우리는 앤드류 Cripps과 유관 단위 독서 대학에 감사 하 고 싶습니다. 이 연구는 BBSRC에 의해 투자 되었다 (번호 부여: BB/K010123/1). 이 작업과 관련 된 데이터는 Y.Z. (ying.zheng@reading.ac.uk)에서 자유롭게 사용할 수 있습니다.

<ol>
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저자는 공개 없다.

우리는 isoflurane 마 취 쥐 수염 패드 자극에 대 한 응답에서의 공동 화 된 뇌 파 및 LFP 신호 동시 녹음에 대 한 실험 절차를 설명 했습니다. microelectrode는 두개골을 드릴 버 구멍 정렬 된 뇌 파 거미 전극에는 개방을 통해 피 질에 삽입 되었다. 전극에 전도성에 의해 두개골을 확보 했다 및 접착제 EEG 붙여넣기23. 전극 자극 수 삽입할 수염 패드에 쉽게 isoflurane의 관리에 사용 하는 코 콘을 수정 했다.
뇌 파 붙여넣기 붙여넣기의 추가 응용 프로그램에 대 한 필요 없이 실험 하루 전반에 걸쳐 우수한 전기 전도도 제공 하면서 안전 하 게 두개골, 거미 전극 장착에 효과적 이었습니다. 비 전도성 접착제 이며 두개골 전극 사이 실행 되 면 전극의 임피던스를 높일 수로 해골, 거미 전극의 주변을 해결 하기 위해 접착제의 바람직하지 않은 사용 대체. 뇌 파 붙여넣기 다양 한 뇌 파 젤 모양 버 구멍 주위에 어려운 이며 실험, 불 쌍 한 뇌 파 신호 인 동안 건조 수 있는 장점이 있다.
쥐 패러데이 새 장 안에 배치 했다, 환경으로 인해 전기 잡음 감쇠 크게 되었다. 그러나, 때로는 신경 신호가 했다 아직도 꽤 시끄러운. 대부분의 경우에서이 참조 전극 하지 안전 하 게 배치 하 고 따라서 다시 조정 필요 하거나 더 많은 뇌 파에 의해 발생 했다 붙여넣기 사용. 또 다른 일반적인 문제는 이었다 갖는 LFP 작은 진폭에서. 이것은 대뇌 피 질의 자극 전극에 의해 활성화의 중앙에 위치 하지 microelectrode 때문일 수 있었다. 다시 로컬 신경에 더 많은 손상을 일으킬 수, microelectrode를 삽입 하는 대신 우리가 일반적으로 조정 수염 패드에 자극 전극의 위치는 LFP의 합리적인 진폭까지 (> 3 mV) 관찰 될 수 있었다.
기술의 한계 중 하나는 6 m m의 직경을가지고 거미 전극의 빈약한 공간적 해상도입니다. 이것은 쥐의 두개골의 크기와 비교 된 큰 이다. 불행히도, 여기 사용 거미 전극은 작은 구입 가능. 그것은 2-4 m m 거미 전극의 직경을 감소 하는 것, 따라서 증가 하는 뇌 파 기록, EEG 신호는 supragranular 사이 비교를 만들기의 공간 특이성 LFP 덜 모호한 신호 것입니다.
