기술 지원을 제공해 주신 Mr. Miguel Burgos와 Mr. Gustavo Lago에게 감사드립니다. 비디오 제작 비용을 부담해 주신 Stoelting Co., 기술 지원을 제공해 주신 Jinga-hi, Inc., 이 작업에 자금을 지원해 주신 Universidad Iberoamericana Ciudad de México의 División de Investigación y Posgrado에 감사드립니다.

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실비아 오르테가-마르티네즈 박사는 이 기사에 대한 제작 및 공개 액세스를 제공하고 후원한 회사인 Stoelting Co.의 직원으로 일하고 있습니다.

행동 및 뇌파 검사 연구는 본질적으로 어렵고 도전적입니다. 따라서 두 기술의 조합은 중요한 중요한 단계를 제시합니다. 따라서 두 동시 기술은 널리 사용되지 않습니다. 실제로 전 세계의 모든 그룹은 동물, 분석 된 매개 변수 또는 치료와 같은 특수 조건으로 행동 테스트를 수행합니다. 위의 내용은 현장에서 상당한 논란을 불러일으키고 모든 사람이 사용할 수 있는 표준 절차를 개발해야 할 필요성을 야기합니다. 여기에서 우리는 대부분의 출판된 기사에서 일반적으로 설명되거나 언급되지 않는 모든 중요한 단계와 방법론적 고려 사항과 함께 이 세부 절차를 준비했습니다. 이에 대해서는 아래에서 설명합니다.
필요한 재료의 생산은 이 기술의 성공을 위한 기본 단계입니다. 이와 관련하여 전극은 스테인리스 스틸 나사, 구리 케이블 및 은 용접기를 사용하여 처음부터 제작해야 합니다. 이러한 재료는 사용하기 전에 각 전극의 전도성과 강도를 확인해야 하는 방식으로 영구적으로 함께 용접하기 어렵습니다. 전극 어셈블리에 다른 유형의 와이어를 사용할 수 있습니다. 그러나 구리는 전극을 조작하여 증폭기 커넥터에 삽입할 수 있을 만큼 충분히 유연합니다. 이와 관련하여, 상용 전극의 사용은 바람직하지만, 이들의 획득은 복잡하고 비쌀 수있다. 수술은 이 프로토콜에서 가장 중요한 단계 중 하나입니다. 특히 전극 이식을 위해 숙련된 외과의가 있는 것이 적극 권장되며 필요하기도 합니다. 수술은 종종 마취 시간을 연장하고 때로는 수술 중 용접 적용을 필요로하기 때문에 각 실험실은 설치류의 각 균주, 특히 동물 사육장 조건, 깔짚 간의 차이, 심지어 동물 간의 개인차. 적절한 계획과 고려는 수술 중 동물을 잃는 것을 방지할 수 있습니다. 전극 이식은 또 다른 중요한 단계입니다. 두개골에 구멍을 뚫고 수막이나 뇌 조직을 손상시키지 않도록 세심한 주의가 필요합니다. 나사는 올바르게 배치되어야 합니다., 즉, 두개골에 완전히 고정되지 않으면 EEG 기록을 사용하지 않는 형편없는 코로케이션 또는 움직임과 관련된 신호와 같은 신호에 노이즈와 아티팩트가 표시됩니다. 설치류의 고통을 피하기 위해 수술 전후 치료와 상태를 항상 수행하고 관찰해야합니다. 피하 리도카인은 메스로 절개하기 전에 머리 피부에 사용할 수 있습니다. 동물의 눈에 식염수 한 방울이 건조를 예방하는 데 도움이됩니다. 또한 식염수를 입안에 투여해야 하며, 수술 후 1mL를 피하 또는 복강 내 투여하여 동물의 체액 균형을 보완하고 탈수를 방지해야 합니다. 수술 직후 항염증제(통증 감소용)와 피하 또는 국소 항생제를 통한 항생제를 치과용 시멘트 캡이 있는 두피 주변에 직접 투여해야 합니다(감염 가능성을 줄이기 위해). 수술 후 24 시간 후에 위의 절차를 반복하십시오. 동물의 등에 EEG 증폭기를 배치하는 것이 동시 기록의 주요 어려움입니다. 조끼의 디자인과 제조는 특히 동물의 크기를 기반으로 합니다. 조끼는 설치류의 자연스러운 움직임을 허용해야합니다 ( 그림 5 참조). 이 후자는 자유로운 움직임을 기록하는 기술의 주요 이점을 보장합니다. 동물들은 수술 후와 그 후 며칠 동안 조끼, 헤드 커넥터 또는 케이블을 제거하려고 시도하지 않았기 때문에 설정이 크게 움직임 제한을 발생시키지 않았거나 통증이나 불편함을 유발하지 않은 것으로 추정되었습니다. BTS에 의해 표시된 이벤트를 기반으로 한 Epoch의 올바른 EEG 분할을 위해서는 잘 정의된 프로토콜을 기록하는 것이 필수적입니다. 두 시스템 모두 동일한 시계를 사용하여 타임스탬프를 설정하기 때문에 시계열 조작으로 임시 마크를 병합할 수 있습니다. 위의 내용은 분석을 위한 전기생리학적 데이터를 통합하는 동물 실험의 가능성을 확장합니다.
여기에 제시된 기술은 모든 신경 과학 연구 분야와 가장 일반적인 쥐 종 및 다른 종과 함께 사용할 수 있습니다. 행동 추적 소프트웨어의 다양성은 Morris 수중 미로, 오픈 필드, 새로운 물체 인식, 조건부 장소 선호도, 홀 보드, 상승 플러스 미로, Y-미로, 방사형 암 미로, 반즈 미로 등과 같은 다양한 미로에서 사용할 수 있기 때문에 가장 중요한 이점 중 하나입니다. 최대 16대의 카메라를 동시에 사용할 수 있습니다. 또한 수백 가지의 다양한 조치(자세한 내용은 매뉴얼31,32 참조)를 보고할 수 있습니다. 이 작업은 EEG 기록에 대한 실험을 설명하며 로컬 필드 전위 또는 단일 단위 기록과 같은 다른 기술이 가능하다는 점을 고려하십시오. 그러나 사용자는 일반 설정과 몇 가지 준비 단계가 다른 목적을 위해 변경되어야 한다는 점을 고려해야 합니다. 따라서 이 기술을 EEG Wi-Fi 기록과 함께 사용하면 연결성, EEG 대역 전력 또는 유발 반응과 같은 EEG 통합 및 역학의 여러 특성을 평가하기 위해 인간에 대해 수행된 것과 같은 동물 연구에 새로운 관점을 추가하기 때문에 가능성이 확장됩니다. 인간과 달리 동물 실험은 다른 많은 실험 패러다임 중에서 약물 투여, 유전자 변형 또는 발현을 평가할 수 있습니다. EEG 분석의 경우 일부 프로토콜은 원하는 동작의 반복 횟수가 매우 적기 때문에 평균 응답 가능성을 제한하고 신뢰할 수 있는 결과를 얻을 수 있습니다. 따라서 실험을 시작하기 전에 수행해야 하는 것으로 간주되는 기록 및 분석 프로토콜을 설계하는 데 주의해야 합니다. 그럼에도 불구하고, 동물 실험에서 작업하는 것은 움직임을 방지하여 실험 프로토콜의 복잡성을 증가시키고 신호 분석 및 행동 작업에 대한 고려 사항을 증가시키는 것이 불가능하다는 점을 고려해야 합니다. 현재 전체 추적 시스템 및 EEG 기록을 위한 장비는 표준화되거나 모듈화되지 않았으며, 이는 설정이 단일 프로토콜 및 다른 행동 작업을 탐색하기 위한 적응을 의도했음을 의미하며, 이는 많은 실험실에 더 높은 비용을 암시/제안합니다. 이 상황은 이 연구에서 설명한 옵션을 따르면 해결할 수 있습니다. 그럼에도 불구하고 보다 신뢰할 수 있는 실험을 위해 몇 가지 개선 사항을 실현할 수 있습니다. 이 작업은 전극 제작부터 행동 및 신호 처리에 이르기까지 여러 단계에서 개선될 수 있습니다. 그럼에도 불구하고 저렴한 첨단 기술이지만 저렴한 설정을 사용하여 동물 추적 및 EEG 획득이 가능하다는 것이 입증되었습니다.
요약하면, 본 연구는 과학자들, 특히 신경 과학 분야의 과학자들이 일반적으로 사용되지 않는이 두 가지 기술을 조합하여 사용할 수 있도록 돕기위한 시도입니다. 행동 추적 소프트웨어를 사용한 EEG 및 행동 테스트의 동시 기록 기술은 많은 장점을 가지고 있으며 특히 학습 및 기억 영역에서 신경 과학의 많은 분야에서 특히 유용 할 수 있습니다. 이 장비가 해마와 같은 피질 하부 구조를 심층적으로 기록하는 다른 기능을 가지고 있다는 점을 고려하면 몇 가지 준비 단계가 변경됩니다. 무선 장비는 한 케이지에서 다른 케이지로의 동물 이동 문제, 케이블로 동물을 방해하거나 얽히게 하는 것과 같은 기존 유선 접근 방식의 거의 모든 한계를 해결합니다. 이 설정 기술은 위에서 설명한 대로 사용자 친화적이며 거의 교육을 받지 않았거나 전문적이지 않은 전문가 또는 개인 그룹이 이 소프트웨어를 사용할 수 있습니다. EEG 장비의 가격은 일반 EEG 증폭기보다 저렴합니다. 행동 추적 소프트웨어는 또한 시장에서 비디오 추적을 위한 가장 저렴한 소프트웨어 중 하나입니다. 이 소프트웨어는 연간 라이센스가 필요합니다. 이 장비는 하나 이상의 실험 설정, 다양한 동물 및 다재다능한 유형에 사용할 수 있습니다. 우리는 이러한 노력이 과학계에 도움이 되고 행동과 뇌파 검사를 동시에 연구할 수 있는 쉬운 접근을 제공하기를 바랍니다.

