Supported by grants from CIHR (MOP231122) and NSERC (RGPIN-2014-06503). We would like to thank Genevi&#232;ve Cyr for her help preparing experiments and supervising laboratory work. MAL received a scholarship from The Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC).

تم تنفيذ جميع الإجراءات وفقا لتوجيهات المجلس الكندي لحماية الحيوانات واستعراض مجلس أخلاقيات جامعة مونتريال: ملاحظة. 1. جمعية ماصة تسجيل حقن <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> سحب على الزجاج الشعرية حوالي 7 سم (1 مم القطر الخارجي) باستخدام مجتذب ماصة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> كسر غيض من الشعرية والتحقق من فتحة تحت المجهر الضوئي. تأكد من أن القطر الداخلي بين 30 ميكرون إلى 40 ميكرون. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> اضافة الى وجود 7 سم سلك الفضة طويلة في الزجاج الشعرية مع ما يقرب من 1 سم جاحظ من نهاية غير مدبب من ماصة الزجاج. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ثني خيوط الزائد متعامد على الزجاج الشعرية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تطبيق قطرة من مرونة لاصقة من البلاستيك على رمح من إبرة تحت الجلد 30 G. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ادخال ابرة تحت الجلد 30 G في ماصة الزجاج وفقا لالخطط المعروضة في الشكل 1 </stroنغ&gt;. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إضافة طبقة ثانية من الغراء لضمان ختم الصحيح من تقاطع بين ماصة الزجاج وإبرة تحت الجلد. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ترك ماصة لتجف مع طرف تواجه التصاعدي لنحو 12 ساعة لضمان علاج مناسب من الغراء. تظهر النتيجة النهائية في الشكل 2. </li></ol> ملاحظة: يتم هذا الإجراء على التجارب الحادة والتعقيم من طرف ماصة غير مطلوب. 2. إعداد الحيوان <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وضع الفئران في مربع التخدير. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> حمل التخدير باستخدام 4٪ الأيزوفلورين لمدة 5 إلى 10 دقيقة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وضع الحيوان على طاولة التجسيمي مع سادة التدفئة والتحقيق المستقيم للحفاظ على درجة حرارة الجسم إلى 37 درجة مئوية. استخدام مخروط الأنف للحفاظ على التخدير مع 2٪ الأيزوفلورين. تأمين رأس فأر باستخدام قضبان الأذن وحامل الأسنان. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تطبيق العيون مرهم أو قطرة العين، والتي تشمل 1٪ الأتروبين قطرات للمساعدة في اتساع حدقة العين. لمنع جفاف، وتطبيق التشحيم قطرةق تقريبا كل 30 دقيقة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> حلق الرأس وتنظيفه مع 10٪ بوفيدون اليود. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> لتخدير موضعي، حقن 0.5 مل من 2٪ ليدوكائين تحت فروة الرأس في 2-3 المواقع من خلال رفع البشرة وإدخال رأس الإبرة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تأكيد مستوى كاف من التخدير عن طريق إجراء قرصة أخمص قدميها، ومراعاة قلة الحركة. بالإضافة إلى ذلك، رصد معدل ضربات القلب لضمان وجوده ضمن القيم الطبيعية (300-400 نبضة / دقيقة). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> شق فروة الرأس في خط مستقيم على طول المتوسط ​​مع # شفرة 10 مشرط لفضح كل من الغرز الاكليلية والسهمي. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> الكشف عن لامبدا وBregma نقاط عن طريق دفع جانبا الأنسجة التي تغطي الجمجمة مع ملعقة الجراحية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> مستوى الجمجمة بحيث Bregma وامدا مواقع على نفس الطائرة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> لتعيين نقطة مرجعية، استخدام جهاز التجسيمي مع أنبوب زجاجي لنصرة تعيينها الحق فوق Bregma. وستكون هذه هي &quot;صفر&quot; لل-انتيرو الخلفي وميدتنسق القياسات الاتحاد العالمي للتعليم الأطراف. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تعيين نقطة من الفائدة عن طريق تحريك التجسيمي جبل لالإحداثيات المطلوبة، لاحظ الإحداثيات التجسيمي ورسم مربع حول المنطقة المستهدفة الذي يصادف حيث سيتم إجراء حج القحف. