تسجيل على نطاق واسع اطقم متعلق بالخلايا العصبية مع مجسات للسيليكون في الجرذ خدر

الهدف العام من هذا الإجراء هو وصف عملية تسجيل عصبي حادة واسعة النطاق من القشرة الحسية الجسدية للأطراف الأمامية اليسرى واليمنى، وذلك بشكل متزامن في جرذ مُخدر باستخدام مسبار سيليكون. يتم تحقيق ذلك أولاً بتخدير الحيوان باستخدام اليوريثان، ثم وضع الجرذ في الإطار التجسيمي لعمل شق جراحي بطول اثنين إلى ثلاثة سنتيمترات فوق الجمجمة. وتتمثل الخطوة الثانية في وضع براغي التأريض والمرجع.

بعد ذلك، يتم إجراء عمليتي فتح للقحف فوق القشرة الحسية الجسدية وإزالة الأم الجافية. وتتمثل الخطوة النهائية في إدخال المسابر السيليكونية بعناية في الدماغ وإنزالها ببطء إلى المنطقة المطلوبة. وتسمح هذه العملية بتسجيل إمكانات المجال المحلي ونشاط الارتجاف من عشرات العصبونات.

تكمن الميزة الرئيسية لهذه التقنية في أن مسابير السيليكون تسمح بالتسجيل من عدد كبير من مواقع التسجيل. علاوة على ذلك، يمكن توزيع مواقع تسجيل متعددة على مسافات تصل إلى عدة مليمترات، مما يتيح التسجيل المتزامن عبر أعمدة قشرية متعددة أو عبر طبقات متعددة في عمود قشري واحد. والأهم من ذلك أن التوزيع الدقيق هندسياً لمواقع التسجيل يسمح بدراسة العلاقات المكانية بين المجموعات العصبية.

يمكن لهذه الطريقة أن تساعد في الإجابة على أسئلة رئيسية في مجال العلوم العصبية، مثل كيفية مشاركة نشاط المجموعات العصبية في اللدونة الذاكرية، وتشفير المثيرات، واتخاذ القرار، بالإضافة إلى كيفية تأثر هذه التفاعلات العصبية بالعقاقير المختلفة. لبدء هذا الإجراء، يتم تخدير الجرذ باستخدام iso fluorine بتركيز يتراوح بين 3% إلى 4%، والحفاظ على تركيز 2% لمنع تعرض الحيوان للإجهاد الناتج عن الحقن. بعد ذلك، يتم حقن 7.5 milliliters per kilogram من محلول urethane مخفف بتركيز 20% داخل الصفاق، مع تقسيم هذه الحقنة إلى أربع جرعات يفصل بين كل منها حوالي 30 دقيقة.

بعد ذلك، قم بتنظيف المجسات السيليكونية بالماء المقطر تحت المجهر. ادهن المجسات بعلامة فلورية لتحديد مواقع المجسات في التحليل النسيجي. يجب دائمًا إجراء هذه العملية تحت المجهر للتأكد من عدم تعرض المجسات للتلف أو الانثناء.

بعد ذلك، قم بحلاقة الفراء على طول موقع الشق. ثم ضع المرهم على كلتا العينين. أعطِ 5 mg/mL من Dexamethasone عن طريق الحقن تحت الجلد لتقليل التهاب الدماغ.

في هذه المرحلة، يتم تثبيت الحيوان في الإطار التجسيمي (stereotaxic frame). بعد ذلك، يتم تحضير موقع الجراحة تعقيميًا باستخدام صابون الكلورهيكسيدين والإيثانول، وقبل إجراء الشق، يتم حقن الليدوكائين والإبينفرين تحت الجلد في موقع الشق للتخدير الموضعي، ولتقليل خطر حدوث نزيف. ثم يتم إجراء شق بطول سنتيمترين على طول الخط الناصف لفروة الرأس، وإزالة الجلد.

لكشف الجمجمة، قم بإزالة فروة الرأس الظهرية عن اللفافة عن طريق التشريح الكليل، وتحكم في النزيف باستخدام شمع العظام. بعد ذلك، احفر ثقبين في العظم القذالي للجمجمة. قم بتثبيت البراغي الصغيرة في الثقوب لتكون بمثابة أقطاب أرضية ومرجعية.

يجب أن يكون برغي المرجع ملامساً للأم الجافية. بعد ذلك، قم بإجراء فتحتين في الجمجمة بقطر يتراوح من 1 إلى 2 ملم في الإحداثيات المقابلة للقشور الحسية الجسدية للطرف الأمامي.

استخدم الهواء المضغوط لإزالة غبار العظام حسب الحاجة أثناء عملية ثقب الجمجمة لمنع ارتفاع درجة حرارة الجمجمة نتيجة الحفر. ضع قطرات من محلول ملحي. ثم قم ببناء حاجز صغير من راتنج الأكريليك يحيط بفتحتي ثقب الجمجمة من أجل الحفاظ على محلول PBS فوق الأم الجافية المكشوفة، ومنعها من الجفاف.

قم بإضافة PBS باستمرار طوال التجربة. بعد ذلك، استخدم إبرتين بمقاس 30.5 ذات رؤوس منحنية لإزالة الأم الجافية من كلتا فتحتي الجمجمة. عند هذه النقطة، ضع رؤوس المجسات السيليكونية بحيث تكون ملامسة للأم الحنون مباشرة.

بعد ذلك، يتم إدخال مجسات السيليكون ببطء، مع التأكد من إمكانية إدخال سيقانها في الدماغ دون مقاومة أو انثناء. خفّض المجسات بعناية حتى تصل إلى مناطق التسجيل المطلوبة. وإذا لزم الأمر، أضف قطرات من PBS فوق فتحات ثقب الجمجمة لمنع جفاف الأنسجة.

يظهر هنا تسجيل إلكتروفيزيولوجي نموذجي لجهد المجال المحلي لمدة 500 milliseconds من قطب كهربائي واحد. ويوجد مثال لشكل موجة النبضة في الإدراج الموضح. وهنا أمثلة للمناظر ثنائية الأبعاد لتجمعات الوحدات التي تم الحصول عليها من قطب كهربائي واحد.

تمثل كل مجموعة من النبضات نشاطاً عصبياً من عصبون واحد. تظهر هنا أشكال موجات النبضات المتوسطة للوحدات الممثلة في كل قناة من القنوات الأربع من تترود (tetrode) واحد. يوضح هذا الرسم البياني طاقة الموجة للنبضات المسجلة بمرور الوقت.

لاحظ أن قيمة الطاقة الثابتة نسبيًا لكل وحدة تشير إلى تسجيل مستقر خلال الفترة المعروضة. بعد مشاهدة هذا الفيديو، يجب أن تكون قادرًا على إجراء تسجيلات باستخدام مسبار السيليكون في مناطق متعددة من الدماغ من أكثر من مائة عصبون في وقت واحد. يتم تحقيق ذلك من خلال إكمال الخطوات التالية وتخدير الحيوان، ووضع براغي المرجع والتأريض، وحفر ثقوب الجمجمة، وإزالة الأم الجافية، وأخيرًا إدخال المسابير في منطقة التسجيل المطلوبة.