Waiting
Login processing...

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

Neuroscience

الكهربية والمورفولوجية توصيف العصبية الحادة رقائق في الدماغ عن طريق شرائح الموثوقة التصحيح، المشبك التسجيلات

Published: January 10, 2015 doi: 10.3791/52358
Automatic Translation
1, 1, 1,2
1Institute of Neuroscience and Medicine (INM-2), Research Centre Jülich, 2Department of Psychiatry, Psychotherapy and Psychosomatics, Medical Faculty, JARA, RWTH Aachen University

Abstract

مزيج من التصحيح تسجيلات المشبك من اثنين (أو أكثر) الخلايا العصبية إلى جانب synaptically (تسجيلات تقرن) في الحادة الاستعدادات شريحة الدماغ مع الخلايا في وقت واحد biocytin ملء يسمح تحليل مترابطة من الخصائص الهيكلية والوظيفية. مع هذا الأسلوب أنه من الممكن تحديد وتوصيف كل من الخلايا العصبية قبل وبعد المشبكي من قبل التشكل ونمط استجابة الكهربية. التسجيلات يقترن تسمح بدراسة أنماط الاتصال بين هذه الخلايا العصبية فضلا عن خصائص كل من انتقال متشابك الكيميائية والكهربائية. هنا، نقدم وصفا خطوة بخطوة الإجراءات المطلوبة للحصول على تسجيلات يقترن موثوقة جنبا إلى جنب مع الانتعاش الأمثل للمورفولوجيا الخلايا العصبية. سنقوم بشرح كيف يتم تحديد أزواج من الخلايا العصبية المتصلة عبر نقاط الاشتباك العصبي الكيميائي أو تقاطعات الفجوة في الأعمال التحضيرية شريحة الدماغ. وسوف يحدد كيفية إعادة بناء الخلايا العصبية للحصول على التشكل 3D من dendritويتم تحديد جيم ونطاق محور عصبي وكيف الاتصالات متشابك والمترجمة. وسوف نناقش أيضا المحاذير والقيود المفروضة على تقنيات التسجيل المقترنة، ولا سيما تلك المرتبطة truncations شجيري ومحور عصبي أثناء إعداد شرائح الدماغ لأن هذه تؤثر بقوة التقديرات الاتصال. ومع ذلك، ونظرا للتنوع النهج تسجيل يقترن ذلك ستبقى أداة قيمة في تشخيص جوانب مختلفة من انتقال متشابك في تحديد رقائق الخلايا العصبية في الدماغ.

Introduction

رقائق العصبية بين الخلايا العصبية إلى جانب اثنين من synaptically هي لبنات بناء شبكات واسعة النطاق في الدماغ وهي الوحدات الأساسية لمعالجة المعلومات متشابك. ومن الشروط الأساسية لتوصيف هذه رقائق الخلايا العصبية هو معرفة مورفولوجيا والخصائص الفنية لكل من الخلايا العصبية شريك قبل وبعد المشبكي، ونوع من الاتصال متشابك (ق) وهيكلها وآلية وظيفية. ومع ذلك، في العديد من الدراسات من الاتصالات متشابك واحد على الأقل من الخلايا العصبية في المتناهية الصغر لا يتميز أيضا. هذه النتائج من بروتوكولات التحفيز غير محددة نسبيا غالبا ما تستخدم في دراسات الاتصال متشابك. لذلك، يتم إما لم تحدد الخصائص الهيكلية والوظيفية للعصبون قبل المشبكي على الإطلاق، أو فقط إلى حد صغير إلى حد ما (أي، والتعبير عن البروتينات علامة الخ). التسجيلات يقترن في تركيبة مع تلطيخ الخلايا بواسطة علامات الصورةاوك وbiocytin، neurobiotin أو الأصباغ الفلورية هي أكثر ملاءمة لدراسة رقائق الخلايا العصبية الصغيرة. هذا الأسلوب يسمح احد لتحقيق العديد من المعلمات الهيكلية والوظيفية للاتصال متشابك تحديدها شكليا في نفس الوقت.

وقد تم التحقيق في ما يسمى وصلات الأحادي المشبك "وحدوية" بين الخلايا العصبية في كل مناطق الدماغ القشرية وتحت القشرية 1-10 باستخدام الاستعدادات شريحة الحادة. في البداية، استخدمت الميكروية حادة في هذه التجارب. في وقت لاحق، كان يعمل تسجيل المشبك التصحيح من أجل الحصول على تسجيلات لإشارات متشابك مع انخفاض مستوى الضجيج وتحسين القرار الزماني.

وكان التقدم التقني الكبير في استخدام الأشعة تحت الحمراء على النقيض تدخل الفرق (IR-DIC) البصريات 11-14، وهي تقنية المجهرية التي تحسن كبير في وضوح وتحديد الخلايا العصبية في الدماغ شريحة بحيث أصبح من الممكن رس الحصول على تسجيلات من التعرف بصريا الاتصالات المشبكية 15-17. بشكل عام، وتتم التسجيلات يقترن في الأعمال التحضيرية شريحة الحادة؛ فقط عدد قليل جدا من المنشورات تسجيلات التقارير المتاحة من الخلايا العصبية مرتبطة synaptically في الجسم الحي 18-20.

أهم ميزة من التسجيلات يقترن هو حقيقة أن توصيف وظيفي يمكن جنبا إلى جنب مع التحليل الصرفي في كل من الضوء والإلكترون المستوى المجهري (انظر على سبيل المثال، 7،16،21). بعد المعالجة النسيجية، وتتبع مورفولوجية شجيري ومحور عصبي من الزوج الخلايا العصبية مرتبطة synaptically. وفي وقت لاحق، فمن الممكن لتحديد معالم شكلية مثل الطول، الكثافة المكانية، والتوجه، المتفرعة نمط الخ ويمكن لهذه المعلمات ثم توفر أساسا لتصنيف موضوعي للاتصال متشابك محدد. وعلاوة على ذلك، على النقيض من معظم التقنيات الأخرى المستخدمة لدراسة connecti العصبيةvity، وإرفاقها التسجيلات يسمح أيضا تحديد من الاتصالات المشبكية للاتصالات متشابك وحدوية. ويمكن القيام بذلك مباشرة باستخدام مزيج من الضوء والمجهر الإلكتروني 16،21-27 أو باستخدام التصوير الكالسيوم 28،29 من العمود الفقري شجيري. ومع ذلك، مع النهج الأخير مثير فقط ولكن لا اتصالات المثبطة يمكن دراستها لأنه يتطلب تدفق الكالسيوم عن طريق القنوات مستقبلات بعد المشبكي.

بالإضافة إلى تحليل مفصل للانتقال متشابك في المتناهية الصغر يقترن التسجيلات العصبية يعرف أيضا السماح دراسة قواعد اللدونة متشابك 30،31 أو - في تركيبة مع تطبيق ناهض / خصم - التشكيل من انتقال متشابك من قبل الناقلات العصبية مثل أستيل 32 و الأدينوزين 33.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

تم تنفيذ جميع الإجراءات التجريبية وفقا لتوجيه الاتحاد الأوروبي لحماية الحيوانات، وقانون رعاية الحيوان الألمانية (Tierschutzgesetz) والمبادئ التوجيهية للاتحاد من جمعية علم الحيوان مختبر الأوروبي.

