私たちの研究に資金を提供してくれたドイツのForschungsgemeinschaft（DFG）、KFO 247に感謝します。

実験手順は、ドイツの動物福祉法（2014年に最後に改訂された）および欧州の規制（2010/63 / EU）に従って実施された。実験は、地方の動物福祉当局（LaGeSo、Berlin）によって承認され、地方の部門および国際ガイドラインに準拠した。 注：提示された方法では、一次運動皮質（M1）と視床核（STN）および網膜黒質（SNr）を連結するハイパーダイレクト皮質 - 基底核線経路から2つの電極モデルを記録する。硬膜外の電気コルチコグラム（ECoG）には、M1特注の低インピーダンスAg / AgCl電極からの記録が使用される。 STNおよびSNrからの記録は、市販の高インピーダンスタングステン電極を用いて行われる。 1.硬膜外Ag / AgCl硬膜外電極の構築<ol><li>約を取る。直径99.99％の真ちゅう製の銀線を5cm長さのストリップrを200μmとし、必要に応じてコーティングを除去する。 </li><li>チップが融解し始めるまで、チップを軽くまたはろうそくの炎の中に下ろします。先端がボール状で直径が約1 mmになるまで待ちます。ボール状の先端の始めからワイヤの端まで15mmの全長に予備成形された電極を切断する。 </li><li>使用された電気生理学的記録システムに適合するワイヤ端部に精密コネクタを半田付けする。はんだ付けポイントを電線の端からコネクターまで導電性銀ワニスで覆う。これは導電性を助け、より良い信号品質をもたらします。 </li><li>導電性ワニスが乾燥した後、3 mm〜1 mmの熱収縮チューブでハンダ付けポイントを覆います。ウォッチメーカーのハンマーを使用して、ボールの先端を厚さの半分に平らにします。 </li><li>試験手袋を着用し、糸くずの出ない清潔な布を100％エタノールで拭いて汚れや油分を取り除きます。 </li><li>電極を15 mLの遠心チューブまたは細胞培養チューブに入れ、球形の先端が完全に覆われるまで家庭用塩素漂白剤（注意：溶媒100 gあたり2.8 gの次亜塩素酸ナトリウムを含む）で満たしてください。 注意：塩素系漂白剤は腐食性があります。必ずメーカーの安全指示に従ってください。 </li><li> 23分後に電極を取り出し、蒸留水で十分に洗い流す。塩化銀層をうまく適用すると、均質な紫色の変化が現れる。 </li><li>空気中で乾燥させる。完全に乾燥させた後、細かいピンセットで電極を取る。細かい絵筆で液状の電気絶縁を施してください。電極先端のすぐ後ろのワイヤーからスタートし、熱収縮チューブまでのすべてをカバーします。断熱材を少なくとも2時間乾燥させる。 </li><li>品質管理のために、マルチメーターで導電率のチェックを行います。可能であれば、適切なインピーダンスメーターを使用して1 kHzでインピーダンステストを行い、電極とテストプローブを互いに接触することなくH 2 O溶液を含む0.9％NaCl中に一緒に入れる。 1kHzでのインピーダンス値は約8kΩです。 </li></ol> 2.電極を定位固定ホルダーに固定する注：MUAとLFPを同時に記録するには、インピーダンスが1.5MΩのタングステン製マイクロワイヤ電極を使用してください。録音の焦点が単一ユニットの高音質記録にある場合は、より高いインピーダンス（&gt; 5MΩ）のマイクロワイヤ電極を選択します。研究の目的がLFPのみに向けられている場合は、低インピーダンスの電極を使用することができます。 dorsoventral stereotaxic調整がしばしば必要な小さな構造の場合、適切な背側先端の分離（この場合は250μm）の電極対を使用する。さらに、これは、必要に応じて、より局所的な参照電極の利点を提供する。定位座標は常に最下位電極から測定され、ブレグマに関連して計算される。 <ol><li>アクリル製ブロックとクランプを備えた標準的な定位電極ホルダーを使用し、外科用顕微鏡の視界の平坦な表面にしっかりと寝かせます。 </li><li>細いピンセットを使用して粘着テープ（3mm×8mm）でホルダーのアクリルブロックに第1の電極対を緩く固定する。電極はアクリルブロックを突き出す必要があります。 12mm。 </li><li>第2のバイポーラ電極を第1の電極の隣に慎重に固定する。超指向性経路の構造を標的とするために、距離は2mmでなければならない（ 図1 ）。ほとんどの標準的な定位電極ホルダでは、これは隣接する凹部である。確認するには、キャリパーゲージを使用します。異なるネットワークにも同じ方法でアプローチできます。このために、アクリルブロックをある程度回転させてもよい。 </li><li>第2の電極対を、腹側の先端が約200である位置に注意深くスライドさせて調整する（ 図1 ）と比較して窪んでいる。顕微鏡視野でこれを行う。このためには、30Gのカニューレ（外径300μm）を使用して距離をより正確に推定します。 </li><li>接着テープを押し、ホルダの金属クランプで固定します。 </li></ol> 3.手術<ol><li>電気生理学的記録には、麻酔のためにウレタン（CAUTION）を使用する。 注意：ウレタンは有毒で発癌性があります。したがって、物質の製造者が指定した安全規則およびデータシートに常に従ってください。 </li><li> 0.9％NaCl生理食塩水中に200mg / mLウレタンの溶液を調製する。 </li><li> 1.3 g / kg体重のウレタンを腹腔内（IP）投与する。ラット系統によっては、麻酔の安全性を高めるために、注射の間に15分の間隔をおいて用量を2回に分けて投与することが妥当であろう。 </li><li> pを使って麻酔の深さを確認するエダム撤退反射および他の適切な反射が含まれる。麻酔が手術を行うのに十分な深さでない場合は、0.15g / kg体重のウレタンIPを注入し、さらに15分間待つ。 </li><li>角膜脱水を防ぐために眼軟膏を塗布する。 </li><li>麻酔中の呼吸数とペダルの逃避反射を常に監視します。手術中に生理的な体温が維持されるように温度コントロール付きの小さな動物の加熱パッドを使用してください。電気生理学的記録を開始する前に、非電気的代替物（ 例えば 、酢酸ナトリウムヘッドパッド）に変更する。 </li><li>清潔な手術野を達成するために、頭の背側に沿って毛皮を剃ってください。適切な外科用消毒剤で切開部位周辺を消毒する。定位枠で動物を固定する。 </li><li>メスで頭皮の矢状方向に2cmの長さの切開を行う。メスを使用して、頭蓋骨髄膜炎をわずかに掻き取り、頭蓋骨を消毒する。共同使用トントンの芽は、残りの組織を除去するために3％H 2 O 2に浸した。 </li><li>必要に応じて、電気か赤外線サーモスタットを使用して出血を制御してください。出血が1-2分後に自発的に止まり、頭蓋骨を見つけられない場合は、頭蓋骨および皮下脂肪からの出血を止める。 </li><li>頭が平らな頭蓋骨の位置になるまで切歯棒を調整します。これは、定位基準点としてのブレグマとラムダが同じ平面にあることを意味します。これは、高い外科手術精度を達成するために最も重要である。標準的な定位固定ラットアライメントツールを使用し、指定された先端を微視的視力下でブレグマに較正し、ツール上のブレグマおよびラムダの指定点が同時に頭蓋骨に接触するまで切頭を調節する。 注：一方の側からの光が他の側からの光で照らされると、この状態を判断するのに役立ちます。