Name: 通过将层状多晶片和光遗传学与啮齿动物的微皮层电图相结合，对啮齿动物皮层加工进行多尺度研究 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2025-05-23T13:30:00.000+00:00
Duration: 7 min 52 s
Description: 了解高密度微皮层电图记录技术，用于研究大鼠和小鼠皮层神经信号。该方法结合层状多晶片记录与光遗传学操作，揭示局部神经元活动与皮层功能组织的关联机制。

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本工作由劳伦斯伯克利国家实验室LDRD项目资助，支持神经系统与机器学习实验室（K.E.B.），NINDS R01 NS118648A（K.E.B. & D.E.F.），以及NINDS R01 NS092367（D.E.F.）。

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<li>Khodagholy, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((NeuroGrid%3A+recording+action+potentials+from+the+surface+of+the+brain%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Neurosci%22%5BJournal%5D)">NeuroGrid: recording action potentials from the surface of the brain.</a> Nat Neurosci. 18 (2), 310-315 (2015).</li>
<li>Lewis, C. M., Bosman, C. A., Womelsdorf, T., Fries, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stimulus-induced+visual+cortical+networks+are+recapitulated+by+spontaneous+local+and+interareal+synchronization%5BTitle%5D)+AND+%22Proc+Natl+Acad+Sci+U+S+A%22%5BJournal%5D)">Stimulus-induced visual cortical networks are recapitulated by spontaneous local and interareal synchronization.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 113 (5), E606-E615 (2016).</li>
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<li>Baratham, V. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Columnar+localization+and+laminar+origin+of+cortical+surface+electrical+potentials%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Columnar localization and laminar origin of cortical surface electrical potentials.</a> J Neurosci. 42 (18), 3733-3748 (2022).</li>
<li>Kellis, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Decoding+spoken+words+using+local+field+potentials+recorded+from+the+cortical+surface%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neural+Eng%22%5BJournal%5D)">Decoding spoken words using local field potentials recorded from the cortical surface.</a> J Neural Eng. 7 (5), 056007(2010).</li>
<li>Viventi, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Flexible%2C+foldable%2C+actively+multiplexed%2C+high-density+electrode+array+for+mapping+brain+activity+in+vivo%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Flexible, foldable, actively multiplexed, high-density electrode array for mapping brain activity in vivo.</a> Nat Neurosci. 14 (12), 1599-1605 (2011).</li>
<li>A transparent µECoG array for simultaneous recording and optogenetic stimulation. Ledochowitsch, P., Olivero, E., Blanche, T., Maharbiz, M. M. 2011 Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, Boston, MA, USA, , (2011).</li>
<li>Ledochowitsch, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Strategies+for+optical+control+and+simultaneous+electrical+readout+of+extended+cortical+circuits%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci+Methods%22%5BJournal%5D)">Strategies for optical control and simultaneous electrical readout of extended cortical circuits.</a> J Neurosci Methods. 256, 220-231 (2015).</li>
<li>Laminar origin of evoked ECoG highgamma activity. Annu Int Conf IEEE Eng Med Biol Soc. Dougherty, M. E., Nguyen, A. P. Q., Baratham, V. L., Bouchard, K. E. 2019, 4391-4394 (2019).</li>
<li>Tian, H., Xu, K., Zou, L., Fang, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multimodal+neural+probes+for+combined+optogenetics+and+electrophysiology%5BTitle%5D)+AND+%22iScience%22%5BJournal%5D)">Multimodal neural probes for combined optogenetics and electrophysiology.</a> iScience. 25 (1), 103612(2022).</li>
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</ol>

作者声明不存在竞争性财务利益。

本文所述的实验方案能够将高密度微电皮层电图（µECoG）阵列与层状探针及光遗传学技术相结合。该方案在啮齿类动物模型中操作简便，是研究皮层动态活动的有力工具，且易于扩大样本量。高密度 µECoG 网格可在小鼠和大鼠多个脑区实现高效、空间精确的皮层拓扑图谱绘制，充分利用了拓扑表征在脑组织中的关键作用33。加入层状记录技术后，可对皮层动态活动在多个空间和时间尺度上进行分析。结合光遗传学技术，则可实现因果性操控，以明确特定神经元群体与其在皮层表面诱发电位（CSEPs）及皮层信息处理中所起作用之间的关系34。
光遗传学技术能够选择性地调控特定的神经元群体，从而研究这些神经元在产生皮层活动模式以及参与可由µECoG检测到的神经计算过程中的因果作用。例如，我们的研究表明，靶向特定类型的细胞可以改变皮层表面电位（CSEPs）。该方法可用于解析µECoG信号的神经细胞类型基础，帮助我们识别哪些神经元类型参与了特征性的感觉诱发活动，例如在高伽马频段中观察到的活动。其他大规模皮层现象，如不同频段的皮层节律<s...

