Waiting
Login processing...

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

Neuroscience

Undersöka Lokalt nätverk Behandling med hjälp av Multi-kontakt laminärt elektrod inspelning

Published: September 8, 2011 doi: 10.3791/2806

Summary

En grundläggande fråga i vår förståelse av kortikala kretsar är hur nätverk i olika kortikala skikt koda sensorisk information. Här beskriver vi elektrofysiologiska tekniker som använder multi-kontakt laminärt elektroder för att spela in enstaka enheter och lokala potentialer fältet och presentera analyser för att identifiera kortikala lager.

Abstract

Kortikala skikt finns överallt strukturer hela neocortex 1-4 ​​som består av mycket återkommande lokala nätverk. Under senare år har betydande framsteg gjorts i vår förståelse av skillnader i svar fastigheter av nervceller i olika kortikala skikt 5-8, men det finns fortfarande mycket kvar att lära om huruvida och hur neuronala populationer koda information på ett laminärt-specifik sätt.

Befintliga flera elektrodbäraren tekniker, men informativ för att mäta svaren på många millimeter av kortikal utrymme längs kortikala ytan, är olämpliga att närma sig frågan om laminära kortikal kretsar. Här presenterar vi vår metod för att upprätta och registrera enskilda nervceller och lokala möjligheter fältet (LFPs) över kortikala lager av primära syncentrum (V1) som använder multi-kontakt laminärt elektroder (Figur 1; Plextrode U-Probe, Plexon Inc).

Den medföljande metoder är inspelningsenhet konstruktion, identifiering av kortikal lager, och identifiering av mottaglig områden av enskilda nervceller. Att identifiera kortikala skikt, mäter vi evoked respons potentialer (ERP) av LFP tidsserier med full-field blixtrade stimuli. Vi utför då aktuella källkod densitet (CSD) analys för att identifiera polariteten vänds tillsammans med diskbänken källkod konfiguration vid basen av lagret 4 (diskbänken är inne skikt 4, nedan kallad granulat lager 9-12). Aktuell källkod densitet är användbart eftersom det ger ett index på plats, riktning och täthet av transmembrana ström, tillåter oss att exakt läge elektroder för att spela in från alla skikt i en enda penetration 6, 11, 12.

Protocol

1. NAN Microdrive konstruktion

Vi använder U-Probe i kombination med NAN elektroden drivsystemet. Att bygga detta system kräver 2-3 timmar men när konstruerat det är mycket enkelt att ändra. Vi börjar med att montera NAN tornet, som inkluderar en 4-kanals bas (Figur 2a), Nan kammaren (figur 2b), gallret med 1 mm delning (figur 2c), 1-4 skruv Microdrive (figur 2d), 1 -4 guide rör (figur 2e, 500 ìm diameter och skär till ca 5-7 cm) och 1-4 Microdrive torn (figur 2f). För enkelhetens skull kommer vi att beskriva förfarandet för att bygga NAN-system med ett torn och ett U-Probe. Efter lite träning, tar detta förfarande normalt 2-3 timmar om allt material finns.

  1. Att konstruera NAN montering elektroden enhet, första åtgärd montering alla verktyg och delar du behöver (t ex guide rör, guidekabel, komplett dremil set, NAN verktyg och delar och U-givare). Mät guiden rören så när ansluten till inspelningsenheten de är långa nog att vila på toppen av dura utan att skada den.
  2. Att konstruera NAN montering elektroden köra, först mäta djupet av inspelningen kammaren. Sedan skär guiden rör med den uppmätta längden i ca 5-7 cm. Samtidigt minska guiden rör, måste man se till att ingen metallfragment kommer in i röret. Använd en styv tråd mindre än innerdiameter styrröret för att ta bort metallfragment inuti röret.
  3. Placera sedan NAN nätet i NAN basen. Dra åt klämman skruven och rutnät skruv. När bas och nätet är säkrade, identifiera inspelningen regionen av intresse och främja styrröret genom botten av NAN nätet.
  4. Passera styrröret via nätet tills det är ca 1-2 mm utanför NAN kammaren. När styrröret är i önskad position, börjar montering av NAN Microdrive tornet.
  5. På varje NAN Microdrive tornet finns två klämmor - en motor driver den övre klämman, medan den undre klämman kan antingen fixeras eller lös. Fäst den övre klämman till att stärka tub U-Probe. Fäst den nedre klämman till styrröret och applicera en liten mängd superlim för att säkra styrröret på plats. Detta system är både stabilare och mer exakt på grund av två klämmor som är kopplade till en förstärkning tub U-Probe.
  6. Rikta spetsen på U-Probe med toppen av styrröret och passera U-Probe genom styrröret tills du kan säkra tornet till NAN basen. Justera tornet läget med skruven, så att det inte läggs spänning på U-Probe eller styrrör.