あるいは、精密カニューレを用いて定位ホルダーを取り、ブレグマの背側座標を測定する。顕微鏡下でのラムダ。ブレグマとラムダの背側座標が同じになるまで、前歯バーを調整する。 </li><li>カニューレ付きの定位固定ホルダーを使用し、ブレグマに較正し、頭蓋骨のすべてのドリル穴の位置を計算します。定位固定ホルダーを使用して、頭蓋骨を注意深く引っ掻くか、外科用カラーマーカーを使用して、穴あけする穴の位置をマークします。これに対する座標はターゲットに依存し、ブレグマを参照する座標は、小脳参照電極の示唆された座標を含む、 表1のハイパーダイレクト経路について与えられる。 </li><li>マイクロドリルを使用して、すべての穴を慎重にドリルします。 STNとSNrについては、一般的な穴（約2 mm×3 mmのサイズ）を穿孔します。他のすべてのドリル穴は、約1 mmの直径を持つ必要があります。 </li><li> 2つの微細なカニューレ（少なくとも27G）を持ち、硬い表面またはピンセットを使用して、その先端を曲げて鉤状の形状を形成します。これらを使用してdebriを削除しますsをドリル穴から取り出し、共通のSTN / SNr穴の硬膜を注意深く切断して取り除きます。 </li><li>生理食塩水でドリル穴を洗い流す。脳と硬膜が乾燥しないように、ドリルホールに生理食塩水を15分ごとに滴下します。 </li><li>マイクロドリルと適合するステンレススチール製のマイクロスクリュー（ 例えば 、M 1.2 mm x 2 mmスクリュー）を取り、小脳の上の参照硬膜外電極のドリル穴の間のマイクロスクリューに穴とねじを穿孔し、 M1硬膜外電極。 </li><li>参照電極とM1電極のためのドリル穴に自己構築Ag / AgCl硬膜外電極をスライドさせる。細いピンセットで電極先端をガイドし、ドリル穴に頭蓋骨の真下にそれをスライドさせます。 </li><li>両方の硬膜外電極を2成分の歯科用アクリルで固定する。ブレグマ点を覆わず、共通のSTN / SNrの穴にも影響しないように注意してください。 </li><li>タングステンマイクロワイヤ電極を備えた準備されたホルダーを挿入するesを定位フレームに挿入する。 </li><li> STNを標的とするための最も腹側の電極をブレグマに較正する。一般的なSTN / SNrホールの上に計算された位置に調整し、顕微鏡視力下で脳に電極を下ろします。タングステンマイクロワイヤ電極が脳内をスムーズに通過することを確認してください。 </li></ol> 4.電気生理学的マッピングと記録注：このステップでは、ファラデーケージおよびオンラインフィルタリングおよびオンラインスパイクソートが可能な記録ソフトウェアを備えたマルチチャネル電気生理学的記録システムが必要です。好ましくは、動物の頭の近くに配置されたプリアンプと連動して、電気ノイズおよびアーチファクトを最小限に抑えるシステムを使用する。タングステンマイクロワイヤ電極の他に、少なくとも1つの硬膜外電極および1つの参照電極が、超指向性経路の記録を行うために必要である。硬膜外および参照系を挿入することが推奨される電極が互いに接触することなく対をなすようにすることにより、誤動作の場合に役立ち、データ解析において異なるタイプの参照を可能にする。 <ol><li>定位フレームの上にモバイルファラデーケージを置く。固定式ファラデーケージのみが使用できる場合は、注意深く定位フレームをファラデーケージに移動し、脳の深部の電極が定位フレームが最終位置に来るまで脳内に落とさないように注意してください。 </li><li>電極を電気生理学的セットアップのヘッドステージに接続します。参照電極が適切な参照チャネルに接続されていることを確認します。 </li><li>レコーディングソフトウェアを設定します：バンドパスフィルタ（0.05〜8,000 Hz）と生データ信号を増幅（1,500〜2,000倍のゲイン）します。適切な設定（LFPにはバンドパスフィルタ0.05〜250 Hz、MUAにはバンドパスフィルタ300-8,000 Hz）を使用して、オンラインLFPおよびスパイクフィルタを使用します。すべてのフィルターについては、バターワース型フィルターを使用してください。 </li><li>該当する場合は、onlinにスパイクしきい値を設定します電子スパイクソート。ほとんどのレコーディングソフトウェアは、信号がソフトウェアによってスパイクとしてマークされる振幅値であるスパイクしきい値の設定を可能にします。この閾値は、フィルタリングされたスパイク信号の平均振幅のファクタまたは標準偏差として数学的に決定することができ、または好ましくは、データセグメントを500ms未満の目視検査によって決定し、グラフィカルユーザーインターフェース。 注記：スパイク閾値を設定する意図は、現在記録されているニューロンの数とそのスパイクがどのように形成されているかに関する情報を提供するために、スパイクとソート単位をカウントすることです。 </li><li>タングステンマイクロワイヤ電極をターゲットの背部1mmまでゆっくりと下降させます。これはハイパーダイレクト経路のSTNです。必要に応じて信号が安定するのを待ちます。 </li><li>電気生理学的マッピングのために、100μmのステップで電極を腹側に前進させる。各ステップで、発射パターンを評価し、発射rスパイクの食べ物と形。 図2の典型的な例と比較してください。一般に、密度の高い核は、いくつかの背側ステップにわたって高速かつ連続的にスパイクするが、繊維に富む構造は、その後の腹側ステップでは、発火率が低く、均一なスパイク活動が少ない。 </li><li>ハイパーダイレクト経路では、最も腹側の電極がSTNの内側にあることを確認してください。 注：Zona incertaの腹側でMUAのかなりの増加が検出されると、STNに達します。 STNの腹側では、電極が内部カプセルに到達したためにスパイクがほぼ完全に止まります。最も腹側の電極がSTNにあるとき、タングステン微小電極の構成は、後方の第2の電極がSNr内にあることを保証する。 STNとSNrの典型的なMUAを同時に記録するには、少しずつ微調整する必要があります。 MUAの頻度は、実際に記録されたニューロンの数および脳のレベルに依存することに留意されたい活性化。 </li><li>電極が所望の構造になったら、オンラインフィルタリングとスパイクソートを設定し（ 図4参照）、データの記録を開始します。 LFP記録で識別できる異なる皮質同期状態の典型的な例を図3に示す。 </li></ol> 5.実験の終了<ol><li>記録が終わったら、電極をゆっくりと脳から持ち上げ、生理食塩水で瞬時に洗い流します。電極は、徹底した洗浄および目視検査の後で再使用することができる。放電電極を曲げる。 </li><li>過量のウレタン（2.5g / kg体重）のIP注射によって動物を安楽死させる。 注記：ウレタンは最終的な手順にのみ使用してください。 </li><li>電極の位置または他の組織学的染色手順の組織学的検証が必要な場合は、頭蓋骨から脳を取り出し、適切に組織。 注：目的の染色方法によっては、経心筋灌流が必要な場合があります。電極位置の死後検証のために、標準的なNissl染色では、ほとんどの場合、 例えば冠状脳切片における電極軌道を視覚化するのに十分である。組織学的標的検証を容易にするさらなるアプローチには、記録電極を介して電流を印加することによって、または電極挿入の前に生体適合性染料を適用することによって、電気的に誘導された病変を脳組織に使用することが含まれる16,17 。 </li></ol>

