我们描述了在固定头部的小鼠于富含线索的跑步机装置上奔跑时，植入慢性硅探针并记录位置细胞的多种步骤。
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本文内容
摘要
摘要
理解大脑功能的一个重要前提是确定行为与细胞活动之间的关联。硅探针是用于大规模记录神经元电活动的先进电极，但其慢性植入技术仍不够成熟。已知海马位置细胞的活动与动物在环境中的位置相关，但其潜在机制尚不清楚。为研究位置细胞，本文介绍了一系列技术，涵盖慢性硅探针植入装置的制备，到在富含线索的跑步机装置中监测位置场活动的全过程。通过组装和固定3D打印的塑料部件，构建出微型驱动装置和头帽。将硅探针安装在微型驱动装置上，进行清洁并涂覆染料。首先进行第一次手术，将头帽固定在小鼠颅骨上。在跑步机传送带表面制作并粘贴微小标记物。训练小鼠在头部固定状态下于跑步机上奔跑。随后进行第二次手术，将硅探针植入海马体，并记录宽带电生理信号。最后，回收硅探针并清洁，以便重复使用。在跑步机上对位置细胞活动的分析揭示了多种位置场机制，凸显了该方法的优势。
引言
硅探针在电生理记录中具有多项优势，包括其尖锐的外形设计可最大限度减少组织损伤，以及其密集排列的记录位点具有精确的布局1,2,3,4。它们已被用于研究不同物种（包括人类3,5,6）的多种神经系统，采用的方法也多种多样1,7。然而，由于成本较高、探针易损，以及缺乏适用于慢性实验的便捷方法，其重复使用仍相对有限8。近年来，3D打印技术的进步使得研究人员能够定制设计微型驱动装置和头板等设备，从而更方便地操作这些精密电极。首先，我们将介绍如何构建并使用我们为慢性植入硅探针而开发的一套工具14。
虽然位置细胞通常通过让动物在迷宫中自由奔跑来研究，但近年来也已在虚拟环境15和跑台装置
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方案
所有所述方法均已获得韩国科学技术院动物护理与使用委员会的批准。
1. 微驱动装置和电极的准备
- 组装微型驱动装置。
- 使用高分辨率3D打印机打印微型驱动装置的各个部件（滑块、主体和外壳）14，确保部件无任何缺陷。
- 使用螺丝（规格000-120x1/4）将滑块固定在微型驱动装置主体上。
- 将一个螺母（规格000-120x5/64 Hex）焊接到螺丝的尖端。
- 顺时针旋转螺丝以使滑块上升，逆时针旋转则使其下降。
- 使用螺丝（规格000-120x1/4）将外壳固定到主体上。
- 将探针安装到微型驱动装置上。
- 将微型驱动装置固定在双目显微镜下，保持水平位置。
- 使用带橡胶垫的平口鳄鱼夹夹住硅探针的柔性电缆，同时用镊子小心地将探针从运输包装中取出。将鳄鱼夹固定在操纵器上。
- 通过操纵器将硅探针放置在微型驱动装置的滑块上，使其与运动方向平行。
- 滴加一滴牙科水泥（室温固化丙烯酸牙科修补材料）将探针固定在滑块上。若探针位置发生偏移，需进行调整。不推荐使用胶水，因其固化过快，难以重新调整电极位置。
- 使用牙科....
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结果
首先训练小鼠在一条两米长且无任何线索的跑带上奔跑（图1C）。在植入电极后，更换为另一条相同长度但带有三对线索的新跑带，安装于跑步机上，以产生以环境为中心的空间表征12,14。使用250通道记录系统（配备USB接口板的放大器板及定制的Labview接口）和植入CA1与CA3区的两个硅探针（图1A，4个分支，每分支8个记录位点）（图1B），以30,000 Hz的采样率记录宽带信号。通过高通滤波信号（0.8–5 kHz）上的阈值函数检测神经元放电单元。采用半自动的脉冲分类方法进行细胞分离15,16,17
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讨论
长期记录神经元活动对于理解神经过程（如海马体位置场）至关重要。我们的慢性硅探针植入方法与其他方法7,18,19,20的不同之处在于，实验结束时相对容易回收电极组件。虽然位置细胞通常在自由运动条件下进行研究，但跑步机装置不仅显著简化了实验设计和数据分析，还允许研究人员在动物轨迹高度重复且行为模式固定的情况下，在最简环境中深入探究位置场的机制12。此外，该装置比虚拟现实系统更易于构建，仅需3D打印的滚轮、一维运动传感器和一个微控制器即可实现。
稳定的放电位置场活动可以在多天内被记录，这是研究与学习相关的长期网络动态的重要前提。在这方面，应考虑一些问题。首先，硅探针周围脑组织退化和瘢痕形成的过程本身可能会引起活动模式的长期变化。因此，所有手术操作都必须谨慎进行，以尽量减少对脑组织和血管的.......
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披露
作者无任何利益冲突需要披露。
致谢
本工作由韩国科学技术院机构项目（项目编号：2E26190 和 2E26170）以及人类前沿科学计划（RGY0089/2012）资助。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 硅探针 | Neuronexus | Buzsabi32 | 记录电极 |
| 记录系统 | Intantech | RHD2132/RHD2000 | |
| 3D打印机 | Asiga | Pico Plus 27 | 用于微驱动装置的高分辨率打印机 |
| 3D打印机 | Stratasys | Mojo | 用于头帽组件的低分辨率打印机 |
| 立体定位仪 | Kopf | Model 963 | |
| 双目显微镜 | Leica | M60 | |
| 跑步机装置 | 我们自行制作 |
参考文献
- Schjetnan, A. G., Luczak, A. Recording large-scale neuronal ensembles with silicon probes in the anesthetized rat. J Vis Exp. (56), (2011).
- Buzsaki, G. Large-scale recording of neuronal ensembles. Nat Neurosci. 7 (5), 446-451 (2004).
- Suner, S., Fellows, M. R., Vargas-Ir....
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重印与许可
