Name: 混合微驱系统,带可回收的光电探头和Tetrode,用于自由移动小鼠的双位点高密度记录 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-08-10T15:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 57 s
Description: 学习构建混合微驱系统，用于自由移动小鼠的双位点高密度神经记录。该系统整合可独立调节的四极电极与可回收的光电探头，实现电生理记录与光遗传操控的同步进行。

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本工作部分得到了日本促进科学协会海外研究奖学金（HO）、捐赠学者项目（TK）、人类前沿科学计划（TK）、脑研究基金会（TK）以及理工学院科技人才引进与留任计划（TK）和脑 &amp;#38; 行为研究基金会（TK），以及住友基金会研究资助（JY）、NARSAD青年研究者研究资助（JY）。我们感谢W. Marks在稿件撰写过程中提供的宝贵意见和建议。

本文所述所有方法均已获得德克萨斯大学西南医学中心机构动物护理与使用委员会（IACUC）的批准。
1. 微驱动阵列部件的准备
<ol>
	<li>使用牙科模型树脂通过3D打印机打印微型驱动阵列部件（图1A,B）。确保3D打印的每一层厚度小于50 µm，以保持打印部件上小孔的通畅和可用性。 
	注意：微型驱动阵列由五个部分组成（图1C）：（1）微型驱动阵列的主体，包含九个用于四极电极的微型驱动螺钉和一个用于硅探针的螺钉（图1Ca-d）。底部四极电极束和光硅探针孔的位置取决于目标脑区的坐标（图1Cd）；（2）用于安装硅探针或光探针的滑块（图1Ce）；（3）探针电连接器支架，用于固定硅探针连接器（图1Cf）；（4）光纤套管固定器，夹在主体中心部分，用于在插拔光纤连接器时防止植入的光硅探针发生不期望的移动（图1Cg）；以及（5）屏蔽锥，为微型驱动阵列提供物理和电学屏蔽，以实现稳定记录（图1Ch）。微型驱动阵列的总重量为5.9 g（含屏蔽锥）（表1）。如果打印部件上的孔被堵塞，使用钻头清理孔洞：四极电极微型驱动螺钉的内孔使用#76钻头，外孔使用#68钻头，四极电极微型驱动螺钉支撑孔使用#71钻头，主体底部导引柱孔使用#77钻头。</li>
	<li>将导引柱插入微型驱动阵列主体。
	<ol>
		<li>截取两段长度为16 mm的26号不锈钢丝。使用旋转磨具轻轻磨尖钢丝末端。</li>
		<li>将钢丝插入主体底部的孔中（图2A）。在主体底部涂抹少量氰基丙烯酸酯胶水，以固定导引柱。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. 光学-硅探针制备
<ol>
	<li>准备用于硅探针的微型驱动螺钉。 
	注意：用于硅探针的微型驱动螺钉由定制螺钉（300 µm 螺距）、支撑管和L形管组成（图2B）。
	<ol>
		<li>准备微型驱动头的模具（图2C）。制作模具时，先准备微型驱动器的3D打印塑料模型（图2Ca）。然后，在模型周围贴上胶带形成临时围挡，倒入液态硅胶。轻轻摇晃以去除气泡，待其完全固化后，将硅胶模具从模型上取下（图2Cb）。</li>
		<li>使用旋转磨床切割长度为18 mm和9.5 mm的23 G不锈钢丝。用旋转磨床将金属丝顶端2–3 mm部分打磨粗糙，以增强牙科丙烯酸树脂的粘附性。</li>
		<li>取一个定制螺钉，并在其表面涂抹少量硅油以减少与牙科丙烯酸树脂之间的摩擦。将金属丝和定制螺钉放入模具中。</li>
		<li>使用注射器将牙科丙烯酸树脂注入模具，以消除金属丝和螺钉周围的气泡。气泡污染会使微型驱动器变得脆弱。等待丙烯酸树脂完全固化后，将微型驱动螺钉从模具中取出。使用钳子将较长金属丝的尖端6 mm部分弯成60°角。</li>
