Name: 自由运动大鼠皮质局部电位、心电图、肌电图和呼吸节律的同步记录 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-04-02T13:30:00.000+00:00
Duration: 10 min 7 s
Description: 学习在自由运动大鼠中同步记录局部场电位、心电图、肌电图和呼吸节律的方法。该技术使用单一多通道设备采集中枢与外周生物电信号，简化数据分析并降低实验成本，助力研究记忆、认知、情绪及脑-体相互作用。

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本工作由 Kaken-hi（17H05939；17H05551）、中谷基金会和铃木纪念基金会资助。

所有涉及动物实验的操作均按照美国国立卫生研究院（NIH）关于动物护理与使用的指南进行。
1. 整合式微驱动阵列的制备
<ol>
	<li>按照其他文献所述方法制备用于皮层局部场电位（LFP）记录的微型驱动阵列1,2,3。在电极接口板（EIB）上至少预留6个金属孔，用作连接生物柔性导线（bioflex wires）的ECG/EMG/BR通道，具体连接方式见1.2节。</li>
	<li>将一根生物柔性导线剪成6段，每段长5.0 cm。将每段导线两端的聚四氟乙烯（PTFE）涂层剥离约5.0 mm。将每段导线的一端通过金针连接至EIB上预留的金属孔（ECG/EMG/BR通道）之一。</li>
	<li>将一根漆包线剪成两段，每段长5.0 cm。将每根导线的一端焊接到EIB上的接地/参考（g/r）通道上（图3，另见先前的研究12,13）。</li>
	<li>制备ECG电极时，将一根生物柔性导线剪成两段，每段长16 cm。将每段导线一端的PTFE涂层剥离约5.0 mm（短端），另一端剥离约15 mm（长端）。</li>
	<li>将导线的长端弯成直径为2.0 mm的环形，并通过焊接固定环形结构。</li>
	<li>制备EMG电极时，将一根生物柔性导线剪成两段，每段长8 cm。将每段导线两端的PTFE涂层各剥离约5.0 mm。</li>
	<li>制备BR电极时，将一根生物柔性导线剪成两段，每段长6.0 cm。将每段导线两端的漆包层各剥离约5.0 mm。将每段导线的一端焊接到不锈钢螺钉的头部（杆径：1.0 mm，杆长：4.0 mm）。</li>
	<li>制备接地/参考（gr）电极时，将一根漆包线剪成两段，每段长6.0 cm。将每段导线两端的漆包层各剥离约5.0 mm。将每段导线的一端焊接到不锈钢螺钉的头部（杆径：1.4 mm，杆长：3.0 mm）。</li>
	<li>对所有电极和不锈钢螺钉进行气体灭菌&#160;，并存放于洁净环境中。</li>
</ol>
2. 心电图/肌电图电极的植入
注意：所有外科手术步骤均须使用无菌技术操作，佩戴灭菌手套并使用经高压灭菌的器械。凡涉及切口操作的步骤，术前须用70%乙醇对皮肤进行消毒，并用手术巾覆盖切口部位。
<ol>
	<li>将麻醉（1.0-3.0% 异氟烷气体）的大鼠仰卧固定在平坦的加热垫上。给予布托啡诺作为镇痛剂。在大鼠眼睛上涂抹兽用眼膏以防止干燥。&#160;使用聚维酮碘清洁皮肤表面。&#160;</li>
	<li>在胸部内侧区域做一条约 2.0 cm 的切口。分离胸部肌肉以暴露肋间肌。将心电图电极的环状部分缝合固定于肋间肌上。</li>
