A Большой процедура Боковой Краниотомии для мезомасштабного широкоугольных оптического Визуализация активности мозга
Summary
Этот протокол представляет собой метод создания большого односторонний краниотомия над височной и теменной областей коры головного мозга мыши. Это особенно полезно для реального времени визуализации более экспансивной области коркового полушария.
Abstract
Краниотомия – это обычно выполняемая процедура, при которой мозг подвергается экспериментам in vivo . В исследованиях мыши большинство лабораторий используют небольшую краниотомию, обычно 3 мм x 3 мм. Этот протокол вводит метод создания значительно большего 7 мм х 6 мм краниального окна, обнажающего большую часть полушария головного мозга над височной и теменной корой ( например, bregma 2,5-4,5 мм, боковые 0-6 мм). Чтобы выполнить эту операцию, голова должна быть наклонена приблизительно на 30 °, и большая часть височной мышцы должна быть втянута. Из-за большого количества удаления кости эта процедура предназначена только для острых экспериментов с животными, которых анестезировали во время операции и эксперимента.
Главным преимуществом этого инновационного большого бокового краниального окна является одновременный доступ как к медиальной, так и к боковым областям коры. Это большое одностороннее краниальное окно может быть использовано для изучения нейронной динамики между клетками,а также между различными областями коры путем объединения нескольких электродов электрофизиологических записей, визуализации нейронной активности (например, внутреннее или внешнее изображения), и оптогенетики стимуляции. Кроме того, эта большая краниотомия также предоставляет большую площадь корковых кровеносных сосудов, что позволяет для прямого манипулирования бокового корковых сосудистой сети.
Introduction
Краниотомию является стандартной процедурой используется неврологами, чтобы показать часть мозга. Испокон электрофизиологии, трепанация позволила беспрецедентным прорывы в области нейробиологии. Плотные картирование коры головного мозга с электродами приводят к экспериментам для проверки гипотез и теорий, основанных на этих картах. Недавно мы вступили в новую эру , где краниотомия утилизируется для получения изображения в естественных условиях коркового кровотока 1, 2, 3 и сосудисто архитектуры 4, что позволяет в реальном времени визуализации корковой активности в открытых участках 5, 6, 7. Хотя многие исследования используют краниотомии в сочетании с методами оптической визуализации в естественных условиях для изучения структуры и функции корковых нейронов, глии и кора8 , 9 дальнейшие исследования ограничены небольшими участками открытой коры (см. 10 ).
Цель этого протокола заключается в том, чтобы предоставить способ создания крупной боковой краниотомии, подвергая кору головного мозга от средней линии до кости чешуи и выходящей за пределы брегмы и лямбды. Эта крупная краниотомия позволяет одновременно наблюдать коры ассоциации (ретросплениальный, поясной и париетальный), первичный и вторичный мотор, соматосенсорный, зрительный и слуховой коры. Этот метод ранее был связан с чувствительным к напряжению изображением красителя (VSDI), чтобы исследовать, как несколько областей коры взаимодействуют друг с другом во время спонтанной и индуцированной стимулом кортикальной активности 5 , 11 , 12 . Наиболее сложными аспектами этой процедуры являются позиционирование головыживотное, фиксируя пластины головки, и избегая кровоизлияние при отделении височной мышцы от теменной кости. Кроме того, следует принимать во время процессов бурения и удаления черепа как кривые черепов под косым углом.
Protocol
Representative Results
Discussion
Этот инновационный протокол для большого черепного окна позволяет одновременно томографию над височной и теменной областей коры головного мозга. В сочетании с оптической визуализацией, он может помочь выявить нейронную динамику в пределах областей коры при спонтанной и стимуле-инду…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа была поддержана естественных и технических наук исследовательский совет Канады (NSERC) Discovery Grant # 40352, Campus Alberta инновационной программы кафедры, программы исследований Альберты Альцгеймера в MHM, и NSERC CREATE в БИФ докторских стипендий и AIHS послевузовского общения с МК. Мы благодарим Pu Мин Ван для развития этого протокола и для хирургической подготовки и Беру Мирза Ага и Ди Шао для животноводства.
Materials
| Heating Pad | FHC | 40-90-2 | |
| Fine Scissors | Fine Science Tools | 14058-09 | |
| Forceps | Fine Science Tools | 11251-35 | 2 or more pairs are recommended |
| Spring scissors | Fine Science Tools | 15000-00, 15000-10 | 1 pair should be designated for dura removal |
| Jet tooth shade powder | LANG Dental | Jet Tooth Shade Powder | to be mixed with the Jet Liquid |
| Jet tooth shade liquid | LANG Dental | Jet Tooth Shade Liquid | to be mixed wihth the Jet Powder |
| Drill Heads – Carbide Burs FG 1/4 389 | Midwest Dental | 385201 | |
| Agarose Powder | Sigma-Aldrich | A9793 | |
| Gelfoam | Sinclair Dental Canada | Pfizer Gelfoam | |
| Isoflurane | Western Drug Distribution Centre Ltd | 124125 | |
| Lidocaine 2% Epinephrine | Western Drug Distribution Centre Ltd | 125299 | |
| Dexamethazone 5 mg/mL | Western Drug Distribution Centre Ltd | 125231 | |
| Butyl cyanoacrylate glue (VetBond) | Western Drug Distribution Centre Ltd | 12612 |
References
- Sigler, A., Mohajerani, M. H., Murphy, T. H. Imaging rapid redistribution of sensory-evoked depolarization through existing cortical pathways after targeted stroke in mice. Proc Natl Acad Sci U S A. 106 (28), 11759-11764 (2009).