프로토콜에 몇 가지 중요 한 단계는 특별 한 주의가 필요합니다. 첫 번째 버는 구멍을 통해 microelectrode의 삽입 이다. 경질 그대로 달리는, 삽입의 정밀도 중요 하다. 전극의 끝에 약간의 저항을 일반적으로 전극 제대로 배치 되지 의미 합니다. 그것은 발생 합니다, 위치를 조정 하 고 다시 삽입. 두 번째는 쥐에 코 콘의 위치입니다. 그것은 해야 되지 너무 느슨한 isoflurane 원뿔에서 탈출 한다. 그것은 또한 안 됩니다 너무 꽉이 쥐의 콧구멍을 방해 하 고 호흡 곤란을 일으킬 수 있습니다. 뇌 파 기록의 진폭은 훨씬 더 작은 수 있도록 특별 한 주의 필요 또한 (일반적으로 5 ~ 10 배 더 작은) LFP 최고 채널 녹음 보다. 그들은 유사한 경우에, 그것은 뇌 파 조사는 microelectrode와 직접 또는 간접 접촉으로 왔다 표시입니다. 간접 접촉은 일반적으로 뇌 척추 액체 (CSF) 때때로 구멍을 채우는 통해 뚫고 두개골에. CSF의 전도도 일반적으로 100 배 두개골24,25의. 따라서, 버 구멍 안에 CSF의 수준을 충분히 높은 경우에, 그것은 만들 수 있습니다 거미 전극과 접촉. 이 방지 하려면 구멍 슈퍼 흡수 성 목화 스폰지 같은 흡수 스피어스와 자주 청소 되어야 한다.
버 구멍의 효과 (직경 < 2 mm) 뇌 파에 두개골에 구멍을 둘러싼 기록 양측 뇌 파 기록을 비교할 수 있도록 ipsi 측면 배럴 피 위에 그대로 두개골에 다른 거미 전극 배치 하 여 공부 했다. 그림 9 와 그림 10에 표시 된 결과 효과 0.05 수준의 의미에 중요 한 수를 제안 합니다. 뇌 파의 진폭에 영향을 미치는 다른 요인 포함 얼마나 잘 뇌 파 붙여넣기 두개골, 전극에 붙여넣기, 누른 어떻게 회사 및 두개골에 뇌 파 붙여넣기의 공간적 범위와 접촉 했다.
참고 여기에 설명 된 프로토콜에서 두 피 뇌 파 인간의 뇌 파 연구에 사용 된 다른 두개골 뇌 파 기록 보람 이기도 합니다. 두 피는 저항 또는 추가 기록 하는 뇌 파의 신호 대 잡음 비율을 줄일 것입니다 낮은 패스 필터 처럼 작동 합니다.
마지막으로, 대뇌 피 질의 레이어에서 갖는 LFP의 ERP의 일시적인 역동성의 비교 somatosensory evoked 가능성 반영 보다는 세분화 된에 피 supragranular 레이어 및 infragranular 레이어 LFP 더 나은 것이 좋습니다. 이것은 우리의 이전 작품6, ERP의 초기 세그먼트 (P1)에 대 한 반환 현재는 흥분 성의 시 냅 스 전류 발생의 세분화 된 계층에서 후속 (감소 하는 동안 유입에서 발생 관련 시연 계약 N1) ERP에 관련이 있을 수 있습니다 thalamic 성의 외피를 레이어 II/III/피드 포워드 또는 신호 지연된 도착 더 깊은 대뇌 피 질의 층에서. 결론적으로, 뇌 파/LFP의 동시 녹음의 뇌 파, 신경 창세기의 이해 하 고 대뇌 피 질의 레이어에서 신경 신호에서 뇌 파의 수학적 모델링을 촉진 수 있습니다.

