Name: 清醒的行为小鼠慢性神经录音的微型硬盘阵列建设 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-07-05T13:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 44 s
Description: 学习构建微型驱动器阵列，用于清醒行为小鼠的慢性神经电生理记录。该方法通过四极电极束组装、镀金降低阻抗等步骤，实现自由活动状态下的高质量神经信号采集，助力神经科学研究。

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

感谢 Daniel Carpi 在本项目中的帮助和早期贡献。同时感谢 Lucrecia Novoa 在插图和图像方面的协助。本研究由美国国立卫生研究院/过敏与传染病研究所项目资助 5P01AI073693-03 支持。

1. 四极电极的制备
<ol>
	<li>首先使用来自 California Fine Wire 的绝缘铂铱合金丝，其芯径为 12.5 μm（0.0005 英寸）。应根据目标脑区将金属丝裁剪至适当长度。例如，若靶向背侧下托或海马体，则应将金属丝裁剪至至少 30 cm 长。</li>
	<li>将金属丝从中间对折，形成两根平行的 15 cm 长金属丝。将对折后的中点搭在水平臂上，形成四根平行的 7.5 cm 长金属丝。随后将带橡胶涂层的夹子固定在下垂的金属丝底部附近，形成由四根金属丝组成的束状结构。</li>
	<li>将橡胶夹子放入电动四极丝旋转仪中，确保金属丝绷紧，但不可过紧或承受重量，否则在旋转过程中会断裂。</li>
	<li>将四极丝旋转仪切换至“手动”模式，并将操纵杆推向“右”侧，使金属丝顺时针旋转。旋转仪将以约 2 Hz 的频率转动，将四根金属丝紧密缠绕成四极丝电极。</li>
	<li>施加 80 次顺时针旋转后，将操纵杆推至“上”方以停止旋转，使电机暂停。随后施加 20 次逆时针（“左”）旋转，以释放四极丝上的张力。最终每微米长度金属丝的净旋转圈数应为 8 圈。</li>
	<li>使用加热枪的最低档位 1（最高温度可达 400 度），通过熔化 VG 键合涂层使金属丝融合在一起。将加热枪保持在距离金属丝约 2 cm 处，并从多个不同角度在金属丝的直线段上来回移动约 5 秒。务必持续扫动加热枪，避免在任何单一位置停留过久，否则会熔化 HML 绝缘层，导致金属丝在束内意外粘连。</li>
	<li>在四极丝顶部（靠近水平臂处）进行切割，然后从底部夹子上取下四极丝。切断单个环状部分，使四极丝一端形成四根独立的金属丝，这些金属丝将在后续步骤中与金针或电路板实现电连接。</li>
	<li>将制备完成的四极丝电极放入无尘储存盒中保存，直至微驱动装置制作完成。</li>
</ol>
2. 定制微型驱动装置组装
<ol>
	<li>首先构建用于固定微驱动装置的基座。通常，将微驱动装置的基座固定在颅骨中线位置时最为稳定。本方案描述了构建一个可容纳四个聚酰胺管载体的单微驱动装置基座的步骤。可根据需要轻松增加额外的微驱动装置和导管。</li>
	<li>取一块约 20 mm 见方的 Plexiglas 丙烯酸材料（厚度 5 mm），将其打磨成特定形状，以确保在植入头部后小鼠能够自由活动。</li>
	<li>接下来组装驱动单元。使用定制的 3.3 × 6.3 mm 黄铜导管来承载驱动螺钉。首先将两个黄铜导管垂直焊接在一起。垂直的黄铜导管用于固定驱动螺钉和电极，而水平部分则将被粘接到丙烯酸基座上。</li>
	<li>将黄铜部件焊接在一起后，开始组装驱动装置本身：将一个带圆头的黄铜螺钉从导管顶部穿入，并旋入 Delrin 塑料块中。该方形塑料块的设计使其螺纹孔略微偏离中心（偏移 0.2 mm），从而使塑料块的一侧从导管中略微突出。这一侧即为承载电极的聚酰胺管的安装位置。</li>
	<li>将 Delrin 块放入导管内，并将螺钉完全穿过，然后在螺钉末端旋上一个六角黄铜螺母，直至螺母接近导管底部。不要完全拧紧螺母，而是熔化少量焊料至螺母末端，以将螺母与螺钉连接，但需注意不要将焊料沾到导管上。此时旋转螺钉应能使 Delrin 块沿螺纹垂直上下移动（顺时针上升，逆时针下降）。剪去超出焊固螺母的螺纹部分。</li>
	<li>完成驱动装置组装后，返回丙烯酸基座，在电极驱动装置所在位置切割一条宽 3 mm 的槽。将水平黄铜导管穿过该槽，然后使用氰基丙烯酸酯胶水将其牢固粘接在基座上。</li>
	<li>将丙烯酸基座固定在台钳中以保持稳定。将电子接口板（EIB）放置在基座上方，并标记出两个螺丝孔的位置。EIB 是一种微芯片，用于连接电极导线与前置放大器头级。使用 1.5 mm 钻头在标记处小心钻孔，用于安装固定 EIB 的螺丝。放置 EIB 并将两颗黄铜螺丝旋入孔中。</li>
	<li>使用微型解剖剪刀切割四段长度为 7 mm 的聚酰胺管。将这四根管并排排列在折叠的实验室胶带上。在中间位置滴加氰基丙烯酸酯胶水以将其粘合，但需注意避免胶水进入管腔内部。待粘合后的管组完全干燥。</li>
	<li>将驱动基座旋转 90 度，使 EIB 芯片处于垂直方向，驱动装置呈水平状态，且突出的 Delrin 块朝上。在解剖显微镜下，小心地在 Delrin 块表面轻点少量氰基丙烯酸酯胶水，然后将四根已粘合的聚酰胺管放置于胶水上。待胶水完全固化后再移动驱动装置。</li>
	<li>测试聚酰胺管是否牢固固定，并确认整个组件能够平稳移动，不与导管接触或受到任何阻力。</li>
	<li>接下来准备接地螺钉并将接地导线连接至 EIB。取一颗黄铜螺钉（3/32"）并打磨螺纹部分，直至仅保留 1–2 圈螺纹。打磨后长度约为 1 mm，该螺钉将置于颅骨内，但不穿透脑组织。</li>
	<li>剪取一段 30 mm 长的铜线（精确长度取决于动物接地电极在颅骨上的具体位置）。铜线直径应为 100–500 μM（0.004–0.02"），大致相当于 38 AWG 至 24 AWG 的导线。在铜线两端涂抹焊剂。在一端将接地螺钉焊接到导线上；在另一端焊上一个 EIB 金针。该接地导线可暂时放置一旁，在后续植入手术过程中再连接至 EIB。</li>
	<li>下一步是将电极引导穿过聚酰胺管，并将其连接至 EIB 芯片的通道孔。将驱动螺钉完全顺时针旋转，使导管处于最高位置。</li>
	<li>对于单根电极，剪取一段 50 mm 长的 Stableohm 50 μM 导线，并将其穿过一根聚酰胺管，使其末端至少伸出管端 2.0 mm（用于靶向下托或海马）。在管顶部滴加少量氰基丙烯酸酯胶水，将导线固定于管上，防止其移动。然后使用金针将导线的自由端连接至 EIB 通道孔。用精细剪刀剪去多余导线。对其他微电极重复此操作。</li>