		<li>检查微型驱动螺钉的质量（例如是否存在裂纹、气泡以及旋转时的摩擦情况）。如果摩擦较大，使用带有定制刀头的电动螺丝刀旋转螺钉，直至其转动顺畅。</li>
		<li>将微型驱动螺钉安装到微型驱动阵列主体中，检查其是否能通过旋转螺钉实现平稳上下移动。将螺钉插入主体孔中时，螺纹会自动形成。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>准备滑块（图3Aa）。
	<ol>
		<li>使用锋利剪刀切割两段长度为5 mm的聚醚醚酮（PEEK）管。将管子对称放置在滑块两侧，使用环氧树脂将管子与滑块粘合。</li>
		<li>在导柱上涂抹少量硅油。将滑块插入微型驱动阵列主体的导柱中，检查其质量，确保滑块移动顺畅且无过度摩擦。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>准备光探针（optorode）（图3Ab）。若无需进行光遗传学实验，此步骤可跳过。
	<ol>
		<li>使用红宝石切割器将光纤切割至21 mm长度。研磨光纤尖端，使其表面平整光亮。</li>
		<li>将光纤轻柔地放置在硅探针的前侧，光纤尖端位于电极位点顶部上方200–300 µm处。暂时用透明胶带固定光纤。</li>
		<li>使用少量环氧树脂将光纤粘接到硅探针基部。至少等待5小时，直至环氧树脂完全固化。 
		注意：建议将光纤安装在与电极位点相同的一侧。若将光纤安装在背面，可能导致光线无法有效照射记录位点。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>将滑块连接至硅探针（图3Ac）：在硅探针基部背面涂抹少量环氧树脂。将滑块底部贴合至硅探针基部，并轻轻按压2–3分钟，以防止环氧树脂初始固化期间滑块与硅探针基部之间产生间隙。至少等待5小时，直至环氧树脂完全固化。</li>
	<li>在显微镜下，小心地将滑块管套入主体的导柱上（图3B）。操作过程中，使用精细镊子夹持滑块的凹槽部分。</li>
	<li>旋转螺钉，将微型驱动螺钉插入螺孔中。将L形金属丝尖端插入滑块头部的凹槽内，使硅探针与微型驱动螺钉连接（图3C）。</li>
	<li>将探针电连接器支架安装到微型驱动阵列主体上（图3D）。
	<ol>
		<li>将两颗#0螺钉切割至3.5 mm螺纹长度。研磨螺钉尖端以去除毛刺。</li>
		<li>将探针连接器支架放置在主体上，并将硅探针电连接器插入支架中。</li>
		<li>使用环氧树脂将硅探针连接器固定在支架内，注意不要将其粘接到微型驱动阵列主体上，以便后续可回收硅探针。插入螺钉以固定探针连接器支架。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>将套管支架安装到光-硅探针和微型驱动阵列主体上（图3D）。
	<ol>
		<li>将两颗#0螺钉切割至6 mm螺纹长度。研磨螺钉尖端以去除毛刺。</li>
		<li>研磨两颗#0机械螺母的外表面，制成外径为2.5–3.0 mm的小六角螺母，以减轻重量并节省空间。</li>
		<li>将螺钉插入支架组件A中。使用环氧树脂粘合螺钉头部。</li>
		<li>在组件A和B表面涂抹少量硅脂，以减少与主体之间的摩擦。将组件A插入主体中，暂时用反向镊子固定。</li>
		<li>将组件B放置在组件A的螺钉上。将定制螺母旋入螺钉。使用钳子拧紧螺母，以固定套管支架在主体上的位置。</li>
		<li>将光纤套管插入光纤套管支架（组件B）的凹槽中。确保光纤套管从支架伸出4–5 mm。</li>
		<li>在套管与支架凹槽之间涂抹少量环氧树脂。等待环氧树脂完全固化，并检查套管是否稳固不动。在旋转微型驱动螺钉前，先松开螺母，检查滑块和套管支架是否运动顺畅。</li>
		<li>检查探针的工作距离。当套管支架处于最高位置且滑块管仍与导柱连接时，探针尖端应能完全缩回主体内。最大工作距离由硅探针长度和目标脑区决定。</li>
