CC BY
46
метод изучения вызва в нейронных сетях на основ клеток мозга в микроолюидны
DOI: 10.17691/stm2017.9.4.02 УДК 616.8:004.032.6:532.5 Поступила 22.03.2017 г.
A.А. Гладков, младший научный сотрудник лаборатории нейроинженерии Центра тр технологий1; младший научный сотрудник отдела молекулярно-клеточных технологий
B.Н. Колпаков, лаборант лаборатории нейроинженерии Центра трансляционных технолог Я.И. Пигарева, младший научный сотрудник лаборатории нейроинженерии Центра трансляционных технологий1;
A.С. Букатин, к.ф.-м.н., научный сотрудник лаборатории нанобиотехнологий3;
B.Б. Казанцев, д.ф.-м.н., проректор по научной работе1; зав. кафедрой нейротехнологий Института биологии и биомедицины1; зав. лабораторией разработки интеллектуальных биомехатронных технологий Центра трансляционных технологий1; И.В. Мухина, д.б.н., профессор, руководитель Центра трансляционных технологий1; зав. ЦНИЛ2; зав. кафедрой нормальной физиологии им. Н.Ю. Беленкова2; профессор кафедры нейротехнологий Института биологии и биомедицины1;
А.С. Пимашкин, к.ф.-м.н., зав. лабораторией нейроинженерии Центра трансляционных технологий1
Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского, Н. Новгород, 603950, проспект Гагарина, 23;
Нижегородская государственная медицинская академия, Н. Новгород, 603005, пл. Минина и Пожарского, 10/1; 3Санкт-Петербургский национальный исследовательский академический университет Российской академии наук, Санкт-Петербург, 194021, ул. Хлопина, 8/3, лит. А
Культуры диссоциированных клеток мозга на микроэлектродных матрицах (МЭМ) широко используются для изучения фундаментальных механизмов обработки информации и синаптической пластичности. Установлено, что высокочастотная электрическая стимуляция вызывает функциональные изменения в нейронной сети. Тем не менее сложная и однородная морфологическая структура сети культивируемых клеток мозга существенно ограничивает дальнейшее исследование синаптической пластичности на сетевом уровне. В данном исследовании предложен новый подход к проблеме изучения пластичности нейронных сетей с использованием микрофлюидных устройств со специально спроектированными каналами. Микрофлюидные чипы позволяют направлять аксоны и формировать нейронные цепи с двумя подсетями, соединенными синаптическими путями в заданном направлении. Для индукции синаптической пластичности применялась высокочастотная тетаническая стимуляция двух групп электродов, расположенных в области пре- и постсинаптических нейронов. Разработанный метод потенцирования и депрессии заданных функциональных связей в нейронной цепи может быть использован для дальнейшего изучения сетевых эффектов синаптической пластичности, индуцированной в локальной субпопуляции клеток.
Ключевые слова: нейронные сети in vitro; микрофлюидика; нейроинженерия; синаптическая пластичность; зависящая от времени импульса синаптическая пластичность; STDP; обработка информации мозгом.
Как цитировать: Gladkov A.A., Kolpakov V.N., Pigareva Y.I., Bukatin A.S., Kazantsev V.B., Mukhina I.V., Pimashkin A.S. Study of stimulus-induced plasticity in neural networks cultured in microfluidic chips. Modern Tehnologies in Medicine 2017; 9(4): 15-24, https://doi. org/10.17691/stm2017.9.4.02
English
Study of Stimulus-Induced Plasticity
in Neural Networks Cultured in Microfluidic Chips
A.A. Gladkov, Junior Researcher, Laboratory of Neuroengineering, Center for Translational Technologies1; Junior Researcher, Molecular and Cellular Technologies Department, Central Research Laboratory2; V.N. Kolpakov, Research Assistant, Laboratory of Neuroengineering, Center for Translational Technologies1;
Для контактов: Гладков Арсений Андреевич, e-mail: gladkov@neuro.nnov.ru
Метод изучения вызванной стимулом пластичности нейронной сети СТМ | 2017 — том 9, №4 15
Y.I. Pigareva, Junior Researcher, Laboratory of Neuroengineering, Center for Translational Technologies1;
A.S. Bukatin, PhD, Researcher, Laboratory for Nanobiotechnologies3;
V.B. Kazantsev, DSc, Vice-Rector for Research1; Head of the Department of Neurotechnologies,
Institute of Biology and Biomedicine1; Head of the Laboratory for the Development of Intellectual
Biomechatronic Technologies, Center for Translational Technologies1;
I.V. Mukhina, DSc, Professor, Head of the Center for Translational Technologies1;
Head of the Central Research Laboratory2; Head of the Department of Normal Physiology
named after N.Y. Belenkov2; Professor, Neurotechnology Department, Institute of Biology and Biomedicine1;
A.S. Pimashkin, PhD, Head of the Laboratory of Neuroengineering, Center for Translational Technologies1
1Lobachevsky State University of Nizhni Novgorod, 23 Prospekt Gagarina, Nizhny Novgorod, 603950, Russian Federation;
2Nizhny Novgorod State Medical Academy, 10/1 Minin and Pozharsky Square, Nizhny Novgorod, 603005, Russian Federation;
3Saint Petersburg National Research Academic University of the Russian Academy of Sciences, 8/3 Khlopina St., Saint Petersburg, 194021, Russian Federation
Dissociated brain cell cultures on microelectrode arrays (MEA) are widely used to study fundamental mechanisms of information processing and synaptic plasticity. It has been established that high frequency electrical stimulation causes functional changes in neural networks. However, complex and homogeneous morphological structure of cultured brain cell networks presents a significant challenge for further evaluation of the synaptic plasticity at the network level. In this study, we propose a new approach to studying neural network plasticity using microfluidic devices with specially designed channels. Microfluidic chips can guide axons and form neural circuits with two subnetworks connected by synaptic paths in the required direction. To induce synaptic plasticity, high frequency tetanic stimulation by two groups of electrodes located in the area of pre- and postsynaptic neurons was applied. The developed method of potentiation and depression of the required functional connectivity in the neural circuit can be used to further study network effects of synaptic plasticity induced in the local subpopulation of cells.
Key words: neural networks in vitro; microfluidics; neuroengineering; synaptic plasticity; spike timing dependent plasticity; STDP; information processing by the brain.
Культуры диссоциированных нервных клеток широко используются в качестве экспериментальной модели для длительных исследований синаптической пластичности на сетевом уровне, возможностей обучения и памяти [1-10]. Эта модель позволяет производить долгосрочный мониторинг биоэлектрической функциональной активности и морфологических изменений нейронных сетей. Существует множество исследований зависящей от активности пластичности в сетях диссоциированных клеток мозга, длительно культивируемых на мультиэлектродных матрицах. Наиболее распространенными протоколами электрической стимуляции являются: стимуляция с обратной связью (когда стимуляция зависит от сетевых ответов) [1-4], стимуляция с низкой частотой (1-0,5 Гц) [5, 6] и высокочастотная тетаническая стимуляция [7-10], основанная на зависимой от времени импульса пластичности (STDP, spike time dependent plasticity).