	<li>将动物的腹部固定在加热垫上。在背部颈部区域做一条约 1.0 cm 的切口。</li>
	<li>通过胸部切口将心电图电极皮下插入。将电极末端沿皮下缓慢滑动至背部颈部区域，并从颈部切口拉出。缝合胸部切口。</li>
	<li>通过颈部切口将每根肌电图电极的一端皮下插入约 2.0 cm 深度。通过缝合将肌电图电极固定于颈部肌肉上。</li>
</ol>
3. 植入整合式微型驱动阵列和BR电极
<ol>
	<li>将大鼠固定于立体定位仪上。沿头部正中线从两眼之间至颈部区域做一条长约3.0 cm的切口，暴露颅骨。</li>
	<li>在嗅球上方、前囟前11.0 mm、旁开1 mm处，使用高速钻头制作两个直径为0.7–1.0 mm的圆形颅骨开窗。将两个BR电极植入颅骨，直至螺钉尖端接触脑表面。</li>
	<li>在前额叶皮层上方、人字缝前2.7 mm、双侧距人字缝2.7 mm处，制作两个直径为0.7–1.0 mm的环形颅骨开孔。将两个接地/参考电极植入颅骨，直至螺钉杆的尖端接触脑表面。</li>
	<li>在大颅骨开孔周围的区域钻出6至8个直径为1.0 mm的孔。将锚定螺钉（杆径：1.4 mm，杆长：3.0 mm）植入颅骨。</li>
	<li>在颅骨上制作一个直径约2.0 mm的大型环形开颅孔，位置位于前囟后方3.8 mm、旁侧2.5 mm处的海马上方。将整合式微型驱动阵列放置到位，使驱动阵列的套管尖端位于大型开颅孔上方</li>
	<li>用约 100 µL 的两种溶液填充套管尖端与脑表面之间的间隙， 即0.5%（质量分数）海藻酸钠和10%（质量分数）氯化钙。 
	注意：将两种溶液在颅骨上混合后，约5分钟内会形成透明凝胶。</li>
	<li>用厚度为0.5 cm的牙科水泥覆盖套管、BR电极、g/r电极和固定螺钉。注意操作 非 在此步骤中，使用水泥覆盖BR和g/r电极的裸露端部。</li>
	<li>将心电图（ECG）、肌电图（EMG）、脑电图（BR）以及g/r电极的裸露端分别焊接到之前连接至EIB的各导线端部（参见步骤1.2和1.3）。</li>
	<li>用牙科水泥覆盖整合式微型驱动阵列的底部以及所有电极导线。确保所有电极导线均被覆盖 完全覆盖 以便大鼠在植入后无法将其抓挠掉。&#160;</li>
	<li>在动物恢复至能够维持胸卧位的足够意识水平后，将其放回透明的Plexiglas饲养笼中，单独饲养，并自由提供水和食物。&#160;手术后，用抗生素（庆大霉素）处理动物。</li>
	<li>手术后，对动物进行监测&#160;每日观察。检查小鼠行走是否正常，以及当实验人员触碰微驱动阵列时是否发出吱吱声。&#160; &#160;</li>
</ol>
4. 在体实验 记录
注意：所有信号均经过放大，采样频率为 2 kHz，并进行带通滤波（0.1 - 500 Hz），但单个神经元活动信号除外（采样频率为 30 kHz，带通滤波范围为 500 - 6 kHz）。
<ol>
	<li>将整合式微型驱动器阵列的EIB连接到记录设备的前置放大器头级。</li>
	<li>术后数周内通过旋转螺钉推进四极电极。当四极电极接近目标脑区后，需在数天内逐步将其稳定置入目标区域，以获得稳定的记录信号。</li>
	<li>在动物于记录舱内自由活动时，实时监测其电信号。</li>
</ol>