		<li>若微型驱动螺钉松动，可在螺钉周围涂抹少量牙科丙烯酸树脂，以增加支撑螺纹。待其固化后，旋转螺钉检查其紧固性和稳定性。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. 线圈电极制备
注意：本实验步骤与先前发表的文献8,19,20,39类似。
<ol>
	<li>为四极记录电极准备微型驱动螺钉。四极记录电极的微型驱动装置由定制加工的螺钉和一段23 G套管组成（图2B）。该步骤与第2.1节类似。</li>
	<li>制备一束内含直径5.5 mil导线的30 G不锈钢套管。本实验中共使用九根30 G套管（其中八根用于记录的四极电极，一根作为参考电极）。</li>
	<li>将30 G套管束从驱动体底部穿入，并用20 G薄壁套管将其固定在主体结构上。使用旋转磨头修整套管束底部，使末端平整齐平。再用旋转磨头修整30 G套管的上端，使其从主体部分伸出约0.5 mm。</li>
	<li>将5.5 mil聚酰亚胺绝缘管装入30 G套管中。准备好四极电极导线，并将其接入32通道电接口板（EIB）。在最终精确切割前，使用阻抗测试仪检查电路连接情况。</li>
	<li>使用镀金溶液将电极尖端阻抗降低至250–350 kΩ。用瞬干胶将所有四极电极固定。</li>
	<li>在聚酰亚胺管与四极电极之间的多余空隙中填充矿物油，以实现密封和润滑。将接地导线连接至EIB。 
	注意：如有需要，可将光学纤维与四极电极导线集成在一起12。</li>
</ol>
4. 安装屏蔽锥
<ol>
	<li>在打印好的锥形罩内侧涂上银导电屏蔽漆。将微驱动阵列放入锥形罩内（图3E）。</li>
	<li>将两根#0螺丝截短至螺纹长度为3.5 mm。从锥形罩外部拧入螺丝，以固定微驱动阵列。</li>
	<li>在螺丝头部周围涂覆银漆，使屏蔽锥形罩与电学地线连接。检查接地导线与锥形罩之间的电连接性。在微驱动阵列主体与屏蔽锥形罩之间涂抹少量环氧树脂，以牢固固定主体。 
	注意：制备屏蔽锥形罩的另一种方法是使用铝箔胶带40（图3F）。首先，在纸上粘贴铝箔后制作锥形罩的模板（图3Fa）。然后将纸卷成锥形，并用少量氰基丙烯酸酯胶水将其固定在微驱动主体上（图3Fb）。该锥形罩的重量为0.72 g，微驱动阵列的总重量减少至4.7 g（表1）。</li>
</ol>
5. 植入手术
注意：本实验步骤改编自先前已发表的文献18,39,41，适用于双位点植入。为确保动物术后恢复较快，进行微型驱动装置植入时，应保证动物体重超过 25 g。
<ol>
	<li>准备
	<ol>
		<li>准备接地螺钉时，将银线连接到颅骨螺钉上，并涂上银漆。然后使用银漆将金针连接到导线的另一端。</li>
		<li>准备驱动固定适配器，用于将微驱动阵列固定在立体定位装置上。使用环氧树脂将公接头连接到不锈钢手柄上。确保接头与不锈钢手柄对齐成直线。</li>
		<li>如果记录后需要进行组织学验证，可在四极电极或硅探针的背面涂抹Di-I染料38。</li>
		<li>将硅探针下降至所需深度。使用钳子松开套管夹的螺母，通过旋转硅探针的微驱动螺钉降低硅探针（光-硅探针），然后拧紧螺母以固定套管夹。当在海马CA1区植入四极电极、在内侧内嗅皮层（MEC）植入硅探针时，四极电极套管与硅探针尖端之间的距离为3–4 mm。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>将小鼠置于立体定位仪中，使用0.8%–1.5%异氟烷进行麻醉。通过脚趾夹捏反射消失确认麻醉状态。在眼睛上涂抹透明眼膏以防止干燥，并用一片铝箔覆盖眼睛，以避免强手术光源的照射。</li>
	<li>剃除小鼠头部毛发后，使用碘伏和异丙醇对头皮进行消毒。使用标准手术剪在头皮上做1.5–2.0 cm的切口，皮下注射利多卡因后，用棉签去除颅骨表面的组织。</li>
	<li>使用立体定位工具调整小鼠头部位置，确保前囟（bregma）与后囟（lambda）之间的高度差小于100 μm。根据脑图谱确定开颅位置，并用无菌铅笔标记这些位置。</li>
