Name: optogenetic entrainment of hippocampal theta oscillations in behaving mice
Uploaded: 2018-06-29T13:30:00.000+00:00
Duration: 7 min 33 s
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우리는 마리아 Gorbati에 대 한 데이터 분석 전문가 도움말 및 의견에 대 한 제니퍼 Kupferman 원고에 감사 하 고 싶습니다. 이 작품은 도이치 가운데 (DFG;에 의해 지원 되었다 257 실 NeuroCure, TK 및 AP; 우선 프로그램 1665, 1799/1-1(2), Heisenberg 프로그램, 1799/2-1, AP), 독일-이스라엘 기초 과학 연구 및 개발 (GIF; 나-1326-421.13/2015, TK)와 인간 프론티어 과학 프로그램 (HFSP; RGY0076/2012, TK).

저자는 공개 없다.

여기 우리는 끌고가 다 hippocampal 세타 진동 동작 동물에서을 유도 하는 광범위 하 게 액세스할 수 있는 방법론을 제시. 이 방법은 정보 처리 및 동작에 세타 리듬의 기능 연구에 대 한 유용할 수 있습니다. 이 방법의 중요 한 측면을 포함 한다: (1)는 opsin의 선택과 ChR2의 MS의 축 삭을 대상으로 세포 해 마, 지속적인 자극 및 LFP 이식된 광학 섬유 선 배열 어셈블리의 (2) 강력한 광학 및 전기 기능 행동 ?...

포유류의 신경 활동은 정보 전송 시간과 뇌 영역1,2,,34사이 지원 네트워크 진동에 의해 조정 됩니다. 뇌 리듬 포함 매우 느린 (< 0.8 Hz) 초고속 (> 200 Hz) 주파수에서 배열 하는 진동. 증거의 큰 몸 인식5,6,7,,89,10 포함 하 여 다양 한 뇌 기능에 네트워크 진동의 참여 지원 , 파 킨 슨 병과 간 질13,,1415등 정신병 질환 뿐 아니라 타고 난 행동11,12 . 네트워크 진동의 실험 조작에 대 한 선택적이 고 일시적으로 정확한 방법 따라서 동기화의 순수 그럴듯한 모델의 개발 및 행동 인과 링크를 설정 하기 위한 필수적입니다.
네트워크 동기화는 다양 한 생물 학적 기판 및 프로세스, 흥분 및 네트워크 연결의 neuromodulation 이온 채널의 분자 id 및 그들의 활동에서 배열에 의해 중재 됩니다. 많은 뇌 리듬, 어떤 (예를 들어, 주파수, 진폭)의16 를 공개 하는 발전기는 리듬의 생물학적 설계 뚜렷한 세포 유형 및 네트워크의 역학에 대해 가져온. 예를 들어, 금지 수 주 셀 somata를 대상으로 주파수 대역 및 뇌 영역17,18, 세타19,20, 감마20 를 포함 하 여 가장 중요 한 선수는 , 21, 그리고 리플 (140-200 Hz)22 진동. 차례 차례로, 먼 셀의 위상 동기화 강력한 피드 포워드 신호 피라미드 세포의 수의 발사를 다시 설정 하 여 보장 됩니다. 진동, 동기화 된 신경 인구 크기의 중요 한 매개 변수 측정된 LFP 진동의 진폭에 밀접 하 게 관련 하 고, 적어도 빠른 진동에 따라 달라 집니다 수2에 흥분 성의 드라이브. 델타와 세타 리듬, 같은 느린 진동 cortico thalamic23,24 hippocampal 중간 septal 예측25, 에 의해 형성 된 장거리 재진입 루프에 의해 생성 되는 반면, 26,27, 각각. 같은 회로에 진동 신호 전파 지연, 고르기, 반응과 참여 셀28,,2930, 에 그들의 주파수 설정의 상호 작용에 의해 초래 됩니다. 31 , 32. GABAergic parvalbumin (태양광 발전)에서 억제 계획-해 마25,33, parahippocampal 지역에 entorhinal 외피26 수를 중간 심장 (MS)의 세포는 긍정적인 내측 측 두 엽에 세타 진동의 세대에 대 한 필수. 따라서, 네트워크 진동 및 신경 동기화의 생리 적 메커니즘 실시간 정밀 optogenetics를 사용 하 여 조작할 수 있습니다.
셀 형식 관련 optogenetic 조작 hippocampal 및 대뇌 피 질의 진동 체 외에서34,35,36,37,38 의 연구에 대 한 적용 된 vivo에서30,39,40,41,,4243,44,45, 기능 포함 감마5,12,36,,4647,48,49,50, 의 조사 51,52 및 리플 진동40,,5354 와 잠 스핀 들55,56. 최근 우리 PV-Cre 쥐의 MS, hippocampal 세타 리듬의 세대에 대 한 주요 영역에서에서 Cre 종속 ChR2 바이러스 표현. 이 준비를 사용 하 여, hippocampal 세타 진동 (주파수와 시간적 안정성)의 기능 해 마11에서 MS의 억제 계획의 optogenetic 자극에 의해 통제 되었다. 또한, 금지 중 hippocampal 예측의 세타 주파수 optogenetic 자극 깨어 부동 중 세타 리듬을 되 살려. optogenetically 최 LFP 및 신경 활동 수준에서 마우스에 자발적인 세타 진동의 세타 리듬 표시 속성.
이 프로토콜의 주요 기능 포함: hippocampal 흥분;에 난다 효과 피하는 동안 자발적인 세타 진동에 대 한 생리 적으로 중요 한 이다 억제 경로 (1) 활용 (2) axonal, 즉, 비 hippocampal MS efferents;에 직접적인 영향을 최소화 하기 위해 프로젝션 특정 자극 (3) 로컬 세타 리듬 빛 자극, 세타 리듬 중 hippocampal 역학와 세타 진동;의 글로벌 양자 유입 최소한의 직접 간섭을 보장 (4) 파라미터 제어 세타 진동 주파수 및 규칙; 그리고 (5) 부 량 유입 충실도 높은 시간 해상도 LFP를 사용 하 여 동물 행동에 양적 인과 분석. 때문에이 준비는 세타 세대25,30중 hippocampal disinhibition의 잘 알려진 역할에 기본적으로 대문자로 표시, 강력한 제어할을 동작 쥐에 세타 진동의 여러 매개 변수를 수 있습니다. 연구 적은 조사 경로 세포 종류 중 hippocampal 회로의 다른 있던 조작38,,3947,49,50,51 , 52 , 53 , 54 , 55 , 56 , 57 , 58 공개 더 세타 리듬의 메커니즘.