<ol><li>Kloosterman, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Micro-drive+Array+for+Chronic+in+vivo+Recording%3A+Drive+Fabrication%5BTitle%5D)+AND+%22JoVE%22%5BJournal%5D)">Micro-drive Array for Chronic in vivo Recording: Drive Fabrication.</a> JoVE. (26), e1094(2009).</li>
<li>Nguyen, D. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Micro-drive+Array+for+Chronic+in+vivo+Recording%3A+Tetrode+Assembly%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments+%3A+JoVE%22%5BJournal%5D)">Micro-drive Array for Chronic in vivo Recording: Tetrode Assembly.</a> Journal of Visualized Experiments : JoVE. (26), e1098(2009).</li>
<li>Jog, M. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tetrode+technology%3A+advances+in+implantable+hardware%2C+neuroimaging%2C+and+data+analysis+techniques%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci+Methods%22%5BJournal%5D)">Tetrode technology: advances in implantable hardware, neuroimaging, and data analysis techniques.</a> J Neurosci Methods. 117 (2), 141-152 (2002).</li>
<li>Fenske, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comprehensive+multilevel+in+vivo+and+in+vitro+analysis+of+heart+rate+fluctuations+in+mice+by+ECG+telemetry+and+electrophysiology%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Protoc%22%5BJournal%5D)">Comprehensive multilevel in vivo and in vitro analysis of heart rate fluctuations in mice by ECG telemetry and electrophysiology.</a> Nat Protoc. 11 (1), 61-86 (2016).</li>
<li>Rossi, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+effect+of+aging+on+the+specialized+conducting+system%3A+a+telemetry+ECG+study+in+rats+over+a+6+month+period%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">The effect of aging on the specialized conducting system: a telemetry ECG study in rats over a 6 month period.</a> PLoS One. 9 (11), 112697(2014).</li>
<li>Cesarovic, N., Jirkof, P., Rettich, A., Arras, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Implantation+of+radiotelemetry+transmitters+yielding+data+on+ECG%2C+heart+rate%2C+core+body+temperature+and+activity+in+free-moving+laboratory+mice%5BTitle%5D)+AND+%22JoVE%22%5BJournal%5D)">Implantation of radiotelemetry transmitters yielding data on ECG, heart rate, core body temperature and activity in free-moving laboratory mice.</a> JoVE. (57), (2011).</li>
<li>Zeredo, J. L., Kumei, Y., Shibazaki, T., Yoshida, N., Toda, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measuring+biting+behavior+induced+by+acute+stress+in+the+rat%5BTitle%5D)+AND+%22Behav+Res+Methods%22%5BJournal%5D)">Measuring biting behavior induced by acute stress in the rat.</a> Behav Res Methods. 41 (3), 761-764 (2009).</li>
<li>Young, G. A., Khazan, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electromyographic+power+spectral+changes+associated+with+the+sleep-awake+cycle+and+with+diazepam+treatment+in+the+rat%5BTitle%5D)+AND+%22Pharmacol+Biochem+Be%22%5BJournal%5D)">Electromyographic power spectral changes associated with the sleep-awake cycle and with diazepam treatment in the rat.</a> Pharmacol Biochem Be. 19 (4), 715-718 (1983).</li>
<li>Oishi, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Polygraphic+Recording+Procedure+for+Measuring+Sleep+in+Mice%5BTitle%5D)+AND+%22JoVE%22%5BJournal%5D)">Polygraphic Recording Procedure for Measuring Sleep in Mice.</a> JoVE. (107), e53678(2016).</li>
<li>Chaput, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Respiratory-phase-related+coding+of+olfactory+information+in+the+olfactory+bulb+of+awake+freely-breathing+rabbits%5BTitle%5D)+AND+%22Physiol+Behav%22%5BJournal%5D)">Respiratory-phase-related coding of olfactory information in the olfactory bulb of awake freely-breathing rabbits.</a> Physiol Behav. 36 (2), 319-324 (1986).</li>
<li>Ravel, N., Pager, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Respiratory+patterning+of+the+rat+olfactory+bulb+unit+activity%3A+Nasal+versus+tracheal+breathing%5BTitle%5D)+AND+%22Neurosci+Lett%22%5BJournal%5D)">Respiratory patterning of the rat olfactory bulb unit activity: Nasal versus tracheal breathing.</a> Neurosci Lett. 115 (2-3), 213-218 (1990).</li>
<li>Okada, S., Igata, H., Sakaguchi, T., Sasaki, T., Ikegaya, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+new+device+for+the+simultaneous+recording+of+cerebral%2C+cardiac%2C+and+muscular+electrical+activity+in+freely+moving+rodents%5BTitle%5D)+AND+%22J+Pharmacol+Sci%22%5BJournal%5D)">A new device for the simultaneous recording of cerebral, cardiac, and muscular electrical activity in freely moving rodents.</a> J Pharmacol Sci. 132 (1), 105-108 (2016).</li>
<li>Sasaki, T., Nishimura, Y., Ikegaya, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simultaneous+Recordings+of+Central+and+Peripheral+Bioelectrical+Signals+in+a+Freely+Moving+Rodent%5BTitle%5D)+AND+%22Biol+Pharm+Bull%22%5BJournal%5D)">Simultaneous Recordings of Central and Peripheral Bioelectrical Signals in a Freely Moving Rodent.</a> Biol Pharm Bull. 40 (5), 711-715 (2017).</li>
</ol>

