대뇌 피 질의 로컬 필드 전위, 심전도, 치십시오, 그리고 자유롭게 움직이는 쥐에서 리듬 호흡의 동시 녹음

이 외과적 전극 이식의 전반적인 목표는 자유롭게 움직이는 쥐의 중심 및 주변 생체 전기 신호를 동시에 기록하는 것입니다. 이 방법은 기억, 인지, 감정 및 뇌-신체 상호 작용과 같은 신경 과학 분야의 주요 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 기술의 주요 장점은 단일 기록 장치가 광범위한 신체 부위에서 모든 생체 전기 신호를 수집한다는 것입니다.

이 방법에 대한 아이디어는 근육과 심장 활동이 모두 뇌 세포 외 신호와 유사한 전기 신호로 표현된다는 것을 알게 되었을 때 처음 떠올랐습니다. 따라서 우리는 모든 신호를 단일 다중 채널 녹음 장치로 녹음할 수 있다고 생각했습니다. 시작하려면 피질 LFP 녹음을 위한 표준 마이크로 드라이브 어레이를 준비합니다.

신호 채널을 위해 전극 인터페이스 보드에 최소 6개의 금속 구멍을 열어 둡니다. 다음으로, 신호를 전달하기 위해 5cm 길이의 Bioflex 와이어 6개를 만듭니다. 양쪽 끝에서 약 5mm의 PFTE 코팅을 벗겨냅니다.

그런 다음 금핀을 사용하여 보드의 각 금속 구멍에 하나의 와이어를 연결합니다. 다음으로, 5cm 길이의 에나멜 와이어 2개를 만들고 보드의 2개의 접지/참조 채널에 납땜합니다. ECG 전극을 만들려면 16cm 길이의 Bioflex 와이어 2개를 자르고 한쪽 끝에서 0.5mm의 코팅을 벗기고 다른 쪽 끝에서 15mm의 코팅을 벗겨냅니다.

그런 다음 길게 벗겨진 각 부분을 직경 2mm의 원으로 만들고 땜납으로 루프를 고정합니다. EMG 전극을 만들기 위해 8cm 길이의 Bioflex 와이어 2개를 자르고 양쪽 끝에서 약 5mm 코팅을 벗겨냅니다. BR 전극을 만들려면 6cm 길이의 Bioflex 와이어 2개를 자르고 각 와이어의 양쪽 끝에서 약 5mm의 코팅을 벗겨냅니다.

두 개의 BR 전극 각각에 대해 각 와이어의 한쪽 끝을 스테인리스강 나사의 머리에 납땜합니다. 접지/기준 전극을 만들려면 6cm 길이의 에나멜 와이어 2개를 자릅니다. 두 개의 접지 참조 전극 각각에 대해 와이어의 한쪽 끝을 약간 더 큰 나사에 납땜합니다.

이제 모든 전극을 살균한 다음 멸균 상태에서 취급하십시오. 시작하려면 마취된 쥐를 평평한 열 패드에 등을 대고 고정합니다. 부프레노르핀을 진통제로 제공하고 안과 연고를 발라 건조를 예방합니다.

다음으로, 70% 에탄올과 베타딘을 번갈아 가며 스크럽하여 가슴과 목을 청소합니다. 그런 다음 가슴 부위만 노출되도록 동물을 드레이프합니다. 먼저 ECG 전극을 이식합니다.

가슴 내측 부위를 2cm 절개하는 것으로 시작합니다. 그런 다음 가슴 근육을 분리하여 늑간 근육을 노출시킵니다. 이제 ECG 전극의 고리를 늑간 근육에 봉합합니다.

전극이 매우 고정되고 높은 신호 대 잡음비가 있도록 이 작업을 단단히 수행하십시오. 그런 다음 등쪽 목 부위를 1cm 절개하고 ECG 전극을 절개 부위에 피하로 터널을 뚫고 전극의 물리적 스트레스를 최소화하기 위해 피부 아래에 느슨한 와이어를 남겨둡니다. 그런 다음 봉합사로 가슴 절개 부위를 봉합했습니다.

