Method Article

Beyin Dilimlerinde Afferent Yolakların Optogenetik Aktivasyonu ve Uçucu Anesteziklerle Yanıtların Modülasyonu

DOI:

10.3791/61333

⸱

July 23rd, 2020

 ,  ,  , 
1Department of Anesthesiology, University of Wisconsin, 2Department of Anesthesiology, Rambam Health Care Campus, the Ruth and Bruce Rappaport Faculty of Medicine, Technion - Israel Institute of Technology

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ex vivo beyin dilimleri, uçucu anesteziklerin afferent girdilere uyarılmış yanıtlar üzerindeki etkilerini incelemek için kullanılabilir. Optogenetik, talamokortikal ve kortikokortikal afferentleri primer olmayan neokortekse bağımsız olarak aktive etmek için kullanılır ve sinaptik ve ağ yanıtları izofluran ile modüle edilir.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Anestezikler kısmen talamokortikal devreler üzerindeki eylemleri yoluyla bilinci etkiler. Bununla birlikte, uçucu anesteziklerin bu devrelerin farklı hücresel ve ağ bileşenlerini ne ölçüde etkilediği belirsizliğini korumaktadır. Ex vivo beyin dilimleri, araştırmacıların karmaşık ağların ayrı bileşenlerini araştırabilecekleri ve uçucu anesteziklerin uyarılmış yanıtlar üzerindeki etkilerinin altında yatan potansiyel mekanizmaları çözebilecekleri bir araç sağlar. Beyin dilimlerinde potansiyel hücre tipine ve yola özgü ilaç etkilerini izole etmek için, araştırmacılar afferent lif yollarını bağımsız olarak aktive edebilmeli, örtüşmeyen hücre popülasyonlarını tanımlayabilmeli ve sulu çözeltideki dokuya uçucu anestezikler uygulayabilmelidir. Bu protokolde, ex vivo beyin dilimlerinde neokortekse giden iki bağımsız afferent yola optogenetik olarak uyarılmış yanıtları ölçme yöntemleri açıklanmaktadır. Hücre dışı yanıtlar ağ aktivitesini analiz etmek için kaydedilir ve somatostatin ve parvalbümin pozitif internöronlarda hedeflenen tüm hücre yama kelepçesi kayıtları yapılır. Hücresel ve ağ yanıtlarını modüle etmek için fizyolojik olarak ilgili izofluran konsantrasyonlarının yapay beyin omurilik sıvısı yoluyla verilmesi tarif edilmiştir.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Uçucu anestezikler, bir yüzyıldan fazla bir süredir çeşitli klinik ve akademik ortamlarda her yerde kullanılmaktadır. Farklı anestezik sınıfları benzersiz, genellikle örtüşmeyen moleküler hedeflere sahiptir 1,2,3, ancak neredeyse hepsi bilinçsizlik üretir. Davranışsal etkileri oldukça öngörülebilir olsa da, anesteziklerin bilinç kaybına neden olduğu mekanizmalar büyük ölçüde bilinmemektedir. Anestezikler nihayetinde kortikotalamik devreler üzerindeki eylemler yoluyla bilincin hem seviyesini hem de içeriğini etkileyebilir ve kortikal hiyerarşi 4,5,6,7,8,9 boyunca bilginin entegrasyonunu bozabilir. Daha geniş anlamda, kortikotalamik devrelerin modülasyonu, deneysel olarak 10 veya farmakolojik olarak 11 değişmiş bilinç durumunda rol oynayabilir ve ayrıca uyku12 ve bilincin patofizyolojik bozukluklarında13,14 ile ilişkili olabilir.

Anestezi sırasında bilinç kaybı ve geri dönüşünün altında yatan mekanizmaların belirsizliği, kısmen anesteziklerin hücresel, ağ ve sistem düzeylerindeki lineer olmayan, sinerjik etkilerine bağlanabilir15. Örneğin, izofluran, seçilen beyin bölgelerindeki aktiviteyi baskılar 16,17,18, uzak beyin bölgeleri arasındaki bağlantıyı bozar 19,20,21,22,23 ve sinaptik yanıtları yola özgü bir şekilde azaltır 24,25 . Anesteziklerin moleküler düzeyden sistem düzeyine kadar hangi etkilerinin bilinç kaybını etkilemek için gerekli veya yeterli olduğu belirsizliğini korumaktadır. Non-invaziv teknikler 19,20,26 kullanılarak bilincin önemli klinik araştırmalarına ek olarak, deneycilerin bilinçli deneyime hizmet eden farklı hücresel ve ağ etkileşimlerini çözmeye çalışmaları önemlidir.