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	<li>Lozano, A. M., Lipsman, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Probing+and+regulating+dysfunctional+circuits+using+deep+brain+stimulation.">Probing and regulating dysfunctional circuits using deep brain stimulation.</a> Neuron. 77 (3), 406-424 (2013).</li><li>Mathalon, D. H., Sohal, V. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neural+Oscillations+and+Synchrony+in+Brain+Dysfunction+and+Neuropsychiatric+Disorders:+It's+About+Time.">Neural Oscillations and Synchrony in Brain Dysfunction and Neuropsychiatric Disorders: It's About Time.</a> JAMA Psychiatry. 72 (8), 840-844 (2015).</li><li>Uhlhaas, P. J., Singer, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neuronal+dynamics+and+neuropsychiatric+disorders:+toward+a+translational+paradigm+for+dysfunctional+large-scale+networks.">Neuronal dynamics and neuropsychiatric disorders: toward a translational paradigm for dysfunctional large-scale networks.</a> Neuron. 75 (6), 963-980 (2012).</li><li>Buzsaki, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Large-scale+recording+of+neuronal+ensembles.">Large-scale recording of neuronal ensembles.</a> Nat Neurosci. 7 (5), 446-451 (2004).</li><li>Buzsaki, G., Anastassiou, C. A., Koch, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+origin+of+extracellular+fields+and+currents--EEG,+ECoG,+LFP+and+spikes.">The origin of extracellular fields and currents--EEG, ECoG, LFP and spikes.</a> Nat Rev Neurosci. 13 (6), 407-420 (2012).</li><li>Brazhnik, E., Novikov, N., McCoy, A. J., Cruz, A. V., Walters, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+correlates+of+exaggerated+oscillatory+activity+in+basal+ganglia+output+in+hemiparkinsonian+rats.">Functional correlates of exaggerated oscillatory activity in basal ganglia output in hemiparkinsonian rats.</a> Exp Neurol. 261, 563-577 (2014).</li><li>Avila, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Beta+frequency+synchronization+in+basal+ganglia+output+during+rest+and+walk+in+a+hemiparkinsonian+rat.">Beta frequency synchronization in basal ganglia output during rest and walk in a hemiparkinsonian rat.</a> Exp Neurol. 221 (2), 307-319 (2010).</li><li>Javor-Duray, B. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Early-onset+cortico-cortical+synchronization+in+the+hemiparkinsonian+rat+model.">Early-onset cortico-cortical synchronization in the hemiparkinsonian rat model.</a> J Neurophysiol. 113 (3), 925-936 (2015).</li><li>Beck, M. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Short-+and+long-term+dopamine+depletion+causes+enhanced+beta+oscillations+in+the+cortico-basal+ganglia+loop+of+parkinsonian+rats.">Short- and long-term dopamine depletion causes enhanced beta oscillations in the cortico-basal ganglia loop of parkinsonian rats.</a> Exp Neurol. 286, 124-136 (2016).</li><li>Magill, P. J., Bolam, J. P., Bevan, M. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Relationship+of+activity+in+the+subthalamic+nucleus-globus+pallidus+network+to+cortical+electroencephalogram.">Relationship of activity in the subthalamic nucleus-globus pallidus network to cortical electroencephalogram.</a> J Neurosci. 20 (2), 820-833 (2000).</li><li>Magill, P. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Changes+in+functional+connectivity+within+the+rat+striatopallidal+axis+during+global+brain+activation+in+vivo.">Changes in functional connectivity within the rat striatopallidal axis during global brain activation in vivo.</a> J Neurosci. 26 (23), 6318-6329 (2006).</li><li>Brown, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Abnormal+oscillatory+synchronisation+in+the+motor+system+leads+to+impaired+movement.">Abnormal oscillatory synchronisation in the motor system leads to impaired movement.</a> Curr Opin Neurobiol. 17 (6), 656-664 (2007).</li><li>Stein, E., Bar-Gad, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=beta+oscillations+in+the+cortico-basal+ganglia+loop+during+parkinsonism.">beta oscillations in the cortico-basal ganglia loop during parkinsonism.</a> Exp Neurol. 245, 52-59 (2013).</li><li>Little, S., Brown, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=What+brain+signals+are+suitable+for+feedback+control+of+deep+brain+stimulation+in+Parkinson's+disease?.">What brain signals are suitable for feedback control of deep brain stimulation in Parkinson's disease?.</a> Ann N Y Acad Sci. 1265, 9-24 (2012).</li><li>Priori, A., Foffani, G., Rossi, L., Marceglia, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Adaptive+deep+brain+stimulation+(aDBS)+controlled+by+local+field+potential+oscillations.">Adaptive deep brain stimulation (aDBS) controlled by local field potential oscillations.</a> Exp Neurol. , 77-86 (2013).</li><li>Brozoski, T. J., Caspary, D. M., Bauer, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Marking+multi-channel+silicon-substrate+electrode+recording+sites+using+radiofrequency+lesions.">Marking multi-channel silicon-substrate electrode recording sites using radiofrequency lesions.</a> J Neurosci Methods. 150 (2), 185-191 (2006).</li><li>Schjetnan, A. G., Luczak, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recording+large-scale+neuronal+ensembles+with+silicon+probes+in+the+anesthetized+rat.">Recording large-scale neuronal ensembles with silicon probes in the anesthetized rat.</a> J Vis Exp. (56), (2011).</li><li>Mallet, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Disrupted+dopamine+transmission+and+the+emergence+of+exaggerated+beta+oscillations+in+subthalamic+nucleus+and+cerebral+cortex.">Disrupted dopamine transmission and the emergence of exaggerated beta oscillations in subthalamic nucleus and cerebral cortex.</a> J Neurosci. 28 (18), 4795-4806 (2008).</li><li>Steriade, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Corticothalamic+resonance,+states+of+vigilance+and+mentation.">Corticothalamic resonance, states of vigilance and mentation.</a> Neuroscience. 101 (2), 243-276 (2000).</li><li>Maesawa, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Long-term+stimulation+of+the+subthalamic+nucleus+in+hemiparkinsonian+rats:+neuroprotection+of+dopaminergic+neurons.">Long-term stimulation of the subthalamic nucleus in hemiparkinsonian rats: neuroprotection of dopaminergic neurons.</a> J Neurosurg. 100 (4), 679-687 (2004).</li><li>Paxinos, G., Watson, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The Rat Brain in Stereotaxic Coordinates. , (1998).</li><li>Oliveira, L. M. O., Dimitrov, D., Nicolelis, M. A. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Methods for Neural Ensemble Recordings Frontiers in Neuroscience. , (2008).</li><li>Torres, E. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Increased+efficacy+of+the+6-hydroxydopamine+lesion+of+the+median+forebrain+bundle+in+small+rats,+by+modification+of+the+stereotaxic+coordinates.">Increased efficacy of the 6-hydroxydopamine lesion of the median forebrain bundle in small rats, by modification of the stereotaxic coordinates.</a> J Neurosci Methods. 200 (1), 29-35 (2011).</li><li>Hadar, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rats+overexpressing+the+dopamine+transporter+display+behavioral+and+neurobiological+abnormalities+with+relevance+to+repetitive+disorders.">Rats overexpressing the dopamine transporter display behavioral and neurobiological abnormalities with relevance to repetitive disorders.</a> Sci Rep. 6, 39145 (2016).</li><li>Parr-Brownlie, L. C., Poloskey, S. L., Bergstrom, D. A., Walters, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Parafascicular+thalamic+nucleus+activity+in+a+rat+model+of+Parkinson's+disease.">Parafascicular thalamic nucleus activity in a rat model of Parkinson's disease.</a> Exp Neurol. 217 (2), 269-281 (2009).</li><li>Steriade, M., Nunez, A., Amzica, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+novel+slow+(&lt;+1+Hz)+oscillation+of+neocortical+neurons+in+vivo:+depolarizing+and+hyperpolarizing+components.">A novel slow (&lt; 1 Hz) oscillation of neocortical neurons in vivo: depolarizing and hyperpolarizing components.</a> J Neurosci. 13 (8), 3252-3265 (1993).</li><li>Maggi, C. A., Meli, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Suitability+of+urethane+anesthesia+for+physiopharmacological+investigations+in+various+systems.+Part+1:+General+considerations.">Suitability of urethane anesthesia for physiopharmacological investigations in various systems. Part 1: General considerations.</a> Experientia. 42 (2), 109-114 (1986).</li><li>Goldberg, J. A., Kats, S. S., Jaeger, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Globus+pallidus+discharge+is+coincident+with+striatal+activity+during+global+slow+wave+activity+in+the+rat.">Globus pallidus discharge is coincident with striatal activity during global slow wave activity in the rat.</a> J Neurosci. 23 (31), 10058-10063 (2003).</li><li>Karain, B., Xu, D., Bellone, J. A., Hartman, R. E., Shi, W. X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rat+globus+pallidus+neurons:+functional+classification+and+effects+of+dopamine+depletion.">Rat globus pallidus neurons: functional classification and effects of dopamine depletion.</a> Synapse. 69 (1), 41-51 (2015).</li><li>Paasonen, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+seven+different+anesthesia+protocols+for+nicotine+pharmacologic+magnetic+resonance+imaging+in+rat.">Comparison of seven different anesthesia protocols for nicotine pharmacologic magnetic resonance imaging in rat.</a> Eur Neuropsychopharmacol. 26 (3), 518-531 (2016).</li><li>Mahmud, M., Vassanelli, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Processing+and+Analysis+of+Multichannel+Extracellular+Neuronal+Signals:+State-of-the-Art+and+Challenges.">Processing and Analysis of Multichannel Extracellular Neuronal Signals: State-of-the-Art and Challenges.</a> Front Neurosci. 10, 248 (2016).</li><li>Hadar, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Altered+neural+oscillations+and+elevated+dopamine+levels+in+the+reward+pathway+during+alcohol+relapse.">Altered neural oscillations and elevated dopamine levels in the reward pathway during alcohol relapse.</a> Behav Brain Res. 316, 131-135 (2017).</li><li>Voget, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Altered+local+field+potential+activity+and+serotonergic+neurotransmission+are+further+characteristics+of+the+Flinders+sensitive+line+rat+model+of+depression.">Altered local field potential activity and serotonergic neurotransmission are further characteristics of the Flinders sensitive line rat model of depression.</a> Behav Brain Res. 291, 299-305 (2015).</li></ol>