	<li>对于连接四极电极（tetrode），从储存盒中取出一个已完成的四极电极。将四极电极的熔合端穿过一根聚酰胺管，使其末端至少伸出管端 2.0 mm（用于下托或海马记录）。在管顶部滴加少量氰基丙烯酸酯胶水，将四极电极固定于管上，防止移动。将四极电极另一端的四根自由导线分别使用金针连接至 EIB 的四个通道孔。剪去多余导线。对其他四极电极重复此操作。</li>
</ol>
3. VersaDrive 组装
<ol>
	<li>开始组装一个四电极VersaDrive；该装置由基座、外壳和顶盖部件组成。</li>
	<li>将一段聚酰胺管剪成10 mm长，并穿过四电极载体上的最小孔，使管子略微伸出载体（约0.5 mm）。使用5分钟环氧树脂将聚酰胺管固定到位，注意避免环氧树脂进入管内。对另外三个管子和载体重复此步骤。</li>
	<li>待环氧树脂完全固化后，将每个聚酰胺管穿过VersaDrive基座上的四个孔之一。当四个管子均穿过对应孔位后，将一根昆虫针穿过外侧孔，以固定电极载体的位置，并作为载体移动的导轨。对另外三个载体重复此操作。</li>
	<li>取顶盖，将其与四根昆虫针对齐，使顶盖覆盖基座，且四电极载体位于顶盖内部。将一根1 mm × 5 mm的机械螺钉穿过顶盖上对应的孔并旋入电极载体中，作为驱动螺钉以控制载体上下移动。对另外三个螺钉重复此步骤。</li>
	<li>顺时针旋转所有螺钉，直至电极载体到达最高位置，且聚酰胺管从顶盖开口处可见。使用精细的显微解剖剪，在基座下方约1 mm处剪断管子，使四个聚酰胺管长度一致。</li>
	<li>在解剖显微镜下，小心地将一根四电极线穿过一根聚酰胺管。在推进过程中必须保持电极线完全笔直，任何弯折或扭曲都会导致难以完全穿入。对另外三根四电极线重复此操作。</li>
	<li>当所有四电极线均进入对应管内后，小心地在每根管顶部滴加少量氰基丙烯酸酯胶水，以固定电极线。注意避免胶水进入载体之间或沾到从顶盖伸出的松散电极线上。</li>
	<li>将四电极线剪至仅比管子长出2.0 mm（适用于下托或海马体记录）。然后将驱动基座（已插入四根昆虫针）放入VersaDrive夹具中。夹具的另一半用于固定带有所有插座孔的VersaDrive顶盖，以便建立通道连接。</li>
	<li>将驱动螺钉完全逆时针旋转，使四电极线处于最低位置。</li>
	<li>在将四电极线连接至金质插座之前，先将接地线连接至顶盖。VersaDrive顶盖在两排孔的中央位置设有两个用于接地的针孔。剪取一段至少30 mm长的铜线（长度取决于颅骨上接地位置），将其穿过其中一个中央孔。铜线直径应为100–500 μm（0.004–0.02英寸），大致相当于38 AWG至24 AWG的导线。将一个金质插座推入孔中以固定铜线，并剪去多余部分。在铜线另一端涂抹助焊剂，并将其焊接到接地螺钉上（参见2.11节）。对第二根接地线重复此操作。</li>
	<li>接下来，将所有松散的四电极线（共16根）分别穿过顶盖上对应的插座孔。建议从一根四电极开始，将其四根独立导线穿入最终位于其正上方的四个对应孔中。操作单根四电极线时应施加轻柔压力，因其较为脆弱，若夹持过紧易造成压痕或损坏。将顶盖与昆虫针孔对齐后，压入基座完成安装。</li>
	<li>当四电极线从顶盖伸出后，通过压入金质插座固定导线并建立电连接。当金质插座被压下时，约50%的导线将被剪断（位于顶盖上方）。剪去仍从顶盖顶部伸出的多余导线。在极少数情况下（少于5%），压下金质插座可能导致导线被压碎并在插座下方断裂，造成通道断开。此类断开可能直到阻抗测试和电镀步骤（参见4.7节）时才会被发现。</li>
	<li>对另外三根四电极重复压入插座的操作。顺时针旋转驱动螺钉，使其回到最高位置，并确保驱动运动顺畅。</li>
</ol>
4. 电极尖端的镀金
<ol>
	<li>无论使用何种类型的微电极，电极尖端均应镀金，以降低尖端阻抗。这将最大限度地提高可靠记录和区分单个神经元动作电位的能力。使用 Neuralynx nanoZ 设备测试电极阻抗。nanoZ 是一种基于计算机的设备，可测量阻抗并实现自动电镀。</li>
	<li>首先将微驱动器的螺钉顺时针旋至最低位置，然后将其牢固地安装在夹具上，以便将电极尖端浸入镀金溶液中。</li>
	<li>在一个 Delrin 塔中加入 SIFCO 镀金液，另一个塔中加入蒸馏水。将电极尖端浸入镀金液中。</li>
	<li>将 nanoZ 的 USB 线插入基于 Windows 的计算机，然后打开 nanoZ 程序。该程序将提供阻抗读数，并对微驱动器的每个连接通道进行镀金处理。</li>
	<li>在“Device”下拉菜单中选择 nanoZ，随后窗口底部将显示“Connection established”。接着在下拉菜单中选择适当的适配器用于测试。点击“Test impedances”，并将测试频率设置为 1004 Hz（40 个周期，0 毫秒暂停）。点击“Test probe”，将打开“Probe Report”窗口，显示所有可用通道及其对应的 MΩ 读数。通过点击磁盘图标或选择“File”然后“Save report”来保存这些阻抗值。</li>
	<li>接下来，点击“DC Electroplate”并设置以下参数：模式 = 匹配阻抗，电镀电流 = -1.0 μA，目标值 = 350 kΩ（在 1,004 Hz 下），运行次数 = 5 次，间隔 = 5 秒，暂停 = 2 秒。</li>
	<li>点击“Autoplate”。程序将首先读取每个通道的阻抗，然后对相应通道施加指定电流，重新测试阻抗并根据需要继续施加电流，直至达到目标阻抗（或更低值）。虽然目标是降低电极阻抗，但某些通道的阻抗可能低于 100 kΩ。在这种情况下，可能是四极电极上的相邻导线发生了短路。若发生此情况，应反转电流极性（+1.0 μA）以去除多余的金颗粒，重新测试该通道的阻抗，然后重复电镀过程。典型情况下，由四根 12.5 μM 导线组成的电极束最终阻抗值范围为 150–325 kΩ。</li>
	<li>如果存在任一通道未降至 350 kΩ 以下，则需重复电镀过程。程序将跳过已达到目标值的通道，仅对未达标的通道进行电镀。</li>
	<li>当所有通道的阻抗均已降至可接受范围后，关闭 nanoZ 程序并断开设备连接。将电极从镀金液中提起，移至装有蒸馏水的 Delrin 塔中，以冲洗掉多余的金颗粒。</li>
	<li>将驱动螺钉逆时针旋转，直至电极升至最高位置。此时微驱动器和电极已准备就绪，可用于植入。</li>
</ol>

