Name: chronic transcranial electrical stimulation and intracortical recording in rats
Uploaded: 2018-05-11T13:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 51 s
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この作品が支持された EU-FP7-ERC-2013-開始 '勢い' ハンガリー科学アカデミー (LP2013-62)、GINOP-2.3.2-15-2016-00018 助成プログラム助成金 (No.337075) による。ありがとう Máté Kozák 刺激を文書化し、有意義な議論のプロトコル設計時に電極と Mihály Vöröslakos を記録します。

ここで説明するすべての方法は、コミュニティの欧州理事会の指令に従って (86/609 ECC) アルバート ・ セント ・ イシュトバーン Györgyi 医療薬学の大学センターで動物研究の倫理委員会によって承認されているとセゲド (XIV/218/2016)。
1. 刺激電極の作製
<ol><li>1 つの刺激電極、ミニチュアのフックアップ ワイヤの六つの 10 cm 長い部分をカット削除の一端にクラッドともう一方の端に 1 cm 2 cm します。</li>
	<li>2 本のケーブルを撚り合わせて、皮をむいた短辺で半田付け。</li>
	<li>SOT 353 ケースとあらゆる集積回路の 3 つのテープ包装のストリップを取得します。</li>
	<li>パッケージの 3 つの穴を介してツイスト線をステッチします。ワイヤの長い皮をむいたセグメントはパッケージの空洞にする必要があります。断熱材の端が穴の縁に沿ったようにケーブルを配置します。</li>
	<li>ワイヤーを固定する穴に歯科用セメントを置きます。 注意: 歯科用セメントをパッケージのキャビティに漏出を避けるために十分な高密度にする必要があります。</li>
	<li>セメントが固化 (最小 10 分) と、パッケージを反転し、セメント系多孔質に向かって水密シールを形成する穴に瞬間接着剤の薄い層を置きます。皮をむいた線を接着しないでください。</li>
	<li>短い皮をむいた側のケーブルを一緒にねじるし、半田付け (図 1 a)。</li>
	<li>もはや皮をむいたセグメント線の高級ピンセットの先端をつかんで、それらをロールバック空洞 (図 1 b) にそれらをラップします。必要な場合は、余分なケーブルをカットします。</li>
</ol>2. 記録電極の作製
<ol><li>1 つの記録を作成するには、トリプレット電極 (図 1D)、高速ロータリーを使用してステンレス鋼チューブの 1 センチの部分をカットを見た。鋭い針とチューブの端からフィンを削除し、チューブが残骸のきれい、完全に透過性であることを確認します。 注: 彼らはチューブを歪めるが、ペンチを使用しないでください。</li>
	<li>J 形のホルダーを形成する 3 cm の長さの最小な金メッキ基板スペーサー ピンを曲げます。「J」形状の長い脚をカットし、、電極を保持し、アンカリング ポイントとして 'U' 形状と脳定位固定装置によって開催される、長い直線部分の取り外し可能なジョイントさせる元の形を取り戻すため一緒にはんだ付け.チューブで一緒に 'J' ホルダーの短い足を接着します。安定性のため、必要に応じていくつかの追加の 1 cm 長い棒を接着します。</li>
	<li>ステンレス鋼、超はさみで 2.5 cm 長い電極線の 3 の部分をカットします。クリアでシャープなカット、断熱材、電極ワイヤーの円形の面でそのままになっていることを確認します。また適用される力のためカットの先端が曲がっていないことを確認します。1、2 mm (例えば、1 つの左ストレート 1 45 °、1 つ直角) それらを区別する別の角度で線のそれぞれの一方の端を曲げます。</li>
	<li>ワイヤーと管を埋める、実験用電極の適切な間隔を選択 (例えば、皮質のローカル フィールド ポテンシャル (LFP) と現在ソース密度 (CSD) 登録からワイヤーの先端の推奨の突出のため、チューブを開く: 4.5 mm 4.1 〜 3.7 mm、それぞれ)。どの線が適切なチャネルの順序を維持するための深さに対応するメモ。</li>
	<li>一度ワイヤーは隣同士に右揃え、チューブに平行、電極ワイヤを修正する配置液体接着剤で一滴チューブの両端に鋭い針で。接着剤が管毛細管効果によりは突出の端に記録サイトない方に流れることを確認します。</li>
	<li>使用する記録システムと互換性のある適切な自電極インター フェース ボードを準備します。</li>
	<li>目的の記録のチャネルに対応する電極のインタ フェース ボードの穴にワイヤの非記録、曲がった先端をご紹介します。すべてのワイヤが位置、ピンセットで、金色のピンを穴に押し込みます。 注: 歯科用セメントを使ってその場で金のピンを修正可能性がありますが、ほとんどの場合、それは十分に安定してなくてもこの安全手順。</li>
</ol>3. 麻酔
<ol><li>シール麻酔誘導室に動物を置き、イソフルラン 2 L/分医療空気中の 4-5% でそれを埋めます。</li>