<table><tbody><tr><td>PV-Cre mice</td><td>The Jackson Laboratory</td><td>B6;129P2-Pvalbtm1(cre)Arbr/J</td><td></td></tr><tr><td>&lt;strong&gt;Name&lt;/strong&gt;</td><td>&lt;strong&gt;Company&lt;/strong&gt;</td><td>&lt;strong&gt;Catalog Number&lt;/strong&gt;</td><td>&lt;strong&gt;Comments&lt;/strong&gt;</td></tr><tr><td>&lt;u&gt;Surgery&lt;/u&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Stereotaxis</td><td>David Kopf Instruments, Tujunga, CA, USA</td><td>Model 963</td><td>Ultra Precise Small Animal Stereotaxic Instrument</td></tr><tr><td>Drill bits, 0.8 mm</td><td>Bijoutil, Allschwil, Switzerland</td><td>49080HM</td><td></td></tr><tr><td>0.01-1 ml syringe</td><td>Braun, Melsungen, Germany</td><td>9161406V</td><td></td></tr><tr><td>Sterican cannulas</td><td>Braun</td><td>26 G, 0.45x25 mm BL/LB</td><td></td></tr><tr><td>Fine and sharp scissors</td><td>Fine Science Tools Inc., Vancouver, Canada</td><td>14060-09</td><td></td></tr><tr><td>Forceps</td><td>Fine Science Tools Inc.</td><td>11210-10</td><td>Dumont AA - Epoxy Coated Forceps</td></tr><tr><td>Blunt stainless steel scissors</td><td>Fine Science Tools Inc.</td><td>14018-14</td><td></td></tr><tr><td>Soldering station</td><td>Weller Tools GmbH, Besigheim, Germany</td><td>WSD 81</td><td></td></tr><tr><td>Erythromycin</td><td>Rotexmedica GmbH, Trittau, Germany</td><td>PZN: 10823932</td><td>1g Powder for Solution for Infusion</td></tr><tr><td>&lt;strong&gt;Name&lt;/strong&gt;</td><td>&lt;strong&gt;Company&lt;/strong&gt;</td><td>&lt;strong&gt;Catalog Number&lt;/strong&gt;</td><td>&lt;strong&gt;Comments&lt;/strong&gt;</td></tr><tr><td>&lt;u&gt;Optogenetics&lt;/u&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Hamilton pump</td><td>PHD Ultra, Harvard Apparatus, Holliston, MA, USA</td><td>model 703008</td><td>PHD Ultra Syringe Pump with push/pull mechanism</td></tr><tr><td>Hamilton 5 &amp;micro;L Syringe, 26 gauge</td><td>PHD Ultra, Harvard Apparatus</td><td>Model 75 RN SYR</td><td></td></tr><tr><td>Hamilton 5 &amp;micro;L Plunger</td><td>PHD Ultra, Harvard Apparatus</td><td>Model 75 RN SYR</td><td></td></tr><tr><td>Tubing</td><td>Fisher Scientific, Pittsburgh, USA</td><td>PE 20</td><td>Inner diameter 0.38 mm (.015&quot;), Outer diameter 1.09 mm (.043&quot;)</td></tr><tr><td>Sterican cannulas</td><td>Braun, Melsungen, Germany</td><td>27 G, 25x0.40 mm, blunt</td><td></td></tr><tr><td>Precision drill/grinder</td><td>Proxxon, Wecker, Luxemburg</td><td>fbs 240/e</td><td></td></tr><tr><td>Cutting disks</td><td>Proxxon</td><td>NO 28812</td><td></td></tr><tr><td>Cre dependent channelrhodopsin</td><td>Penn Vector Core, Philadelphia, PA, USA</td><td>AV-1-18917P</td><td>Contruct name: AAV2/1.CAGGS.flex.ChR2.tdTomato, titer: 1.42x1013 vg/ml</td></tr><tr><td>Cam kinase dependent halorhodopsin</td><td>Penn Vector Core</td><td>AV-1-26971P</td><td>Construct name: eNpHR3.0, AAV2/1.CamKIIa.eNpHR3.0-EYFP.WPRE.hGH, titer: 2.08_1012 vg/ml</td></tr><tr><td>Multimode optic fiber</td><td>ThorLabs, Dachau, Germany</td><td>FG105LCA</td><td>0.22 NA, Low-OH, &amp;Oslash;105 &amp;micro;m Core, 400 - 2400 nm</td></tr><tr><td>Ceramic stick ferrule</td><td>Precision Fiber Products, Milpitas, CA, USA</td><td>CFLC126</td><td>Ceramic LC MM Ferrule, ID 126um</td></tr><tr><td>Polishing paper</td><td>Thorlabs</td><td>LF3D</td><td>6&quot; x 6&quot; Diamond Lapping (Polishing) Sheet</td></tr><tr><td>Power