本方案描述了用于记录局部场电位的定制微电极阵列的构建方法 体内 同时从多个脑结构中记录。
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局部场电位微电极的构建 体内 同时记录多个脑区的神经活动
* These authors contributed equally
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摘要
摘要
研究人员通常需要同时记录多个脑区的局部场电位（LFPs）。要实现对多个目标脑区的同时记录，需要采用不同的微电极设计，但市面上可获得的微电极阵列往往无法提供足够的灵活性。本文所述方案详细介绍了可定制微电极阵列的简易设计方法，用于同时在不同深度记录多个脑区的局部场电位。文中以构建双侧皮层、纹状体、腹外侧丘脑及黑质微电极为例进行说明。该设计方法具有高度灵活性，研究人员可通过计算立体定位坐标，快速调整构造，从而针对自由活动或麻醉小鼠的不同脑区定制微电极，用于记录任意目标结构的局部场电位。微电极组件的制备仅需常规工具和耗材。这些可定制的微电极阵列使研究者能够灵活设计任意构型的微电极阵列，以追踪神经元活动，实现毫秒级分辨率的局部场电位记录。
引言
局部场电位（LFPs）是指从大脑细胞外空间记录到的电势。它们由神经元外部的离子浓度失衡产生，反映了一个小范围局部神经元群体的活动，因而能够比宏观尺度的脑电图（EEG）记录更精确地监测特定脑区的活动1。据估计，相距1 mm的LFP微电极所记录的信号来自完全不同的神经元群体。尽管EEG信号会受到脑组织、脑脊液、颅骨、肌肉和皮肤的滤过影响，LFP信号则是局部神经元活动的可靠指标1。
研究人员通常需要同时记录多个脑区的局部场电位（LFP），但市面上可购得的微电极阵列往往无法提供足够的灵活性。本文所述方案介绍了一种完全可定制、易于制作的微电极，可用于在不同深度同时记录任意目标脑区的局部场电位。尽管局部场电位已被广泛用于记录特定脑区的神经元活动2,3,4,5,6,7,8,9
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方案
本研究已获得弗吉尼亚大学动物护理与使用委员会批准。实验使用了两种性别的C57Bl/6小鼠（7-12周龄）。动物饲养环境保持12小时光照/12小时黑暗循环，并自由获取 随意摄取 食物和水的获取
1. 微电极的制备
- 制作微电极时，使用 50 µm（直径）的 diamel 涂层镍铬合金丝（参见 材料表）。将金属丝的一端用胶带固定在平台背面，并将金属丝在平台最近的旋钮上缠绕三圈（图 1A，C）。
注：此处使用的是带有两个旋钮的亚克力平台（2 x 5 英寸），但任何平台均可使用。- 将金属丝拉伸至最远的第二个旋钮，在两个旋钮之间形成两个环。再将金属丝在第一个旋钮上缠绕三圈以固定位置，并再次用胶带将末端固定在平台背面。
注：金属丝分离后（步骤 1.2–1.3.1），每侧必须各有两个金属丝（共四个金属丝，图 1B）。
- 将金属丝拉伸至最远的第二个旋钮，在两个旋钮之间形成两个环。再将金属丝在第一个旋钮上缠绕三圈以固定位置，并再次用胶带将末端固定在平台背面。
- 将张力条置于金属丝下方，并用胶带缠绕固定（粘性面朝上）（图 1C）。
注：张力条使用三角形亚克力片制成，外层缠绕胶带（粘性面朝外以固定金属丝）。张力条外部胶....
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结果
在本研究中，使用LFP微电极绘制癫痫发作在基底神经节中的传播路径11。同时记录右侧运动前皮层（癫痫灶所在位置）以及左侧丘脑腹外侧核（VL）、纹状体和黑质网状部（SNR）的局部场电位（LFP）（图4）。癫痫发作起始定义为电压轨迹偏离基线两倍以上（图4A，红色箭头）。功率谱图11显示了所记录LFP的频率分布（图4A）。可在各脑区之间以毫秒级精度比较癫痫发作的起始潜伏期（红色条形）（图4A）。在记录结束时施加一个电流脉冲，以标记并确认电极尖端的位置，从而形成一个损伤灶（图4B、C）。
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讨论
历史上，微电极阵列被广泛用于记录特定目标脑区的神经元活动2,3,4,5,6,7,8,9,13然而，我们简易的微电极设计可实现对多个结构的同步记录11,12。在此处， 以皮层、丘脑、纹状体和黑质微电极的构建为例进行说明。研究者可根据所需靶向结构，通过计算相应的立体定位距离并相应调整构建参数，对微电极设计进行修改。
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披露
作者无任何利益冲突需要披露。
致谢
本工作由美国国立卫生研究院（RO1 NS120945、R37NS119012，授予JK）和弗吉尼亚大学脑科学研究所资助。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 16通道放大器 | A-M Systems | Model 3600 | 放大器 |
| 颅骨成形术水泥 | Coltene | Perm Reeline/Repair Resin Type II Class I Shade - Clear | 用于固定微电极的水泥 |
| 冷冻切片机 | Precisionary | CF-6100 | 用于切片脑组织 |
| 镀二胺的镍铬合金丝 | Johnson Matthey Inc. | 50 µm | 微电极导线 |
| Dremel | Dremel | 300系列 | 用于在小鼠颅骨上钻孔 |
| 环氧树脂 | CEC Corp | C-POXY 5 | 快速固化粘合剂 |
| 止血钳 | 任意品牌 | 用于夹持头戴装置 | |
| 镊子 | 任意品牌 | 用于夹持微电极 | |
| 光学显微镜 | Nikon | SMZ-10 | 用于观察对齐情况 |
| 欧姆表 | 任意品牌 | 用于测量电阻 | |
| 插针（插头和配套插座） | Mill-Max | 互连件，833系列，2 mm网格鸥翼型表面贴装插头和插座 | 用于连接微电极 |
| Polymicro套管套装 | Neuralynx | 内径 100 ± 04 µm，外径 164 ± 06 µm，涂层厚度 12 µm | 玻璃管 |
| 脉冲刺激器 | A-M Systems | Model 2100 | 用于在记录结束时标记微电极位置 |
| 剪刀 | 任意品牌 | 用于剪切微电极 | |
| 超级胶水 | Gorilla | 粘合剂 | |
| 粗导线 0.008 英寸 – 0.011 英寸 | A-M Systems | 791900 | 用于固定微电极阵列的粗导线 |
| 细导线 0.005 英寸 - 0.008 英寸 | A-M Systems | 791400 | 用于参考电极和接地的细导线 |
参考文献
- Buzsáki, G., Anastassiou, C. A., Koch, C. The origin of extracellular fields and currents-EEG, ECoG, LFP and spikes. Nature Reviews Neuroscience. 13, 407-420 (2012).
- Hubel, D. H., Wiesel, T. N. Receptive fields of single neurones in the cat's stri....
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