作者无任何利益冲突需要披露。

为了理解大脑如何调节外周活动水平，以及外周活动如何反过来影响大脑，有必要采用大规模记录方法，以同时采集来自身体多个区域的电生理生物信号。本研究描述了一种手术方法及一种记录系统，用于监测脑部局部场电位、心率、肌肉收缩幅度和呼吸频率，该系统是在用于脑组织胞外记录的原有记录系统基础上改进而成。该系统将来自大脑和外周器官的电信号整合至一个集成式微驱动阵列的单一记录接口板（EIB）上进行采集。集成式微驱动阵列的制备应至少在手术前数小时开始，因其制备过程耗时较长。此处所述驱动阵列包含用于记录脑局部场电位的四极电极，但其他类型的金属电极（如铂电极或钨电极）只要其末端能够正确焊接至记录接口板（EIB），也可被安装使用。按照本实验方案中的手术步骤操作时，经验丰富的实验人员通常可在2至3小时内完成全部操作。
本方案中的一个关键步骤是将电极放置在组织上的位置，尤其是心电图（ECG）和肌电图（EMG）电极的放置。可能需要进行多次训练才能获得稳定的记录。迄今为止，所有记录在手术后至少一个月内均保持稳定。实验人员应注意，如果记录数据的信噪比降低，这一问题通常是由于接地/参考电极固定不牢，或电极引线在EIB之间...

中枢神经系统会根据各种环境变化调节机体状态，这种调节通常表现为心率、呼吸频率和肌肉收缩的变化。然而，目前很少有研究探讨这些外周生理因素如何与大脑皮层活动相关联。为解决这一问题，有必要采用一种能够同时记录中枢和外周组织生物电信号的大规模记录方法。在大脑皮层中，局部场电位（LFP）信号是通过插入皮层组织内的电极进行细胞外记录获得的1，2，3。为了在大鼠和小鼠等小型哺乳动物的大脑皮层区域同步记录多个LFP信号，已有许多研究开发了多种定制的电极组件，称为微驱动装置（micro-drives）。传统的微驱动装置由固定在电极中段（通常为四极电极）的金属螺钉、容纳螺钉和电极的主体结构，以及用于连接电极裸露端的金属孔的电接口板（EIB）组成（图1、图2和图3）。该电极组件使操作者能够在数天至数周内调节多个电极插入脑内的深度，从而在动物接受各种行为任务时进行长期慢性神经活动记录。在外周器官中，心跳信号通过植入心脏区域或其周围的成对电极记录为心电图（ECG）4，5，6，骨骼肌信号则通过插入肌肉组织的电极记录为肌电图（EMG）7，8，9。嗅球电信号与呼吸（BR）节律之间的关系已通过单细胞记录方法进行了研究10，11。在传统记录系统中，这些来自不同组织的信号通常由独立的记录设备采集，这意味着需要额外的实验系统来精确同步多个设备，以实现脑-体信号的同步记录。本系统正是为克服这一问题而开发的。在本系统中，所有来自外周器官的电信号，包括ECG、EMG以及反映呼吸节律的嗅球电信号，均被整合到一个单一的微驱动阵列1，2，3中，此处称之为整合式微驱动阵列（integrative micro-drive array）。该系统仅需一个多功能通道记录设备，且适用于任何传统的微驱动阵列。该技术的优势在于无需使用特殊设备或触发信号来匹配多个设备的记录时间，同时由于所有信号以相似的数据类型记录，数据处理更加便捷。该技术将有助于深入理解中枢与外周器官之间关联的神经生理学基础。本文描述了该技术的相关操作步骤，并展示了从大鼠获得的代表性数据集。

