Name: simultaneous electrophysiological recording and micro-injections of inhibitory agents in the rodent brain
Uploaded: 2015-07-07T13:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 52 s
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Supported by grants from CIHR (MOP231122) and NSERC (RGPIN-2014-06503). We would like to thank Genevi&#232;ve Cyr for her help preparing experiments and supervising laboratory work. MAL received a scholarship from The Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC).

注：すべての手順は、動物の保護とモントリオール大学の倫理審査委員会のためのカナダ評議会の指令に従って行われました。 録音注入ピペットの1アセンブリ<ol><li>ピペットプラーを使用して、約7センチのガラスキャピラリー（1ミリメートル外径）を引き出します。 </li><li>キャピラリの先端を破壊し、光学顕微鏡下で開口部をチェックします。内径が40〜30μmの間のマイクロメートルであることを確認します。 </li><li>ガラスピペットの非テーパ状端から突出した約1cmを有するガラスキャピラリーに7センチメートル長い銀線を挿入します。 </li><li>ガラスキャピラリーに直交し、過剰なフィラメントを曲げます。 </li><li> 30 G注射針の軸に柔軟なプラスチック接着剤の液滴を適用します。 </li><li> 図1に示す回路図に従って、ガラスピペットで30 Gの皮下注射針を挿入します</stro&gt; NG。 </li><li>ガラスピペットと注射針との間の接合部からの適切なシールを確保するために、接着剤の第二のコーティングを追加します。 </li><li>先端が接着剤の適切な硬化を確実にするために約12時間上に向けて乾燥するピペットを残します。完成した結果を図2に示されています。 </li></ol>注：この手順は、急性実験に行われ、ピペットチップの滅菌が必要とされていません。 2.動物の準備<ol><li>麻酔ボックスにラットを配置します。 </li><li> 5〜10分間、4％イソフルランを用いて麻酔を誘導します。 </li><li> 37℃の体温を維持するために加熱パッドおよび直腸プローブと定位テーブルの上に動物を配置します。 2％イソフルランで麻酔を維持するためにノーズコーンを使用します。耳のバーや歯ホルダーを使用して、ラットの頭を固定します。 </li><li>アトロピンは、瞳孔拡張を支援するために低下1％を含む眼軟膏や点眼薬を適用します。乾燥を防ぐために、ドロップ潤滑適用約30分ごとです。 </li><li>頭を剃る、10％ポビドンヨードを使用してクリーニングします。 </li><li>局所麻酔のために、皮膚を持ち上げ、針の先端を挿入することにより、2-3の場所で頭皮の下で2％リドカインの0.5ミリリットルを注入。 </li><li>つま先のピンチを行い、運動の欠如を観察することにより、麻酔の適切なレベルを確認してください。また、それは正常値（300〜400拍/分）の範囲内にあることを確実にするために心拍数を監視します。 </li><li>冠状および矢状縫合の両方を公開するために＃10手術用メスの刃を用いて正中に沿って直線状に頭皮を切開。 </li><li>手術用スパチュラで頭蓋を覆っている組織を脇に押して、ラムダとブレグマ点を明らかにしました。 </li><li>ブレグマとラムダ位置は同一平面上にあるように、頭蓋を水平に。 </li><li>基準点を設定するには、右のブレグマの上にそれを設定するために取り付けられたガラス管を定位デバイスを使用しています。