感觉、认知和行为背后的脑功能在广阔的空间和时间尺度上组织并分布，从单个神经元的放电活动，到皮层柱中神经元群体产生的电场，再到不同脑区间皮层柱的拓扑结构（例如体感皮层中的躯体定位、初级听觉皮层中的音调定位）。理解脑功能需要在这些空间尺度上感知电信号1。目前神经科学领域已有多种广泛应用的方法用于监测脑活动。在电生理学方面，层状多通道电极（如Neuropixels）能够以高时间分辨率（≥1 kHz）记录少量（约300个）单个神经元的活动，通常局限于少数几个空间上相距较远的皮层柱。钙离子（Ca2+）成像可在约1–2 mm的空间范围内，以较低的时间分辨率（约10 Hz）监测中等至大量经遗传和解剖学明确识别的单个神经元2。功能性磁共振成像（fMRI）可在全脑范围内以极低的时间分辨率（约0.2 Hz）监测大量神经元（每36 mm3体积内约100万个神经元）的代谢状态。脑电图（EEG）/脑磁图（MEG）则以中等时间分辨率（&#60;100 Hz）和极低空间分辨率（厘米级）监测整个大脑皮层表面或全脑的电活动3。尽管上述每种方法都为理解脑功能提供了基础性且互补的重要见解，但能够在大范围皮层区域中，从精确的解剖位置以高时间分辨率直接感知电生理信号的技术仍处于发展初期。由于神经元功能在皮层表面方向上的变化远比在深度方向上显著，因此对广泛空间覆盖的需求尤为突出4。
皮层电图（Electrocorticography, ECoG）是一种将低阻抗电极阵列植入大脑表面，以记录或刺激皮层活动的方法1,5。ECoG 通常用于人类神经外科临床环境中，作为药物难治性癫痫治疗前评估的一部分。然而，它也能提供关于人类大脑皮层分布式处理的独特见解，例如言语和感觉拓扑映射6,7。这些能力推动了其在动物模型（包括猴子、大鼠和小鼠）中的应用5,8,9,10,11。在啮齿类动物中，最近研究表明，微皮层电图（micro-ECoG, µECoG）能够以高时间分辨率（约 100 Hz）直接电记录神经元群体活动，同时具备柱状空间分辨率（约 200 µm）和广泛的空间覆盖范围（数毫米）。µECoG 使研究人员能够在动物模型中研究与复杂感觉处理、认知功能和运动行为相关的分布式神经动力学12,13。近年来的技术进展已将 µECoG 与光遗传学及层析多通道电极记录相结合14,15,16,17,18,19,20，从而实现对皮层网络的多尺度研究，弥合了微观神经元活动与宏观皮层动力学之间的鸿沟21,22。关键的是，由于 µECoG 信号在人类与非人动物模型中高度相似，使用 µECoG 可使来自动物模型的研究结果向人类的转化更为直接23。因此，整合性研究方法对于深入理解神经环路至关重要，并有望为神经系统疾病的新型治疗干预手段的开发提供支持5,24,25。
因此，迫切需要将高密度微皮层脑电图（µECoG）阵列与层析记录及光遗传学工具相结合的实验方案，以实现对皮层信息处理的全面多尺度研究8,26为解决这一技术空白，我们开发了定制的µECoG装置，其特征是在柔性透明聚合物基底（聚对二氯苯和聚酰亚胺）上集成128个低阻抗电极，电极直径为40 µm，电极间距为20 µm，电极之间设有穿孔结构，可实现µECoG与层析多通道电极记录的同时进行，并兼容光遗传学操控13,22本实验方案的关键要素包括：（i）通过高密度 µECoG 阵列实现对皮层活动的柱状空间分辨率和大范围覆盖；（ii）利用穿过 µECoG 网格插入的层状多通道电极，实现对多个皮层层次的同步记录；（iii）结合光遗传学技术，选择性激活或抑制特定神经元群体，从而实现对神经环路的因果性解析。27,28,29高密度配置能够实现高空间分辨率的记录，有效提供一种 &#34;柱状视图&#34; 皮层活动，因为先前的研究表明，µECoG信号能够分辨出空间尺度接近啮齿类动物皮层柱直径（约20 µm）的神经活动11该整合方法可实现对神经活动的同步多尺度监测与调控，有望开展因果性实验，以确定µECoG信号的神经元来源及其在皮层中的分布式信息处理机制。为实现上述目标，本文提供了高密度µECoG阵列在两种组合配置下的详细操作流程。
首先，我们描述了结合操控小鼠初级躯体感觉皮层（S1）中第5层（L5）锥体细胞的µECoG技术。在小鼠中，由于开颅手术难以实施硬脑膜切开，µECoG阵列被置于硬脑膜外。一根光纤被放置在阵列上方，或与透镜组合，以将光遗传学刺激的光聚焦于皮层表面的小范围目标区域。此处所述的光遗传学策略用于抑制第5层兴奋性神经元，但只要具备相应的、特异性表达Cre的转基因小鼠品系，该方法可轻松适配于任意神经元群体。其次，我们描述了将µECoG与硅基层状多通道电极（laminar polytrodes）联合使用，以同时记录大鼠听觉皮层（A1）的皮层表面电位（CSEPs）以及跨皮层层级多个神经元的单细胞放电活动。该阵列在电极之间设有穿孔，允许多通道层状电极穿过网格插入，从而记录不同皮层层级的神经活动。在开颅手术过程中，µECoG阵列被置于听觉皮层的硬脑膜下，而层状电极则通过穿孔插入。来自µECoG和层状探针的神经信号被同时记录，分别以6&#8239;kHz和24&#8239;kHz的采样率，通过光学连接至数字信号处理器的放大系统进行采集。