<table><tbody><tr><td>FEP 连接线，绞合不锈钢芯&amp;nbsp;</td><td>Cooner Wire Company，美国加利福尼亚州查茨沃思</td><td>AS 633</td><td>Bioflex 导线</td></tr><tr><td>EIB-36-PTB</td><td>Neuralynx, Inc.，美国蒙大拿州博兹曼</td><td>EIB-36-PTB</td><td>EIB</td></tr><tr><td>Cereplex&amp;nbsp; M</td><td>Blackrock&amp;nbsp; Microsystems，美国犹他州盐湖城</td><td></td><td>数字前置放大器</td></tr><tr><td>Cereplex Direct&amp;nbsp;</td><td>Blackrock&amp;nbsp; Microsystems，美国犹他州盐湖城</td><td></td><td>数据采集系统</td></tr><tr><td>UEW 聚氨酯漆包线</td><td>Oyaide.com，日本东京</td><td>UEW 0.14mm 20m&amp;nbsp;</td><td>漆包线</td></tr><tr><td>SD-102</td><td>Narishige，日本东京</td><td>SD-102</td><td>高速钻机</td></tr><tr><td>Minimo ONE SERIES ver.2</td><td>Minitor Co., Ltd，日本东京</td><td>C2012</td><td>高速钻机电源&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Provinice 250 mL</td><td>Shofu Inc.，日本京都</td><td>213620136</td><td>牙科水泥</td></tr><tr><td>小型动物麻醉机&amp;nbsp;</td><td>Biomachinery，日本千叶</td><td>TK-7</td><td>麻醉机&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>盐酸丁丙诺啡</td><td>Sigma-Aldrich，美国密苏里州圣路易斯</td><td>B7536-1ML</td><td>镇痛剂</td></tr><tr><td>异氟烷</td><td>DS Pharma Animal Health，日本大阪&amp;nbsp;</td><td>Isoflu 250mL</td><td></td></tr><tr><td>凡士林，白色&amp;nbsp;</td><td>和光纯药工业株式会社，日本大阪</td><td>224-00165&amp;nbsp;</td><td>兽用软膏&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>&amp;nbsp;海藻酸钠</td><td>Nacalai Tesque，日本京都</td><td>31131-85</td><td></td></tr><tr><td>二水合氯化钙</td><td>和光纯药工业株式会社，日本大阪</td><td>031-00435&amp;nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>不锈钢螺钉 M1.0&amp;times;4.0&amp;nbsp;</td><td>MonotaRO，日本兵库</td><td>42617504</td><td>用于 BR 电极的不锈钢螺钉</td></tr><tr><td>不锈钢螺钉 M1.4&amp;times;3.0</td><td>MonotaRO，日本兵库</td><td>42617687</td><td>用于 g/r 电极和锚定螺钉的不锈钢螺钉</td></tr></tbody></table>

自由活动大鼠皮层局部场电位、心电图、肌电图与呼吸节律的同步记录

Simultaneous Recordings of Cortical Local Field Potentials, Electrocardiogram, Electromyogram, and Breathing Rhythm from a Freely Moving Rat