В сетях диссоциированных клеток связи между нейронами формируются случайным образом. Для выявления функциональных взаимосвязей и их изменений после стимуляции в таких сетях необходимы различные методы математического анализа [11, 12]. В последнее время развитие микрофлюидных методов позволило направлять рост нейритов и конструировать культуры с заданными функциональными связями [13-20]. Связи, по которым сигналы распространяются в одном направлении, наиболее интересны, так как
участвующие в них пре- и постсинаптические клетки находятся в разных камерах. В связи с этим удобно использовать стимуляцию, основанную на STDR Мы исследовали распространение сигнала по аксонам между двумя популяциями нервных клеток после высокочастотной стимуляции с задержкой в соответствии с STDR. Были обнаружены изменения распространения ответов на стимулы после стимуляции. Это свидетельствует о том, что разработанный подход эффективен для индукции пластичности электрическими стимулами в культурах диссоциированных нервных клеток.
Материалы и методы
Изготовление микрофлюидных чипов. Для создания направленных синаптических связей мы разработали микрофлюидный чип с определенной формой микроканалов, которые соединяют две камеры (рис. 1). Форма микроканалов (рис. 1, б) обеспечивает преимущественный рост аксонов из одной камеры — камеры-источника (или камеры А) — в камеру-приемник (или камеру Б). Микроканалы между камерами состоят из последовательности треугольных сегментов. Однонаправленная связь достигается за счет использования «направляющих» боковых стенок, ограничивающих возможные направления роста аксонов, и за счет узкого места для предотвращения роста аксонов в обратном направлении. Микрофлюидный чип изготовлен с использованием полидиметилсилоксана
//////////////////////^^^^
16 СТМ J 2017 — том 9, №4 А.А. Гладков, В.Н. Колпаков, Я.И. Пигарева, А.С. Букатин, В.Б. Казанцев, И.В. Мухина, А.С. Пимашкин
(ПДМС) методом «мягкой» литографии (рис. 1, в). Для создания мастер-формы использовали стандартную двухслойную оптическую литографию: на кремниевую подложку наносили первый слой негативного фоторезиста SU-8 2025, разбавленного растворителем T thinner (MicroChem, США), толщиной 4,5 мкм, после экспонирования которого был нанесен второй слой SU-8 2075 толщиной ~200 мкм. Термообработка при температуре 95°С была выполнена в течение 4 и 7 мин для первого и второго слоя соответственно. Экспонирование проводили через хромовый фотошаблон на установке MJB4 (SUSS MicroTec, Германия) с УФ-фильтром PL-360-LP (Omega Optics, США). Затем экспозиционные кремниевые пластины отжигались при 95°С в течение 5 и 7 мин соответственно. Впоследствии мастер-формы подвергались термической обработке при температуре 200°С в течение 7 мин.
Два компонента «Sylgard 184 silicone elastomer base» и «Sylgard 184 silicone elastomer curing agent» (DowCorning, США) смешивали в соотношении 10:1 для изготовления ПДМС-микрочипов. Неотвержденный ПДМС дегазировали в эксикаторе, заливали на мастер-форму, а затем отвержда-ли при температуре 70°С в течение 4 ч. После этого ПДМС-чипы отделяли от мастер-формы и на месте камер в чипах пробивали отверстия пробойником. Каждый ПДМС-чип позиционировался и монтировался на поверхность микроэлектродной матрицы (МЭМ) (рис. 1, а). Перед высеиванием клеток на МЭМ ее поверхность предварительно обрабатывали молекулами полиэтиленимина (Sigma P3143, США), усиливающими клеточную адгезию.
Клеточная культура. Диссоциированные клетки гиппокампа получали из эмбрионов мышей (E18) и помещали в камеры ПДМС-чипа на матрице, предвари-
тельно обработанной молекулами полиэтиленимина с итоговой плотностью 8000-10 000 кл./мм2 [3]. Мышей линии С57В1/6 (беременные самки) умерщвляли методом дислокации шейных позвонков в соответствии с протоколами, утвержденными Министерством здравоохранения РФ по уходу и использованию лабораторных животных, Этическим комитетом НижГМА. Эмбрионы извлекали из матки и декапитировали. Все гиппокампы, отделенные от коры головного мозга, мозжечка и ствола мозга, измельчали в стерильных условиях в фосфатно-буферном физиологическом растворе. После ферментативного расщепления в течение 20 мин в 0,25% трипсине (1пуйгодеп 25200056) при 35,5°С клетки суспендировали с помощью наконечника пипетки диаметром 1 мм. Затем раствор центрифугировали при 1000 об./мин в течение 4 мин. Осадок клеток немедленно ресуспендировали в среде Neurobasal (1пуйгодеп 21103-049) с 2% биоактивной добавкой В-27 (1пуйгодеп 17504-044), глу-тамином (1пуйгодеп 25030-024), 5% эмбриональной телячьей сывороткой (РапЕсо К055) и гентамицином. Диссоциированные клетки в капле объемом 8 мкл добавляли в камеры ПДМС-чипа. Клетки оседали и формировали плотный монослой на электродной области МЭМ. После прикрепления клеток (обычно в течение 15 мин) чашки заполняли 1 мл среды Neurobasal с 2% В-27, 0,5% глутамина и 5% эмбриональной телячьей сыворотки. Спустя 24 ч половина питательной среды заменялась средой Neurobasal, содержащей 1% глутамина, 2% В-27 и 0,4% эмбриональной телячьей сыворотки, но без антибиотиков. Глиальный рост не подавляли, потому что глиальные клетки необходимы для сохранения жизнеспособности культуры в течение длительного времени. Половина среды менялась каждые 2 дня. Клетки культивировали при постоянных условиях: 35,5°С, 5% СО2 в увлажненном инкубаторе
а
Камера А Камера Б
Рис. 1. Экспериментальная модель культуры диссоциированных клеток гиппокампа на микрофлюидном устройстве:
а — микроэлектродная матрица с микрофлюидным ПДМС-чипом; б — схема расположения микрофлюидного чипа на электродах матрицы; 8 микроканалов (600 мкм) соединяют две камеры; в — фронтальный вид микрофлюидного чипа, прикрепленного к микроэлектродной матрице; две нейро-нальные субкультуры связаны друг с другом микроканалами; г — специфическая структура микроканалов обеспечивает однонаправленный рост нейритов
золото нейроны
диэлектрик SU-8 в
Метод изучения вызванной стимулом пластичности нейронной сети СТМ 1 2017 — том 9, №4 17
•Б
3160 g.40 £20 5 0
Щ : и \ В . .1 К . ■. '! 1-1 I-- !-• Ц i: I.: L: 1 .... 1 ' HI и
Р f I \ ! Ц «
i } ! f i !.. i. I
15 Время, с
.¿шьъ
0,2
0,6
Время, с
Рис. 2. Запись сетевой активности:
а — схема микроэлектродной матрицы с микрофлюидным чипом; камера А с пресинаптическими (зелеными) и камера Б с постсинап-тическими (синими) нейронами, соединенными микроканалами; б — растровые графики ответов на стимул; в — клетки гиппокампа, культивируемые на микроэлектродной матрице с 60 электродами в камерах и нейритами в микроканалах; г — растровый график сигнала, передаваемого из камеры А в камеру Б после воздействия стимула на камеру А
для культур клеток (MCO-18AIC; SANYO Electric Co., Япония).