著者は何も開示することはない。

本研究では、この方法は、齧歯類のSTNおよびSNrとM1とを連結するハイパーダイレクト大脳基底核節経路の例を用いて、所定のネットワークの複数の部位から同時に細胞外電気生理学的シグナルを記録する方法を示す。 STNのような小さな皮質構造の記録における重要なステップは、記録電極をターゲットに正確に誘導して挿入することである。提示された方法では、2つの重要なステップを考慮して、高い精度のターゲティングを保証する。脳に電極が導入される前に定位装置で動物を準備するときは、頭蓋骨が「平らな頭蓋骨」位置22に来ることを確認することが絶対に必須である。平らな頭蓋骨の位置を達成するために、定位フレームの前歯バーの位置は、ブレグマ及びラムダ参照点の高さo頭蓋骨は同じ背平面21にある 。この位置を保証することによってのみ、定位アトラスに見られる座標は、平坦な頭蓋骨の位置21に基づいているので、個々の実験動物に高精度で適用することができる。また、実験的な証拠は、個別化された平坦な頭蓋骨の位置を使用する標的化の精度が、切頭筋23の固定された調整よりも優れていることを証明する。 dorsoventral平面内の記録電極の位置は、常に複数ユニットの活動を登録することによって微調整する必要があります。電極の軌道に沿った異なる核および白質構造は、特徴的な発火パターン（ 図2 ）を示し、電極9,20の位置を再調整するために使用することができる。 提示された方法のもう1つの重要なステップは、r基準電極。提示されたプロトコルでは、この時点で参照電極が研究の中心点である大脳皮質基底核活動を検出しないため、小脳皮質の上の位置が選択された。容積伝導の影響を受けやすい分析方法への関心がある研究では、より局所的な参照が好まれるべきである5 。 ウレタンは、動物研究におけるニューロンの細胞外電位の記録のために広く使用されている麻酔薬である11,18,24,25,26。その理由は、ウレタンの単回投与は、他の麻酔薬と比較して中枢神経系活動の限られた抑鬱のみで、8〜12時間安定で持続的な麻酔薬を産生することができるからである27 。しかしながら、ウレタン麻酔aはまた、交感神経系を活性化し、 例えば高血糖などの望ましくない副作用を引き起こす可能性がある27 。長時間持続する作用およ​​びその麻酔効果に拮抗する強力な薬物の欠如のために、数時間または数日で隔てられた繰り返し実験にはウレタンを使用すべきではない。同じ動物で複数の記録セッションを予定している場合、またはウレタンを使用しない技術的な理由がある場合は、イソフルランでガス麻酔を行い、ケタミンやキシラジンなどの薬物注射は、電気生理学的インビボ実験28 、 29 。これらの麻薬レジームの欠点は、それらの半減期が短く、薬物の経時的蓄積に起因して、ウレタンの使用よりも頻繁な監視および調整が必要であることである。さらに、ウレタンは生理学的なbにあまり干渉しないという証拠がある<html>他の麻酔薬より雨の活動30 。 ここでの詳細な記録条件は、取得したデータをさらに処理してオフラインで分析する方法を決定するため、すべての設定を計画された分析ステップの要件に合わせることが必須です。多チャンネル細胞外記録の解析には多くのオプションがあるため、利用可能なオープンソースのツールボックスを使用することが有利になる31 。 インビボでの細胞外電位の記録は、機能的磁気共鳴画像法およびカルシウムイメージング5などの他の方法より優れた、脳信号の固有の時間的および空間的分解能を提供する方法である。提示された方法は、ハイパーダイレクト経路の記録に適用することができるだけでなく、様々な他の実験モデルおよび研究課題に容易に調整することができるしかし、それは定位手術を伴うため、適用できない非侵襲的方法を選択すべきである多くの研究設定が存在する。 将来、新たな治療法を見つけるために、神経精神医学的疾患の根底にある網膜機能不全の理解をさらに高めるために、提示された細胞外マルチサイト記録技術とオプソジェネティックツールとの組み合わせを実現する必要がある。