meter</td><td>Thorlabs</td><td>PM100D</td><td>Compact Power and Energy Meter Console, Digital 4&quot; LCD</td></tr><tr><td>Multimode fiber optic coupler</td><td>Thorlabs</td><td>FCMM50-50A-FC</td><td>1x2 MM Coupler, 50:50 Split Ratio, 50 &amp;micro;m GI Fibers, FC/PC</td></tr><tr><td>Fiberoptic patch cord</td><td>Thorlabs</td><td>FG105LCA CUSTOM-MUC</td><td>custom made, 3 m long, with protective tubing, Tubing: FT030, Connector 1: FC/PC, Connector 2: 1.25mm (LC) Ceramic Ferrule</td></tr><tr><td>Sleeve</td><td>Precision Fiber Products, Milpitas, CA, USA</td><td>ADAL1</td><td>Ceramic Split Mating Sleeve for &amp;Oslash;1.25 mm (LC/PC) Ferrules</td></tr><tr><td>473 nm DPSS laser</td><td>Laserglow Technologies, Toronto, ON, Canada</td><td>R471005FX</td><td>LRS-0473 Series</td></tr><tr><td>593 nm DPSS laser</td><td>Laserglow Technologies</td><td>R591005FX</td><td>LRS-0594 Series</td></tr><tr><td>MC_Stimulus II</td><td>Multichannel Systems, Reutlingen, Germany</td><td>STG 4004</td><td></td></tr><tr><td>Impedance conditioning module</td><td>Neural microTargeting worldwide, Bowdoin, USA</td><td>ICM</td><td></td></tr><tr><td>&lt;strong&gt;Name&lt;/strong&gt;</td><td>&lt;strong&gt;Company&lt;/strong&gt;</td><td>&lt;strong&gt;Catalog Number&lt;/strong&gt;</td><td>&lt;strong&gt;Comments&lt;/strong&gt;</td></tr><tr><td>&lt;u&gt;Electrophysiology&lt;/u&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Tungsten wires</td><td>California Fine Wire Company, Grover Beach, CA, USA</td><td>CFW0010954</td><td>40 &amp;micro;m, 99.95%</td></tr><tr><td>Capillary tubing</td><td>Optronics</td><td>1068150020</td><td>ID: 100.4 &amp;micro;m</td></tr><tr><td>Omnetics nanoconnector</td><td>Omnetics Connector Corporation, Minneapolis, USA</td><td>A79038-001</td><td></td></tr><tr><td>Screws</td><td>Bilaney, D&amp;uuml;sseldorf, Germany</td><td>00-96x1/16</td><td>stainless-steel</td></tr><tr><td>Silicone probe</td><td>NeuroNexus Technologies, Ann Arbor, MI, USA</td><td>B32</td><td></td></tr><tr><td>Headstage</td><td>Neuralynx, Bozeman, Montana USA</td><td>HS-8</td><td>miniature headstage unity gain preamplifiers</td></tr><tr><td>Silver conductive paint</td><td>Conrad electronics, Germany</td><td>530042</td><td></td></tr><tr><td>Liquid flux</td><td>Felder GMBH L&amp;ouml;ttechnik, Oberhausen, Germany</td><td>L&amp;ouml;t&amp;ouml;l ST</td><td>DIN EN 29454.1, 3.2.2.A (F-SW 11)</td></tr><tr><td>LED</td><td>Neuralynx</td><td>HS-LED-Red-omni-10V</td><td></td></tr><tr><td>&lt;strong&gt;Name&lt;/strong&gt;</td><td>&lt;strong&gt;Company&lt;/strong&gt;</td><td>&lt;strong&gt;Catalog Number&lt;/strong&gt;</td><td>&lt;strong&gt;Comments&lt;/strong&gt;</td></tr><tr><td>&lt;u&gt;Software&lt;/u&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>MATLAB</td><td>Mathworks, Natick, MA, USA</td><td></td><td></td></tr><tr><td>MC_Stimulus software</td><td>Multichannel, Systems</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Neurophysiological Data Manager</td><td></td><td></td><td>NDManager, http://neurosuite.sourceforge.net</td></tr><tr><td>Klusters</td><td></td><td></td><td>http://neurosuite.sourceforge.net, Hazan et al., 2006</td></tr><tr><td>Software of the recording system</td><td>Neuralynx</td><td>Cheetah</td><td>https://neuralynx.com/software/cheetah</td></tr><tr><td>Multi-channel data analysis software</td><td>Cambridge Electronic Design Limited, Cambridge, GB</td><td>Spike2</td><td></td></tr></tbody></table>

