Aufbau von lokalen Feldpotential-Mikroelektroden für in vivo Aufnahmen aus mehreren Gehirnstrukturen gleichzeitig
14. März 2022
Das vorliegende Protokoll beschreibt die Konstruktion von maßgeschneiderten Mikroelektrodenarrays, um lokale Feldpotentiale in vivo aus mehreren Gehirnstrukturen gleichzeitig aufzuzeichnen.
Forscher müssen oft lokale Feldpotentiale aus mehreren Strukturen gleichzeitig erfassen. Unser einfaches Mikroelektrodendesign ermöglicht es uns, LFPs von mehreren Gehirnstrukturen in verschiedenen Tiefen gleichzeitig aufzuzeichnen. Kommerziell erhältlichen Mikroelektroden fehlt es oft an Flexibilität und sie erlauben es nicht, von mehreren Gehirnstrukturen aufzuzeichnen.
Unser Mikroelektrodendesign ermöglicht es, die Konstruktion einfach an jede gewünschte Struktur anzupassen. Beginnen Sie mit einem dianalbeschichteten Nickel-Chrom-Draht mit einem Durchmesser von 50 Mikrometern. Kleben Sie ein Ende des Drahtes an die Rückseite der Plattform und wickeln Sie den Draht dreimal um den nächsten Knopf auf der Plattform.
Strecken Sie den Draht um den am weitesten entfernten zweiten Knopf, um zwei Schlaufen zwischen den Knöpfen zu machen. Wickeln Sie den Draht noch drei weitere Male um den ersten Knopf, um den Draht an Ort und Stelle zu befestigen, und kleben Sie das Ende an der Rückseite der Plattform ab. Legen Sie die Spannstangen unter die Drähte, wobei das Band um sie gewickelt ist.
Machen Sie mit einem Mikroskop und einer feinen Pinzette entweder einen Drei-Millimeter-Spalt zwischen den Drähten, um kortikale, ventral-laterale, thalamische Nukleus-Mikroelektroden herzustellen, oder einen 4,5-Millimeter-Spalt, um striatal-nidrale Mikroelektroden herzustellen. Wenn am Mikroskop eine Vergrößerung verwendet wird, stellen Sie sicher, dass Sie den Unterschied in der Vergrößerung und den tatsächlichen Abstand zwischen den Drähten berechnen und anpassen. Schneiden Sie vier kleine Stücke aus 0,5 Millimeter dickem Kunststoff, etwa sechs Millimeter breit und drei Millimeter hoch.
Tragen Sie Kleber auf den Kunststoff auf. Platzieren Sie die Kunststoffteile etwa einen Zentimeter von der Mitte des Drahtes entfernt, die einen Zentimeter von der Zugstange entfernt ist. Entfernen Sie überschüssigen Kleber mit einem Wattestäbchen.
Nachdem der Kleber getrocknet ist, schneiden Sie den Draht mit einer feinen Schere ab. Schneiden Sie vier sieben Millimeter große Glasröhren mit einem handelsüblichen Kit und stecken Sie den Elektrodendraht in die Glasröhren. Legen Sie den Kleber an die Basis der Glasröhren, um sie mit dem Kunststoff zu verbinden.
Warten Sie, bis der Kleber trocknet, und schneiden Sie dann die Glasröhren und Drähte mit einem Skalpell ab. Verwenden Sie Sekundenkleber, um Kunststoffe in der gewünschten Reihenfolge der Zielregionen zu befestigen. Tragen Sie Epoxidharz um den Kunststoff auf, um die Elektroden miteinander zu verbinden.
Nehmen Sie einen dicken Draht und machen Sie eine Schlaufe an einem Ende, tauchen Sie die Schlaufe in die Epoxidlösung und legen Sie sie auf den Kunststoff, um sicherzustellen, dass der dicke Draht flach liegt, so dass dieser Draht als Griff verwendet werden kann. Schneiden Sie den Draht auf zwei Zentimeter ab. Gruppieren Sie die Drähte und kratzen Sie einen Millimeter der isolierten Enden mit einem Skalpell weg.