パーキンソン病（PD）および統合失調症などの異なる神経精神障害に関する最近の累積的証拠は、それらの病態生理が、しばしば皮質および皮質下構造1,2,3を含む拡張された神経回路の重大な機能不全に基づくことを強く示唆する。この理論によれば、疾患の臨床症状は、単一細胞または特定の神経細胞要素1,2,3の代わりに、細胞のネットワークの情報処理能力の障害の結果として生じる。神経精神医学的疾患のこの複雑な群の理解を高め、新しい治療法を見つけるためには、ヒト患者および動物モデルにおけるこれらの無秩序なネットワークの神経動態を詳細に特徴づけることが必須である。優れた生存者の大規模ネットワークを研究するための方法は、細胞外電位のマルチサイト電気生理学的記録である4 。この方法を使用すると、シナプス電位5によって生成される、興奮性および抑制性のシナプス後電流およびマルチユニット活性（MUA）の時間的総和を主に表す局所電場電位（LFP）を同時に評価することが可能である5 。細胞外ポテンシャルの記録は、機能的磁気共鳴イメージングやカルシウムイメージングなどのネットワークを研究する代替方法に比べて時間的および空間的分解能が高く、遺伝子操作された生物に依存しないためいくつかの利点があります5 。しかし、細胞外インビボ記録の使用は、普遍的に適用することができない侵襲的技術であるため、限られている。 インビボ電気生理学的記録麻酔した動物だけでなく、目を覚ましても発作を行うことができる6 。どちらの方法も特定の賛否両論を伴います。目覚めた動物の研究は、定義された行動課題の実行中に脳信号を記録することを可能にするが、運動関連および他の人工物に罹りやすい7,8 。一方、麻酔動物での記録は、高度に定義された皮質の同期状態で最小限のアーチファクトを伴うLFPおよびMUAを評価する機会を提供するが、結果はまた、覚醒した被験者9,10,11 において見いだされるものとある程度異なる。 近年、LFPのサンプリングは、ネットワーク活動の病理学的変化を描写するために特に有用であることが実証されている。その顕著な例は、ヒト患者におけるPDの病態生理学に関する研究である皮質基底核節におけるβ振動の増強がパーキンソン病運動症状に関連していることが示された12,13）。この研究の結果、ベータ振動が閉ループ深部脳刺激のためのオンラインフィードバックバイオマーカーとして使用できるかどうかが現在研究されている14,15 。 本研究では、ウレタンで麻酔したラットのLFPおよびMUAの急性多部位インビボ電気生理学的記録の詳細な説明を提供する。ハイパーダイレクトの皮質 - 基底核節経路などの完全なネットワークが、標準およびカスタマイズされた電極を使用して電気生理学的に特徴付けられる方法、およびそれらの電極を構築する方法を実証する。基底核核の正確な標的化がどのようにして共役によって達成され得るかが特に強調されるMUAのオンライン登録と一緒に定位手術を行う。

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Ag/AgCl custom epidural electrodes</td>
			<td>Goodfellow GmbH 
			D-61213 Bad Nauheim, Germany 
			info@goodfellow.com</td>
			<td>Product-ID AG005127 for 99.99% silver wire</td>
			<td>Ag/AgCl electrodes will allow for better signal quality, but may only be used in acute experiments. Possible replacement: Stainless steel electrodes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stereotaxic holder with acrylic block</td>
			<td>David Kopf Instruments, 
			7324 Elmo Street, Tujunga, CA 91042, USA</td>
			<td>Product ID Model 1770 Standard Electrode Holder</td>
			<td>Make sure the acrylic block has recesses which suit the electrode setup for the desired target. Acrylic blocks can easily be modified with a file to obtain the desired configuration. Possible replacement: Self-constructed electrode holders</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tungsten microwire electrodes 1.5 M&#937; impedance</td>
			<td>Microprobes.com 
			18247-D Flower Hill Way&#160; Gaithersburg, Maryland, 20879 USA</td>
			<td>Product-ID WE3ST31.5A5-250um</td>
			<td>The 1.5 M&#937; is necessary to record MUA and LFP at the same time. Possible replacement: Microelectrodes of different materials can be used. The electrodes have to be straight, robust and as thin as possible.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rat alignment tool</td>
			<td>David Kopf Instruments, 
			7324 Elmo Street, Tujunga, CA 91042, USA</td>
			<td>Product ID Model 944 Rat Alignment Tool</td>
			<td>Allows the exact orientation of the brain to match stereotaxic atlases. Possible replacement: Stereotaxic holder with a cannula</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Two-component dental acrylic</td>
			<td>Associated Dental Products Ltd. 
			Kemdent Works, Purton, Swindon 
			Wiltshire, SN5 4HT, United Kingdom</td>
			<td>Simplex Rapid Powder Clear 225g, Product code: ACR803; Simplex Rapid Liquid 150ml, Product code: ACR920</td>
			<td>Depending in the electrodes used, superglue might be an easy alternative, if the electrodes are small and lightweight. Possible replacement: Superglue (Cyanacrylate-based)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Faraday cage</td>
			<td>Self-construction</td>
			<td></td>
			<td>A proper Faraday cage will be the best protection from electromagnetic artifacts, but everything which can be formed into a box shape or applied to a frame and is made of conductive material may help. Possible replacement: Aluminum foil or copper mesh</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electrophysiological setup with recording software and online spike-sorting capabilities</td>
			<td>OmniPlex&#174; Neural Data Acquisition System 
			Plexon Inc 
			6500 Greenville Avenue, Suite 700 
			Dallas, Texas 75206 
			USA</td>
			<td></td>
			<td>Offline sorting software is a potential alternative, multiple scripts and softwares can be found for free in the open source community.</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

acute in vivo electrophysiological recordings of local field potentials and multi-unit activity from the hyperdirect pathway in anesthetized rats

収斂する証拠は、多くの神経精神病が大規模なニューロンネットワークの障害として理解されるべきであることを示している。これらの疾患の病態生理学的基礎をよりよく理解するためには、回路の異なる神経部分の間で情報の処理がどのように妨害されるかを正確に特徴付けることが必要である。細胞外in vivo電気生理学的記録を用いて、ニューロンネットワーク内のニューロン活動を正確に描写することが可能である。この方法の応用は、機能的磁気共鳴イメージングおよびカルシウムイメージングなどの代替技術に比べて、固有の時間的および空間的分解能を可能にし、遺伝子操作された生物に依存しないため、いくつかの利点を有する。しかし、細胞外インビボ記録の使用は、普遍的に適用することができない侵襲的技術であるため、限られている。この記事では、シンプルで使いやすいメソッドが紹介されています。ネットワークの複数の部位で、局所的な場電位およびマルチユニット活動のような細胞外電位を同時に記録することが可能である。定位手術とマルチユニット記録のオンライン分析を組み合わせて、どのようにして皮質核の正確な標的設定を達成することができるかについて詳述しています。従って、ハイパーダイレクトコルチコ - 基底核節のような完全なネットワークがインビボで麻酔された動物においてどのように研究され得るかが実証される 。