2. U-Probe sterilisering

Den laminära elektroden eller Plextrode U-Probe köps från Plexon Inc. och finns till ett pris av ca $ 2000 - $ 4000. Priset beror på tre viktiga aspekter: antal kontakter platser, konfiguration av platser, och diametern på varje plats. Vi använder för närvarande den 16-kanals version med en linjär och en kontakt diameter på 25 ìm. Viktigt är tjockleken på U-Probe direkt relaterade till kontakten diameter. I våra experiment har vi använt alltid 25 kontakter ìm diameter, vilket motsvarar en 360 ìm tjocklek. Den nuvarande kostnaden för vår version modell är ca $ 3500 dollar. U-Probe kommer förpackade i en elektrod fallet med byglar och jordkabel och ledtiden från inköp till leverans är ca 4-6 veckor.

  1. Placera NAN systemet på cylindern botten och anslut motorkablar till motsvarande tornen. Om du använder flera torn färgkodade zip band används för att hjälpa skilja mellan motorkablar och torn.
  2. Använda NAN program, börja föra U-Probe, antingen sätta upp ett mål ställning som automatiskt framsteg U-Probe till den platsen eller genom att klicka "Down" på NAN programvara gränssnitt. Advance U-Probe så att vid minst 10 mm av spetsen är genom styrröret förbi slutet av NAN kammaren.
  3. Att sterilisera U-Probe, plats i MetriCide Aktiverat Dialdehyde lösning för 20-30 minuter innan du sätter fast NAN basen till den implanterade inspelningen kammaren. Efter det, skölj U-Probe och NAN bas med sterilt vatten.
  4. Nollställ NAN programvaran platser genom att dra tillbaka U-Probe så att spetsen är bara inne i styrröret. I NAN programvaran klickar noll alla positioner.
  5. Fäst NAN basen till den implanterade inspelningen kammaren och dra åt alla fyra skruvarna. Sedan justera basen efter en PIN-kod på sidan av inspelningen kammaren. Dra åt alla fyra skruvarna och se till att NAN basen sitter fast på inspelningen kammaren.

3. Vidareutveckling av U-Probe för inspelning

Med tanke på att styrka och tjocklek på dura varierar mycket mellan ämnen, har vi genomfört ett allmänt förfarande för att främja U-Proatt använda NAN Microdrive systemet. Viktigt levereras varje U-Probe med en detaljerad analys av varje kontakter impedans och den totala ranger för U-Probe. Vi använde elektroder vars kontakter impedanser varierade från 0,3 till 0,5 Mohm. För närvarande finns det en impedans testare finns att köpa från Plexon men tyvärr, vid tiden för våra inspelningar denna enhet inte var tillgänglig. Som ett resultat har vi kunnat göra en detaljerad analys av impedans.

  1. U-Probe lämnas att flyta (har en tråd-anslutna bygeln på undersidan kontakter). Headstages är säkrade till U-Probe kontakt och förstärkaren kablar är anslutna och jordade.
  2. Den inledande avancemang på ca 1-2 mm bör vara både snabb och stark. Ställ in hastigheten parameter i storleksordningen 0,1 - 0,2 mm / sek och djupet steg till 0,2 - 0,3 mm. Dessa värden kommer att säkerställa att U-Probe kan punktera dura rent och är ett viktigt första steg i inspelningen.
  3. Väl genom duran, minska hastigheten till 0,050 -0,1 mm / sek och minska djupet steg till 0,05 - 0,1 mm. Målet är att främja U-Probe så smidig och långsamt som möjligt så att ingen vävnad är skadad. En av de indikationer på att sonden har gått in i hjärnan är en förändring i amplitud LFP åtföljs av en minskning av ljudnivån (Text Overlay: lokala fältet potential).
  4. För att kontrollera att elektroden omfattar alla kortikala lager, mäta förändringen i amplitud som svar på full-fältet vit blixt stimulans. Förändringarna i LFP amplitud över tid ligger bakom evoked analysen svar potential. Denna analys utgör grunden för att identifiera kortikala lager.