	<li>ラットがリカンベント、商工会議所から動物を削除し、適切な換気の鼻部分を固定フレームに置きます。</li>
	<li>気流の率は同じままですが、2% にイソフルラン レベルを設定します。麻酔のレベルを確認します。つまんでに応えて足引っ込め反射がない場合、続行、麻酔の深さが増加します。</li>
	<li>監視し、37 ± 0.5 ° C 恒温監視システムでラットの体温を維持します。角膜の乾燥を防ぐために目にパラフィン軟膏の滴を適用します。この手順、手術中に数回、必要に応じて繰り返します。</li>
	<li>気道における粘液形成を避けるためにアトロピンを 0.3 mg/kg を皮下注入します。この長い手術の場合は 4 時間ごとに繰り返します。呼吸を監視し、必要な場合、気化器を調整します。</li>
</ol>4. 刺激と記録電極の注入
注: オートクレーブ外科すべての必要な機器および慎重に全体の手順中に無菌と消毒の一般的な規則に従います。外科領域以外の非滅菌の分野を触れないでください。移植前に 30 分のエチルアルコール溶液 (70%) 電極を浸します。
<ol><li>髪クリッパーで頭皮から髪の毛のほとんどを削除します。頭皮に脱毛クリームを適用、表面に均等に広げ、数分待ってから。ヘラを使用すると、クリーム、残りの髪を慎重に取り外します。消毒し、水で皮膚を洗い流します。</li>
	<li>1-2% リドカインを注入する (7 mg/kg の総線量を超えない) 皮下に皮膚を麻痺させます。獣医軟膏 (例えばパラフィン) 目の一滴を適用します。</li>
	<li>首に額から、メスに正中線で徹底したと長い (~ 2 cm) 矢状切開を行います。頭蓋骨の骨膜を含む組織を解剖し、2 つの側頭骨の稜間区域をきれいに彫刻刀や歯のピンセットを使用しています。4 ブルドッグを使用して切り裂かれた皮膚の取り消しによって公開される頭蓋骨をしてください。</li>
	<li>優しく頭骨の急な端と筋の間の高級ピンセットを置き、それらを分離します。筋肉を損傷することがなく、好ましくは冠状縫合の平面に後頭骨の端から、できるだけ側頭骨の大規模な表面の多くとして公開するジグの動きを確認します。</li>
	<li>リトラクター公開側頭骨を保つために bitemporally を配置します。</li>
	<li>リンスと 1-2 の mL 3% H2O2頭蓋骨の表面、1-2 mL の水で洗ってください。</li>
	<li>側頭骨の表面を非常に慎重に空気乾燥、眼の棒で水分をモップでふきます。(刺激電極の上部の縁は側頭骨の稜の端に沿ってする必要があります) 洗浄垂直頭蓋骨表面上に刺激電極に適合する場合をテストします。ブルドッグと、リトラクターを再調整または必要に応じてハサミでは、刺激電極の形状します。</li>
	<li>導電性電極ゲルし、電極の縁に接着剤の薄い層を置く刺激の空洞を埋めます。</li>
	<li>1 つの正確な動きと側頭骨の乾燥表面刺激電極を配置、しっかりと場所に保持 1 分の高級ピンセットで。水分が接着剤との接触がないことを確認してください。必要に応じて眼棒をモップします。 注意: 電極の任意の不安定を経験した場合、それを削除します。骨を洗浄後新しい刺激電極でこの手順を繰り返します。</li>
	<li>組織の漏れの水分は継続的に眼の棒で乾燥する間、刺激電極のエッジ上歯科用セメントを置きます。セメントを用いた全体刺激電極をカバーします。</li>
	<li>セメントが完全に硬化すると、側でこれらの手順を繰り返します。</li>
	<li>すべてのネジをアンカーのため頭蓋骨のいくつかの穴をドリルします。穴にミニチュアねじをドライブし、それらを歯科用セメントを置きます。~ 10% 小径ドリルねじ径と比較して頭を使用します。</li>
	<li>実験の目的に応じてケーブルの両端にコネクタをはんだ付け、セメントでカバーして、表面の上に置きます記録電極と光ファイバーを植え付けることを続行または頭蓋骨の頭蓋ウィンドウを準備します。後者の場合、コネクタをはんだ付けし、終了時にのみ構築にそれらを固定します。長期同時 TES と LFP 録音の必要な場合インプラントの単一ケーブルの代わりに前述の電極三つ子を実行します。 注: このセットアップは、共通モード刺激工芸品8の除去のためことができます。電極注入の記録の詳細については、以前のプロトコル14,15を参照してください。</li>
	<li>消毒剤と豊富露出した組織を洗浄します。1-2% リドカインを注入する (7 mg/kg の総線量を超えない) 皮下。</li>
	<li>傷のエッジを創傷清拭し、コネクタ/インプラント周囲の簡単な縫合で閉じる。ポビドン ヨードで傷口を消毒します。</li>
	<li>Carprofene 5 mg/kg を皮下注入します。必要に応じて、この手順を繰り返します。 注: 他の鎮痛薬は、ローカル倫理許可委員会によって設定された要件と一致する使用可能性があります。</li>
	<li>麻酔を中断、earbars とノーズピース、解放および意識を取り戻すために術後の回復ケージに動物を置きます。</li>
	<li>最初の術後の時間中に近い監督の下で動物が確実します。インプラント領域を定期的に監視し続けます。 注: 動物残さないように無人までそれは胸骨の横臥を維持するために十分な意識を取り戻しました。プロシージャから完全復旧まで個別に動物の家。</li>
</ol>