그것은 일반적으로 LFPs microelectrodes 통해 주로 기록 동기화 흥분 성의 억제 시 냅 스 활동 지역의 피라미드 신경 인구1,2,3 의 가중치 합을 반영 허용 , 4. 우리의 최근 연구 보여준 LFP 신호의 프로필 흥분 및 억제5,6의 구성 요소로 분리 될 수 있었다. 그러나, LFP는 일반적으로 침략 적 절차를 통해 측정 됩니다, 그것은 적합 하지 인간 두뇌의 대부분의 연구.
다른 한편으로, 뇌 파 두뇌의 전기적 활동을 측정 하기 위한 비 침범 성 기술 이다. 간 질, 신경 질병의 특정 유형에 대 한 진단 도구와 인간의 인지 연구에 연구 도구로 널리 사용 됩니다. 그것의 인기에도 불구 하 고 뇌 파의 주요 한계 그것의 임시 프로필 기본 신경 신호7,,89의 관점에서 정확 하 게 해석 하는 무 능력 이다.
점점, 뇌 파의 수학적 모델은 뇌 기능10,11,12,13,,1415의 이해를 개발 된다. 대부분 기존 뇌 파 모델의 피팅 주파수 도메인 특성 예측 모델의 자발적인 활동 하는 동안 뇌 파 데이터 스펙트럼을 출력에 따라 개발 되 고 거의 뇌 파 모델 현실적인 감각 갖는 잠재력을 생성할 수 있습니다. 이러한 맥락에서 뇌 파 및 LFP 동시 녹음 뇌 파의 보다 정확한 수학적 모델을 개발 하기 위한 중요 한 통찰력 및 제약 조건을 제공할 것입니다.
더 탐험의 뇌 파 신경 기원 동시 녹음에 대 한이 필요를 해결 하기 위해 우리는 동시에 마 취 쥐의 피 질에서 뇌 파와 멀티-층 류 LFP 신호를 기록 하는 방법론을 개발 했다. 설치 이전 동시 뇌 파/LFP 연구 영장류16,17에서 비슷합니다. 우리 더욱더 EEG 레코딩 양측 뇌 파 기록 (즉, 버 구멍, 다른 반구 그대로 한 반구) 감각의 부재에 비교 하 여 구멍을 둘러싼 두개골을 드릴 버 구멍의 효과 조사 자극입니다. 우리의 결과 동시 뇌 파/LFP 녹음 지휘 될 수 있다 간단 하 고 효과적으로, 두개골에 버 구멍에서 작은 뇌 파 신호 왜곡 하는 방법을 보여 줍니다.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Female Lister Hood rats</td>
			<td>Charles Rivers</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spider electrode</td>
			<td>Unimed Electrode Supplies Ltd</td>
			<td>SCS24-426</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EEG paste: Ten20</td>
			<td>Unimed Electrode Supplies Ltd</td>
			<td>10-20-S</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stereotaxic holder with dual micromanipulator arms: Dual Manipulator Stereotaxic Frame with 18&#176; Ear Bars</td>
			<td>WPI (World Precision Instruments)</td>
			<td>502603</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isoflurane</td>
			<td>National Vet Services Limited</td>
			<td>50878</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hard plastic nose cone: Anasthesia Gas Mask for Rat</td>
			<td>WPI</td>
			<td>502054</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Small animal isoflurane anaesthetic system</td>
			<td>WPI</td>
			<td>EZ-B800A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thermostatic heating pad: Rat Blanket System 230V</td>
			<td>Harvard Apparatus UK</td>
			<td>50-7221-F</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ophthalmic ointment: Optixcare eye lube</td>
			<td>Viovet</td>
			<td>203865</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lidocaine Hydrochloride (Injection 2%)</td>
			<td>Larkmead Vets</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Jacquette Scaler #1SSE, 18cm, Hollow</td>
			<td>WPI</td>
			<td>503421</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Serrated and curved dissecting forceps</td>
			<td>WPI</td>
			<td>15915</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Braided silk, non-absorbable suture: Mersilk Suture W502H</td>
			<td>National Vet Services Limited</td>
			<td>153746</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dental drill: BONE MICRO DRILL SYST 230 VAC</td>
			<td>Harvard Apparatus UK</td>
			<td>72-4860</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sterile Saline: Sodium chloride 0.9%</td>
			<td>Animalcare Ltd</td>
			<td>14K26BT</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Drill bit #4 : Ball Mill, Carbide, #4</td>
			<td>Harvard Apparatus UK</td>
			<td>72-4958</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Drill bit #4 : Ball Mill, Carbide, #1/4</td>
			<td>Harvard Apparatus UK</td>
			<td>72-4962</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Faraday cage</td>
			<td>Newport Corporation</td>
			<td>VIS-FDC-3600</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vibration isolation workstation: Vision IsoStation</td>
			<td>Newport Corporation</td>
			<td>M-VIS3660-RG4-325A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oximeter Control Unit and sensor: MouseOxPlus, Starr Life Sciences Corp.</td>
			<td>WPI</td>
			<td>O15001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Transparent soft nose cone: Microflex Non-Rebreathing Unit with a Rat Nosecone</td>
			<td>WPI</td>
			<td>EZ-103A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stainless steel stimulating electrodes</td>
			<td>PlasticsOne</td>
			<td>E363/1/SPC</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isolated current stimulator</td>
			<td>Made in House</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>16-channel micro-electrode, 100 &#956;m spacing, area of each site 177 &#956;m2</td>
			<td>NeuroNexus</td>
			<td>A1x16-10mm-100-177-A16</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>16-channel acute headstage</td>
			<td>Tucker David Technologies Inc., TDT</td>
			<td>RA16AC-Z</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pre-Amplifier: Z-Series 64-Channel Neuro-Digitizing Preamp</td>
			<td>TDT</td>
			<td>PZ5-64</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Passive signal splitter: 32-Channel Splitter Box for PZ5</td>
			<td>TDT</td>
			<td>S-BOX_PZ5</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Data acquisition unit: RZ2 BioAmp Processor. Z-Series 4-DSP ultra high performance processor</td>
			<td>TDT</td>
			<td>RZ2-4</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Software for Neurophysiology: OpenEX</td>
			<td>TDT</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Matlab</td>
			<td>MathWorks</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Absorption spears</td>
			<td>Fine Sicence Tools</td>
			<td>18105-01</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