本明細書で使用される記録電極では、STNおよびSNrから一次運動皮質、視床下部核および黒質線維網およびMUAからLFPを採取することが可能である。最初に、LFPと複数ユニットのアクティビティは、広帯域信号で一緒に記録されます。その後、LFPとMUAは帯域通過フィルタ（LFPの場合は0.05〜250 Hz、MUAの場合は300〜4000 Hz）で分離されます。 皮質核、特にSTNのような小さな構造の正確な標的設定のためには、計画された定位座標をオンラインで記録されたMUA信号と整列させることが有利である。 STN特性をターゲットにした電極軌道に対して、MUAパターンを記録することができます（ 図2 ）9,20。 分析の後のステップについては、主成分分析（ 図4 ）によって複数単位活動から単一単位を定義することが義務づけられることが多い。 M1からのLFP記録では、活性化状態（AS）および低速波活動（SWA）状態（ 図3 ）の2つの自然に交互する皮質の同期状態が確認され得る18,19 。 SWA状態は約1Hzの高振幅低速振動によって支配されるが、ASは低振幅でより速い振動を特徴とする（ 図3 ）。 <img alt="図1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55940/55940fig1.jpg" /> 図1：標準的な定位固定ホルダーの深い脳マイクロワイヤー電極のセットアップ。電極間の先端の分離に注意してください。STN、およびBの場合、背側方向のSNrのための電極対は、およそ200μmの前後方向を有する。 2mm。 <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55940/55940fig1large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を見るには、ここをクリックしてください。</a> <img alt="図2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55940/55940fig2.jpg" /> 図2：STNを対象とした体外電極軌道からの特徴的な多単位活動。 （ A ）腹側後内視鏡核（VPM）、zona incerta（ZI）、視床下部核（STN）および網膜黒質（SNr）の多単位記録。 VPMは、スパースで不規則な間隔の高い振幅スパイクを示します。このスパイクのパターンは、ZIに近づくと停止します。電極がSTNに入ると、中程度の振幅の短いバーストを伴う典型的な高周波発射パターンudeを観察することができる。 SNrは、その高い振幅および規則的な発射パターンによって識別することができる。 （ B）ラットの定位アトラス21からの画像に重ねられたSTN軌道。上部：冠状面。下部：矢状面。 VPMとZIを通る電極先​​端の通過に注意してください。 <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55940/55940fig2large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を見るには、ここをクリックしてください。</a> <img alt="図3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55940/55940fig3.jpg" /> 図3.ウレタン麻酔中の一次運動皮質からのLFP記録における皮質同期状態。 （ A ）一次運動野の代表的な600秒のLFP記録。活性化状態（i）に対応する高頻度、低振幅活性を有する期間、およびより遅いリズムおよび高期間を有する期間<html>低速波動状態（ii）に対応する振幅を微分することができる。 （ B ）（A）で提示されたLFPの0〜20Hz相対出力を示す、600秒間隔に対応する時間 - 周波数プロット。より温かみのある着色はより高い相対的パワーを示す。 <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55940/55940fig3large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を見るには、ここをクリックしてください。</a> <img alt="図4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55940/55940fig4.jpg" /> 図4：STNマルチユニット活動からの単一ユニットのソート （ A ）主成分分析後の特徴空間における単位クラスタの三次元図。各クラスタは、推定単一ユニットを表します。 （ B ）（A）のクラスタに対応するスパイク波形とスパイク波形平均。0fig4large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt;この図の拡大版を見るには、ここをクリックしてください。 <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td> ブレグマの座標 </td><td> STN </td><td> SNr </td><td> M1 </td><td> リファレンス1 </td><td> リファレンス2 </td></tr><tr><td>前部 - 後部</td><td> -3.6 </td><td> -4.8 </td><td> +3.0 </td><td> -10.0 </td><td> -10.0 </td></tr><tr><td>内側 - 外側</td><td> +2.5 </td><td> +2.5 </td><td> +3.0 </td><td> +3.0 </td><td> -3.0 </td></tr><tr><td>背腹</td><td> -8.0 </td><td>ナ</td><td>ナ</td><td>ナ</td><td>ナ</td></tr></tbody></table> 表1：Hyperdirect Coの録音のための定位座標rtico-basal Ganglia Pathway。すべての点は頭蓋骨上のブレグマ基準点からmm単位で測定されます。該当なし。

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

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

この研究では、方法論は、ウレタン麻酔下での超指向経路からのマルチサイトインビボ電気生理学的記録をどのように行うかについて提示されている。

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

acute-vivo-electrophysiological-recordings-local-field-potentials

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Neuroscience

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

15.5K ビュー.  Charité University Medicine Berlin. この研究では、方法論は、ウレタン麻酔下での超指向経路からのマルチサイトインビボ電気生理学的記録をどのように行うかについて提示されている。 

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

Electrophysiological Recordings from the Giant Fiber Pathway of D. melanogaster

When startled adult D. melanogaster react by jumping into the air and flying away. In many invertebrate species, including D. melanogaster, the "escape" (or "startle") response during the adult stage is mediated by the multi-component neuronal circuit called the Giant Fiber System (GFS). The comparative large size of the neurons, their distinctive morphology and simple connectivity make the GFS an attractive model system for studying neuronal circuitry. The GFS pathway is composed of two bilaterally symmetrical Giant Fiber (GF) interneurons whose axons descend from the brain along the midline into the thoracic ganglion via the cervical connective. In the mesothoracic neuromere (T2) of the ventral ganglia the GFs form electro-chemical synapses with 1) the large medial dendrite of the ipsilateral motorneuron (TTMn) which drives the tergotrochanteral muscle (TTM), the main extensor for the mesothoracic femur/leg, and 2) the contralateral peripherally synapsing interneuron (PSI) which in turn forms chemical (cholinergic) synapses with the motorneurons (DLMns) of the dorsal longitudinal muscles (DLMs), the wing depressors. The neuronal pathway(s) to the dorsovental muscles (DVMs), the wing elevators, has not yet been worked out (the DLMs and DVMs are known jointly as indirect flight muscles - they are not attached directly to the wings, but rather move the wings indirectly by distorting the nearby thoracic cuticle) (King and Wyman, 1980; Allen et al., 2006). The di-synaptic activation of the DLMs (via PSI) causes a small but important delay in the timing of the contraction of these muscles relative to the monosynaptic activation of TTM (~0.5 ms) allowing the TTMs to first extend the femur and propel the fly off the ground. The TTMs simultaneously stretch-activate the DLMs which in turn mutually stretch-activate the DVMs for the duration of the flight. The GF pathway can be activated either indirectly by applying a sensory (e.g."air-puff" or "lights-off") stimulus, or directly by a supra-threshold electrical stimulus to the brain (described here). In both cases, an action potential reaches the TTMs and DLMs solely via the GFs, PSIs, and TTM/DLM motoneurons, although the TTMns and DLMns do have other, as yet unidentified, sensory inputs. Measuring "latency response" (the time between the stimulation and muscle depolarization) and the "following to high frequency stimulation" (the number of successful responses to a certain number of high frequency stimuli) provides a way to reproducibly and quantitatively assess the functional status of the GFS components, including both central synapses (GF-TTMn, GF-PSI, PSI-DLMn) and the chemical (glutamatergic) neuromuscular junctions (TTMn-TTM and DLMn-DLM). It has been used to identify genes involved in central synapse formation and to assess CNS function.

Electrophysiological Recordings from the Giant Fiber Pathway of D. melanogaster

The Giant Fiber System is a simple neuronal circuit of adult Drosophila melanogaster containing the largest neurons in the fly. We describe the protocol for monitoring synaptic transmission through this pathway by recording post synaptic potentials in dorsal longitudinal (DLM) and tergotrochanteral (TTM) muscles following direct stimulation of the Giant Fiber interneurons.

の巨大線維経路からの電気生理学的記録 D.キイロ</em

When startled adult D. melanogaster react by jumping into the air and flying away. In many invertebrate species, including D. melanogaster, the "escape" ...

神経科学

Identification of Olfactory Volatiles using Gas Chromatography-Multi-unit Recordings (GCMR) in the Insect Antennal Lobe

All organisms inhabit a world full of sensory stimuli that determine their behavioral and physiological response to their environment. Olfaction is especially important in insects, which use their olfactory systems to respond to, and discriminate amongst, complex odor stimuli. These odors elicit behaviors that mediate processes such as reproduction and habitat selection1-3. Additionally, chemical sensing by insects mediates behaviors that are highly significant for agriculture and human health, including pollination4-6, herbivory of food crops7, and transmission of disease8,9. Identification of olfactory signals and their role in insect behavior is thus important for understanding both ecological processes and human food resources and well-being.
	To date, the identification of volatiles that drive insect behavior has been difficult and often tedious. Current techniques include gas chromatography-coupled electroantennogram recording (GC-EAG), and gas chromatography-coupled single sensillum recordings (GC-SSR)10-12. These techniques proved to be vital in the identification of bioactive compounds. We have developed a method that uses gas chromatography coupled to multi-channel electrophysiological recordings (termed 'GCMR') from neurons in the antennal lobe (AL; the insect's primary olfactory center)13,14. This state-of-the-art technique allows us to probe how odor information is represented in the insect brain. Moreover, because neural responses to odors at this level of olfactory processing are highly sensitive owing to the degree of convergence of the antenna's receptor neurons into AL neurons, AL recordings will allow the detection of active constituents of natural odors efficiently and with high sensitivity. Here we describe GCMR and give an example of its use.
	Several general steps are involved in the detection of bioactive volatiles and insect response. Volatiles first need to be collected from sources of interest (in this example we use flowers from the genus Mimulus (Phyrmaceae)) and characterized as needed using standard GC-MS techniques14-16. Insects are prepared for study using minimal dissection, after which a recording electrode is inserted into the antennal lobe and multi-channel neural recording begins. Post-processing of the neural data then reveals which particular odorants cause significant neural responses by the insect nervous system.
	Although the example we present here is specific to pollination studies, GCMR can be expanded to a wide range of study organisms and volatile sources. For instance, this method can be used in the identification of odorants attracting or repelling vector insects and crop pests. Moreover, GCMR can also be used to identify attractants for beneficial insects, such as pollinators. The technique may be expanded to non-insect subjects as well.