Biegen Sie die kortikalen Elektroden und trennen Sie die Drähte. Machen Sie mit einer feinen Pinzette eine Schleife am Ende jedes Drahtes. Halten Sie ein 10-poliges Headset mit einem Hämostat und verwenden Sie das Holzende eines Wattestäbchens, um minimale Mengen an Flussmittel auf die Stifte aufzutragen.
Verwenden Sie das Holzende des Wattestäbchens und tragen Sie Flussmittel auf die Drahtschlaufen auf. Löten Sie die Kabelschlaufen an das 10-polige Headset. Trocknen Sie das Headset ab, um einen Kurzschluss zwischen den Pins zu vermeiden.
Nehmen Sie einen dünnen Draht von etwa 0,05 bis 0,008 Zoll für Referenz- und Erdungsdrähte und entfernen Sie den Kunststoff von einem Ende. Machen Sie eine Schleife am anderen Ende des Drahtes. Löten Sie die abisolierte Seite der Referenz- und Erdungsdrähte an ihre jeweiligen Pins.
Halten Sie den dicken Draht fest und tragen Sie Kranioplastikzement um die Mikroelektroden auf, insbesondere dort, wo die Drähte mit den Stiften verbunden sind. Vermeiden Sie es, die eigentlichen Elektrodenenden mit dem Zement zu berühren. Nachdem der Zement getrocknet ist, legen Sie Epoxidharz an den Boden der Glasröhren, striatalen Mikroelektrodendrähte und um die gesamte Elektrode.
Vermeiden Sie es, die Elektrodenenden mit Epoxidharz zu berühren. Lokale Feldpotentialaufnahmen wurden vom rechten prämotorischen Kortex, dem linken VL, dem Striatum und dem SNR durchgeführt. Der Anfallsbeginn wurde als eine Ablenkung der Spannungsspur identifiziert, die mindestens doppelt so hoch war wie die Ausgangslinie.
Das Leistungsspektrumdiagramm zeigt die Frequenzverteilung für die aufgezeichneten lokalen potenziellen Aufnahmen. Anfallslatenzen konnten zwischen jeder Struktur mit einer Genauigkeit von Millisekunden verglichen werden. Am Ende der Aufnahmen wurde ein Stromimpuls angelegt, um die Position der Elektrodenspitzen, die die Läsion bilden, zu markieren und zu bestätigen.
Wenn die Mikroelektroden für verschiedene Gehirnstrukturen konstruiert sind, denken Sie daran, die Lücken zwischen den Drähten entsprechend den stereotaktischen Koordinaten Ihrer gewünschten Struktur zu modifizieren. Platzieren Sie die Tiefenstrukturelektroden in den Glasröhren und passen Sie die Längen der Mikroelektroden an. Befestigen Sie dann die Kunststoffe in der gewünschten Reihenfolge.
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Überblick
Diese Studie präsentiert ein Protokoll für den Bau maßgeschneiderter Mikroelektroden-Arrays, die in der Lage sind, lokale Feldpotenziale (LFPs) in vivo aus mehreren Hirnstrukturen gleichzeitig aufzuzeichnen. Die Methodik erhöht die Flexibilität im Vergleich zu kommerziell erhältlichen Mikroelektroden und ermöglicht gleichzeitige Aufzeichnungen in verschiedenen Tiefen.
Wichtige Studienkomponenten
Wissenschaftsbereich
- Elektrophysiologie
- Neurowissenschaften
- Neurophysiologie
Hintergrund
- Die Aufzeichnung von LFPs aus verschiedenen Hirnstrukturen ist in der neurowissenschaftlichen Forschung entscheidend.
- Bestehende Mikroelektroden können die Mehrstrukturen-Aufnahmefähigkeiten einschränken.
- Das Design zielt darauf ab, diese Einschränkungen durch eine anpassbare Konstruktion zu überwinden.
- Diese Forschung konzentriert sich auf ein verbessertes Elektrodendesign für effektive Datenerfassung.
Zweck der Studie
- Zur Entwicklung eines vielseitigen Mikroelektrodensystems für in vivo Aufnahmen.
- Um gleichzeitige Aufnahmen aus mehreren Hirnregionen zu ermöglichen.
- Um ein anpassbares Setup für elektrophysiologische Studien bereitzustellen.
