جهاز لاسلكي، واجهة ثنائية الاتجاه للتسجيل في فيفو وحفز النشاط العصبي في التصرف بحرية الفئران

الهدف العام لهذه الدراسة هو تطوير جهاز ثنائي الاتجاه عن بعد لإجراء تسجيلات عصبية متعددة القنوات وتحفيز الفئران التي تتصرف بحرية. يمكن أن يساعد هذا الجهاز الجديد في الإجابة على الأسئلة الرئيسية في مجال علم الأعصاب السلوكي مثل العلاقات السببية بين أنماط تنشيط الدماغ والسلوك. من أجل التحقق من صحة نظام القياس عن بعد ، نختار القولون السفلي كبنية عصبية مستهدفة ، لأنه يمكن استنباط استجابة سلوكية علنية عن طريق التحفيز الكهربائي.

من المعروف على نطاق واسع أن التحفيز الكهربائي للقولون السفلي يثير استجابات سلوكية مشروطة تشبه الخوف في الفئران ، مثل اليقظة والتجميد وسلوك الهروب. افترضنا أن القدرة على استنباط مثل هذا السلوك الواضح الذي لا لبس فيه سيوفر تحديا حقيقيا لنظامنا عن بعد. يتكون نظام القياس عن بعد المتكامل من مرحلة الرأس والبطارية وجهاز الاستقبال ووحدة قطب كهربائي صغير ليتم زرعها أثناء الجراحة التجسيمية.

يظهر هنا نظام لاسلكي متكامل تماما تم تطويره من قبلنا ، والذي يتكون من تسجيل قطب كهربائي واحد ، رباعي ، قطب تحفيز ، لوحة توصيل ألياف قطب كهربائي ، كابلات توصيل مرنة ، سلك أرضي ، لوحة موصل ، موصل ذكر أو أنثى ل TWS ، وحدة قطب كهربائي دقيق TWS متصلة بمكبر الصوت المسبق ، وحامل للتوصيل بإطار تجسيم. لبدء هذا الإجراء ، قم بإصلاح رأس ومحاذاة رأسه أفقيا في الجهاز التجسيمي باستخدام قضبان الأذن وقضيب القاطع العلوي. بعد ذلك ، قم بحلق المجال الجراحي باستخدام المقصات الجراحية أو المقص وتعقيم فروة الرأس باستخدام بوفيدون اليود.

ضع وسادة تدفئة تحت لمنع انخفاض حرارة الجسم وعالج عينه بالديكسبانثينول لمنعه من الجفاف. ثم حقن Xylocaine في وسط موقع الجراحة. بعد ذلك ، قم بعمل شق صغير بالمشرط لكشف الجمجمة.

افصل الجلد برفق وقم بإزالة الأنسجة المتبقية. بعد ذلك ، قم بتنظيف الجمجمة بعناية باستخدام براعم قطنية مطلية ببيروكسيد الهيدروجين. بعد ذلك ، قم بحفر أربعة قطع صغيرة في الجمجمة لتثبيت مسامير الفولاذ المقاوم للصدأ.

بعد ذلك ، قم بحفر ثقب حوالي سبعة ملليمترات في الجمجمة فوق المنطقة المستهدفة لتثبيت وحدة القطب. قم بتوصيل وحدة القطب الكهربائي الدقيق وحامل القطب الكهربائي بمكبر الصوت المسبق المتصل بجهاز المعالجة الدقيقة التجسيمي. امتصاص أي دم مع براعم القطن.

ثم أدخل وحدة القطب الكهربائي الصغير عموديا حتى تصل الأطراف إلى المنطقة المستهدفة. ضع الكابل الأرضي على طول مسامير الفولاذ المقاوم للصدأ وتحت الجلد. بعد ذلك ، اضبط القطب بعناية باستخدام المعالج الدقيق حتى يصل إلى منطقة من الخلايا العصبية النشطة في الهيكل المستهدف.