	<li>在颅骨上使用0.5 mm钻头钻出8–11个孔后，使用手术镊和螺丝刀将颅骨螺钉（直径0.8 mm，螺距0.200 mm）旋入1.5圈（0.3 mm）以固定。 
	注：建议在额骨钻2–4个孔，顶骨两侧各钻2–3个孔，间顶骨钻1–2个孔。</li>
	<li>在间顶骨钻孔后，将接地螺钉旋入一圈（0.2 mm）以固定。确保该孔未穿透颅骨进入颅腔，否则小脑信号会污染记录信号。使用阻抗仪检测接地螺钉与颅骨螺钉之间在1 kHz频率下的阻抗，确保其小于20 kΩ。 
	注：阻抗过大将在记录过程中引入运动伪迹。</li>
	<li>在已标记的位置进行开颅操作。在小鼠中，硬脑膜可保持完整。</li>
	<li>将接地螺钉的公针与微驱动阵列的接地连接器相连。使用阻抗仪测量接地螺钉与屏蔽层之间的连通性，确认连接正常。</li>
	<li>将微驱动阵列安装到适配器上，再将适配器固定于立体定位仪，并缓慢降低硅探针至目标深度。当硅探针插入脑组织时，确保四极电极束位于脑表面之上但仍处于微驱动阵列内部（图4A）。</li>
	<li>小心地涂抹硅脂，以密封硅探针和四极电极束周围的区域（图4B）。取少量硅脂置于20 G针头尖端，用针头将硅脂涂抹于探针周围。重复操作，直至硅脂完全覆盖探针周围区域，防止牙科丙烯酸树脂流入电极/探针表面或下方。注意避免硅脂接触电极记录位点，否则会显著增加记录位点的阻抗。</li>
	<li>使用牙科丙烯酸树脂将微驱动阵列固定在颅骨锚定螺钉上。 
	注：建议分三层涂抹牙科丙烯酸树脂，以避免树脂固化过程中产生过多热量。</li>
	<li>小心地从微驱动阵列上取下适配器。皮下注射1 mL PBS以防止脱水。皮下注射5 mg/kg美洛昔康作为镇痛处理。</li>
	<li>用一片胶带覆盖硅探针连接器，防止灰尘进入电连接部分。使用塑料石蜡膜覆盖微驱动阵列，并用胶带固定。</li>
	<li>术后连续3天给予适当的镇痛治疗（例如，每天一次皮下注射2 mg/kg美洛昔康）。术后恢复3–5天后再开始调整四极电极。恢复期后的植入小鼠如图4C所示。</li>
</ol>
6. 回收硅探针（图 4D）
<ol>
	<li>腹腔注射氯胺酮（75 mg/kg）和右美托咪定（1 mg/kg）进行麻醉，并确认趾夹反射消失。通过通风橱经心脏灌注4%多聚甲醛固定麻醉小鼠。啮齿类动物的手术方法此前已有描述42。</li>
	<li>使用钳子松开卡套固定器的螺母，然后通过旋转调节螺钉，将硅探针完全缩回至微型驱动器阵列本体内，同时将卡套固定器小心移至驱动器顶部。拧紧螺母以固定探针在顶部位置。</li>
	<li>从侧面敲开颅骨，从底部取出小鼠脑组织。此时微型驱动器阵列已与动物分离。</li>
	<li>完全拆除驱动硅探针的L型微型驱动螺钉。使用钳子松开并取下卡套固定器的螺母，取出卡套固定器的A组件。</li>
	<li>拧下探针连接器支架并从驱动器本体上分离。检查探针连接器支架是否可从微型驱动器阵列本体上完全取下。</li>
	<li>用镊子夹住滑轨的上部，然后小心地将硅探针组件从微型驱动器阵列中滑出。</li>
	<li>使用隐形眼镜清洁剂（先使用含酶清洁剂，再用3%过氧化氢）清洁探针尖端，至少持续1天。在显微镜下用异丙醇擦拭片小心擦拭电极尖端。将探针保存在防静电储存盒中。 
	注意：滑轨和探针连接器支架仍附着在硅探针上，可在下一次植入手术中重复使用。 
	注意：部分硅探针对过氧化氢不耐受。在此情况下，仅使用含蛋白水解酶的隐形眼镜护理液。</li>
	<li>若需在下次手术中重复使用微型驱动器阵列本体，可使用细尖钻头和镊子组合去除牙科丙烯酸树脂。然后将去除的丙烯酸树脂浸入丙酮中回收颅骨螺钉。注意丙酮会溶解微型驱动器阵列中的塑料部件。</li>
	<li>使用手术刀去除微型驱动器本体与屏蔽锥之间残留的环氧树脂。 
	注意：若微型驱动器未损坏，则下次手术无需重新打印任何额外部件。</li>
</ol>