concurrent recording of co-localized electroencephalography and local field potential in rodent

Electroencephalography (뇌 파)는 뇌의 신경 활동을 기록에 대 한 비-침략 적 방법으로 널리 사용 된다, 뇌 파의 성체에 대 한 우리의 이해를 아직도 매우 제한 됩니다. 로컬 필드 전위 (LFPs) 멀티 박판 모양 microelectrode를 통해 기록 된 피 질, 다른 피 질 레이어에서 동시 신경 활동의 보다 자세한 계정을 제공할 수 있지만 기술은 이다 침략. 전 임상 모델에서 뇌 파 및 LFP 측정을 결합 하 여 뇌 파 신호의 생성에 관련 된 신경 메커니즘의 이해 및 뇌 파의 더 현실적이 고 생물학적으로 정확한 수학적 모델의 파생을 촉진 크게 수 있습니다. 동시와 공동 화 된 뇌 파와 마 취 설치류에 다중 층 류 LFP 신호 획득을 위한 간단한 절차는 여기에 제공 됩니다. 우리는 또한 뇌 파 신호는 microelectrode의 삽입에 대 한 두개골에 드릴 버 구멍 크게 영향 여부 조사. 우리의 결과 버 구멍 뇌 파 기록에 영향을 무시할 수 있다는 것이 좋습니다.