1. مجموعة المتابعة لالكهربية

قبل البدء مع تسجيل تقرن، وهو الكهربية انشاء أن تكون مبنية. لمحة موجزة كيف يتم تجميع مثل هذه مجموعة المتابعة يرد أدناه:

  1. تثبيت جدول مضادة للاهتزاز والتي سيتم وضع المجهر، المتلاعبين وجميع المعدات الأخرى.
    ملاحظة: الاهتزاز أو أي نوع آخر من الحركة تحتاج إلى أن تكون صغيرة قدر الإمكان عند التسجيل من الاتصالات المشبكية لأن هذا يتطلب تغييرا في الماصات (البحث الكهربائي محله تسجيل القطب).
  2. ضع قفص فاراداي حول طاولة مضادة للاهتزاز للحد من الضوضاء الكهربائية. ربط جميع المعدات داخل كاليفورنيا فارادايجنرال الكتريك مع الأرض الكهربائية.
  3. تثبيت المجهر مع محور التركيز الآلية التي تقوم على طاولة س ص بمحركات على الطاولة مضادة للاهتزاز وفقا للمبادئ التوجيهية للشركة المصنعة. وهذا يسمح للتحرك بشكل موثوق المجهر لالخلايا العصبية التي ليست في نفس مجال الرؤية كما هو الحال بالنسبة لاتصالات translaminar في القشرة المخية الحديثة.
  4. تثبيت كاميرا فيديو على منفذ الكاميرا المجهر وذلك لربط التناظرية وشاشات / أو رقمية لمراقبة إعداد شريحة والحركة من الأقطاب الكهربائية. استخدام الكاميرا، والتي يمكن أن تنتقل بين المنخفضة والتكبير عالية الطاقة للحصول على نظرة عامة وصورة عن قرب، على التوالي، من الزوج الخلايا العصبية إلى جانب synaptically. وهذا يساعد أيضا في السيطرة على حركة الأقطاب التصحيح.
  5. تثبيت الجدول عينة تحتوي على أقحم لغرفة الحمام (حفر في المنزل من كتلة البرسبيكس) لإعداد شريحة الدماغ. لا يجب أن تكون متصلا هذا الجدول عينة لالمجهر، أي يجب أن تكون ثابتة إلى طاولة الهواء ويجب أن يكون المجهر المناورة تحته.
  6. جبل اثنين (أو أكثر إذا لزم الأمر) micromanipulators عالية الدقة التي يمكن نقلها في جميع الأبعاد الثلاثة. تثبيت التصحيح، المشبك مكبر للصوت قبل على المتلاعبين وربطها مكبر للصوت الرئيسي.
    ملاحظة: إذا كان من الممكن تثبيت المتلاعبين الإضافي اللازم لمثل أكثر من اثنين من مكبرات الصوت مسبقا، أقطاب التحفيز خارج الخلية، وأنظمة المخدرات التسليم، الخ.
  7. ضع غرفة حمام في الجدول العينة. تثبيت مدخل حل ومخرج وربطها لنظام الارواء.
  8. استخدام مضخة تمعجية للحفاظ على نضح من غرفة تسجيل مع السائل النخاعي الاصطناعي (ACSF، الجدول 1) بمعدل تدفق ثابت من 4-6 مل / دقيقة لالأمثل الجدوى شريحة.
    ملاحظة: لا يتجاوز هذا المعدل تدفق كبير كما انه سيؤدي الى اضطراب في ASCF وبالتالي حركة شريحة. تثبيت أصحاب لتحقيق درجة الحرارة وحج / أجكل القطب الأرض على الطاولة العينة. وهذا أمر ضروري للسماح التحقيق والقطب لأخذ عينات من الحمام في الغرفة.
  9. لرؤية جيدة من الخلايا العصبية في إعداد شريحة استخدام الإضاءة بالأشعة تحت الحمراء في المجهر. وهذا يقلل حيود الضوء، وبالتالي طمس الصورة. ضمان أن يتم تجهيز المجهر مع التفاضلية البصريات التدخل النقيض لتحقيق "3D' مثل التصور. وهذا سوف يساعد ترميم الخلايا العصبية والسماح استهداف الخلايا العصبية العميقة في شريحة (60 ميكرون أو أعمق).
  10. خلال التجربة، والحفاظ على شرائح الدماغ في غرفة تجريبية مع ساترة الزجاج في الجزء السفلي. وضع "القيثارة البلاتين" في الجزء العلوي من شريحة لمنع شرائح من العائمة. يتم إجراء القيثارة البلاتين من على شكل حرف U، سلك البلاتين بالارض مع سلاسل من خيط تنظيف الأسنان لصقها على ذلك.
  11. الحفاظ على ACSF perfusing شريحة عند درجة حرارة 32-35 ° C لضمان التقيدالسيطرة IMAL من الأوكسجين ودرجة الحموضة. ويمكن القيام بذلك عن طريق تسخين حل مع جهاز بلتيير المثبتة على مقربة من تدفق ACSF في غرفة الحمام.
    ملاحظة: استخدام غطاء سامسونج زلات لدرجة أنه حتى المكثفات المجهر مع الفتحة العددية العالية والعمل لمسافات قصيرة يمكن أن تركز على العينة. وهذا أمر ضروري لإضاءة الأمثل للشريحة.
    للحصول على صورة ووصفا لالكهربية انشاء الأمثل لتسجيلات المقترنة في إعداد شريحة الدماغ انظر الشكل 4 في المرجع. 34.

2. الدماغ شريحة التحضير

  1. أقل ما يقال تخدير الحيوان من الذي ينبغي أن تؤخذ في أنسجة المخ مع isoflurane (تركيز النهائي <0.1٪).
    ملاحظة: يمكن أيضا أن تستخدم المسكنات الأخرى. استخدام مخدر ينبغي أن تتوافق مع توصيات وقواعد لجنة الحيوانية منها و. تأكد دائما أن الحيوان ليس غضب أو تحت الضغط بعد إضافةتأثير المخدر.
  2. قطع رأس الحيوان، وفتح الجمجمة وإزالة الدماغ في أسرع وقت ممكن باستخدام الإجراء الموضح في المرجعان 34،35.
  3. نقل الدماغ إلى تبريد (4 ° C) السائل النخاعي الاصطناعي الغازي مع خليط من الغاز كربوجين مع 95٪ O 2 و 5٪ CO 2.
  4. عزل منطقة الدماغ التي ينبغي دراستها.
    ملاحظة: المعلمات للحصول على الحفاظ الأمثل والحد الأدنى من الاقتطاع من التشعبات ومحاور الخلايا العصبية قبل وبعد المشبكي ينبغي أن تحدد مقدما لكل اتصال الخلايا العصبية والمرحلة التنموية قيد التحقيق. في شريحة الدماغ تشريح على النحو الأمثل، غير مطلوب محور عصبي من عصبون قبل المشبكي أن تكون موازية لسطح شريحة. بدلا من ذلك، ينبغي أن نشير إلى شرائح مع زاوية الضحلة. وينطبق على التغصنات قمية من الخلايا العصبية الهرمية بعد المشبكي. هذا يجب أن يتم التحقق تحت المجهر الضوئي. هذا مهم بشكل خاص لغير المحلية أو تيالاتصالات المشبكية ranslaminar، أي، حيث somata قبل وبعد المشبكي أكثر من 200 ميكرون، وبصرف النظر عن احتمال truncations شجيري ومحور عصبي من المرجح أن يكون أعلى بكثير للاتصالات المحلية.
  5. نقل الدماغ إلى غرفة مبضع للفحص المجهري. وبناء على النتائج التجريبية، وتستخدم مختلف الحلول تشريح خارج الخلية اعتمادا على عمر الحيوان (انظر الجدولين 2 و 3، ويمكن أيضا الحصول على معلومات مفيدة تحت عنوان " http://www.brainslicemethods.com/ ').
  6. تقليم الدماغ حتى المنطقة المستهدفة هي مرئية.
  7. للحصول على شرائح مع الرؤية خلية جيد، وقطع 300-400 ميكرون شرائح سميكة الدماغ إذا كان الحيوان الناضج (> 3 أسابيع). إذا كان الحيوان غير ناضجة (1 حتى 2 الثانية الأسبوع ما بعد الولادة بالنسبة للفئران والجرذان) شرائح يمكن خفض ما يصل الى سمك ~ 600-800 ميكرون دون المساس بشكل كبير visib خليةility.
    ملاحظة: سيؤدي ذلك إلى تحسين استقرار شرائح "غير ناضجة" وتقليل عدد truncations الممكنة من بعيدة المدى شجيري والضمانات محور عصبي.
  8. نقل شرائح من الغرفة مبضع للفحص المجهري إلى غرفة الحضانة مليئة حل تشريح الغازي مع خليط من 95٪ O 2 و 5٪ CO 2. الحفاظ على شرائح في غرفة الحضانة للا يقل عن 30 دقيقة إلى 1 ساعة إما في RT أو في ~ 30 ° C، وهذا يتوقف على نوع من التجربة.