作者无任何利益冲突需要披露。

本方案展示了如何构建和植入一种混合式微型驱动阵列，可在自由活动的小鼠中利用独立可调的四极电极和硅探针同时记录两个脑区的神经活动。本方案还展示了光遗传学实验以及实验后硅探针的回收方法。尽管此前已有可调节硅探针33或光遗传-硅探针36在小鼠中植入的报道，但本方案在同时植入可调四极电极阵列与光遗传-硅探针方面具有明显优势，可灵活选择植入探针的类型。根据实验目的的不同，可更换不同类型的植入探针，例如多叉探针27,44或超高密度Neuropixels探针21,45。在3D物体设计阶段，可根据需要轻松修改植入的坐标和角度7。例如，在涉及记忆相关脑区的学习任务中，可实现双位点甚至三位点的同步记录，这些脑区包括海马体46、内嗅皮层<...

通过研究不同脑区之间如何动态相互作用，了解神经元活动如何支持学习和记忆等认知过程至关重要。为了阐明认知任务中神经活动的动态特性，研究人员已利用微驱动阵列在自由活动的动物中开展了大规模的细胞外电生理记录1,2,3,4。在过去二十年中，已开发出多种类型的微驱动阵列，用于将电极植入大鼠5,6,7,8和小鼠9,10,11,12的多个脑区。然而，目前的微驱动设计通常不允许同时使用多种探针类型，迫使研究人员只能选择一种具有特定优势和局限性的电极类型。例如，四极电极阵列适用于神经元密集的脑区（如背侧海马CA1区）1,13，而硅探针则在研究解剖连接时具有更优的空间几何分布特性14,15。
四极电极和硅探针常用于体内慢性记录，各有其优缺点。与单电极相比，四极电极已被证明在单细胞信号分离方面具有显著优势16,17，同时具备成本低和机械刚性强的优点。当与微型驱动装置结合使用时，四极电极还能获得更高的单细胞活动记录数量8,18,19,20。增加同时记录的神经元数量对于理解神经环路功能至关重要21。例如，研究功能上异质性的小细胞群（如与时间相关22或奖励编码23的细胞）需要记录大量细胞。而要提高动作电位序列的解码质量，则需要更高数量级的细胞记录数据13,24,25。
然而，四极电极在记录空间分布较广的细胞（如大脑皮层或丘脑中的细胞）时存在劣势。与四极电极相比，硅探针能够提供局部场电位（LFPs）和放电活动在局部结构内的空间分布及其相互作用14,26。多叉硅探针进一步增加了记录位点的数量，允许跨单个或相邻结构进行记录27。然而，这类阵列在电极位点的定位灵活性方面不如四极电极。此外，在高密度探针中需要复杂的峰电位分选算法，以提取邻近通道动作电位的信息，从而重现四极电极所获取的数据28,29,30。因此，硅探针获得的单细胞单位总体数量通常少于四极电极。此外，硅探针还因其易损性和高成本而处于劣势。因此，选择使用四极电极还是硅探针取决于记录的目的，即优先考虑获得高数量的单细胞单位，还是优先实现记录位点的空间分布分析。
除了记录神经活动外，光遗传学操控已成为神经科学中研究特定细胞类型和/或通路如何参与神经环路功能的强有力工具之一13,31,32,33。然而，光遗传学实验在微驱动阵列设计中需要额外考虑如何将光纤连接器与刺激光源相连接34,35,36。通常，连接光纤需要施加相对较大力量，可能导致脑内探针发生机械位移。因此，将可植入式光学纤维与传统微驱动阵列整合并非易事。
基于上述原因，研究人员需要根据记录目的优化电极类型的选择，或植入光纤。例如，四极电极（tetrodes）可用于在海马体中获得更高的单细胞记录数量1,13，而硅探针则用于研究皮层区域（如内侧内嗅皮层（MEC））的层状深度分布37。目前已有报道用于大鼠的同时植入四极电极和硅探针的微型驱动装置5,11。然而，由于微型驱动装置的重量、小鼠头部可用空间有限，以及设计驱动装置以兼容不同类型探针所需的空间限制，在小鼠中同时植入多个四极电极和硅探针极具挑战性。尽管可以不使用微型驱动装置直接植入硅探针，但该方法无法调节探针位置，且会降低硅探针回收的成功率12,38。此外，光遗传学实验对微型驱动阵列的设计提出了额外要求。本方案展示了如何构建和植入一种微型驱动阵列，用于在自由活动的小鼠中进行慢性记录，该装置可同时植入九根独立可调的四极电极和一根可调的光-硅探针。该微型驱动阵列还支持光遗传学实验，并有助于硅探针的回收。