4. Identifiering och kontroll av kortikala skikt

Vi har genomfört ett förfarande för att identifiera kortikala lager med en evoked respons potential (ERP) paradigm och ström-källa densitet (CSD) analys. Vi förlitade sig på CSD eftersom det ger ett index på plats, riktning och täthet av transmembrana ström, tillåter oss att exakt läge elektroder för att spela in från alla lager i en enda penetration. Faktum är att Karl Schroeder och kollegor tillsammans tidigare laminärt inspelning, microlesion, och histologiska rekonstruktion för att validera effektiviteten i ERP / CSD-metoden i den funktionella identifieringen av kortikala lager i V1 9-12. Andra metoder använder spontant genererade svängningarna har använts för att identifiera kortikala djup som kortikal spindlar och upp / ner stater 13-15.

För denna analys använder vi den ICSD verktygslåda för MATLAB, som beräknar CSD enligt den 2: a rumsliga derivatan av LFP tidsserier över jämnt fördelade kontakter U-Probe ( http://software.incf.org/ programvara / csdplotter / home ) 9,10,16,17.

  1. För att identifiera de kortikala skikt, mäta evoked respons potential under en passiv fixering uppgift medan utsätta föremål för en full-fält svart skärm som blinkar vitt för 100 ms, och återgår sedan till svart. Denna sekvens utgör en rättegång som upprepas 200 gånger.
  2. Den Plexon Multichannel Förvärv processor sparar alla kontinuerliga data signaler direkt till inspelningen datorn via en National Instruments PCI-kort. Efter att data sparas, börja bearbeta signaler för aktuell källkod densitet analys.
  3. Använda programvaran korrigering FPAlign som Plexon korrigera tiden förseningar i LFP-signaler som orsakas av filtren i headstages och pre-amplifiering styrelser.
  4. Vid denna tidpunkt överförs till MATLAB med Neuroexplorer. Varje LFP kanal filtreras med hjälp av standarden hög och lågpassfilter med cutoff frekvens av 0,5 Hz och 100 Hz. Efter varje elektrod kontakt har filtrerats, identifiera varje rättegång och genomsnitt för försöken att få den genomsnittliga LFP tidsserier för varje elektrod kontakt. Sedan organiserar varje kontakt i en matris med LFP amplitud som funktion av tiden.
  5. Kör ICSD (Text Overlay: aktuell källkod densitet) verktygslåda i MATLAB genom att skriva CSDplotter på arbetsytan. Med tanke på att samplingsfrekvensen den kontinuerliga data är 1 kHz, ställ in dt parameter till 1 ms. Ställ sedan in kortikala ledningsförmåga värdet till 0,4 S / m (detta motsvarar den aktuella källan tätheten i enheter av nanoamperes per kubikmeter millimeter) och ändra elektrodens position som en vektor av [0.1:0.1:1.6] för att återspegla antalet kontakter. När alla parametrar har satts in på "Kör det här".
  6. Visa CSD profilen i CSDplotter gränssnittet och klistra in den till en ny figur. Gemensamma funktioner i MATLAB som imagesc kan användas för att rita skiktet profilen, och olika utjämning algoritmer och rutiner normalisering kan användas för att företräda CSD data och jämföra lagret identifiering över timmaroch sessioner.
  7. För att identifiera polariteten vänds tillsammans med diskbänken källkod konfiguration vid basen av lagret 4 första, kontrollera närvaron av en primär sjunka i granulat lagret med laminära CSD profil. Leta reda på diskbänken drivs negativ polaritet i CSD tomten. Sedan beräkna center-of-massa av granulat diskhon.
  8. En centroiden erhålls från analysen består av kontaktnummer och tid när diskhon var som störst. Kontakten med diskbänken centroiden tjänar som granulat lagret referens vid 0 ìm. Analysera alla kontakter över och under referens-och gruppera dem i en av tre möjliga skikt: supragranular, granulat och infragranular.
  9. Validera granulat diskbänken genom att blanda elektroden positioner lämnar temporala domänen oförändrad. Efter att blanda CSD matris, beräkna centroiden analysen igen. Blanda elektrod kontakter som en funktion av kortikal djup ska förstöra allt laminära specificitet.