监测大脑及外周组织的生理动态，对于研究动物在面临情绪挑战和生活环境变化时，大脑如何调控身体功能和内脏器官节律等问题至关重要。通常的实验中，来自不同器官（如大脑和心脏）的信号需通过独立的记录系统采集，这需要多个记录设备以及不同的数据文件处理流程。本研究介绍了一种新方法，可在自由活动的大鼠中同时监测多种电生理生物信号，包括多个脑区的数十个局部场电位、反映心脏节律的心电图、反映觉醒/睡眠相关肌肉收缩的肌电图以及呼吸信号。该方法的记录构型基于传统的用于皮层局部场电位记录的微驱动电极阵列，可容纳数十根电极，这些电极采集的信号被整合至安装在动物头部的一个统一电路板上。本文对该记录系统进行了改进，使来自外周器官的信号也能传输至该电路接口板。在一次手术中，电极首先被分别植入适当的体表部位和目标脑区，随后将所有电极的裸露端分别焊接到动物头部上方电路板的独立通道上，从而将全部信号整合至同一电路板。将该电路板连接至记录设备后，所有信号即可被单一设备采集，从而降低实验成本并简化数据处理流程，因为所有数据均可保存于同一个数据文件中。该技术将有助于深入理解中枢与外周器官之间关联的神经生理学基础。

该方法可同时采集来自多个器官的生物电信号，这些信号分别代表脑部的神经元活动、心率、呼吸节律以及骨骼肌收缩 (图1)。图4 展示了一只在矩形箱体（25 × 40 cm2）内自由觅食的自由活动大鼠的代表性记录数据。示例数据集包含了在运动与静止状态之间典型的行为转换。通过小波分析对海马局部场电位（LFP）信号进行处理，计算得到功率谱。从嗅球表面区域记录到的呼吸（BR）信号用于粗略估计呼吸频率的相对变化，例如在探索性嗅闻行为期间发生的频率变化。
<img alt="神经科学研究设置中的集成式微型驱动阵列示意图、肌电图、局部场电位、心电图信号。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56980/56980fig1.jpg" data-altupda...

本研究介绍了一种同步记录自由活动大鼠脑部局部场电位、心电图、肌电图和呼吸信号的方法。该技术可降低实验成本并简化数据分析，有助于深入理解大脑与外周器官之间的相互作用。