<table><tbody><tr><td>#00-90 螺钉</td><td>J.I. Morris</td><td>#00-90-1/8</td><td>EIB 螺钉</td></tr><tr><td>#0-80 螺母</td><td>Small Parts</td><td>B00DGB7CT2</td><td>用于固定光纤插芯夹具的黄铜螺母</td></tr><tr><td>#0-80 螺钉</td><td>Small Parts</td><td>B000FMZ57G</td><td>用于探针连接器安装座、光纤插芯夹具和屏蔽锥的黄铜机用螺钉</td></tr><tr><td>22 号聚醚醚酮管</td><td>Small Parts</td><td>SLPT-22-24</td><td>用于连接至穿梭装置，内径为 0.025 英寸</td></tr><tr><td>23 号不锈钢管</td><td>Small Parts</td><td>HTX-23R</td><td>用于制作四极记录电极</td></tr><tr><td>23 号不锈钢丝</td><td>Small Parts</td><td>HTX-23R-24-10</td><td>用于制作 L 形支撑丝</td></tr><tr><td>26 号不锈钢丝</td><td>Small Parts</td><td>GWX-0200</td><td>用于制作导向柱</td></tr><tr><td>30 号不锈钢丝</td><td>Small Parts</td><td>HTX-30R</td><td>用于制作四极记录电极</td></tr><tr><td>3D CAD 软件包</td><td>Dassault Syst&amp;egrave;mes</td><td>SolidWorks 2003</td><td></td></tr><tr><td>3D 打印机</td><td>FormLab</td><td>Form2</td><td></td></tr><tr><td>5.5 mil 聚酰亚胺绝缘管</td><td>HPC Medical</td><td>72113900001-012</td><td></td></tr><tr><td>铝箔胶带</td><td>Tyco</td><td>Tyco Adhesives 617022 Aluminum Foil Tape</td><td>用于替代屏蔽锥</td></tr><tr><td>导电膏</td><td>YSHIELD</td><td>HSF54</td><td>用于屏蔽锥</td></tr><tr><td>硅探针微型驱动器专用螺钉</td><td>AMT</td><td>UNM1.25-HalfMoon</td><td>半月形不锈钢螺钉，直径 1.5 mm，螺距 300 &amp;micro;m</td></tr><tr><td>四极记录电极微型驱动器专用螺钉</td><td>AMT</td><td>Yamamoto_0000-160_9mm</td><td>开槽不锈钢螺钉，直径 0.5 mm，螺距 160 &amp;micro;m，按设计定制生产</td></tr><tr><td>牙科丙烯酸树脂</td><td>Stoelting</td><td>51459</td><td></td></tr><tr><td>牙科模型树脂</td><td>FormLab</td><td>RS-F2-DMBE-02</td><td></td></tr><tr><td>Dremel 旋转工具</td><td>Dremel</td><td>型号 800</td><td>研磨机</td></tr><tr><td>钻头</td><td>Fine Science Tool</td><td>19007-05</td><td></td></tr><tr><td>电接口板</td><td>Neuralynx</td><td>EIB-36-Narrow</td><td></td></tr><tr><td>环氧树脂</td><td>Devcon</td><td>GLU-735.90</td><td>5 分钟快干环氧胶</td></tr><tr><td>眼膏</td><td>Dechra</td><td>Puralube Ophthalmic Ointment</td><td>用于防止小鼠在手术期间眼睛干涩</td></tr><tr><td>光纤抛光片</td><td>Thorlabs</td><td>LFG5P</td><td>用于抛光光纤</td></tr><tr><td>精细镊子</td><td>Protech International</td><td>15-368</td><td>用于装载/回收硅探针</td></tr><tr><td>金针</td><td>Neuralynx</td><td>EIB Pins Small</td><td></td></tr><tr><td>接地导线</td><td>A-M Systems</td><td>781500</td><td>直径 0.010 英寸的裸银线</td></tr><tr><td>前置放大器头级</td><td>Neuralynx</td><td>HS-36</td><td></td></tr><tr><td>阻抗计</td><td>BAK electronics</td><td>Model IMP-2</td><td>测试频率 1 kHz</td></tr><tr><td>矿物油</td><td>ZONA</td><td>36-105</td><td>用于润滑螺钉和导线</td></tr><tr><td>光纤</td><td>Doric</td><td>MFC_200/260-0.22_50mm_ZF1.25(G)_FLT</td><td></td></tr><tr><td>记录系统</td><td>Neuralynx</td><td>Digital Lynx 4SX</td><td></td></tr><tr><td>红宝石光纤刻划笔</td><td>Thorlabs</td><td>S90R</td><td>用于切割光纤</td></tr><tr><td>硅脂</td><td>Fine Science Tool</td><td>29051-45</td><td></td></tr><tr><td>硅探针</td><td>Neuronexus</td><td>A1x32-Edge-5mm-20-177</td><td>图 3、4A、4B、5</td></tr><tr><td>硅探针</td><td>Neuronexus</td><td>A1x32-6mm-50-177</td><td>图 4C</td></tr><tr><td>硅探针清洗液</td><td>Alcon</td><td>AL10078844</td><td>隐形眼镜清洁剂</td></tr><tr><td>硅橡胶</td><td>Smooth-On</td><td>Dragon Skin 10 FAST</td><td>用于制备微型驱动器模具</td></tr><tr><td>银漆</td><td>GC electronic</td><td>22-023</td><td>银漆 II 涂层，用于接地导线</td></tr><tr><td>颅骨螺钉</td><td>Otto Frei</td><td>2647-10AC</td><td>直径 0.8 mm，螺距 0.200 mm</td></tr><tr><td>标准手术剪刀</td><td>ROBOZ</td><td>RS-5880</td><td></td></tr><tr><td>立体定位仪</td><td>Kopf</td><td>Model 942</td><td></td></tr><tr><td>超级胶水</td><td>Loctite</td><td>LOC230992</td><td>用于粘接导向柱</td></tr><tr><td>手术镊</td><td>ROBOZ</td><td>RS-5135</td><td></td></tr><tr><td>四极记录电极扭转器</td><td>Jun Yamamoto</td><td>TT-01</td><td></td></tr><tr><td>四极记录电极导线</td><td>Sandvik</td><td>PX000004</td><td></td></tr></tbody></table>