Identification of Olfactory Volatiles using Gas Chromatography-Multi-unit Recordings GCMR in the Insect Antennal Lobe

Olfactory cues mediate many different behaviors in insects, and are often complex mixtures comprised of tens to hundreds of volatile compounds. Using gas chromatography with multi-channel recording in the insect antennal lobe, we describe a method for the identification of bioactive compounds.

昆虫の触角葉でガスクロマトグラフィー - マルチユニットレコーディング（GCMR）を使用して、嗅覚揮発性物質の同定

All  organisms inhabit a world full of sensory stimuli that determine their  behavioral and physiological response to their environment. Olfaction is ...

Dual Electrophysiological Recordings of Synaptically-evoked Astroglial and Neuronal Responses in Acute Hippocampal Slices

Astrocytes form together with neurons tripartite synapses, where they integrate and modulate neuronal activity. Indeed, astrocytes sense neuronal inputs through activation of their ion channels and neurotransmitter receptors, and process information in part through activity-dependent release of gliotransmitters. Furthermore, astrocytes constitute the main uptake system for glutamate, contribute to potassium spatial buffering, as well as to GABA clearance. These cells therefore constantly monitor synaptic activity, and are thereby sensitive indicators for alterations in synaptically-released glutamate, GABA and extracellular potassium levels. Additionally, alterations in astroglial uptake activity or buffering capacity can have severe effects on neuronal functions, and might be overlooked when characterizing physiopathological situations or knockout mice. Dual recording of neuronal and astroglial activities is therefore an important method to study alterations in synaptic strength associated to concomitant changes in astroglial uptake and buffering capacities. Here we describe how to prepare hippocampal slices, how to identify stratum radiatum astrocytes, and how to record simultaneously neuronal and astroglial electrophysiological responses. Furthermore, we describe how to isolate pharmacologically the synaptically-evoked astroglial currents.

The preparation of acute brain slices from isolated hippocampi, as well as the simultaneous electrophysiological recordings of astrocytes and neurons in stratum radiatum during stimulation of schaffer collaterals is described. The pharmacological isolation of astroglial potassium and glutamate transporter currents is demonstrated.

急性海馬スライスにおけるシナプス誘発アストログリアとニューロン活動の二重の電気生理学的記録

Astrocytes form together with neurons tripartite synapses, where they integrate and modulate neuronal activity. Indeed, astrocytes sense neuronal inputs ...

Multi-unit Recording Methods to Characterize Neural Activity in the Locust (Schistocerca Americana) Olfactory Circuits

Detection and interpretation of olfactory cues are critical for the survival of many organisms. Remarkably, species across phyla have strikingly similar olfactory systems suggesting that the biological approach to chemical sensing has been optimized over evolutionary time1. In the insect olfactory system, odorants are transduced by olfactory receptor neurons (ORN) in the antenna, which convert chemical stimuli into trains of action potentials. Sensory input from the ORNs is then relayed to the antennal lobe (AL; a structure analogous to the vertebrate olfactory bulb). In the AL, neural representations for odors take the form of spatiotemporal firing patterns distributed across ensembles of principal neurons (PNs; also referred to as projection neurons)2,3. The AL output is subsequently processed by Kenyon cells (KCs) in the downstream mushroom body (MB), a structure associated with olfactory memory and learning4,5. Here, we present electrophysiological recording techniques to monitor odor-evoked neural responses in these olfactory circuits.
First, we present a single sensillum recording method to study odor-evoked responses at the level of populations of ORNs6,7. We discuss the use of saline filled sharpened glass pipettes as electrodes to extracellularly monitor ORN responses. Next, we present a method to extracellularly monitor PN responses using a commercial 16-channel electrode3. A similar approach using a custom-made 8-channel twisted wire tetrode is demonstrated for Kenyon cell recordings8. We provide details of our experimental setup and present representative recording traces for each of these techniques.

Multi-unit Recording Methods to Characterize Neural Activity in the Locust Schistocerca Americana Olfactory Circuits

We demonstrate variations of the extracellular multi-unit recording technique to characterize odor-evoked responses in the first three stages of the invertebrate olfactory pathway. These techniques can easily be adapted to examine ensemble activity in other neural systems as well.

ローカスの神経活動を特徴づけるためにマルチユニット記録方法（<em&gt; Schistocercaアメリカーナ</em&gt;）嗅覚回路

Detection and interpretation of olfactory cues are critical for the survival  of many organisms. Remarkably, species across phyla have strikingly similar ...

Electrophysiological and Morphological Characterization of Neuronal Microcircuits in Acute Brain Slices Using Paired Patch-Clamp Recordings

The combination of patch clamp recordings from two (or more) synaptically coupled neurons (paired recordings) in acute brain slice preparations with simultaneous intracellular biocytin filling allows a correlated analysis of their structural and functional properties. With this method it is possible to identify and characterize both pre- and postsynaptic neurons by their morphology and electrophysiological response pattern. Paired recordings allow studying the connectivity patterns between these neurons as well as the properties of both chemical and electrical synaptic transmission. Here, we give a step-by-step description of the procedures required to obtain reliable paired recordings together with an optimal recovery of the neuron morphology. We will describe how pairs of neurons connected via chemical synapses or gap junctions are identified in brain slice preparations. We will outline how neurons are reconstructed to obtain their 3D morphology of the dendritic and axonal domain and how synaptic contacts are identified and localized. We will also discuss the caveats and limitations of the paired recording technique, in particular those associated with dendritic and axonal truncations during the preparation of brain slices because these strongly affect connectivity estimates. However, because of the versatility of the paired recording approach it will remain a valuable tool in characterizing different aspects of synaptic transmission at identified neuronal microcircuits in the brain.

Patch-clamp recordings and simultaneous intracellular biocytin filling of synaptically coupled neurons in acute brain slices allow a correlated analysis of their structural and functional properties. The aim of this protocol is to describe the essential technical steps of electrophysiological recording from neuronal microcircuits and their subsequent morphological analysis.

急性脳スライスにおけるニューロンマイクロ回路の電気生理学的および形態学的特徴は、ペアパッチクランプ記録を使用して、

The combination of patch clamp recordings from two (or more) synaptically coupled neurons (paired recordings) in acute brain slice preparations with ...

Simultaneous Recording of Electroretinography and Visual Evoked Potentials in Anesthetized Rats

The electroretinogram (ERG) and visual evoked potential (VEP) are commonly used to assess the integrity of the visual pathway. The ERG measures the electrical responses of the retina to light stimulation, while the VEP measures the corresponding functional integrity of the visual pathways from the retina to the primary visual cortex following the same light event. The ERG waveform can be broken down into components that reflect responses from different retinal neuronal and glial cell classes. The early components of the VEP waveform represent the integrity of the optic nerve and higher cortical centers. These recordings can be conducted in isolation or together, depending on the application. The methodology described in this paper allows simultaneous assessment of retinal and cortical visual evoked electrophysiology from both eyes and both hemispheres. This is a useful way to more comprehensively assess retinal function and the upstream effects that changes in retinal function can have on visual evoked cortical function.