3. الموثوقة التصحيح، المشبك تسجيل وتعبئة Biocytin

اعتمادا على نوع الاتصال متشابك وتستخدم ثلاثة نهج مختلفة للعثور على الخلايا العصبية إلى جانب synaptically. إذا كان احتمال اتصال منخفضة (كما يمكن أن يتوقع للاتصالات الأكثر مثير)، والمضي قدما على النحو التالي:

  1. الوصلات العصبية مع الربط المنخفض
    1. ملء ماصات التصحيح مع حل داخلي للتكوين المدرجةفي الجدول رقم 4 لجميع التسجيلات في تكوين خلية كاملة إضافة biocytin بتركيزات تتراوح بين 3 - 5 ملغ / مل إلى (ماصة) حل داخلي للحصول على نتائج جيدة لتلطيخ الخلايا العصبية قبل وبعد المشبكي. السماح biocytin منتشر في الخلية لا يقل عن 15 - 30 دقيقة (اعتمادا على حجم الخلايا العصبية).
      ملاحظة: لا إضافة biocytin إلى حل المستخدمة في 'البحث' الماصات المذكورة أدناه.
    2. تصحيح عصبون بعد المشبكي المفترضة في وضع خلية كاملة. استخدام ماصات التصحيح مع عرقوب طويلة ونحيلة. وهذا يسهل على المناورة من ماصة تحت الهدف ويقلل من القطع الأثرية الحركة التي قد تحدث عند تقديم القطب في شريحة.
    3. ثم، والتصحيح عصبون قبل المشبكي المحتملة في تكوين الخلية المرفقة باستخدام "البحث" ماصة التصحيح من 8-10 المقاومة MΩ وقطر الحافة الصغيرة. مع هذه الماصات تأسيس "فضفاضة" التصحيح الخلية المرفقة. سن الفيلل في "البحث" ماصة مع الحل الداخلي الذي يتم استبدال K + التي كتبها نا + (جدول رقم 5) لكي لا يزيل الاستقطاب الخلايا العصبية أثناء البحث عن خلية قبل المشبكي.
      ملاحظة: "فضفاضة" المقاومة ختم ليست في نطاق GΩ لكن عادة حوالي 30-300 MΩ.
    4. عقد غشاء المحتملة تحت ختم "فضفاضة" إلى حوالي -30 إلى -60 بالسيارات في وضع المشبك الحالي. ثم، وتطبيق البقول الحالية كبيرة (0،2-2 NA) للحصول على إمكانات العمل في الخلية قبل المشبكي المحتملة. مراقبة هذا إمكانات العمل باعتباره السنيبلات صغيرة على استجابة الجهد.
    5. ضبط التردد التحفيز إلى 0.1 هرتز لمنع متهدم من استجابة بعد المشبكي. استخدام أقل ترددات التحفيز في حالة أنسجة المخ هي غير ناضجة جدا أو اتصال متشابك لا يمكن الاعتماد عليها للغاية.
    6. في حال لم يستجب الخلايا العصبية "بعد المشبكي" لتحفيز NEU اختبار "قبل المشبكي"رون، والتصحيح الخلايا العصبية الجديدة في "فضفاضة" وضع الختم. لا يحل محل "البحث" القطب التصحيح طالما الختم مع مقاومة> تم تأسيس 30 MΩ. اختبار ما يصل إلى 30 الخلايا العصبية قد تكون قبل المشبكي في هذا السبيل.
      ملاحظة: لمنع إتلاف الخلايا العصبية أثناء إجراء البحث مع المشبك التصحيح فضفاضة، بلطف فقط ينبغي تطبيق الشفط إلى ماصة البحث مقارنة مع تلك المطبقة على التصحيح ماصة خلية كاملة.
    7. إذا التحفيز في 'فضفاضة' نتائج وضع ختم في الكامن الاستثاري بعد المشبكي / IPSP مع الكمون <5 ميللي ثانية في الخلايا العصبية بعد المشبكي إزالة "البحث" ماصة من الخلايا العصبية قبل المشبكي.
    8. استبدال "البحث" ماصة التصحيح مع القطب التصحيح مليئة التي تحتوي على biocytin، حل داخلي منتظم. ضمان هذا ماصة تسجيل التصحيح لديه مقاومة للمن 4 - 8 MΩ. وأكبر حجم سوما وانخفاض مقاومة القطب يمكن أن يكون.
    9. تصحيح قبل المشبكيالخلايا العصبية وسجل في خلية كاملة، ووضع المشبك الحالي. انتزاع امكانات العمل عن طريق الحقن الحالي في الخلايا العصبية قبل المشبكي وتسجيل استجابة بعد المشبكي. تخزين البيانات على جهاز كمبيوتر في وقت لاحق خارج الخط التحليل.
  2. الوصلات العصبية مع الربط عالية
    ملاحظة: للحصول على رقائق الخلايا العصبية مع نسبة توصيلية عالية (> 30٪) استخدام إجراء مختلف لإيجاد صلات متشابك. ويرد هذا الإجراء أدناه وغالبا ما يستخدم للاتصال متشابك المثبطة التي لديها في المتوسط ​​نسبة الربط أعلى من اتصالات مثير 36. لا ينبغي أن تستخدم أنه عندما تنخفض نسبة الربط أقل من هذه القيمة.
    1. تصحيح عصبون قبل المشبكي مباشرة في وضع خلية كاملة. ثم، والتصحيح عصبون بعد المشبكي المحتملة، وأيضا في وضع خلية كاملة. يجب أن يكون كل من الخلايا تحت السيطرة المشبك الحالية. انتزاع إمكانات العمل في الخلية قبل المشبكي. مراقبة الخلايا العصبية بعد المشبكي المحتملين لpostsyإمكانية naptic.
    2. في حالة لا تظهر الخلايا العصبية ردا على التحفيز قبل المشبكي، والتصحيح الخلايا العصبية الجديدة في وضع خلية كاملة باستخدام القطب التصحيح مليئة حل داخلي منتظم. إذا تم العثور على اتصال، لا تغيير ماصة التصحيح ولكن المضي قدما في التسجيل. ثم، والمضي قدما كما في الخطوة 3.1.9.
  3. الوصلات العصبية عبر الفجوة تقاطعات
    ملاحظة: للبحث الكهربائية (الفجوة تقاطع) وصلات استخدم الإجراء التالي الذي هو نسخة معدلة من تلك المستخدمة للاتصالات المنخفض الاحتمالات.
    1. تصحيح عصبون بعد المشبكي في خلية كاملة التكوين المشبك التصحيح.
    2. وفي وقت لاحق، والتصحيح الخلايا العصبية المفترضة قبل المشبكي في تكوين فضفاض ختم (منخفض المقاومة ختم 30-300 MΩ) باستخدام "البحث" ماصة التصحيح من 7 - 10 MΩ المقاومة. ينبغي أن تملأ هذا ماصة مع ارتفاع الحل نا + الداخلي المعدل لتحفيز فضفاض الختم.
    3. Injecر 100-300 ميللي ثانية البقول الحالية hyperpolarizing طويلة عن طريق ختم "فضفاضة". يجب تعيين إمكانات القيادة ماصة إلى حوالي -60 إلى -70 بالسيارات. نلاحظ اتصال الفجوة مفترق إذا كان هذا النتائج التحفيز في رد hyperpolarizing صغيرة في الخلايا العصبية "بعد المشبكي.
    4. Repatch الخلايا العصبية "قبل المشبكي" في وضع خلية كاملة والمضي قدما كما هو موضح أعلاه.
      ملاحظة: لضمان تلطيخ الجيد للعمليات محور عصبي وشجيري، استخدام بروتوكول الواردة أدناه. يوصف هذا البروتوكول باختصار هنا، ومع ذلك، ونظرا بروتوكول مفصلة لمعالجة النسيجية المستخدمة في المختبر لدينا في المرجع. 37.