Фазово-контрастные изображения культур получали еженедельно для регистрации статуса культуры с использованием инвертированного микроскопа Leica DMIL HC (Leica Microsystems, Германия) с объективом 10x/0.2Ph1. Эксперименты проводили после культивирования нейронных сетей в течение 3-5 нед. Использовалось 5 культур.
Запись и стимуляция электрофизиологической активности. Запись биоэлектрической активности культуры производили спустя 20 дней после высеивания in vitro с помощью системы USB-MEA120-2-Inv-BC (Multichannel Systems, Германия). Сигналы регистрировали на МЭМ с 59 плоскими электродами диаметром 30 мкм и межэлектродным расстоянием 200 мкм. Электрическую стимуляцию производили с помощью стимулятора STG-4004 (Multichannel Systems, Германия). Биоэлектрические импульсы регистрировали с использованием ранее разработанного метода порогового детектирования [21] в каждом канале отдельно. Амплитуды биоэлектрических импульсов находились в диапазоне 10-80 мкВ. Весь статистический анализ сигналов выполняли с использованием авторского программного обеспечения, созданного в MATLAB [3]. Биоэлектрические импульсы, зарегистрированные на электродах и соответствующие нейронам, выращенным в отдельных камерах А и Б, анализировались отдельно (рис. 2).
Протокол стимуляции. Электрическая стимуляция состояла из двухфазных импульсов напряже-
нием ±800 мВ и длительностью 600 мкс. Она включала низкочастотную контрольную стимуляцию для вызова и оценки сетевых ответных реакций и высокочастотную тета-ническую стимуляцию для индуцирования синаптической пластичности. Контрольная стимуляция осуществлялась через три различных электрода в камере А и состояла из 60 стимулов на каждый электрод с интервалом между стимулами 3 с. Тетаническую стимуляцию подавали через два набора электродов — 4 «пресинаптических» электрода в камере А и 4 «постсинаптических» электрода в камере Б (рис. 3). Протокол был основан на свойстве STDP [8, 9] и состоял из 150 серий по 20 стимулов с интервалом между импульсами 100 мс и интервалом между сериями 6 с. Для индуцирования потенцирования нейронов, связанных между собой и находящихся в камерах А и Б, задержка в тетанической стимуляции между «пресинаптическим» и «постсинаптическим» электродами составляла 10 мс.
Анализ вызванных ответов. Стимуляция каждого электрода индуцировала ответ в виде пачки биоэлектрических импульсов на группе электродов. Растровые графики ответов показаны на рис. 2, б. Для характеристики индуцированных пачек мы использовали гистограмму частоты импульсов после стимулов (PSTH — post stimulus time histogram) [1, 10]. Для каждого 20-мс интервала времени в ответе на стимул мы вычислили общее количество биоэлектрических импульсов, зарегистрированных на каждом электроде. Величину PSTH на электродах камеры A (PSTH A) и камеры Б (PSTH Б) мы проанализировали отдельно (рис. 4).
Для оценки распространения пачек импульсов, вызванных электрическими бифазными стимулами (±800 мВ, 260 мкс на фазу, первая фаза — положитель-
Рис. 3. Схема экспериментального протокола стимуляции: две контрольные серии низкочастотной стимуляции (НЧС) через электроды в камере А по 60 стимулов на электрод, тетаническая высокочастотная стимуляция (ВЧС) по протоколу STDP и посттетаническая стимуляция (см. «Материалы и методы»)
а
б
в
г
//////////////////////^^^^
18 СТМ J 2017 — том 9, №4 А.А. Гладков, В.Н. Колпаков, Я.И. Пигарева, А.С. Букатин, В.Б. Казанцев, И.В. Мухина, А.С. Пимашкин
ti =1 03 тз
СО
W -г-
СП x
S CD
ТЗ I
03 s
i аз
H "О
о 03
^ Q
-1
° 5
н 03
03 I
§ 1
- § 7;
^ О ^
е тз
- о
Cl) I
S о
® Э s
1 * = 1 ti О » I
i* s
CD CD
"П I I
о
!□ X о S CD ?
I 03
s s?
CD 21
m
CD I H 03 i er I [Г
CD w
ti W 03 03 I I [Г CD
03 О О
° -S зз V,
ш 3 È
S i
н сг О ?
го Ш
1
in CD
X
m _
w œ
ffl î о
81 О s
I * ^
S CD Ш
» ï E
3 О E о ®®
* I X
ТЗ Ш CD
03 Ol 3
ш о ТЗ
^ 5
СГ CD О ТЗ О ш ГО 03 i
го
03
s 03 03 ^ 75 £ ^ И g
О- S
8 8 * I i
ti CD
03 з
I
Ï о
Е ><
CD Ig
H I
03 03 1 =1 s "*=>
О 03
5 ^
CD É
8-i
4 Ig X
ТЗ 2 CD
2) п g
I В) Ш
CD H 03 lit
5 E "O CD X
О t S
CD 03 X
О СГ
g X
CD t 03
ro
¡I
œ g 9 ïr
I * ^ S
03 I
® ï
ЮХ
¿ 2 a i
s
X CD О
- I
e q
^ X СГ
Ш CO s
" ^ ?
° I I
=■ CD
-1- ro "O
О E S
t ^ i
° о E
g S ^
о ь œ
03 tl 03
03 CD
3 I
CD CD
T3 T3
CD S
- T3
? œ
CD T3 CD
ro
^ 8
s i
q cd
1 q
I s
о з
CD ^
ш Г1
CD
75 I
Q CD ä "g
ïl X ш О 03
"8 =■ 03
Э аз
S -C 1
g CD CD
О о
Ь Z]
ГО S 03
X X
Ю CD ^
О О 03
S¡¡j¡
О О -
0
X ТЗ
03 о
1
аз ТЗ i ТЗ s о
11 3 Ê
О CD
5 о
3
X 03 S I О
CD ^
0 аз ш
1 CD I S CD
О ^
0
1
ro
ТЗ
il о cd C3\ I
СГ S
5 о 3 > 5 о I
03
ТЗ 03
о ^
ТЗ
о о
ТЗ s
I i
CD
1 i
s (Г
CD О
° s
H §
03 s
I X
I CD
O Q
H CD S
ro ro i
O Q
" S
О ?