<table><tbody><tr><td>1 把一次性 #11 刀片</td><td>Swann Morton</td><td>303</td><td>用于外科手术</td></tr><tr><td>2 把一次性 #10 刀片</td><td>Swann Morton</td><td>3901</td><td>用于外科手术</td></tr><tr><td>30 mm 笼杆</td><td>Thorlabs</td><td>ER</td><td>笼式组件</td></tr><tr><td>30 mm 笼板</td><td>Thorlabs</td><td>CP33T</td><td>用于固定透镜</td></tr><tr><td>70% 乙醇</td><td>Decon Labs</td><td>V1016</td><td>清洁/消毒剂（稀释至 70%）</td></tr><tr><td>Amalgambond PLUS 可调节精密涂布刷 青绿色 200/盒</td><td>Henry Schein</td><td>1869563</td><td>用于粘合剂的精密涂布</td></tr><tr><td>Amalgambond PLUS 催化剂 0.7 mL 注射器 每支</td><td>Henry Schein</td><td>1861119</td><td>粘合剂组分</td></tr><tr><td>放大器（Tucker-Davis Technologies）</td><td>Tucker-Davis Technologies</td><td>PZ5M-512</td><td>用于听觉刺激和记录软件</td></tr><tr><td>万向臂</td><td>Noga</td><td>DG60103</td><td>用于固定微调螺钉系统</td></tr><tr><td>用于聚光的非球面透镜（另有一片用于聚焦光线）</td><td>Thorlabs</td><td>ACL25416U-B</td><td>用于收集 LED 光线</td></tr><tr><td>听觉设备</td><td>Tucker-Davis Technologies, Sony, Cortera</td><td>RP2.1 增强型实时处理器/HB7 耳机驱动器</td><td>用于听觉刺激和记录软件</td></tr><tr><td>布托啡诺</td><td>Sterile Products LLC</td><td>#42023017905</td><td>通用镇痛剂</td></tr><tr><td>C&amp;B Metabond 基质粘合剂 每支</td><td>Henry Schein</td><td>1864477</td><td>粘合剂组分</td></tr><tr><td>C&amp;B Metabond L-粉末粘合剂 透明 3 g&amp;nbsp;</td><td>Henry Schein</td><td>1861068</td><td>粘合剂组分</td></tr><tr><td>盐酸氯丙噻嗪（小鼠用）</td><td>Sigma Aldrich</td><td>货号 C1671</td><td>用于镇静，必须在当天配制并保存于 4°C</td></tr><tr><td>定制设计的 128 通道微皮层脑电图（&amp;mu;ECoG）电极阵列</td><td>Neuronexus</td><td>E128-200-8-40-HZ64</td><td>用于神经生理学记录，放置于皮层表面</td></tr><tr><td>Dengofoam 明胶海绵</td><td>Dengen dental</td><td>600034 (SKU)</td><td>可干用或湿用，用无菌氯化钠溶液浸润</td></tr><tr><td>钻头，尺寸 5 至 9（小鼠用）</td><td>Fine Science Tools</td><td>19007-XX</td><td>XX 为钻头尺寸，例如 05 或 09，用于小鼠手术</td></tr><tr><td>钢制圆柱形牙科钻头（5.5 mm/7.5 mm）</td><td>LZQ Tools</td><td>Dental Bar Drill Bit Stainless Steel Bur</td><td>用于大鼠手术</td></tr><tr><td>Dumont No. 5 镊子</td><td>Fine Science Tools</td><td>11251-10</td><td>用于外科手术</td></tr><tr><td>Dumont 镊子 #5 弯头 45&amp;deg;</td><td>World precision instruments</td><td>14101</td><td>用于移除颅骨开窗</td></tr><tr><td>DVD 播放器（Sony）</td><td>Sony</td><td>CDP-C345</td><td>用于接收和播放刺激序列</td></tr><tr><td>静电扬声器</td><td>Sony</td><td>XS-162ES</td><td>用于听觉刺激和记录软件，位于实验装置内部，向镇静啮齿类动物播放声音</td></tr><tr><td>酶清洁剂（Enzol）</td><td>Advanced sterilization products</td><td>2252</td><td>清洁/消毒剂</td></tr><tr><td>EverEdge 2.0 刮治器 镰形双头 H6/H7 #9</td><td>Henry Schein</td><td>6011862</td><td>用于刮擦颅骨</td></tr><tr><td>三维微调螺钉系统</td><td>Narishige</td><td>U-3C</td><td>用于精确调节光纤末端位置</td></tr><tr><td>金针</td><td>Harwin