一种用于多个大脑区域电生理记录的微驱动阵列方法

Abstract

来源:Shikano， Y. 等人 自由移动的大鼠皮质局部场电位、心电图、肌电图和呼吸节律的同时记录。

该视频演示了使用集成微型驱动器阵列对大鼠多个大脑区域进行同步电生理记录。记录电极放置在嗅球中，参考电极放置在额叶皮层中，微驱动阵列电极放置在海马体中。允许大鼠自由觅食，并使用阵列记录所有植入电极的同时记录。

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. 集成微驱动器阵列的准备

1. 为皮质局部场电位 （LFP） 记录创建微型驱动器阵列，如其他地方所述。在电极接口板 （EIB） 上至少留出 6 个金属孔，用作心电图/肌电图/呼吸率 （ECG/EMG/BR） 通道，如 1.2 中所述连接到 bioflex 线。
2. 将 bioflex 线剪成 6 块，长度为 5.0 厘米。剥去所有长度为 ~5.0 毫米的线片两端的聚四氟乙烯 （PTFE） 涂层。用金针将每个线片的一端连接到 EIB 上的一个开放金属孔（ECG/EMG/BR 通道）。
3. 将漆包线剪成两块 5.0 厘米的小块。将这些导线的一端焊接到 EIB 上的接地/参考 （g/r） 通道（图 1）。
4. 为了制备心电图电极，将 bioflex 线切成两块 16 厘米的小块。剥去这些线片末端的 PTFE 涂层，一端（短端）长度为 ~5.0 mm，另一端（长端）长度为 ~15 mm。
5. 弯曲导线的长端，通过焊接固定环的形状，形成直径为 2.0 mm 的线环。
6. 为了制备 EMG 电极，将 bioflex 线切成 2 块，长度为 8 cm。从这些长度为 ~5.0 mm 的线片的两端剥离 PTFE 涂层。
7. 为了制备 BR 电极，将 bioflex 线切割成 2 块，长度为 6.0 cm。剥去这些长度为 ~5.0 mm 的线片两端的漆包涂层。将这些线片的一端焊接到不锈钢螺钉的头部（杆直径:1.0 mm， 茎长:4.0 毫米）。
8. 为了制备接地/参比 （gr） 电极，将漆包线切成 2 块，长度为 6.0 cm。剥去这些长度为 ~5.0 mm 的线片两端的漆包涂层。将每根线片的一端焊接到不锈钢螺钉的头部（杆直径: 1.4 毫米，茎长:3.0 毫米）。
9. 气体对所有电极和不锈钢螺钉进行消毒，并将它们保存在清洁的空间内。

2. 集成微驱动阵列和 BR 电极的植入

1. 将大鼠固定在立体定位设备上。从眼睛之间的点到颈部区域，沿着中线在头部切开 ~3.0 厘米。露出头骨。
2. 用高速钻头在嗅球上方 11.0 毫米和前囟双侧 11.0 毫米处做两个直径为 0.7-1.0 毫米的圆形开颅手术。在颅骨中植入两个 BR 电极，直到螺丝杆的尖端连接到大脑表面。
3. 做两个圆形开颅手术，直径为额叶皮层上方 0.7-1.0 毫米，前囟前 2.7 毫米，前囟双侧 2.7 毫米。在颅骨中植入两个 g/r 电极，直到螺丝杆的尖端连接到大脑表面。
4. 在大开颅手术周围的区域打 6 到 8 个直径为 1.0 毫米的孔。在颅骨中植入地脚螺钉（柄直径:1.4 毫米，柄长:3.0 毫米）。
5. 做一个直径为海马上方 ~2.0 毫米的大型圆形开颅手术，后方 3.8 毫米，前囟双侧 2.5 毫米。放置集成微驱动器阵列，使驱动器阵列的套管尖端位于大开颅手术的上方
6. 用 ~100 μL 两种溶液填充套管尖端和大脑表面之间的间隙空间，即 0.5%（按质量计）海藻酸钠和 10%（按质量计）氯化钙><。 注意: 将两种溶液混合在颅骨上后，该过程在 ~5 分钟内形成透明凝胶。
7. 用厚度为 0.5 cm 的牙科水泥覆盖套管、BR 电极、g/r 电极和地脚螺钉。在此步骤中，小心不要用水泥覆盖 BR 和 g/r 电极的开口端。
8. 将 ECG、EMG、BR 和 g/r 电极的开口端焊接到之前连接到 EIB 的各个导线尖端（参见步骤 1.2 和 1.3）。
9. 用牙科水泥覆盖集成微型驱动器阵列的底部和所有电极丝。确保所有电极丝都被完全覆盖，这样大鼠在植入后就不能刮伤它们。
10. 在恢复足够的意识以维持胸骨卧位后，将动物放回透明的 Plexiglas 家笼中，并让它自己保持健康，自由获得水和食物。手术后，用抗生素（庆大霉素）治疗动物。

3. 体内记录

注意:除单元活动（以 30 kHz 采样和带通滤波 （500 - 6 kHz））外，所有信号都经过放大、采样和 2 kHz 采样并进行带通滤波 （0.1 - 500 Hz） 除外。

1. 将集成微型驱动器阵列的 EIB 连接到记录设备的头部。
2. 手术后几周内转动螺钉推进四极管。一旦四极管与目标大脑区域相邻，在几天内将四极管安置在这些区域以进行稳定的记录。
3. 当动物在记录室中自由移动时监控电信号。

Results

图 1:EIB 的俯视图。EIB 包括 24 个连接到四极管的皮质 LFP （LFP） 通道、2 个 ECG 通道、2 个 EMG 通道、2 个 BR 通道和 2 个接地 （Gr） 通道。除 LFP 通道外，所有通道都连接到绝缘线。

Materials