행동 테스트는 생체 내 맥락에서 생성된 많은 양의 정보에 대한 신경과학 연구에서 매우 중요합니다. 이와 관련하여 연구자들은 감각-운동 기능, 사회적 상호 작용, 불안 유사 및 우울 유사 행동, 물질 의존 및 다양한 형태의 인지 기능을 분석하기 위해 다양한 행동 테스트를 널리 사용하고 있습니다1. 행동 테스트를 수동으로 기록하는 것은 대부분의 전문 관찰자에게도 어렵고 지치고 부정확할 수 있습니다. 행동 등록을 위한 무료 오픈 소스 소프트웨어(예를 들어, 성행위를 위한 sexrat male2 앱)를 개발하기 위한 몇 가지 노력이 있었지만, 몇 가지 대안을 통해 물고기(fish 3)에서 설치류(installed 4,5,6)에 이르기까지 다양한 동물 종의 자동 및 실시간 행동 기록을 허용하고 있다. 비디오 트래킹은 다양한 어플리케이션에서 사용되는 빠르고 정확한 행동 기록을 위한 유용한 방법이다7. 행동 기록 영역에서 더 잠재적인 기능은 행동 발현 동안 신경 활동을 탐색하는 것입니다. 뉴런 활동(단세포에서 주요 뇌 영역까지)과 행동 과제를 동시에 기록하면 뇌가 어떻게 특정 행동 패턴을 생성하는지 알 수 있다8. 행동은 신경 활동과 움직임 또는 행동 사이의 상관 관계를 나타낼 수 있는 일련의 사소한 구성 요소입니다. 뉴런 활동과 행동 패턴이 여러 시간 척도를 통해 동시에 기록될 수 있다면 각 뇌 상태가 각 특정 행동과 어떻게 상관관계가 있는지 설명할 수 있습니다(행동 기록에 대한 보다 심층적인 조사는 Datta et al., 2019 리뷰8 참조). 따라서 원하는 규모 (뉴런에서 뇌의 넓은 영역까지)에서 행동 및 신경 활동을 동기화 된 기록은 매우 유용한 도구로 간주됩니다. 행동 기록을 신경 활동과 같은 다른 측정치와 통합하기 위한 몇 가지 시스템이 있다 4,5.
뇌파 검사는 임상 및 연구 신경과학 분야에서 가장 널리 사용되는 기술 중 하나로 간주되지만, 상대적으로 높은 이동성과 EEG 기록 장치의 크기로 인해 이 기술은 생체 내 모델9의 경우 독특하고 탐지하기 어렵다. 이 문제에 대한 몇 가지 해결책이 개발되었습니다 (예 : 동물이 경기장에서 자유롭게 움직일 수 있도록하는 케이블 및 회전 장치 사용). 그럼에도 불구하고, 케이블 기반 시스템은 종종 연구를 수행하는 데 문제를 부과합니다., 예를 들어, 한 케이지에서 다른 케이지로 동물을 옮기는 동안, 케이블과 동물의 방해 또는 얽힘이 관찰됩니다. 원격 측정 장치는 기록 상황(10, 11)의 유연성을 증가시키기 위해 무선 전기생리학적 기록을 위해 개발되었다. 그러나, 이러한 시스템들은 그들의 적은 수의 기록 채널들 및 낮은 샘플링 레이트들11로 인해 상당한 한계를 나타내었다. 이 연구에서, 우리는 자유롭게 움직이는 설치류 시스템(12)과 Wi-Fi 연결을 통해 동물로부터 EEG 신호를 전송하는 상업적으로 이용 가능한 무선 시스템을 사용하였다. 이 장치의 무게는 6g이며 1kSps로 기록된 최대 16개의 채널을 지원합니다. 이 시스템은 동물 환경에서 EEG 또는 스파이크 기록을 허용하고 방해를 줄여 시장의 기존 전기생리학적 시스템에 비해 경제적인 솔루션 역할을 합니다. 또한 EEG와 행동 패턴 간의 상관 관계를 제공하기 위해 비디오 추적 소프트웨어를 사용하여 이 데이터를 동기화했습니다. 이 동기화는 두 시스템에서 생성된 타임스탬프를 기반으로 데이터와 이벤트를 정렬 및 보간하여 오프라인으로 수행되며 MATLAB에서 처리됩니다.
성인 신경 발생은 동물의 치아 이랑에서 새로 생성 된 세포의 뉴런에서의 증식, 생존 및 분화로 정의됩니다13,14. 이 과정은 풍부한 환경(enriched environment, EE) 조건을 통해 설치류에서 성체 신경발생을 증가시키는 기억력 및 학습 향상과 관련이 있는 것으로 알려져 있다15. EE는 장난감과 튜브가 제공되는 대형 케이지 안에 설치류를 소그룹으로 수용하는 것으로 구성되며, 동물은 새롭고 복잡하지만 생물학적 관련성이 없습니다15. EE는 해마 신경 발생을 자극하지만 연령, 동물 균주, 특정 자극 조건 또는 신경 발생 검출 절차와 같은 많은 요인에서도 다양합니다. 7일 동안 EE 하우징에 노출된 중년 마우스에서, 해마 치상회(DG)에서 새로운 과립 세포(GC)의 탄생이 보고되었다16. 성체 쥐에서 성체 신경발생을 선택적으로 제거하려는 연구에서는 학습된 반응에 약 1 - 2주령의 새로운 과립 세포가 필요하다는 것을 시사했다17. GC가 성인 DG에서 태어난 지 약 2-3주 후, 흥분성 시냅스 전달에 필수적인 수지상 가시와 같은 몇 가지 특징이 나타나기 시작한다18. Zhao et al. 척추 성장의 피크가 처음 3-4 주 동안 발생한다는 것을 보여주기 위해 정량 분석을 수행했다19. 여러 전기생리학적 생체 내 연구에 따르면 EE 하우징 조건이 3주만 지속되면 DG의 시냅스 전달에 변화가 생기고 세포 흥분성이 증가한다20. 또한, BrdU 주사 후 1-4주에 농축된 환경에 노출되면 생쥐21의 DG 과립층에서 BrdU/NeuN 세포의 밀도가 유의하게 증가한 것으로 보고되었습니다. 이 저자들은 새로운 뉴런 수의 상당한 증가가 관찰 되었기 때문에 EE 노출 후 1 주에서 3 주 사이에 중요한 기간이 존재한다고 제안했다21. 인간의 성인 해마 신경 발생(AHN)에 대한 연구는 직접적인 증거가 없기 때문에 논란의 여지가 있습니다. 그러나 최근 보고서에서는 인간 성인 뇌에서 AHN의 발달 단계를 설명하여 DG에서 수천 개의 미성숙 뉴런을 식별하여 인간의 노화 동안 AHN의 중요성을 입증했습니다22. 앞서 언급한 증거에 따르면 동물 모델에서 AHN에 대한 연구는 그 어느 때보다 중요합니다(AHN에 대한 보다 심층적인 조사는 Leal-Galicia et al., 2019 리뷰15 참조).
앞서 언급했듯이 해마는 학습 및 기억 능력의 기본 기능과 관련이 있습니다. 기억의 형성은 인코딩 (메모리 획득), 통합 (메모리 저장) 및 검색 (메모리 인식)의 세 가지 과정을 거칩니다 (메모리 인식)23. 인간의 인식 기억은 시각적 쌍 비교 작업(24)을 사용하여 테스트된다. 기억과 기억 상실증의 인간 및 동물 모델의 기본은 시각적 쌍 비교 작업이 인간에서하는 것처럼 이전에 제시된 자극25,26을 인식하는 능력을 평가하는 행동 테스트입니다. 따라서 설치류가 이전에 제시된 자극을 인식하는 능력, 즉 학습 및 기억 능력을 평가하기 위해 가장 많이 사용되는 행동 테스트 중 하나는 자발적인 새로운 객체 인식 작업 (NORT)입니다 23,27. NORT 프로토콜은 획득 시험에서 10분 동안 친숙한 경기장에서 두 개의 동일한 새로운 개체로 구성됩니다. 0 -28 내지 48 시간29 사이의 특정 시간 (각 프로토콜에 따라 가변적인 시간) 후에, 동물은 동일한 친숙한 물체들 중 하나, 및 하나의 새로운 물체를 포함하는 동일한 경기장으로 되돌아 간다. 동물은 친숙한 물체가 암기되면 새로운 물체를 자발적으로 탐구한다26. 선호도 비율은 일반적으로 탐사 성능을 평가하는 데 사용됩니다. 전체 객체 탐사 시간을 소설 또는 친숙한 객체의 탐사 시간으로 나누어 결정됩니다. NORT는 다른 인식 메모리 테스트에 비해 몇 가지 장점이 있습니다. 가장 중요한 것은 외부 동기 부여, 보상 또는 처벌이 필요하지 않다는 것입니다. 스트레스가 많은 조건을 생성하지 않습니다. 마지막으로, 물체를 탐색하는 행동을 불러일으키기 위해 훈련이 필요하지 않습니다(NORT에 대한 더 심층적인 조사는 ref.23 참조).
따라서 성인 해마 신경 발생의 효과로서 여러 데이터 양식의 동시 기록과 학습 및 기억 연구에 통합하는 것은 매우 매력적이며 해당 분야의 연구자들에게 매력적인 솔루션을 제공합니다. 본 작업은 동시 행동 비디오 추적 평가(새로운 물체 인식 작업) 및 무선 뇌파 기록과 관련된 모든 프로세스를 공개합니다. 여기에서는 전극 제조 공정, 경막외(두개골 나사) 전극 이식 수술, 환경 강화 프로토콜(해마 신경 발생 유도용), NORT 프로토콜에 따름, BTS 설정, 실시간 동시 모니터링을 위한 EEG – BTS 커플링, MATLAB 컴퓨팅 환경에서 실행되는 EEG 및 행동 데이터 분석을 검토했습니다.

