la distance totale entre le centroïde et les points entourant le taux maximal de tirer sur toutes les temporisations. Le champ récepteur est à la temporisation qui minimise cette distance.
  4. Une fois un champ récepteur se trouve dans chaque cellule, présente un stimulus corrélation inverse plus grand que tous les emplacements champ récepteur se chevauchent tous les champs réceptifs dans la population enregistrée. Un tracé en temps réel la fréquence de décharge peut être utilisé pour déterminer si les emplacements corrects champ récepteur ont été identifiés.
  5. Enfin, enlever des unités simples qui changent brusquement de leurs réponses et ne garder que des unités avec la stabilité des taux de tir pour une analyse ultérieure. En outre, sélectionner des sites d'enregistrement avec le meilleur rapport signal sur bruit.

6. Les résultats représentatifs: Enregistrements des unités uniques et LFPs travers les couches corticales du cortex visuel primaire

Une des étapes les plus importantes dans l'analyse en utilisant des électrodes laminaires est d'identifier de manière fiable les couches corticales et de vérifier cette identification à travers de nombreuses heures et les séances. Ainsi, nous avons mesuré les potentiels réponse évoquée (ERP) de LFPs travers des contacts laminaire en réponse à un stimulus plein champ flashé (figure 3a). Figure 3b donne un exemple du type d'information que l'on doit obtenir afin de calculer la densité de courant-source (CDD) pour identifier les couches corticales. Nous avons ensuite utilisé l'analyse de la LFP CDD séries chronologiques afin d'identifier l'inversion de polarité accompagnés par la configuration du puits-source à la base de la couche 4. La figure 4a illustre l'analyse CDD en localisant les couches corticales travers la profondeur corticale en fonction du temps - la position de supragranular (SG), granulés (G) et infragranular (IG) est resté stable, même les couches quatre heures après la session d'enregistrement a commencé. Figure 4b contient des traces CDD, qui représentent la moyenne de ces contacts attribué à une couche donnée - dans cet exemple, la couche granulaire subit une nette diminution des CDD amplitude à ~ 50 ms. Cette analyse a servi de référence pour attribuer les contacts des électrodes au-dessus et en dessous de la couche granulaire aux couches supragranular et infragranular, respectivement (le contact avec le plus grand puits de centre de masse a servi de référence à la couche granulaire 0 m).

Une autre analyse critique en utilisant l'électrode laminaire est d'identifier et de localiser précisément le champ des neurones réceptifs. Cette procédure est indispensable pour le positionnement de la relance pour générer la réponse la plus robuste des neurones. La figure 5a est un exemple de deux parcelles de terrain réceptif des neurones dans visuel primaire Cortex (V1). L'origine de ces parcelles est le point de fixation, qui est un petit cercle blanc apparaît au centre sur un écran d'ordinateur noir. La couleur de ces parcelles représente la cadence de tir de chaque neurone en réponse à un stimulus corrélation inverse dynamique. Nous utilisons cette information à la position du stimulus pour une expérience donnée (par exemple une onde sinusoïdale caillebotis). Stimuli qui sont présentés sont plus grandes que la taille moyenne des champs récepteurs afin d'englober endroits champ récepteur de tous les neurones enregistrés simultanément.

Après nous identifions les couches corticales et de la position du stimulus dans l'emplacement du champ réceptif optimale, nous pouvons procéder au protocole expérimental dans lequel nous présentons divers stimuli visuels tandis que l'animal exécute des tâches soit la fixation ou la discrimination. Après l'expérience, nous effectuons nos pointes de forme d'onde d'analyse afin d'isoler les unités mono-, nous avons pu enregistrer la même chaîne. Cette procédure prend souvent un certain temps à maîtriser et est constamment amélioré en tant que logiciel d'analyse et de nouvelles techniques sont mises à disposition. La figure 5b est un exemple du type de la sortie on pouvait s'y attendre après l'utilisation de trieuse Hors Plexon. L'utilisation de ce logiciel, les appareils d'isolation unique est effectué par une inspection visuelle. Groupes distincts sont identifiés sur la base du poids de la première et deuxième composantes principales, la largeur pic, vallée, et les propriétés de pointe.

Figure 1
Figure 1. Électrodes laminaires multi-contact en utilisant des électrodes laminaires multi-contact, nous avons enregistré simultanément l'activité de dopage à partir isolés neurones individuels et d'unités LFP travers les couches corticales de V1. Chaque U-Probe se compose de 16 contacts des électrodes équidistantes (100 um) couvrant une longueur totale de 1,6 mm. Chaque contact des électrodes est de 25 m de diamètre et est composé de platine iridié.