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

Hybrid Microdrive System with Recoverable Opto-Silicon Probe and Tetrode for Dual-Site High Density Recording in Freely Moving Mice

多脑区神经记录可为理解多个脑区之间精细时间尺度上的相互作用提供关键信息。然而，传统的微型驱动器设计通常仅允许使用一种类型的电极来记录单个或多个脑区的活动，限制了单神经元或深度谱图记录的获取效率，也常常限制了将电极记录与光遗传学工具相结合以靶向特定神经通路或细胞类型的活动。本文介绍了一种用于自由活动小鼠的混合式微型驱动器阵列，旨在提高记录效率，并详细描述了该阵列的制作方法及其重复使用方式。当前设计在自由活动的小鼠中同时将九根四极电极和一根光-硅探针植入两个不同的脑区。四极电极和光-硅探针可在脑的背腹轴方向上独立调节，以最大化获取神经元放电活动和振荡活动的效率。该微型驱动器阵列还集成了光源系统，可实现光遗传学操控，用于研究长距离神经环路的脑区特异性或细胞类型特异性反应与功能。此外，光-硅探针可在每次实验后安全回收并重复使用。由于该微型驱动器阵列包含3D打印部件，其设计可轻松修改以适应不同实验需求。本文首先描述微型驱动器阵列的设计，以及如何将光纤连接至硅探针以用于光遗传学实验，随后介绍四极电极束的制备及阵列在小鼠脑内的植入过程。结合光遗传学刺激，对局部场电位和单神经元放电活动的记录结果也验证了该微型驱动器阵列系统在自由活动小鼠中的可行性。

微型驱动阵列在5天内构建完成。微型驱动装置制备的时间线见表2。使用该微型驱动装置，将九根四极电极和一根硅探针分别植入小鼠的海马CA1区和内侧内嗅皮层（MEC）[21周龄、体重29 g的雄性pOxr1-Cre转基因小鼠（C57BL/6背景）]。该转基因小鼠在MEC第三层锥体神经元中表达Cre。在电极植入前10周，向小鼠MEC区域注射200 nL的AAV5-DIO-ChR2-YFP病毒（滴度：7.7 × 1012 gc/mL）。局部场电位（LFP）通过低通滤波器（1–500 Hz）记录，动作电位单元则通过高通滤波器（0.8–5 kHz）检测。光刺激（λ = 450 nm）采用脉宽1 ms、光强10.6 mW（在光纤连接端测得）的参数进行。四极电极记录的参考电极通过专用的四极电极丝植入白质中。硅探针记录的参考电极设为探针的顶部通道。
四极电极调整后，在线性轨道（图5A）和开放场（图5B）中测试了动物的行为表现。在这...