—1 го CD CD T3 I CD T3
H CD
о s
H S T3
го О -1
CD
5 <
Е H СГ
s CD
^
о X 03
H 03 X
го s< 7;
CD I s
H о s
I 03 ^ о
о 03 i
H t СГ
s 03 о
H о
СГ го
il ro го
s I
I H CD CD q
CD 03 [Г — СО
£ s
T3
о
cd
CD 03 ro
E CD S I X H
03 03 X X
•3 g
g s
S ro s
X X
■2 05 § cd x 5 cj cd cd
cd со 5
СГ cr
Q °
о о
ro ro
Ш ro cr
Ш c3
S ro
CD 03 T3 CD
75 ^ g i
03
ro £ ro
^ ^ -2 I
S ГО a3
I
ш rog
03 О CD
73 ¿ "8 го г cd
§ Щ >
О 03
сз\ з
в ®
CD "О SD CD
® S О
> I q
" ТЗ сг
00-< -о
¿o Гош
СП " О
i— го Z1
„ СГ ТЗ
8 53 S
-E го Q
CD S H
I I ТЗ
S t ш
го 5= з:
лч m
го ТЗ I
s 03
т; 03 5 аз
s s
CD to I
ТЗ CT) H
CD CD
О тз
> q ro 03
О —1 s i [Г
го q i о ro CD
о
CD X
H CD о H s
s ТЗ ТЗ CD to
CD
-i о
S t i
Q s 03
H T3 I
s y s
T3 i
о CD
ГО 03 CO
i T3 £
s о t
ro t ro СГ ^ Ê
s 03 —1 C3\ T3 03 ro 03
03 to 03 I i s
0 1 CD X [Г s< о CD
S 1 О s
Í Cl) * тз 5 о
0 Я, о
5 Э CD г ®Ь
1 ^ s
о" 5 1
X ^ CD (DI I S
0 H аз -g g t
i.î-1 СГ X
1 ^ 03 I ZI I
o T3
ro о - g
CD CD
03 X CD
0 H ro CD
S
1 t
X 03
о
q §
I
i<8
I S ji I в
ГО
CO X
0
ТЗ 03
-е-
1
о о
q
о аз
03 s
S s
CD ТЗ
ТЗ о
СГ го
— 03
> ь
го о
^ q
g CD
^ го
CD tr
5 CD
СЛ ч ^ Го
тз q р Е
Ю 75
о
о\ ä
„ ТЗ со ^
CD
о =,
о ® S CD
q ^
го S
Ш S
ТЗ ^ 03 s
о о
ZI СГ ? g
i сз\
0 s
1 -е-
1 s
Ш I
ii.
g<q -е- i
03
1+
x 00
cd о
ТЗ о cd
to s
^ ro
2 К)
3 CT)
-О о
о ^ 131
ГО P
ZI T3
T3 03
03 о
CD ZI
i ТЗ
CD О
s я
I
аз i 03
о
СГ
® -s "il
ro E
CD
03 Q
œ m
5 I ro о
03
i q ro
03 ^ x cd _
s 5 -й
i
о
cd 03 "2 - * 1
о g
03
i í
I тз
cd cd
s< ш
тз i
5 cd
ш g
и
X 75
cd о
"8 1
" ®
"Я 3=1
0 s Я о
03 о
1 о s
го -
С3\ О CD ГО 03 I I [Г CD
- s
"8 s
ш ^
s 81 .
5 о cd
Z ZI ТЗ
-1
о -е
03 Z
s
CD
тз у
оз CD
X q
.—V т;
О s
0 ю
s ю
1 g zi н 03 ТЗ
X ê
03 03
§ I
CD „
i о
s сз\
О ТЗ
СГ 03
Го о
75 S ____
3 "о
« ^
CD
о
03
03 03 i — сг m
00
i
03
ю s ^
" сл 3
■ ь ä
л s t!
cd о z
^ го sí
cd аз -—
to i ■
03 CD
X "2 CD
0 ro
03 (-) Ш X
03 ~
1 g 03 ä
03
03 ТЗ 03
ТЗ о
S ZI
Р о
-S. О
-
0\ œ
ю
-fc» _->■
§ Ä CD -
H í
"8 о
О а\
Ü X ZI
s тз
ZI 03
го
2 ^ 2 cd
i i cd s
I?
0 со сз\
CD
1 =
® CD
I -i
i s>
20 ?
o ¡
n аз
ТЗ 8
S ^ s
I
CD
о
i з:
cd q
о 3 тз
cd тз
сг
03 - 3 >
M
аз
X 03 03
I W
I о
03 i
® 5
4 O
CD t
_ O
Ш ш
з: I
03 03
i X
о о
го t
CD
ТЗ ~
X 75
CD 03
Я s
5 CD
1 ®
(l)T3
-g o>
cd e
s i
3 03
173
-e o5
cd to
о тз
^ о)
m 01
S q
s 05
0 i . ro 05
1 аз
03 I 03 i о
00 ГО
т; ^
s 1
Ю Ю
" CT) ™ О
ro о
СГ
о 3
51
03
t
I * и e <d _
(d il w <
tr
3 3
CD E
i 5
о О
a
ro
H T; О 03 т; I 03
о ^ 3 E
ТЗ О s i P tr
т;
_s. О
о
аз
o\
0 E
75 "О
03 СГ
03
1 О -с го to
т;
о s
2 s
q s
s ^
аз q
Ш ?
t3 7;
i § s с
to О ■8-^ s
i5 Щ c
О Ol !
О О
ê §
cd i
тз с
^ а
ш р
°° i -1
о 5
п^ го
Ы 3
- аз
о-
~ (г
о t
о
q
аз
ТЗ [Г
X
I
03
81 5 t 03 i о о
СГ
ТЗ 03
о ^
ТЗ
0
q
ТЗ 03
1 CD I
03 X CD
СГ
о о го
О Ь
I р
с
5 Э
^ тз
Ъ /тч
л
я и
ы
л
и ф
ч I
и □
ф I
с
"О
0
п и
1
О
о
X
и □
11"0
(Г и 5 X 3 Р
"аГ 1 о г
х о о
8 | ¡3
¡Ц
¡>1 о о
5 1 я
С Я
паи
<5 8> х
А -
5 и
9 5 Е
8 §
Л)
0
1
и □
ч
£
Л)
О §
□ О
ъ
о ф
ч
Ж □
о
3 5 Й
5 ■С О
о ж
X
5 ■С О О
5
•з!
щ 3
ЧС Я
и
11 ц
я
и э
2 о
га 9 "§ о X ч
> 3
* £ 01 5 ■С
о
о §
5<
-1 Я
I«1
^ 5 Е
3 г
5 4 5
5 5 и
го о о
йод
«< * з
я н
Й и I
— О 7
Я -л 5
и О 5
я> _ О
4 го з □ о
Ь -о
б § £ 11
о
X £
_, й) га
„ а о
я „ ж
Е -§ |
ы £ 2
Я « 5
и а> о
? Л 3
5 5
Е я г
о
5 Я | 3 ж
§ £ »
■ 3
□ -о -о
га О га
■п а о
О (Г 5
=1
тз тз
о о
-8- -8-
0" О"
о о
н н
СЛ 00
(I) (I)
н н
о о
го го
го го
(I) (I)
"О "О
(I) (I)
СП >
Частота импульсов, Гц
о о
го
"О
го
г си а о
г °
о
Частота импульсов, Гц
Частота им
О -в к п к
я
>
>
0* я
23 н
к
п
п >
н >
о
со
>
я я
5С
N3 °
£ ^ I
СО 1
со
¡й
> >
.1
I !
§ §
ш I
ГО I
* I
£ 1
§ :
§ |
* I
* I
ЕВ
О) Ш
> р
СЯ
%
и Я |
И I
£ I
со
ЕВ К
в :
^ I " 1
ь о "О
а г з
тз тз О 5 х г
Е я» ^
8 <» <5 э х "о
_. о о о
(о
0 3
1 О 5 о о ь
го ®
(О "
и
5 Л>
^ 2
§ §
¡Г »
I о
О "!