<ol><li>Recce, M. L., O'Keefe, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+tetrode%3A+a+new+technique+for+multi-unit+extracellular+recording%5BTitle%5D)+AND+%22Soc.+Neurosci.+Abstr%22%5BJournal%5D)">The tetrode: a new technique for multi-unit extracellular recording.</a> Soc. Neurosci. Abstr. 15, 1250(1989).</li>
<li>O'Keefe, J., Recce, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Phase+relationship+between+hippocampal+place+units+and+the+EEG+theta+rhythm%5BTitle%5D)+AND+%22Hippocampus%22%5BJournal%5D)">Phase relationship between hippocampal place units and the EEG theta rhythm.</a> Hippocampus. 3, 317-330 (1993).</li>
<li>Chen, G., Wang, L. P., Tsien, J. Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neural+population-level+memory+traces+in+the+mouse+hippocampus%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+ONE%22%5BJournal%5D)">Neural population-level memory traces in the mouse hippocampus.</a> PLoS ONE. 4 (12), e8256(2009).</li>
<li>Buzsáki, G., Anastassiou, C. A., Koch, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+origin+of+extracellular+fields+and+currents+--+EEG%2C+ECoG%2C+LFP%2C+and+spikes%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Rev.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">The origin of extracellular fields and currents -- EEG, ECoG, LFP, and spikes.</a> Nat. Rev. Neurosci. 13 (6), 407-420 (2012).</li>
<li>Tort, A. B., Kramer, M. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamic+cross-frequency+coupling+of+local+field+potential+oscillations+in+rat+striatum+and+hippocampus+during+performance+of+a+T-maze+task%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Nat.+Acad.+Sci.+U.S.A%22%5BJournal%5D)">Dynamic cross-frequency coupling of local field potential oscillations in rat striatum and hippocampus during performance of a T-maze task.</a> Proc. Nat. Acad. Sci. U.S.A. 105 (51), 20517-20522 (2008).</li>
<li>Seidenbecher, T., Laxmi, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Amygdalar+and+hippocampal+theta+rhythm+synchronization+during+fear+memory+retrieval%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Amygdalar and hippocampal theta rhythm synchronization during fear memory retrieval.</a> Science. 301 (5634), 846-850 (2003).</li>
<li>Yamamoto, J., Wilson, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Large-scale+chronically+implantable+precision+motorized+microdrive+array+for+freely+behaving+animals%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Large-scale chronically implantable precision motorized microdrive array for freely behaving animals.</a> J. Neurophysiol. 100 (4), 2430-2440 (2008).</li>
<li>Harris, K. D., Henze, D. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Accuracy+of+tetrode+spike+separation+as+determined+by+simultaneous+intracellular+and+extracellular+measurements%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Accuracy of tetrode spike separation as determined by simultaneous intracellular and extracellular measurements.</a> J. Neurophysiol. 84 (1), 401-414 (2000).</li>
<li>Henze, D. A., Borhegyi, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Intracellular+features+predicted+by+extracellular+recordings+in+the+hippocampus+in+vivo%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Intracellular features predicted by extracellular recordings in the hippocampus in vivo.</a> J. Neurophysiol. 84 (1), 390-400 (2000).</li>
<li>Chang, E. H., Huerta, P. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neurophysiological+correlates+of+object+recognition+in+the+dorsal+subiculum%5BTitle%5D)+AND+%22Front.+Behav.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Neurophysiological correlates of object recognition in the dorsal subiculum.</a> Front. Behav. Neurosci. 6, 46(2012).</li>
<li>Gray, C. M., Maldonado, P. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tetrodes+markedly+improve+the+reliability+and+yield+of+multiple+single-unit+isolation+from+multi-unit+recordings+in+cat+striate+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci.+Methods%22%5BJournal%5D)">Tetrodes markedly improve the reliability and yield of multiple single-unit isolation from multi-unit recordings in cat striate cortex.</a> J. Neurosci. Methods. 63 (1-2), 43-54 (1995).</li>
<li>O'Keefe, J., Dostrovsky, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+hippocampus+as+a+spatial+map.+Preliminary+evidence+from+unit+activity+in+the+freely-moving+rat%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Res%22%5BJournal%5D)">The hippocampus as a spatial map. Preliminary evidence from unit activity in the freely-moving rat.</a> Brain Res. 34 (1), 171-175 (1971).</li>
<li>Wilson, M. A., McNaughton, B. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamics+of+the+hippocampal+ensemble+code+for+space%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Dynamics of the hippocampal ensemble code for space.</a> Science. 261 (5124), 1055-1058 (1993).</li>
<li>Buzsáki, G. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBuzs%C3%A1ki%2C+G+%22Rhythms+of+the+Brain%22">Rhythms of the Brain</a>. , Oxford University Press. Oxford, U.K. (2006).</li>
<li>McHugh, T. J., Blum, K. I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Impaired+hippocampal+representation+of+space+in+CA1-specific+NMDAR1+knockout+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Cell%22%5BJournal%5D)">Impaired hippocampal representation of space in CA1-specific NMDAR1 knockout mice.</a> Cell. 87 (7), 1339-1349 (1996).</li>
<li>Resnik, E., McFarland, J. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+effects+of+GluA1+deletion+on+the+hippocampal+population+code+for+position%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">The effects of GluA1 deletion on the hippocampal population code for position.</a> J. Neurosci. 32 (26), 8952-8968 (2012).</li>
<li>Cacucci, F., Yi, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Place+cell+firing+correlates+with+memory+deficits+and+amyloid+plaque+burden+in+Tg2576+Alzheimer+mouse+model%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Natl.+Acad.+Sci.+U.S.A%22%5BJournal%5D)">Place cell firing correlates with memory deficits and amyloid plaque burden in Tg2576 Alzheimer mouse model.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 105 (22), 7863-7868 (2008).</li>
<li>Sigurdsson, T., Stark, K. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Impaired+hippocampal-prefrontal+synchrony+in+a+genetic+mouse+model+of+schizophrenia%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Impaired hippocampal-prefrontal synchrony in a genetic mouse model of schizophrenia.</a> Nature. 464 (7289), 763-767 (2010).</li>
<li>Engel, A. K., Moll, C. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Invasive+recordings+from+the+human+brain%3A+clinical+insights+and+beyond%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Rev.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Invasive recordings from the human brain: clinical insights and beyond.</a> Nat. Rev. Neurosci. 6 (1), 35-47 (2005).</li>
<li>Cash, S. S., Halgren, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+human+K-complex+represents+an+isolated+cortical+down-state%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">The human K-complex represents an isolated cortical down-state.</a> Science. 324 (5930), 1084-1087 (2009).</li>
</ol>