Verwendete Methoden
- Die Methode beinhaltet den Bau von Mikroelektroden aus Nickel-Chrom-Drähten mit spezifizierten Abmessungen.
- Zielanordnungen werden basierend auf stereotaktischen Koordinaten angepasst.
- Detaillierte Anweisungen umfassen Drahthandhabung, Klebetechniken und Löten an Headsets.
- Elektroden sind für verschiedene Hirntiefen ausgelegt, um die Aufnahmefähigkeiten zu verbessern.
- Elektroden werden mit Kranioplastie-Zement und Epoxidharz für Stabilität verankert.
Hauptergebnisse
- Die konstruierten Mikroelektroden zeichneten effektiv LFPs über mehrere Hirnregionen hinweg auf.
- Die Studie demonstrierte präzise Spannungsablenkmesswerte, die den Beginn eines Anfalls anzeigen.
- Die Ergebnisse zeigen das Potenzial für vergleichende Analysen von Anfallslatenzen über Strukturen hinweg.
- Die bestätigte Elektrodenposition durch einen markierten Stromimpuls erhöht die Genauigkeit.
Schlussfolgerungen
- Diese Forschung etabliert eine Methode zur Erstellung von anpassbaren Mikroelektroden-Arrays für in vivo Studien.
- Die flexible Konstruktion ermöglicht gezielte Aufnahmen aus verschiedenen Hirnregionen und verbessert so den Datenreichtum.
- Die Ergebnisse tragen zu einem besseren Verständnis neuronaler Aktivitäten im Zusammenhang mit Anfällen und anderen neurophysiologischen Phänomenen bei.
Häufig gestellte Fragen
Executive Industry Relevance
Simultaneous in vivo recording of local field potentials (LFPs) from multiple brain structures is critical for mechanistic de-risking and target validation in neuropharma discovery. Customizable microelectrode arrays enable precise, multi-region electrophysiological data collection, supporting predictive confidence in early-stage CNS portfolio decisions. This flexible approach addresses the limitations of commercial arrays, enhancing translational continuity from discovery through preclinical research.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables interrogation of neuronal circuit function across multiple brain regions in real time.
- Supports mechanistic de-risking by allowing direct comparison of activity patterns during disease-relevant events.
- Facilitates functional target validation by correlating LFP signatures with pharmacological or genetic interventions.
Screening & Assay Development
- Provides a platform for developing and validating electrophysiological assays with quantitative, millisecond-resolution outputs.
- Enables reproducible, multi-site recordings to standardize assay conditions across experiments.
- Supports screening of compounds for region-specific effects on neural activity.
Translational & Preclinical Research
- Aligns preclinical models with human disease-relevant neural circuit endpoints.
- Enables cross-structure biomarker discovery and validation for translational studies.
- Supports risk-adjusted advancement by providing robust, comparative neural data across brain regions.
Pipeline & Workflow Integration
This customizable microelectrode method integrates from early discovery through preclinical validation, enabling seamless hypothesis testing and data continuity.
- Discovery Biology: Facilitates hypothesis-driven mapping of neural circuits and pathway clarification.
- Screening: Delivers quantitative, reproducible LFP readouts for compound evaluation.
- Analytics: Provides high-resolution voltage and frequency data for statistical comparison across conditions and regions.
- Translational Research: Bridges discovery and preclinical phases by enabling biomarker alignment and cross-species endpoint validation.
- Enterprise Reuse: Offers a modular, adaptable platform for diverse CNS research programs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in CNS target validation.
- Operational Value: Enhances standardization, reproducibility, and scalability of electrophysiological workflows.
- Strategic Value: Improves go/no-go decision quality and capital efficiency by enabling robust, multi-region data collection.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization and advancement of CNS assets.
Implementation Considerations
- Requires expertise in stereotaxic surgery and microelectrode assembly.
- Needs access to precision tools, microscopes, and electrophysiological recording systems.
- Demands rigorous cross-team standardization of electrode construction and placement protocols.
- Adaptable to various rodent models and brain regions by adjusting stereotaxic coordinates and electrode configuration.
- Potential limitations include variability in electrode positioning and the need for careful handling to maintain recording quality.