optogenetic entrainment of hippocampal theta oscillations in behaving mice

동작에 신경 네트워크 진동의 관계와 두뇌 지역에 걸쳐 신경 방전의 조직에 광범위 한 데이터를 선택적으로 뇌 리듬을 조작 하는 새로운 도구에 대 한 호출 합니다. 여기는 동작 쥐에서 hippocampal 세타 진동 (5-10 Hz)의 높은 제어를 위한 세포 외 전기 생리학 프로젝션 전용 optogenetics를 결합 하는 접근에 설명 합니다. Optogenetic 유입의 특이성 중간 septal 셀, hippocampal 세타 진동의 발생에 결정적인 관여 GABAergic 인구 channelrhodopsin-2 (ChR2)을 대상으로 이루어집니다 그리고 로컬 동기화 활성화 해 마에 금지 septal afferents의 하위 집합입니다. Optogenetic 리듬 컨트롤의 효능 CA1 영역의 또는 신경 방전의 lamina에 걸쳐 로컬 필드 가능성 (LFP)의 동시 모니터링 하 여 확인 됩니다. 이 쉽게 구현 준비를 사용 하 여 우리가 세타 진동의 유도 및 그들의 주파수 및 규칙의 조작에 대 한 다양 한 optogenetic 자극 프로토콜의 효능을 보여줍니다. 마지막으로, 프로젝션 전용 억제와 세타 리듬 컨트롤의 조합 원심 영역 hippocampal 동기화의 특정 측면의 판독을 해결합니다.

