2023年8月4日
定制的微型驱动装置可实现使用线性硅阵列对皮层记录位点进行亚毫米级精确定位。
由于体型较小且缺乏作为解剖学标志的脑回结构,普通狨猴在神经生理学研究中带来了独特的挑战。电极位置仅移动一毫米就可能导致视网膜拓扑图发生显著变化。所提出的微型驱动系统采用了一种XY电极平台,可在亚毫米尺度上实现电极的垂直和水平移动。
由于狨猴作为视觉神经科学研究模型相对较新,清醒行为电生理技术仍在不断发展。目前的制备方法通常使用半慢性探针,无法为定位装置提供操作空间。本方案展示了一种轻量化的机械驱动装置,可用于有效的线性阵列记录,能够在不同记录会话之间灵活调整位置,从而在记录腔内绘制视网膜病变图谱。
正确使用固定驱动装置、缓慢穿透组织并避开主要血管,可在制备过程中避免长期的皮层损伤。此外,该技术已优化了开颅手术中使用 slastic 以避免感染的操作。首先,收集构建电极微驱动装置所需的部件。
将一个螺母放入底座的槽中,并添加氰基丙烯酸酯胶水以增强稳定性。然后将螺钉穿过底座中的螺母。使用配备金刚石切割轮附件的旋转工具,切割一块4×3×3毫米的塑料网格,网格孔间距为1×1毫米。
将网格部件放置在Y形支架的顶部。涂抹环氧树脂,将网格部件固定在Y形支架的顶部。然后,使用螺丝将微型驱动器安装到网格上方。
在微型驱动器底部添加环氧树脂以增强稳定性。使用环氧树脂将塑料矩形平台固定在28号钢制管上。将23号导管穿过网格。
然后将连接在塑料平台上的不锈钢管穿过23号导引管。将28号不锈钢管插入微驱动装置的其中一个插槽中。使用环氧树脂将不锈钢管固定在微驱动装置上。
使用手敲工具,敲击X轴平台和底座上的预制螺孔,以构建驱动部分的基座。然后将螺钉穿过X轴平台的长条形槽孔,并固定在底座对应的螺孔中。再将两个螺钉穿过Y轴平台的长条形槽孔,并将其固定在X轴平台的预制螺孔中。
在确认显微操作仪驱动装置已安装塑料平台后,使用胶带将64针连接器固定在平台上。然后小心地在塑料管上涂抹少量杆菌肽,并通过柔性带状电缆将电极连接到64针连接器上。使用显微操作仪驱动装置固定硅电极及其连接器,同时将塑料管穿过Y轴平台上的孔洞。
将64针连接器从显微操作器驱动装置上拆下,并使用胶凝剂将连接器固定在X轴载物台的平台上。第二天,小心地将电极从塑料管上分离,并将显微操作器驱动装置从组件上取下。轻轻移动鳄鱼夹,翻转驱动装置,以露出未固定的电极。
将电极放置在Y轴载物台下方的塑料支架上,并用硅胶弹性体固定。五分钟后,使用显微驱动器上的螺丝控制装置回撤电极,并将保护套套在电极外部。拧紧显微驱动器基座部件上的三个侧边螺丝。
将用于记录的前置放大器连接到64针连接器上。在使用前一天,将EDOT和PSS溶于蒸馏水中以配制PEDOT溶液。打开阻抗测试软件,在左上角的顶部下拉菜单中选择适配器。
在第二个下拉菜单中,选择电极。确保通道数量正确。使用连接器将探头连接到阻抗测试系统,并将探头浸入接地的生理盐水中,以获得基线读数。
按下“测试阻抗”按钮,并在按下“测试探针”按钮前确认设置正确。记录并保存电极两个分支的基线读数,以供日后参考。随后,降低实验台升降架,将探针从盐水中取出。
将烧杯中的生理盐水替换为蒸馏水。升起实验室升降台,使电极浸入蒸馏水中,冲洗残留的生理盐水,然后再次降低升降台。将蒸馏水替换为PEDOT溶液,升起实验室升降台,直至电极完全浸入溶液中。
选择直流电镀按钮并确认设置正确。然后按下自动电镀按钮并保存结果。测试结束后,首先用蒸馏水冲洗探头。
然后用生理盐水注满烧杯,并升高实验台升降架,直至电极完全浸入。按下“测试阻抗”按钮,检查设置是否正确。随后按下“测试探头”按钮。
首先,将微型驱动器固定在头帽上。拧紧微型驱动器系统的全部三颗螺丝。使用微型驱动器上的螺丝控制器,以每1至2秒旋转一圈的速度缓慢降低硅探针,直至在阵列尖端观察到神经信号单位。
观察到神经元后,回撤微驱动器一圈,以降低电极穿过弹性组织和硬脑膜进入皮层组织时的进针速度。随后缓慢继续将电极阵列推进皮层,20至30分钟内前进4到6圈,直至神经元在探针长度方向上均匀分布。然后缓慢回撤电极阵列1至2圈,以减轻对组织的压力。
记录完成后,以与初始插入时相近的速度缓慢将电极阵列从皮层撤回。当探头上不再可见神经元时,加快撤回速度,直至电极阵列完全回到初始的完全回缩位置。将探头从记录室取出后,将其浸泡在隐形眼镜清洁液中20分钟,以清除任何残留的组织或血液。
将探针置于酒精中一分钟,以去除接触镜溶液,并让电极自然干燥。通过Kilosort获得的峰电位分选阵列数据显示,所选簇中峰电位的主成分特征与背景峰电位明显不同,证实了记录在时间上的稳定性。XY定位的可靠性显示,相隔一周的两次实验会话之间,平均感受野位置的重叠率达到70.8%。
通过微小的位置调整,在跨越MT和MTC边界的系列记录会话中,观察到了精确的视网膜拓扑空间运动。
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本研究介绍了一种定制的微型驱动系统,可实现对普通狨猴皮层记录位点的亚毫米级精确定位。该设计解决了狨猴体型较小所带来的挑战,有助于在清醒行为状态下进行电生理记录,从而有效绘制视网膜定位图谱。
利用狨猴模型进行亚毫米级精度的层状皮层记录,能够高保真地绘制神经环路图谱,直接支持中枢神经系统药物研发中的早期靶点验证和作用机制去风险化。该方案具有良好的可重复性和空间精确性,有助于获得可靠的跨会话数据,从而提升转化神经科学项目中的预测可信度。这一能力在神经药理学研发管线中具有战略意义,尤其适用于需要对功能环路进行深入解析的“推进/终止”决策环节。
该层析记录方案可融入从早期机制研究到临床前验证的整个发现流程,既支持假设检验,也支持定量检测方法的开发。