监测大脑及外周组织的生理动态对于解答大脑如何调控多种功能的问题至关重要。

本手术植入电极的总体目标是从自由活动的大鼠体内同步记录中枢和外周的生物电信号。该方法有助于回答神经科学领域的一些关键问题，例如记忆、认知、情绪以及脑-体相互作用。该技术的主要优势在于，单个记录装置即可采集来自广泛身体区域的全部生物电信号。当我们注意到肌肉和心脏活动均以类似于脑细胞外信号的电信号表示时，便首次提出了该方法的构想。因此，我们认为所有这些信号均可通过一个单通道、多通道记录装置进行记录。首先，准备用于皮层局部场电位（LFP）记录的标准微型驱动器阵列。在电极接口板上为信号通道至少预留六个金属孔。接着，截取六段长度为五厘米的Bioflex导线用于传输信号。将导线两端约五毫米长的PTFE涂层剥除。然后，使用金针将一根导线连接到电路板上的每个金属孔。接着，截取两段长度为五厘米的漆包线，并将其焊接到电路板的两个接地/参考通道上。制作心电图电极时，截取两段长度为16厘米的Bioflex导线，分别从一端剥去0.5毫米的涂层，从另一端剥去15毫米的涂层。然后，将每段去皮的长导线弯成直径为两毫米的圆环，并用焊料固定线圈。制作肌电图（EMG）电极时，截取两段八厘米长的Bioflex导线，并将每根导线两端各剥离约五毫米的绝缘涂层。制作呼吸（BR）电极时，截取两段六厘米长的Bioflex导线，并将每根导线两端各剥离约五毫米的绝缘涂层。对于两个脑电（BR）电极中的每一个，将每根导线的一端焊接到不锈钢螺钉的头部。制作接地/参考电极时，截取两段长度为六厘米的漆包线。对于两个接地-参考电极中的每一个，将导线的一端焊接到稍大一些的螺钉上。现在对所有电极进行灭菌，然后在无菌条件下操作。首先，将一只麻醉后的大鼠仰卧固定在平坦的加热垫上。给予布托啡诺作为镇痛剂，并涂抹眼用软膏以防止眼睛干燥。接着，使用70%乙醇和碘伏交替擦拭清洁胸部和颈部。然后，用手术巾覆盖动物，仅暴露胸部区域。首先，植入心电图电极。从胸部内侧区域开始做一个两厘米的切口。然后，分离胸部肌肉以暴露肋间肌。现在，将心电图电极的环状结构缝合到肋间肌上。操作时需确保紧密，使电极固定牢固，并具有较高的信噪比。然后，在背部颈部区域做一个1厘米的切口，将心电图电极通过皮下隧道引至切口处，皮下留有一定余量的导线，以尽量减少电极处的物理应力。随后，缝合关闭胸部切口。接下来，重新调整并固定动物以连接肌电图（EMG）电极。将每个电极的一端经皮下插入颈部切口约一厘米，进入颈部肌肉。然后，将这些电极缝合固定。 电极植入后，将大鼠固定于立体定位仪上。随后剃除颅骨表面的毛发并清洁颅骨，从两眼之间至颈部沿中线做一条长约3厘米的切口，开始阵列植入。使用高速钻头在嗅球上方制作一对直径为0.7至1.0毫米的圆形颅骨开窗，该位置位于前囟前方11.0毫米、旁侧1毫米处。然后，将两个脑部记录（BR）电极植入至螺钉尖端刚好与脑组织接触的深度，约为两毫米深。植入时旋转螺钉六到八整圈。接下来，在额叶皮层上方再制作一对颅骨开孔，位置位于前囟前方2.7毫米处，并向左右两侧各2.7毫米处。将两个接地/参考电极固定于这些孔中，使其也刚好接触大脑，深度约为1.6毫米。这通常需要将螺钉旋转四到五整圈。现在，在海马体上方规划一个直径约2.0毫米的大型环形颅骨开窗，位置位于前囟后方3.8毫米、两侧2.5毫米处。然后，在将要围绕开颅区域的位置钻出六个到八个直径为1.0毫米的孔。在每个孔中植入固定螺钉。接着，在这些螺钉之间实施计划中的开颅手术。在大孔上方，放置整合式微型驱动阵列，使套管尖端恰好位于大颅骨开孔的上方。用约100微升的双组分环氧树脂填充套管尖端与脑表面之间的空隙。在接下来的五分钟内，让混合物逐渐转变为透明凝胶状。接下来，用牙科水泥覆盖套管、BR电极、接地/参考电极以及固定螺钉。涂抹约五毫米厚的水泥，但不要覆盖BR电极或接地/参考电极的开放端。现在，将所有电极的开放端焊接至与电路板连接的位置。然后，使用牙科水泥覆盖整合式微型驱动阵列的底部以及所有电极导线。必须完全包覆电极导线，以防止大鼠在植入后将其抓出。现在，让大鼠恢复。在恢复足够的意识并能够维持胸卧位后，将其单独饲养，不与其他笼内动物同住，并提供自由获取的食物和水。手术后，通过每天调节螺钉逐步推进电极。当电极接近目标脑区时，让其稳定数天，期间信号将逐渐稳定。利用所述方法，可同时采集并关联来自大脑、心脏、肺部和骨骼肌的生物电信号。例如，一只自由活动的大鼠在进行觅食行为时，可提供一组包含活跃状态与静息状态之间转换的数据集。通过小波分析，从海马区局部场电位（LFP）信号中计算得到了功率谱。通过记录嗅球表面区域的呼吸信号（BR），可粗略估计呼吸频率的相对变化，例如在探索性嗅闻行为期间发生的频率变化。一旦掌握该技术，若操作得当，可在三小时内完成。该技术建立后，为神经科学研究领域的研究人员探索中枢与外周器官之间的关系提供了高时间分辨率的研究手段，尤其适用于啮齿类动物。