<ol>
	<li>Ozen, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transcranial+electric+stimulation+entrains+cortical+neuronal+populations+in+rats.">Transcranial electric stimulation entrains cortical neuronal populations in rats.</a> The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience. 30 (34), 11476-11485 (2010).</li><li>Ali, M. M., Sellers, K. K., Frohlich, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transcranial+alternating+current+stimulation+modulates+large-scale+cortical+network+activity+by+network+resonance.">Transcranial alternating current stimulation modulates large-scale cortical network activity by network resonance.</a> The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience. 33 (27), 11262-11275 (2013).</li><li>Helfrich, R. 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Safety, sensations and secondary induced effects.</a> Clinical neurophysiology : official journal of the International Federation of Clinical Neurophysiology. 126 (11), 2181-2188 (2015).</li><li>Marshall, L., Binder, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Contribution+of+transcranial+oscillatory+stimulation+to+research+on+neural+networks:+an+emphasis+on+hippocampo-neocortical+rhythms.">Contribution of transcranial oscillatory stimulation to research on neural networks: an emphasis on hippocampo-neocortical rhythms.</a> Frontiers in human neuroscience. 7, 614 (2013).</li><li>Reato, D., Rahman, A., Bikson, M., Parra, L. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+weak+transcranial+alternating+current+stimulation+on+brain+activity-a+review+of+known+mechanisms+from+animal+studies.">Effects of weak transcranial alternating current stimulation on brain activity-a review of known mechanisms from animal studies.</a> Frontiers in human neuroscience. 7, 687 (2013).</li><li>Thut, G., Miniussi, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=New+insights+into+rhythmic+brain+activity+from+TMS-EEG+studies.">New insights into rhythmic brain activity from TMS-EEG studies.</a> Trends in cognitive sciences. 13 (4), 182-189 (2009).</li><li>Gage, G. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surgical+implantation+of+chronic+neural+electrodes+for+recording+single+unit+activity+and+electrocorticographic+signals.">Surgical implantation of chronic neural electrodes for recording single unit activity and electrocorticographic signals.</a> Journal of visualized experiments : JoVE. (60), (2012).</li><li>Vandecasteele, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Large-scale+recording+of+neurons+by+movable+silicon+probes+in+behaving+rodents.">Large-scale recording of neurons by movable silicon probes in behaving rodents.</a> Journal of visualized experiments : JoVE. (61), e3568 (2012).</li><li>Zayachkivsky, A., Lehmkuhle, M. J., Dudek, F. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Long-term+Continuous+EEG+Monitoring+in+Small+Rodent+Models+of+Human+Disease+Using+the+Epoch+Wireless+Transmitter+System.">Long-term Continuous EEG Monitoring in Small Rodent Models of Human Disease Using the Epoch Wireless Transmitter System.</a> Journal of visualized experiments : JoVE. (101), e52554 (2015).</li><li>Ung, K., Arenkiel, B. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fiber-optic+implantation+for+chronic+optogenetic+stimulation+of+brain+tissue.">Fiber-optic implantation for chronic optogenetic stimulation of brain tissue.</a> Journal of visualized experiments : JoVE. (68), e50004 (2012).</li><li>Mostany, R., Portera-Cailliau, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+craniotomy+surgery+procedure+for+chronic+brain+imaging.">A craniotomy surgery procedure for chronic brain imaging.</a> Journal of visualized experiments : JoVE. (12), (2008).</li></ol>

