Undersöka Lokalt nätverk Behandling med hjälp av Multi-kontakt laminärt elektrod inspelning
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
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 ä…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
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 of Equipment | Company | Catalogue 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 | 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, Inc | 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.
| Name of Software | Company | Website | Comments |
| NAN software | NAN | http://www.naninstruments.com/DesignConcept.htm | Computer interface requires an additional serial port to accommodate the Plexon system and the NAN hardware |
| Offline Sorter, FPAlign, PlexUtil, MATLAB programs | Plexon | http://www.plexon.com/downloads.html#Software | Under ‘Installation Packages’ |
| NeuroExplorer | NeuroExplorer | http://www.neuroexplorer.com/ | Under ‘Resources’ |
| CSDplotter Version 0.1.1 | Klas H. Petterson | http://arken.umb.no/~klaspe/user_guide.pdf |
Table 2. Software.
References
- Hubel, D. H., Wiesel, T. N. Receptive fields and functional architecture of monkey striate cortex. J Physiol. 195, 215-243 (1968).
- Mountcastle, V. B. Modality and topographic properties of single neurons of cat’s somatic sensory cortex. J Neurophysiol. 20, 408-434 (1957).
- Nassi, J. J., Callaway, E. M. Parallel processing strategies of the primate visual system. Nat Rev Neurosci. 10, 360-372 (2009).
- Ringach, D. L., Hawken, M. J., Shapley, R. Dynamics of orientation tuning in macaque primary visual cortex. Nature. 387, 281-284 (1997).
- Martinez, L. M. Receptive field structure varies with layer in the primary visual cortex. Nat Neurosci. 8, 372-379 (2005).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Amzica, F., Steriade, M. Cellular substrates and laminar profile of sleep K-complex. Neuroscience. 82, 671-686 (1998).
- 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).
- Sakata, S., Harris, K. D. Laminar structure of spontaneous and sensory-evoked population activity in auditory cortex. Neuron. 64, 404-418 (2009).
- 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).
- 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).
- 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).