<table><tbody><tr><td>#2 Variable speed rotary tool tip</td><td>Reorder #310048, Lenght 44.5mm</td><td>SS White</td><td>For making the holes where the screws will be inserted</td></tr><tr><td>#4 Scalpel and blade</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>50 X 50 X 50 cm Open Field Black Mate Arena</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>8 pin Receptacle Housing Female</td><td>Amphenol FCI</td><td>10147606-00008LF</td><td></td></tr><tr><td>8 pin Receptacle Housing Male</td><td>Amphenol FCI</td><td>10147603-00008LF</td><td></td></tr><tr><td>Acrylic Resin</td><td>MDC Dental</td><td>NicTone</td><td>For fixating the screws to the skull</td></tr><tr><td>ANY-maze video tracking software</td><td>Stoelting, Co.</td><td>version 6.1</td><td>&lt;u&gt;http://www.anymaze.co.uk/)&lt;/u&gt;</td></tr><tr><td>benzalkonium chloride antiseptic solution</td><td>Benzal</td><td>Benzal</td><td></td></tr><tr><td>Bulldog clamps</td><td>Cientifica VelaQuin</td><td></td><td>For retracting the skin</td></tr><tr><td>Camera</td><td>Logitech</td><td>c920</td><td></td></tr><tr><td>Copper wire</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Crimp contact</td><td>Amphenol FCI</td><td>10147604-01LF</td><td></td></tr><tr><td>DELL PC</td><td>DELL</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Electrode</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>JAGA16</td><td>Jinga-Hi, Inc.</td><td>JAGA16</td><td></td></tr><tr><td>Ketamine</td><td>PiSA Agropecuaria</td><td>ANESKET</td><td>For anesthesia</td></tr><tr><td>MATLAB</td><td>R2020a</td><td>MathWorks</td><td>Script was develop ped in collaboration with Jinga-Hi, Inc.</td></tr><tr><td>Monomer</td><td>MDC Dental</td><td>NicTone</td><td>For fixating the screws to the skull</td></tr><tr><td>Neurophys software</td><td>Jinga-Hi, Inc./ Neurosys, LLC</td><td>Neurosys 3.0.0.7</td><td></td></tr><tr><td>Screwdrive</td><td></td><td></td><td>For inserting the screws into the skull</td></tr><tr><td>Screws</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Screws equiped with electrode</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Stereotaxic instrument</td><td>KOPF</td><td></td><td>For the surgery</td></tr><tr><td>Variable speed rotary tool</td><td>Dremel 3000</td><td>Dremel</td><td>For making the holes where the screws will be inserted</td></tr><tr><td>Voltmeter</td><td>PROAM</td><td>MUL-040</td><td>For confirming that the electrode conducts electricity</td></tr><tr><td>Xilazine</td><td>PiSA Agropecuaria</td><td>PROCIN</td><td>For anesthesia</td></tr></tbody></table>