4. تجهيز الكيمو

  1. نقل شريحة الدماغ مع زوج من الخلايا العصبية إلى جانب synaptically إلى قارورة تحتوي على 4٪ بارافورمالدهيد الذائبة في 0.1 M عازلة الفوسفات ويحملق شريحة لمدة 24 ساعة. لالمجهر الإلكتروني، يحملق شريحة باستخدام 2.5٪ glutarألدهيد و 1٪ بارافورمالدهيد.
  2. في اليوم التالي، ونقل إلى شرائح عازلة الفوسفات العادي لا تحتوي على مثبت. تغسل شرائح مع العازلة الفوسفات ل6-8 مرات لمدة 10 - 15 دقيقة لكل لإزالة تثبيتي الزائد.
  3. احتضان شرائح لمدة 20 دقيقة في 3٪ H 2 O 2 الحل في 0.1 M الفوسفات العازلة للحد من رد فعل البيروكسيداز الذاتية. نلاحظ تشكيل فقاعة قوية. مواصلة التفاعل حتى يتم إنتاج أي فقاعات أخرى. ثم، وشطف الشرائح في 0.1 M عازلة الفوسفات ل6-8 مرات (لمدة 10 دقيقة لكل منهما) لإزالة أي H 2 O 2 المتبقية.
  4. ردود الفعل Immunocytochemical واللونية
    ويستند التصور من الخلايا العصبية مليئة biocytin على الفجل البيروكسيديز رد فعل streptavidin المعقدة البيروكسيديز حفز مع diaminobenzidine. وهذا ينتج راسب الظلام التي تنتج وصمة عار هش مع قرار مكانية عالية. وتستخدم الإجراءات التالية للتفاعل مولد اللون: <رأ>
  5. إعداد الحل ABC حسب بروتوكول للتصنيع. أضف إلى 14.55 مل الفوسفات عازلة تستكمل مع 150 ميكرولتر 10٪ تريتون X100 (الجدول 6؛ فقط لالمجهر الضوئي) والحفاظ على حل لحوالي 30 دقيقة في الظلام. احتضان الشرائح في هذا الحل O / N قبل الاستخدام.
  6. احتضان شرائح في حل ABC على شاكر لمدة 1 ساعة على RT وفي الظلام. وفي وقت لاحق، والحفاظ على شرائح O / N عند 4 درجات مئوية في الثلاجة. على صباح اليوم التالي، واحتضان شرائح في RT لمدة ساعة إضافية.
  7. بعد هذا، وشطف شرائح أربع مرات على الأقل لمدة 10 دقيقة لكل منهما في المخزن الفوسفات. ثم، واحتضان على شاكر لمدة 30 دقيقة في الظلام في 2 مل من محلول 3-3'-diaminobenzidine-تكثيف النيكل (الجدول 7). كن حذرا جدا عند التعامل مع diaminobenzidine واستخدام فقط تحت غطاء الدخان. فمن مسرطنة للغاية حتى بتركيزات منخفضة جدا.
  8. إضافة 6.5 ميكرولتر 3٪ H 2 O 2 إلى التي تحتوي على diaminobenzidineالحل. مراقبة رد فعل مولد اللون تحت المجهر الخفيفة حتى الخلايا العصبية الملون البني والأسود هي واضحة للعيان. ثم، والتوقف عن رد فعل على الفور من قبل غسل شرائح عدة مرات في المخزن الفوسفات.
  9. جبل شرائح مع الخلايا العصبية الملون على لاصق، المغلفة سيلاني Histobond أو مهيلم الشرائح الكائن القياسية.
  10. الحفاظ على الشرائح في غرفة رطبة مع لا يقل عن 80٪ الرطوبة O / N. في اليوم التالي، والسماح للشرائح الهواء الجاف لمدة 10 دقيقة أخرى. قبل التضمين، والشرائح نقل في الحلول مع زيادة تركيزات الإيثانول (20 - 100٪) من أجل يذوى لهم.
    ملاحظة: يجب أن تكون عملية بطيئة الجفاف خلاف ذلك التشوهات في عمليات شجيري ومحور عصبي من المحتمل أن تحدث 37. إذا ما تم اختيار إجراء التضمين بديل، على سبيل المثال، واحدة مع Moviol القائم على الجلسرين، لا بد من الجفاف. ولكن هذا من المرجح أن يؤدي إلى ضغط غير متجانسة من شريحة وبالتالي morpholo العصبية مشوهةغراي.
  11. وأخيرا، واحتضان لمدة 10 دقيقة في زايلول، تضمين شرائح في وسط التضمين مسعور لالمجهر الضوئي ووضع coverslips رقيقة جدا على القمة. السماح الشرائح تجف لمدة 20 دقيقة في RT.

5. العصبية إعادة الإعمار ومتشابك الاتصال التعريب

  1. فحص الشرائح مع الخلايا العصبية التي تحمل علامات biocytin تحت المجهر ضوء مجهزة الهدف الغمر النفط 60X / 100X ومكثف مع فتحة عددية عالية لقرار المكاني الأمثل. ضمان حبات محواري والعمود الفقري شجيري هي واضحة للعيان.
  2. تتبع الخلايا العصبية أو أزواج الخلايا العصبية إلى جانب synaptically باستخدام الخلايا العصبية التجارية نظام التتبع (انظر الجدول مواد معينة / معدات) للحصول على 3D إعادة بناء الخلايا العصبية. تنفيذ تتبع يدويا تحت الفحص البصري المستمر للكشف عن محواري حتى صغيرة أو الضمانات شجيري. للتسجيلات تقرن من الخلايا العصبية إلى جانب synaptically تتبع اليدوي لا يزال طريقةالاختيار لأن إسناد مثل ملف تعريف المحاور إما إلى الخلايا العصبية ما قبل أو بعد المشبكي يتطلب خبرة كبيرة إعادة الإعمار.
  3. إذا لزم الأمر، وجعل التهم من حبات محور عصبي و / أو العمود الفقري شجيري. وذلك لأن العمود الفقري أو حتى أنواع فرعية العمود الفقري وحبات محور عصبي قد يحمل توزيع وكثافة محددة فيما يتعلق على سبيل المثال، طبقة قشرية أو المنطقة، وهذا يمكن أن تساعد على توصيف أنواع الخلايا العصبية.
  4. للأزواج الخلايا العصبية إلى جانب synaptically، والتحقق من محور عصبي قبل المشبكي وبعد المشبكي التشعبات لappositions وثيقة على أعلى التكبير المتاحة. مراقبة وحبة محواري والعمود الفقري شجيري بعد المشبكي أو رمح هو في نفس المستوى البؤري يمكن اعتبار جهة اتصال متشابك المفترضة. بمناسبة هذا الاتصال في إعادة الإعمار.
  5. تصحيح إعادة بناء الخلايا العصبية للانكماش في جميع الأبعاد المكانية الثلاثة في القسم المناسب من برنامج البحث عن المفقودين.
    ملاحظة: أثناء التثبيت، ومعالجة النسيجيةوالجفاف تشوه الميكانيكية كبير وانكماش يحدث. هذا سوف يؤثر على قياسات طول محور عصبي وشجيري وتشويه بشدة الترتيب المكاني. عوامل التصحيح انكماش على المدى المتوسط ​​تضمين هي ~ 1.1 لx و y و الاتجاهات ~ 2.1 لZ-37 الاتجاه.
  6. للاطلاع على تحليل الصرفي الكمي استخدام برنامج تحليل البيانات لالفسيولوجيا العصبية (انظر جدول المواد معينة / المعدات).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