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> استخدام الحفر الجراحية مع تدريبات تعقيمها على طول ساحة ملحوظ ببطء من دون ضغوط لإزالة ببطء المواد العظام. يجب الحرص على عدم حفر وقتا طويلا في نفس المنطقة، كما أنه سيتم إنتاج الحرارة ويسبب تقرحات على القشرة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> عندما العظام ترسيم حج القحف قد تصبح رقيقة بما فيه الكفاية، وإزالة بعناية القسم الجمجمة مع ملاقط لفضح القشرة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ري في كثير من الأحيان القشرة يتعرض مع الاصطناعي السائل الشوكي الدماغي لمنع جفاف الأنسجة. ملاحظة: إزالة جافية غير ضرورية على الفئران كما غيض من injectrode هو قوي بما فيه الكفاية لاختراق. </li></ol> 3. التعبئة و تركيب نظام حقن <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ملء5-10 ميكرولتر محقنة مكروية بواسطة الشفط مع الزيوت المعدنية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> شغل الإبرة تحت الجلد مع ماصة زجاجية ثابتة بمحلول مكون من 0.5٪ شيكاغو السماء الزرقاء (ديوان الخدمة المدنية) و 300 ميكرومتر-γ الغاما حمض (GABA) أو محلول 2٪ ليدوكائين مع 0.5٪ ديوان الخدمة المدنية 9. تمييع كل الحلول بمحلول ملحي. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> في حالة وجود مادة وفيرة، وملء باستخدام حقنة العادية واستخدام التقنيات الوقائية المعتادة لتجنب تشكيل فقاعات الهواء. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> في حالة المواد أكثر تكلفة، واستخدام الزيوت المعدنية لملء injectrode ويمكن بعد ذلك قدم وكيل الكيميائي بواسطة الطموح. كما الفرق بين كثافة الزيوت المعدنية والمياه مرتفع نسبيا، وهذا الجوهر هو مرشح جيد لحقن المحاليل المائية. ملاحظة: يمكن إضافة صبغة لتأكيد الفصل بين كل من السوائل. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> لملء ماصة الحقن، وملء حقنة 1 مل مع الحل بواسطة الشفط ثم حقن ببطء الحلفي ماصة الحقن. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إيلاء اهتمام دقيق للكشف عن التسربات في المناطق المشار إليها في الشكل رقم 1 عن طريق المسح هذه المناطق نظيفة ومراقبة التسرب عن طريق زيادة ضخ المحلول ببطء مع الحقنة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إزالة حقنة 1 مل. عند القيام بذلك، تأكد للحفاظ على الضغط الخفيف على المكبس ذلك أن الفراغ لا يزيل الحل من ماصة الحقن. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ملء محقنة مكروية مع الزيوت المعدنية بواسطة الطموح ونعلق عليه بقوة لحقن ماصة شغلها، ثم يمسح بعناية بعيدا أي حل الزائدة من injectrode تجميعها مع الشاش. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تحقق من أن طرف لا يتم حظر عن طريق حقن كمية صغيرة جدا، يكفي أن نرى قطرة صغيرة في تشكيل غيض من ماصة الزجاج. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تحميل injectrode على النظام MICROPUMP وتأكد من أنه ثابتة بشكل جيد. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وضع بعناية غيض injectrode في إحداثيات الهدف وخفض تلميح إلى سطح القشرة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> انخفاض ببطء injectrقصيدة باستخدام جهاز التجسيمي إلى هيكل الهدف (أكيمة متفوقة في هذه الحالة) باستخدام إحداثيات التشريحية المناسبة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تغطية قشرة يتعرض مع أجار الدافئ لمنع جفاف الأنسجة. </li></ol> 4. حقن والتعطيل عكوس <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ضبط مضخة microinjection لحقن 400-800 NL في 40 نيكولا لانغ / دقيقة، ثم اضغط تشغيل لبدء الحقن. ملاحظة أن معدل ارتفاع تظهر لحد من خلال الحقن. ملاحظة: في الإعداد التجريبية، تعافى النشاط العصبي في غضون ساعة بعد انتهاء تسليم GABA. أي جهاز ميكانيكي معايرة يمكن استخدامها للضغط على حقنة microinjection من أجل إجراء الحقن. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بعد الحصول على البيانات الكهربية، الموت ببطء باستخدام أسلوب معتمد من قبل الحيوان أخلاقيات المجتمع المحلي. </li></ol>