Bozulmamış beyinde bulunan karmaşık etkileşimleri basitleştirerek, ex vivo beyin dilimleri, beynin dinamik sistemlerinin izole bileşenlerinin incelenmesine izin verir9. Azaltılmış bir dilim preparatı, yerel sinir devrelerinin nispeten sağlam anatomik yapılarının faydalarını, in vitro manipülasyonların çok yönlülüğü ile birleştirir. Bununla birlikte, yakın zamana kadar, metodolojik kısıtlamalar, beyin dilimlerinde uzun menzilli girdilerin sinaptik ve devre özelliklerinin incelenmesini engellemiştir27,28; kortikotalamik lif yollarının kıvrımlı yolu, bağımsız afferent yolların aktivasyonunu elektriksel stimülasyonla imkansız hale getirdi.

Anestezik ajanların beyin dilimi preparatları üzerindeki etkilerinin araştırılması ek zorluklar ortaya koymaktadır. Sağlam bir solunum ve dolaşım sistemi yoksa, anestezik ajanlar banyo ile uygulanmalı ve konsantrasyonlar tahmini etki alanı konsantrasyonlarına dikkatlice eşleştirilmelidir. Birçok intravenöz anestezik ajan için, dokudaki denge hızının yavaş olması, geleneksel farmakolojik araştırmaları zahmetli hale getirmektedir29,30. Uçucu gaz anesteziklerinin ex vivo preparatlardaki etkilerinin araştırılması daha zordur, ancak aynı zamanda zorluklar da ortaya koymaktadır. Bunlar arasında solunan kısmi basınç dozlarının sulu konsantrasyonlara dönüştürülmesi ve ilacın yapay beyin omurilik sıvısı yoluyla dokuya modifiye edilmiş bir dağıtım sistemine duyulan ihtiyaç31 yer almaktadır.

Burada, araştırmacıların ex vivo beyin dilimlerine ilaç verilmesi için uçucu anestezik izofluran'ın iyi belgelenmiş fizikokimyasal özelliklerinden yararlanabilecekleri, yüksek uzaysal zamansal çözünürlüğe sahip kortikal bir ilgi alanına yol ve tabakaya özgü girdileri aktive edebilecekleri ve belirli nöron popülasyonlarından eşzamanlı laminer kayıtlar ve hedeflenmiş yama kelepçesi kayıtları yapabilecekleri yöntemler açıklanmaktadır. Kombine olarak, bu prosedürler araştırmacıların sinaptikten lokal ağ seviyesine kadar gözlemlenebilir elektrofizyolojik yanıt özelliklerinde uçucu anestezik kaynaklı değişiklikleri ölçmelerini sağlar.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu protokolde açıklanan hayvanları içeren tüm prosedürler, Wisconsin-Madison Üniversitesi Tıp Fakültesi ve Halk Sağlığı Hayvan Bakımı ve Kullanımı Komitesi tarafından onaylanmıştır.

1. İnternöron alt popülasyonlarında floresan muhabir proteinini eksprese etmek için farelerin yetiştirilmesi

  1. Homoziyog, Cre'e bağımlı tdDomates erkek fareyi homozigot SOM-Cre dişi veya homozigot PV-Cre dişi fare ile eşleştirin.
    NOT: Diğer spesifik nöronal popülasyonlar uygun Cre hatları kullanılarak hedeflenebilir.
  2. Heterozigot yavruların devam etmeden önce en az 3 haftaya kadar olgunlaşmasına izin verin. Burada açıklanan deneyler için, homozigot ebeveynler hem hücre tipine özgü Cre rekombinaz hem de Cre'ye bağımlı muhabir alelleri için hepsi heterozigot olan yavrular ürettiğinden, genotipleme gerekli değildir.