これは、前後およびMEDのために &quot;ゼロ&quot;になりますIAL-横測定座標。 </li><li>定位は、必要な座標にマウント定位座標をメモして開頭が行われる場所をマークターゲット領域の周囲に四角形を描画移動させることにより、目的のポイントを設定します。 </li><li>ゆっくりと骨材を除去するために圧力をかけずにゆっくりとマークされた正方形に沿って滅菌ドリルで外科用ドリルを使用してください。それは熱を発生し、皮質の病変の原因となるように、同じ地域に長すぎるドリルしないように注意してください。 </li><li>開頭術を区切る骨が十分に薄くなってきた場合には、慎重に皮質を露出するようにピンセットで頭蓋セクションを削除。 </li><li>よく組織乾燥を防止するために、人工脳脊髄液で露光野を灌漑。 注：injectrodeの先端が貫通するのに十分頑丈であるように硬膜除去はラットに不必要です。 </li></ol> 3.充填と噴射システムのマウント<ol><li>塗りつぶし鉱物油との吸引により、5〜10μlをマイクロシリンジ。 </li><li> 0.5％シカゴスカイブルー（CSB）および300μMのγアミノ酪酸（GABA）または0.5％CSB 9で2％リドカイン溶液の溶液で固定したガラスピペットを用いて皮下注射針を埋めます。生理食塩水ですべてのソリューションを希釈します。 <ol><li>豊富な物質の場合には、定期的な注射器を用いて充填し、気泡の形成を避けるために、通常の予防的技術を使用します。 </li><li>より高価な物質の場合には、injectrodeを埋めるためにミネラルオイルを使用し、化学薬品は、次いで、吸引により導入することができます。鉱物油と水との間の密度差が比較的高いように、この物質は、水溶液の注入のための良好な候補です。 注：染料の両方の液体との間の分離を確認するために加えることができます。 </li></ol></li><li>注射ピペットを充填するために、吸引によって液で1mlシリンジを充填した後、ゆっくり溶液を注入注入ピペットに。 </li><li>クリーンこれらの領域を拭き取り、さらに注射器でゆっくり溶液を注入することによって漏れを観察することによって、図1に示した領域で漏れの細心の注意を払ってください。 </li><li> 1mlシリンジを取り外します。その際、真空注入用ピペットから溶液を除去しないように、プランジャーに光の圧力を保つようにしてください。 </li><li>吸引によりミネラルオイルとマイクロシリンジを記入し、充填された注入ピペットにしっかりとそれを添付し、慎重にガーゼで組み立てinjectrodeから余分な溶液を乾いた布で拭き取ってください。 </li><li>先端がガラスピペットの先端に形成小滴を参照するのに十分な非常に小さな体積を注入することによってブロックされていないことを確認します。 </li><li>マイクロポンプシステムのinjectrodeをマウントし、それが十分に固定されていることを確認してください。 </li><li>慎重に目標座標でinjectrodeチップを配置し、皮質の表面に先端を下げます。 </li><li>ゆっくりinjectrを下げます適切な解剖学的座標を用いて、ターゲット構造（ここでは上丘）への定位固定装置を使用して頌歌。 </li><li>組織乾燥を防ぐために、温かい寒天で露光野をカバーしています。 </li></ol> 4.インジェクションと可逆的不活性化<ol><li>注入を開始するには40 NL / minであり、プレスランで400〜800 NLを注入するマイクロインジェクションポンプを設定します。そのスパイク率は注入中削減が表示されます注意してください。 注：実験では、神経活動は、GABAの配信の終了後1時間以内に回復しました。任意に較正機械装置は、注入を行うためにマイクロインジェクションシリンジに圧力を適用するために使用することができます。 </li><li>電気生理学的データを取得した後、地元の動物倫理コミュニティに承認方法を使用して安楽死させます。 </li></ol>