<ol>
	<li>Martin, J. H., Ghez, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pharmacological+inactivation+in+the+analysis+of+the+central+control+of+movement.">Pharmacological inactivation in the analysis of the central control of movement.</a> Journal Of Neuroscience Methods. 86 (2), 145-159 (1999).</li><li>Ponce, C. R., Hunter, J. N., Pack, C. C., Lomber, S. G., Born, R. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Contributions+of+indirect+pathways+to+visual+response+properties+in+macaque+middle+temporal+area+MT.">Contributions of indirect pathways to visual response properties in macaque middle temporal area MT.</a> The Journal Of Neuroscience The Official Journal Of The Society For Neuroscience. 31 (10), 3894-3903 (2011).</li><li>Lomber, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+advantages+and+limitations+of+permanent+or+reversible+deactivation+techniques+in+the+assessment+of+neural+function.">The advantages and limitations of permanent or reversible deactivation techniques in the assessment of neural function.</a> Journal Of Neuroscience Methods. 86 (2), 109-117 (1999).</li><li>Malpeli, J., Schiller, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+method+of+reversible+inactivation+of+small+regions+of+brain+tissue.">A method of reversible inactivation of small regions of brain tissue.</a> Journal Of Neuroscience Methods. 1 (2), 143-151 (1979).</li><li>Lomber, S. G., Payne, B. R., Horel, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+cryoloop:+an+adaptable+reversible+cooling+deactivation+method+for+behavioral+or+electrophysiological+assessment+of+neural+function.">The cryoloop: an adaptable reversible cooling deactivation method for behavioral or electrophysiological assessment of neural function.</a> Journal Of Neuroscience Methods. 86 (2), 179-194 (1999).</li><li>Gonzalez-Perez, O., Guerrero-Cazares, H., Qui&#241;ones-Hinojosa, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Targeting+of+deep+brain+structures+with+microinjections+for+delivery+of+drugs,+viral+vectors,+or+cell+transplants.">Targeting of deep brain structures with microinjections for delivery of drugs, viral vectors, or cell transplants.</a> Journal Of Visualized Experiments. (46), (2010).</li><li>Hup&#233;, J., Chouvet, G., Bullier, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spatial+and+temporal+parameters+of+cortical+inactivation+by+GABA.">Spatial and temporal parameters of cortical inactivation by GABA.</a> Journal Of Neuroscience Methods. 86 (2), 129-143 (1999).</li><li>Casanova, C., McKinley, P., Molotchnikofff, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Responsiveness+of+Reorganized+Primary+Somatosensory+(SI)+Cortex+after+Local+Inactivation+of+Normal+SI+Cortex+in+Chronic+Spinal+Cats.">Responsiveness of Reorganized Primary Somatosensory (SI) Cortex after Local Inactivation of Normal SI Cortex in Chronic Spinal Cats.</a> Somatosensory &amp; Motor Research. 8 (1), 65-76 (1991).</li><li>Malpeli, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reversible+inactivation+of+subcortical+sites+by+drug+injection.">Reversible inactivation of subcortical sites by drug injection.</a> Journal Of Neuroscience Methods. 86 (2), 119-128 (1999).</li><li>Minville, K., Casanova, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spatial+frequency+processing+in+posteromedial+lateral+suprasylvian+cortex+does+not+depend+on+the+projections+from+the+striate-recipient+zone+of+the+cat&#8217;s+lateral+posterior-pulvinar+complex.">Spatial frequency processing in posteromedial lateral suprasylvian cortex does not depend on the projections from the striate-recipient zone of the cat&#8217;s lateral posterior-pulvinar complex.</a> Neuroscience. 84 (3), 699-711 (1998).</li><li>Diao, Y., Wang, Y., Xiao, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Representation+of+the+binocular+visual+field+in+the+superior+colliculus+of+the+albino+rat.">Representation of the binocular visual field in the superior colliculus of the albino rat.</a> Experimental Brain Research. 52 (1), 67-72 (1983).</li></ol>