Inc</td><td>G125-1020005</td><td>用于小鼠参考电极接触点，焊接至银丝</td></tr><tr><td>持针钳</td><td>Fine Science Tools</td><td>00632-11</td><td>用于外科手术</td></tr><tr><td>异氟烷</td><td>Covetrus</td><td>11695067772</td><td>需使用蒸发器</td></tr><tr><td>氯胺酮（盐酸盐注射液）（大鼠用）</td><td>Dechra</td><td>17033-101-10</td><td>麻醉/镇痛剂</td></tr><tr><td>LED</td><td>New Energy</td><td>LED XLAMP XPE2 BLUE STARBOARD</td><td>蓝色 LED 光源</td></tr><tr><td>LED 驱动器</td><td>Thorlabs</td><td>LEDD1B</td><td>LED 驱动器</td></tr><tr><td>利多卡因</td><td>Covetrus</td><td>VINB-0024-6800</td><td>需用生理盐水稀释至 1%</td></tr><tr><td>美洛昔康</td><td>Covetrus</td><td>6451603845</td><td>抗炎药，用于通用镇痛</td></tr><tr><td>显微操作器</td><td>Narishige（立体定位仪）</td><td>SR-6R + SR-10R-HT 组件</td><td>用于精细操控 ECoG 和啮齿类动物</td></tr><tr><td>No. 2 镊子</td><td>Fine Science Tools</td><td>91117-10</td><td>用于外科手术</td></tr><tr><td>No. 55 镊子</td><td>Fine Science Tools</td><td>1129551</td><td>用于外科手术</td></tr><tr><td>眼用润滑剂（人工泪液）</td><td>Akorn</td><td>17478-062-35</td><td>用于在手术过程中保护眼睛免于干燥</td></tr><tr><td>光纤 200&amp;micro;m 芯径</td><td>Thorlabs</td><td>M133L02</td><td>FC/PC 接头，长度 2 米</td></tr><tr><td>戊巴比妥（大鼠用）</td><td>Covetrus / Dechra</td><td>VINV-C0II-0008</td><td>麻醉/镇痛剂</td></tr><tr><td>铂黑</td><td>Sigma</td><td>205915-250MG</td><td>用于神经生理学记录（用于在 &amp;mu;ECoG 电极阵列上电镀电极接触点）</td></tr><tr><td>聚维酮碘 10%</td><td>Betadine</td><td>https://betadine.com/medical-professionals/betadine-solution/</td><td>无目录编号（非零售）</td></tr><tr><td>粉状清洁剂（Contrex AP）</td><td>Decon Labs</td><td>5204</td><td>清洁/消毒剂</td></tr><tr><td>预切氧管固定胶带</td><td>ULINE（多家供应商）</td><td>S-14726</td><td>用于将氧管固定在啮齿类动物立体定位仪的鼻罩上</td></tr><tr><td>手术刀柄 #3</td><td>World precision instruments</td><td>500236-G</td><td>适配 #10、#11 和 #15 刀片</td></tr><tr><td>刮刀</td><td>Fine Science Tools</td><td>1007516</td><td>用于外科手术</td></tr><tr><td>短型 30 G 针头</td><td>ExelInt</td><td>26437</td><td>用于外科手术和注射</td></tr><tr><td>银丝</td><td>Warner Instruments</td><td>63-1319</td><td>用于神经生理学记录（用于接地和作为参考电极）</td></tr><tr><td>无菌生理盐水（0.9% 注射用氯化钠）</td><td>Hospira</td><td>00409-7101-67 (NDC)</td><td>用于稀释注射液及补充体液</td></tr><tr><td>Stoelting Hopkins 蛙嘴钳</td><td>Fine Science Tools</td><td>10-000-481</td><td>用于外科手术</td></tr><tr><td>表面消毒剂（Coverage Plus NDP 消毒剂）</td><td>Steris life science</td><td>638708</td><td>清洁/消毒剂</td></tr><tr><td>TDT ZIF-夹连接器（用于信号采集）</td><td>Tucker-Davis Technologies</td><td>ZIF-Clip Analog Headstages</td><td>连接 ECoG 与外部采集设备</td></tr><tr><td>双叉固定叉</td><td>Tucker-Davis Technologies</td><td>Z-ROD128</td><td>用于连接 TDT 夹与显微操作器</td></tr><tr><td>赛拉嗪（大鼠用）</td><td>Covetrus</td><td>1XYL006</td><td>麻醉/镇痛剂</td></tr></tbody></table>