في غضون ذلك ، راقب نشاط السنبلة واكتشف النشاط العصبي باستخدام نسبة الإشارة إلى الضوضاء المناسبة لفرز السنبل. بعد ذلك ، قم بإصلاح وحدة القطب الكهربائي الصغير على الجمجمة باستخدام الغراء فوق البنفسجي. قم بتغطية البراغي والكابل الأرضي براتنج الأكريليك.

بعد ذلك ، افصل وحدة القطب الكهربائي الدقيق عن حامل القطب. قم بتغطية لوحة التلامس والكابلات الصغيرة براتنج الأكريليك. قم بإزالة المكشوفة بعناية من الإطار التجسيمي وافصل مكبر الصوت المسبق عن وحدة القطب الكهربائي الدقيق.

ثم قم بتوصيل حماية الغطاء بوحدة القطب الكهربائي الدقيق المزروعة وفصلها فقط أثناء الإجراءات التجريبية. راقب رعاية واملأ ورقة النتائج كل يوم حتى نهاية التجارب. احتفظ بالفئران بشكل فردي في القفص المنزلي لمدة يوم واحد على الأقل بعد الجراحة للسماح بالتعافي ثم إيواء الفئران في أزواج.

يجب تغطية الأقفاص المفردة بأغطية أكريليك عالية. تجنب الأغطية التقليدية المصنوعة من الشبكة المعدنية ، حيث يمكن أن تتعطل الغرسات وتصبح تالفة أو غير مستقرة بمرور الوقت. افتح برنامج TWS وقم بتوصيل جهاز الإرسال والاستقبال بمنفذ USB بالكمبيوتر.

يمكن وضع جهاز الإرسال والاستقبال على بعد خمسة أمتار فوق. بمجرد عدم إدخال حاجز معدني بين جهاز الإرسال والاستقبال ومرحلة رأس ، فإن TWS قابل للتطبيق على مجموعة واسعة من المهام السلوكية. قم بتوصيل البطارية بالجزء العلوي من مرحلة الرأس.

تأكد من إضاءة ضوء أخضر في مرحلة الرأس أثناء توصيل البطارية به. ثم قم بتوصيل مرحلة الرأس مباشرة بالقطب الصغير المزروع. كاختبارات سلوكية نموذجية ، نستخدم الحقل المفتوح لقياس النشاط السلوكي العام والمتاهة المرتفعة بالإضافة إلى الارتفاع ، وهو اختبار قياسي لتقييم القلق مثل السلوك في الفئران.

بالنسبة لمقايسة الحقل المفتوح ، ضع الجرذ في وسط الحقل المفتوح. اسمح للفأر باستكشاف الجهاز لمدة خمس دقائق على الأقل. اضغط على زر الاتصال لتوصيل الكمبيوتر المضيف بنظام القياس عن بعد.

يجب أن تتغير الحالة من عدم الاتصال إلى الاتصال بالإنترنت. حدد قائمة إعداد معلمة التحفيز. حدد معلمات مولد التحفيز وفقا لتجربة التحفيز الخاصة بك.

على سبيل المثال ، سعة النبضة واحد ، وسعة النبضة الثانية ، وتردد النبض ، وتردد القطار. إذا تم تعيين جميع معلمات التحفيز على القيم المطلوبة ، فحرك الماوس إلى بدء التحفيز واضغط على زر بدء التحفيز. حرك مؤشر الماوس إلى زر بدء عرض الرسم البياني.

حرك مؤشر الماوس إلى قائمة عرض الرسم البياني لتحديد الرسوم البيانية لعرض إشارة التحفيز. بالنسبة لمقايسة المتاهة المرتفعة ، فإن المتاهة الزائدة المستخدمة في هذه التجارب مصنوعة من الأكريليك الرمادي وتتكون من ذراعين مفتوحين وذراعين مغلقين يمتدان من منصة مركزية مرتفعة 50 سم فوق الأرض. ضع المعدل في المركز بالإضافة إلى المتاهة التي تواجه ذراعا مفتوحا.