We have nothing to disclose.

وقد تم تصميم البروتوكول المقترح لمواجهة التحديات الناجمة عن أساليب التعطيل عكسها الحالية. على وجه التحديد، يهدف هذا المشروع إلى تحسين الطرق المستخدمة للإبر دقيقة جدا الكيميائية للمواد تحوير النشاط العصبي، وخاصة في هياكل الدماغ العميقة. وثمة تحد تقني الناشئة من هذا...

وتثبيط المناطق القشرية ونوى شبه القشرية مهم في دراسة العلاقات الوظيفية بين الهياكل الدماغ المختلفة 2-4. وقد استخدمت الأدبيات الحديثة الخسارة من وظيفة كيميائية أو تقنيات المبردة لدراسة دور هياكل الدماغ 2،5. فيما يتعلق إبر دقيقة جدا الدوائية، يمكن أن تدار كميات صغيرة من المخدرات إلى منطقة الدماغ بمعدل تسيطر عليها مع التقليل من الأضرار الجانبية إلى 6،7 الأنسجة المحيطة بها. هذه التقنية يمكن استخدامها لتقديم منبهات محددة، منبهات عكسية أو الخصوم لدراسة تأثير أهداف الدوائية المختلفة على نشاط الخلايا العصبية. ويمكن أيضا أن هذه الآثار دراستها عن طريق قياس التغيرات في الاستجابات العصبية من أماكن بعيدة، مما يسمح للباحثين لدراسة العلاقات بين مختلف الهياكل القشرية وتحت القشرية. هنا، علينا أن نظهر تجميع جهاز، وinjectrode، قادرة على بوعشر تسجيل الإشارات الكهربية وتقديم كميات صغيرة من المخدرات في الموقع المستهدف. علينا أن نظهر قدرات هذا النظام عن طريق حقن GABA، مثبط مشترك من نشاط الخلايا العصبية في الفئران أكيمة متفوقة. هذه المنطقة حساسة للالتحفيز البصري، مما أتاح لنا استخدام أثار بصريا النشاط المتعددة الوحدات لتأكيد injectrode الترجمة. وجرى تقييم حالة العكس من التعطيل من خلال استرداد نشاط الخلايا العصبية العادية بعد انتهاء الحقن GABA. القدرة على مراقبة نشاط وحدة متعددة من موقع الحقن يسمح لضبط معدلات الحقن والكميات اللازمة لتحقيق الاستجابة الدوائية المرجوة. ومن هنا، فإن الاستفادة من هذه التقنية هو إمكانية الحد من تلف الأنسجة التي تسببها تروية دقيقة، حيث يتم حقن كميات أصغر فعالة. وينص البروتوكول المقترح وسيلة فعالة من حيث التكلفة لتوليد لزم الامر الأجهزة المتاحY لإجراء التجارب حيث هو المطلوب تسليم المخدرات وتسجيل نشاط الخلايا العصبية المحلي.

<table><tbody><tr><td>Injection pump (UltraMicroPump III)</td><td>WPI</td><td>#UMP3</td><td></td></tr><tr><td>Injection console (Micro4 Controller)</td><td>WPI</td><td>#SYS-MICRO4</td><td></td></tr><tr><td>Hamilton syringe</td><td>Hamliton</td><td>(80301) 701LT 10 &amp;micro;L SYR</td><td>Syringes between 5 and 10 &amp;mu;l used</td></tr><tr><td>Flexible plastic adhesive</td><td>Lepage</td><td>393915</td><td>The gel form is easier to apply to the shaft of the 30&amp;nbsp;G hypodermic needle forming a waterproof seal when dry.</td></tr><tr><td>Glass pipettes</td><td>WPI</td><td>#TW100F-4</td><td>Thin wall, 1&amp;nbsp;mm OD, 0.75&amp;nbsp;mm ID with filament pipettes used</td></tr><tr><td>720 Needle Pipette Puller</td><td>Kopf</td><td>720</td><td></td></tr><tr><td>Silver wire</td><td>A-M Systems, Inc.</td><td>782500</td><td>Bare 0.010&amp;rdquo;</td></tr></tbody></table>

simultaneous electrophysiological recording and micro-injections of inhibitory agents in the rodent brain

نحن هنا تصف طريقة لبناء واحدة في استخدام &quot;injectrode&quot; باستخدام الأجزاء التي يمكن الوصول تجاريا وبأسعار معقولة. وتم تطوير نظام التحقيق الذي يسمح لحقن المخدرات في حين تم تسجيل الإشارات الكهربية من السكان الخلايا العصبية المتضررة. وهذه الطريقة توفر بديلا بسيط واقتصادي للحلول التجارية. تم تعديل ماصة الزجاج عن طريق الجمع بين ذلك مع إبرة تحت الجلد وخيوط الفضة. يتم إرفاق injectrode إلى مضخة محقنة مكروية تجارية لتسليم المخدرات. هذه النتائج في الاسلوب الذي يوفر في الوقت الحقيقي الدوائية ردود الفعل من خلال وحدة متعددة إشارات الخلية التي تنشأ من موقع تسليم المخدرات. كدليل على المفهوم، سجلنا نشاط الخلايا العصبية من أكيمة متفوقة التي تسببها ومضات من الضوء في الفئران، بالتزامن مع تسليم المخدرات من خلال injectrode. وتسمح القدرة على تسجيل injectrode توصيف وظيفي للينجموقع ection صالح مراقبة دقيقة على توطين إيصال الدواء. تطبيق هذه الطريقة يتجاوز كثيرا ما يتجلى هنا، حيث أن اختيار مادة كيميائية تحميلها في injectrode واسعة، بما في ذلك تتبع علامات للتجارب التشريحية.

ويتضح بناء injectrode في الشكل 1. الأسلاك الفضية (C) تغذي ماصة الزجاج (D) مع جزء من عازمة الأسلاك وجاحظ الخروج من الافتتاح. وترد إبرة 30 G (B) ومختومة إلى افتتاح ماصة الزجاج مع الغراء. بعد أن تم شغلها ماصة مع مادة الحقن، ويتم إرفاق حقنة الزجاج الصغيرة (A) إلى الإبرة. فمن ال?...