2. Viral yapının tek taraflı stereotaksik enjeksiyonunun yapılması

  1. Enjeksiyon pipetleri için mikropipet çektirme makinesinin ayarlarını, cihaz kullanım kılavuzunda belirtildiği şekilde yapın (önerilen ayarlar için Tablo 1'e bakın). Cam mikropipeti çekin.
  2. Pipetin keskin ucunun ucunu, uç çapı birkaç milimetrenin üzerinde minimum konik ile yaklaşık 30 μm olacak şekilde kırın.
  3. Daha önce belgelenmiş prosedürleri kullanarak, enjekte edilecek uygun titreye ve virüs hacmine karar verin. Burada açıklanan deneylerde, enjekte edilen 1.0 μL (titre: 3.1-5.7 TU / mL) tek taraflı olarak iyi sonuçlar vermiştir.
  4. Pipetin tüm hacmini mineral yağ ile doldurun. Pipetleri mikroşırıngaya yükleyin ve ucun tıkanmadığından emin olmak için uçtan az miktarda mineral yağ akıtın.
  5. En az 1.0 μL viral yapıyı önden doldurun. Bu deneylerde kullanılan rekombinant adeno ilişkili viral vektör AAV2-hSyn-hChR2(H134R)-EYFP idi.
  6. Steril örtüyü cerrahi bir alanda düzenleyin. Stereotaksik prosedür için aletleri sterilize edin ve üzümün üzerine yerleştirin.
  7. İzofluran (indüksiyon için% 3, bakım için% 1.5-2) ve oksijen karışımı kullanarak SOM-tdDomates veya PV-tdDomates heterozigot hayvanını anestezize edin. Ameliyat boyunca ayak parmağı sıkışması ile cerrahi anestezi seviyesini periyodik olarak onaylayın. Her 10-15 dakikada bir solunumu izleyerek hayvanın anestezi cerrahi planının ötesine geçmediğinden emin olun.
  8. Hayvanın başının üstünü tıraş edin. Membranın kurumasını önlemek için cerrahi bölgeye serbestçe% 70 izopropil alkol ve iyot bazlı çözelti ve göz yuvalarına oftalmik merhem uygulayın. Bupivakain/lidokain (1:1 oranında, 1.0 mg/kg) lokal anestezik için cerrahi bölgeye deri altından uygulanır.
  9. Hayvanı stereotaksik çerçeveye sığdırın.
  10. Kafatasının dorsal yüzeyini kaplayan cildin sagital ekseni boyunca kesi yapmak için neşter kullanın. Forseps kullanarak cildi geri çekin. Kafatasını gerektiğinde% 0.9 salin ile nemlendirin.
  11. Kafatasının yüzeyinde, ön ve yan koordinatların kesişimini kalemde bir haçla hafifçe işaretleyin. Enine düzlemde uygun koordinatlarda bir delik açın (Bregma'ya göre mm cinsinden, singulat korteks (Cg) enjeksiyonu için: anterior 0.2, lateral 0.3; posterior talamus (Po) enjeksiyonu için: posterior 2.25, lateral 3.4).
    NOT: İşaretler, pipetin doğru yerleştirilmesi için rehberlik sağlamak amacıyla çapak deliğinin sınırlarının ötesine uzanmalıdır.
  12. Hava tablasını açın ve dengeleyin.
  13. Stereotaksik çerçevenin elektrot manipülatörünü Cg'ye enjeksiyonlar için 0 ° 'de veya Po'ya enjeksiyonlar için koronal düzlemde 45 ° 'de yeniden konumlandırın.
  14. Şırınga pompasını elektrot manipülatörüne takın. Mikroşırınga pompası kontrol cihazını şırınga pompasına takın.
  15. Pipet ucunda, Adım 2.11'de oluşturulan işaretlerin kesiştiği yerde, beynin yüzeyine yakın (ancak dokunmadan) gezinin. Pipetin uzunlamasına ekseni boyunca yaklaşık 1 mm/sn hızla beyne 0,9 mm (Cg'de enjeksiyon) veya 3,1 mm (Po cinsinden enjeksiyon) ilerletin. Devam etmeden önce 10 dakika bekleyin.
  16. 10 dakikalık (100 nL / dak) bir süre boyunca 1.0 μL viral yapı enjekte edin. Pipet yerleştirme bölgesinden virüs kuyusu yükselirse, enjeksiyon hızını 50 nL / dk'ya kadar yavaşlatın.
  17. Enjeksiyondan sonra, enjeksiyon pipetini yavaşça geri çekmeden önce 10 dakika bekleyin.
  18. Kafa derisi insizyonunu kapatmak ve deri altından 2-5 mg / kg meloksikam uygulamak için dikiş.
  19. İzoflurayı durdurun ve anesteziden çıkma sırasında hayvanı izleyin. Analjeziklerin daha fazla uygulanması da dahil olmak üzere, Kurumun Hayvan Bakım ve Kullanım Komitesi tarafından açıklanan prosedürlere göre iyileşmeye izin verin.