섹션 1에서에서 설명한 대로 MS GABAergic 셀으로 ChR2의 타겟팅은 그림 2A에 나와 있습니다. Optogenetic 자극 등 해 마 CA1 영역 위에 이식 하는 광학 섬유를 통해 MS GABAergic 세포의 축 삭의이 세타 동측 (그림 2B)에 자극의 주파수에서 진동 contralateral 뿐만 아니라 반구 (그림 2C)입니다. 세타 진동의 효능 상대 세타 자...

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Optogenetic Entrainment of Hippocampal Theta Oscillations in Behaving Mice

우리 동작 쥐에서 hippocampal 세타 진동 (5-10 Hz)의 선택적 조작에 대 한 optogenetics 및 electrophysiological 기록의 사용을 설명합니다. 리듬 유입의 효능은 사용 하 여 로컬 필드 가능성을 모니터링 하 고 있다. 광학-및 pharmacogenetic 저해의 조합 해결 hippocampal 동기화의 원심 판독 합니다.

Optogenetic 쥐 행동에 Hippocampal 세타 진동의 유입

Extensive data on relationships of neural network oscillations to behavior and organization of neuronal discharge across brain regions call for new tools ...

optogenetic-entrainment-hippocampal-theta-oscillations-behaving

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Neuroscience

11.6K 조회수.  Heinrich Heine University Düsseldorf. 우리 동작 쥐에서 hippocampal 세타 진동 (5-10 Hz)의 선택적 조작에 대 한 optogenetics 및 electrophysiological 기록의 사용을 설명합니다. 리듬 유입의 효능은 사용 하 여 로컬 필드 가능성을 모니터링 하 고 있다. 광학-및 pharmacogenetic 저해의 조합 해결 hippocampal 동기화의 원심 판독 합니다.

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Automatic Detection of Highly Organized Theta Oscillations in the Murine EEG

Theta activity is generated in the septohippocampal system and can be recorded using deep intrahippocampal electrodes and implantable electroencephalography (EEG) radiotelemetry or tether system approaches. Pharmacologically, hippocampal theta is heterogeneous (see dualistic theory) and can be differentiated into type I and type II theta. These individual EEG subtypes are related to specific cognitive and behavioral states, such as arousal, exploration, learning and memory, higher integrative functions, etc. In neurodegenerative diseases such as Alzheimer&#39;s, structural and functional alterations of the septohippocampal system can result in impaired theta activity/oscillations. A standard quantitative analysis of the hippocampal EEG includes a Fast-Fourier-Transformation (FFT)-based frequency analysis. However, this procedure does not provide details about theta activity in general and highly-organized theta oscillations in particular. In order to obtain detailed information on highly-organized theta oscillations in the hippocampus, we have developed a new analytical approach. This approach allows for time- and cost-effective quantification of the duration of highly-organized theta oscillations and their frequency characteristics.

Theta activity in the hippocampus is related to specific cognitive and behavioral stages. Here, we describe an analytical method to detect highly-organized theta oscillations within the hippocampus using a time-frequency (i.e., wavelet analysis)-based approach.

쥐 EEG에서 매우 조직 된 세타 진동의 자동 감지

Theta activity is generated in the septohippocampal system and can be recorded using deep intrahippocampal electrodes and implantable ...

연구

행동분석학

Optogenetic Manipulation of Neuronal Activity to Modulate Behavior in Freely Moving Mice