5. Identifiering av enskilda nervceller och mottaglig fältmappningen

Vi har haft stor framgång med att isolera och spela in flera enskilda enheter från U-Probe. På ett typiskt inspelning, kan vi räkna med att ha 60-10 väl isolerade enheter och 14-16 lokala fältet signaler potential. Att hitta enstaka enheter är också mer tillförlitlig med U-Probe jämfört med enstaka elektroder. Även om man skulle använda all nödvändig hårdvara för att exakt förväg 16 elektroder, skulle de inte kunna utforska nätverket befolkningar som en funktion av kortikala skikt så exakt som med U-Probe. Slutligen har vi normalt kan spela med samma U-Probe för 30-40 genomföringar.

  1. För att hitta receptiva fält, börja med att presentera en omvänd korrelation stimulans på monitorn där receptiva fält är potentiellt finns. Den stimulansen består av fyra orientering galler vid 0, 45, 90 och 135 grader.
  2. Utför klusteranalys av eldhastighet kartor för att lokalisera den receptiva fältet. Först, beräknar maximal eldhastighet platser och deras tyngdpunkt för varje tidsfördröjning. Sedan beräknar avståndet mellan tyngdpunkten och dessa maximal bränning platser takt. Beräkna kartor över bränning priser på varje rumslig plats för ledning fördröjningar mellan 40 - 120 ms med 5 ms mellanrum för varje neuron självständigt.
  3. Hitta det sammanlagda avståndet mellan tyngdpunkten och den omgivande maximal bränning poäng betygsätt vid all-time förseningar. Den receptiva fält är vid tidsfördröjning som minimerar det avståndet.
  4. När en mottaglig fält för varje cell, presentera en omvänd korrelation stimulans större än alla de receptiva fältet platser överlappa alla receptiva fält i inspelade befolkningen. Ett realtidssystem eldhastighet tomten kan användas för att avgöra om rätt receptiva fältet platser har identifierats.
  5. Slutligen, ta bort enstaka enheter som plötsligt ändrar sina svar och bara behålla enheter med stabil eldning priser för vidare analys. Dessutom väljer att spela in platser med bäst signal-brus-förhållande.

6. Representativa resultat: Inspelningar av enstaka enheter och LFPs över kortikala lager från primära syncentrum

En av de viktigaste stegen i analysen använda laminära elektroderna är att tillförlitligt identifiera kortikala skikt och kontrollera denna identifikation i många timmar och sessioner. Därför mätte vi evoked respons potentials (ERP) av LFPs över laminärt kontakter som svar på en full-fältet flashad stimulus (Figur 3a). Figur 3b ger ett exempel på den typ av information man behöver för att få för att beräkna den aktuella källkod densitet (CSD) för att identifiera de kortikala lager. Vi arbetar sedan CSD analys av LFP tidsserier för att identifiera polariteten vänds tillsammans med diskbänken källkod konfiguration vid basen av lager 4. Figur 4a illustrerar CSD analys lokalisera kortikala skikt över kortikala djup som en funktion av tiden - ställning supragranular (SG), förblev granulat (G) och infragranular (IG) skikt stabil även fyra timmar efter inspelningen började. Figur 4b innehåller CSD spår som representerar genomsnittet av dessa kontakter har tilldelats ett visst lager - i detta exempel genomgår korniga lagret en tydlig minskning i CSD amplitud på ~ 50 ms. Analysen fungerade som en referens för att tilldela elektrod kontakter över och under granulat lagret supragranular och infragranular lager, respektive (kontakten med den största diskbänken center-of-massa fungerat som granulat lagret hänvisning 0 mikrometer).

En annan kritisk analys med laminär elektroden är att noggrant identifiera och lokalisera nervceller "receptiva fält. Detta förfarande är avgörande för positionering av stimulans för att skapa den mest robusta svar från nervceller. Figur 5a är ett exempel på två receptiva fält tomter av nervceller i primära visuella Cortex (V1). Ursprunget till dessa tomter är fixeringen punkt, som är en liten vit cirkel som visas centralt på en svart datorskärm. Färgen på dessa tomter utgör eldhastighet av varje neuron som svar på en dynamisk omvänd korrelation stimulans. Vi använder denna information för att positionera den stimulans för ett givet experiment (t.ex. en sinus-våg galler). Stimuli som presenteras är större än genomsnittet receptiva fält storlek för att omfatta receptiva fält platser för alla samtidigt inspelade nervceller.

