Der TD Drive: ein parametrisches Open-Source-Implantat für mehrflächige elektrophysiologische Aufzeichnungen bei sich verhaltenden und schlafenden Ratten

Tim Schröder; Jacqueline van der Meij; Paul van Heumen; Anumita Samanta; Lisa Genzel

doi:10.3791/66457

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Methodenartikel

Der TD Drive: ein parametrisches Open-Source-Implantat für mehrflächige elektrophysiologische Aufzeichnungen bei sich verhaltenden und schlafenden Ratten

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DOI:

10.3791/66457

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26. April 2024

Tim Schröder¹^,² , Jacqueline van der Meij¹ , Paul van Heumen¹^,² , Anumita Samanta¹ , Lisa Genzel¹

¹Donders Institute for Brain, Cognition and Behaviour, Radboud University, ²3D Neuro B.V.

In diesem Artikel

Zusammenfassung

Hier präsentieren wir ein einzigartiges, 3D-druckbares Implantat für Ratten namens TD Drive, das in der Lage ist, symmetrische, bilaterale Drahtelektrodenaufzeichnungen durchzuführen, derzeit in bis zu zehn verteilten Hirnbereichen gleichzeitig.

Zusammenfassung

Komplizierte Wechselwirkungen zwischen mehreren Gehirnbereichen liegen den meisten Funktionen zugrunde, die dem Gehirn zugeschrieben werden. Der Prozess des Lernens sowie die Bildung und Konsolidierung von Erinnerungen sind zwei Beispiele, die stark von der funktionellen Konnektivität des Gehirns abhängen. Darüber hinaus geht die Untersuchung von hemisphärischen Ähnlichkeiten und/oder Unterschieden Hand in Hand mit diesen Multi-Area-Interaktionen. Elektrophysiologische Studien, die versuchen, diese komplexen Prozesse weiter aufzuklären, beruhen daher auf der Aufzeichnung der Gehirnaktivität an mehreren Stellen gleichzeitig und oft bilateral. Hier wird ein 3D-druckbares Implantat für Ratten namens TD Drive vorgestellt, das in der Lage ist, symmetrische, bilaterale Drahtelektrodenaufzeichnungen durchzuführen, derzeit in bis zu zehn verteilten Hirnarealen gleichzeitig. Das Open-Source-Design wurde unter Verwendung parametrischer Designprinzipien entwickelt, die es potenziellen Anwendern ermöglichen, das Antriebsdesign einfach an ihre Bedürfnisse anzupassen, indem sie einfach High-Level-Parameter anpassen, wie z. B. die anterior-posterioren und mediolateralen Koordinaten der Positionen der Aufzeichnungselektroden. Das Implantatdesign wurde an n = 20 Lister-Kapuzenratten validiert, die unterschiedliche Aufgaben ausführten. Das Implantat war sowohl mit Tethered Sleep Recordings und Open Field Recordings (Object Exploration) als auch mit drahtlosen Aufnahmen in einem großen Labyrinth unter Verwendung von zwei verschiedenen kommerziellen Aufzeichnungssystemen und Headstages kompatibel. So wird hier das anpassungsfähige Design und die Montage eines neuen elektrophysiologischen Implantats vorgestellt, das eine schnelle Vorbereitung und Implantation ermöglicht.

Einleitung

Die Mehrbereichsnatur der Gehirninteraktionen während des Wach- und Schlafzustands macht es schwierig, die ablaufenden physiologischen Prozesse erschöpfend zu untersuchen. Während Ansätze wie die funktionelle MRT (fMRT) und der funktionelle Ultraschall (fUS) die Probenahme der Gehirnaktivität aus dem gesamten Gehirn ermöglichen ^1,2, nutzen sie die neurovaskuläre Kopplung, um die Gehirnaktivität aus der hämodynamischen Aktivität abzuleiten, was ihre zeitliche Auflösung einschränkt². Darüber hinaus erfordert die fMRT, dass das Forschungsobjekt in einem MRT-Scanner platziert wird, was Vers....