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。

多脑区神经记录可为理解多个脑区之间精细时间尺度上的相互作用提供关键信息。然而，……

我们的混合式微型驱动装置设计不仅允许实验人员从多个脑区进行记录，还可以选择不同类型的电极以优化记录的产量和稳定性。我们将九根四极电极、一根可调节且可重复使用的硅线性探针以及光纤整合到一个微型驱动阵列中，用于自由活动小鼠的在体实验。该技术可轻松适配于大鼠或狨猴等其他较大的动物。硅探针极为脆弱。在操作探针时需要格外小心，例如在安装光纤以及将穿梭组件旋入微驱动装置时。微驱动阵列由五个部分组成。为硅探针准备微驱动螺钉时，首先使用3D打印技术制作微驱动装置的塑料模型，并在模型周围贴上胶带，以形成围绕模型的临时围壁。将液态硅胶倒入模型中，并通过轻轻摇晃去除气泡。待硅胶固化后，小心地将硅胶模具从模型上取下。接下来，使用旋转研磨机切割一段18 mm和一段9.5 mm长的23号不锈钢金属管，并用研磨机将管子顶端2至3 mm处打磨粗糙。在定制螺钉上涂抹少量硅油，然后将金属管和螺钉放入模具中。将牙科丙烯酸树脂倒入模具，并用注射器排除金属管和螺钉周围的任何气泡。当牙科丙烯酸树脂完全固化后，将微型驱动螺钉从模具中取出，并用镊子将18 mm导线末端6 mm处弯成60度角。使用旋转工具转动微型驱动螺钉以检查其质量，然后将微型驱动螺钉安装到微型驱动阵列主体中，旋转螺钉以检查其是否能够顺畅上下移动。为硅探针的滑轨做准备时，使用锋利的剪刀剪取两段5 mm长的PEEK管，并将这两段管子分别对齐固定在滑轨的两侧。使用环氧树脂将导管粘接到滑块上，并在导向柱上涂抹少量硅油。待环氧树脂干燥后，将滑块置于微驱动阵列主体的导向柱上，检查其装配质量。滑块应能平稳移动，无明显摩擦阻力。制备光遗传探针时，使用Rubi切割器将一段光纤切割至21 mm长度，并研磨光纤末端，直至其表面平整且有光泽。当光纤末端处理完毕后，将光纤轻轻放置在硅探针前端，位置位于电极位点顶部上方200至300微米处，先用透明胶带临时固定，随后在硅探针基部滴加少量环氧树脂胶将光纤粘接固定，并静置使环氧树脂固化五小时。为将穿梭装置连接至硅探针，需在硅探针基部背面涂覆少量环氧树脂，然后将穿梭装置的底部轻压在硅探针基部上，持续两到三分钟，以避免穿梭装置与硅探针基部之间形成间隙。当环氧树脂完全固化后，用精细镊子夹住推车的凹槽，使用显微镜将推车管小心地放置在主体的导轨柱上。旋转螺丝，将微型驱动螺丝插入螺孔，并将L形管的尖端插入推车头部的凹槽中，以固定硅探针和微型驱动螺丝。接下来，将两根0号螺丝截断至3.5 mm的螺纹长度，并打磨尖端以去除毛刺。将探针连接器支架放置在阵列主体上，并将硅探针电连接器插入支架中。插入0号螺丝以固定探针连接器支架。使用环氧树脂将硅探针连接器固定在支架内，注意不要将探针粘接到微驱动阵列主体上。为了将套管固定器连接到光硅探针和微驱动阵列主体上，将两颗0号螺丝截断至6 mm的螺纹长度并打磨尖端。打磨两个0号机械螺母的外表面，制成外径为2.5至3 mm的小六角螺母，并将0号螺丝插入固定器的A组件中。使用环氧树脂将螺丝头部粘合固定。在部件 A 和部件 B 上涂抹少量硅脂，以减少与主体之间的摩擦。使用反向镊子将部件 A 暂时插入主体中，并将部件 B 放置在部件 A 的螺钉上。将定制螺母旋入螺钉，并使用钳子拧紧螺母，从而将光纤套管固定座固定在主体上。将光纤套管插入光纤套管固定座的凹槽中，注意使光纤套管从固定座中伸出 4 至 5 mm。在套管和支架凹槽之间涂抹少量环氧树脂。待环氧树脂固化后，松开螺母，转动微驱动器螺钉，检查推车和套管支架是否运动顺畅，然后确认当套管支架处于顶部位置时，探针尖端完全缩回主体内，且推车管仍与导向柱保持连接。安装屏蔽锥时，从锥体外侧拧入两颗3.5 mm的0号螺钉，以固定微驱动器。如果按照表格中列出的时间表完成制作，微型驱动阵列可在五天内搭建完成。在完成电极束调整后，可在直线轨道和开放场中测试小鼠的行为表现。在这两类实验中，小鼠均可自由探索约30分钟，同时全程记录电生理信号，且记录过程中未出现明显的运动相关噪声。随后可在内侧内嗅皮层进行光刺激，以激活投射到海马CA1区的内侧内嗅皮层第3层神经元。当小鼠处于睡眠状态时，通过四极电极和硅探针记录自发性放电活动和局部场电位。在此项代表性实验中，四极电极记录到的左侧场电位显示出明显的尖波涟漪活动，表明所有四极电极均位于CA1区锥体细胞层附近。本实验中，首先在内侧内嗅皮层观察到光诱导的响应活动，随后在CA1区出现响应，潜伏期为13至18毫秒。请务必在无静电环境中将光控硅探针插入微驱动体中。屏蔽锥可用纸片和胶带等材料替代。这将使微驱动装置的运行速度降低高达20%。我们的微驱动装置设计为记录电极的有效组合提供了灵活的选择，可用于测量和操控多个脑区，并研究不同脑结构之间的动态变化及其相互作用。

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混合微驱系统,带可回收的光电探头和Tetrode,用于自由移动小鼠的双位点高密度记录

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

我们介绍了利用硅探针在活动中的啮齿类动物体内进行大规模多单细胞单位和局部场电位记录的方法。文中详细展示了驱动器的制作、探针与驱动器的连接以及探针植入过程，以便于轻松重复操作。...

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

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。...

用于清醒行为小鼠慢性神经记录的微驱动阵列构建

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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

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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。...

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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。...

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本文介绍了在小鼠颅骨上植入超薄聚酰亚胺基微电极阵列（PBM-array）以获取小鼠模型高密度脑电图（EEG）的手术步骤及操作要点。...

基于聚酰亚胺的微电极对自由活动小鼠进行高密度脑电图记录

学习构建混合微驱系统，用于自由移动小鼠的双位点高密度神经记录。该系统整合可独立调节的四极电极与可回收的光电探头，实现电生理记录与光遗传操控的同步进行。

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

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