通过整合层状多通道电极、光遗传学与微阵列皮层电图在啮齿类动物中进行皮层处理的多尺度研究

Multiscale Investigations of Cortical Processing by Integrating Laminar Polytrodes and Optogenetics with Micro Electrocorticography in Rodents

皮层脑电图（ECoG）是连接基础神经科学与理解人类大脑在健康和疾病状态下功能的方法学桥梁。ECoG能够以毫秒级的时间分辨率和柱状空间分辨率，直接从大脑皮层表面同步记录大范围皮层组织的神经生理信号，因而特别适用于研究局部及分布式的皮层计算过程。本文中，我们描述了定制高密度微电极皮层脑电图（µECoG）装置的设计及其在两种实验操作中的应用。这些电极阵列包含128个低阻抗电极，电极间距为200 µm，制作于带有电极间穿孔的透明聚合物基底上；这些特性使得µECoG记录可与层析多通道电极记录及光遗传学操控同时进行。首先，我们介绍一种在小鼠胡须体感皮层上进行硬膜外µECoG记录，并结合对特定基因定义的皮层细胞类型进行光遗传学操控的联合实验方案。该方法可因果性地解析不同神经元群体在感觉信息处理中的独特作用，同时监测其在µECoG信号中的特异性表征。其次，我们介绍一种在大鼠听觉皮层上使用µECoG阵列和层析多通道电极进行急性神经活动记录的实验方案。该方法可实现对皮层表面感觉诱发神经反应的精细拓扑映射，同时记录分布在皮层不同深度的多个神经元单元的活动。这些实验方案有助于研究分布式皮层活动的特征，并可能为多种神经系统疾病的理解及最终干预提供贡献。

我们已描述了记录皮层脑电图信号并结合光遗传学方法和层状记录的技术方案。此处展示了从小鼠体感皮层（图1、图2 和 图3）以及大鼠听觉皮层在感觉刺激下（图4、图5 和 图6）所获得的典型信号。
<img alt="图 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67983/67983fig01.jpg" /> 
图 1：在小鼠胡须体感皮层上记录 µECoG 信号。（A）实验...