Watch this Scientific Journal Video about Simultaneous Electrophysiological Recording and Micro-injections of Inhibitory Agents in the Rodent Brain at JoVE.com

Simultaneous Electrophysiological Recording and Micro-injections of Inhibitory Agents in the Rodent Brain

Here, we craft a glass pipette with dual functions: inhibition of deep brain structures by microinjections of drugs and real-time monitoring of their effects through simultaneous electrophysiological recordings.

في وقت واحد تسجيل الكهربية والصغرى، والحقن وكلاء المثبطة في الدماغ القوارض

Here we describe a method for the construction of a single-use &#8220;injectrode&#8221; using commercially accessible and affordable parts. A probing ...

simultaneous-electrophysiological-recording-micro-injections

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Neuroscience

8.0K Views.  Université de Montréal. Here, we craft a glass pipette with dual functions: inhibition of deep brain structures by microinjections of drugs and real-time monitoring of their effects through simultaneous electrophysiological recordings.

Video: Simultaneous Electrophysiological Recording and Micro-injections of Inhibitory Agents in the Rodent Brain

Simultaneous fMRI and Electrophysiology in the Rodent Brain

To examine the neural basis of the blood oxygenation level dependent (BOLD) magnetic resonance imaging (MRI) signal, we have developed a rodent model in which functional MRI data and in vivo intracortical recording can be performed simultaneously. The combination of MRI and electrical recording is technically challenging because the electrodes used for recording distort the MRI images and the MRI acquisition induces noise in the electrical recording. To minimize the mutual interference of the two modalities, glass microelectrodes were used rather than metal and a noise removal algorithm was implemented for the electrophysiology data. In our studies, two microelectrodes were separately implanted in bilateral primary somatosensory cortices (SI) of the rat and fixed in place. One coronal slice covering the electrode tips was selected for functional MRI. Electrode shafts and fixation positions were not included in the image slice to avoid imaging artifacts. The removed scalp was replaced with toothpaste to reduce susceptibility mismatch and prevent Gibbs ringing artifacts in the images. The artifact structure induced in the electrical recordings by the rapidly-switching magnetic fields during image acquisition was characterized by averaging all cycles of scans for each run. The noise structure during imaging was then subtracted from original recordings. The denoised time courses were then used for further analysis in combination with the fMRI data. As an example, the simultaneous acquisition was used to determine the relationship between spontaneous fMRI BOLD signals and band-limited intracortical electrical activity. Simultaneous fMRI and electrophysiological recording in the rodent will provide a platform for many exciting applications in neuroscience in addition to elucidating the relationship between the fMRI BOLD signal and neuronal activity.

We have developed a method for simultaneous functional magnetic resonance imaging and electrophysiological recording in the rodent brain, providing a platform for the investigation of the relationship between neural activity and the blood oxygenation level dependent (BOLD) MRI signal.

الرنين المغناطيسي الوظيفي في وقت واحد والكهربية في الدماغ القوارض

To examine the neural basis of the blood oxygenation level dependent (BOLD) magnetic resonance imaging (MRI) signal, we have developed a rodent model in ...

Simultaneous Electroencephalography, Real-time Measurement of Lactate Concentration and Optogenetic Manipulation of Neuronal Activity in the Rodent Cerebral Cortex

Although the brain represents less than 5% of the body by mass, it utilizes approximately one quarter of the glucose used by the body at rest1. The function of non rapid eye movement sleep (NREMS), the largest portion of sleep by time, is uncertain. However, one salient feature of NREMS is a significant reduction in the rate of cerebral glucose utilization relative to wakefulness2-4. This and other findings have led to the widely held belief that sleep serves a function related to cerebral metabolism. Yet, the mechanisms underlying the reduction in cerebral glucose metabolism during NREMS remain to be elucidated.
	One phenomenon associated with NREMS that might impact cerebral metabolic rate is the occurrence of slow waves, oscillations at frequencies less than 4 Hz, in the electroencephalogram5,6. These slow waves detected at the level of the skull or cerebral cortical surface reflect the oscillations of underlying neurons between a depolarized/up state and a hyperpolarized/down state7. During the down state, cells do not undergo action potentials for intervals of up to several hundred milliseconds. Restoration of ionic concentration gradients subsequent to action potentials represents a significant metabolic load on the cell8; absence of action potentials during down states associated with NREMS may contribute to reduced metabolism relative to wake.
	Two technical challenges had to be addressed in order for this hypothetical relationship to be tested. First, it was necessary to measure cerebral glycolytic metabolism with a temporal resolution reflective of the dynamics of the cerebral EEG (that is, over seconds rather than minutes). To do so, we measured the concentration of lactate, the product of aerobic glycolysis, and therefore a readout of the rate of glucose metabolism in the brains of mice. Lactate was measured using a lactate oxidase based real time sensor embedded in the frontal cortex. The sensing mechanism consists of a platinum-iridium electrode surrounded by a layer of lactate oxidase molecules. Metabolism of lactate by lactate oxidase produces hydrogen peroxide, which produces a current in the platinum-iridium electrode. So a ramping up of cerebral glycolysis provides an increase in the concentration of substrate for lactate oxidase, which then is reflected in increased current at the sensing electrode. It was additionally necessary to measure these variables while manipulating the excitability of the cerebral cortex, in order to isolate this variable from other facets of NREMS.
	We devised an experimental system for simultaneous measurement of neuronal activity via the elecetroencephalogram, measurement of glycolytic flux via a lactate biosensor, and manipulation of cerebral cortical neuronal activity via optogenetic activation of pyramidal neurons. We have utilized this system to document the relationship between sleep-related electroencephalographic waveforms and the moment-to-moment dynamics of lactate concentration in the cerebral cortex. The protocol may be useful for any individual interested in studying, in freely behaving rodents, the relationship between neuronal activity measured at the electroencephalographic level and cellular energetics within the brain.