This protocol describes simultaneous measurement of electroretinogram and visual evoked potentials in anesthetized rats.

麻酔ラットにおける電図および視覚誘発電位の同時記録

The electroretinogram (ERG) and visual evoked potential (VEP) are commonly used to assess the integrity of the visual pathway. The ERG measures the ...

Simultaneous Recordings of Cortical Local Field Potentials, Electrocardiogram, Electromyogram, and Breathing Rhythm from a Freely Moving Rat

Monitoring the physiological dynamics of the brain and peripheral tissues is necessary for addressing a number of questions about how the brain controls body functions and internal organ rhythms when animals are exposed to emotional challenges and changes in their living environments. In general experiments, signals from different organs, such as the brain and the heart, are recorded by independent recording systems that require multiple recording devices and different procedures for processing the data files. This study describes a new method that can simultaneously monitor electrical biosignals, including tens of local field potentials in multiple brain regions, electrocardiograms that represent the cardiac rhythm, electromyograms that represent awake/sleep-related muscle contraction, and breathing signals, in a freely moving rat. The recording configuration of this method is based on a conventional micro-drive array for cortical local field potential recordings in which tens of electrodes are accommodated, and the signals obtained from these electrodes are integrated into a single electrical board mounted on the animal's head. Here, this recording system was improved so that signals from the peripheral organs are also transferred to an electrical interface board. In a single surgery, electrodes are first separately implanted into the appropriate body parts and the target brain areas. The open ends of all of these electrodes are then soldered to individual channels of the electrical board above the animal's head so that all of the signals can be integrated into the single electrical board. Connecting this board to a recording device allows for the collection of all of the signals into a single device, which reduces experimental costs and simplifies data processing, because all data can be handled in the same data file. This technique will aid the understanding of the neurophysiological correlates of the associations between central and peripheral organs.

This study introduces a method for the simultaneous recording of local field potentials in the brain, electrocardiograms, electromyograms, and breathing signals of a freely moving rat. This technique, which reduces experimental costs and simplifies data analysis, will contribute to the understanding of the interactions between the brain and peripheral organs.

皮質局所電界電位、心電図、筋電図、呼吸リズム自由行動ラットからの同時録音

Monitoring the physiological dynamics of the brain and peripheral tissues is necessary for addressing a number of questions about how the brain controls ...

Quantifying Acute Changes in Renal Sympathetic Nerve Activity in Response to Central Nervous System Manipulations in Anesthetized Rats

Renal sympathetic nerve activity (RSNA) and mean arterial pressure are important parameters in cardiovascular and autonomic research; however, there are limited resources directing scientists in the techniques for measuring and analyzing these variables. This protocol describes the methods for measuring RSNA and mean arterial pressure in anesthetized rats. The protocol also includes the approaches for accessing the brain during RSNA recordings for central nervous system (CNS) manipulations. The RSNA recording technique is compatible with pharmacologic, optogenetic, or electrical stimulation of the CNS. The approach is useful when an investigator will measure short-term (min to h) autonomic responses in non-survival experiments to correlate anatomically with CNS nuclei. The approach is not intended to be used to obtain chronic (survival) recordings of RSNA in rats. Discharges in RSNA, averaged rectified RSNA, and mean arterial pressure can be quantified and analyzed further using parametric statistical tests. Methods for obtaining venous access, recording mean arterial pressure telemetrically, and brain fixation for future histological analysis are also described in the article.

Methods for measuring sympathetic and cardiovascular responses to central nervous system (CNS) manipulations are important for advancing neuroscience. This protocol was developed to assist scientists with measuring and quantifying acute changes in renal sympathetic nerve activity (RSNA) in anesthetized rats (non-survival).

麻酔下ラットの中枢神経系の操作への応答での腎交感神経活動の急性変化の定量

Renal sympathetic nerve activity (RSNA) and mean arterial pressure are important parameters in cardiovascular and autonomic research; however, there are ...

Labeling and Imaging of Amyloid Plaques in Brain Tissue Using the Natural Polyphenol Curcumin

Deposition of amyloid beta protein (A&#946;) in extra- and intracellular spaces is one of the hallmark pathologies of Alzheimer&#39;s disease (AD). Therefore, detection of the presence of A&#946; in AD brain tissue is a valuable tool for developing new treatments to prevent the progression of AD. Several classical amyloid binding dyes, fluorochrome, imaging probes, and A&#946;-specific antibodies have been used to detect A&#946; histochemically in AD brain tissue. Use of these compounds for A&#946; detection is costly and time consuming. However, because of its intense fluorescent activity, high-affinity, and specificity for A&#946;, as well as structural similarities with traditional amyloid binding dyes, curcumin (Cur) is a promising candidate for labeling and imaging of A&#946; plaques in postmortem brain tissue. It is a natural polyphenol from the herb Curcuma longa. In the present study, Cur was used to histochemically label A&#946; plaques from both a genetic mouse model of 5x familial Alzheimer&#39;s disease (5xFAD) and from human AD tissue within a minute. The labeling capability of Cur was compared to conventional amyloid binding dyes, such as thioflavin-S (Thio-S), Congo red (CR), and Fluoro-jade C (FJC), as well as A&#946;-specific antibodies (6E10 and A11). We observed that Cur is the most inexpensive and quickest way to label and image A&#946; plaques when compared to these conventional dyes and is comparable to A&#946;-specific antibodies. In addition, Cur binds with most A&#946; species, such as oligomers and fibrils. Therefore, Cur could be used as the most cost-effective, simple, and quick fluorochrome detection agent for A&#946; plaques.

Curcumin is an ideal fluorophore for labeling and imaging of amyloid beta protein plaques in brain tissue due to its preferential binding to amyloid beta protein as well as its structural similarities with other traditional amyloid binding dyes. It can be used to label and image amyloid beta protein plaques more efficiently and inexpensively than traditional methods.

天然ポリフェノールクルクミンを用いた脳組織におけるアミロイドプラークの標識とイメージング

Deposition of amyloid beta protein (A&#946;) in extra- and intracellular spaces is one of the hallmark pathologies of Alzheimer&#39;s disease (AD). ...

Establishment of Acute Pontine Infarction in Rats by Electrical Stimulation

Pontine infarction is the most common stroke subtype in the posterior circulation, while there lacks a rodent model mimicking pontine infarction. Provided here is a protocol for successfully establishing a rat model of acute pontine infarction. Rats weighing about 250 g are used, and a probe with an insulated sheath is injected into the pons using a stereotaxic apparatus. A lesion is produced by the electrical stimulation with a single pulse. The Longa score, Berderson score, and beam balance test are used to assess neurological deficits. Additionally, the adhesive-removal somatosensory test is used to determine sensorimotor function, and the limb placement test is used to evaluate proprioception. MRI scans are then used to assess the infarction in vivo, and TTC staining is used to confirm the infarction in vitro. Here, a successful infarction is identified that is located in the anterolateral basis of the rostral pons. In conclusion, a new method is described to establish an acute pontine infarction rat model.

Presented here is a protocol for establishing acute pontine infarction in a rat model via electrical stimulation with a single pulse.

電気刺激によるラットにおける急性ポンチン梗塞の確立

Pontine infarction is the most common stroke subtype in the posterior circulation, while there lacks a rodent model mimicking pontine infarction. Provided ...