? а £ я
¡1 85
о- э ч -а
§ о
О 5
О £
ь 2
я» о
н §
<3 о
Ы 5
я
я» 9 §1
1 1 и
"О "О
о о
■е- ■е-
0" 0"
о о
н н
00 00
(I) (I)
н н
о о
00 00
00 00
я п
0) ш
г г
(I) (I)
"О "О
(I) (I)
СП >
Частота импульсов, Гц -*■ к> У! о сл о о о о о о
Частота импульсов, Гц -*■ к> У! о сл о о о о о о
о 1 о
Частота импульсов, Гц
„ ^ -1 1\о м ^ о; о ел о ел о о о о о о
го
"О
>
СП
II
N0 СО
а .с
X о
< г ь
ь .с о
аз 03 го
лг 03
г г г
ф г
— -
о
го >< =1
ч о
о го 00 X ч 03
ТЗ сп X
ф X
г аз ГО Ч О о ф
ТЗ г
03 о со г ф
г г X
X ф
=1 X
< ф г
ТЗ ф
г го
ТЗ о о
о о
го 9
03 X о ч 03
о о
оз
го ^
а §1
г
тз
5 В
со со
го
3 I
0 о
5 .-х
1 00 О
тз оз
ь
чР Ф
О ф О Ч
о оз
ф X о ф
Ж О
5 5
г ^^
-1 а 5 х:
тз
5 00
В лз
ф > сп
о о
ш .с
ь ф
ф x
я г
ч го
тз 03
о ь
£ г
03
x
о ф со
О! 03
x го
03 г
тз о
г
г
ф о
x
о £
-
аз
ч
о
00 03
Т1 й
> сп о
£ о
аз 2
о г
£ г
x
о
-1
о ■
5 а ^
Ф -8- ^
I "§" »
х :□
£ "о
Ь ф
ф 1
3 |
о ^
о (р
£ ®
о
5
оз
I о
3 -С ~ ф
Ф "О ф
о £
4 СГ
о го
о! е Е
го
ф 2
оз
ф .с
ф о
О
3 ф
О) ч о
о
О!
о — ~
о о
Ф "О
5
^ ° Е
» § 2 ф
ш
ь I
оз оз
а
й
тз оз о
о 3
о X
л
* го-§
ф 2 о
оз
ь о
о ч
О Го
СГ ф
Ш -о ? °
I 5
< го
Го :□
е <
сЗ Ь
ГО О"
оз о о
оз ^
Э я
■3 *
0) &>
X
с р
^ о
° о
Я ^
03 -С
I 5
ш д ТчЗ
00 СП
й ЬТ! ^ Ф Ф
4 3 >
® 5 ^ 73 8, Ш
§ |
о о
ш ф
I ^ - §
I ш о
ст;
х ^
5 |
^ I
о ^
^ 1
-I ф
О —
м
-I ф
X
го ч
Р1 5 з
Е 8 о
0 го го
2 -о »
1 ш Е
го о « ¡22
5 3 го
О!
ш 5 В
г
X о
«г
~ = £
3 о Ц
тз
ф Ф
4 "О ш
■9 т
Ьз о ГО Е ^
1
3 ф
■с э -о
0 ^ »
® 5 Ш
3 ГО 3
1 ш =
Я 5
-5 ш тз
о 2 О
го я>
^ > о
=1 ^ °
Ь О со
ш Э ш
о
О!
ь
ш
5
03 ф =! "О
СТ1
ф
го
Ш ш
ь ¡< ш о
э ь
■ ■ а
го В
ф
—
ш о
Ф го
тз
ф
ф
> о
I -8 1 ф
тз П
| ъ
и
тз Ё ?
о о
пл Т1
тз г
о
^ о ^
3 ТЗ ■
.с О
Ф о
О Е
ф
ф
тз ~
0 ш
1 £ 03 Ф
I 5
^ го
ф
О! <
Е -С
^ ^
™ 8
О" го
01 о тз
03
- ^
0 Ф
1 тз Ч ф 03 СО
о -6
! » Ё 3
о о
X
3 Ф Е
^ ° О О!
^ тз
03 03
и
Ч Ч С|)
03 Ф ь
т ТЗ ф
^ ГО
03 03 Ч
9 ь "Я
4 О О
5 ? Ь Э о
00 ГО
ь О го
5 ^ я
о ^ I
0 5 I тз а
3 ^ ф
1 ф >
Ф со
-I 5
03
2 5 9 ш 3 ч
й ? О
2 X
—1 03
г г О ГО со
г г ь
>< ф
о я
аз аз ч
^ ^ 2 тз о £
г г г г го
^_^ Ы о ч о
о ч го г
щ г X ф 1 X 1
< а
о тз
о
03
г £
ф го
тз
03 г
X аз
> ч
г г =1
СП 03
г
^ г
о; =1
03
тз х
03 ф
со
£
ф о
Ь О!
г x
Ь 03
г тз
><
о ч го X г
ф го
ч 03
сг ь
03
x о
03 сг
£ о
го ч
03 £
ф
ь 0"
03 x
2 о
ф 1 го
ГО X 03 СОЯ
со О -С
00
X о
ь ф
^ .=5 Д
03 03
03 2 Го 2
^
о о о о
3 5
о
о а
ГО О"
о
3 0) о
3
О! о
сг а>
03
Е ю
в ^
Ф го
3 X
I»
I -
—1 гг
5 I
0
О!
1 о
1
^ о
Й с< ф
О Ф
-1
о
о £
£ °
5 э ^ =
Е § ф ^
Е
-
03
5 Ь Ё 2
^ о 2? ^ 1
т "О ф ^ |
I 5 5 Е Ь
03
О Я 00
О"
со ф
Э тз
Ф Го
I о
Ф
00
сп
О! о;
го
о ф
X
Го -с
о =1 оо о 5
>< ?" I
ф
X СГ
Е
ф
г
тз
5
в
3 ф со
тз ь
Э I ф
— Ч
1°Е
" о
ь го ф
3 °
^ т
ф ^
со со
I 3
03 ^ £
Ф 3
1 о
г -
Я О)
00 ^
ЛЗ 00
>
т Ч
т ф
р X
о
О з
Ь СО
(о СЛ Го -
Е <
ТЗ X 03 О!