作者声明不存在任何竞争性经济利益。

我们介绍了一套用于构建轻便紧凑型微型驱动装置的技术，可用于记录小鼠的细胞外单细胞和场电位活动。通过使用丙烯酸玻璃（甲基丙烯酸甲酯）加工定制微型驱动装置的基座，该核心系统可轻松适配多个驱动装置，并可靶向多种不同的神经区域。我们已成功改进该系统，实现了在小鼠中对多个脑区目标的同时记录，并支持更大规模的电极阵列。通过进一步改造，可引入电动驱动元件，从而实现远程控制，并可能提高电极定位的精确性7。	
	需要强调的是，这些记录装置使研究人员能够灵活地使用单根微丝或微丝束（如四极电极）。直径较大的单根微丝更为坚固，更适合记录脑组织中的局部场电位（LFP）。虽然四极电极也可用于记录LFP，但其设计更优化于分离单个神经元的动作电位8, 11。在本实验室中，植入后可获得持续长达8周的稳定单细胞单位放电记录。然而，这些记录并非在整个时间段内来自同一推定神经元。根据我们的经验，同一个单细胞单位可在连续3天内的多个记录会话（每次30分钟）中被追踪，反映出会话间的稳定性10。另一方面，局部场电位和神经网络振荡可在整个植入后时期持续稳定记录，尤...