Berényi、所有者と Amplipex 株式会社は、大規模な多重生体アンプを製造会社の創始者です。日時: Kozák とタマス Földi 開示するものがあります。

このプロトコルの最も重要なステップは、骨表面に電極パッケージの接着です。不適切なシーリングの場合、骨と電極のギャップが形成され、二次瘢痕組織は刺激性を軽減このギャップに育てることができます。パッケージにこだわりの手順中に骨表面が完全に乾燥する必要があり、電極の不安定性が発生している場合にする必要があります削除して最良の結果を得るために新しいパッケー?...

経頭蓋電気刺激 (TES) は一時的に拘束された方法で脳の活動に影響を与える貴重な方法論的アプローチです。サイズ、刺激電極の配置に応じて TES が大脳のボリュームに影響を与えるし、びまん性神経集団を同調1,2,3。経頭蓋直流電流刺激が大鬱病性障害の4、5と多くの研究は人間6経頭蓋刺激の認知的効果を示す焦点の治療のため既に医学的に承認されました。,7します。 さらに、有望な結果をてんかん発作8,9を制御する TES の可能性について報告しました。
集中的な研究にもかかわらずまだこの方法10、11,12を適用する長期的な結果、潜在的な副作用は、アクションの詳細なメカニズムについて多くの未解決の問題があります。したがって、動物モデルでの TES の効果を調査するため、再現性のある堅牢なプロトコルを持っている非常に重要です。ためのプロトコルを提供我々 目を覚まし動物 (例えばうつ病、てんかん、統合失調症) の多くの疾患が広く調査のみ、これらの医療条件の本質は、通常長期の治療を必要と、慢性的なラット頭蓋電極の注入。ここで紹介した方法は行動研究のため使用することができます。 または (すなわちワイヤー、シリコン プローブの、juxtacellular 電極) 記録電極の注入したり、電気生理学的実験のため慢性頭蓋ウィンドウに結合することができます。イメージング研究、それぞれ。実験的なデザインによって刺激のタイミングはランダムまたはイベントによってトリガーされる特定の行動キューまたは特定の頭脳の状態 (発作、シータ)8,の電気生理学的特徴をすることができます。11,13。
それは、皮膚に装着した電極の形態を使用して、現在使用されている人間のアプローチと対照をなしてを示すラットから側頭骨の表面に皮下注入右をほとんど採用方法を言及することが重要彼らの足を使用して簡単にアクセス可能である彼らの皮膚上に配置何かに耐えます。
注入の慢性的な性質のため交換、削減、および改良の原則に則り、このメソッドは、使用できるようにヶ月間、さまざまな実験条件で各動物を募ることができますので、動物の数を減らすのに役立ちます少ない動物の様々 な仮説をテストします。
本研究では、経頭蓋刺激電極 (図 1 aB) 製造の詳細なステップバイ ステップのプロトコルを提供し、6 ヶ月歳の頭骨上これらの電極の慢性的な注入を実証男性のロング ・ ラット。