3. Akut beyin dilimlerinin hazırlanması

  1. Doku hasadından önce viral yapının ifadesi için en az 3 hafta bekleyin.
  2. Dilimleme prosedürü için 1 L yapay beyin omurilik sıvısı hazırlayın (yapay beyin omurilik sıvısının dilimlenmesi, sACSF). Malzemeler için Tablo 2'ye bakınız.


    2. figure-protocol-1

    4. figure-protocol-2

    5. figure-protocol-3

  6. figure-protocol-4



Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Protokolde açıklanan adımların zaman çizelgesi Şekil 1'de gösterilmiştir. Daha yüksek dereceli kortikal alanlardan veya primer olmayan talamik çekirdeklerden gelen kortikal girdiler, primer olmayan görsel korteks24'ün 1. katmanında kısmen örtüşen terminal alanlarına sahiptir. Bağımsız talamokortikal veya kortikokortikal afferent yolları izole etmek için, ChR2 içeren bir viral vektör ve Po veya Cg'ye bir eYFP floresan muhabiri enjekte edildi. Enjeksiyon yarıçapı içinde...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu yazıda, ex vivo beyin dilimlerinde seçici olarak aktive olmuş afferent yollara intra ve hücre dışı yanıtları değerlendirmek için bir protokol tanımlanmıştır.

Optogenetik araçların ve paralel kayıt şemalarının kullanılması, araştırmacıların yerel popülasyonların uzak beyin bölgelerinden gelen afferent girdilere verdikleri yanıtları araştırmalarına izin verirken, aynı anda hedeflenen internöron popülasyonlarından kayıt yapmalarını sağlar. Optogenetik teknolojinin kullanımı, afferent projeksiy...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Yazarların açıklayacak hiçbir şeyleri yoktur.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Yazarlar, Bryan Krause'a bu projedeki teknik destek ve rehberlik için teşekkür eder.