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	<li>Martin, J. H., Ghez, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pharmacological+inactivation+in+the+analysis+of+the+central+control+of+movement.">Pharmacological inactivation in the analysis of the central control of movement.</a> Journal Of Neuroscience Methods. 86 (2), 145-159 (1999).</li><li>Ponce, C. R., Hunter, J. N., Pack, C. C., Lomber, S. G., Born, R. 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We have nothing to disclose.

提案されたプロトコルは、現在の可逆的不活性化の方法から生じる課題を解決するために設計されました。具体的には、このプロジェクトは、特に脳深部構造において、神経活動を調節する物質の化学的微量注入のために使用される方法を改良することを目的と。セットアップのこのタイプから出る技術的課題は、注射部位での正確な記録を得るために、in vivoで同じ限られた空間内に共局在化する両方のプローブを必要とすることです。この問題は、同じ部位に注射し、記録の両方が可能であるような、ここで提示されている1つのような装置を使用することによって克服することができます。別の方法は、ガス圧力パルスに基づく装置の使用を含みます。このようなツールは、長年にわたって利用されているが、圧縮可能な中間体の使用は、注入速度とボリューム、可逆性を保証するために制御することが重要な2つのパラメータの制御を減少させます。このようなイオン導入注入のような他の方法ystemsも利用可能であるが、液体の拡散ダイナミクスは不活性化の電位範囲を減少させる、ボーラス注入対異なります。これらの方法は、マイクロ注射7について観察された楕円形のパターンとは対照的に球状の拡散パターンを有するという利点を有します。従って、不活性化方法の選択は、標的領域と実験計画に従って計画する必要があります。商用の選択肢が存在するにもかかわらず、提案されたプロトコルは、医薬物質の送達を監視するだけでなく、高度なカスタマイズを可能にするコスト効率的な方法を提供します。噴射装置のクラフトでこのような自由度は、特定のアプリケーション·コンテキストのための実験の柔軟性とチューニングの大規模な範囲に有利です。 提案されたプロトコルに関しては、重要なステップは、ガラスピペットを充填する方法です。圧縮空気が注入の監視をレンダリングするように気泡を避けるべきです難治ボリューム。手動でシステム内の自由な流れを確認し、ピペットを介して液体を押すと非常に最小の抵抗も感じられるべきです。手動注入の液体が存在しないことは、システムまたは閉塞先端をもたらす誤ったピペットの準備に漏れている可能性があります。ピペットのインピーダンスは、所望のタイプの電気生理学的記録を得るために測定されるべき低いインピーダンスになり、より大きなチップサイズとして、（LFPを、電位、マルチユニット活動などを誘発）。 注入が成功した場合、400〜800 300μMGABA溶液NLまたは2％リドカイン溶液の量は、活動をスパイク廃止するのに十分です。空間と時間に噴射拡散の考えを持っているために、寒天は神経組織をシミュレートするために使用することができます。注射の広がりは、簡単にCSB溶液で観察することができます。シミュレーション後、Oの使用を介して組織学的に広がる噴射を特徴付けるために不可欠です放射性標識薬剤を使用して、オートラジオグラフィーによって、または神経活動1の活性化または不活性化を測定するための間接的なプロキシとして、グルコースのオートラジオグラフィーのような代謝のアプローチを使用することによって、このようなCSBのようなF染料、。 これは、高速注射（≥100NL /分）はおそらく完全な可逆性は達成不可能作る病変をもたらすことに注意することも重要です。提案されたプロトコルの主な利点は、セット神経活動レベルに対する注入速度をフィードバック制御することになるソフトウェアと噴射システムを統合する可能性です。このような実装では、研究者はパラメータの不活性化（または活性化）ではなく、考えたアプリケーションのための薬物の唯一の適切な量を提供しながら、このような注入速度やボリュームなどの技術的なパラメータに集中できるようになります。これは、薬物送達のより多くの時間に敏感な制御を可能に必要な薬剤の量を最適化することにより、プローブの変位を最小限に再現し、すべてを好むだろうデータのOWダイレクト一対比較。 この技術は、電気生理学的信号の物質送達及び記録するためのシステムを組み合わせたものです。私たちは11を刺激機能フラッシュを使用したマルチユニット活動の列車を誘導することにより、上丘を見つけるために私たちのピペットの記録容量が使用してその有効性を実証しました。不活性化の間に、マルチユニットの活性が減少し、徐々に注入オフセット後に回収します。このような、ここで提示されている1つのような可逆的不活性化技術は、存在しないか、または不良な回復3を提供する機械的または化学的病変の技術を超えるかなりの利点を提供します。一対比較は3可能であるため、可逆的不活性化技術は、それによって特異な違いを排除し、実験の統計的有意性を強化します。私たちは、物質送達と堅固なの持続時間を正確に制御することができ、コスト効率的でカスタマイズ可能な技術を開発しましたターゲット脳領域のプロービング。