本文介绍了在大鼠和小鼠中进行高密度微电皮层记录（µEcoG）的两种方案，包括手术、植入和记录方法。µEcoG记录分别与大鼠听觉皮层的层状多通道电极记录或小鼠体感皮层的光遗传学神经活动操控相结合进行。

脑皮层电图（Electrocorticography, ECoG）是一种连接基础神经科学与人类大脑在健康及疾病状态下功能研究的方法学桥梁。ECoG ...

实验室如何利用颅内脑电图（ECOG）及其他工具，将局部神经元活动与更大范围的皮层信号相联系，从而研究脑活动如何产生感知和认知等功能。双光子成像中的细胞外锋电位记录用于测量群体神经活动，但皮层脑电图（ECoG）是少数既可用于人类又可用于动物基础研究的技术之一。大脑活动跨越多个空间和时间尺度。目前尚无一种信号记录方法能够同时捕捉所有尺度的信息，但皮层脑电图（ECOG）在时间和空间分辨率上足以回答许多关键科学问题。本方案通过将皮层脑电图（ECOG）与局部记录和光遗传学技术相结合，有效实现了从介观皮层表面信号中获取微观尺度信息，从而填补了一项关键的技术空白。我们的研究结果将拓展皮层脑电图（ECOG）在多模态实验范式中的应用，以研究人类新皮层组织的基本原理，并揭示特定皮层功能的生物标志物。[讲师] 首先，将一只麻醉的小鼠置于手术台上，用镊子提起颅骨上方皮肤的一点。然后使用手术剪剪除直径约一厘米的皮肤区域。用刮匙清除颅骨顶部的结缔组织和骨膜。向颅骨上冲洗生理盐水。接下来，将手术钻调至低速，在记录区域同侧半球的额部钻一个环钻孔。在边缘钻出浅沟，以界定开颅区域的轮廓。当颅骨被磨薄至施加极轻微压力即可使整个骨窗明显晃动时，移除该薄化部分。定期滴加生理盐水，并使用止血海绵保持脑组织湿润。现在，将银质参考电极线插入环钻孔内约一毫米，使其接触脑表面但不引起出血。在植入头部固定杆后，将动物置于记录装置中。使用零插入力插接连接器将微电皮层脑电图（micro-electrocorticography）网格连接至头级放大器。使用固定在显微操作器上的机械臂固定头级电子板。将微电皮层脑电图网格水平下放，使其沿前后轴平整地覆盖在开颅区域上。当网格接近脑表面但尚未接触时，将网格的参考电极线连接至植入的银质电极金针上。随后进一步下放网格，使其与脑表面接触。横向移动网格，使其在湿润的硬脑膜表面滑动，并持续调整，直至其沿内外侧轴居中。使用吸引器或手术海绵在开颅边缘吸除多余的生理盐水。待制备区域略为干燥后，确认网格更牢固地贴附于硬脑膜且不再滑动。对网格施加从外侧向内侧的移动，以确保最外侧电极与脑表面良好接触，同时使网格电缆弯曲以贴合脑轮廓。使用记录软件观察电生理活动。在轻度麻醉状态下，监测脑电信号的可变模式。确保网格、参考电极和接地线正确连接，以获得高信噪比。使用Trodes软件，设置300至6,000赫兹的带通滤波，监测高频范围内的噪声，并确保其保持在数十微伏以内。通过产生声音刺激（如拍手或弹指）评估感觉反应性，并观察相应的皮层表面电位变化。以低强度开启光遗传光源，用于引导光源并辅助定位光纤，然后使用可调臂大致将光遗传光源对准目标区域。在记录信号前，使用显微操作器或微调螺丝精确聚焦并微调光纤位置。若需清洁网格，当脑组织较干燥时，使用注射器在脑表面滴加少量生理盐水，静置30秒至1分钟后，再抬起网格。在显微镜下操作，使用显微操作器轻柔地将网格从脑表面抬起。单根胡须刺激后约10毫秒可观察到局部的皮层脑电图反应，其峰值偏转幅度约为1毫伏。最强的电极反应由其对应胡须的刺激引发，而更远距离的胡须刺激则产生较弱或无反应。在表达抑制性视蛋白的动物中，光遗传抑制仅导致胡须诱发的皮层反应受到抑制。使用大直径光纤进行5秒光脉冲刺激时，光电伪迹仅出现在光刺激的起始和终止时刻。1毫米直径的光学光纤在微电皮层脑电图网格上产生较大的光伪迹，而200微米光纤则显著减小了该伪迹。在大鼠中记录的微电皮层脑电图显示强烈的听觉诱发反应，刺激后约25至30毫秒出现峰值反应。在诱发反应的频谱中观察到高伽马波、超高伽马波和多单位活动的峰值，其中高伽马波为主要成分。微电皮层脑电图与层状探针记录同步进行。多通道电极记录中检测到清晰的尖峰波形，显示出多个通道间不同的波形特征。来自表面微电皮层脑电图电极的频率响应幅度图与不同深度的层状多通道电极记录结果高度一致，表明听觉调谐特性一致。基于高伽马信号生成的高分辨率音调图揭示了听觉皮层功能区的组织结构，包括初级、后部和腹侧区域。