Bu çalışma Uluslararası Anestezi Araştırma Derneği (IMRA'dan AR'ye), Ulusal Sağlık Enstitüleri (R01 GM109086'dan MIB'ye) ve Wisconsin Üniversitesi, Madison, WI, ABD Tıp Fakültesi ve Halk Sağlığı Anesteziyoloji Bölümü tarafından desteklenmiştir.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
2.5x geniş alan objektif lensiOlympusMPLFLN2.5X
40x suya daldırma objektif lensiOlympusLUMPLFLN40XW
%95 O2/%5 CO2 karışımıAirgasZ02OX95R2003045
A16 probuNeuroNexusA16x1-2mm-100-177-A1616 kanallı prob
AAV2-hSyn-hChR2(H134R)-EYFPKarl Deisseroth Lab, UNC Vektör Çekirdek
Anestezik gaz monitörü (POET II)Criticare602-3A
ATP, Magnezyum TuzuSigma AldrichA9187hücre içi çözelti
B6. Cg-Gt(ROSA)26Sortm14(CAG-tdTomato)Hze/JJackson Laboratuvarı007914Cre'ye bağımlı tdDomates faresi
B6; 129P2-Pvalbtm1 (cre) Arbr / JJackson Laboratuvarı008069PV-Cre fare
Oryantal Dansçı ÇalkalayıcıThomas Scientific1210H86-TSmühürlü gaz torbalarının dengelenmesi için
Betadine çözeltisiJenerik marka
Çamaşır suyuGümüş klorlama yama kelepçesi elektrot içinjenerik marka
Bupivicaine
Kalsiyum Klorür (CaCl2)Dot ScientificDSC20010ACSF
Kılcal cam (yama kelepçesi kayıtları)King Precision Glass, Inc.KG-33Borosilikat, ID: 1.1mm, OD: 1.7mm, Uzunluk: 90.0mm
Kılcal cam (viral enjeksiyonlar)Drummond Scientific Company3-000-203-G/X3.5 "
mikromanipülatörün kontrolü Junior mikromanipülatörün kontrolü içinLuigs ve NeumannSM8
Manipülatörlerin ve kaydırma tablasının kontrolüLuigs ve NeumannSM7ve kaydırma tablası
Digidata 1440A + Clampex 10Moleküler Cihazlar1440ASayısallaştırıcı ve yazılım
E-3603 boru95 O2/%5 CO2 gazı karışımının inkübasyon odasına verilmesi içinFisher Scientific14171208
EGTADot ScientificDSE57060hücre içi çözüm
ERP-27 EEG Referans/Yama PaneliNeuralynxEmekli
Dolum iğnesiWorld Hassas Aletler50821912yama kelepçesi pipetlerini doldurmak
için EYFPOlympusU-MRFPHQ
Filtre kağıdıFisher Scientific09801Edoku bloğunun hazırlanması sırasında dilim şablonunun üzerine koyun
Alevli/Kahverengi mikropipet çektirmeSutter AletiP-10002.5x2.5 Kutu filament
Gaz dispersiyon tüpüSigma AldrichCLS3953312C
Cam şırınga (100 mL)Sigma AldrichZ314390gazla kapatılmış torbaları doldurmak için
Glukonik Asit, Potasyum Tuzu (K-glukonat)Dot ScientificDSG37020hücre içi çözelti
GlikozNokta BilimselDSG32040ACSF
GTP, Sodyum TuzuSigma AldrichG8877hücre içi çözelti
Headstage-prob adaptörüNeuroNexusA16-OM16adaptörü, 16 kanallı probu headstage girişine bağlamak için
Hemostatik ForsepsVWR International76192-096
HEPESDot ScientificDSH75030ACSF, hücre içi çözelti
HS-16 HeadstageNeuralynxEmekli
İzofluranPatterson Veteriner07-893-1389
İzopropil alkol (% 70)VWR International101223-746
Junior mikromanipülatörLuigs ve Neumann210-100 000 0090-Ryama kelepçesi elektrodunun manipülasyonu için
LED Işık Kaynağı Kontrol ModülüMightexBLS-PL02_USoptogenetik ışık kaynağı kontrolü
Lidokain
Lynx-8 AmplifikatörNeuralynxEmekli
Lynx-8 Güç KaynağıNeuralynxEmekli
Magnezyum Sülfat (MgSO4)Dot ScientificDSM24300ACSF
mCherry, Texas Kırmızı filtre küpüChroma49008görüntüleme için tdTomato floresan muhabir
Meloksikam
Mikropipet tutucuFisher ScientificNC9044962
Mikroşırınga pompasıWorld Precision InstrumentsUMP3-4
Mineral yağJenerik marka
MultiClamp 700AMoleküler Cihazlar/Axon Instruments700AAmplifikatör
Azot (hava tablası için)AirgasNI200
Naylon örgüFisher Scientific501460083düzleştirilmiş platin telden at nalı üzerine gerilir, kayıtlar sırasında bunun üzerine dilim dinlendirilir
Naylon, külotlu çoraptan kesilmişKuluçka odasında dilim platformu oluşturmak için jenerik marka küçük parça, platin arp oluşturmak için tek lifler
Dot Scientific307Dokuyu teçhizata aktarmak için
Platin telVWR InternationalBT1240002 cm, düzleştirilmiş, platin arp yapmak için
Polygon400MightexDSI-E-0470-0617-000optogenetik ışık dağıtım sistemi, PolyScan2 yazılımı ile birlikte gelir
Potasyum Klorür (KCl)Dot ScientificDSP41000ACSF
Potasyum Fosfat (KH2PO4)Dot ScientificDSP41200ACSF
Tıraş bıçağıFisher Scientific12-640
Safir bıçak (vibratom için)VWR International100492-502
Neşter bıçağıSanta Cruz Biotechnology, Inc.sc-361445
Mühürlü gaz torbasıFisher Scientific109236
Luigs ve Neumann380FMUiçin kaydırma masası
Sodyum Bikarbonat (HCO3-)Dot ScientificDSS22060ACSF
Sodyum Klorür (NaCl)Dot ScientificDSS23020ACSF, hücre içi çözelti
Ssttm2.1 (cre) Zjh / J (SOM-IRES-Cre)Jackson Laboratuvarı013044SOM-Cre fare
Stereotaksik aletKopfModel 902Çift Küçük Hayvan
Süper yapıştırıcıZımba886833dilim hazırlama sırasında doku bloğunu numune aşamasına sabitlemek için
Cerrahi matkapRAM Ürünleri A.Ş.DIGITALMICROTORQUEMicrotorque II
LuerLock uçlu Şırınga (1 mL)Fisher Scientific309628yama sıkıştırma sırasında basınç uygulaması için
Kayma uçlu şırınga (1 mL)WW Grainger, Inc.19G384yama kelepçesi pipetlerini doldurmak için
Şırınga FiltreleriVWR International66064-414
Dik mikroskopOlympusBX51
Titreşimli mikrotomLeica BiosystemsVT1000S
Wypall havluFisher Scientific19-042-427
Junior Çok kanallı elektrotun kontrolü için % + yama sıkıştırma sırasında basınç uygulaması Oftalmik merhem Fisher Scientific NC1697520 Pipet Mikroskop