皮質領域および皮質下核の不活性化は、様々な脳構造2-4との間の機能の関係を研究する上で重要です。最近の文献は、脳構造2,5の役割を研究するための機能喪失化学的又は極低温技術を採用しています。周囲組織6,7の巻き添え被害を最小限に抑えながら、薬理微量注入に関しては、薬物の少量は、制御された速度で、脳の領域に投与することができます。この技術は、ニューロン活性に異なる薬理学的標的の効果を研究するために、特定のアゴニスト、インバースアゴニストまたはアンタゴニストを送達するために使用することができます。このような効果はまた、研究者が、異なる皮質および皮質下構造の間の関係を研究することができ、遠隔地からの神経応答の変化を測定することによって調べることができます。 ここでは、BOが可能な装置の組立、injectrodeを実証します電気生理学的信号を記録し、目標位置での薬物の少量を送達目。我々は、ラットの上丘では、GABA、神経活動の一般的な阻害剤を注入することによって、このシステムの能力を実証します。この領域は、私たちはinjectrodeの局在を確認するために、視覚的に誘発されたマルチユニット活動の使用を許可視覚刺激に敏感で​​す。不活性化の可逆性は、GABA注射の終了後、通常の神経活動の回復により評価しました。 注射部位からマルチユニット活動を監視する能力は、所望の薬力学的応答を達成するの​​に必要な注入速度や体積の微調整を可能にします。最小の有効体積が注入されているのでしたがって、この手法の利点は、微小灌流によって引き起こされる組織損傷の制限電位です。提案されたプロトコルは、使い捨てのハードウェアnecessarを生成するためのコスト効率的な方法を提供します薬物送達およびローカルニューロンの活動記録が望まれている実験を行うためのY。

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

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

ここでは、商業的にアクセス可能で、手頃な価格の部品を使用して、単回使用」injectrode」を構築するための方法を説明します。プロービングシステムが影響を受けた神経細胞の集団からの電気生理学的信号を記録しながら、薬剤を注入するのを可能にするように開発されました。この方法は、商業的なソリューションに簡単かつ経済的な代替手段を提供します。ガラスピペットは、皮下注射針と銀のフィラメントと組み合わせることによって変更されました。 injectrodeは、薬物送達のための商業的なマイクロポンプに取り付けられています。これは、薬物送達の部位に由来するマルチユニットの細胞外シグナルを介してリアルタイムの薬力学フィードバックを提供する技術をもたらします。コンセプトの証明として、我々は同時にinjectrodeを介して薬物の送達と、ラットでの光の点滅によって誘発さ上丘からニューロン活動を記録しました。 injectrodeの記録容量は、INJの機能解析を可能にします薬物送達の局在を正確に制御する有利ectionサイト​​。 injectrodeにロードされた化学物質の選択は、解剖学的実験のためのマーカーを追跡するなど、広大であるように、この方法の適用はまた、これまでここで実証されているものを超えています。

injectrodeの構造は、ワイヤの屈曲部とガラスピペット（D）に供給され、開口部から突出している図1の銀線（C）に示されています。 30 G針（B）が取り付けられ、接着剤でガラスピペットの開口部に封止されています。ピペット注入物質で充填された後に、ガラスマイクロシリンジ（A）は、針に取り付けられています。これは、マイクロシリンジは針（E）に接続し、銀線がガラスピペット（F）から突出するところ良好なシールが存在することが重要である。 図2は injectrodeは組み立てが完了した後にどのように見えるかの写真を示します。 視覚的に誘発されたマルチユニット活動は、図3に示すように、反対側の眼に300ミリ秒以下のフラッシュ上丘で得られた。GABAの注入時には、抑制されたフラッシュ刺激に応答して活動をスパイク。視覚的に注入が終わった後に、通常、45〜60分の間、返さマルチユニット活動を誘発。 図4は、マイクロインジェクションシステムのセットアップを示しています。噴射ポンプの制御装置は、ユーザが注射のための設定を指定することができます。春の電気コネクタは、ガラスピペットから突出する銀線を接続します。コネクタは、接地電極と参照電極とヘッドステージに導き、その後、アンプにプラグイン。アナログ/デジタル（A / D）インターフェースは、電気生理学的データを取得するために使用され、スピーカは、ニューロンの活動の補完的なオーディオ·モニタリングのために使用されます。 <img alt="図1" src="/files/ftp_upload/52271/52271fig1highres.jpg" /> 図1：injectrodeアセンブリの概略マイクロシリンジ（A）は、30 G、Hから成る記録注入ピペットに取り付けられています。ガラスピペット（D）内部の銀線（C）に接着ypodermic針（B）。漏れの影響を受ける可能性があるハイライト領域-領域は、（F E）を丸で囲みました。 <img alt="図2" src="/files/ftp_upload/52271/52271fig2highres.jpg" /> 図2：30 G針（B）、防水接着剤接着剤（F）、銀線（C）とガラスピペット（D）を用いて構築し、ピペットの写真。 <img alt="図3" src="/files/ftp_upload/52271/52271fig3highres.jpg" width="600" /> 図3：上丘における視覚誘発マルチユニット活動のGABA（300μM）の注入の抑制効果の図は、矢印は、フラッシュ開始を示しています 。電動アル信号30及び3,000ヘルツの間で設定バンドパスフィルターを用いて濾過しました。 <img alt="図4" src="/files/ftp_upload/52271/52271fig4highres.jpg" width="600" /> 図4：完全なマイクロインジェクションシステムの概略図。