Efter att vi identifierar kortikala lager och placera stimulans i den optimala receptiva fältet läge, kan vi gå vidare till den experimentella protokoll där vi presenterar olika visuella stimuli medan djuret utför antingen fixering eller uppgifter diskriminering. Efter experimentet, genomför vi vår spik-vågform analys för att isolera enstaka enheter vi kunde spela in samma kanal. Denna procedur tar ofta lite tid att behärska och förbättras ständigt nya analys programvara och teknik görs tillgängliga. Figur 5b är ett exempel på den typ av produktion man kan förvänta sig efter att ha använt Plexon är Offline Sorter. Med hjälp av denna programvara, enhet isoleringen sker genom visuell inspektion. Distinkta kluster identifieras baseras på vikten på första och andra huvudsakliga komponenter, spik bredd, dal, och maximala egenskaper.

Figur 1
Figur 1. Multi-kontakt laminärt elektroder med hjälp av multi-kontakt laminärt elektroder, inspelad vi samtidigt tillsatta aktivitet från isolerade enskilda nervceller och LFP-enheter över kortikala lager av V1. Varje U-Probe består av 16 jämnt fördelade (100 mikrometer) elektrod kontakter som spänner över en total längd av 1,6 mm. Varje elektrod kontakt är 25 mikrometer i diameter och består av platina iridium.

Figur 2
Figur 2. NAN nätet konstruktion Nan Microdrive systemet ger extra stabilitet och precision under den klassiska skruv-driven Microdrive. Varje grupp av elektroder är oberoende manipuleras i XY-plan, inom en användardefinierad arbetsområde. Varje grupp av elektroder är oberoende manipuleras i Z-riktning inom en användardefinierad arbetsdjup (upp till 100 mm) och variabel hastighet varierar från 0,001 mm / sek till 0,5 mm / sek och en hög upplösning på 1 mikrometer (en) 4. - kanal bas, (b) NAN avdelningen, (c) rutnät med 1 mm delning, (d) 1-4 Microdrive skruv, (e) 1-4 tuber guide (500 ìm diameter och skär till ca 5-7 cm) , (f) 1-4 Microdrive torn och (g) färdig NAN systemet och cylinder bas.

Figur 3
Figur 3. Evoked respons potentiella paradigm och LFP tidsserier (a) Att identifiera kortikala skikt, mätte vi evoked respons potential (ERP) under en passiv fixering uppgift medan aporna utsattes för en full-field svart skärm som blixtrade vita (~ 1 Hz) för 100 ms, och återvände sedan till svart. (b) LFP svaren registrerats med laminärt U-Probe har bearbetats för att få ERP-spår för varje kontakt. Den korniga lagret avgjordes i alla sessioner genom att lokalisera en diskbänk driven inversion i amplitud av svaret i affärssystemet spår, och vid närvaro polariteten vänds tillsammans med diskbänken källkod konfiguration vid basen av lager 4. Den streckade rutan anger tidpunkten för den tid då inversion inträffade.

Figur 4
Figur 4. Layer Identifikation med aktuella källkod densitet analys (a) Aktuell källkod densitet analys (baserad på 2: a rumsliga derivat av LFP tidsserier) användes för att identifiera polariteten vänds tillsammans med diskbänken källkod Mönstret på botten av korniga lager. Vi bedömde hur stabil identifiering av kortikala skikt bibehålls över tid (från vänster till höger). I dessa exempel, representerar den aktuella diskbänken (blå) för granulat av lagret och spänner ~ 400 ìm. (B) CSD spår under varje tomt representerar genomsnittet CSD dessa kontakter har tilldelats ett visst lager. Detta gjorde det möjligt för oss att fastställa den exakta tidpunkten för den första diskbänken (i dessa exempel ~ 50-60 ms. CSD spåra kuvert representerar standardavvikelse och svarta staplarna visar den tid som blixtrade stimulus (100 ms).

Figur 5
Figur 5. Spike sortering och receptiva fält kartläggning (a) det första är halv ett visuellt examen beräknas och fördubblats. Sedan är omvänd korrelation stimuli som presenteras i fläckar på en CRT-skärm consisting av orienterade galler vid 0, 45, 90 och 135 grader. Bränning priser för varje nervcell beräknas självständigt på 5 ms intervall mellan 40 till 120 ms efter att stimuli presenteras för varje rumslig plats. Den maximala bränning är beräknade och sedan centroiden för varje tidsfördröjning. Då, vid varje fördröjning avståndet mellan tyngdpunkten och intilliggande eldhastighet platser beräknas. Tidsfördröjningen med minsta avståndet väljs som den receptiva fältet. (B) Spike vågform egenskaper som topphöjd, Valley djup, topp till dal, tid för topp eller dal, etc. analyseras med en offline-program sortering programvara ( Plexon). Spikes sorteras baserat på liknande egenskaper tills vågformer från en nervcell är grupperade utan överlappning från en annan.