A procedure is described for manipulating the activity of cerebral cortical pyramidal neurons optogenetically while the electroencephalogram, electromyogram, and cerebral lactate concentration are monitored. Experimental recordings are performed on cable-tethered mice while they undergo spontaneous sleep/wake cycles. Optogenetic equipment is assembled in our laboratory; recording equipment is commercially available.

في وقت واحد رسم المخ، في الوقت الحقيقي قياس تركيز اللاكتات والتلاعب Optogenetic من نشاط الخلايا العصبية في القشرة الدماغية القوارض

Although the brain represents less than 5% of the body  by mass, it utilizes approximately one quarter of the glucose used by the body  at rest1. The ...

Extracellular Recording of Neuronal Activity Combined with Microiontophoretic Application of Neuroactive Substances in Awake Mice

Differences in the activity of neurotransmitters and neuromodulators, and consequently different neural responses, can be found between anesthetized and awake animals. Therefore, methods allowing the manipulation of synaptic systems in awake animals are required in order to determine the contribution of synaptic inputs to neuronal processing unaffected by anesthetics. Here, we present methodology for the construction of electrodes to simultaneously record extracellular neural activity and release multiple neuroactive substances at the vicinity of the recording sites in awake mice. By combining these procedures, we performed microiontophoretic injections of gabazine to selectively block GABAA receptors in neurons of the inferior colliculus of head-restrained mice. Gabazine successfully modified neural response properties such as the frequency response area and stimulus-specific adaptation. Thus, we demonstrate that our methods are suitable for recording single-unit activity and for dissecting the role of specific neurotransmitter receptors in auditory processing.
The main limitation of the described procedure is the relatively short recording time (~3 hr), which is determined by the level of habituation of the animal to the recording sessions. On the other hand, multiple recording sessions can be performed in the same animal. The advantage of this technique over other experimental procedures used to manipulate the level of neurotransmission or neuromodulation (such as systemic injections or the use of optogenetic models), is that the drug effect is confined to the local synaptic inputs to the target neuron. In addition, the custom-manufacture of electrodes allows adjustment of specific parameters according to the neural structure and type of neuron of interest (such as the tip resistance for improving the signal-to-noise ratio of the recordings).

We present methods for the construction of electrodes to simultaneously record extracellular neural activity and release multiple neuroactive substances at the vicinity of the recording sites in awake mice. This technique allows the detailed analysis of putative local synaptic inputs to the neuron of interest.

خارج الخلية تسجيل النشاط العصبية جنبا إلى جنب مع Microiontophoretic تطبيق المواد Neuroactive في الفئران مستيقظا

Differences in the activity of neurotransmitters and neuromodulators, and consequently different neural responses, can be found between anesthetized and ...

Acute In Vivo Electrophysiological Recordings of Local Field Potentials and Multi-unit Activity from the Hyperdirect Pathway in Anesthetized Rats

Converging evidence shows that many neuropsychiatric diseases should be understood as disorders of large-scale neuronal networks. To better understand the pathophysiological basis of these diseases, it is necessary to precisely characterize in which way the processing of information is disturbed between the different neuronal parts of the circuit. Using extracellular in vivo electrophysiological recordings, it is possible to accurately delineate neuronal activity within a neuronal network. The application of this method has several advantages over alternative techniques, e.g., functional magnetic resonance imaging and calcium imaging, as it allows a unique temporal and spatial resolution and does not rely on genetically engineered organisms. However, the use of extracellular in vivo recordings is limited since it is an invasive technique that cannot be universally applied. In this article, a simple and easy to use method is presented with which it is possible to simultaneously record extracellular potentials such as local field potentials and multiunit activity at multiple sites of a network. It is detailed how a precise targeting of subcortical nuclei can be achieved using a combination of stereotactic surgery and online analysis of multi-unit recordings. Thus, it is demonstrated, how a complete network such as the hyperdirect cortico-basal ganglia loop can be studied in anesthetized animals in vivo.