Optogenetic modulation of neuronal circuits in freely moving mice affects acute and long-term behavior. This method is able to perform manipulations of single neurons and region-specific transmitter release, up to whole neuronal circuitries in the central nervous system, and allows the direct measurement of behavioral outcomes. Neurons express optogenetic tools via an injection of viral vectors carrying the DNA of choice, such as Channelrhodopsin2 (ChR2). Light is brought into specific brain regions via chronic optical implants that terminate directly above the target region. After two weeks of recovery and proper tool-expression, mice can be repeatedly used for behavioral tests with optogenetic stimulation of the neurons of interest.
Optogenetic modulation has a high temporal and spatial resolution that can be accomplished with high cell specificity, compared to the commonly used methods such as chemical or electrical stimulation. The light does not harm neuronal tissue and can therefore be used for long-term experiments as well as for multiple behavioral experiments in one mouse. The possibilities of optogenetic tools are nearly unlimited and enable the activation or silencing of whole neurons, or even the manipulation of a specific receptor type by light.
The results of such behavioral experiments with integrated optogenetic stimulation directly visualizes changes in behavior caused by the manipulation. The behavior of the same animal without light stimulation as a baseline is a good control for induced changes. This allows a detailed overview of neuronal types or neurotransmitter systems involved in specific behaviors, such as anxiety. The plasticity of neuronal networks can also be investigated in great detail through long-term stimulation or behavioral observations after optical stimulation. Optogenetics will help to enlighten neuronal signaling in several kinds of neurological diseases.

With optogenetic manipulation of specific neuronal populations or brain regions, behavior can be modified with high temporal and spatial resolution in freely moving animals. By using different optogenetic tools in combination with chronically implanted optical fibers, a variety of neuronal modulations and behavioral testing can be performed.

자유롭게 움직이는 마우스에 있는 행동을 조절하기 위하여 신경 활동의 광유전학 조작

Optogenetic modulation of neuronal circuits in freely moving mice affects acute and long-term behavior. This method is able to perform manipulations of ...

Generation of Local CA1 &#947; Oscillations by Tetanic Stimulation

Neuronal network oscillations are important features of brain activity in health and disease and can be modulated by a range of clinically used drugs. A protocol is provided to generate a model for studying CA1 &#947; oscillations (20 - 80 Hz). These &#947; oscillations are stable for at least 30 min&#160;and depend upon excitatory and inhibitory synaptic activity in addition to activation of pacemaker currents. Tetanically stimulated oscillations have a number of reproducible and easily quantifiable characteristics including spike count, oscillation duration, latency and frequency that report upon the network state. The advantages of the electrically stimulated oscillations include stability, reproducibility and episodic acquisition enabling robust characterization of network function. This model of CA1 &#947; oscillations can be used to study cellular mechanisms and to systematically investigate how neuronal network activity is altered in disease and by drugs. Disease state pharmacology can be readily incorporated by the use of brain slices from genetically modified or interventional animal models to enable selection of drugs that specifically target disease mechanisms.

Oscillations are fundamental network properties and are modulated by disease and drugs. Studying brain-slice oscillations allows characterization of isolated networks under controlled conditions. Protocols are provided for the preparation of acute brain slices for evoking CA1 &#947; oscillations.

파상풍의 자극에 의​​해 지역의 CA1 γ 진동의 발생

Neuronal network oscillations are important features of brain activity in health and disease and can be modulated by a range of clinically used drugs. A ...

신경과학

Tuning in the Hippocampal Theta Band In Vitro: Methodologies for Recording from the Isolated Rodent Septohippocampal Circuit

This protocol outlines the procedures for preparing and recording from the isolated whole hippocampus, of WT and transgenic mice, along with recent improvements in methodologies and applications for the study of theta oscillations. A simple characterization of the isolated hippocampal preparation is presented whereby the relationship between internal hippocampal theta oscillators is examined together with the activity of pyramidal cells, and GABAergic interneurons, of the cornu ammonis-1 (CA1) and subiculum (SUB) areas. Overall, we show that the isolated hippocampus is capable of generating intrinsic theta oscillations in vitro and that rhythmicity generated within the hippocampus can be precisely manipulated by optogenetic stimulation of parvalbumin-positive (PV) interneurons. The in vitro isolated hippocampal preparation offers a unique opportunity to use simultaneous field and intracellular patch-clamp recordings from visually-identified neurons to better understand the mechanisms underlying theta rhythm generation.

Tuning in the Hippocampal Theta Band In Vitro: Methodologies for Recording from the Isolated Rodent Septohippocampal Circuit

Here, we present a protocol for recording rhythmic neuronal network theta and gamma oscillations from an isolated whole hippocampal preparation. We describe the experimental steps from extraction of the hippocampus to details of field, unitary and whole-cell patch clamp recordings as well as optogenetic pacing of the theta rhythm.