simultaneous monitoring of wireless electrophysiology and memory behavioral test as a tool to study hippocampal neurogenesis

뇌파 검사(EEG)에서 얻은 뇌파 진폭은 동물과 인간에 대한 인지 능력, 기억 및 학습의 기초로 잘 알려져 있습니다. 성인 신경 발생 메커니즘은 또한 기억력 및 학습 향상과 관련이 있습니다. 전통적으로 연구자들은 행동 과제에 의해 설치류 모델의 학습 및 기억 매개 변수를 평가하는 데 사용되었습니다. 따라서 행동 변화와 EEG의 동시 모니터링은 뇌 활동과 작업 관련 행동 사이의 데이터 상관 관계를 연관시키는 데 특히 흥미 롭습니다. 그러나 두 연구를 수행하는 데 필요한 대부분의 장비는 복잡하고 비싸거나 자연 동물의 움직임을 방해하는 유선 설정 네트워크를 사용합니다. 이 연구에서 EEG는 새로운 물체 인식 작업(NORT)의 실행과 함께 무선 전기생리학 장치로 기록되었습니다. 동물의 행동은 비디오 추적 시스템에 의해 동시에 모니터링되었습니다. 두 기록 모두 EEG 신호를 동물의 행동과 연결하기 위해 동기화된 타임스탬프에 의해 오프라인으로 분석되었습니다. 피험자는 중기 환경 강화 치료 후 성인 Wistar 쥐로 구성됩니다. 6개의 두개골 나사 전극은 전두엽, 중앙 및 정수리 영역에 걸쳐 양쪽 반구에 쌍으로 고정되었으며 비강 뼈의 뒤쪽에 위치한 전극을 참조했습니다. NORT 프로토콜은 동물을 10분 동안 두 개의 동일한 물체에 노출시키는 것으로 구성됩니다. 2 시간과 24 시간 후, 물체 중 하나가 새로운 물체로 대체되었습니다. 각 대상체에 대한 탐사 시간은 행동 추적 소프트웨어(BTS) 및 뇌파 데이터 기록에 의해 모니터링되었다. 행동 데이터와 동기화된 EEG 분석은 알파 및 베타 상대 대역 전력의 추정과 세 가지 실험 단계 간의 새로운 개체 인식과 친숙한 개체 탐색 간의 비교로 구성됩니다. 이 원고에서는 전극 제조 공정, 경막외 전극 이식 수술, 환경 강화 프로토콜, NORT 프로토콜, BTS 설정, 실시간 동시 모니터링을 위한 EEG – BTS 커플링, 자동 이벤트 감지를 기반으로 한 EEG 데이터 분석에 대해 논의했습니다.

