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Dieses Protokoll ermöglicht stabile Muskelaktivitätsaufzeichnungen von Mäusen mit festem Kopf, die über mehrere Wochen hinweg eine Vielzahl von Verhaltensweisen ausführen. In jüngster Zeit wurde diese Methode eingesetzt, um die neuronale Kontrolle der Gliedmaßenmuskulatur während Verhaltensweisen wie der Fortbewegung auf dem Laufband18,20, einer Joystick-Zugaufgabe18 und einer Co-Kontraktionsaufgabe21 zu untersuchen. Während das hier beschriebene Protokoll spezifisch für Ellenbogen- und Handgelenksmuskeln von Mäusen ist, kann es leicht modifiziert werden, um von verschiedenen Muskeln oder einer unterschiedlichen Anzahl von Muskeln aufzuzeichnen, indem die Länge und/oder die Gesamtzahl der Elektrodenpaare geändert wird. Die hier beschriebene Methode wurde von den zuvor verwendeten Methoden zur Aufzeichnung der Muskelaktivität der Vorder- und Hintergliedmaßen bei Mäusen ohne Kopfstütze angepasst 15,16,17.
Die Herstellung von Elektroden erfordert viel Übung, um sie zu beherrschen. Tägliches Üben von 1-2 Stunden während des Lernens wird empfohlen. Das Abisolieren der Elektroden ist aufgrund des präzisen Kraftaufwands, der erforderlich ist, um die Isolierung zu durchtrennen, ohne den darunter liegenden Draht zu beschädigen, der anspruchsvollste Schritt. Diese Kraft hängt von der Schärfe der Klinge ab, so dass ein häufiger Austausch der Skalpellklinge dazu beitragen kann, die Reproduzierbarkeit während des Lernens zu gewährleisten. Auch das Löten der Drähte an die Messingklingen des Steckverbinders kann schwierig sein, da sich Edelstahl nicht ohne weiteres lötet. Das Auftragen einer großzügigen Menge an edelstahlverträglichem Flussmittel hilft, die Verbindung zu fördern.
Die größte Herausforderung bei der Implantation besteht darin, den distalen Knoten zu binden, ohne den implantierten Draht oder den proximalen Knoten zu stören. Der proximale Knoten muss groß genug sein, um an der Einstichstelle nicht in den Muskel zu rutschen - vermeiden Sie daher, dass der Knoten in Schritt 2 der Herstellung des Elektrodensets zu fest gebunden wird. Wenn der proximale Knoten nach der Implantation wandert, verwenden Sie eine Pinzette mit Kohlefaserspitze, um ihn vorsichtig neu zu positionieren. Ziehen Sie den distalen Knoten langsam fest, während Sie den Draht mit einer Pinzette fest greifen, um zu vermeiden, dass die gesamte Elektrode durchgezogen wird. Dieser Schritt ist entscheidend, um die Langlebigkeit der implantierten Elektroden zu gewährleisten: Zu viel Spannung auf die Elektrode kann dazu führen, dass sie bricht, wenn sich das Tier bewegt, während sich eine lose Elektrode während der Genesung verschieben und den Kontakt zum zugehörigen Muskel verlieren kann, wenn das Gewebe heilt.
Die Tiere erholen sich bemerkenswert gut von der Operation, obwohl es mögliche Komplikationen zu beachten gibt. Zuerst kauen Mäuse an ihren Nähten und Elektroden, wenn sie die Gelegenheit dazu haben. Das elisabethanische Halsband verhindert dies, verhindert aber auch, dass sich das Tier selbst putzt. Einige Mäuse entwickeln eine schleimartige Ansammlung um ihre Augen. Gelegentlich kommt es bei männlichen Mäusen, insbesondere bei älteren, zu Harnröhrenblockaden, die für das Tier belastend sein können. Wenn Sie das Tier jeden Tag 20 Minuten lang putzen lassen, bevor es die Nähte inspiziert, sollte das Tier genügend Zeit haben, diese Probleme zu vermeiden.
Es gibt wichtige Einschränkungen dieser Methode zu beachten. Erstens können diese kundenspezifischen Elektroden im Allgemeinen die Aktivität einer einzelnen motorischen Einheit nicht auflösen. Darüber hinaus ist nicht garantiert, dass das elektrische Signal ausschließlich von einem bestimmten Muskel (d. h. dem Bizeps) ausgeht, da es schwierig ist, eine Übersprache von der Aktivität in nahe gelegenen synergistischen Muskeln auszuschließen. Daher beziehen sich Forscher in Veröffentlichungen häufig auf die erfassten Muskeln nach ihrer Synergiegruppe (d. h. Ellenbogenbeuger). Es wird empfohlen, nach jedem Experiment postmortale Dissektionen durchzuführen, um die Position jeder Elektrode zu überprüfen, da sie sich während der Genesung im Gewebe verschieben können.
Forscher, die sich für die Aktivität einzelner motorischer Einheiten interessieren, sollten in Erwägung ziehen, neu entwickelte EMG-Elektroden des Center for Advanced Motor Bioengineering Research (CAMBER) an der Emory University auszuprobieren. Diese Elektroden befinden sich noch in der Entwicklung, aber CAMBER wird das neueste Elektrodendesign liefern. Der Hauptnachteil dieser Elektroden ist die Langlebigkeit: Die in diesem Protokoll beschriebenen handgefertigten Elektroden ermöglichen in der Regel Aufzeichnungen über mehrere Wochen, während CAMBER-Elektroden am besten für kurzfristige Experimente geeignet sind. Forscher, die sich für eine EMG-Aufzeichnungsmethode entscheiden, können sich direkt an CAMBER wenden, um festzustellen, ob ihre Elektroden für ein bestimmtes Experiment geeignet sind.