使用微电极技术记录细胞外神经信号 体内 在神经科学领域具有悠久而重要的传统 1, 2然而，对自由活动动物的多个脑区进行电活动记录的能力是一项较新的技术，随着神经信号采集、分析与鉴别软件包的日益成熟和用户友好性提升，该技术正变得越来越普遍。 3, 4软件方面的技术进步还伴随着可植入设备在重量和体积上的减小，这些设备已缩小到足以用于小哺乳动物（如小鼠）的记录。通过使用轻质（主要是塑料）组件，研究人员能够构建微型驱动装置，从而实现电极或四极电极的独立定位，以靶向多种不同的脑区 5-7。即使是杏仁核等深部脑结构 6 和纹状体 5，可通过选择适当长度的驱动螺钉进行常规定位。这些记录技术使研究人员能够获得高保真的神经信号，并与细胞内记录的单个神经元电活动保持同步。 8, 9使用这类微型驱动装置，我们已成功在植入后长达两个月的时间内从小鼠体内记录到单个神经元的放电活动。 10此外，由于这些设备重量轻（约1.5–2.0 g），在多种行为学任务中，植入设备小鼠的行为表现与未植入小鼠相当。特别是，我们已证明植入小鼠在新物体识别任务中表现出正常的行为能力。 10 以及物体位置任务（未发表数据）。	
	使用与多个四极电极耦合的微型驱动装置，可使研究人员在记录大脑内多个单细胞单位信号的同时，在网络水平上监测和分析神经活动。利用这些四极电极进行记录在单细胞单位识别方面具有多项显著优势，能够高精度地获取并区分多个单细胞单位信号11。本文介绍了如何制备四极电极束并对其进行镀金处理，随后将其装入可驱动的电极载体中。我们描述的一种驱动载体为 commercially available（商业可购得），另一种则是结构简单但易于扩展的设计，可在无需大量资源投入的情况下容纳多个载体和四极电极排列方式。

<table><tbody><tr><td>0.0005&quot; (12.5 &amp;mu;M）直径铂铱合金丝 </td><td>加州细线</td><td>CFW#100-167</td><td>HML VG 绝缘 &lt;a href=&quot;http://www.calfinewire.com&quot; 目标=&quot;_blank&quot;&gt;www.calfinewire.com&lt;/a&gt;</td></tr><tr><td>0.002&quot; (50 &amp;mu;M）直径 Stableohm 675 导线</td><td>加州细线</td><td>CFW# 100-188</td><td>HML绝缘镍铬合金</td></tr><tr><td>聚酰胺管</td><td>Polymicro Technologies</td><td>1068150020</td><td>99 微米内径，166 微米外径 &lt;a href=&quot;http://www.polymicro.com&quot; 目标=&quot;_blank&quot;&gt;www.polymicro.com&lt;/a&gt;</td></tr><tr><td>黄铜导轨</td><td>World Plastics 公司</td><td></td><td>3.3 x 6.6 毫米</td></tr><tr><td>Delrin 块</td><td>World Plastics Inc</td><td></td><td>3.13 × 2.5 毫米</td></tr><tr><td>填塞头黄铜螺钉</td><td>J.I. Morris 公司</td><td>00-90 × 1/2</td><td>驱动螺钉 &lt;a href=&quot;http://www.jimorrisco.com&quot; 目标=&quot;（无内容可翻译）&quot;&gt;www.jimorrisco.com&lt;/a&gt;</td></tr><tr><td>六角黄铜螺母</td><td>J.I. Morris 公司</td><td>00-90</td><td></td></tr><tr><td>填隙头黄铜螺钉</td><td>J.I. Morris 公司</td><td>000-120 × 3/32</td><td>EIB支架与地脚螺钉</td></tr><tr><td>聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）</td><td>运河街塑料公司</td><td></td><td>5 mm 厚，透明 &lt;a href=&quot;http://www.cpcnyc.com&quot; 目标=&quot;_blank&quot;&gt; www.cpcnyc.com&lt;/a&gt;</td></tr><tr><td>氰基丙烯酸酯</td><td>Krazy Glue</td><td></td><td>2 g 离心管</td></tr><tr><td>电子接口板</td><td>Neuralynx</td><td>EIB-18</td><td>&lt;a href=&quot;http://www.neuralynx.com&quot; 目标=&quot;_blank&quot;&gt;www.neuralynx.com&lt;/a&gt;</td></tr><tr><td>非氰化物金溶液</td><td>SIFCO</td><td>SIFCO 5355</td><td>&lt;a href=&quot;http://www.sifcoasc.com&quot; 目标=&quot;（无内容）&quot;&gt;www.sifcoasc.com&lt;/a&gt;</td></tr><tr><td>VersaDrive 4</td><td>Neuralynx</td><td></td><td>四通道电极模型</td></tr><tr><td>四极管组装台</td><td>Neuralynx</td><td></td><td></td></tr><tr><td>电动四极螺旋仪</td><td>Neuralynx</td><td>四极丝旋转仪 2.0</td><td></td></tr><tr><td>VersaDrive 夹具</td><td>Neuralynx</td><td></td><td></td></tr><tr><td>电烙铁</td><td>Radio Shack</td><td>64-2802B</td><td>&lt;a href=&quot;http://www.radioshack.com&quot; 目标=&quot;_blank&quot;&gt;www.radioshack.com&lt;/a&gt;</td></tr><tr><td>nanoZ</td><td>Neuralynx</td><td></td><td></td></tr><tr><td>小型电钻/螺丝刀</td><td>拉姆产品</td><td>Rampower 35</td><td>带脚踏控制器， &lt;a href=&quot;http://www.ramprodinc.com&quot; 目标=&quot;_blank&quot;&gt;www.ramprodinc.com&lt;/a&gt;</td></tr><tr><td>钻头</td><td>Small Parts, Inc.</td><td></td><td>3/32&quot; 比特, &lt;a href=&quot;http://www.smallpartsinc.com&quot; 目标=&quot;（无内容可翻译）&quot;&gt;www.smallpartsinc.com&lt;/a&gt;</td></tr><tr><td>解剖显微镜</td><td>Olympus</td><td>SZ-60</td><td>&lt;a href=&quot;http://www.olympusamerica.com&quot; 目标=&quot;_blank&quot;&gt;www.olympusamerica.com&lt;/a&gt;</td></tr><tr><td>加热枪</td><td>Alphawire</td><td>Fit gun 3</td><td>使用设置 &quot;1&quot; 仅 &lt;a href=&quot;http://www.alphawire.com&quot; 目标=&quot;（无内容可翻译）&quot;&gt;www.alphawire.com&lt;/a&gt;</td></tr><tr><td>26号铜导线</td><td>Arcor Electronics</td><td>F26</td><td>用于接地线， &lt;a href=&quot;http://www.arcorelectronics.com&quot; 目标=&quot;_blank&quot;&gt; www.arcorelectronics.com&lt;/a&gt;</td></tr><tr><td>焊锡助焊剂</td><td>伊格尔</td><td>2 盎司，#205</td><td></td></tr><tr><td>0.02&quot; 直径焊料</td><td>Kester</td><td>24-6337-0010</td><td>&lt;a href=&quot;http://www.kester.com&quot; 目标=&quot;_blank&quot;&gt; www.kester.com&lt;/a&gt;</td></tr><tr><td>台式虎钳</td><td>Vacu-Vise</td><td>Model 300</td><td></td></tr><tr><td>光纤光源</td><td>尼康</td><td>MKII</td><td>双光源臂， &lt;a href=&quot;http://www.nikon.com&quot; 目标=&quot;_blank&quot;&gt; www.nikon.com&lt;/a&gt;</td></tr><tr><td>5分钟环氧树脂</td><td>Allied Electronics</td><td></td><td>25 ml &lt;a href=&quot;http://www.alliedelec.com&quot; 目标=&quot;_blank&quot;&gt; www.alliedelec.com&lt;/a&gt;</td></tr><tr><td>精细镊子</td><td>Roboz外科器械公司</td><td>RS-4907, RS-5010</td><td>INOX 材料， &lt;a href=&quot;http://www.roboz.com&quot; 目标=&quot;_blank&quot;&gt; www.roboz.com&lt;/a&gt;</td></tr><tr><td>显微解剖剪</td><td>Roboz外科器械公司</td><td>RS-5880</td><td></td></tr><tr><td colspan="4">&lt;p class=&quot;jove_content&quot;&gt;&lt;强&gt;表1. 用于构建四极 Recording 电极和微型驱动装置的材料与试剂。&lt;/strong&gt;&lt;/p&gt;</td></tr></tbody></table>

