Das DREAM-Implantat: ein leichtes, modulares und kostengünstiges Implantatsystem für die chronische Elektrophysiologie bei kopffesten und sich frei verhaltenden Mäusen

Unsere Forschung nutzt Virtual-Reality-Aufgaben und chronische Elektrophysiologie bei Mäusen und Makaken, um die naturalistische Entscheidungsfindung und das Erlernen von Regeln zu untersuchen. Wir konzentrieren uns auf die Wechselwirkungen zwischen dem anterioren cingulären Kortex und sensorischen Regionen wie dem visuellen Kortex. Und dieser Ansatz zielt darauf ab, speziesspezifische oder verallgemeinerbare Rechenstrategien in zielgerichteten Verhaltensweisen zu verstehen.

Ich denke, dass wir als Feld anfangen zu erkennen, dass wir, wenn wir neuronale Berechnungen wirklich verstehen wollen, dies tun müssen, während Tiere Verhaltensweisen an den Tag legen, die für sie bedeutungsvoll und natürlich sind. Wenn wir also gleichzeitig auch die neuronale Aktivität erfassen wollen, brauchen wir Implantate, die sowohl robust als auch angenehm zu tragen für unsere Tiere sind. Technisch gesehen besteht die größte Herausforderung immer noch darin, ertragreiche neuronale Aufzeichnungen zu erhalten, während gleichzeitig Tiere komplexe Verhaltensweisen ausführen.

Und ganz allgemein denke ich, dass es sehr wichtig ist, dass die Elektrophysiologie für Labore zugänglicher wird, die vielleicht weniger Geld oder weniger technische Ressourcen haben, damit wir gleiche Bedingungen für großartige Ideen schaffen, die in großartige Experimente umgesetzt werden können, egal in welchem Labor man arbeitet. Unser Labor vergleicht direkt die neuronalen und Verhaltensmessungen von Mäusen und Affen, die genau die gleichen naturalistischen Aufgaben in der virtuellen Umgebung bei der Nahrungssuche ausführen. Und dabei haben wir herausgefunden, dass viele der Rechendynamiken und die Verhaltenszustände, die sie erleben, direkt gleich sind.

Das DREAM-Implantat ist die Kombination der Vorteile, die es in diesem Bereich bereits gibt. Es ist leicht und kompakt, aber auch modular, flexibel in der Elektrodenplatzierung und verfügt über ein wiederherstellbares Mikrolaufwerk, das die Versuchskosten senkt. Löten Sie zunächst eine 0,05-Zoll-Lötbuchse an das Erdungskabel der Silikonsonde.

Drehen Sie die Schraube am Microdrive-Gehäuse so, dass das Microdrive-Shuttle vollständig nach oben eingefahren wird. Legen Sie das Mikrolaufwerk horizontal auf den Mikrolaufwerkshalter. Legen Sie ein kleines Stück Klebespachtel auf den Mikrolaufwerkhalter.

Geben Sie dann einen winzigen Tropfen Silikonpflaster auf das Schiffchen. Platzieren Sie die Sonde mit dem Flexkabel auf dem Shuttle des Mikroantriebs. Ziehen Sie dann das Flexkabel vorsichtig zur Oberseite des Microdrives, bis die Unterkante des Kabels auf die Unterkante des Microdrive-Shuttles trifft.

Platzieren Sie den Kopftischstecker der Sonde auf dem Klebekitt an der Oberseite der Halterung. Verwenden Sie eine 27-Gauge-Nadel oder eine Mikrobürste, um einen kleinen Tropfen Cyanacrylatkleber zwischen Elektrodenkörper und Schiffchen aufzutragen, wobei Sie das Flexkabel vermeiden sollten. Befestigen Sie den Verstärker mit Silikongips am Kronenring.

Befestigen Sie dann das Flexkabel am Verstärker und bedecken Sie den Anschluss und das Kabel mit einer dünnen Schicht Silikonpflaster. Befestigen Sie den Ausschnitt aus dem Kupfergitter mit kleinen Tropfen Epoxidharz am Faradayschen Käfig. Legen Sie zunächst alle sterilen chirurgischen Instrumente auf die sterile Arbeitsplattform.

Desinfizieren Sie den rasierten Bereich der betäubten Maus mehrmals mit einem Desinfektionsmittel auf Jodbasis und Alkohol mit Wattestäbchen. Platzieren Sie die Maus in einem stereotaktischen Rahmen mit Ohrstangen und einem Nasenhalter. Führen Sie eine Pfotenkneifung durch, um die Tiefe der Anästhesie zu bestätigen.

Schneiden Sie mit einer kleinen chirurgischen Schere eine mandelförmige Öffnung in die Haut auf der Oberseite des Schädels, die nur vom hinteren Ende der Lambda-Naht bis zwischen die Augen reicht. Fahren Sie mit dem Schneiden fort, um die Unterhautmembran und das Periost zu entfernen. Kratzen Sie dann mit einer Skalpellklinge den Schädel, um weiches Membrangewebe zu entfernen.