Hippocampal 쎄타 밴드의 튜닝<em&gt; 체외에서</em&gt; : 격리 된 설치류 Septohippocampal Circuit에서 기록하는 방법론

This protocol outlines the procedures for preparing and recording from the isolated whole hippocampus, of WT and transgenic mice, along with recent ...

Recording Spatially Restricted Oscillations in the Hippocampus of Behaving Mice

The local field potential (LFP) emerges from ion movements across neural membranes. Since the voltage recorded by LFP electrodes reflects the summed electrical field of a large volume of brain tissue, extracting information about local activity is challenging. Studying neuronal microcircuits, however, requires a reliable distinction between truly local events and volume-conducted signals originating in distant brain areas. Current source density (CSD) analysis offers a solution for this problem by providing information about current sinks and sources in the vicinity of the electrodes. In brain areas with laminar cytoarchitecture such as the hippocampus, one-dimensional CSD can be obtained by estimating the second spatial derivative of the LFP. Here, we describe a method to record multilaminar LFPs using linear silicon probes implanted into the dorsal hippocampus. CSD traces are computed along individual shanks of the probe. This protocol thus describes a procedure to resolve spatially restricted neuronal network oscillations in the hippocampus of freely moving mice.

This protocol describes the recording of local field potentials with multi-shank linear silicon probes. Conversion of the signals using current source density analysis allows the reconstruction of local electrical activity in the mouse hippocampus. With this technique, spatially restricted brain oscillations can be studied in freely moving mice.

행동 하는 쥐의 해 마에서 진동 제한 공간 기록

The local field potential (LFP) emerges from ion movements across neural membranes. Since the voltage recorded by LFP electrodes reflects the summed ...

Optogenetic Manipulation of Neural Circuits During Monitoring Sleep/wakefulness States in Mice

In recent years, optogenetics has been widely used in many fields of neuroscientific research. In many cases, an opsin, such as channel rhodopsin 2 (ChR2), is expressed by a virus vector in a particular type of neuronal cells in various Cre-driver mice. Activation of these opsins is triggered by application of light pulses which are delivered by laser or LED through optic cables, and the effect of activation is observed with very high time resolution. Experimenters are able to acutely stimulate neurons while monitoring behavior or another physiological outcome in mice. Optogenetics can enable useful strategies to evaluate function of neuronal circuits in the regulation of sleep/wakefulness states in mice. Here we describe a technique for examining the effect of optogenetic manipulation of neurons with a specific chemical identity during electroencephalogram (EEG) and electromyogram (EMG) monitoring to evaluate the sleep stage of mice. As an example, we describe manipulation of GABAergic neurons in the bed nucleus of the stria terminalis (BNST). Acute optogenetic excitation of these neurons triggers a rapid transition to wakefulness when applied during NREM sleep. Optogenetic manipulation along with EEG/EMG recording can be applied to decipher the neuronal circuits that regulate sleep/wakefulness states.

Here, we describe methods of optogenetic manipulation of particular types of neurons during monitoring of sleep/wakefulness states in mice, presenting our recent work on the bed nucleus of the stria terminalis as an example.

마우스에서 수면/각성 상태를 모니터링하는 동안 신경 회로의 광유전학 적 조작

In recent years, optogenetics has been widely used in many fields of neuroscientific research. In many cases, an opsin, such as channel rhodopsin 2 ...

Craniotomy Procedure for Visualizing Neuronal Activities in Hippocampus of Behaving Mice

Imaging neuronal activities at single-cell resolution in awake behaving animals is a very powerful approach for the investigation of neural circuit functions in systems neuroscience. However, high absorbance and scattering of light in mammalian tissue limit intravital imaging mostly to superficial brain regions, leaving deep-brain areas, such as the hippocampus, out of reach for optical microscopy. In this video, we show the preparation and implantation of the custom-made imaging window to enable chronic in vivo imaging of the dorsal hippocampal CA1 region in head-fixed behaving mice. The custom-made window is supplemented with an infusion cannula that allows targeted delivery of viral vectors and drugs to the imaging area. By combining this preparation with wide-field imaging, we performed a long-term recording of neuronal activity using a fluorescent calcium indicator from large subsets of neurons in behaving mice over several weeks. We also demonstrated the applicability of this preparation for voltage imaging with single-spike resolution. High-performance genetically encoded indicators of neuronal activity and scientific CMOS cameras allowed the recurrent visualization of subcellular morphological details of single neurons at high temporal resolution. We also discuss the advantages and potential limitations of the described method and its compatibility with other imaging techniques.