用于清醒行为小鼠慢性神经记录的微驱动阵列构建

Construction of Microdrive Arrays for Chronic Neural Recordings in Awake Behaving Mice

对自由活动动物大脑进行的先进电生理记录，使研究人员能够在动物执行实验相关任务的同时，同步检测神经元群体的局部场电位（LFPs）以及单个细胞的动作电位。通过长期植入的微型驱动装置，可在数周时间内持续进行脑部记录。微型化驱动器和轻量化组件使得这类长期记录可在小鼠等小型哺乳动物中实现。利用由四根紧密绞合的电极组成的簇状电极（tetrodes，每根导线直径为12.5 μm），可分离出位于大脑浅层区域（如大脑皮层、背侧海马和下托）以及深层结构（如纹状体和杏仁核）中具有生理活性的神经元。此外，该技术能够在动物执行多种行为任务时，确保神经记录的稳定性与高保真度。本文描述了多种已优化用于小鼠脑部记录的技术方法：首先，介绍如何制备簇状电极，将其装入可驱动的套管中，并对其尖端进行镀金处理，以将阻抗从兆欧（MΩ）范围降低至千欧（KΩ）范围；其次，展示如何使用低成本材料构建可自定义的微型驱动装置，用于携带并垂直移动簇状电极；第三，说明组装商用微型驱动器（Neuralynx VersaDrive）的步骤，该装置设计用于承载可独立移动的簇状电极；最后，展示在小鼠背侧下托区域记录到的局部场电位和单细胞单位信号的代表性结果。这些技术可轻松调整，以适应小鼠脑内不同类型电极阵列和记录方案的需求。

在植入微驱动装置并将电极降至目标脑区后，需要使用放大式数据采集系统（如 Neuralynx Lynx-8）来记录神经信号。图中展示了从小鼠背侧下托记录到的局部场电位（LFPs）和单细胞动作电位（常称为“尖峰”）的代表性神经信号。 图2LFP信号以3 kHz采样，并在0.1-500 Hz范围内进行带通滤波（图2A 和 2B). 图2A 显示四个连续采样的局部场电位通道，其信号接地不良。这些信号表现出极强的噪声，且在给定的幅值范围内极易饱和。 图2B 展示了来自良好接地的LFP信号的四个通道示例，其中可清晰观察到theta频段（4-12 Hz）的网络振荡。LFP信号使用NeuroExplorer（版本4.0）数据分析软件在“1D数据查看器”中进行可视化。 
 单细胞锋电位通道以 30 kHz 采样，并在 0.5–9 kHz 范围内进行带通滤波。使用四极电极的主要优势在于，它能够通过多个记录点对来自假定单个神经元的信号...

本文描述了用于从小鼠脑内进行在体电生理记录脑信号的微型驱动装置的设计与组装方法。通过将微电极束固定在坚固且可驱动的载体上，这些技术可实现长期且稳定的神经信号记录。该装置的轻量化设计使得动物在植入驱动装置后仍能不受限制地完成各种行为学任务。