상술한 방법들은 환경농축 처리 후 EEG와 쥐의 활동을 동시에 기록하기 위해 적용되었다. 생후 3개월 된 수컷 Wistar 쥐를 20일 동안 중기 환경 농축 치료 프로토콜을 받았고, NZ에 위치한 일곱 번째 전극을 기준으로 전두엽, 중앙 및 정수리 부위에 쌍을 이루는 6개의 두개골 나사 전극을 고정하기 위해 수술을 받았습니다. 동물들은 자연적인 암흑광 조건에서 유지되었으며, 음식과 물에 자유롭게 접근 할 수있었습니다. 이 작업은 동시 라이브 녹음을 위한 EEG 시스템과 행동 추적 소프트웨어 간의 통합을 보여줍니다. 우리는 치료의 효과를 비교하는 척하지 않고 장비의 장점만을 예시하기 때문에 EE 프로토콜에 따라 처리된 동물만 사용했습니다. 사용된 20일 환경 강화 하우징 프로토콜이 성인 신경 발생을 자극한다는 증거로서, 우리는 EE에 속한 동물과 우리 실험실의 미공개 데이터에서 표준 조건으로 수용된 동물의 BrdU 양성 세포 수 데이터를 제시합니다. 생후 3개월 된 수컷 Wistar 쥐를 사용하였다. 이들은 서로 12시간 간격으로 BrdU를 3회 주사하였다. 동물을 마취하고(펜토바르비탈(50mg/kg, ip) 경심 관류로 안락사시켰습니다( 그림 5 참조). EEG 장치에 부착된 조끼가 동물의 움직임을 제한하지 않도록 하기 위해 개방 필드 테스트(OFT)를 두 그룹으로 나누어 한 그룹은 장비(조끼 및 EEG 증폭기)를 착용한 상태에서 수술을 받았고 다른 그룹은 하드웨어를 착용하지 않고 손상되지 않았습니다. 우리는 10 분의 테스트 ( 그림 5 참조)에서 동물이 이동 한 거리에서 큰 차이를 발견하지 못했습니다. 일반적인 NORT 프로토콜은 두 개체를 표시하고 그 중 하나를 새 개체로 대체하는 것으로 구성됩니다. 행동 추적 소프트웨어는 탐사 시간을 모니터링했습니다.
행동 추적 소프트웨어는 주요 성능 매개 변수를 평가하기 위해 동물 그룹을 기록했습니다. 따라서 탐색 성능을 평가하기 위해 세 가지 매개 변수를 사용했습니다. 선호도 비율은 동물의 머리가 각 개체에서 보낸 총 시간을 보고하는 개체 영역에서 보낸 동물의 머리 시간을 사용하여 계산되었습니다. 또한 물체를 향해 이동하는 데 소요된 시간에 대한 선호도 비율을 계산하여 각 물체 영역을 향해 이동하는 모든 동물에 소요된 총 시간을 보여줍니다. 또한 각 개체를 방문 할 때마다 소요 된 시간이 계산되었습니다. 그림 6 은 위에서 언급한 세 가지 매개 변수 결과를 보여줍니다. 획득 시험에서 평가된 세 가지 매개변수에서 개체 간에 차이가 없었습니다: 세 번의 시도에 대한 개체 영역에서의 헤드 시간, 세 번의 시도에 대한 개체로 이동하는 시간, 각 개체의 방문당 시간. STM 시험에는 차이가 없었다. 한편, LTM 시험에서는 새로운 물체에 대해 상당히 높은 탐사 선호 비율이 나타났습니다. 또한 LTM 시험에서 방문당 소요 시간(패널 C)에서 새로운 대상에 대한 선호도도 볼 수 있었습니다. 비디오 1 은 실험에서 기록된 쥐의 대표적인 예를 보여주고, 비디오 2 는 동시 뇌파 및 행동 기록의 대표적인 예를 보여줍니다.
컴퓨터 시계를 사용하여 기록된 행동 추적 및 EEG 소프트웨어 기록으로 추적된 시간 이벤트를 일치시킬 수 있었습니다. 그림 7 과 그림 8 은 알파 및 베타 밴드에 대한 EEG 상대 전력의 변화를 보여줍니다. 이는 운동 제어, 집중력 및 기억력과 관련이 있으며, 이는 탐사가 이러한 기능과 관련이 있음을 시사합니다. 동물 3의 결과는 알파 전력이 ACQ 및 LTM과 관련하여 STM에서 감소하는 경향이 있음을 보여주며, 이는 탐색 또는 메모리 검색과 관련된 비동기화를 시사합니다. 객체 인식(처리된 epoch)의 수는 낮았다. 이 시점에서, 통계적 테스트가 그러한 차이가 실제인지 또는 인공물이 그러한 실험 조건을 생성 할 수 있는지를 검증하는 것은 불가능합니다. 그럼에도 불구하고 에포크 세분화, 라벨링 및 분석은 동물의 동시 마킹 이벤트와 향후 연구 프로젝트를 위해 생성된 EEG 결과의 타임라인에 의해 가능해졌습니다. 이러한 시스템을 결합하면 동물 실험 목적에서 중요한 문제가 된 수동 마킹 프로세스에 의한 잘못된 이벤트 식별을 방지할 수 있습니다. BTS와 전기생리학적(EP) 활성의 조합은 동물 행동과 정확하게 연관될 수 있습니다. 그럼에도 불구하고 실험 조건에서는 모션 아티팩트를 제거하고 실험 설정을 효과적으로 개선하기 위해 고급 신호 처리 기술을 사용해야 합니다.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61494/61494fig01.jpg"> 그림 1: EE(Enriched Environment) 조건 케이지의 예. 주택에는 장난감과 튜브가 제공되었는데, 동물들은 새롭고 복잡하지만 생물학적 관련성은 없습니다. <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/61494/61494fig01large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61494/61494fig02.jpg"> 그림 2: 쥐 두개골에서 경막외 전극의 위치. 나사는 헤드셋의 앵커와 전극으로 동시에 사용되었습니다. F = 정면; C = 전두엽; P = 정수리; 3 = 왼쪽; 4 = 오른쪽; NZ = 지상 기준으로. <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/61494/61494fig02large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61494/61494fig03.jpg"> 그림 3: 경막외(두개골 나사) 전극 이식 수술의 대표 이미지. 