Acute In Vivo Electrophysiological Recordings of Local Field Potentials and Multi-unit Activity from the Hyperdirect Pathway in Anesthetized Rats

In this study, the methodology is presented on how to perform multi-site in vivo electrophysiological recordings from the hyperdirect pathway under urethane anesthesia.

حاد<em&gt; في فيفو</em&gt; تسجيلات الكهربية للميكانيات الميدانية المحلية والنشاط متعدد الوحدات من مسار هيبيرديركت في الفئران تخدير

Converging evidence shows that many neuropsychiatric diseases should be understood as disorders of large-scale neuronal networks. To better understand the ...

Concurrent Recording of Co-localized Electroencephalography and Local Field Potential in Rodent

Although electroencephalography (EEG) is widely used as a non-invasive technique for recording neural activities of the brain, our understanding of the neurogenesis of EEG is still very limited. Local field potentials (LFPs) recorded via a multi-laminar microelectrode can provide a more detailed account of simultaneous neural activity across different cortical layers in the neocortex, but the technique is invasive. Combining EEG and LFP measurements in a pre-clinical model can greatly enhance understanding of the neural mechanisms involved in the generation of EEG signals, and facilitate the derivation of a more realistic and biologically accurate mathematical model of EEG. A simple procedure for acquiring concurrent and co-localized EEG and multi-laminar LFP signals in the anesthetized rodent is presented here. We also investigated whether EEG signals were significantly affected by a burr hole drilled in the skull for the insertion of a microelectrode. Our results suggest that the burr hole has a negligible impact on EEG recordings.

This protocol describes a simple method for concurrent recording of co-localized electroencephalography (EEG) and multi-laminar local field potential in an anesthetized rat. A burr hole drilled in the skull for the insertion of a microelectrode is shown to produce negligible distortion of the EEG signal.

تسجيل المتزامنة المخ يشترك المترجمة والإمكانات الميدانية المحلية في مكافحة القوارض

Although electroencephalography (EEG) is widely used as a non-invasive technique for recording neural activities of the brain, our understanding of the ...

Recording and Modulation of Epileptiform Activity in Rodent Brain Slices Coupled to Microelectrode Arrays

Temporal lobe epilepsy (TLE) is the most common partial complex epileptic syndrome and the least responsive to medications. Deep brain stimulation (DBS) is a promising approach when pharmacological treatment fails or neurosurgery is not recommended. Acute brain slices coupled to microelectrode arrays (MEAs) represent a valuable tool to study neuronal network interactions and their modulation by electrical stimulation. As compared to conventional extracellular recording techniques, they provide the added advantages of a greater number of observation points and a known inter-electrode distance, which allow studying the propagation path and speed of electrophysiological signals. However, tissue oxygenation may be greatly impaired during MEA recording, requiring a high perfusion rate, which comes at the cost of decreased signal-to-noise ratio and higher oscillations in the experimental temperature. Electrical stimulation further stresses the brain tissue, making it difficult to pursue prolonged recording/stimulation epochs. Moreover, electrical modulation of brain slice activity needs to target specific structures/pathways within the brain slice, requiring that electrode mapping be easily and quickly performed live during the experiment. Here, we illustrate how to perform the recording and electrical modulation of 4-aminopyridine (4AP)-induced epileptiform activity in rodent brain slices using planar MEAs. We show that the brain tissue obtained from mice outperforms rat brain tissue and is thus better suited for MEA experiments. This protocol guarantees the generation and maintenance of a stable epileptiform pattern that faithfully reproduces the electrophysiological features observed with conventional field potential recording, persists for several hours, and outlasts sustained electrical stimulation for prolonged epochs. Tissue viability throughout the experiment is achieved thanks to the use of a small-volume custom recording chamber allowing for laminar flow and quick solution exchange even at low (1 mL/min) perfusion rates. Quick MEA mapping for real-time monitoring and selection of stimulating electrodes is performed by a custom graphic user interface (GUI).

We illustrate how to perform recording and electrical modulation of 4-aminopyridine-induced epileptiform activity in rodent brain slices using microelectrode arrays. A custom recording chamber maintains tissue viability throughout prolonged experimental sessions. Live electrode mapping and selection of stimulating pairs are performed by a custom graphical user interface.