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Baumgart, J. P., et al. Isoflurane inhibits synaptic vesicle exocytosis through reduced Ca2+ influx, not Ca2+-exocytosis coupling. Proceedings of the National Academy of Sciences U.S.A. 112 (38), 11959-11964 (2015).
  2. Herring, B. E., Xie, Z., Marks, J., Fox, A. P. Isoflurane inhibits the neurotransmitter release machinery. Journal of Neurophysiology. 102 (2), 1265-1273 (2009).
  3. Xie, Z., et al. Interaction of anesthetics with neurotransmitter release machinery proteins. Journal of Neurophysiology. 109 (3), 758-767 (2013).
  4. Crick, F., Koch, C. A framework for consciousness. Nature Neurosciences. 6 (2), 119-126 (2003).
  5. Koch, C., Massimini, M., Boly, M., Tononi, G. Neural correlates of consciousness: progress and problems. Nature Reviews Neurosciences. 17 (5), 307-321 (2016).
  6. Dehaene, S., Changeux, J. P. Experimental and theoretical approaches to conscious processing. Neuron. 70 (2), 200-227 (2011).
  7. Friston, K. A theory of cortical responses. Philosophical Transactions of the Royal Society of London B Biological Sciences. 360 (1456), 815-836 (2005).
  8. Mashour, G. A., Hudetz, A. G. Bottom-Up and Top-Down Mechanisms of General Anesthetics Modulate Different Dimensions of Consciousness. Frontiers in Neural Circuits. 11, 44(2017).
  9. Voss, L. J., Garcia, P. S., Hentschke, H., Banks, M. I. Understanding the Effects of General Anesthetics on Cortical Network Activity Using Ex Vivo Preparations. Anesthesiology. 130 (6), 1049-1063 (2019).
  10. Redinbaugh, M. J., et al. Thalamus Modulates Consciousness Via Layer-Specific Control of Cortex. Neuron. 105 (4), 0896(2020).
  11. Carhart-Harris, R. L., Friston, K. J. REBUS and the Anarchic Brain: Toward a Unified Model of the Brain Action of Psychedelics. Pharmacological Reviews. 71 (3), 316-344 (2019).
  12. Mak-McCully, R. A., et al. Coordination of cortical and thalamic activity during non-REM sleep in humans. Nature communications. 8 (1), 15499(2017).
  13. Alkire, M. T., Hudetz, A. G., Tononi, G. Consciousness and anesthesia. Science. 322 (5903), 876-880 (2008).
  14. Sanders, R. D., Maze, M. Noradrenergic trespass in anesthetic and sedative states. Anesthesiology. 117 (5), 945-947 (2012).
  15. Hemmings, H. C., et al. Towards a Comprehensive Understanding of Anesthetic Mechanisms of Action: A Decade of Discovery. Trends in Pharmacological Sciences. 40 (7), 464-481 (2019).
  16. Nourski, K. V., et al. Auditory Predictive Coding across Awareness States under Anesthesia: An Intracranial Electrophysiology Study. Journal of Neurosciences. 38 (39), 8441-8452 (2018).
  17. Liu, X., et al. Propofol disrupts functional interactions between sensory and high-order processing of auditory verbal memory. Human Brain Mapping. 33 (10), 2487-2498 (2012).
  18. Hentschke, H., Raz, A., Krause, B. M., Murphy, C. A., Banks, M. I. Disruption of cortical network activity by the general anesthetic isoflurane. British Journal of Anaesthesiology. 119 (4), 685-696 (2017).
  19. Lee, U., et al. Disruption of frontal-parietal communication by ketamine, propofol, and sevoflurane. Anesthesiology. 118 (6), 1264-1275 (2013).
  20. Ferrarelli, F., et al. Breakdown in cortical effective connectivity during midazolam-induced loss of consciousness. Proceedings of the National Academy of Science U.S.A. 107 (6), 2681-2686 (2010).