4 쥐에서 데이터는 해당 시간 시리즈를 평균 했다. 갖는 뇌 파 응답의 진폭 이라고 이벤트 관련 잠재력 (ERP)는 일반적으로 LFP 보다 훨씬 작은. 그림 6 평균 ERP 및 세분화, supragranular에 LFP 및 배럴 피 infragranular 층을 각각 보여 줍니다. 각 플롯에 오류 밴드는 해당 표준 오류입니다. ERP는 10 번 갖는 LFP 보다 작은 약을 볼 수 있습니다.
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56447/56447fig6.jpg"> 그림 6: 뜻 (n = 4) ERP, 세분화, supragranular 및 infragranular LFP 신경 신호. 그림자는 표준 오류를 나타냅니다. <a href="//cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56447/56447fig6large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
ERP 및 LFP의 일시적인 역동성의 비교는 그림 7에 나와 있습니다. ERP와 supragranular 그림 7A 에 LFP 직접 중첩의 이러한 두 가지 유형의 신경 신호 진폭 차이의 순서를 보여 줍니다. 일시적인 역동성을 비교, ERP와 LFP 그들의 부정적인 피크 진폭에 대해 정규화 됩니다. 그림 7B 및 7 C 표준화 된 ERP 겹쳐 정규화 된 supragranular와 LFP와 정규화 된 세부적인 LFP, 각각 표시 됩니다.
그것은 볼 수 있습니다 그림 7B 에서 p 1과 ERP에 대 한 n 1의 봉우리는 supragranular 계층에 LFP의 해당 봉우리 보다 더 지연. 그러나,이 두 가지 신경 신호의 시간적 프로필 비슷합니다, p1 선행 하는 N1. 다른 한편으로, ERP의 임시 프로필은 세분화 (레이어 4 배럴 피)의 현저 하 게 다른 LFP (그림 ℃). 중요 한 것은 ERP 반대 극성으로 두 봉우리의 주로 구성 되어 반면 단일 부정적인 피크 (대뇌 피 질의 레이어 IV에 주요 싱크 반영)에 의해 지배 하는 세부적인 LFP와 다른 각각의 미러 이미지는 없습니다.
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56447/56447fig7.jpg"> 그림 7: ERP 및 LFP의 일시적인 역동성의 비교. (A) ERP (실선) supragranular LFP (파선)으로 표시. 그림자는 표준 오류를 나타냅니다. (B) 표준화 ERP (실선) 정규화 된 supragranular LFP (파선)으로 표시. (C) 정규화 ERP (실선) 정규화 된 세부적인 LFP (파선)으로 표시. <a href="//cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56447/56447fig7large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
ERP 신호 그것으로 교 련된 버 구멍으로 두개골에 배치 하는 거미 전극을 통해 측정 했다. 뇌 파 기록에 구멍의 효과 조사, 다른 거미 전극 ipsi 측면 배럴 피 위에 그대로 두개골에 배치 했다. 두 거미 전극의 임피던스 EEG 붙여넣기 사용의 금액을 조정 하 여 크기에서 대 등 했다 되도록 주의 했다. 4 쥐에서 데이터 (어떤 되지 같은 쥐 사용한 위) 여기에 표시 됩니다.
그림 8 그림 8A에 표시 된 100 s 데이터와 사각형 프레임에 데이터 한 쥐의 두 전극에서 동시 휴식 상태 뇌 파 기록을 보여준다 (20 s) 그림 8B에서 확장 됩니다. 2 개의 뇌 파 신호 크게 공동 다 진폭의 비슷한 범위 내에서. 그림 9 는 주파수 축에서 선형 눈금을 사용 하 여 첫 행과 주파수 축에 로그 눈금을 사용 하 여 낮은 주파수 범위에서 확장 된 보기를 제공 하는 아래쪽 행 4 쥐의 PSD를 보여줍니다. 그림 9, 거기 나타나지 않습니다 할 일관 된 PSD에서 과목에 걸쳐. 이것은 그림 10에 표시 된 5 개의 주파수 대역에서 평균된 PSD에서 정규화 된 차이에 한 샘플 t-테스트를 수행 하 여 확인 되었다. 이 주파수 대역에서 정규화 된 PSD 차이의 없음 0에서 크게 달랐다 (p = 0.32, 0.46, 0.85, 0.69, 0.97, 각각).
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56447/56447fig8.jpg"> 그림 8: 양측 뇌 파 기록. (A) 두개골 뇌 파 상태 (검정) 두개골과 그대로 두개골 (회색)는 반대 반구에 동시 뇌 파 기록에서 버는 구멍을 휴식 하는 동안 녹음 (B) 확장 (A) 사각형 프레임 내에서 파형의 볼. <a href="//cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56447/56447fig8large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56447/56447fig9.jpg"> 그림 9: 콘트라-(블루)와 ipsi 옆 (레드) 뇌 파의 스펙트럼 밀도 (PSD)를 전원. 각 열에 표시 한 쥐에 대 한의 PSD. 상위 패널 하단 패널 수를 낮은 주파수 범위에서 PSD를 허용 하도록 로그 주파수 규모를 사용 하는 동안 선형 주파수 규모를 사용 합니다. <a href="//cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56447/56447fig9large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 10" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56447/56447fig10.jpg"> 그림 10: 그룹 분석. 정규화와 콘트라-5 개의 주파수 대역으로 ipsi 옆 PSD: 델타, 쎄 타, 알파, 베타 및 감마. 각 막대 오차 막대로 표시 하는 표준 오차와 주파수 대역 내에서 비 정규화 된 차이 보여줍니다. <a href="//cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56447/56447fig10large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>

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Concurrent Recording of Co-localized Electroencephalography and Local Field Potential in Rodent

이 프로토콜의 공동 화 된 electroencephalography (뇌 파)와 멀티-층 류 지역 필드는 마 취 쥐에 잠재적인 동시 녹음에 대 한 간단한 방법을 설명합니다. EEG 신호의 무시할 수 왜곡을 생산 하는 microelectrode의 삽입에 대 한 두개골에 드릴 버 구멍 표시 됩니다.