تسجيل وتعديل النشاط صرعية في الدماغ القوارض شرائح بالإضافة إلى صفائف ميكروليكترودي

Temporal lobe epilepsy (TLE) is the most common partial complex epileptic syndrome and the least responsive to medications. Deep brain stimulation (DBS) ...

Microinjectrode System for Combined Drug Infusion and Electrophysiology

This microinjectrode system is designed for drug infusion, electrophysiology, and delivery and retrieval of experimental probes, such as microelectrodes and nanosensors, optimized for repeated use in awake, behaving animals. The microinjectrode system can be configured for multiple purposes: (1) simple arrangement of the cannula for placement of an experimental probe that would otherwise be too fragile to penetrate the dura mater, (2) microfluidic infusion of a drug, either independently or coupled to a cannula containing an experimental probe (i.e., microelectrode, nanosensor). In this protocol we explain the step by step construction of the microinjectrode, its coupling to microfluidic components, and the protocol for use of the system in vivo. The microfluidic components of this system allow for delivery of volumes on the nanoliter scale, with minimal penetration damage. Drug infusion can be performed independently or simultaneously with experimental probes such as microelectrodes or nanosensors in an awake, behaving animal. Applications of this system range from measuring the effects of a drug on cortical electrical activity and behavior, to understanding the function of a specific region of cortex in the context of behavioral performance based on probe or nanosensor measurements. To demonstrate some of the capabilities of this system, we present an example of muscimol infusion for reversible inactivation of the frontal eye field (FEF) in rhesus macaque during a working memory task.

We present a microinjectrode system designed for electrophysiology and assisted delivery of experimental probes (i.e., nanosensors, microelectrodes), with optional drug infusion. Widely available microfluidic components are coupled to a cannula containing the probe. A step-by-step protocol for microinjectrode construction is included, with results during muscimol infusion in macaque cortex.

نظام ميكروانجيكترودي لضخ المخدرات المشتركة والفيزيولوجيا الكهربية

This microinjectrode system is designed for drug infusion, electrophysiology, and delivery and retrieval of experimental probes, such as microelectrodes ...

Drug Microinjection with Electrophysiological Recording in a Rat Brain

Source: Lai, J., et al. <a href="https://appjove.unicartagenaproxy.elogim.com/v/52271">Simultaneous electrophysiological recording and micro-injections of inhibitory agents in the rodent brain.</a> J. Vis. Exp. (2015)
This protocol outlines the assembly and use of an injectrode for precise drug delivery into targeted brain regions of an anesthetized rat, followed by monitoring of neuronal activity through recorded electrical signals.

الحقن المجهري للدواء مع التسجيل الفيزيولوجي الكهربي في دماغ الفئران

All procedures involving animal models have been reviewed by the local institutional animal care committee and the JoVE veterinary review ...

JoVE Encyclopedia of Experiments

Neurophysiology

Electrophysiology Techniques

In Vivo Electrophysiological Recordings of Brain Activities from Multiple Sites in Rats

Source: Haumesser, J. K., et al. <a href="https://appjove.unicartagenaproxy.elogim.com/v/55940">Acute In Vivo Electrophysiological Recordings of Local Field Potentials and Multi-unit Activity from the Hyperdirect Pathway in Anesthetized Rats.</a> J. Vis. Exp.(2017).
This video demonstrates the detailed procedure for preparing an anesthetized rat for electrophysiological recordings of brain activity from multiple sites. The scalp is dissected to access the skull, and holes are drilled at precise locations to install and secure electrodes. Tungsten microwire electrodes are then inserted into the targeted location to record the data.

في الجسم الحي تسجيلات الفيزيولوجيا الكهربية لأنشطة الدماغ من مواقع متعددة في الفئران

All procedures involving animal models have been reviewed by the local institutional animal care committee and the JoVE veterinary review board.
1. ...

A Micro-drive Array Method for Electrophysiological Recording from Multiple Brain Regions

Source: Shikano, Y., et al. <a href="https://appjove.unicartagenaproxy.elogim.com/v/56980">Simultaneous Recordings of Cortical Local Field Potentials, Electrocardiogram, Electromyogram, and Breathing Rhythm from a Freely Moving Rat.</a> J. Vis. Exp. (2018).
The video demonstrates simultaneous electrophysiological recording from multiple brain regions in a rat using an integrative micro-drive array. Recording electrodes are placed in the olfactory bulb, reference electrodes in the frontal cortex, and micro-drive array electrodes in the hippocampus. The rat is allowed to forage freely, and simultaneous recording from all the implanted electrodes is recorded using the array.

في وقت واحد تسجيل الكهربية والصغرى، والحقن وكلاء المثبطة في الدماغ القوارض

Summary

Explore More Videos

Chapters in this video