ь 5 ь
03
ь
о о
ш Ь
о 5 ь ><
О 03
ЗС х
Ь Го
аз Ф
II
£. з: ч з
О Ф
О -Р"
ьа .с
о
ТЗ
о
ТЗ
о
ТЗ
о
ТЗ о
03 Н
СО з
I э
3 <
оз ьа
ф ф
О ГО
О ф
О I
Ч I
03 о
го ■ г
£ 1=1
о -а
со г
о о
5 ф
5 й
II 1 §
оз г
о х
сг з
з £
о аз
5
Н 3 Э
8 2
^ I
03 4 Го
- ь
£ 1
5 8 8 §
ф
с -С
' 03
3 ^
ГО ^
оз г
2 "О
3 й го
^ 03 О I О I
ь о ф ф
ф д
^ о < ч
-8 ° -о Ф
00 ^ г^ О
со о КЗ Ф
со ™
СЛ 3 ф
5 ° ф
О I
~ 03
< СГ
ь -
аз го
-С -
3 03
3 э
^ ф
ТЗ ТЗ
3 ф
^ >
СЛ <
со ф Ф
го Е
< з
X I
Ф СО
—I ~
о
ТЗ ф
° -Л
О у
ф
-8- ® -8- |
ч
СЛ О о
^ ё КЗ Го
00
" со
03
4
ф
^ ф
X ш
0) X
¡г
и
03 3 ф § ® Й I
ш I £
§1 о
ф о г
I ТЗ СГ о
X =<
¡5
Ф тз
£ О ф
СГ
О Е
00 СП
>"°5
^ §
о го
О ф
ь о
Ф СГ
г §
О СО
О I
аз .с
Е
X §
о ^
го г
аз аз
со
ф з
Зс I ф ^
03 о
о
X
03 го
о
ТЗ
о го 03
ь
03
ьо 2 =>
8 5
оз г
со ^
и
03 -I
ТЗ
г -
^ =1 г^ "О
00 Ф Е "О
О О
-
го "й
? 8
о о
3
03
о
О я I
О О ф
О I
ь О -С
Ф Ф 3 -I ТЗ
□ а о
ТЗ Э го
3 3 03
3 I
^ СЛ
Ь СЛ
аз ^о .с
3 ТЗ
^ 8 00 I
сп 03
-о го О О Го го
ф
о -а
К
>
> СГ
к
Е
н
п
п >
о
со
>
к
52
СП го т=| :п
Г) с~
^ 03 ^ го 41 а:
СГ Е СП о §
^ тз ч =1
X го гг о
СП Е 03
го X гг
03 ь со го 03
и го го
X н
го ч о с! го ^ о тз
о С) ЕВ о -1
о го н 3=1
о. го 41
н ^
ш
СП тз
—1 в го С13 тз го в ш
о > го
тз о "П
03 го сп —1 т 43 СП о
и ч > ь
С) ч го 03 Е
го
го о 1
"П
СП
СГ —1 ч
о о го X > СГ X
I го Т=1
3 3 ь го ЕВ
го 3 ^
=1 03 го
.1
1I
I р
0
1
3 2
1
¡о* %
сп го
§ *
12
Ь ш
^ тз
X го
5 ел
^ го
3=1 ¡3
ь с
41 а:

- I
Ет;
т
"О СП —I X СП 3=1
ь а
х Е
о ГО
н 03
го го
3 Н
§1 о
3=1
- ь
ГО 43
о
СП
В
го
тз о 03 ь
4
О го
^ ш
2 ^ ГО 5
° I " &
* § ГО ГО
5 *
^ ГО
03
=1 -,
О Го
о - ■
ГО ■§
о ш
§ 5
.1 8
03 3=1
ь
50
сп о
О
ш
о го го
> ГО .
т!|
Сп 43 О
х о
0) ч -О
II?
"О -VI
оз -о ■
I о 2
I в з
^ 5 о го I ч
О ^ 5
£ 00 о
й * и
О м _
го | 00
? ф 3
03 -О ^
3>5
ш тз
о
I к
"О ^ СП 03
-I ь
X Е
го тз
го >
го
со 03
го
о о
го
Ь го
43 го
^ о
03 ® [г о\ X I
го
4
о го
о
СП
в
го
ТЗ -
ф о
со тз
I §
тз
^ го
03
^ Го
& 5
тз го
т т
т
3 3
СГ т
ТЗ
о
2 ъ
г
л ф
ТЗ ф
со
00 СГ О) ТЗ и
03
СП
со
Количество ответов, % ^
о о
ш
Количество ответов, % од
Число импульсов
Число импульсов
го
тз
СБ
—I
о о м
э °
Ф о
Число импульсов
> М СТ> 00
, I
а4
Число импульсов
о
^ О 03 о
и
го ^ 0) ^ ^ О-
00
1 s
° i
s -S "
w ^ i
S Z о
Ф X S<
os
i i i
5 Й 5
го Ï *
JTJ I О
о ч
о S
s и
ТЗ ГО
а> -о ® О ф X о 2 >1
01
i
О
w о»
CD «
S *
О ф
Б ГО
fi» 01
О tt
Ч т
О »
ч СО
СО X
S 3 i 3 i "-'S
g o i
CD 2 X
i 5 2 ® -3 I
Egl
* ш
Ol
3
CD
«
И1
» г Ь тз -и
SS 3
l¡ CO £
и
>< За
И
M
^ s
öS
la ai
X X О X
Sc СГ
3 ¡
-С
S 3 Ф о
о = о ^
Si
а S
? 3
I »
со
5 s"0
Ф V< S
1 s *
s J= о.
О St
Z 3
X
X о
S Ф
W ч
X Ф
о со
■С сг
В) з
О X
-»■■к. ГО
о* S
i *
со _ < а
X » D"
— Ф
S т;
i ^
^ СГ
» о
S о
s со
Б о
3 со
lis Iii
Ï а»
О 2 О
О S ч
ч ф о
СГ ч ч
О X
"О ^ о
fi> Sc
о о
% « 3
О M s
о
'"S
s
s
а
>
> CT1
а Е
H
a
n
n >
H
s
a
>
a a a
INJ »
£
INJ О
s;
S
g
^ I
^ I
ë ; g
s»
S
M
su g
S»
I
S
• s
г
w и
^ I
S I
1 s
-g
s»
S
s
"Й I
s s
P I >
Я
1 I
1 I
яг s
X
со ш о тз
со s h о
^ S s<
CD
со
-I |\J о?
Я -Ю Ш
q к> х
m £ ®
Ш Ш §
я о
о i
О 03 :ц 3
го
- ■ .jo
q 5 q i
x 3
о 03 ~ i
ti i аз
I
о
s< CD
q "i
s аз
3 x
^ q
i
CD Si тз
0
1 О œ
^ о
I з
° CD
0 ш
q z
s о
3 о
^ s
с é
1 q
CD о
St H
—' I
i о
о
о h x s
Й s q ^
q a
H.
О -—-
_I
о о о
тз о 03 ri
тз
_ 03
тз о 05 -Э
со тз i о s о
j= н
05 ^
I I
i 0) „
аз ш fí
J= s
s ^
CD о
Зз X ti
"О CD ш
>< о
п ^ X
s о
I
q н
q s тз
^ 3 о
о i
ш ^ сг
оз аз х
з jz Z
S S X
i аз
0 q
CT) S
t ь
ь pû аз J= s
01 s § s
СГ
E 3
s ^
C0 -
CD
S*
i 03 ® ro
S CD
SB o"
CD CD
CD T3 H
I О
S —i
ГО ф
^ î
S CD О
P О H
V s 33
I >< 03
со =i —i
3 33
x cd
S ° О
ZI ZI
о тз
О CD
ri Ь
g ÇD
Ш g
IÊ
-C S
CD
S 33
ç 03
5 о
о t
s о
0
1 CD t
0 CD 03 .—.
1 Ю
s
аз —
s g -1
1 8
q cd
H
s
X CD
CD =1 О CD s 33
0 CD St (Г
=1 CD ^ =1
03 тз
4 g
1 q s 05
О CD
2 ^ h аз
03
03
о оз зз £ о 5
о cd x s h t
0 ^
CT Q)
1 s
2. го
X CD s 2
CD ТЗ q q [Г
CD СО CD CD Ê о
^ S St ^ s q о
ТЗ о CD H s St J=
03 л о ь §
I t СГ
03 i CD о —1 5
[Г S s s
* 5
•Is
аз g-ë CD m
0
1 33 tr о
СО st о
cd о
çg»
аз 5 i1! i?
