理解皮层环路的一个基本问题是不同皮层中的网络如何编码感觉信息。本文介绍了利用多触点层状电极记录单个神经元放电和局部场电位的电生理学技术，并展示了用于识别皮层分层的分析方法。
需要JoVE订阅才能观看此内容。 请登录或开始免费试用
本文内容
摘要
摘要
皮层各层是遍布新皮层1-4的普遍结构，由高度重复的局部神经网络组成。近年来，我们对不同皮层各层神经元响应特性的差异已有显著进展5-8，但关于神经元群体是否以及如何以特定分层的方式编码信息，仍有许多问题有待探索。
现有的多电极阵列技术虽然能够有效测量大脑皮层表面数毫米范围内神经活动的响应，但并不适用于研究皮层层状环路的问题。在此，我们介绍了利用多触点层状电极（图1；Plextrode U-Probe，Plexon公司）记录初级视皮层（V1）各皮层中单个神经元及局部场电位（LFPs）的实验设置与记录方法。
所包括的方法有记录装置的构建、皮层各层的鉴定以及单个神经元感受野的鉴定。为了鉴定皮层各层，我们使用全视野闪光刺激，测量局部场电位（LFP）时间序列的诱发电位（ERPs）。随后进行电流源密度（CSD）分析，以识别伴随第4层底部出现的源-汇构型的极性反转（汇位于第4层内，后文称颗粒层9-12）。电流源密度分析具有重要意义，因为它可提供跨膜电流流动的位置、方向和密度的指标，使我们能够在单次穿刺中精确定位电极，以记录所有皮层层次的活动6, 11, 12。
方案
1. NAN 微驱动装置的构建
我们将U-Probe与NAN电极驱动系统结合使用。构建该系统需要2-3小时，但一旦建成，后续修改非常简便。我们首先组装NAN塔，包括4通道底座（图2a）、NAN腔室（图2b）、间距为1 mm的网格（图2c）、1-4个螺钉式微型驱动器（图2d）、1-4个导管（图2e，直径500 μm，长度约5-7 cm）、以及1-4个微型驱动器塔（图2f）。为简化说明，我们将描述仅使用一个塔和一个U-Probe构建NAN系统的操作流程。在经过一定训练后，若所有材料齐备，该过程通常耗时2-3小时。
- 组装NAN电极驱动装置时，首先测量并准备好所需的所有工具和部件（例如导管、导丝、完整的Dremel工具套装、NAN工具与零件以及U型探针）。测量导管长度，确保其连接到记录装置后，能够刚好置于硬脑膜上方而不造成损伤。
- 组装NAN电极驱动装置时，首先测量记录腔的深度，然后将导管切割至约5–7 cm的长度。切割导管时需确保无金属碎屑进入管内。使用直径小于导管内径的硬质金属丝清除管内可能残留的金属碎片。
- 接下来，将NAN网格插入NAN底座中，拧紧夹紧螺钉和网格固定螺钉。在底座与网格固定后，确定目标记录区域，并从NAN网格底部将导管推进。
- 推动导管穿过网格，使其底部伸出NAN腔约1–2 mm。当导管到达理想位置后，开始组装NAN微驱动塔。
- 每个NAN微驱动塔包含两个夹具——顶部....
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
讨论
多通道记录已成为分析皮层神经网络如何编码刺激信息的标准方法。随着电极技术的最新进展，层状电极的应用使得对局部皮层环路进行前所未有的精细表征成为可能。尽管多电极记录能够提供有关神经群体动态的有用信息，但多个层状电极可实现更高的空间分辨率，并提供更多关于神经元具体位置的信息。由于皮层在结构上分为具有不同解剖学输入和输出的层次，这就引发了一个问题：感觉信息在这些不同层次中是如何被差异性处理的。
我们介绍了一种利用多触点层状电极记录初级视皮层（V1）中不同皮层层级的局部神经网络活动的新方法。重要的是，我们还实现了一种在诱发反应范式下分析局部场电位以识别皮层层级的方法。此外，我们提供了来自感受野定位程序和峰电位波形分析的详细结果。
我们认识到，层状电极并非没有局限性，其中最显著的是记录的稳定性。我们建议使用该技术的研究人员耐心推进电极，并在推进后给予足够时间让大脑状态趋于稳定（我们通常在最后一次推进后记录45分钟至1小时）。在此期间，我们将运行大量眼动校准、感受野定位和诱发电位范式。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
披露
未声明任何利益冲突。
致谢
感谢 Ye Wang 的讨论以及 Sorin Pojoga 的行为训练支持。本研究由 NIH EUREKA 项目、国家眼科研究所、Pew 学者计划、James S. McDonnell 基金会（V.D.）以及 NIH 视觉培训基金（B.J.H.）资助。
....访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 纳米微驱动系统 | NAN Instruments | NAN-S4 | 图2。使用U-Probe需要定制夹具。除U-Probe外，所提及的所有部件均由NAN Instruments提供。 |
| 螺钉微驱动器 | MIT机械加工车间 | 任何能够将导管固定到NAN网格上的装置均可使用。 | |
| 不锈钢导管 | Small Parts, Inc. | B00137QHNS (1) 或 B00137QHO2 (5) | 这些导管长度为60英寸，需在实验室中使用Dremel手钻按所需尺寸切割。 |
| Plexon U-Probe | Plexon | PLX-UP-16-25ED-100-SE-360-25T-500 | 详见Plexon官网提供的U-Probe技术规格：www.plexon.com，另见图1。 |
| 表1。硬件。 | |||
| NAN软件 |  NAN Instruments | 计算机接口需要额外的串行端口，以兼容Plexon系统和NAN硬件 | |
| Offline Sorter、FPAlign、PlexUtil、MATLAB程序 | Plexon | 位于’安装包’栏目下 | |
| Neur–xplorer | NeuroExplorer | 位于’资源’栏目下 | |
| CSDplotter 版本 0.1.1 | Klas H. Petterson | ||
| 表2。软件。 |
参考文献
- Hubel, D. H., Wiesel, T. N. Receptive fields and functional architecture of monkey striate cortex. J Physiol. 195, 215-243 (1968).
- Mountcastle, V. B. Modality and topographic properties of single neurons of cat's somatic sensory cortex. J Neurophysiol
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
重印与许可