التسجيلات يقترن هي الطريقة المفضلة لتوصيف متعمقة لتحديد شكليا الاتصالات المشبكية الكون أو ثنائية الاتجاه وكذلك تقاطع الفجوة (الكهربائية) وصلات (الشكل 1). ويظهر مثال على تسجيل المقترنة في الطبقة 4 من القشرة الحسية الجسدية برميل في الشكل 1A. يمكن وصفها على حد سواء مثير أحادي الاتجاه واتصالات متشابك المثبطة (الشكل 1B، C). التسجيلات يقترن علاوة على ذلك تسمح لتسجيل من الاتصالات المشبكية ثنائية الاتجاه، أي من الاتصالات في كل من الخلايا العصبية التي في زوج هي قبل وبعد المشبكي إلى واحد آخر. ويتضح هذا في الشكل 1D، مما يدل على تسجيلات من عصبون المثبطة والخلايا العصبية مثير. انتزاع إمكانات العمل في الخلايا العصبية مثير (آثار الحمراء) النتائج في الكامن الاستثاري بعد المشبكي في عصبون بعد المشبكي المثبط (آثار السوداء). ومع ذلك، عندما إمكانات العمل هي ايفورطة في عصبون، وهو IPSP يمكن تسجيلها في الخلايا العصبية مثير. ويبين الشكل 1E أنه هو أيضا من الممكن أن يسجل من الخلايا العصبية إلى جانب الفجوة عبر تقاطع أو عن طريق تقاطع الفجوة والمشبك الكيميائي. لا يمكن تحديدها اتصالات تقاطع متبادلة والفجوة من خلال التسجيلات الكهربية يقترن حتى الآن ولكن ليس عن طريق أي تقنية أخرى.

مزيج من ملء biocytin من الخلايا العصبية إلى جانب طريق ماصة التصحيح والتسجيلات الكهربية يسمح وجود علاقة من الخصائص المورفولوجية من الخلايا العصبية إلى خصائص متشابك. بعد معالجة الخلايا العصبية النسيجية واضحة عن الهياكل المظلمة في شريحة تركز اهتمامها (الشكل 2A). بعد ذلك الزوج الخلايا العصبية المسجلة يمكن إعادة بنائها شكليا ويمكن التعرف على أنواع الخلايا العصبية. وعلاوة على ذلك، فمن الممكن لتحديد عدد ومواقع الاتصالات متشابك المفترضة (لوحات اليمين الشكل 2A وشملت رقمالبريد 2B الشكل). الزوج الخلايا العصبية هو مبين في الشكل 2B متصل متبادل ويتم تأسيس اتصالات بالتالي متشابك على كل من الخلايا العصبية. في أيدينا، وتأكدت المفترضة، وعلى ضوء الاتصالات متشابك حددت مجهريا كما اتصالات متشابك حقيقية مع المجهر الإلكتروني مع 80 - 90٪ درجة من الدقة 16،21،26.

ويبين الشكل 3 مثالا للتسجيل تقرن من الخلايا العصبية الهرمية قبل المشبكي في طبقة القشرة المخية الحديثة 6 من القشرة برميل والخلايا العصبية شائك مثير في طبقة 4. هذا المتناهية الصغر العصبية translaminar لديه احتمال اتصال منخفض، ولكن يمكن تحديدها باستخدام الإجراء البحث صفها في الخطوات 3.1.1 - 3.1.9 للاتصالات العصبية مع الربط المنخفض. مع تقنية تسجيل يقترن أنه من الممكن تحديد اتصالات متشابك مع الربط منخفضة جدا كما هو الحال في بعض الاتصالات بعيدة المدى translaminar (هذا المثال) أو اتصالات بين العصبيةنانوثانية تقع في مختلف 'الأعمدة' القشرية (اتصالات متشابك بين عمودية).

الشكل (1)
الشكل 1. التسجيلات الموثوقة من أزواج الخلايا إلى جانب synaptically. (A) اليسار، صورة IR-مدينة دبي للإنترنت من شريحة الدماغ. الحق، وهو عصبون (أعلى) والخلايا العصبية مثير (القاع). (ب) وإمكانات العمل قبل المشبكي (أعلى) في الخلايا العصبية مثير يثير احتمال بعد المشبكي مثير الأحادي المشبك (الكامن الاستثاري بعد المشبكي) في الخلايا العصبية مثير آخر (القاع). (ج) إمكانات العمل (أعلى) في عصبون قبل المشبكي المثبط تثير احتمال بعد المشبكي المثبطة الأحادي المشبك (IPSP) في الخلايا العصبية مثير (القاع). (D) إمكانات العمل (أعلى اليسار) في الخلايا العصبية قبل المشبكي مثير تثير لالكامن الاستثاري بعد المشبكي (أسفل اليسار) في لعصبون المثبطة. بدوره، إمكانات العملفي عصبون المثبطة (أعلى اليمين) يتسبب في IPSP في الخلايا العصبية مثير (أسفل اليمين). (E) سلسلة من الخطوات الجهد فرط وإزالة إستقطاب التي تسببها الحقن الحالية إلى الخلايا العصبية (أعلى اليسار) ويتجلى في وجود فجوة تقاطع إلى جانب الخلايا العصبية الثانية (أسفل اليسار). وبالإضافة إلى ذلك، إمكانية عمل قبل المشبكي (أعلى اليمين) في الخلايا العصبية الأولى تثير على الاستقطاب صغيرة في وقت مبكر (السنيبلات، أقحم) تليها فرط الاستقطاب العميق الراحل (IPSP) في إمكانات غشاء الخلايا العصبية الثانية (أسفل اليمين). تنطبق على نطاق والحانات في (ب) أيضا إلى (C). الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 2
الشكل 2. تحديد الاتصالات متشابك وreconstr الصرفيuction من أزواج خلية مليئة biocytin. (A) اليسار، صورة مجهرية الطاقة المنخفضة من زوج الخلية إلى جانب بالتبادل تضم النجمية شائك وعصبون-ارتفاعه السريع في طبقة 4 التي كانت مليئة biocytin أثناء التسجيل. يتم وضع علامة اتصالات الخفيفة التي تم تحديدها مجهريا المفترضة مثير متشابك بين الخلايا العصبية الشوكية قبل المشبكي وبعد المشبكي عصبون من النقاط الخضراء. يشار الاتصالات متشابك المثبطة متبادلة المفترضة التي كتبها النقاط الزرقاء. الصحيحة، صور عالية الطاقة من الاتصالات المشبكية. الدوائر الخضراء المفتوحة، والاتصالات مثير. الدوائر المفتوحة الزرقاء، والاتصالات المثبطة. تم تحديد الحدود طبقة من هيكل التهندس الخلوي من شريحة الدماغ الملون تحت المجهر منخفضة الطاقة. (B) Neurolucida إعادة إعمار الزوج خلية نفسه هو مبين في (A) والشكل 1C. الأزرق، محور عصبي عصبون. الأحمر، سوما عصبون والتغصنات. الأخضر، محور عصبي شائك الخلايا العصبية. الأبيض، سوما شائك الخلايا العصبية والتغصنات. وأقحممعارض المقصورات somatodendritic من الخلايا العصبية قبل وبعد المشبكي جنبا إلى جنب مع الاتصالات متشابك المفترضة. وقد تم تحديد معالم برميل في الطاقة المنخفضة photomicrographs مشرق الميدان مصنوعة من شريحة الدماغ الحادة. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل (3)
الشكل 3. اتصال متشابك تمثيلي مع نسبة الربط منخفضة جدا. (A) وإمكانات العمل قبل المشبكي (أعلى) في خلية الهرمية طبقة 6 تثير إمكانية الأحادي المشبك مثير بعد المشبكي (القاع) في طبقة 4 نجوم الهرمية الخلايا العصبية. لاحظ كمون طويلة (> 3.0 ميللي ثانية) هذا الاتصال العابر للالصفحي مقارنة بما كان عليه من الاتصالات البينية صفائحي المحلية (≈1.0 ميللي ثانية). (ب) رد و بعد المشبكي(ه) من طبقة 4 نجوم الهرمية الخلايا العصبية لاثنين من إمكانات العمل في 10 هرتز أثارت في طبقة 6 الخلايا الهرمية. لاحظ التيسير على المدى القصير هذا الصدد مقارنة مع الاكتئاب على المدى القصير من الاتصالات المحلية (لا تظهر البيانات). (C) عمق الممتدة من التصوير التركيز في نفس اتصال كما هو الحال في (A، B). أقحم، وsomato / مجال شجيري من طبقة 4 نجوم الهرمية الخلايا العصبية. لاحظ وجود التغصنات قمية بارزة تميزت سهم. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

