使用硅探针在麻醉大鼠中记录大规模神经元集群活动

本实验的总体目标是描述一种在麻醉大鼠中同时记录左侧和右侧前肢躯体感觉皮层急性大规模神经元活动的方法，使用硅探针实现。首先通过乌拉坦麻醉动物，随后将大鼠固定于立体定位仪上，在颅骨表面做2至3厘米的切口。第二步是放置接地螺钉和参考螺钉。

然后在体感皮层上方进行两次开颅手术，并去除硬脑膜。最后一步是将硅探针小心地插入大脑，并缓慢下降至目标区域。该操作可实现对数十个神经元的局部场电位和峰电活动的记录。

该技术的主要优势在于，硅探针能够从大量记录位点进行记录。此外，多个记录位点可分布在毫米级距离上，从而能够同时跨多个皮层柱或单个皮层柱内的多个层次进行记录。重要的是，记录位点的几何学精确定位使得研究神经元群体之间的空间关系成为可能。

该方法有助于解答神经科学领域中的关键问题，例如神经元群体活动如何参与记忆可塑性、刺激编码和决策过程，以及不同药物如何影响这些神经相互作用。开始实验时，使用浓度为3%至4%的异氟烷对大鼠进行麻醉，并维持在2%以防止动物因注射而产生应激反应。随后，以每千克体重7.5毫升的剂量，腹腔注射20%稀释的氨基甲酸乙酯溶液，并将该注射分为四次进行，每次间隔约30分钟。

接下来，在显微镜下用蒸馏水清洁硅胶探针。使用荧光标记物对探针进行标记，以便在组织学分析中确定探针的位置。此操作必须始终在显微镜下进行，以确保探针未被损坏或弯曲。

随后，剃除切口部位的毛发。然后在两只眼睛上涂抹眼膏。皮下注射5毫克/毫升的地塞米松，以减轻脑部炎症。

此时，将动物固定在立体定位仪框架中。接下来，使用氯己定皂液和乙醇对手术区域进行无菌处理，然后在切口部位皮下注射利多卡因和肾上腺素，以实现局部麻醉并降低出血风险。随后，沿头皮正中线做一道2厘米长的切口，并剥离皮肤。

为了暴露颅骨，通过钝性分离将背部头皮与筋膜分离，并使用骨蜡控制出血。接着，在颅骨的枕骨上钻两个孔。将小螺丝固定于孔中，用于安装接地电极和参考电极。

参考螺钉必须与硬脑膜接触。随后，在对应于前肢的坐标位置制作两个直径为一至二毫米的颅骨开孔，即体感皮层区域。

在开颅过程中，根据需要使用压缩空气清除骨粉，以防止钻孔导致颅骨升温。滴加生理盐水。然后在两个开颅部位周围构建一圈小型丙烯酸树脂屏障，以使磷酸盐缓冲液（PBS）保留在暴露的硬脑膜表面，并防止其干燥。

在整个实验过程中持续应用 PBS。接着，使用两根30½号针头（针尖弯曲）去除两个颅骨开窗处的硬脑膜。此时，将硅探针的尖端轻轻接触软脑膜。

然后缓慢插入硅探针，确保探针的柄部能够无阻力或弯曲地进入脑组织。小心降低探针，直至到达目标记录区域。如有需要，可在颅骨开孔处滴加 PBS 液滴，以防止组织干燥。

此处展示的是来自一个四极记录电极（tetro）的局部场电位在 500 毫秒时间内的代表性电生理记录。插图中显示了一个动作电位波形的示例。以下是来自一个四极记录电极（tetro）所获得的神经元簇二维视图的示例。

每个簇代表来自单个神经元的峰电位。此处展示了来自单个四极记录电极四个通道中各代表性神经元单位的平均峰电位波形。该图绘制了记录到的峰电位随时间变化的波形能量。

请注意，每个单元相对恒定的能量值表明在显示的时间段内记录稳定。观看本视频后，您应能够同时从上百个神经元中对多个脑区进行硅探针记录。这需要完成以下步骤：麻醉动物，放置参考电极和接地螺钉，钻颅骨窗，去除硬脑膜，最后将探针插入目标记录区域。