在大鼠大脑中植入无线双向微电极系统

Abstract

来源:Melo-Thomas， L. 等人<a href="https://app.jove.com/v/56299">一种无线双向接口，用于体内记录和刺激行为自由的大鼠的神经活动。 J. Vis. Exp. （2017 年）

该视频演示了将无线双向多通道电极单元植入大鼠大脑以记录和刺激多通道神经网络的程序。

Protocol

所有涉及动物模型的程序均已由当地机构动物护理委员会和 JoVE 兽医审查委员会审查。

1. 动物

1. 在标准实验室条件下，将雄性成年 Wistar 大鼠 （200-250 g） 以 3-4 只为一组，在手术前至少一周进行驯化，以允许环境适应。
2. 手术后两天，成对饲养大鼠。用高亚克力盖住单个笼子。避免使用由金属网格制成的传统盖子，因为植入物可能会卡住，从而增加它们随着时间的推移而损坏和/或不稳定的风险。

2. 立体定向手术

1. 在开始手术之前，整理和准备以下设备和材料:
   1. 获取无菌手术设备，包括无菌剪刀、钝头镊子、抹刀、手术剪、牙钻和棉签。
   2. 获得药物和化学品，包括异氟醚、赛洛卡因、盐酸曲马多、右旋泛醇眼药膏、3% 过氧化氢、聚维酮碘和 70% 乙醇。
   3. 获取固定材料，包括不锈钢螺钉、丙烯酸树脂、紫外线胶和帽保护器。
   4. 获得一个微电极单元，包括 （i） 一个记录单电极（石英玻璃绝缘铂钨微电极，锥形尖端形状，外径:80 μm，锥形尖端，1 kHz 时的阻抗:500 kOhm）或四极管（石英玻璃绝缘铂/钨 4 芯微电极，外径:100 μm，锥形尖端，1 kHz 时的阻抗: 500-800 kOhm）;（ii） 连接到接触板的刺激电极（铂/铱丝（90% 铂，10% 铱），纤芯直径 125 μm，外径 150 μm，阻抗 <10 kOhm））和 （iii） 铂丝参比电极（轴径，100 μm;图 1A）。
   5. 获得用水溶性胶水粘在微电极单元上的电极支架，并至少提前 2 小时测试功能（图 1B）。
   6. 获得一个传统的系留系统，该系统由一个差分前置放大器、一个主放大器和一个用于录音的带通滤波器放大器组成。
   7. 获取其他材料，例如手套、加热垫、注射器和生理盐水。
   8. 获得家用笼子（长 x 宽 x 高:42 厘米 x 26 厘米 x 38 厘米）。
2. 程序
   注意:电极植入是在异氟醚麻醉下的常规立体定向手术中进行的。
   1. 确保实验人员佩戴手套、外科口罩和实验服。
   2. 通过将动物置于诱导室中开始麻醉（异氟醚 4-5%，氧气流量 1 L/min，持续时间 ~5 分钟）。
   3. 用镊子检查反射是否消失（尾部和脚趾反射），以确认深度麻醉。
   4. 将动物的头部放在固定在立体定向框架上切牙杆周围的麻醉面罩中，并调整麻醉（异氟醚 2-3%，氧气流量 0.7-0.8 L/min）。
   5. 使用耳杆和上门牙杆在立体定向装置中固定并水平对齐动物的头部。
   6. 使用手术剪刀或剪刀剃除手术区域，并用聚维酮碘消毒。
   7. 将动物放在加热垫上以防止体温过低，并用右泛醇眼药膏治疗眼睛以防止它们干燥。
   8. 在手术区域中心注射赛洛卡因（0.3-0.4 mL，皮下注射，sc）。
   9. 再次检查反射消失。
   10. 用手术刀在手术区域的中间做一个小切口（1.5 厘米），露出颅骨。轻轻分离皮肤，并使用镊子、剪刀和抹刀去除残留组织。
   11. 使用涂有过氧化氢的棉签仔细清洁颅骨。
   12. 在颅骨上钻 4-5 个小孔 （4.7 mm），用于固定不锈钢螺钉。
   13. 将微电极单元/电极支架连接到前置放大器，并将其连接到立体定向显微作器（图 1B 和 1C）。
   14. 根据所使用的动物，使用脑图谱中的坐标在目标区域上方的颅骨上钻一个孔（约 7 毫米）。在本研究中，使用以下坐标将电极尖端对准下丘，以前囟为参考:前/后，-8.8 毫米;内侧/外侧，1.5 毫米;背/腹，3.5 毫米。
   15. 用棉签吸收任何血液。
   16. 垂直引入微电极单元，直到电极尖端到达目标区域。
   17. 将接地电缆沿不锈钢螺钉和皮肤下放置。
   18. 监测刺突活动并使用显微纵器仔细调整电极位置，直到到达目标结构中的活跃神经元区域，并以适合刺突分选的信噪比检测神经活动。
   19. 用紫外线胶将微电极单元固定在颅骨上，并用丙烯酸树脂覆盖接触板和螺钉。
   20. 注射生理盐水 （1 mL ip.） 和曲马多 （25 mg/kg， sc） 分别防止脱水并确保术后镇痛。
   21. 使用浸有水的刷子断开微电极装置与电极支架的连接。
   22. 停止麻醉，小心地将大鼠从立体定向框架中取出。断开前置放大器与微电极装置的连接。
   23. 连接植入的微电极装置上的帽保护装置，并仅在实验过程中断开连接。

Results

图 1: TWS 微电极单元。（1） 记录单个电极/四极管，（2） 刺激电极，（3） 电极光纤连接板，（4） 柔性连接电缆，（5） 接地线，（6） 连接器板，（7） TWS 系统 （A） 的公头或母头连接器;连接到前置放大器 （8） 和支架 （9） 的 TWS 微电极单元;（B） 准备连接到立体定位框架 （C）。

Materials