ملي ز / L
كلوريد الصوديوم 125 7،305
بوكل 2.5 0.186
جلوكوز 25 4.5
NaHCO 3 2.1
ناه 2 PO 4 1.25 0.173
CaCl 2 2 0.294
MgCl 2 1 0.095
الأسمولية ~ 310 mOsmol / L
بالغاز مع 95٪ O 2 و 5٪ CO 2

الجدول 1. السائل النخاعي الاصطناعي (ACSF) لنضح أثناء التسجيل.

ملي ز / L
كلوريد الصوديوم 125 7،305
بوكل 2.5 0.186
جلوكوز 25 4.5
NaHCO 3 25 2.1
ناه 2 PO 4 1.25 0.173
CaCl 2 1 0.147
MgCl 2 5 0.476
ميو-إينوزيتول 3 0.54
نا-البيروفات 2 0.22
حمض الاسكوربيك (فيتامين C) 0.4 0.07
الأسمولية ~ 310 mOsmol / L
بالغاز مع 95٪ O 2 و 5٪ CO 2

الجدول 2. خارج الخلية حل لشرائح الدماغ الحادة من الحيوانات غير ناضجة.

ملي ز / L
سكر القصب 206 70.51
بوكل 2.5 0.186
جلوكوز 25 4.5
NaHCO 3 25 2.1
ناه 2 PO 4 1.25 0.173
CaCl 2 1 0.147
MgCl 2 3 0.286
ميو-إينوزيتول 3 0.54
نا-البيروفات 2 0.22
حمض الاسكوربيك (فيتامين C) 0.4 0.07
الأسمولية ~ 310 mOsmol / L
بالغاز مع 95٪ O 2 و 5٪ CO 2

الجدول 3. حل خارج الخلية لشرائح الدماغ الحادة من الحيوانات الناضجة (قالمالحة ucrose).

ملي ز / L ز / 50 مل
K-جلوكونات 135 31،622 1.5811
بوكل 4 0.298 0.0149
HEPES 10 2،384 0.1192
فسفوكرياتين 10 2.552 0.1276
ATP-المغنيسيوم 2+ 4 2.028 0.1014
GTP-نا 0.3 0.156 0.0078
ضبط درجة الحموضة إلى 7.3 مع KOH
الأسمولية ~ 300 mOsmol / L
إضافة 3-5 ملغ / مل biocytin

الجدول 4. انخفاض محلول كلوريد ماصة.

ملي ز / L ز / 50 مل
نا-جلوكونات 105 22.92 1.146
كلوريد الصوديوم 30 1.76 0.088
HEPES 10 2،384 0.1192
فسفوكرياتين 10 2.552 0.1276
ATP-المغنيسيوم 2+ 4 2.028 0.1014
GTP-نا 0.3 0.156 0.0078
ضبط درجة الحموضة إلى 7.3 مع هيدروكسيد الصوديوم
الأسمولية ~ 300 mOsmol / L

الجدول 5. ارتفاع ناالحل ماصة للبحث عن الخلايا العصبية إلى جانب synaptically.

نسبة مل
كاشف A 1 0.15
كاشف B 1 0.15
10٪ تريتون X100 1 0.15
0.1 M عازلة الفوسفات 97 14.55
أبقى لمدة 30 دقيقة في الظلام قبل الاستخدام

الجدول 6. ABC حل لرد فعل النسيجية.

الوزن حجم
3-3'-diaminobenzidine 10 ملغ -
0.1 M عازلة الفوسفات - 20 مل
1٪ (NH 4) 2 ني (SO 4) 2 - من 5 - 10 ميكرولتر
1٪ كوكلي 2 - 5 ميكرولتر
1٪ (NH 4) 2 ني (SO 4) 2 و 1٪ كوكلي 2 تضاف قطرة قطرة مع التحريك الحل.

الجدول 7. حل لdiaminobenzidine (DAB) رد فعل.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

التسجيلات تقرن من جانب مثير synaptically و / أو الخلايا العصبية المثبطة هي أسلوب شديد التنوع لدراسة رقائق الخلايا العصبية. لا يقتصر هذا النهج يسمح احد لتقدير اتصال متشابك بين أنواع الخلايا العصبية ولكنه يسمح أيضا تحديد الخصائص الوظيفية لاتصال والتشكل من الخلايا العصبية قبل وبعد المشبكي. وعلاوة على ذلك، ناهض و / أو خصم يمكن بسهولة أن تطبق على الخلايا العصبية في الأعمال التحضيرية شريحة. هذا يسمح احد لدراسة آثار neuromodulators على خصائص انتقال متشابك 32 أو توصيف متعمق للاتصال متشابك الوحدوي تعريفها باستخدام، على سبيل المثال، تحليل كمي لمتشابك الافراج 16،17،38،39. العثور على الاتصالات المشبكية الكيميائية و / أو الكهربائية (فجوة تقاطع) هو الخطوة الأكثر أهمية من هذا البروتوكول. لذا قمنا المدرجة نهج مختلفة لإيجاد صلات متشابك، اعتمادا على نسبة الربط ولهانوع (الكيميائية / الكهربائية).

والعيب الرئيسي للالاستعدادات شريحة هو اقتطاع في كثير من الأحيان كبير من التوقعات محور عصبي طويلة المدى بحيث يتم استرداد سوى أجزاء صغيرة من إجمالي طول محور عصبي من محور عصبي. وبالنسبة لبعض أنواع الخلايا الهرمية، ودرجة اقتطاع يمكن أن تصل إلى 90٪ أو أكثر حينما تأخذ توقعات إلى المناطق القشرية الأخرى أو المناطق تحت القشرية في الاعتبار. وهذا يجعل إعداد شريحة غير صالحة للدراسة الاتصالات المشبكية بين الخلايا العصبية وأجسام الخلايا التي هي أكثر من> 300 ميكرون على حدة. ومع ذلك، في التحضيرات شريحة الحادة، والتوقعات محور عصبي المحلية، ولا سيما من interneurons المحلي يتم استرداد عموما بدرجة منخفضة نسبيا من شجيري واقتطاع محور عصبي (~ 10٪ أو أقل) بسبب الأفقي والرأسي فترة المجال محدود العرش من محور عصبي . لذا يمكن وصف اتصالات التي تنطوي على هذه الأنواع من الخلايا العصبية مع وجود درجة عالية من الدقة وreliability وتسفر عن تقديرات الاتصال الصحيحة إلى حد كبير. باستثناء هذه الاتصالات متشابك المحلية، والقيم المطلقة لنسب الربط بين النوعين الخلايا العصبية التي تم الحصول عليها في الأعمال التحضيرية شريحة هي إشكالية للغاية، ولا سيما بالنسبة للخلايا العصبية مع المسافات بين جسدية كبيرة كما هو الحال في translaminar أو غير المحلي، بعيدة المدى داخل الصفيحة الاتصالات المشبكية . وتتفاقم هذه المشكلة عندما لم تم تحسين الظروف تشريح للاتصال متشابك بالنظر في سن محددة. للاتصال يقدر منهجيات رواية أكثر واقعية مثل الإلكترون الكثيفة إعادة البناء المجهرية 40 و الهيكلي الذخائر المتروكة شجيري التداخل 41 تم تطويرها. ولكن، حتى هذه التقنيات يجب أن تأخذ في الاعتبار تنوع عال من interneurons المثبطة والخلايا العصبية أيضا مثير.