Kratzen Sie vorsichtig kreuz und quer mit der Spitze des Skalpells auf den Kopf, um die Oberfläche des Schädels aufzurauen. Wechseln Sie zwischen einer Skalpellklinge und sterilen Wattestäbchen, um die Nackenmuskeln, die an den Seiten der Lambda-Naht befestigt sind, sanft zu kratzen und wegzudrücken, bis die Muskeln an den Rand des Schädels auf dem Kleinhirn zurückgeschoben werden. Verwenden Sie eine 1-Milliliter-Spritze, um einen kleinen Tropfen Cyanacrylatkleber zwischen der Haut und den Schädelrändern aufzutragen.

Tragen Sie Zahnzementgrundierung auf den Schädel auf, um die Haftung zu erhöhen, und härten Sie mit ultraviolettem Licht aus. Finden Sie den Zielort für die Sondenimplantation relativ zu Bregma oder Lambda und skizzieren Sie die Kraniotomie um ihn herum mit einem chirurgischen Marker. Befestigen Sie die Kopfplatte mit Zahnzement auf dem Schädel.

Bohren Sie mit einem Zahnbohrer ein kleines Bohrloch in der Breite der Stifte über die Hirnareale. Tropfen Sie die sterile Kochsalzlösung mit einer Spritze auf den Kraniotomie und entfernen Sie sie mit nicht verschüttenden Tüchern. Führen Sie vorsichtig einen geschliffenen Stift in jede Kraniotomie ein und tragen Sie Zement um die Stifte auf.

Bohren Sie dann den Umriss einer größeren Kraniotomie, indem Sie sich in gleichmäßigen Bewegungen um den Rand bewegen. Um die Widerstandsfähigkeit des ausgebohrten Teils des Knochens zu testen, drücken Sie vorsichtig mit einer feinen Pinzette darauf. Setzen Sie das Mikrolaufwerk mit Silikonsonde in die Mikrolaufwerkhalterung ein.

Winkeln Sie den Stereosteuerarm an, um den gewünschten Zielbereich des Gehirns zu erreichen. Setzen Sie den Kronenring mit dem angebrachten Verstärker auf die drei vertikalen Stifte auf der Rückseite des Mikrolaufwerkhalters. Senken Sie das Mikrolaufwerk auf etwa 0,5 Millimeter um den Kraniotomie ab und verbinden Sie dann mit einer Pinzette die Erdungs- oder Referenzstifte.

Positionieren Sie den stereotaktischen Arm mit dem Mikroantrieb über der Kraniotomie. Senken Sie das Mikrolaufwerk ab, bis der Sondenschaft die Dura im Zielbereich berührt. Zementieren Sie die Basis des Mikrolaufwerks an Ort und Stelle.

Decken Sie den Raum zwischen Basis und Schädel mit Zahnzement ab. Senken Sie dann die Silikonsonde auf das Gehirn ab. Wenn die Sondenschäfte das Gehirn berühren, senken Sie die Sonde schnell um etwa 250 Mikrometer ab.

Sobald die Sonde die Oberfläche des Kortex durchbrochen hat, senken Sie sie langsamer ab. Geben Sie mit einer 1-Milliliter-Spritze einen kleinen Tropfen Silikonelastomer in die Kraniotomie ab. Bedecken Sie das Silikonelastomer mit einer gleichen Mischung aus Knochenwachs und Mineralöl.

Wenn der Zahnzement erstarrt ist, lösen Sie den Mikrolaufwerkshalter mit einem Inbusschlüssel. Ziehen Sie den Halter vorsichtig um ca. 1 Zentimeter zurück, so dass der Mikroantrieb freistehend ist und der Sondenverstärker oder -stecker am Implantathalter fixiert bleibt, ohne das Flexkabel zu dehnen. Platzieren Sie die vorgefertigte Krone und das Faraday-Mesh um die Kopfplatte, indem Sie den Käfig an der Öffnung dehnen und horizontal über den Mikroantrieb und das Flexkabel schieben.

Befestigen Sie es dann mit Zahnzement auf der Kopfplatte. Setzen Sie den Faradayschen Kronenring mit Sondenanschluss oder Kopftisch über die Krone und richten Sie die integrierte Halterung für den Sondenverstärker oder -stecker an dem Bereich aus, der durch ein eingedrücktes X auf der Faraday-Krone markiert ist. Befestigen Sie den Ring mit einem Tropfen Zahnzement an jeder Speichenringverbindung am Faradayschen Käfig.

Sobald er gesichert ist, ziehen Sie den stereotaktischen Arm mit dem Mikrolaufwerkshalter vollständig ein. Verbinden Sie den Sondenverstärker oder -stecker mit der Aufzeichnungshardware und starten Sie eine neuronale Signalaufzeichnung. Wenn die Sonde ihren Zielort noch nicht erreicht hat, drehen Sie die Mikroantriebsschraube langsam gegen den Uhrzeigersinn, um die Sonde abzusenken und gleichzeitig neuronale Signale zu überwachen.

Wenn neurolokale Feldpotentiale auf der Sonde sichtbar sind, beenden Sie die Testaufzeichnung und trennen Sie den Kopftischstecker. Decken Sie den Faradayschen Käfig mit selbstklebendem Veterinärtuch ab.