다음으로, EMG 전극을 부착하기 위해 동물의 위치를 변경하고 고정합니다. 각 전극의 한쪽 끝을 목 절개 부위와 목 근육에 약 1cm 정도 피하로 삽입합니다. 그런 다음 이 전극을 제자리에 봉합합니다.

전극 이식 후 쥐를 입체 장치에 고정합니다. 그런 다음 두개골을 면도하고 청소한 다음 눈 사이 지점에서 목까지 정중선을 따라 3cm 절개하여 배열 이식을 시작합니다. 고속 드릴을 사용하여 후각구 위로 직경 0.7-1.0mm(브레그마에서 11.0mm 전방, 양측 1mm)에서 한 쌍의 원형 개두술을 만듭니다.

그런 다음 나사 끝이 약 2mm 깊이의 뇌와 접촉할 수 있을 만큼만 깊은 두 개의 BR 전극을 이식합니다. 나사를 6-8회 완전히 돌립니다. 다음으로, 전두엽 피질 위에 브레그마 전방으로 2.7mm, 양측으로 2.7mm의 또 다른 개두술을 만듭니다.

이 구멍에 두 개의 접지/기준 전극을 고정하여 약 1.6mm 깊이의 뇌와 접촉하도록 합니다. 이렇게 하려면 나사를 4-5바퀴 완전히 돌려야 합니다. 이제 해마 위 약 2.0mm, 후방 3.8mm, 브레그마 양측 2.5mm 직경의 대형 원형 개두술을 계획하십시오.

그런 다음 개두술을 둘러쌀 부위에 1.0mm 두께의 구멍을 6-8개 뚫는다. 이러한 각 구멍에 앵커 나사를 이식합니다. 그런 다음 나사 사이에 계획된 개두술을 만듭니다.

큰 구멍 위에 캐뉼라 팁이 큰 개두술 바로 위에 오도록 통합 마이크로 드라이브 어레이를 배치합니다. 캐뉼라 팁과 뇌 표면 사이의 틈 공간을 약 100마이크로리터의 두 부분으로 구성된 에폭시로 채웁니다. 다음 5분 동안 혼합물이 투명한 젤로 변하도록 합니다.

다음으로, 캐뉼라, BR 전극, 접지/기준 전극 및 앵커 나사를 치과용 시멘트로 덮습니다. BR 또는 접지/기준 전극의 열린 끝을 덮지 않고 약 5mm의 시멘트를 도포합니다. 이제 전극의 열린 모든 끝을 보드에 연결하는 위치에 납땜합니다.

그런 다음 통합 마이크로 드라이브 어레이의 바닥 부분과 모든 전극 와이어를 치과 시멘트로 덮습니다. 이식 후 쥐가 전극선을 긁을 수 없도록 전극선을 완전히 덮는 것이 중요합니다. 이제 쥐가 회복되도록 하십시오.

흉골 누운 자세를 유지할 수 있을 만큼 충분한 의식을 되찾은 후에는, 새장 동료 없이 혼자 지내고, 음식과 물을 자유롭게 이용할 수 있게 한다. 수술 후에는 매일 나사를 전진시켜 사족체를 점차적으로 전진시킵니다. 사분체가 표적 뇌 영역에 인접하게 되면 신호가 안정화되는 동안 며칠 동안 정착시킵니다.

설명된 방법을 사용하면 뇌, 심장, 폐 및 골격근의 생체 전기 신호를 동시에 포착하고 상호 연관시킬 수 있습니다. 예를 들어, 먹이를 찾는 행동을 겪는 자유롭게 움직이는 쥐는 활성 상태와 휴식 상태 사이의 전환이 있는 데이터 세트를 제공합니다. 파워 스펙트럼은 웨이블릿 분석을 사용하여 해마 LFP 트레이스에서 계산되었습니다.

후각구의 표면적에서 기록된 BR 신호는 탐색적 냄새 맡기 행동 중에 발생하는 것과 같은 호흡 주파수의 상대적 변화를 대략적으로 추정하는 데 사용되었습니다. 이 기술을 숙달하면 제대로 수행하면 3시간 안에 완료할 수 있습니다. 개발 후 이 기술은 신경과학 분야의 연구자들이 설치류에서 높은 시간 해상도로 중추 장기와 말초 장기 간의 관계를 탐구할 수 있는 길을 열었습니다.