وثمة مشكلة أخرى مع تقديرات الربط هي أن الاتصالات متشابك البعيدة، على سبيل المثال، تلك على خصل قمية من الخلايا العصبية الهرمية، يجوزالهروب الكشف. عند قياسها في سوما السعة من استجابتها متشابك صغيرة جدا ومن المرجح أن تختفي في الضوضاء (تشي وآخرون، عام 2014، في تقديم). ومع ذلك، هذا النوع من المشاكل لا تقتصر على نهج تسجيل يقترن لكن لن يحدث أيضا مع التقنيات الأخرى المستخدمة لدراسة اتصال متشابك.

في الآونة الأخيرة العام تفعيل الناجم عن ضوء رقائق الخلايا العصبية (أي عن طريق الصور الإفراج عن الغلوتامات في قفص أو عن طريق تفعيل channelrhodopsin) قد استخدمت لتحقيق الربط الخلايا العصبية، وحتى على نطاق أوسع 42-52. ومع ذلك، مع هذه الأساليب البصرية فإنه ليس من الممكن تحديد الخصائص الهيكلية للنوع الخلايا العصبية قبل المشبكي. وعلاوة على ذلك، لا يمكن تحديد عدد وموقع من الاتصالات المشبكية التي وضعتها اتصال الخلايا العصبية، على الأقل ليس حتى الآن. التسجيلات المقترنة، من ناحية أخرى، تسمح توصيف كل من neur قبل وبعد المشبكيعلى أنواع في المتناهية الصغر متشابك. هذا مهم بشكل خاص منذ وقد أظهرت العديد من الدراسات أن كلا من interneurons GABAergic والخلايا العصبية مثير ومتنوع للغاية فيما يتعلق التشكل وعلم وظائف الأعضاء متشابك 53-56. وهكذا، وتحديد كل من الخلايا العصبية قبل وبعد المشبكي هو شرط أساسي لوصف اتصال متشابك 57. وأخيرا، تسمح التسجيلات إقران تسجيل تكوينات مختلفة من اتصال متشابك (اتصالات متبادلة، تتعايش تقاطعات الفجوة، والمشابك الكيميائية). ولذلك، فإن تقنية تسجيل يقترن يبقى مدخلا مهما لدراسة رقائق الخلايا العصبية.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Amplifier HEKA EPC 10 USB Triple with 2 - 3 preamplifiers
Microscope Olympus BX51WI with 2 camera ports, a 4X objective, and a 40X water-immersion objective
Camera TILL Photonics VX55 infrared CCD camera
Workstation Luigs & Neumann Infrapatch 240 with a motorized x-y stage and a motorized focus axis for the microscope
Micromanipulator Luigs & Neumann SM-5 x-y-z manipulators for 2 - 3 preamplifiers
Faraday cage Luigs & Neumann
Anti-vibration table Newport Spectra-Physics
Patchmaster HEKA
Microtome Microm International HM650V
Micropipette puller HEKA Sutter P-97
Neurolucida system Microbrightfield with Neurolucida and Neuroexplorer softwares