cd
cd t3
0 аз
h
1
о
i i
-vi аз ю-i 1
n> s со о
s го н
> о)
03 i
о
cd h
i i
cd аз х г-
о о
q ш
s q
ÎS
03 —
о о\
i§ * е о 5
ti
^ cd
ж 03
cd ь
s cd
ct cd
— тз
=1 cd
^ cd ^
о E
cd cd
_ о
^ cd 1
03 s -s<
(d < i
i s 03
s cd —,
ro I p
m i тз
ш i cd
H , "
cd ы ^
ф ш 2¡
s <t<
cd i p
ü>
тз ro cd
? J3 1
4»
о
t тз
I 33
о ш
03 cd
"S g
чг- со -1 03 i s о er
о
0
1
03 i сг i [г 03 X
тз
03 si
= о
i 03 i сг i сг
s< X
- я
0) ф <
сз\ =! i
о s сг
тз
03 s
i x
cd cd
cd о
тз о
03 st
-е-1< -е- ^
го о
з 3
е ^
о
0 i s
1
03
- g
¡I
¡I ¡I
4 i
i
03 ^
=1 T3 33 g 03 q
ш !d< 1-33 Í 03 e о x si ^ о
cd о
cd i cd 03
s о s о
i
о
0 cd
01 ?"
ГО Щ
о çd ^ ^
cd t го
ш û)
51
тз
03
cd о
тз
cd
cd i -
СГ i
- S 03 i
CD СГ СО S 03 s со s
CD T3
03 — о
I CD CD
I 03
СГ CD q i s
CD T3
03 ^
СГ X 03
О 03 ^
О 5 T3
О X 03 q H s 03 со i
CO s
^ X
о CD I
H I СГ
I CD CD
о I
St S H
H аз s
CD CD СГ
0
1 s
x cd о
h cd
о
сг
о о
cd
—i 7; т; ■о ö ь
'i è о
s n н го ° cd -с тз
s zi s
n ш го g ш
§h
i ш cS о "S
03 ro t ^ t cd cd i
05 -o g
- s i g > £ о - g
^ t3 о
g -e-
5
x 03
о
ш rog
О 33 C31
s !5 §
о
о
--j
со
ооо
ri =! о
о о cd
тз о t
oos
з: a\ i s q го
Ф H I
s 3 ± ^ e
О V?
fi p
t Cl)
1 i
cd
s 3
л 33
N
2 о
i
° £ st ro
i
5 s
аз
§
s x ГО û)
О X
0\
О I î g
о h t
-o g 03
ffl ï i
ï e
ro q cd
_cr
t3 03
s 03 i сг i сг
1 р "i S ro s
о тз
s x
тз
0
03
1 03 i 03
i
cd
St
тз
0
1 i
о
тз t
г 03 cd
' a\ i о о
о 33
Я 05
q со " g1
s н ô 03 i
t I CD СГ i
x
Я 8
ГО H
^ s
p m
cd 33 33 p
CD
CD t
Z s
73 я
g о
-i -i
1 s
S 33
о о
St CD
x 05 03
cd ^
t3 cd t i
0 *
cd
1
i
о
CD сг
о t
i со
ro о
"0 s
> о 03
en H H
a\ о тз T3 s
§ о St CD 03
СГ E I CD CD о i s
s о
X СГ
s со ^ I 03
s о s
03 s
i I
СГ о ^
X о 03
о t X
H CD q s H СГ CD о H
о CD о a\ 03 a\ s
CD Cl) i
о -e- СГ X
Й CD i -e- CD H 03 аз 03
СГ CD
0
1 h
тз о ^
§ m
0" s
x cd
о тз
si cd
о §
•-а 9
s 00 ь ■ s -и
u ы ь
(в
s
0
1
s о
m -S
го
cd
ti s q) -1 тз q)
ro
(г u do Cl X i (г X
S I
t3 cd
^ t3 _a> q)
1 ï
о cd
s ®
h
2 eu
E
s-g
cd cd
-i e
cd q
s q)
t го
cd о
о h
° s
si о
2 о
о
^ "D
SE -s g»
cd 3 ro 0"
£ E s s
^ X
cd Q
1 m
tr 5
- m
0 d s О
1 я
S о
'S н
Ь го
ai cd
-Ц Í
о §
cd
ti ro
x
о
cd
тз
Частота импульсов, Гц
Частота импульсов, Гц
О -в К п к
я
>
> О*
я
23 н
я
п
п >
н >
о
я
>
я я
5С
Для исследования синаптической пластичности мы применили тетаническую стимуляцию с задержкой 10 мс для двух групп электродов в камерах A и Б в соответствии с протоколом индукции пластичности STDP [23, 24]. Обнаружено, что характеристики индуцированного стимулом распространения сетевой пачки между пре- и постсинаптическими популяциями нейронов значительно изменяются после высокочастотной тетанической стимуляции с задержкой в 10 мс (см. рис. 5-8). В одной культуре из пяти используемых стимуляция индуцировала потенцирование синаптических путей в микроканалах, что приводило к увеличению вероятности распространения пачек импульсов между камерами. Удивительно, но в других трех культурах мы обнаружили эффект депрессии, вызванной стимулом активности после тетанической стимуляции. Наблюдавшиеся в экспериментах случаи уменьшения вероятности распространения сетевого сигнала между популяциями предположительно могут быть связаны с тем, что часть нейронов в культуре клеток гиппокампа — тормозные (10-20%) [25, 26]. При стимуляции связей тормозных нейронов с задержкой ±10 мс наблюдается увеличение тормозного эффекта [27]. Также ослабление функциональной связи может быть вызвано истощением запаса медиаторов после высокочастотной стимуляции или свойством гомеостатиче-ской пластичности.
Данные эксперименты показали эффективность применения разработанной экспериментальной модели для вызова функциональных изменений в культивируемой нейронной сети.
Заключение. Предложенный экспериментальный метод изучения синаптической пластичности обеспечивает надежный контроль морфологии культивируемой сети с целью индуцирования зависящей от времени импульса пластичности. Такой подход может быть использован для изучения сетевых эффектов синаптической пластичности в процессах памяти, обучения, обработки информации и восстановления нервной ткани в головном мозге.
Благодарность. Авторы благодарят Евгения Малышева за его ценный вклад в разработку микрофлюидных чипов, изготовление мастер-формы, оптимизацию методологии и обсуждение результатов исследования.
Финансирование исследования. Работа поддержана грантом Президента РФ (МК-8731.2016.4).
Конфликт интересов отсутствует.
Литература/References
1. Marom S., Shahaf G. Development, learning and memory in large random networks of cortical neurons: lessons beyond anatomy. Q Rev Biophys 2002; 35(01): 63-87, https:// doi.org/10.1017/s0033583501003742.
2. Le Feber J., Stegenga J., Rutten W.L.C. The effect of slow electrical stimuli to achieve learning in cultured networks
of rat cortical neurons. PLoS One 2010; 5(1): e8871, https:// doi.org/10.1371/joumal.pone.0008871.
3. Pimashkin A., Gladkov A., Mukhina I., Kazantsev V. Adaptive enhancement of learning protocol in hippocampal cultured networks grown on multielectrode arrays. Front Neural Circuits 2013; 7: 87, https://doi.org/10.3389/fncir.2013.00087.