수술의 여러 단계에서 쥐에 이식된 두개내 전극 나사를 보여주는 이미지. 이 절차를 수행하는 동안 무균 기술을 따르는지 확인하십시오. <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/61494/61494fig03large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61494/61494fig04.jpg"> 그림 4: 실험 설정과 함께 쥐의 대표 이미지. 쥐는 NORT 프로토콜에 사용되는 경기장 내부에서 배터리가 내장된 EEG 장치에 부착된 조끼를 착용하도록 만들어졌습니다. 이미지는 헤드셋과 머리의 쥐에 설치된 케이블 커넥터를 보여줍니다. <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/61494/61494fig04large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61494/61494fig05.jpg"> 그림 5: EE 프로토콜에 의한 운동 능력 및 성인 신경 발생 자극의 증거. (A) OFT(Open Field Test)에서 10분 동안의 동물 활동의 대표 이미지와 장비/수술을 착용한 동물과 장비가 없는 동물/수술을 하지 않은 동물의 평균 거리. (B-E) EE 및 표준 하우징 그룹에 대한 BrdU 표지 셀(강렬한 어둠)이 있는 대표적인 DG 섹션. 패널 B와 D는 DG의 낮은 배율을 보여주고, 패널 C와 E는 더 높은 배율의 박스 영역을 보여줍니다. 패널 B 및 C는 EE 하우징 그룹의 조직이고, 패널 D 및 E는 표준 하우징 그룹의 조직입니다. 삽입물은 두 그룹에서 레이블이 지정된 셀의 평균 수를 보여줍니다. ML - 분자 층; GCL – 과립 세포층; SGZ – 세분화 된 영역; 화살표 - BrdU+ 세포. 그래프는 SEM± 평균을 보여줍니다. T-student 테스트는 그룹을 비교하는 데 사용되었습니다. * p≤0.05. Open Field Test에서 그룹 간에 유의미한 차이는 발견되지 않았습니다. <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/61494/61494fig05large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61494/61494fig06.jpg"> 그림 6: NORT 평가의 탐색 성능. (A) 세 번의 시도에 대한 개체 영역에서의 헤드 타임. (B) 세 번의 시도를 위해 물체를 향해 이동하는 시간. (C) 각 개체의 방문당 시간. 그래프는 SEM± 평균을 보여줍니다. 양방향 반복 측정 ANOVA와 Sidak의 다중 비교 테스트가 모든 매개변수에 사용되었습니다. * p≤0.05, ** 각 시험의 개체 사이에 p≤0.01. <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/61494/61494fig06large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61494/61494fig07.jpg"> 그림 7: 탐사와 관련된 알파 EEG 대역 전력의 변화. 이 그림은 동물이 물체 탐사를 시작한 후 30초에서 2.5초까지 상대적 알파 파워의 변화를 보여줍니다. 6개의 그래프는 정면, 중앙 및 정수리 전극(위에서 아래로)과 왼쪽 및 오른쪽에 해당합니다. 상자 그림은 객체의 각 조건 조합("Familiar" 및 "Novel")과 단계("ACQ", "STM" 및 "LTM")에 대한 이러한 시계열의 분포를 보여줍니다. <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/61494/61494fig07large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61494/61494fig08.jpg"> 그림 8: 탐사와 관련된 베타 EEG 대역 전력의 변화. 이 그림은 동물이 물체 탐사를 시작한 후 30초에서 2.5초로 상대적인 베타 전력의 변화를 보여줍니다. 6개의 그래프는 정면, 중앙 및 정수리 전극(위에서 아래로)과 왼쪽 및 오른쪽에 해당합니다. 상자 그림은 객체의 각 조건 조합("Familiar" 및 "Novel")과 단계("ACQ", "STM" 및 "LTM")에 대한 이러한 시계열의 분포를 보여줍니다. <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/61494/61494fig08large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
동영상 1: 실험에 기록된 쥐를 보여주는 대표적인 영상. 쥐는 NORT 프로토콜에 사용된 경기장 안에 있었습니다. 쥐는 배터리가 내장된 EEG 장치에 부착된 조끼를 입고 있었습니다. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/61494/VIDEO_1.mp4" target="_blank">이 비디오를 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.</a>
영상 2: EEG와 행동의 동시 기록을 보여주는 대표 영상. EEG 신호는 비디오의 오른쪽에 표시되고 행동 테스트(NORT)는 비디오의 오른쪽에 표시되었습니다. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/61494/VIDEO_2.mp4" target="_blank">이 비디오를 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.</a>