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Hughes, G. M., Tauc, L. A direct synaptic connexion between the left and right giant cells in Aplysia. J Physiol. 197 (3), 511-527 (1968).
  2. Korn, H., Triller, A., Mallet, A., Faber, D. S. Fluctuating responses at a central synapse: n of binomial fit predicts number of stained presynaptic boutons. Science. 213 (4510), 898-901 (1981).
  3. Miles, R. Synaptic excitation of inhibitory cells by single CA3 hippocampal pyramidal cells of the guinea-pig in vitro. J Physiol. 428 (1), 61-77 (1990).
  4. Malinow, R. Transmission between pairs of hippocampal slice neurons: quantal levels, oscillations and LTP. Science. 252 (5006), 722-724 (1991).
  5. Mason, A., Nicoll, A., Stratford, K. Synaptic transmission between individual pyramidal neurons of the rat visual cortex in vitro. J Neurosci. 11 (1), 72-84 (1991).
  6. Thomson, A. M., West, D. C. Fluctuations in pyramid-pyramid excitatory postsynaptic potentials modified by presynaptic firing pattern and postsynaptic membrane potential using paired intracellular recordings in rat neocortex. Neuroscience. 54 (2), 329-346 (1993).
  7. Buhl, E. H., Halasy, K., Somogyi, P. Diverse sources of hippocampal unitary inhibitory postsynaptic potentials and the number of synaptic release sites. Nature. 368 (6474), 823-828 (1994).
  8. Bolshakov, V. Y., Siegelbaum, S. A. Regulation of hippocampal transmitter release during development and long-term potentiation. Science. 269 (5231), 1730-1734 (1995).
  9. Debanne, D., Guerineau, N. C., Gahwiler, B. H., Thompson, S. M. Physiology and pharmacology of unitary synaptic connections between pairs of cells in areas CA3 and CA1 of rat hippocampal slice cultures. J Neurophysiol. 73 (3), 1282-1294 (1995).
  10. Miles, R., Toth, K., Gulyas, A. I., Hajos, N., Freund, T. F. Differences between somatic and dendritic inhibition in the hippocampus. Neuron. 16 (4), 815-823 (1996).
  11. MacVicar, B. A. Infrared video microscopy to visualize neurons in the in vitro brain slice preparation. J Neurosci Methods. 12 (2), 133-139 (1984).
  12. Dodt, H. U., Zieglgansberger, W. Visualizing unstained neurons in living brain slices by infrared DIC-videomicroscopy. Brain Res. 537 (1-2), 333-336 (1990).
  13. Stuart, G. J., Dodt, H. U., Sakmann, B. Patch-clamp recordings from the soma and dendrites of neurons in brain slices using infrared video microscopy. Pflugers Arch. 423 (5-6), 511-518 (1993).
  14. Debanne, D., et al. Paired-recordings from synaptically coupled cortical and hippocampal neurons in acute and cultured brain slices. Nat Protoc. 3 (10), 1559-1568 (2008).
  15. Gulyas, A. I., et al. Hippocampal pyramidal cells excite inhibitory neurons through a single release site. Nature. 366 (6456), 683-687 (1993).
  16. Silver, R. A., Lubke, J., Sakmann, B., Feldmeyer, D. High-probability uniquantal transmission at excitatory synapses in barrel cortex. Science. 302 (5652), 1981-1984 (2003).
  17. Biro, A. A., Holderith, N. B., Nusser, Z. Quantal size is independent of the release probability at hippocampal excitatory synapses. J Neurosci. 25 (1), 223-232 (2005).
  18. Crochet, S., Chauvette, S., Boucetta, S., Timofeev, I. Modulation of synaptic transmission in neocortex by network activities. Eur J Neurosci. 21 (4), 1030-1044 (2005).
  19. Bruno, R. M., Sakmann, B. Cortex is driven by weak but synchronously active thalamocortical synapses. Science. 312 (5780), 1622-1627 (2006).
  20. Constantinople, C. M., Bruno, R. M. Deep cortical layers are activated directly by thalamus. Science. 340 (6140), 1591-1594 (2013).
  21. Markram, H., Lubke, J., Frotscher, M., Roth, A., Sakmann, B. Physiology and anatomy of synaptic connections between thick tufted pyramidal neurones in the developing rat neocortex. J Physiol. 500 (Pt 2), 409-440 (1997).
  22. Gray, E. G. Axo-somatic and axo-dendritic synapses of the cerebral cortex: an electron microscope study). J Anat. 93 (Pt 4), 420-433 (1959).
  23. Uchizono, K. Characteristics of excitatory and inhibitory synapses in the central nervous system of the cat). Nature. 207 (997), 642-643 (1965).
  24. Tamas, G., Buhl, E. H., Lorincz, A., Somogyi, P. Proximally targeted GABAergic synapses and gap junctions synchronize cortical interneurons. Nat Neurosci. 3 (4), 366-371 (2000).
  25. Feldmeyer, D., Lubke, J., Silver, R. A., Sakmann, B. Synaptic connections between layer 4 spiny neurone-layer 2/3 pyramidal cell pairs in juvenile rat barrel cortex: physiology and anatomy of interlaminar signalling within a cortical column. J Physiol. 538 (Pt 3), 803-822 (2002).
  26. Feldmeyer, D., Lubke, J., Sakmann, B. Efficacy and connectivity of intracolumnar pairs of layer 2/3 pyramidal cells in the barrel cortex of juvenile rats). J Physiol. 575 (Pt 2), 583-602 (2006).
  27. Helmstaedter, M., Staiger, J. F., Sakmann, B., Feldmeyer, D. Efficient recruitment of layer 2/3 interneurons by layer 4 input in single columns of rat somatosensory cortex). J Neurosci. 28 (33), 8273-8284 (2008).
  28. Oertner, T. G., Sabatini, B. L., Nimchinsky, E. A., Svoboda, K. Facilitation at single synapses probed with optical quantal analysis. Nat Neurosci. 5 (7), 657-664 (2002).
  29. Koester, H. J., Johnston, D. Target cell-dependent normalization of transmitter release at neocortical synapses. Science. 308 (5723), 863-866 (2005).
  30. Markram, H., Lubke, J., Frotscher, M., Sakmann, B. Regulation of synaptic efficacy by coincidence of postsynaptic APs and EPSPs. Science. 275 (5297), 213-215 (1997).
  31. Egger, V., Feldmeyer, D., Sakmann, B. Coincidence detection and changes of synaptic efficacy in spiny stellate neurons in rat barrel cortex. Nat Neurosci. 2 (12), 1098-1105 (1999).
  32. Eggermann, E., Feldmeyer, D. Cholinergic filtering in the recurrent excitatory microcircuit of cortical layer 4. Proc Natl Acad Sci U S A. 106 (28), 11753-11758 (2009).
  33. Feldmeyer, D., van Aerde, K. I., Qi, G. Society for Neuroscience. , 335.313 (2012).
  34. Radnikow, G., Gunter, R. H., Marx, M., Feldmeyer, D. Neuronal Network Analysis : Concepts and Experimental Approaches. Fellin, T., Halassa, M. 67, Springer Verlag. 405-431 (2012).
  35. Feldmeyer, D., Egger, V., Lubke, J., Sakmann, B. Reliable synaptic connections between pairs of excitatory layer 4 neurones within a single 'barrel' of developing rat somatosensory cortex. J Physiol. 521 (Pt 1), 169-190 (1999).
  36. Koelbl, C., Helmstaedter, M., Lubke, J., Feldmeyer, D. A Barrel-Related Interneuron in Layer 4 of Rat Somatosensory Cortex with a High Intrabarrel Connectivity). Cereb Cortex. , (2013).
  37. Marx, M., Gunter, R. H., Hucko, W., Radnikow, G., Feldmeyer, D. Improved biocytin labeling and neuronal 3D reconstruction. Nat Protoc. 7 (2), 394-407 (2012).
  38. Biro, A. A., Holderith, N. B., Nusser, Z. Release probability-dependent scaling of the postsynaptic responses at single hippocampal GABAergic synapses. J Neurosci. 26 (48), 12487-12496 (2006).
  39. Huang, C. H., Bao, J., Sakaba, T. Multivesicular release differentiates the reliability of synaptic transmission between the visual cortex and the somatosensory cortex. J Neurosci. 30 (36), 11994-12004 (2010).
  40. Helmstaedter, M., et al. Connectomic reconstruction of the inner plexiform layer in the mouse retina. Nature. 500 (7461), 168-174 (2013).
  41. Oberlaender, M., et al. Cell type-specific three-dimensional structure of thalamocortical circuits in a column of rat vibrissal cortex. Cereb Cortex. 22 (10), 2375-2391 (2012).
  42. Dantzker, J. L., Callaway, E. M. Laminar sources of synaptic input to cortical inhibitory interneurons and pyramidal neurons. Nat Neurosci. 3 (7), 701-707 (2000).
  43. Schubert, D., et al. Layer-specific intracolumnar and transcolumnar functional connectivity of layer V pyramidal cells in rat barrel cortex. J Neurosci. 21 (10), 3580-3592 (2001).
  44. Schubert, D., Kotter, R., Zilles, K., Luhmann, H. J., Staiger, J. F. Cell type-specific circuits of cortical layer IV spiny neurons. J Neurosci. 23 (7), 2961-2970 (2003).
  45. Schubert, D., Kotter, R., Luhmann, H. J., Staiger, J. F. Morphology, electrophysiology and functional input connectivity of pyramidal neurons characterizes a genuine layer va in the primary somatosensory cortex. Cereb Cortex. 16 (2), 223-236 (2006).
  46. Yoshimura, Y., Dantzker, J. L., Callaway, E. M. Excitatory cortical neurons form fine-scale functional networks. Nature. 433 (7028), 868-873 (2005).
  47. Yoshimura, Y., Callaway, E. M. Fine-scale specificity of cortical networks depends on inhibitory cell type and connectivity. Nat Neurosci. 8 (11), 1552-1559 (2005).
  48. Shepherd, G. M., Svoboda, K. Laminar and columnar organization of ascending excitatory projections to layer 2/3 pyramidal neurons in rat barrel cortex. J Neurosci. 25 (24), 5670-5679 (2005).
  49. Bureau, I., von Saint Paul, F., Svoboda, K. Interdigitated paralemniscal and lemniscal pathways in the mouse barrel cortex. PLoS Biol. 4 (12), e382 (2006).
  50. Petreanu, L., Huber, D., Sobczyk, A., Svoboda, K. Channelrhodopsin-2-assisted circuit mapping of long-range callosal projections. Nat Neurosci. 10 (5), 663-668 (2007).
  51. Petreanu, L., Mao, T., Sternson, S. M., Svoboda, K. The subcellular organization of neocortical excitatory connections. Nature. 457 (7233), 1142-1145 (2009).
  52. Adesnik, H., Scanziani, M. Lateral competition for cortical space by layer-specific horizontal circuits. Nature. 464 (7292), 1155-1160 (2010).
  53. Molnar, Z., Cheung, A. F. Towards the classification of subpopulations of layer V pyramidal projection neurons. Neurosci Res. 55 (2), 105-115 (2006).
  54. Doyle, J. P., et al. Application of a translational profiling approach for the comparative analysis of CNS cell types. Cell. 135 (4), 749-762 (2008).
  55. Brown, S. P., Hestrin, S. Intracortical circuits of pyramidal neurons reflect their long-range axonal targets. Nature. 457 (7233), 1133-1136 (2009).
  56. Groh, A., et al. Cell-type specific properties of pyramidal neurons in neocortex underlying a layout that is modifiable depending on the cortical area. Cereb Cortex. 20 (4), 826-836 (2010).
  57. Brown, S. P., Hestrin, S. Cell-type identity: a key to unlocking the function of neocortical circuits. Curr Opin Neurobiol. 19 (4), 415-421 (2009).

Tags

علم الأعصاب، العدد 95، التصحيح، المشبك، والتسجيلات المقترنة، الخلايا العصبية، الاتصالات المشبكية، تقاطعات الفجوة، وbiocytin وضع العلامات، والارتباطات هيكل وظيفة
الكهربية والمورفولوجية توصيف العصبية الحادة رقائق في الدماغ عن طريق شرائح الموثوقة التصحيح، المشبك التسجيلات
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Qi, G., Radnikow, G., Feldmeyer, D.… More

Qi, G., Radnikow, G., Feldmeyer, D. Electrophysiological and Morphological Characterization of Neuronal Microcircuits in Acute Brain Slices Using Paired Patch-Clamp Recordings. J. Vis. Exp. (95), e52358, doi:10.3791/52358 (2015).

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