This article demonstrates the preparation of a custom-made imaging window supplemented with infusion cannula and its implantation onto the CA1 region of the hippocampus in mice.

마우스를 면도하는 해마에서 신경 활동을 시각화하기위한 두개골 절제술 절차

Imaging neuronal activities at single-cell resolution in awake behaving animals is a very powerful approach for the investigation of neural circuit ...

Selective Manipulation of Theta Oscillations in a Mouse Model

Source: Bender, F. et al., <a href="https://appjove.unicartagenaproxy.elogim.com/v/57349">Optogenetic Entrainment of Hippocampal Theta Oscillations in Behaving Mice.</a> J. Vis. Exp (2018)
This video demonstrates a protocol to modulate theta oscillations in a genetically engineered mouse model with light-sensitive ion channels in its GABAergic medial septum neurons. By delivering light pulses to the hippocampus, the protocol aims to synchronize neuronal activity and generate theta oscillations, which are recorded as local field potentials.

마우스 모델에서 Theta Oscillations의 선택적 조작

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

JoVE Encyclopedia of Experiments

Neurophysiology

Stimulation and Modulation Techniques

Implanting an Electrode Array and Optic Fiber into the Mouse Hippocampus

Source: Bender, F., et. al., <a href="https://appjove.unicartagenaproxy.elogim.com/v/57349">Optogenetic Entrainment of Hippocampal Theta Oscillations in Behaving Mice.</a> J. Vis. Exp. (2018)
This video demonstrates the stereotactic implantation of a wire electrode array and an optic fiber in the hippocampus of a mouse model.

전극 배열과 광섬유를 마우스 해마에 이식

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

Optogenetic Control of Hippocampal Network Dynamics

Source: Manseau, F., et al. <a href="https://appjove.unicartagenaproxy.elogim.com/v/55851">Tuning in the Hippocampal Theta Band In Vitro: Methodologies for Recording from the Isolated Rodent Septohippocampal Circuit.</a> J. Vis. Exp. (2017)
This video demonstrates the method to use optogenetics to modulate hippocampal network dynamics by activating genetically modified light-sensitive interneurons in a mouse brain slice, enhancing theta oscillation synchronization and studying neural circuit behavior.

해마 네트워크 역학의 광유전학적 제어

All procedures involving animal samples have been reviewed and approved by the appropriate animal ethical review committee.

	Optogenetic control in the ...

Optogenetic 쥐 행동에 Hippocampal 세타 진동의 유입

요약

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이 비디오의 챕터

쥐 EEG에서 매우 조직 된 세타 진동의 자동 감지

자유롭게 움직이는 마우스에 있는 행동을 조절하기 위하여 신경 활동의 광유전학 조작

파상풍의 자극에 의해 지역의 CA1 γ 진동의 발생

Hippocampal 쎄타 밴드의 튜닝

행동 하는 쥐의 해 마에서 진동 제한 공간 기록

마우스에서 수면/각성 상태를 모니터링하는 동안 신경 회로의 광유전학 적 조작

마우스를 면도하는 해마에서 신경 활동을 시각화하기위한 두개골 절제술 절차

마우스 모델에서 Theta Oscillations의 선택적 조작

전극 배열과 광섬유를 마우스 해마에 이식

해마 네트워크 역학의 광유전학적 제어

Optogenetic 쥐 행동에 Hippocampal 세타 진동의 유입

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쥐 EEG에서 매우 조직 된 세타 진동의 자동 감지

자유롭게 움직이는 마우스에 있는 행동을 조절하기 위하여 신경 활동의 광유전학 조작

파상풍의 자극에 의​​해 지역의 CA1 γ 진동의 발생

Hippocampal 쎄타 밴드의 튜닝

행동 하는 쥐의 해 마에서 진동 제한 공간 기록

마우스에서 수면/각성 상태를 모니터링하는 동안 신경 회로의 광유전학 적 조작

마우스를 면도하는 해마에서 신경 활동을 시각화하기위한 두개골 절제술 절차

마우스 모델에서 Theta Oscillations의 선택적 조작

전극 배열과 광섬유를 마우스 해마에 이식

해마 네트워크 역학의 광유전학적 제어

파상풍의 자극에 의해 지역의 CA1 γ 진동의 발생