<table><tbody><tr><td>Cyanoacrylate liquid</td><td>Henkel</td><td>Loctite 401</td><td></td></tr><tr><td>Cyanoacrylate gel</td><td>Henkel</td><td>Loctite 454</td><td></td></tr><tr><td>Wire for stimulation electrodes</td><td>Phoenix Wire Inc.</td><td>36744MHW - PTFE Microminiature Hook-Up Wire</td><td></td></tr><tr><td>Board spacer</td><td>E-tec Interconnect</td><td>SP1-020-S378/01-55</td><td></td></tr><tr><td>Connector</td><td>E-tec Interconnect</td><td>P2510I-02</td><td></td></tr><tr><td>Tape packaging for stimulation electrodes</td><td>Nexperia</td><td>74HC1G00GW</td><td>Tape packaging of any integrated circuit with SOT-353 case can be used</td></tr><tr><td>Grip Cement Industrial Grade</td><td>Caulk Dentsply</td><td>675571 (powder) 675572 (solvent)</td><td></td></tr><tr><td>Electroconductive gel</td><td>Rextra</td><td>ECG Gel</td><td></td></tr><tr><td>Recording electrode wire</td><td>California Fine Wire Co.</td><td>.002 (50 micron) Tungsten 99.95% (CFW Material #: 100-211), HMl-Natural, cut to 3.0 inch pieces, Round, Cut length piece wire</td><td></td></tr><tr><td>Ultrafine scissors</td><td>Hammacher Instrumente</td><td>Stainless HSB 544-09</td><td></td></tr><tr><td>Stainless steel tube</td><td>Vita Needle Company</td><td>29 RW, 304SS Tubing, T.I.G. Welded and Plug</td><td></td></tr><tr><td>High speed rotary saw</td><td>Dremel</td><td>Model # 395</td><td></td></tr><tr><td>Rotary saw holder</td><td>Dremel</td><td>Model # 220</td><td></td></tr><tr><td>Rotary saw cut-off wheel</td><td>Dremel</td><td>Model # 409</td><td></td></tr><tr><td>Ocular sticks</td><td>Lohmann-Rauscher</td><td>Pro-ophta Ocular Sticks</td><td></td></tr><tr><td>Wet disinfectant</td><td>Egis</td><td>Betadine</td><td></td></tr><tr><td>Dry disinfectant</td><td>Wagner Pharma</td><td>Reseptyl-urea</td><td></td></tr><tr><td>Drilling machine</td><td>NSK-Nakanishi United Kingdom</td><td>Vmax35RV Pack</td><td></td></tr><tr><td>Anchoring screws</td><td>Antrin Miniature Specialties, Inc.</td><td>000-120x1/16 SL BIND MS SS</td><td></td></tr></tbody></table>

chronic transcranial electrical stimulation and intracortical recording in rats

経頭蓋電気刺激 (TES) は、ランダムまたは閉ループ イベント発生方法でびまん性脳活動に影響を与える強力な比較的簡単なアプローチです。多くの研究が可能な利点および健康および病理学的頭脳の TES の副作用を中心に、まだ刺激の作用機序に関する多くの基本的な未解決の問題があります。したがって、明確がある急性をテストする堅牢で再現可能な方法および齧歯動物の TES の慢性効果のため必要があります。TES は、神経ネットワークの体内を調べる正規行動、イメージング、電気生理学的手法と組み合わせることができます。脳の活動を操作するための汎用性の高い、柔軟なツールを提供しながら、経頭蓋刺激電極の注入は実験的なデザインで余分な制約を課しません。ここでを作製し、インプラントの経頭蓋刺激電極ヶ月拘束された一時的な脳の活動に影響を与える詳細なステップバイ ステップのプロトコルを提供します。

慢性刺激電極 (図 1 b) の注入は、電極 (図 1D) の追加注入と組み合わせることができます。このような設定は、オン ・ デマンド記録と特定の脳の活動を妨害する刺激システムを形成する適しています。閉ループてんかん検出と介入システム、ロング ・ ラット自発性発作 (図 2 a)<sup class="xre...