最先进的自由活动动物脑内电生理记录技术使研究人员能够同时检测局部场电位……

本实验的总体目标是构建一种微型驱动装置，可用于在小鼠于实验舱内自由活动时进行脑部记录。该目标的实现分为两个步骤：首先，将四根微电极组装成电极束；其次，构建微型驱动装置的基座，并完成驱动组件的装配。接下来，将电极阵列（tetros）连接至驱动装置，并与金针相连。最后一步是对电极阵列（tetros）的尖端进行镀金处理，以降低其阻抗，确保获得高信噪比的信号记录。最终，慢性植入式微型驱动阵列可用于记录清醒且行为自由动物中神经元群体以及单个神经元的神经活动。该技术的主要优势在于，它为小鼠及其他小型哺乳动物的慢性脑部记录提供了一种相对经济且轻便的光遗传学解决方案。该技术可解决神经科学领域中的一些关键问题，例如神经元在执行行为任务期间如何编码信息。我们常规使用该技术记录背侧海马体和外侧缰核的神经元活动，但也曾将其用于靶向杏仁核等更深层的脑区。该方法的可视化演示至关重要，因为其构建和组装过程较难掌握，且操作涉及非常微小而精密的部件。开始制作四极记录电极（tetrode）时，首先为海马体记录剪取一段30厘米长的绝缘铂铱合金丝，其芯径为12.5微米。将该导线对折两次，形成四根平行的导线，每根长度为7.5厘米。接着，在下垂导线的底部附近安装一个带橡胶涂层的夹子，并将其固定到电动四极旋转仪上，注意确保导线绷紧但不过度紧绷，也不能承受重量，否则会导致导线断裂。在旋转过程中，顺时针旋转80圈以缠绕tero，随后逆时针旋转20圈以释放张力。最终每微米长度导线的旋转圈数应为8圈。接下来，将热风枪设置为400摄氏度，用其将导线熔合在一起。将热风枪在导线长度方向上下移动吹拂5秒钟，始终保持其与导线距离约为2厘米。为轻柔熔化导线上的VG键合涂层，剪开tero顶部以形成四根独立的导线，然后将底端从夹子中释放。将完成的tero放入无尘暂存盒中保存，直至驱动器制作完成。首先，取一块20毫米见方、5毫米厚的有机玻璃（亚克力）材料，将其打磨成特定形状，作为微型驱动装置的基座，确保在将该装置植入小鼠头部后，小鼠能够自由活动。接着，将两个尺寸为3.3 × 6.3毫米的黄铜导轨相互垂直焊接在一起。其中垂直方向的黄铜导轨用于固定驱动螺钉和电极，而水平方向的导轨则将被粘接到有机玻璃基座上。然后开始组装驱动装置本身：将一个填充头胸螺钉从导板顶部穿入，并插入聚甲醛（Delrin）塑料块中。将一个六角胸螺母拧到螺钉上，直至螺母接近接触导板底部为止。但不要完全拧紧。相反，应熔化少量焊料以连接螺母和螺钉。但需注意不要将任何部件焊接到导轨上。旋转螺钉时，应使聚四氟乙烯（Delrin）块沿螺纹垂直上下移动。组装好电极驱动装置后，返回亚克力基座，在电极驱动装置安装位置切割出一个3毫米宽的槽。然后将水平编织导引穿过该槽，并使用Sano ACRL胶水将部件固定在基座上。接下来，将电子接口板放置在基座顶部，用1.5毫米钻头标记两个螺丝孔的位置，然后小心地在标记处钻孔，以便用螺丝将EIB固定在基座上方。然后将两枚乳房固定螺钉旋入孔中。使用显微解剖剪剪取四段长度为七毫米的聚酰胺管。将它们并排排列在一片折叠的实验室胶带上，并涂抹Sano ACRL将其粘合在一起。确保留出充足时间让关节管完全干燥。接着，小心地在Delrin表面涂抹少量氰基丙烯酸酯胶水。然后将四个关节管放置在胶水上。再次确保留出足够时间让胶水完全固化，然后再尝试移动驱动装置。测试聚酰亚胺管是否已牢固连接，并确认整个组件能够平稳移动，不接触导轨或遇到任何阻力。接下来，准备接地螺丝，并按照随附的文字版实验方案所述，将接地线连接到EIB上。将tetrode或单根电极连接到EIB时，首先将导线穿过聚酰亚胺管，使其超出管端至少两毫米。然后在管端滴加少量氰基丙烯酸酯胶水，将导线固定在管上，防止导线移动。接着，使用金针将tetrode或其他导线的自由端连接至EIB的通道孔。最后，用图示的精细剪刀剪去多余的导线。以下为其他驱动装置配置的示例，可用于靶向不同的脑区。接下来，开始 versa 驱动装置的组装。将聚酰胺管切割为10毫米长，穿过四极载体上的最小孔，使其超出末端0.5毫米。然后用环氧树脂将聚酰胺管固定到位，并对另外三根管和载体重复上述步骤。待环氧树脂完全固化后。将每根聚酰胺管穿过Versa驱动底座上的四个孔之一。然后将昆虫针穿过外侧的孔。这将使四极体载体保持对齐，并作为载体移动的轨道。对另外三个载具重复此操作。接下来，取一个帽盖，将其与四个昆虫针对其，使帽盖覆盖底部，且四个载具均位于帽盖内部。将一个直径1毫米、长5毫米的机械螺钉穿过帽盖上的相应孔洞，并旋入载具中。对另外三个螺钉重复此操作。顺时针旋转所有螺钉，直至四极体载体到达最高位置，且可通过帽口看到聚酰胺管。使用精细的显微解剖剪刀，在基部下方剪断导管，使四根聚酰胺管长度一致。接下来，使用解剖显微镜小心地将电极丝穿入聚酰胺管中，并用少量丙烯酸酯将其固定。然后将电极丝剪裁至仅比管子长出 2.0 毫米。在将电极丝连接到金质插座之前。首先，将接地线连接到帽盖上。接着，将所有松散的tero导线分别穿过帽盖上对应的插孔，并通过将昆虫针孔对齐底座后压入安装帽盖。最后，剪去从帽盖顶部伸出的多余导线。首先将微驱动螺丝逆时针旋转至最低位置。然后将微驱动器牢固地安装在夹具上，以便将电极尖端浸入镀金溶液中。在一个聚四氟乙烯塔中加入CCO镀金溶液，另一个塔中加入蒸馏水，并将电极尖端浸入镀金溶液中。接下来，打开 Nano Z 程序并点击直流电镀（DC electroplate）。将模式设置为匹配阻抗，电镀电流设为负 1.0 µA，目标阻抗设为 1004 Hz 时的 350 kΩ。然后将其设置为运行五次，每次持续 5 秒，每次运行之间间隔 2 秒。程序设置完成后，点击自动镀膜。程序将首先读取每个通道的阻抗，然后向该通道施加指定电流，重新测试阻抗，并根据需要继续施加电流，直至达到目标阻抗或更低值。如果阻抗降至100千欧以下，需将电流极性反转为正1.0微安，以去除多余的金颗粒，然后重复电镀过程。典型情况下，四根12.5微米导线组成的电极束最终阻抗值范围为150至325千欧。当所有通道的镀金阻抗均达到理想水平后，关闭 Nano Z 程序并断开设备连接。随后将电极从镀金溶液中提起，将电极尖端移入蒸馏水 Delrin 清洗塔中，以冲洗掉多余的金颗粒。图中展示了使用微驱动装置记录小鼠局部场电位的典型神经信号。此处显示的是背侧 Ulu 区域。图A所示的四个通道是接地不良导致信号饱和且噪声极大的示例。而图B所示的四个通道则是接地良好信号的典型例子，其中可清晰观察到4至12赫兹（theta频段）的网络振荡。左侧为一次质量较差的Tero记录示例。由于四根电极导线记录到的峰电位波形基本相同，因此将每个teros通道的上千个单独峰电位波形叠加在一起。这种模式可能是由于在teros制备过程中绝缘层熔化步骤导致导线相互融合，从而使导线束实际上起到单个记录电极的作用。右侧展示了一个良好的四极记录示例，显示了来自一个假定神经元单位的峰电位波形，其在四根tede导线上具有不同的振幅。这种类型的尖峰记录模式有助于在后续的离线聚类和分离过程中提高单个神经元信号的分辨能力。在构建完这种微型驱动装置后，重要的是要测试每个电极通道，并确保它们的阻抗处于合适的范围内，然后再进行植入手术。观看本视频后，您应能够熟练地为小鼠的长期植入制作特罗斯（teros）和微型电极驱动装置。祝您在构建驱动装置和开展实验时好运并享受其中的乐趣。