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Research

科研

JoVE Journal

Neuroscience

神经科学

自由运动大鼠皮质局部电位、心电图、肌电图和呼吸节律的同步记录

我们开发了一种在啮齿类动物大脑中同时进行功能性磁共振成像和电生理记录的方法，为研究神经活动与血氧水平依赖性（BOLD）磁共振成像信号之间的关系提供了平台。...

同步进行啮齿类动物脑部的fMRI与电生理记录

本视频展示了在多个位点进行脑电活动电生理记录前，制备麻醉大鼠的详细步骤。通过解剖头皮暴露颅骨，并在精确位置钻孔以安装和固定电极。随后将钨丝微电极插入目标位置，以记录数据。...

在大鼠多个脑区进行体内电生理记录脑活动

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

本视频演示了在麻醉大鼠中同步记录共定位脑电图（EEG）和局部场电位（LFPs）的操作流程。该过程包括准备大鼠，并在其胡须垫上安装刺激电极。将一个EEG蜘蛛电极放置于大鼠颅骨表面，用于获取表面脑电图信号。同时，通过颅骨上的钻孔，将一根多通道微电极插入特定脑区，以记录局部脑区的神经电活动。...

在麻醉大鼠中同步记录脑电图与局部场电位

该视频展示了从诱发癫痫发作的幼鼠中记录脑电图（EEG）信号的过程。取一只自由活动的、已植入电极并连接至数据采集系统的幼鼠，给予神经毒素以诱发癫痫发作，并通过脑电图信号监测其产生的电爆发活动。...

通过脑电图记录自由活动幼鼠的诱发癫痫发作

本文介绍了一种用于在自由活动的新生癫痫幼犬中记录脑电图（EEG）的新技术，并详细描述了该技术的操作步骤、特点及其应用。该方法可实现持续超过1周的脑电图记录。...

使用一种新方法在自由活动的新生大鼠中记录脑电图

本方案描述了一种在麻醉大鼠中同时记录共定位脑电图（EEG）和多层局部场电位的简单方法。在颅骨上钻出用于插入微电极的骨孔，结果表明该操作对脑电图信号的干扰可忽略不计。...

同步记录啮齿类动物共定位的脑电图与局部场电位

我们开发了一种技术，可在自由活动的大鼠中同步记录对伤害性激光刺激产生的皮层脑电图和局部场电位。该技术有助于建立介观和宏观水平上皮层电活动信号之间的直接关联，从而促进对大脑中伤害性信息处理机制的研究。...

对自由活动大鼠施加伤害性激光刺激后同时记录皮层局部场电位和皮层电图

本文介绍了一种在实验大鼠中同步记录心电图和动脉内血压（BP）的实验装置，该方法可使用动物实验设施中的常规设备完成，适用于生理学或药理学研究，以探讨心血管医学中的致病机制或治疗机制。...

大鼠同步心电图记录与有创血压测量

本文介绍了一种专为大鼠设计的独特可3D打印植入物，名为TD...

TD驱动器：一种用于清醒及睡眠大鼠多脑区电生理记录的参数化开源植入装置

本方案旨在建立一种可靠且易于操作的系统，用于记录自由活动啮齿类动物的脑电图（EEG）。...

一种经济高效且微创的自由活动小鼠多部位慢性脑电图记录方案

学习在自由运动大鼠中同步记录局部场电位、心电图、肌电图和呼吸节律的方法。该技术使用单一多通道设备采集中枢与外周生物电信号，简化数据分析并降低实验成本，助力研究记忆、认知、情绪及脑-体相互作用。

自由活动大鼠皮层局部场电位、心电图、肌电图与呼吸节律的同步记录

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