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Chronic Transcranial Electrical Stimulation and Intracortical Recording in Rats

この詳細なプロトコルは、自由行動ラットの経頭蓋電気刺激の短期および長期効果を調査するために、側頭骨に経頭蓋刺激電極配置をについて説明します。

慢性的な経頭蓋電気刺激およびラットの皮質内の記録

Transcranial electrical stimulation (TES) is a powerful and relatively simple approach to diffusely influence brain activity either randomly or in a ...

chronic-transcranial-electrical-stimulation-intracortical-recording

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Neuroscience

8.7K ビュー.  University of Szeged. この詳細なプロトコルは、自由行動ラットの経頭蓋電気刺激の短期および長期効果を調査するために、側頭骨に経頭蓋刺激電極配置をについて説明します。

ビデオ: Chronic Transcranial Electrical Stimulation and Intracortical Recording in Rats

Surgical Implantation of Chronic Neural Electrodes for Recording Single Unit Activity and Electrocorticographic Signals

The success of long-term electrophysiological recordings often depends on the quality of the implantation surgery. Here we provide useful information for surgeons who are learning the process of implanting electrode systems. We demonstrate the implantation procedure of both a penetrating and a surface electrode. The surgical process is described from start to finish, including detailed descriptions of each step throughout the procedure. It should also be noted that this video guide is focused towards procedures conducted in rodent models and other small animal models. Modifications of the described procedures are feasible for other animal models.

We provide useful information for surgeons who are learning the process of implanting chronic neural recording electrodes. Techniques for both penetrating and surface electrode systems are described in a rodent animal model.

単一ユニット活動とElectrocorticographic信号を記録するための慢性神経電極の外科的移植

The success of long-term electrophysiological recordings often depends on the quality of the implantation surgery.  Here we provide useful information for ...

神経科学

A Wireless, Bidirectional Interface for In Vivo Recording and Stimulation of Neural Activity in Freely Behaving Rats

In vivo electrophysiology is a powerful technique to investigate the relationship between brain activity and behavior at a millisecond and micrometer scale. However, current methods mostly rely on tethered cable recordings or only use unidirectional systems, allowing either recording or stimulation of neural activity, but not at the same time or same target. Here, a new wireless, bidirectional device for simultaneous multichannel recording and stimulation of neural activity in freely behaving rats is described. The system operates through a single portable head stage that both transmits recorded activity and can be targeted in real-time for brain stimulation using a telemetry-based multichannel software. The head stage is equipped with a preamplifier and a rechargeable battery, allowing stable long-term recordings or stimulation for up to 1 h. Importantly, the head stage is compact, weighs 12 g (including battery) and thus has minimal impact on the animal&#180;s behavioral repertoire, making the method applicable to a broad set of behavioral tasks. Moreover, the method has the major advantage that the effect of brain stimulation on neural activity and behavior can be measured simultaneously, providing a tool to assess the causal relationships between specific brain activation patterns and behavior. This feature makes the method particularly valuable for the field of deep brain stimulation, allowing precise assessment, monitoring, and adjustment of stimulation parameters during long-term behavioral experiments. The applicability of the system has been validated using the inferior colliculus as a model structure.

A Wireless, Bidirectional Interface for In Vivo Recording and Stimulation of Neural Activity in Freely Behaving Rats

A wireless, bidirectional system for multi-channel neural recordings and stimulation in freely behaving rats is introduced. The system is light and compact, thus having minimal impact on the animal&#180;s behavioral repertoire. Moreover, this bidirectional system provides a sophisticated tool to assess causal relationships between brain activation patterns and behavior.

ワイヤレス、 In Vivo記録そして自由行動下ラットにおける神経活動の刺激のための双方向インタ フェース

In vivo electrophysiology is a powerful technique to investigate the relationship between brain activity and behavior at a millisecond and micrometer ...

行動学

Simultaneous Recordings of Cortical Local Field Potentials and Electrocorticograms in Response to Nociceptive Laser Stimuli from Freely Moving Rats

Electrocortical responses, elicited by laser heat pulses that selectively activate nociceptive free nerve endings, are widely used in many animal and human studies to investigate the cortical processing of nociceptive information. These laser-evoked brain potentials (LEPs) consist of several transient responses that are time-locked to the onset of laser stimuli. However, the functional properties of the LEP responses are still largely unknown, due to the lack of a sampling technique that can simultaneously record neural activities at the surface of the cortex (i.e., electrocorticogram [ECoG] and scalp electroencephalogram [scalp EEG]) and inside the brain (i.e., local field potential [LFP]). To address this issue, we present here an animal protocol using freely moving rats. This protocol is composed of three main procedures: (1) animal preparation and surgical procedures, (2) a simultaneous recording of ECoG and LFP in response to nociceptive laser stimuli, and (3) data analysis and feature extraction. Specifically, with the help of a 3D-printed protective shell, both ECoG and LFP electrodes implanted on the rat&#39;s skull were securely held together. During data collection, laser pulses were delivered on the rat&#39;s forepaws through gaps in the bottom of the chamber when the animal was in spontaneous stillness. Ongoing white noise was played to avoid the activation of the auditory system by the laser-generated ultrasounds. As a consequence, only nociceptive responses were selectively recorded. Using the standard analytical procedures (e.g., band-pass filtering, epoch extraction, and baseline correction) to extract stimulus-related brain responses, we obtained results showing that LEPs with a high signal-to-noise ratio were simultaneously recorded from ECoG and LFP electrodes. This methodology makes the simultaneous recording of ECoG and LFP activities possible, which provides a bridge of electrocortical signals at the mesoscopic and macroscopic levels, thereby facilitating the investigation of nociceptive information processing in the brain.