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Simultaneous Monitoring of Wireless Electrophysiology and Memory Behavioral Test as a Tool to Study Hippocampal Neurogenesis

여기에 제시된 프로토콜은 동시 뇌파 검사(EEG) 및 행동 평가에 대한 정보를 실시간으로 제공합니다. 우리는 이 프로토콜과 관련된 모든 단계를 신경과학의 많은 분야, 특히 학습 및 기억 분야의 연구자들에게 매력적인 솔루션으로 논의했습니다.

해마 신경 발생을 연구하기 위한 도구로서의 무선 전기생리학 및 기억 행동 테스트의 동시 모니터링

Brainwaves amplitude obtained from electroencephalography (EEG) has been well-recognized as a basis for cognitive capacity, memory, and learning on ...

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Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Behavior

2.8K 조회수.  Universidad Iberoamericana Ciudad de México. 여기에 제시된 프로토콜은 동시 뇌파 검사(EEG) 및 행동 평가에 대한 정보를 실시간으로 제공합니다. 우리는 이 프로토콜과 관련된 모든 단계를 신경과학의 많은 분야, 특히 학습 및 기억 분야의 연구자들에게 매력적인 솔루션으로 논의했습니다.

비디오: Simultaneous Monitoring of Wireless Electrophysiology and Memory Behavioral Test as a Tool to Study Hippocampal Neurogenesis

Simultaneous Video-EEG-ECG Monitoring to Identify Neurocardiac Dysfunction in Mouse Models of Epilepsy

In epilepsy, seizures can evoke cardiac rhythm disturbances such as heart rate changes, conduction blocks, asystoles, and arrhythmias, which can potentially increase risk of sudden unexpected death in epilepsy (SUDEP). Electroencephalography (EEG) and electrocardiography (ECG) are widely used clinical diagnostic tools to monitor for abnormal brain and cardiac rhythms in patients. Here, a technique to simultaneously record video, EEG, and ECG in mice to measure behavior, brain, and cardiac activities, respectively, is described. The technique described herein utilizes a tethered (i.e., wired) recording configuration in which the implanted electrode on the head of the mouse is hard-wired to the recording equipment. Compared to wireless telemetry recording systems, the tethered arrangement possesses several technical advantages such as a greater possible number of channels for recording EEG or other biopotentials; lower electrode costs; and greater frequency bandwidth (i.e., sampling rate) of recordings. The basics of this technique can also be easily modified to accommodate recording other biosignals, such as electromyography (EMG) or plethysmography for assessment of muscle and respiratory activity, respectively. In addition to describing how to perform the EEG-ECG recordings, we also detail methods to quantify the resulting data for seizures, EEG spectral power, cardiac function, and heart rate variability, which we demonstrate in an example experiment using a mouse with epilepsy due to Kcna1 gene deletion. Video-EEG-ECG monitoring in mouse models of epilepsy or other neurological disease provides a powerful tool to identify dysfunction at the level of the brain, heart, or brain-heart interactions.

Here, we present a protocol to record brain and heart bio signals in mice using simultaneous video, electroencephalography (EEG), and electrocardiography (ECG). We also describe methods to analyze the resulting EEG-ECG recordings for seizures, EEG spectral power, cardiac function, and heart rate variability.

동시 비디오-뇌 파-ECG 모니터링 Neurocardiac 부전 간 질 마우스 모델에서을 식별 하

In epilepsy, seizures can evoke cardiac rhythm disturbances such as heart rate changes, conduction blocks, asystoles, and arrhythmias, which can ...

연구

유전학

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.

동시 Electroencephalography, 설치류 대뇌 피질의 젖산 농도와 Neuronal 활동 Optogenetic 조작의 실시간 측정

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 ...

신경과학

Investigations on Alterations of Hippocampal Circuit Function Following Mild Traumatic Brain Injury

Traumatic Brain Injury (TBI) afflicts more than 1.7 million people in the United States each year and even mild TBI can lead to persistent neurological impairments 1. Two pervasive and disabling symptoms experienced by TBI survivors, memory deficits and a reduction in seizure threshold, are thought to be mediated by TBI-induced hippocampal dysfunction 2,3. In order to demonstrate how altered hippocampal circuit function adversely affects behavior after TBI in mice, we employ lateral fluid percussion injury, a commonly used animal model of TBI that recreates many features of human TBI including neuronal cell loss, gliosis, and ionic perturbation 4-6.
	Here we demonstrate a combinatorial method for investigating TBI-induced hippocampal dysfunction. Our approach incorporates multiple ex vivo physiological techniques together with animal behavior and biochemical analysis, in order to analyze post-TBI changes in the hippocampus. We begin with the experimental injury paradigm along with behavioral analysis to assess cognitive disability following TBI. Next, we feature three distinct ex vivo recording techniques: extracellular field potential recording, visualized whole-cell patch-clamping, and voltage sensitive dye recording. Finally, we demonstrate a method for regionally dissecting subregions of the hippocampus that can be useful for detailed analysis of neurochemical and metabolic alterations post-TBI.
	These methods have been used to examine the alterations in hippocampal circuitry following TBI and to probe the opposing changes in network circuit function that occur in the dentate gyrus and CA1 subregions of the hippocampus (see Figure 1). The ability to analyze the post-TBI changes in each subregion is essential to understanding the underlying mechanisms contributing to TBI-induced behavioral and cognitive deficits. 
	The multi-faceted system outlined here allows investigators to push past characterization of phenomenology induced by a disease state (in this case TBI) and determine the mechanisms responsible for the observed pathology associated with TBI.

A multi-faceted approach to investigating functional changes to hippocampal circuitry is explained. Electrophysiological techniques are described along with the injury protocol, behavioral testing and regional dissection method. The combination of these techniques can be applied in similar fashion for other brain regions and scientific questions.

가벼운 외상성 뇌 손상 후 Hippocampal 회로 기능의 수선에 관한 조사

Traumatic Brain Injury (TBI) afflicts more than 1.7 million people in the United States each year and even mild TBI can lead to persistent neurological ...