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 ...

concurrent-recording-co-localized-electroencephalography-local-field

Universidad San Sebastian

Research

JoVE Journal

Neuroscience

12.2K 조회수.  University of Reading. 이 프로토콜의 공동 화 된 electroencephalography (뇌 파)와 멀티-층 류 지역 필드는 마 취 쥐에 잠재적인 동시 녹음에 대 한 간단한 방법을 설명합니다. EEG 신호의 무시할 수 왜곡을 생산 하는 microelectrode의 삽입에 대 한 두개골에 드릴 버 구멍 표시 됩니다.

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Systemic and Local Drug Delivery for Treating Diseases of the Central Nervous System in Rodent Models

Thorough preclinical testing of central nervous system (CNS) therapeutics includes a consideration of routes of administration and agent biodistribution in assessing therapeutic efficacy. Between the two major classifications of administration, local vs. systemic, systemic delivery approaches are often preferred due to ease of administration. However, systemic delivery may result in suboptimal drug concentration being achieved in the CNS, and lead to erroneous conclusions regarding agent efficacy. Local drug delivery methods are more invasive, but may be necessary to achieve therapeutic CNS drug levels. Here, we demonstrate proper technique for three routes of systemic drug delivery: intravenous injection, intraperitoneal injection, and oral gavage. In addition, we show a method for local delivery to the brain: convection-enhanced delivery (CED). The use of fluorescently-labeled compounds is included for in vivo imaging and verification of proper drug administration. The methods are presented using murine models, but can easily be adapted for use in rats.

Thorough preclinical testing of drugs that act in the central nervous system often involves assessing and comparing drug biodistribution in association with specific routes of administration. Here, three commonly used methods of systemic delivery (intravenous, intraperitoneal, and oral) as well as a method for local delivery (convection-enhanced delivery) are demonstrated in mice.

쥐 모델에서 중추 신경계의 질병 치료를위한 체계와 지역 마약 배달

Thorough preclinical testing of central nervous system (CNS) therapeutics includes a consideration of routes of administration and agent biodistribution ...

연구

신경과학

Examining Local Network Processing using Multi-contact Laminar Electrode Recording

Cortical layers are ubiquitous structures throughout neocortex1-4 that consist of highly recurrent local networks. In recent years, significant progress has been made in our understanding of differences in response properties of neurons in different cortical layers5-8, yet there is still a great deal left to learn about whether and how neuronal populations encode information in a laminar-specific manner.
Existing multi-electrode array techniques, although informative for measuring responses across many millimeters of cortical space along the cortical surface, are unsuitable to approach the issue of laminar cortical circuits. Here, we present our method for setting up and recording individual neurons and local field potentials (LFPs) across cortical layers of primary visual cortex (V1) utilizing multi-contact laminar electrodes (Figure 1; Plextrode U-Probe, Plexon Inc).
The methods included are recording device construction, identification of cortical layers, and identification of receptive fields of individual neurons. To identify cortical layers, we measure the evoked response potentials (ERPs) of the LFP time-series using full-field flashed stimuli. We then perform current-source density (CSD) analysis to identify the polarity inversion accompanied by the sink-source configuration at the base of layer 4 (the sink is inside layer 4, subsequently referred to as granular layer9-12). Current-source density is useful because it provides an index of the location, direction, and density of transmembrane current flow, allowing us to accurately position electrodes to record from all layers in a single penetration6, 11, 12.

A fundamental issue in our understanding of cortical circuitry is how networks in different cortical layers encode sensory information. Here we describe electrophysiological techniques utilizing multi-contact laminar electrodes to record single-units and local field potentials and present analyses to identify cortical layers.

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Cortical layers are ubiquitous structures throughout neocortex1-4 that consist of highly recurrent local networks. In recent years, significant progress ...

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 ...