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Research

科研

JoVE Journal

Neuroscience

神经科学

通过将层状多晶片和光遗传学与啮齿动物的微皮层电图相结合，对啮齿动物皮层加工进行多尺度研究

理解皮层环路的一个基本问题是不同皮层中的网络如何编码感觉信息。本文介绍了利用多触点层状电极记录单个神经元放电和局部场电位的电生理学技术，并展示了用于识别皮层分层的分析方法。...

使用多通道层电极记录技术研究局部神经网络处理

我们描述了制备和记录保持内侧内嗅皮层（MEC）背腹轴完整性的脑切片并进行电生理记录的操作步骤。由于位置的神经编码在MEC内遵循背腹向的组织方式，这些操作步骤有助于研究与导航和记忆相关的细胞机制。...

制备矢状切片以研究啮齿类动物内侧内嗅皮层的背-腹向组织结构

本文描述了一种在监测脑电图、肌电图和脑乳酸浓度的同时，利用光遗传学方法调控大脑皮层锥体神经元活性的实验方案。实验记录在带有电缆束缚的小鼠上进行，小鼠处于自然的睡眠/觉醒周期过程中。光遗传学设备由本实验室自行组装，记录设备为 commercially...

同步进行啮齿类动物大脑皮层的脑电图记录、乳酸浓度实时测量与光遗传学神经元活动操控

本视频展示了通过光遗传学刺激内侧前额叶皮层（mPFC）轴突并记录外侧内嗅皮层（LEC）锥体神经元的反应，来研究外侧内嗅皮层（LEC）突触效能的实验方法。该方法结合膜片钳记录与光刺激诱导的突触激活，用于研究突触可塑性。...

光遗传学刺激与大鼠脑片突触事件的电生理记录

本文介绍了一种在自由活动的小鼠中，跨多个皮层以细胞分辨率进行大规模 Ca2+...

自由活动小鼠中使用棱镜探针和微型荧光显微镜进行多层皮层 Ca2+ 成像

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

本文介绍了一种通过光遗传学工具对特定脑区进行病毒转导的实验方案，以实现对急性啮齿类动物脑切片中特定突触的电生理特性进行表征。...

离体 光遗传学探究内侧前额叶皮层至外侧内嗅皮层的长程突触传递与可塑性

当与头部固定板及兼容单光子和双光子显微镜的光学设计结合使用时，微棱镜透镜在多种条件下测量垂直神经元柱中的神经反应方面具有显著优势，包括在头部固定状态下的精确控制实验，或在自由活动动物中进行的自然行为任务。...

使用微棱镜对自由活动和头部固定动物中已鉴定的神经元群体进行长期成像

在此，我们采用高密度微电极阵列（HD-MEA）深入研究大规模神经元群集的计算动力学，特别是在海马体、嗅球环路以及人类神经元网络中的应用。通过捕捉时空电活动并结合计算工具，可深入了解神经元群集的复杂性。该方法有助于增进对脑功能的理解，并有望为神经系统疾病发现生物标志物和治疗方法。...

在CMOS集成高密度微电极阵列上记录与分析多模态大规模神经元集群动态

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一种用于多区域体内记录的灵活便捷电生理光导电极的集成制备方法

了解高密度微皮层电图记录技术，用于研究大鼠和小鼠皮层神经信号。该方法结合层状多晶片记录与光遗传学操作，揭示局部神经元活动与皮层功能组织的关联机制。

通过整合层状多通道电极、光遗传学与微阵列皮层电图在啮齿类动物中进行皮层处理的多尺度研究

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