Recording Großflächige Neuronale Ensembles mit Silicon-Sonden in der narkotisierten Ratte

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens besteht darin, eine akute, großflächige neuronale Ableitung aus dem linken und rechten somatosensorischen Kortex der Vordergliedmaßen gleichzeitig bei einer anästhesierten Ratte mithilfe einer Siliziumsonde zu beschreiben. Dies wird erreicht, indem das Tier zunächst mit Urethan anästhesiert und anschließend im stereotaktischen Rahmen fixiert wird, um einen zwei bis drei Zentimeter langen Hautschnitt über dem Schädel vorzunehmen. Der zweite Schritt besteht darin, die Masse- und Referenzschrauben zu platzieren.

Dann werden zwei Kraniotomien über den somatosensorischen Kortizes durchgeführt und die Dura mater entfernt. Im letzten Schritt werden die Silikonsonden vorsichtig in das Gehirn eingeführt und langsam in den gewünschten Bereich abgesenkt. Dieses Vorgehen ermöglicht die Aufzeichnung lokaler Feldpotentiale und Aktionspotentiale von mehreren Dutzend Neuronen.

Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass Silikonsonden die Ableitung von einer großen Anzahl von Ableitestellen ermöglichen. Außerdem können mehrere Ableitestellen über eine Distanz von Millimetern angeordnet werden, wodurch gleichzeitige Aufnahmen über mehrere kortikale Säulen oder über mehrere Schichten innerhalb einer kortikalen Säule möglich sind. Wichtig ist, dass die geometrisch präzise Anordnung der Ableitestellen die Untersuchung räumlicher Beziehungen zwischen neuronalen Populationen erlaubt.

Diese Methode kann helfen, zentrale Fragen im Bereich der Neurowissenschaften zu beantworten, beispielsweise wie die Aktivität neuronaler Populationen an der Gedächtnisplastizität, der Reizcodierung und der Entscheidungsfindung beteiligt ist sowie wie diese neuronalen Interaktionen durch verschiedene Wirkstoffe beeinflusst werden. Beginnen Sie das Verfahren damit, die Ratte mit Isofluran in einer Konzentration von 3 bis 4 % zu anästhesieren und halten Sie diese auf 2 % aufrecht, um zu verhindern, dass das Tier durch die Injektion gestresst wird. Injizieren Sie anschließend 7,5 Milliliter pro Kilogramm einer 20 %igen Urethan-Lösung intraperitoneal und teilen Sie diese Injektion in vier Applikationen ein, die jeweils etwa 30 Minuten auseinanderliegen.

Reinigen Sie anschließend die Silikonsonden unter dem Mikroskop mit destilliertem Wasser. Bestreichen Sie die Sonden mit einem fluoreszierenden Marker, um die Positionen der Sonden in der histologischen Analyse zu markieren. Dieser Vorgang sollte stets unter dem Mikroskop durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass die Sonden nicht beschädigt oder verbogen werden.

Anschließend das Fell entlang der Inzisionsstelle rasieren. Danach Salbe auf beide Augen auftragen. Fünf Milligramm pro Milliliter Dexamethason subkutan verabreichen, um Gehirnentzündungen zu reduzieren.

Zu diesem Zeitpunkt fixieren Sie das Tier im stereotaktischen Rahmen. Bereiten Sie anschließend die Operationsstelle antiseptisch mit Chlorhexidin-Seife und Ethanol vor. Verabreichen Sie vor dem Anlegen des Schnitts subkutan Lidocain und Adrenalin an der Schnittstelle zur lokalen Anästhesie und zur Verringerung des potenziellen Blutungsrisikos. Führen Sie dann einen zwei Zentimeter langen Schnitt entlang der mittigen Kopfhautlinie durch und entfernen Sie die Haut.

Um den Schädel freizulegen, wird die dorsale Kopfhaut durch stumpfe Dissektion vom Faszie getrennt und die Blutung mit Knochenwachs gestoppt. Anschließend werden zwei Löcher in das Hinterhauptbein des Schädels gebohrt. Befestigen Sie die kleinen Schrauben in den Löchern für die Erdungs- und Referenzelektroden.

Die Referenzschraube muss mit der Dura in Kontakt stehen. Danach zwei Kraniotomien mit einem Durchmesser von ein bis zwei Millimetern an den Koordinaten durchführen, die dem Vorderlauf entsprechen. Somatosensorische Kortizes.

Verwenden Sie Druckluft, um den Knochensplittern während der Kraniotomie nach Bedarf zu entfernen, um zu verhindern, dass der Schädel durch das Bohren erwärmt wird. Geben Sie Tropfen von Kochsalzlösung hinzu. Bauen Sie dann eine kleine Barriere aus Acrylharz um die beiden Kraniotomien herum auf, um PBS auf der exponierten Dura zu halten und zu verhindern, dass sie austrocknet.

Wenden Sie PBS während des gesamten Experiments kontinuierlich an. Verwenden Sie anschließend zwei 30- und eine halbe Zoll große Nadeln mit gebogenen Spitzen, um die Dura mater beider Kraniotomien zu entfernen. Platzieren Sie zu diesem Zeitpunkt die Spitzen der Silikonsonden gerade in Kontakt mit der Pia.

Führen Sie dann die Silikonsonden langsam ein und stellen Sie sicher, dass ihre Schaftteile ohne Widerstand oder Verbiegung ins Gehirn eingebracht werden können. Senken Sie die Sonden vorsichtig ab, bis sie die gewünschten Ableitgebiete erreichen. Falls erforderlich, geben Sie Tropfen von PBS auf die Kraniotomiestellen, um Austrocknung des Gewebes zu verhindern.

Hier ist eine repräsentative elektrophysiologische Aufnahme des lokalen Feldpotentials für 500 Millisekunden von einem Tetro dargestellt. Ein Beispiel der Spike-Wellenform befindet sich im eingefügten Ausschnitt. Hier sehen Sie Beispiele der zweidimensionalen Ansichten von Unit-Clustern, die von einem Tetro erhalten wurden.

Jeder Cluster repräsentiert die Spikes eines einzelnen Neurons. Die durchschnittlichen Spike-Wellenformen der repräsentativen Einheiten an jedem der vier Kanäle eines einzelnen Tetrodes werden hier gezeigt. Die Wellenformenergie der aufgezeichneten Spikes über die Zeit wird in diesem Diagramm dargestellt.

Beachten Sie, dass der relativ konstante Energie-Wert für jede Einheit eine stabile Aufnahme über den dargestellten Zeitraum hinweg anzeigt. Nach dem Ansehen dieses Videos sollten Sie in der Lage sein, Aufnahmen mit Siliziumsonden aus mehreren Gehirnarealen von über hundert Neuronen gleichzeitig durchzuführen. Dies wird erreicht, indem die folgenden Schritte ausgeführt werden: das Betäuben des Tieres, das Platzieren der Referenz- und Erdungsschrauben, das Anfertigen der Kraniotomien, das Entfernen der Dura sowie schließlich das Einführen der Sonden in die gewünschte Aufnahmeregion.