Intracellular Recording, Sensory Field Mapping, and Culturing Identified Neurons in the Leech, Hirudo medicinalis

The freshwater leech, Hirudo medicinalis, is a versatile model organism that has been used to address scientific questions in the fields of neurophysiology, neuroethology, and developmental biology. The goal of this report is to consolidate experimental techniques from the leech system into a single article that will be of use to physiologists with expertise in other nervous system preparations, or to biology students with little or no electrophysiology experience. We demonstrate how to dissect the leech for recording intracellularly from identified neural circuits in the ganglion. Next we show how individual cells of known function can be removed from the ganglion to be cultured in a Petri dish, and how to record from those neurons in culture. Then we demonstrate how to prepare a patch of innervated skin to be used for mapping sensory or motor fields. These leech preparations are still widely used to address basic electrical properties of neural networks, behavior, synaptogenesis, and development. They are also an appropriate training module for neuroscience or physiology teaching laboratories.

Intracellular Recording, Sensory Field Mapping, and Culturing Identified Neurons in the Leech, Hirudo medicinalis

This article describes three nervous system preparations using leeches: intracellular recording from neurons in ventral ganglia, culturing neurons from ventral ganglia, and recording from a patch of innervated skin to map sensory fields.

세포 내 기록, 감각이 필드를 매핑하고, 거머리의 배양 확인 된 뉴런, Hirudo의 medicinalis</i

The freshwater leech, Hirudo medicinalis, is a versatile model organism that has been used to address scientific questions in the fields of ...

Measuring Spinal Presynaptic Inhibition in Mice By Dorsal Root Potential Recording In Vivo

Presynaptic inhibition is one of the most powerful inhibitory mechanisms in the spinal cord. The underlying physiological mechanism is a depolarization of primary afferent fibers mediated by GABAergic axo-axonal synapses (primary afferent depolarization). The strength of primary afferent depolarization can be measured by recording of volume-conducted potentials at the dorsal root (dorsal root potentials, DRP). Pathological changes of presynaptic inhibition are crucial in the abnormal central processing of certain pain conditions and in some disorders of motor hyperexcitability. Here, we describe a method of recording DRP in vivo in mice. The preparation of spinal cord dorsal roots in the anesthetized animal and the recording procedure using suction electrodes are explained. This method allows measuring GABAergic DRP and thereby estimating spinal presynaptic inhibition in the living mouse. In combination with transgenic mouse models, DRP recording may serve as a powerful tool to investigate disease-associated spinal pathophysiology. In vivo recording has several advantages compared to ex vivo isolated spinal cord preparations, e.g. the possibility of simultaneous recording or manipulation of supraspinal networks and induction of DRP by stimulation of peripheral nerves.

Measuring Spinal Presynaptic Inhibition in Mice By Dorsal Root Potential Recording In Vivo

GABAergic presynaptic inhibition is a powerful inhibitory mechanism in the spinal cord important for motor and sensory signal integration in spinal cord networks. Underlying primary afferent depolarization can be measured by recording of dorsal root potentials (DRP). Here we demonstrate a method of in vivo recording of DRP in mice.

배근 잠재적 기록하여 생쥐의 척수 시냅스 억제를 측정<em&gt; 생체</em

Presynaptic inhibition is one of the most powerful inhibitory mechanisms in the spinal cord. The underlying physiological mechanism is a depolarization of ...

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

Here we describe a method for the construction of a single-use &#8220;injectrode&#8221; using commercially accessible and affordable parts. A probing system was developed that allows for the injection of a drug while recording electrophysiological signals from the affected neuronal population. This method provides a simple and economical alternative to commercial solutions. A glass pipette was modified by combining it with a hypodermic needle and a silver filament. The injectrode is attached to commercial microsyringe pump for drug delivery. This results in a technique that provides real-time pharmacodynamics feedback through multi-unit extracellular signals originating from the site of drug delivery. As a proof of concept, we recorded neuronal activity from the superior colliculus elicited by flashes of light in rats, concomitantly with delivery of drugs through the injectrode. The injectrode recording capacity permits the functional characterization of the injection site favoring precise control over the localization of drug delivery. Application of this method also extends far beyond what is demonstrated here, as the choice of chemical substance loaded into the injectrode is vast, including tracing markers for anatomic experiments.