We developed a technique that simultaneously records both electrocorticography and local field potentials in response to nociceptive laser stimuli from freely moving rats. This technique helps establish a direct relationship of electrocortical signals at the mesoscopic and macroscopic levels, which facilitates the investigation of nociceptive information processing in the brain.

大脳皮質の局所電界電位と自由行動ラットから侵害受容のレーザー刺激への応答で Electrocorticograms の同時録音

Electrocortical responses, elicited by laser heat pulses that selectively activate nociceptive free nerve endings, are widely used in many animal 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.

急性<em&gt;インビボ</em&gt;麻酔ラットにおけるHyperdirect経路からの局所場ポテンシャルとマルチユニット活性の電気生理学的記録

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

Transcranial Electrical Brain Stimulation in Alert Rodents

Transcranial electrical brain stimulation can modulate cortical excitability and plasticity in humans and rodents. The most common form of stimulation in humans is transcranial direct current stimulation (tDCS). Less frequently, transcranial alternating current stimulation (tACS) or transcranial random noise stimulation (tRNS), a specific form of tACS using an electrical current applied randomly within a pre-defined frequency range, is used. The increase of noninvasive electrical brain stimulation research in humans, both for experimental and clinical purposes, has yielded an increased need for basic, mechanistic, safety studies in animals. This article describes a model for transcranial electrical brain stimulation (tES) through the intact skull targeting the motor system in alert rodents. The protocol provides step-by-step instructions for the surgical set-up of a permanent epicranial electrode socket combined with an implanted counter electrode on the chest. By placing a stimulation electrode into the epicranial socket, different electrical stimulation types, comparable to tDCS, tACS, and tRNS in humans, can be delivered. Moreover, the practical steps for tES in alert rodents are introduced. The applied current density, stimulation duration, and stimulation type may be chosen depending on the experimental needs. The caveats, advantages, and disadvantages of this set-up are discussed, as well as safety and tolerability aspects.

This protocol describes a surgical set-up for a permanent epicranial electrode socket and an implanted chest electrode in rodents. By placing a second electrode into the socket, different types of transcranial electrical brain stimulation can be delivered to the motor system in alert animals through the intact skull.

警告齧歯動物で経頭蓋脳の電気的刺激

Transcranial electrical brain stimulation can modulate cortical excitability and plasticity in humans and rodents. The most common form of stimulation in ...

脳血流と電場のマッピング:マウスにおける電極配置

Placement of Extracranial Stimulating Electrodes and Measurement of Cerebral Blood Flow and Intracranial Electrical Fields in Anesthetized Mice

The detection of cerebral blood flow (CBF) responses to various forms of neuronal activation is critical for understanding dynamic brain function and variations in the substrate supply to the brain. This paper describes a protocol for measuring CBF responses to transcranial alternating current stimulation (tACS). Dose-response curves are estimated both from the CBF change occurring with tACS (mA) and from the intracranial electric field (mV/mm). We estimate the intracranial electrical field based on the different amplitudes measured by glass microelectrodes within each side of the brain. In this paper, we describe the experimental setup, which involves using either bilateral laser Doppler (LD) probes or laser speckle imaging (LSI) to measure the CBF; as a result, this setup requires anesthesia for the electrode placement and stability. We present a correlation between the CBF response and the current as a function of age, showing a significantly larger response at higher currents (1.5 mA and 2.0 mA) in young control animals (12-14 weeks) compared to older animals (28-32 weeks) (p &lt; 0.005 difference). We also demonstrate a significant CBF response at electrical field strengths &lt;5 mV/mm, which is an important consideration for eventual human studies. These CBF responses are also strongly influenced by the use of anesthesia compared to awake animals, the respiration control (i.e., intubated vs. spontaneous breathing), systemic factors (i.e., CO2), and local conduction within the blood vessels, which is mediated by pericytes and endothelial cells. Likewise, more detailed imaging/recording techniques may limit the field size from the entire brain to only a small region. We describe the use of extracranial electrodes for applying tACS stimulation, including both homemade and commercial electrode designs for rodents, the concurrent measurement of the CBF and intracranial electrical field using bilateral glass DC recording electrodes, and the imaging approaches. We are currently applying these techniques to implement a closed-loop format for augmenting the CBF in animal models of Alzheimer's disease and stroke.