Figure 2
Figure 2. NAN NAN La construction de la grille microdrive système offre plus de stabilité et de précision sur le classique à vis axée microdrive. Chaque groupe d'électrodes est indépendante manipulée dans les plans XY, au sein d'un utilisateur défini la plage de travail. Chaque groupe d'électrodes est manipulé de façon indépendante dans la direction Z dans une profondeur de travail définis par l'utilisateur (jusqu'à 100 mm) et la gamme de vitesse variable à partir 0.001mm / s à 0,5 mm / sec et une résolution élevée de 1 micromètre (un) 4. - canal de base, (b) de la chambre de NAN, (c) la grille avec une distance mm, (d) 1-4 microdrives vis, (e) 1-4 tubes de guidage (500 um de diamètre et coupé à environ 5-7 cm) , (f) 1-4 tours microdrive et (g) le système complété NAN et de la base du cylindre.

Figure 3
Figure 3. Evoqués paradigme de la réponse potentielle et des séries chronologiques LFP (a) Pour identifier les couches corticales, nous avons mesuré le potentiel de réponse évoquée (ERP) au cours d'une tâche fixation passive alors que les singes ont été exposés à un écran plein champ noir que blanc flashé (~ 1 Hz) à 100 ms, et est ensuite retourné au noir. (b) Les réponses LFP enregistré avec le laminaire U-Probe ont été traitées pour obtenir des traces d'ERP pour chaque contact. La couche granulaire a été déterminée dans toutes les sessions en localisant une inversion de couler axée dans l'amplitude de la réponse dans les traces d'ERP, et par la présence de l'inversion de polarité accompagnés par la configuration du puits-source à la base de la couche 4. La boîte pointillée indique le calendrier de la période de temps où l'inversion s'est produite.

Figure 4
Figure 4. Identification couche en utilisant une analyse de densité de courant-source (a) analyse la densité de courant-source (basé sur la dérivée 2 ème spatiale de la LFP séries chronologiques) a été utilisé pour identifier l'inversion de polarité accompagnés par la configuration du puits-source à la base de l' couche granuleuse. Nous avons évalué la stabilité de l'identification des couches corticales est maintenue au fil du temps (de gauche à droite). Dans ces exemples, le puits de courant (bleu) représente la couche granulaire et s'étend sur environ 400 um. (B) Les traces CDD-dessous de chaque parcelle représente la moyenne de ces contacts CDD assignés à une couche donnée. Cela nous a permis de déterminer le moment précis de l'évier initiale (dans ces exemples ~ 50-60 ms. CDD enveloppes traces représentent l'écart-type et des barres noires indiquent la durée du stimulus flashé (100 ms).

Figure 5
Figure 5. Le tri Spike et cartographie sur le terrain réceptif (a) Tout d'abord, un demi-degré visuelle est calculée et doublé. Ensuite, les stimuli corrélation inverse sont présentés dans les correctifs sur un moniteur CRT consisting de réseaux orientés à des degrés 0, 45, 90 et 135. Taux de tir pour chaque neurone sont calculés de façon indépendante à intervalles de 5 ms entre 40 à 120 ms après les stimuli sont présentés pour chaque emplacement spatial. Le taux maximum de tirs sont calculés et ensuite le centre de gravité pour chaque temps de retard. Puis, à chaque retard de la distance entre les emplacements adjacents centroïde et cadence de tir est calculée. Le temps de retard avec la distance minimale est choisie comme champ récepteur. (B) de Spike propriétés d'onde telles que la hauteur maximale, la profondeur de la vallée, le pic en temps vallée, le temps de pic ou de la vallée, etc sont analysés à l'aide d'un programme de tri déconnecté du logiciel ( Plexon). Spikes sont triés en fonction des propriétés similaires jusqu'à des formes d'onde d'un neurone sont regroupés sans chevauchement d'un autre.

Figure 6
Figure 6. Shuffled CDD profil. Même convention que dans la figure 3a, mais nous avons réalisé une procédure de brassage qui compile au hasard d'une nouvelle matrice de la CDD avec les emplacements de contact mixte. Cette analyse est utilisée pour mieux valider l'évier granulaires en mélangeant les positions d'électrode de quitter le domaine temporel inchangé. A partir de ces exemples affiché au cours du temps, mélanger les contacts des électrodes en fonction de la profondeur du cortex détruit toute spécificité laminaire.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Multi-unit enregistrements sont devenus la norme pour analyser comment les réseaux neuronaux dans le cortex coder les informations de relance. Etant donné les récents progrès dans la technologie d'électrodes, la mise en oeuvre d'électrodes laminaire permet une caractérisation locale sans précédent de circuits corticaux. Bien que multi-électrodes enregistrements offrent des informations utiles sur la dynamique des populations de neurones, électrodes laminaire multiples permettent une plus grande résolution et plus d'informations sur l'emplacement spécifique de neurones. Depuis le cortex est organisé en couches avec des entrées et sorties anatomiquement différents, ce qui soulève la question de savoir comment l'information sensorielle est traitée disparate dans ces couches.