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.

동시 전기 생리 녹화 및 설치류의 뇌에서 억제 에이전트의 마이크로 주사

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

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.

심각한<em&gt; In Vivo</em&gt; 마취 된 래트에서의 Hyperdirect 경로로부터의 국소 장 전위 및 다중 단위 활성의 전기 생리 학적 기록

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

녹음 및 Microelectrode 배열에 결합 하는 설치류 뇌 조각에 Epileptiform 활동의 변조

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

Evaluation of Hemisphere Lateralization with Bilateral Local Field Potential Recording in Secondary Motor Cortex of Mice

This article demonstrates complete, detailed procedures for both in vivo bilateral recording and analysis of local field potential (LFP) in the cortical areas of mice, which are useful for evaluating possible laterality deficits, as well as for assessing brain connectivity and coupling of neural network activities in rodents. The pathological mechanisms underlying Alzheimer&#39;s disease (AD), a common neurodegenerative disease, remain largely unknown. Altered brain laterality has been demonstrated in aging people, but whether or not abnormal lateralization is one of the early signs of AD has not been determined. To investigate this, we recorded bilateral LFPs in 3-5-month-old AD model mice, APP/PS1, together with littermate wild type (WT) controls. The LFPs of the left and right secondary motor cortex (M2), specifically in the gamma band, were more synchronized in APP/PS1 mice than in WT controls, suggesting a declined hemispheric asymmetry of bilateral M2 in this AD mouse model. Notably, the recording and data analysis processes are flexible and easy to carry out, and can also be applied to other brain pathways when conducting experiments that focus on neuronal circuits.

We present in vivo electrophysiological recording of the local field potential (LFP) in bilateral secondary motor cortex (M2) of mice, which can be applied to evaluate hemisphere lateralization. The study revealed altered levels of synchronization between the left and right M2 in APP/PS1 mice compared to WT controls.

마우스의 보조 모터 피질에서 양측 지역 필드 전위 기록을 가진 반구 측면화의 평가

This article demonstrates complete, detailed procedures for both in vivo bilateral recording and analysis of local field potential (LFP) in the cortical ...

Investigating Long-term Synaptic Plasticity in Interlamellar Hippocampus CA1 by Electrophysiological Field Recording

The study of synaptic plasticity in the hippocampus has focused on the use of the CA3-CA1 lamellar network. Less attention has been given to the longitudinal interlamellar CA1-CA1 network. Recently however, an associational connection between CA1-CA1 pyramidal neurons has been shown. Therefore, there is the need to investigate whether the longitudinal interlamellar CA1-CA1 network of the hippocampus supports synaptic plasticity.
We designed a protocol to investigate the presence or absence of long-term synaptic plasticity in the interlamellar hippocampal CA1 network using electrophysiological field recordings both in vivo and in vitro. For in vivo extracellular field recordings, the recording and stimulation electrodes were placed in a septal-temporal axis of the dorsal hippocampus at a longitudinal angle, to evoke field excitatory postsynaptic potentials. For in vitro extracellular field recordings, hippocampal longitudinal slices were cut parallel to the septal-temporal plane. Recording and stimulation electrodes were placed in the stratum oriens (S.O) and the stratum radiatum (S.R) of the hippocampus along the longitudinal axis. This enabled us to investigate the directional and layer specificity of evoked excitatory postsynaptic potentials. Already established protocols were used to induce long-term potentiation (LTP) and long-term depression (LTD) both in vivo and in vitro. Our results demonstrated that the longitudinal interlamellar CA1 network supports N-methyl-D-aspartate (NMDA) receptor-dependent long-term potentiation (LTP) with no directional or layer specificity. The interlamellar network, however, in contrast to the transverse lamellar network, did not present with any significant long-term depression (LTD).

We used recording and stimulation electrodes in longitudinal hippocampal brain slices and longitudinally positioned recording and stimulation electrodes in the dorsal hippocampus in vivo to evoke extracellular postsynaptic potentials and demonstrate long-term synaptic plasticity along the longitudinal interlamellar CA1.