construction-microdrive-arrays-for-chronic-neural-recordings-awake

Research

科研

JoVE Journal

Behavior

行为

清醒的行为小鼠慢性神经录音的微型硬盘阵列建设

在本实验方案中，我们演示如何制备用于大鼠慢性电生理记录的微型驱动阵列。...

用于慢性体内记录的微型驱动阵列：驱动器制备

本方案中，我们演示了如何制备和处理用于微驱动阵列的四极电极，该微驱动阵列专为在大鼠中进行慢性电生理记录而设计。此外，我们还展示了微驱动阵列构建的最后阶段，包括安装接地导线和保护锥。...

用于慢性体内记录的微型驱动阵列：四极电极组装

本文介绍了超轻型电动微驱动装置的设计、制作与组装。该设备为在小型行为动物中进行长期单细胞记录提供了一种经济高效且易于使用的解决方案。...

用于小型动物慢性神经记录的超轻型电动微驱动装置的设计与组装

该视频展示了利用集成式微型驱动阵列在大鼠体内对多个脑区进行同步电生理记录。记录电极置于嗅球，参考电极置于额叶皮层，微型驱动阵列电极则植入海马体。大鼠可自由觅食，所有植入电极的同步记录信号均通过该阵列采集。...

一种用于多脑区电生理记录的微型驱动阵列方法

理解行为的神经基础需要对脑回路集合进行记录。由于小鼠具有良好的遗传可操作性，因此可作为研究脑回路解析和模拟疾病的模型。本文介绍一种设计和制备微型探针的方法，适用于小鼠深部脑结构的靶向研究。...

超轻量、可调节多电极探针的设计与制备用于小鼠电生理记录

我们介绍了可3D打印的十八通道独立可调四极电极（tetrode）超驱动装置的构建方法。该超驱动装置旨在对自由活动的大鼠进行持续数周的脑电活动记录。...

用于行为学大鼠大规模神经记录的改进型多电极阵列微型驱动装置的构建

本方案描述了一种混合式微型驱动阵列的构建方法，该阵列可在自由活动的小鼠两个脑区中植入九根可独立调节的四极电极和一根可调节的光-硅探针。同时展示了一种安全回收并重复利用光-硅探针以用于多种用途的方法。...

用于自由活动小鼠双位点高密度记录的混合微驱动系统，配备可回收光-硅探针与四极电极

本方案描述了一种用于在小鼠（Mus musculus）和雪貂（Mustela putorius...

用于急性和慢性在体记录的碳纤维微电极阵列的构建与实施

本文介绍了一种微型驱动装置的设计、外科植入手术步骤以及术后恢复策略，可在出生后20天（p20）至出生后60天（p60）及更长时间的关键发育窗口期内，对幼年和青少年小鼠多个脑区同时进行长期的场电位和单细胞单位放电记录。...

用于幼年小鼠慢性多通道电极记录的轻量化驱动植入装置

该方案描述了在运动皮层（MC）进行细胞外记录的方法，以揭示自由活动的清醒小鼠的细胞外电生理特性，以及局部场电位（LFPs）和锋电位的数据分析方法，这对于评估与特定行为相关的神经网络活动具有重要意义。...

自由移动小鼠中的多通道胞外记录

本文介绍了一种轻量化、低成本的探针植入系统，适用于啮齿类动物的慢性电生理实验，该系统在设计上优化了易用性、探针回收性、实验灵活性以及与行为学实验的兼容性。...

DREAM 植入体：一种用于固定头部及自由活动小鼠慢性电生理记录的轻量化、模块化且经济高效的植入系统

学习构建微型驱动器阵列，用于清醒行为小鼠的慢性神经电生理记录。该方法通过四极电极束组装、镀金降低阻抗等步骤，实现自由活动状态下的高质量神经信号采集，助力神经科学研究。

用于清醒行为小鼠慢性神经记录的微驱动阵列构建

探索更多视频