Nous avons présenté une nouvelle méthode d'enregistrement en utilisant des électrodes laminaires multi-contact pour enregistrer l'activité du réseau local en fonction de la couche corticale dans le cortex visuel primaire (V1). Surtout, nous avons également mis en place une méthode pour analyser le potentiel de champ local lors d'un paradigme de réponse évoquée pour identifier les couches corticales. Nous avons aussi fourni des résultats détaillés de réceptifs procédures de cartographie de terrain et pointe-onde d'analyse.

Nous reconnaissons que les électrodes laminaires ne sont pas sans limites, notamment la stabilité de l'enregistrement. Nous conseillons à ceux utilisant cette technique pour progresser patiemment l'électrode et de permettre une quantité suffisante de temps pour le cerveau de s'installer après avancement (nous comptabilisons généralement 45 minutes à 1 heure après la dernière avance). Pendant ce temps nous allons courir de nombreux oeil-étalonnage, de cartographie réceptif, et évoqué-réponse paradigmes potentiels.

Nous avons pu améliorer nos enregistrements à l'aide d'un tube guide, qui est fixé à la base de la NAN avec un microdrive de vis. Nous avons également modifié la norme U-Probe de conception en réduisant l'angle des baguettes de 30 à 25 degrés. En conséquence, le U-Probe a été plus forte permettant une pénétration à travers la lisse-mère. Il est possible avec électrode émoussé la pointe des dommages aux tissus et des saignements peuvent survenir. Le saignement peut couvrir les contacts des électrodes et de prévenir l'isolement unité propre. Nous avons testé cet enregistrement à la fois avec la théorie de 30 et 25 degrés et les angles pointe sont capables de résoudre plus d'unités sur les pénétrations et même prolonger la vie de l'U-Probe.

Comme mentionné ci-dessus nous avancer plus généralement au début et rapidement ralentir une fois que nous avons passé à travers la dure mère. Nous croyons que cette procédure en combinaison avec l'angle plus nette pointe nous a conduit à être l'un des laboratoires capables de résoudre quelques activités seule unité en utilisant les U-Probe. Notre activité seule unité et la stabilité globale de l'enregistrement est directement liée à la longueur du temps, nous permettra de régler le cerveau après l'U-Probe avancement.

Cette technologie ne fera que continuer à prospérer comme plusieurs laboratoires utiliseront ces techniques. Actuellement, la conception et la mise en œuvre des tableaux chroniquement implantable est en cours et sera très probablement remplacer les grilles multi-électrodes. En outre, les tableaux contenant des électrodes avec des contacts multiples le long de leurs axes (essentiellement multiple U-sondes) sont développées en parallèle.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Aucun conflit d'intérêt déclaré.

Acknowledgments

Nous remercions Ye Wang pour des discussions et Sorin Pojoga de formation comportementale. Soutenu par le programme EUREKA NIH, National Eye Institute, le Programme de Pew Scholars, la James S. McDonnell (VD), et une subvention de formation Vision NIH (BJH).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Nan microdrive system NAN Instruments NAN-S4 Figure 2. Custom clamps are needed to use the U-Probe. Everything mentioned with exception of the U-Probe is provided by NAN instruments.
Screw microdrives MIT Machine shop Anything that is able to secure a guide tube to the NAN grid should be appropriate.
Stainless Steel Guide Tubes Small Parts, Inc. B00137QHNS (1) or B00137QHO2 (5) These are 60 in long and cut to size in the laboratory using a Dremel hand drill
Plexon U-Probe Plexon PLX-UP-16-25ED-100-SE-360-25T-500 See U-Probe specifications available at www.plexon.com Also see Figure 1.
Table 1. Hardware.
NAN software NAN Instruments Computer interface requires an additional serial port to accommodate the Plexon system and the NAN hardware
Offline Sorter, FPAlign, PlexUtil, MATLAB programs Plexon Under ’Installation Packages’
Neur–xplorer NeuroExplorer Under ’Resources’
CSDplotter Version 0.1.1 Klas H. Petterson
Table 2. Software.

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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

Tags

Neuroscience numéro 55 les sondes laminaire les couches corticales local potentiels de champs la population de codage
L'examen de transformation réseau local en utilisant l'enregistrement multi-contact d'électrode laminaire
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Hansen, B. J., Eagleman, S., Dragoi, More

Hansen, B. J., Eagleman, S., Dragoi, V. Examining Local Network Processing using Multi-contact Laminar Electrode Recording. J. Vis. Exp. (55), e2806, doi:10.3791/2806 (2011).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter