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).

HINWEIS: Alle Verfahren wurden in Übereinstimmung mit den Richtlinien des Canadian Council zum Schutz der Tiere und der Ethik-Review Board der Université de Montréal durchgeführt. 1. Montage der Recording-Injektionspipette <ol><li> Ziehen Sie einen ca. 7 cm lange Glaskapillare (1 mm Außendurchmesser) mit einer Pipette Abzieher. </li><li> Brechen Sie die Spitze der Kapillare und überprüfen Sie die Öffnung unter einem Lichtmikroskop. Zu bestätigen, dass der Innendurchmesser zwischen 30 um bis 40 um. </li><li> Legen Sie eine 7 cm lange Silberdraht in das Glaskapillare mit ca. 1 cm aus dem nicht-verjüngte Ende des Glaspipette herausragen. </li><li> Biegen Sie die überschüssige Faden orthogonal zur Glaskapillare. </li><li> Anwenden eines Tröpfchens aus flexiblem Kunststoffkleber auf der Welle einer 30 G Injektionsnadel. </li><li> Legen Sie eine 30 G Injektionsnadel in der Glaspipette nach den Schaltplänen in Abbildung 1 dargestellt </strong&gt;. </li><li> Fügen Sie eine zweite Beschichtung aus Klebstoff, um eine ordnungsgemäße Abdichtung der Verbindungsstelle zwischen der Glaspipette und der Injektionsnadel zu gewährleisten. </li><li> Lassen Sie die Pipette mit der Spitze nach oben für etwa 12 Stunden, um eine ordnungsgemäße Aushärtung des Klebers sicherzustellen trocknen. Das fertige Ergebnis ist in Abbildung 2 dargestellt. </li></ol> Hinweis: Dieses Verfahren ist auf akuten Experimenten und Sterilisation der Pipettierspitze durchgeführt wird, nicht erforderlich. 2. Vorbereitung der Tiere <ol><li> Legen Sie die Ratte in einer Anästhesie-Box. </li><li> Induzieren Anästhesie unter Verwendung von 4% Isofluran für 5 bis 10 min. </li><li> Legen Sie das Tier auf einem stereotaktischen Tisch mit Heizkissen und rektale Sonde, um eine Körpertemperatur von 37 ° C zu halten. Verwenden Sie einen Nasenkegel auf die Anästhesie mit 2% Isofluran erhalten. Sichere Kopf der Ratte mit Ohr Bars und Zahnhalter. </li><li> Bewerben Augensalbe oder Augentropfen, die 1% Atropin fällt auf in Pupillenerweiterung zu unterstützen sind. Bis zur Trockenheit zu verhindern, gelten Schmier Tropfens etwa alle 30 Minuten. </li><li> Rasur den Kopf und reinigen Sie es mit 10% Povidon-Iod. </li><li> Zur Lokalanästhesie, injizieren 0,5 ml 2% Lidocain unter der Kopfhaut in 2-3 Standorten durch Anheben der Haut und dem Einlegen der Spitze der Nadel. </li><li> Bestätigen angemessene Gabe von Betäubungsmitteln durch Ausführen einer Zehe Prise und Beobachten der Mangel an Bewegung. Darüber hinaus ist die Herzrate, um sicherzustellen, daß sie innerhalb normaler Werte (300 bis 400 Schläge / min) ist. </li><li> Einzuschneiden die Kopfhaut in einer geraden Linie entlang der Mittel mit einem # 10 Skalpell, um sowohl die koronalen und sagittalen Nähten aussetzen. </li><li> Decke die Lambda und Bregma Punkte, indem beiseite das Gewebe, das Abdecken wird den Schädel mit einem chirurgischen Spachtel. </li><li> Pegel den Schädel, so daß Bregma und Lambda-Positionen sind auf der gleichen Ebene. </li><li> Um den Referenzpunkt gesetzt, verwenden Sie einen stereotaktischen Gerät mit einem Glasrohr montiert, um es direkt über Bregma gesetzt. Dies wird die &quot;Null&quot; für die von vorne nach hinten und medial-lateral Messungen koordiniert. </li><li> Stellen Sie den Punkt von Interesse, indem Sie den stereotaktischen Halterung auf die erforderlichen Koordinaten, beachten Sie die stereotaktischen Koordinaten und zeichnen Sie ein Quadrat um den Zielbereich, der markiert, wo die Kraniotomie durchgeführt. </li><li> Verwenden Sie einen chirurgischen Bohrer mit einem sterilisierten Bohrer entlang der markierten Quadrat langsam ohne Druck langsam entfernen Sie das Knochenmaterial. Seien Sie vorsichtig, zu lange in der gleichen Gegend nicht zu bohren, da es die Wärme erzeugen und verursachen Läsionen auf der Rinde. </li><li> Wenn die Knochen des Schädel Abgrenzung ausreichend dünn werden, entfernen Sie vorsichtig den Hirnschnitt mit einer Pinzette, um die Rinde aus. </li><li> Häufig bewässern den freiliegenden Kortex mit künstlicher Zerebrospinalflüssigkeit zu Gewebeaustrocknung zu verhindern. HINWEIS: Dura mater Entfernung unnötig ist an der Ratte als die Spitze des Elektrodenpillen ist robust genug, um zu durchdringen. </li></ol> 3. Füllen und Montage des Einspritzsystems <ol><li> Füllen Sie das5-10 &amp; mgr; l-Mikrospritze durch Aspiration mit Mineralöl. </li><li> Füllen Sie die Injektionsnadel mit der festen Glaspipette mit einer Lösung von 0,5% Chicago Sky Blue (CSB) und 300 &amp; mgr; M γ-Aminobuttersäure (GABA) oder einer Lösung von 2% Lidocain mit 0,5% CSB 9. Verdünnen Sie alle Lösungen mit Kochsalzlösung. <ol><li> Im Fall von einer reichlichen Stoff, füllen Sie mit einem normalen Spritze und verwenden Sie die üblichen Vorsichtsmaßnahmen Techniken, um die Bildung von Luftblasen zu vermeiden. </li><li> Im Fall teurer Substanzen zu verwenden, Mineralöl, um die Elektrodenpillen zu füllen und das chemische Mittel können dann durch Absaugen eingeführt werden. Da der Dichteunterschied zwischen Erdöl und Wasser ist relativ hoch, diese Substanz ist ein guter Kandidat für die Injektion von wässrigen Lösungen. HINWEIS: Ein Farbstoff zugegeben werden, um die Trennung zwischen den beiden Flüssigkeiten zu bestätigen. </li></ol></li><li> Um die Injektionspipette füllen, füllen Sie eine 1-ml-Spritze mit der Lösung durch Absaugen und dann langsam zu injizieren die Lösungin die Injektionspipette. </li><li> Achten Sie sorgfältig auf Lecks in Regionen in 1 durch Abtupfen diese Bereiche sauber und Beobachten Leckagen durch weiteres Einspritzen der Lösung langsam mit der Spritze angezeigt. </li><li> Entfernen Sie die 1-ml-Spritze. Dabei ist, lesen Sie leichten Druck auf den Kolben zu halten, so dass das Vakuum nicht die Lösung aus der Injektionspipette entfernen. </li><li> Füllen Sie den Mikrospritze mit Mineralöl durch Aspiration und befestigen Sie sie fest auf die gefüllte Injektionspipette, dann vorsichtig Wischen Sie überschüssige Lösung aus der montierten Elektrodenpillen mit Gaze. </li><li> Sicherzustellen, dass die Spitze nicht durch die Injektion ein sehr kleines Volumen, genug, um einen kleinen Tropfen bilden sich an der Spitze der Glaspipette siehe blockiert. </li><li> Montieren Sie den Elektrodenpillen auf dem Mikrosystem und sicherzustellen, dass sie gut befestigt. </li><li> Vorsichtig Position der Elektrodenpillen Spitze an den Zielkoordinaten und senken Sie die Spitze an die Oberfläche der Hirnrinde. </li><li> Langsam senken die injectrode mit dem Zielgerät an die Zielstruktur (superior colliculus in diesem Fall) mit den entsprechenden anatomischen Koordinaten. </li><li> Decken Sie die freiliegenden Kortex mit warmen Agar zu Gewebeaustrocknung zu verhindern. </li></ol> 4. Injection und reversible Inaktivierung <ol><li> Stellen Sie die Mikroinjektionspumpe bei 40 nl / min, und drücken Sie Run injizieren 400 bis 800 nl, um die Injektion zu starten. Beachten Sie, dass Spike-Rate wird Reduktion während der Injektion zu zeigen. HINWEIS: In der Versuchsanordnung, die neuronale Aktivität innerhalb einer Stunde gewonnen nach dem Ende des GABA Lieferung. Jede kalibrierte mechanische Vorrichtung verwendet werden, um Druck auf die Mikroinjektionsspritze, um das Einspritzen durchzuführen anzuwenden. </li><li> Nach dem Erwerb der elektrophysiologischen Daten, einschläfern mit einem von der örtlichen Tierethik Gemeinschaft zugelassenen Methode. </li></ol>

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	<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.

Das vorgeschlagene Protokoll wurde entwickelt, um die Herausforderungen, die sich aus aktuellen reversible Inaktivierung Methoden zu lösen. Genauer gesagt, dieses Projekt auf die Verfeinerung der für chemische Mikroinjektionen von Stoffen Modulation neuronaler Aktivität, vor allem in tiefen Hirnstrukturen verwendeten Verfahren ab. Eine technische Herausforderung, die aus dieser Art von Setup ist die Notwendigkeit für beide Sonden in der gleichen begrenzten Raum in vivo, um eine präzise Aufnahmen an der Inj...

Die Inaktivierung des kortikalen Bereichen subkortikalen Kerne in der Studie von funktionalen Beziehungen zwischen verschiedenen Gehirnstrukturen 2-4 wichtig. Jüngsten Literatur loss-of-function chemische oder Kryo-Techniken eingesetzt, um die Rolle von Hirnstrukturen 2,5 studieren. Hinsichtlich pharmakologischer Mikroinjektionen, kleine Volumina von Medikamenten können in einer Gehirnregion mit einer kontrollierten Geschwindigkeit unter Minimierung der Kollateralschäden an das umgebende Gewebe 6,7, verabreicht werden. Diese Technik kann verwendet werden, um spezifische Agonisten, inverse Agonisten oder Antagonisten zu liefern, um die Wirkung verschiedener pharmakologischer Ziele auf neuronale Aktivität zu untersuchen. Solche Effekte können auch durch Messen von Veränderungen in der neuronalen Antworten von fernen Standorten ermöglicht es Forschern, die Beziehungen zwischen verschiedenen kortikalen und subkortikalen Strukturen untersuchen sucht werden. Hierbei ist die Anordnung einer Vorrichtung, die Elektrodenpillen, fähig bo zeigen wir,th Aufzeichnen elektrophysiologischer Signale und Verteilen kleiner Mengen von Arzneimitteln an der Zielposition. Wir zeigen die Fähigkeiten dieses Systems durch Einspritzen von GABA, einen gemeinsamen Inhibitor der neuronalen Aktivität im Ratten Colliculus superior. Diese Region ist empfindlich auf visuelle Stimulation, die uns visuell evozierten Aktivität verwenden, um Mehrfach-Elektrodenpillen Lokalisierung zu bestätigen erlaubt. Die Reversibilität der Inaktivierung wurde durch die Wiederherstellung der normalen neuronalen Aktivität nach dem Ende des GABA Injektion beurteilt. Die Fähigkeit, von der Injektionsstelle zu überwachen Multi-Unit-Aktivität ermöglicht die Feinabstimmung der Injektionsraten und Volumina, um die gewünschte pharmakodynamische Reaktion zu erzielen. Daher ist es ein Vorteil dieser Technik das Potential Begrenzung der Gewebeschädigung durch Mikroperfusionskammer verursacht, da die kleinste wirksame Mengen injiziert werden. Das vorgeschlagene Protokoll bietet eine kosteneffiziente Methode zur Erzeugung des Einweg Hardware notweny für die Durchführung von Experimenten, in denen Arzneimittelabgabe und lokale neuronale Aktivität Aufzeichnung erwünscht ist.

<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

Hier beschreiben wir ein Verfahren für die Konstruktion unter Verwendung kommerziell zugängliche und preiswerte Teile einer Einweg- &quot;Elektrodenpillen&quot;. Ein Prüfsystem entwickelt, das für die Injektion eines Arzneimittels ermöglicht, während der Aufzeichnung von elektrophysiologischen Signalen aus dem betroffenen Neuronenpopulation. Dieses Verfahren stellt eine einfache und kostengünstige Alternative zu kommerziellen Lösungen. Eine Glaspipette wurde durch die Kombination mit einer Injektionsnadel und einem Silberdraht modifiziert. Die Elektrodenpillen auf Handels Mikrodosierspritzenpumpe zur Arzneimittelabgabe beigefügt. Dies führt zu einem Verfahren, das Echtzeit-Rückkopplung liefert Pharmakodynamik durch Multi-unit extrazelluläre Signale von der Stelle der Arzneimittelzuführung Ursprung. Als proof of concept verzeichneten wir neuronale Aktivität aus dem Colliculus superior durch Lichtblitze bei Ratten hervorgerufen, die gleichzeitig mit der Lieferung von Arzneimitteln durch die Elektrodenpillen. Die Elektrodenpillen Aufzeichnungskapazität ermöglicht die funktionelle Charakterisierung des injection Seite begünstigt eine genaue Kontrolle über die Lokalisation der Arzneimittelabgabe. Die Anwendung dieses Verfahrens erstreckt sich auch weit über das, was hier gezeigt, wie die Wahl der chemischen Substanz in die Elektrodenpillen geladen ist riesig, darunter Verfolgung Marker für anatomischen Experimenten.

Der Aufbau des Elektrodenpillen ist in Abbildung 1 Ein Silberdraht (C) dargestellt ist, in einer Glaspipette (D) mit einem Teil der gebogenen Draht zugeführt und aus der Öffnung herausragt. A 30 G-Nadel (B) befestigt ist und an der Öffnung der Glaspipette mit Klebstoff abgedichtet. Nachdem die Pipette mit der Injektionssubstanz gefüllt worden ist, wird ein Glasmikrospritze (A) an der Nadel befestigt ist. Es ist wichtig, dass es eine gute Abdichtung, wenn die Mikrospritze verbunden mit der Nadel (E),...

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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.

Gleichzeitige Elektrophysiologische Aufzeichnung und Micro-Injektionen von Hemmstoffe im Gehirn von Nagetieren

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 Aufrufe.  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.

Serie: 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.

Gleichzeitige fMRI und Elektrophysiologie in der Nager Gehirn

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

Forschung

Neurowissenschaften

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.

Gleichzeitige Elektroenzephalographie, Real-time Messung der Laktat-Konzentration und optogenetische Manipulation der neuronalen Aktivität in der Nagetier 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 ...

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.

Die extrazelluläre Aufnahme neuronaler Aktivität in Kombination mit Microiontophoretic Anwendung von neuroaktiven Substanzen in Awake Mäuse

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.

Akut<em&gt; In vivo</em&gt; Elektrophysiologische Aufzeichnungen von lokalen Feldpotentialen und Multi-Unit-Aktivitäten von der Hyperdirect-Pathway in anästhesierten Ratten

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.

Gleichzeitige Aufnahme von Co lokalisierte Elektroenzephalographie und lokales Feld Potential in Nagetier

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.

Aufnahme und Modulation der Epileptiformen Aktivität in Nagetier Gehirnscheiben gekoppelt mit Mikroelektrode Arrays

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.

Microinjectrode System für kombinierte Arzneimittelinfusion und Elektrophysiologie

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.

Wirkstoff-Mikroinjektion mit elektrophysiologischer Aufzeichnung in einem Rattengehirn

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.

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.

Gleichzeitige Elektrophysiologische Aufzeichnung und Micro-Injektionen von Hemmstoffe im Gehirn von Nagetieren

Zusammenfassung

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