اسمح لها باستكشاف الجهاز بحرية لمدة خمس دقائق. اضغط على زر الاتصال لتوصيل الكمبيوتر المضيف بنظام القياس عن بعد. يجب أن تتغير الحالة من عدم الاتصال إلى الاتصال بالإنترنت.

يتم عرض قوة الاتصال وسعة البطارية المتبقية بواسطة الشريط الأخضر في الزاوية اليسرى العليا. اضغط على قائمة التكوين لرؤية خيارات الرسم البياني. حدد قائمة مسار الملف لإدخال اسم الملف والمسار حيث يجب تخزين البيانات المسجلة.

اضغط على حفظ لحفظ اسم الملف والمسار. اضغط على بدء تشغيل الشاشة لبدء عرض الإشارات المكتشفة لقنوات التسجيل الأربع. انتبه إلى حقيقة أن الإشارات المسجلة لم يتم تخزينها بعد.

حدد كسب مضخم مرحلة الرأس TWS المدمج. ابدأ تشغيل شاشة الصوت بالضغط على السهم الأخضر وحدد عتبة إشارة باستخدام شريط التمرير لتقليل ضوضاء الخلفية وعرض المسامير المسجلة صوتيا. اضغط على زر التسجيل الأحمر في قائمة التسجيل.

عند الضغط على زر التسجيل ، يتم تخزين الإشارة المسجلة على القرص الصلب. يتم عرض الإشارة المسجلة بشكل مستمر على الجانب الأيمن. يظهر هنا أداء تسجيل TWS باستخدام قطب تسجيل ثنائي القطب واحد مزروع في القولون السفلي.

بعد ذلك ، افصل مرحلة الرأس عن وحدة القطب الكهربائي الدقيق المزروعة وقم بتوصيل حماية الغطاء. بعد ذلك ، أعد الجرذ إلى قفص منزله. تم تسجيل نشاط متعدد الوحدات خارج الخلية على التوالي في القولون السفلي من نفس القطب المزروع باستخدام TWS ونظام تسجيل تقليدي مربوط.

يوضح هذا الشكل البيانات الأولية التمثيلية المسجلة باستخدام كلا النظامين بينما كان يتحرك بحرية في حقل مفتوح. تشير المقارنة المباشرة للإشارات هنا إلى أشكال موجة الارتفاع ومستويات الضوضاء المماثلة. هنا قدمنا نظام التسجيل والتحفيز اللاسلكي الخاص بنا للدراسات الفيزيولوجية الكهربية والسلوكية في التي تتحرك بحرية.

نهجنا له العديد من المزايا مقارنة بالمزايا الحالية. أولا ، يستخدم هذا النظام مرحلة رأس محمولة واحدة. يحتفظ بها مع مكبر صوت مسبق وبطارية قابلة لإعادة الشحن.

مرحلة الرأس خفيفة ومضغوطة ، وتزن 12 جراما بما في ذلك البطارية. ثانيا ، تم تحمله جيدا من قبل ولهذا يمكن استخدامه لاستبدال النظام المربوط لأنه لا يقيد حركة. ثالثا ، من خلال التسجيل ثنائي الاتجاه وتحفيز النشاط العصبي المتزامن ، يوفر هذا النظام أداة متطورة لتقييم العلاقات السببية بين أنماط تنشيط الدماغ المحددة والسلوك.

أخيرا ، قمنا بتطوير وحدة قطب كهربائي دقيق قابلة للزرع بشكل مزمن يمكن زراعتها بسهولة أثناء الجراحة التجسيمية التقليدية. بعد مشاهدة هذا الفيديو ، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية زرع وحدة القطب الكهربائي الدقيق وإجراء التحفيز الكهربائي والتسجيلات العصبية خارج الخلية. يعد نظام القياس عن بعد أداة مفيدة للتحقيق في آليات تحفيز الدماغ.

يعد نظام القياس عن بعد أداة مهمة يمكن دمجها مع مجموعة واسعة من اختبارات السلوك من أجل التحقيق في كيفية توليد النشاط الكهربائي في الدوائر العصبية المحددة أشكالا معينة من السلوك ، وهو مسعى أساسي لعلم الأعصاب.