Hippocampal Insulin Microinjection and In vivo Microdialysis During Spatial Memory Testing

Glucose metabolism is a useful marker for local neural activity, forming the basis of methods such as 2-deoxyglucose and functional magnetic resonance imaging. However, use of such methods in animal models requires anesthesia and hence both alters the brain state and prevents behavioral measures. An alternative method is the use of in vivo microdialysis to take continuous measurement of brain extracellular fluid concentrations of glucose, lactate, and related metabolites in awake, unrestrained animals. This technique is especially useful when combined with tasks designed to rely on specific brain regions and/or acute pharmacological manipulation; for example, hippocampal measurements during a spatial working memory task (spontaneous alternation) show a dip in extracellular glucose and rise in lactate that are suggestive of enhanced glycolysis1-3,4-5, and intrahippocampal insulin administration both improves memory and increases hippocampal glycolysis6. Substances such as insulin can be delivered to the hippocampus via the same microdialysis probe used to measure metabolites. The use of spontaneous alternation as a measure of hippocampal function is designed to avoid any confound from stressful motivators (e.g. footshock), restraint, or rewards (e.g. food), all of which can alter both task performance and metabolism; this task also provides a measure of motor activity that permits control for nonspecific effects of treatment. Combined, these methods permit direct measurement of the neurochemical and metabolic variables regulating behavior.

Hippocampal Insulin Microinjection and In vivo Microdialysis During Spatial Memory Testing

Modulation of hippocampally-dependent spatial working memory by direct intrahippocampal microinjection, accompanied and followed by in vivo microdialysis for metabolites in conscious, behaving animals.

Hippocampal 인슐린 Microinjection 및<em&gt; 생체에</em공간 메모리 테스트 기간 동안&gt; Microdialysis

Glucose metabolism is a useful marker for local neural activity, forming the basis of methods such as 2-deoxyglucose and functional magnetic resonance ...

Longitudinal Two-Photon Imaging of Dorsal Hippocampal CA1 in Live Mice

Two-photon microscopy is a fundamental tool for neuroscience as it permits investigation of the brain of live animals at spatial scales ranging from subcellular to network levels and at temporal scales from milliseconds to weeks. In addition, two-photon imaging can be combined with a variety of behavioral tasks to explore the causal relationships between brain function and behavior. However, in mammals, limited penetration and scattering of light have limited two-photon intravital imaging mostly to superficial brain regions, thus precluding longitudinal investigation of deep-brain areas such as the hippocampus. The hippocampus is involved in spatial navigation and episodic memory and is a long-standing model used to study cellular as well as cognitive processes important for learning and recall, both in health and disease. Here, a preparation that enables chronic optical access to the dorsal hippocampus in living mice is detailed. This preparation can be combined with two-photon optical imaging at cellular and subcellular resolution in head fixed, anesthetized live mice over several weeks. These techniques enable repeated imaging of neuronal structure or activity-evoked plasticity in tens to hundreds of neurons in the dorsal hippocampal CA1. Furthermore, this chronic preparation can be used in combination with other techniques such as micro-endoscopy, head-mounted wide field microscopy or three-photon microscopy, thus greatly expanding the toolbox to study cellular and network processes involved in learning and memory.

This method describes a chronic preparation that allows optical access to the hippocampus of living mice. This preparation can be used to perform longitudinal optical imaging of neuronal structural plasticity and activity-evoked cellular plasticity over a period of several weeks.

살아있는 마우스에 있는 등도 해마 CA1의 세로 2 광자 화상 진찰

Two-photon microscopy is a fundamental tool for neuroscience as it permits investigation of the brain of live animals at spatial scales ranging from ...

행동분석학

Long-term Continuous EEG Monitoring in Small Rodent Models of Human Disease Using the Epoch Wireless Transmitter System

Many progressive neurologic diseases in humans, such as epilepsy, require pre-clinical animal models that slowly develop the disease in order to test interventions at various stages of the disease process. These animal models are particularly difficult to implement in immature rodents, a classic model organism for laboratory study of these disorders. Recording continuous EEG in young animal models of seizures and other neurological disorders presents a technical challenge due to the small physical size of young rodents and their dependence on the dam prior to weaning. Therefore, there is not only a clear need for improving pre-clinical research that will better identify those therapies suitable for translation to the clinic but also a need for new devices capable of recording continuous EEG in immature rodents. Here, we describe the technology behind and demonstrate the use of a novel miniature telemetry system, specifically engineered for use in immature rats or mice, which is also effective for use in adult animals.

Here we demonstrate the use of a wireless enabling technology for electroencephalogram (EEG) in neonatal rodent models of human disease. With telemetry, there are no encumbering connections, thus allowing natural behaviors.

신기원 무선 송신기 시스템을 사용하여 인간의 질병의 작은 설치류 모델에서 장기 연속 뇌파 모니터링

Many progressive neurologic diseases in humans, such as epilepsy, require pre-clinical animal models that slowly develop the disease in order to test ...

Implantation of Chronic Silicon Probes and Recording of Hippocampal Place Cells in an Enriched Treadmill Apparatus

An important requisite for understanding brain function is the identification of behavior and cell activity correlates. Silicon probes are advanced electrodes for large-scale electrophysiological recording of neuronal activity, but the procedures for their chronic implantation are still underdeveloped. The activity of hippocampal place cells is known to correlate with an animal&#39;s position in the environment, but the underlying mechanisms are still unclear. To investigate place cells, here we describe a set of techniques which range from the fabrication of devices for chronic silicon probe implants to the monitoring of place field activity in a cue-enriched treadmill apparatus. A micro-drive and a hat are built by fitting and fastening together 3D-printed plastic parts. A silicon probe is mounted on the micro-drive, cleaned, and coated with dye. A first surgery is performed to fix the hat on the skull of a mouse. Small landmarks are fabricated and attached to the belt of a treadmill. The mouse is trained to run head-fixed on the treadmill. A second surgery is performed to implant the silicon probe in the hippocampus, following which broadband electrophysiological signals are recorded. Finally, the silicon probe is recovered and cleaned for reuse. The analysis of place cell activity in the treadmill reveals a diversity of place field mechanisms, outlining the benefit of the approach.

We describe the diverse steps to implant chronic silicon probes and to record place cells in mice that are running head-fixed on a cue-enriched treadmill apparatus.

만성 실리콘 프로브 및 녹음 풍부한 디딜 방 아 장치에 Hippocampal 장소 세포의 이식

An important requisite for understanding brain function is the identification of behavior and cell activity correlates. Silicon probes are advanced ...

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.

공동 화 된 Electroencephalography 및 설치류에서 로컬 필드 가능성의 동시 녹음

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

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 ...

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 ...