通过可移动硅探针在行为啮齿类动物中进行大规模神经元记录

你好，Shane，我是来自 Bija 实验室的 Monty。今天我将向你演示如何使用硅探针在清醒且行为自由的大鼠中进行高密度的单位活动和局部场电位的电生理记录。我将向你展示如何制作一个微型驱动装置，将硅探针固定在上面，然后将其植入大脑以进行长期记录。

这一过程相当直接，但确实包含多个步骤。那么，让我们开始吧。以下是我们多年来设计和制造的一系列用于大鼠和小鼠的微型驱动装置，包括可移动多个单根导线、teros以及硅探针的装置。

硅探针可以连接到刚性印刷电路板或柔性聚酰亚胺电缆上。我们将向您展示如何将这种四叉探针固定到微驱动装置上。准备驱动装置时，我们需要一块黄铜板、55号和65号钻头、丝锥、单排针座、一颗0-0-90螺丝及配套螺母、钻头夹持器和螺丝刀。

第一步是从排针上折下一个三针段。轻轻拔出中间的针脚，然后使用65号钻头钻孔以扩大孔径。接着使用ta工具攻丝。

从黄铜板上切割出两块。使用Dremel钻头对板的边缘进行锉削，并在两块板的中央用55号钻头钻孔。将驱动部件临时组装，使黄铜板与针脚接触，然后轻轻拧紧螺丝，使组件稳定。

将销钉末端插入黄铜板中并焊接固定。微型驱动装置几乎已准备就绪，将螺钉的突出端锉平，然后将其焊接到螺钉上。现在我们已制成一个超轻型微型驱动装置。

顺时针旋转将抬高塑料桥。硅探针可通过两个部件连接到驱动装置上。丝质保护弹性体称重。

按10比1的比例混合各组分。使用锋利的棉签将保护剂涂抹在探针的顶端。在60摄氏度预热的烘箱中干燥至少两小时。

为确保记录位点无任何残留物，需要清洁探针尖端。配制四倍稀释的 contra 洗涤剂。将探针置于 63 °C 的洗涤剂中浸泡至少两小时。

在将探针固定到驱动装置之前，应通过将探针反复浸入去离子水中以洗去洗涤剂。应使用剃刀片检测每个记录位点的阻抗。使用两个显微操作器在桥接部位切割出多个凹槽，以形成粗糙的表面。

将探针与驱动装置的桥接部分相对放置。手术前，使用固定胶将探针固定在桥接部分上。同时制备参考地电极。

将绝缘铜线的一端刮去约一毫米的绝缘层。使用针头刮净一颗00-90不锈钢螺钉的头部，并将铜线焊接到螺钉上。注意小心操作，防止焊料流入螺钉的螺纹槽中。

从铜网中切割出梯形小片。这些小片将被组装起来以保护头部固定装置。手术器械和准备工作与许多小型动物手术中所使用的相同。

请注意，本视频中展示的手术仅用于演示目的，以确保适当的可视性和拍摄效果。许多准备步骤、手术注意事项以及术后操作未在本视频中展示。请参考适用于啮齿类动物手术的相关指南。

整个手术在气体麻醉和无菌条件下进行。沿中线做皮肤切口后，去除皮肤和骨膜，并清洁、干燥颅骨表面。测量前囟和人字缝之间的位置与距离，从而确定脑区目标位置的X和Y坐标，并在开颅前标记于颅骨上。

植入探针时，需将数枚螺钉部分旋入颅骨顶部及侧面的骨质中，同时在颅骨上方预留的孔洞中也进行相应准备，以插入电极。在长期慢性实验中，多个螺钉对于固定头端装置至颅骨至关重要。使用微型刷子，将牙本质激活剂均匀涂抹于整个颅骨表面。

然后用生理盐水冲洗。接着，小心地涂抹一层牙科水泥，覆盖住链状螺钉。然后将四个铜制固定片牢固地固定在颅骨的握持水泥上。

现在我们进入手术最关键的步骤：使用圆头钻头准备探针植入位点。钻孔需分多个阶段进行，并需频繁用生理盐水冲洗骨组织。

小心移除骨瓣，并冲洗表面以清除碎骨屑。此过程需要两种工具：由昆虫针制成的钩子和锋利的刀片。使用这些工具抬起并切割组织，少量出血可通过生理盐水冲洗解决。

如果发生大出血，或新皮层以任何方式受损，应考虑终止手术并准备另一只动物。现在我们开始植入硅探针。探针应插入无血管区域，同时使用电凝线处理轻微出血。

将探针放置在目标位置上方约一毫米处。通过滴加温热熔化的石蜡与矿物油混合物封闭切口。使用握持胶将驱动装置底部固定于Cortes颅骨上。

探针的连接部分同样被固定在颅骨上。手术的最后也是关键阶段，是将铜网片组装成一个围绕探针和驱动装置的保护性圆筒。该圆筒还可作为电屏蔽层，用以抵抗环境噪声以及由带电胡须产生的慢波伪迹。

在活动的动物中，可通过切去多余的材料来调节高度。参考电极的导线应焊接到连接器的相应引脚上。接地端也需焊接到铜网上。

铜制微型襟翼通过焊接连接，并用水泥加固。手术结束时再次测试驱动螺钉的运动情况。术后适当护理后，使用剪下的一块橡胶手套作为头部固定装置的顶部。第二天，动物健康且配合良好。

为了允许动物自由活动，我们建议使用超轻、超柔韧的多股细丝导线。这种细小的线缆所需配重极小，可实现无限制的活动。每天在动物的饲养笼中测试记录质量。

通过神经元放电模式和局部场电位的形状来估计记录位点的位置。本视频展示了单个硅探针的植入过程，但在经过一定练习后，也可轻松实现使用多个探针和驱动装置进行多部位记录。我们还使用类似但更小的驱动装置将硅探针植入小鼠脑内。

最后，硅探针记录可与光遗传学实验中对神经组织的局部光刺激有效结合。感谢观看。