- Shih, A. Y., et al. Two-photon microscopy as a tool to study blood flow and neurovascular coupling in the rodent brain. J Cereb Blood Flow Metab. 32 (7), 1277-1309 (2012).
- Grinvald, A., Hildesheim, R. VSDI: a new era in functional imaging of cortical dynamics. Nat Rev Neurosci. 5 (11), 874-885 (2004).
- Blinder, P., Shih, A. Y., Rafie, C., Kleinfeld, D. Topological basis for the robust distribution of blood to rodent neocortex. Proc Natl Acad Sci U S A. 107 (28), 12670-12675 (2010).
- Mohajerani, M. H., et al. Spontaneous cortical activity alternates between motifs defined by regional axonal projections. Nat Neurosci. 16 (10), 1426-1435 (2013).
- Mohajerani, M. H., McVea, D. A., Fingas, M., Murphy, T. H. Mirrored bilateral slow-wave cortical activity within local circuits revealed by fast bihemispheric voltage-sensitive dye imaging in anesthetized and awake mice. J Neurosci. 30 (10), 3745-3751 (2010).
- Lippert, M. T., Takagaki, K., Xu, W., Huang, X., Wu, J. Y. Methods for voltage-sensitive dye imaging of rat cortical activity with high signal-to-noise ratio. J Neurophysiol. 98 (1), 502-512 (2007).
- Misgeld, T., Kerschensteiner, M. In vivo imaging of the diseased nervous system. Nat Rev Neurosci. 7 (6), 449-463 (2006).
- Kerr, J. N., Denk, W. Imaging in vivo: watching the brain in action. Nat Rev Neurosci. 9 (3), 195-205 (2008).
- Aronoff, R., et al. Long-range connectivity of mouse primary somatosensory barrel cortex. Eur J Neurosci. 31 (12), 2221-2233 (2010).
- McVea, D. A., Mohajerani, M. H., Murphy, T. H. Voltage-sensitive dye imaging reveals dynamic spatiotemporal properties of cortical activity after spontaneous muscle twitches in the newborn rat. J Neurosci. 32 (32), 10982-10994 (2012).
- Sweetnam, D., et al. Diabetes impairs cortical plasticity and functional recovery following ischemic stroke. J Neurosci. 32 (15), 5132-5143 (2012).
- Yin, Y. Q., et al. In vivo field recordings effectively monitor the mouse cortex and hippocampus under isoflurane anesthesia. Neural Regeneration Research. 11 (12), 1951-1955 (2016).
- Sharp, P. S., et al. Comparison of stimulus-evoked cerebral hemodynamics in the awake mouse and under a novel anesthetic regime. Scientific Reports. 5, 12621 (2015).
- Kyweriga, M., Mohajerani, M. H., Kianianmomeni, A. Optogenetics: Methods and Protocols. Methods in Molecular Biology. 1408, 251-265 (2016).
- Grutzendler, J., Gan, W. B. . Imaging in neuroscience and development : a laboratory manual. , (2005).
- Vanni, M. P., Murphy, T. H. Mesoscale transcranial spontaneous activity mapping in GCaMP3 transgenic mice reveals extensive reciprocal connections between areas of somatomotor cortex. J Neurosci. 34 (48), 15931-15946 (2014).
- Xie, Y., et al. Resolution of High-Frequency Mesoscale Intracortical Maps Using the Genetically Encoded Glutamate Sensor iGluSnFR. J Neurosci. 36 (4), 1261-1272 (2016).
- Chan, A. W., Mohajerani, M. H., LeDue, J. M., Wang, Y. T., Murphy, T. H. Mesoscale infraslow spontaneous membrane potential fluctuations recapitulate high-frequency activity cortical motifs. Nat Commun. 6, 7738 (2015).
- Lim, D. H., et al. In vivo Large-Scale Cortical Mapping Using Channelrhodopsin-2 Stimulation in Transgenic Mice Reveals Asymmetric and Reciprocal Relationships between Cortical Areas. Front Neural Circuits. 6, (2012).
- Ferezou, I., et al. Spatiotemporal dynamics of cortical sensorimotor integration in behaving mice. Neuron. 56 (5), 907-923 (2007).
- Mohajerani, M. H., Aminoltejari, K., Murphy, T. H. Targeted mini-strokes produce changes in interhemispheric sensory signal processing that are indicative of disinhibition within minutes. Proc Natl Acad Sci U S A. 108 (22), E183-E191 (2011).
- Madisen, L., et al. Transgenic mice for intersectional targeting of neural sensors and effectors with high specificity and performance. Neuron. 85 (5), 942-958 (2015).