  21. Ku, S. W., Lee, U., Noh, G. J., Jun, I. G., Mashour, G. A. Preferential inhibition of frontal-to-parietal feedback connectivity is a neurophysiologic correlate of general anesthesia in surgical patients. PLoS.One. 6 (10), 25155(2011).
  22. Lee, M., et al. Network Properties in Transitions of Consciousness during Propofol-induced Sedation. Scientific Reports. 7 (1), 16791(2017).
  23. Murphy, M., et al. Propofol anesthesia and sleep: a high-density EEG study. Sleep. 34 (3), 283-291 (2011).
  24. Murphy, C., Krause, B., Banks, M. Selective effects of isoflurane on cortico-cortical feedback afferent responses in murine non-primary neocortex. British Journal of Anaesthesiology. 123 (4), 488-496 (2019).
  25. Raz, A., et al. Preferential effect of isoflurane on top-down versus bottom-up pathways in sensory cortex. Frontiers in System Neurosciences. 8, 191(2014).
  26. Schrouff, J., et al. Brain functional integration decreases during propofol-induced loss of consciousness. Neuroimage. 57 (1), 198-205 (2011).
  27. Petreanu, L., Mao, T., Sternson, S. M., Svoboda, K. The subcellular organization of neocortical excitatory connections. Nature. 457 (7233), 1142-1145 (2009).
  28. Cruikshank, S. J., Urabe, H., Nurmikko, A. V., Connors, B. W. Pathway-Specific Feedforward Circuits between Thalamus and Neocortex Revealed by Selective Optical Stimulation of Axons. Neuron. 65 (2), 230-245 (2010).
  29. Gredell, J. A., Turnquist, P. A., MacIver, M. B., Pearce, R. A. Determination of diffusion and partition coefficients of propofol in rat brain tissue: implications for studies of drug action in vitro. BJA: British Journal of Anaesthesia. 93 (6), 810-817 (2004).
  30. Benkwitz, C., et al. Determination of the EC50 amnesic concentration of etomidate and its diffusion profile in brain tissue: implications for in vitro studies. Anesthesiology. 106 (1), 114-123 (2007).
  31. Franks, N. P., Lieb, W. R. Selective actions of volatile general anaesthetics at molecular and cellular levels. British Journal of Anaesthesia. 71 (1), 65-76 (1993).
  32. Honemann, C. W., Washington, J., Honemann, M. C., Nietgen, G. W., Durieux, M. E. Partition coefficients of volatile anesthetics in aqueous electrolyte solutions at various temperatures. Anesthesiology. 89 (4), 1032-1035 (1998).
  33. Au - Segev, A., Au - Garcia-Oscos, F., Au - Kourrich, S. Whole-cell Patch-clamp Recordings in Brain Slices. Journal of Visualized Experiments. (112), e54024(2016).
  34. Lin, J. Y., Lin, M. Z., Steinbach, P., Tsien, R. Y. Characterization of engineered channelrhodopsin variants with improved properties and kinetics. Biophysical Journal. 96 (5), 1803-1814 (2009).
  35. Lin, J. Y. A user's guide to channelrhodopsin variants: features, limitations and future developments. Experimental Physiology. 96 (1), 19-25 (2011).
  36. Banks, M. I., Pearce, R. A. Dual actions of volatile anesthetics on GABAA IPSCs: dissociation of blocking and prolonging effects. Anesthesiology. 90 (1), 120-134 (1999).
  37. Hagan, C. E., Pearce, R. A., Trudell, J. R., MacIver, M. B. Concentration measures of volatile anesthetics in the aqueous phase using calcium sensitive electrodes. Journal of Neuroscience Methods. 81, 177-184 (1998).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Optogenetic ActivationBrain SlicesVolatile AnestheticsExtracellular RecordingsWhole Cell Patch ClampIsoflurane DeliverySomatostatin InterneuronsParvalbumin InterneuronsCurrent Source DensityMulti Unit Activity

Related Articles