著者スポットライト:アルツハイマー病モデルにおける脳血流を改善するための刺激ベースのアプローチ 

We describe a protocol for assessing dose-response curves for extracranial stimulation in terms of brain electrical field measurements and a relevant biomarker-cerebral blood flow. Since this protocol involves invasive electrode placement into the brain, general anesthesia is needed, with spontaneous breathing preferred rather than controlled respirations.

麻酔マウスにおける頭蓋外刺激電極の配置と脳血流および頭蓋内電界の測定

The detection of cerebral blood flow (CBF) responses to various forms of neuronal activation is critical for understanding dynamic brain function and ...

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.

ラットの複数の部位からの脳活動のin vivo電気生理学的記録

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

JoVE Encyclopedia of Experiments

Neurophysiology

Electrophysiology Techniques

Electroencephalographic Recording of Epileptic Seizures in Epilepsy-Induced Rats

Source: Soukupov&#225;, M., et al. <a href="https://appjove.unicartagenaproxy.elogim.com/v/58455">Microdialysis of Excitatory Amino Acids During EEG Recordings in Freely Moving Rats.</a> J. Vis. Exp. (2018)
This video demonstrates electroencephalographic (EEG) recording of epileptic seizures in epilepsy-induced rats. A rat with electrodes implanted in the ventral hippocampus is connected to the EEG recording system and placed in a plexiglass chamber. The rat is allowed to move freely while the brain activity is recorded to monitor the occurrence of seizures.

慢性的な経頭蓋電気刺激およびラットの皮質内の記録

要約

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この動画の章

単一ユニット活動とElectrocorticographic信号を記録するための慢性神経電極の外科的移植

ワイヤレス、 In Vivo記録そして自由行動下ラットにおける神経活動の刺激のための双方向インタフェース

大脳皮質の局所電界電位と自由行動ラットから侵害受容のレーザー刺激への応答で Electrocorticograms の同時録音

急性

警告齧歯動物で経頭蓋脳の電気的刺激

麻酔マウスにおける頭蓋外刺激電極の配置と脳血流および頭蓋内電界の測定

麻酔マウスにおける頭蓋外刺激電極の配置と脳血流および頭蓋内電界の測定

麻酔マウスにおける頭蓋外刺激電極の配置と脳血流および頭蓋内電界の測定

ラットの複数の部位からの脳活動のin vivo電気生理学的記録

てんかん誘発性ラットにおけるてんかん発作の脳波記録

慢性的な経頭蓋電気刺激およびラットの皮質内の記録

要約

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単一ユニット活動とElectrocorticographic信号を記録するための慢性神経電極の外科的移植

ワイヤレス、 In Vivo記録そして自由行動下ラットにおける神経活動の刺激のための双方向インタ フェース

大脳皮質の局所電界電位と自由行動ラットから侵害受容のレーザー刺激への応答で Electrocorticograms の同時録音

急性

警告齧歯動物で経頭蓋脳の電気的刺激

麻酔マウスにおける頭蓋外刺激電極の配置と脳血流および頭蓋内電界の測定

麻酔マウスにおける頭蓋外刺激電極の配置と脳血流および頭蓋内電界の測定

麻酔マウスにおける頭蓋外刺激電極の配置と脳血流および頭蓋内電界の測定

ラットの複数の部位からの脳活動のin vivo電気生理学的記録

てんかん誘発性ラットにおけるてんかん発作の脳波記録

ワイヤレス、 In Vivo記録そして自由行動下ラットにおける神経活動の刺激のための双方向インタフェース