4. Li Y., Zhou W., Li X., Zeng S., Luo Q. Dynamics of learning in cultured neuronal networks with antagonists of glutamate receptors. Biophys J 2007; 93(12): 4151-4158, https://doi.org/10.1529/biophysj.107.111153.
5. Bologna L.L., Nieus T., Tedesco M., Chiappalone M., Benfenati F., Martinoia S. Low-frequency stimulation enhances burst activity in cortical cultures during development. Neuroscience 2010; 165(3): 692-704, https://doi.org/10.1016/j. neuroscience.2009.11.018.
6. Brewer G.J., Boehler M.D., Ide A.N., Wheeler B.C. Chronic electrical stimulation of cultured hippocampal networks increases spontaneous spike rates. J Neurosci Methods 2009; 184(1): 104-109, https://doi.org/10.1016/j. jneumeth.2009.07.031.
7. Jimbo Y., Robinson H.P.C., Kawana A. Strengthening of synchronized activity by tetanic stimulation in cortical cultures: application of planar electrode arrays. IEEE Trans Biomed Eng 1998; 45(11): 1297-1304, https://doi.org/10.1109/10.725326.
8. Jimbo Y., Tateno T., Robinson H.P.C. Simultaneous induction of pathway-specific potentiation and depression in networks of cortical neurons. Biophys J 1999; 76(2): 670-678, https://doi.org/10.1016/s0006-3495(99)77234-6.
9. Wagenaar D.A., Pine J., Potter S.M. Searching for plasticity in dissociated cortical cultures on multi-electrode arrays. J Negat Results Biomed 2006; 5(1): 16, https://doi. org/10.1186/1477-5751-5-16.
10. Chiappalone M., Massobrio P., Martinoia S. Network plasticity in cortical assemblies. Eur J Neurosci 2008; 28(1): 221-237, https://doi.org/10.1111/j.1460-9568.2008.06259.x.
11. Chiappalone M., Bove M., Vato A., Tedesco M., Martinoia S. Dissociated cortical networks show spontaneously correlated activity patterns during in vitro development. Brain Res 2006; 1093(1): 41-53, https://doi.org/10.1016/j. brainres.2006.03.049.
12. Feber J. le, Rutten W.L.C., Stegenga J., Wolters P.S., Ramakers G.J.A., Pelt J. van. Conditional firing probabilities in cultured neuronal networks: a stable underlying structure in widely varying spontaneous activity patterns. J Neural Eng 2007; 4(2): 54-67, https://doi.org/10.1088/1741-2560/4/2/006.
13. Taylor A.M., Blurton-Jones M., Rhee S.W., Cribbs D.H., Cotman C.W., Jeon N.L. A microfluidic culture platform for CNS axonal injury, regeneration and transport. Nat Methods 2005; 2(8): 599-605, https://doi.org/10.1038/nmeth777.
14. Kanagasabapathi T.T., Ciliberti D., Martinoia S., Wadman W.J., Decre M.M. Dual-compartment neurofluidic system for electrophysiological measurements in physically segregated and functionally connected neuronal cell culture. Front Neuroeng 2011; 4: 13, https://doi.org/10.3389/ fneng.2011.00013.
15. Takayama Y., Kotake N., Haga T., Suzuki T., Mabuchi K. Formation of one-way-structured cultured neuronal networks in microfluidic devices combining with micropatterning techniques. J Biosci Bioeng 2012; 114(1): 92-95, https://doi. org/10.1016/j.jbiosc.2012.02.011.
16. Bisio M., Bosca A., Pasquale V., Berdondini L., Chiappalone M. Emergence of bursting activity in connected
чшшшшт^тчтчшшшшш^тчтчтчшт
Метод изучения вызванной стимулом пластичности нейронной сети СТМ | 2017 — том 9, №4 23
neuronal sub-populations. PLoS One 2014; 9(9): e107400 https://doi.org/10.1371/journal.pone.0107400.
17. Le Feber J., Postma W., de Weerd E., Weusthof M.; Rutten W.L.C. Barbed channels enhance unidirectional connectivity between neuronal networks cultured on multi electrode arrays. Front Neurosci 2015; 9: 412, https://doi org/10.3389/fnins.2015.00412.
18. Pan L., Alagapan S., Franca E., Leondopulos S.S. DeMarse T.B., Brewer G.J., Wheeler B.C. An in vitro method to manipulate the direction and functional strength between neural populations. Front Neural Circuits 2015; 9: 32, https:// doi.org/10.3389/fncir.2015.00032.
19. Yoshizumi Y., Honegger T., Berton K., Suzuki H., Peyrade D. Micromotors: trajectory control of self-propelled micromotors using AC electrokinetics (Small 42/2015). Small 2015; 11(42): 5629-5629, https://doi.org/10.1002/ smll.201570255.
20. Habibey R., Golabchi A., Latifi S., Difato F., Blau A. A microchannel device tailored to laser axotomy and long-term microelectrode array electrophysiology of functional regeneration. Lab Chip 2015; 15(24): 4578-4590, https://doi. org/10.1039/c5lc01027f.
21. Pimashkin A., Kastalskiy I., Simonov A., Koryagina E., Mukhina I., Kazantsev V. Spiking signatures of spontaneous activity bursts in hippocampal cultures. Front Comput Neurosci 2011; 5: 46, https://doi.org/10.3389/fncom.2011.00046.
22. Malishev E., Pimashkin A., Gladkov A., Pigareva Y.,
Bukatin A., Kazantsev V., Mukhina I., Dubina M. Microfluidic device for unidirectional axon growth. J Phys Condens Matter 2015; 643: 01202, https://doi.org/10.1088/1742-6596/643/1/012025.
23. Bi G.Q., Poo M.M. Synaptic modifications in cultured hippocampal neurons: dependence on spike timing, synaptic strength, and postsynaptic cell type. J Neurosci 1998; 18(24): 10464-10472.
24. Debanne D., Gahwiler B.H., Thompson S.M. Asynchronous pre- and postsynaptic activity induces associative long-term depression in area CA1 of the rat hippocampus in vitro. Proc Natl Acad Sci USA 1994; 91(3): 1148-1152, https://doi.org/10.1073/pnas.91.3.1148.
25. Woodin M.A., Ganguly K., Poo M. Coincident pre-and postsynaptic activity modifies gabaergic synapses by postsynaptic changes in Cl- transporter activity. Neuron 2003; 39(5): 807-820, https://doi.org/10.1016/s0896-6273 (03)00507-5.
26. Chen X., Dzakpasu R. Observed network dynamics from altering the balance between excitatory and inhibitory neurons in cultured networks. Phys Rev E Stat Nonlin Soft Matter Phys 2010; 82(3): 031907, https://doi.org/10.1103/ physreve.82.031907.
27. Jinno S., Kosaka T. Stereological estimation of numerical densities of glutamatergic principal neurons in the mouse hippocampus. Hippocampus 2010; 20(7): 829-840, https://doi.org/10.1002/hipo.20685.
///////////////////////^^^^
24 СТМ J 2017 — том 9, №4 А.А. Гладков, В.Н. Колпаков, Я.И. Пигарева, А.С. Букатин, В.Б. Казанцев, И.В. Мухина, А.С. Пимашкин