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

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

同時電気生理学的記録およびげっ歯類の脳における阻害剤のマイクロ注射

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

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Universidad San Sebastian

Research

JoVE Journal

Neuroscience

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

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Simultaneous fMRI and Electrophysiology in the Rodent Brain

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

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

齧歯類の脳における同時fMRIと電気生理学

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

神経科学

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.

同時脳波、リアルタイム乳酸濃度の測定と齧歯類大脳皮質ニューロン活動のOptogeneticマニピュレーション

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

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

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

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

覚醒マウスにおける神経活性物質のMicroiontophoreticアプリケーションと組み合わせることで神経活動の細胞外記録

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

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

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

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

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

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 ...

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.

共局在脳波および齧歯動物のローカル フィールド電位の同時記録

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

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

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

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

記録と電極アレイに結合された齧歯動物の脳スライスにおけるてんかん活動の変調

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

Microinjectrode System for Combined Drug Infusion and Electrophysiology

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

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

複合薬物注入と電気生理学のためのマイクロインジェクストローデシステム

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

Drug Microinjection with Electrophysiological Recording in a Rat Brain

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

ラット脳における電気生理学的記録による薬物マイクロインジェクション

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

JoVE Encyclopedia of Experiments

Neurophysiology

Electrophysiology Techniques

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

Source: Haumesser, J. K., et al. <a href="https://app-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/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. ...

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

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

同時電気生理学的記録およびげっ歯類の脳における阻害剤のマイクロ注射

要約

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齧歯類の脳における同時fMRIと電気生理学

同時脳波、リアルタイム乳酸濃度の測定と齧歯類大脳皮質ニューロン活動のOptogeneticマニピュレーション

覚醒マウスにおける神経活性物質のMicroiontophoreticアプリケーションと組み合わせることで神経活動の細胞外記録

急性

共局在脳波および齧歯動物のローカルフィールド電位の同時記録

記録と電極アレイに結合された齧歯動物の脳スライスにおけるてんかん活動の変調

複合薬物注入と電気生理学のためのマイクロインジェクストローデシステム

ラット脳における電気生理学的記録による薬物マイクロインジェクション

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

マイクロドライブアレイ法による脳領域の複数からの電気生理学的記録

同時電気生理学的記録およびげっ歯類の脳における阻害剤のマイクロ注射

要約

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齧歯類の脳における同時fMRIと電気生理学

同時脳波、リアルタイム乳酸濃度の測定と齧歯類大脳皮質ニューロン活動のOptogeneticマニピュレーション

覚醒マウスにおける神経活性物質のMicroiontophoreticアプリケーションと組み合わせることで神経活動の細胞外記録

急性

共局在脳波および齧歯動物のローカル フィールド電位の同時記録

記録と電極アレイに結合された齧歯動物の脳スライスにおけるてんかん活動の変調

複合薬物注入と電気生理学のためのマイクロインジェクストローデシステム

ラット脳における電気生理学的記録による薬物マイクロインジェクション

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

マイクロドライブアレイ法による脳領域の複数からの電気生理学的記録

共局在脳波および齧歯動物のローカルフィールド電位の同時記録