Figur 6
Figur 6. Blandas CSD-profil. Samma konvention som i figur 3a, men vi utfört en blanda förfarande som slumpmässigt sammanställer en ny CSD matris med blandade kontakt platser. Denna analys används för att bättre bekräfta granulat diskbänken genom att blanda elektroden positioner lämnar temporala domänen oförändrad. Från dessa exempel visas över tiden, blanda elektroden kontakter som en funktion av kortikal djup förstör något laminära specificitet.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Multi-enheten inspelningar har blivit standard för att analysera hur neurala nätverk i cortex koda stimulans information. Med tanke på de senaste framstegen inom elektrod teknologi möjliggör genomförandet av laminära elektroder en aldrig tidigare skådad karakterisering av lokala kortikal kretsar. Även multi-elektrod inspelningar ge användbar information om neurala populationsdynamik, flera laminärt elektroder ge större upplösning och mer information om den specifika platsen av nervceller. Eftersom cortex är organiserad i lager med anatomiskt olika ingångar och utgångar, väcker det frågan om hur sensorisk information bearbetas disparately i dessa lager.

Vi har presenterat en ny inspelning metod som använder multi-kontakt laminärt elektroder för att registrera lokala nätverket aktiviteten som en funktion av kortikala skikt i primära syncentrum (V1). Allt har vi också genomfört en metod för att analysera det lokala fältet potential under en evoked respons paradigm för att identifiera kortikala lager. Vi har också lämnat detaljerade resultat från mottaglig förfaranden inom kart-och spik-vågform analys.

Vi erkänner att laminärt elektroder är inte utan begränsningar, främst stabiliteten i inspelningen. Vi råder dem som använder denna teknik för att tålmodigt föra elektroden och tillåta en tillräcklig tid för hjärnan att lösa efter avancemang (vi brukar spela in 45 minuter till 1 timme efter den sista förväg). Under denna tid kommer vi att köra många ögon-kalibrering, mottaglig kartläggning och evoked respons potential paradigm.

Vi kunde förbättra våra inspelningar med en guide rör, som fästs på botten av NAN med en skruv Microdrive. Vi ändrade också den standard U-Probe designen genom att minska spetsen vinkel från 30 till 25 grader. Som en följd av detta var U-Probe skarpare vilket möjliggör en smidigare penetration genom dura. Det är möjligt med trubbigare elektrodspets vävnadsskada och blödning kan uppstå. Blödning kan täcka elektroden kontakter och undvika rena enhet isolering. Vi har testat denna teori inspelning med både 30 och 25 graders vinkel spets och kan lösa fler enheter över genomföringar och även förlänga livslängden på U-Probe.

Som nämnts ovan har vi normalt förväg mer i början och snabbt bromsa när vi har passerat genom dura. Vi anser att detta förfarande i kombination med skarpare spets vinkel har lett oss att vara ett fåtal laboratorier kunna lösa enhet aktivitet med hjälp av U-Probe. Vår enhet verksamheten och den stabilitet på inspelningen är direkt relaterad till hur länge vi tillåter hjärnan att reglera efter U-Probe avancemang.

Denna teknik kommer bara att fortsätta att blomstra som mer laboratorier kommer att utnyttja dessa tekniker. För närvarande är utformningen och genomförandet av kroniskt implanterbara matriser pågår och kommer sannolikt att ersätta multi-elektrod nät. Dessutom är arrayer som innehåller elektroder med flera kontakter längs deras axlar (huvudsakligen flera U-sonder) som utvecklas parallellt.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Inga intressekonflikter deklareras.

Acknowledgments

Vi tackar Ye Wang för diskussioner och Sorin Pojoga för beteendevetenskaplig utbildning. Med stöd av NIH Eureka-programmet, National Eye Institute, Pew Scholars Program, James S. McDonnell Foundation (VD) och en NIH Vision Training Grant (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

Neurovetenskap laminär sonder kortikala skikt lokal-fältet potentialer befolkning kodning
Undersöka Lokalt nätverk Behandling med hjälp av Multi-kontakt laminärt elektrod inspelning
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