Grabaciones simultáneas de potenciales de campo Local Cortical, Electrocardiograma, electromiograma y respirar a ritmo de una rata libremente móvil

El objetivo general de esta implantación quirúrgica de electrodos es registrar simultáneamente las señales bioeléctricas centrales y periféricas de una rata que se mueve libremente. Este método puede ayudar a responder preguntas clave en el campo de la neurociencia, como la memoria, la cognición, la emoción y las interacciones cerebro-cuerpo. La principal ventaja de esta técnica es que un solo dispositivo de registro recoge todas las señales bioeléctricas de la amplia gama de áreas del cuerpo.

La primera vez que tuvimos la idea de este método fue cuando nos dimos cuenta de que las actividades musculares y cardíacas están representadas por señales eléctricas similares a las señales extracelulares del cerebro. Por lo tanto, consideramos que todas las señales pueden ser registradas por un único dispositivo de grabación multicanal. Para empezar, prepare una matriz de microunidades estándar para grabaciones LFP corticales.

Deje al menos seis orificios metálicos abiertos en una placa de interfaz de electrodos para los canales de señalización. A continuación, haga seis longitudes de cinco centímetros de alambre Bioflex para transportar las señales. Pele unos cinco milímetros de recubrimiento PFTE en ambos extremos.

Luego, conecte un cable a cada orificio de metal en la placa con un alfiler dorado. A continuación, haz dos trozos de alambre de esmalte de cinco centímetros y suéldalos a los dos canales de tierra/referencia de la placa. Para hacer los electrodos de ECG, corte dos longitudes de 16 centímetros de alambre Bioflex y retire los 0,5 milímetros de recubrimiento de un extremo y los 15 milímetros de recubrimiento del otro extremo.

Luego, forme cada sección larga en un círculo de dos milímetros de diámetro y asegure el lazo con soldadura. Para hacer los electrodos EMG, corte dos longitudes de ocho centímetros de alambre Bioflex y retire unos cinco milímetros de recubrimiento de ambos extremos. Para hacer los electrodos BR, corte dos longitudes de seis centímetros de alambre Bioflex y despegue unos cinco milímetros de recubrimiento de ambos extremos de cada alambre.

Para cada uno de los dos electrodos BR, suelde un extremo de cada cable a la cabeza de un tornillo de acero inoxidable. Para hacer los electrodos de tierra/referencia, corte dos longitudes de seis centímetros de alambre de esmalte. Para cada uno de los dos electrodos de referencia a tierra, suelde un extremo del cable a un tornillo un poco más grande.

Ahora esterilice todos los electrodos y luego manéjelos en condiciones estériles. Para empezar, coloca a una rata anestesiada boca arriba sobre una almohadilla térmica plana. Proporcionar buprenorfina como analgésico y aplicar ungüento oftálmico para prevenir la sequedad.

A continuación, limpie el pecho y el cuello con exfoliantes alternos de etanol al 70% y betadine. Luego, cubra al animal para dejar solo el área del pecho expuesta. En primer lugar, implante los electrodos de ECG.

Comience con una incisión de dos centímetros en el área medial del tórax. Luego, exponga los músculos intercostales separando los músculos del pecho. Ahora, sutura los anillos de los electrodos de ECG a los músculos intercostales.

Haga esto firmemente para que los electrodos estén muy seguros y haya una alta relación señal-ruido. Luego, haga una incisión de un centímetro en el área dorsal del cuello y tunelice los electrodos de ECG por vía subcutánea a la incisión, dejando un poco de alambre suelto debajo de la piel para minimizar el estrés físico en el electrodo. Luego, la sutura cerró la incisión torácica.

A continuación, vuelva a colocar y asegure al animal para colocar los electrodos EMG. Inserte un extremo de cada electrodo por vía subcutánea aproximadamente un centímetro en la incisión del cuello y en los músculos del cuello. Luego, sutura estos electrodos en su lugar.

Después de la implantación de electrodos, asegure la rata a un dispositivo estereotáxico. A continuación, afeitar y limpiar el cráneo, e iniciar la implantación de la matriz con una incisión de tres centímetros a lo largo de la línea media desde el punto entre los ojos hasta el cuello. Con un taladro de alta velocidad, haga un par de craneotomías circulares de entre 0,7 y 1,0 milímetros de diámetro por encima del bulbo olfatorio, que es 11,0 milímetros anterior y un milímetro bilateral al bregma.

Luego, implante los dos electrodos BR lo suficientemente profundo como para que las puntas de los tornillos hagan contacto con el cerebro, que tiene unos dos milímetros de profundidad. Utilice entre seis y ocho vueltas completas del tornillo. A continuación, haz otro par de craneotomías por encima de la corteza frontal, de 2,7 milímetros anteriores y 2,7 milímetros bilaterales al bregma.

En estos orificios, asegure los dos electrodos de tierra/referencia para que también entren en contacto con el cerebro a unos 1,6 milímetros de profundidad. Esto requiere de cuatro a cinco vueltas completas del tornillo. Ahora, planifique una craneotomía circular grande con un diámetro de aproximadamente 2,0 milímetros por encima del hipocampo, 3,8 milímetros posterior y 2,5 milímetros bilateral al bregma.

Luego, haga de seis a ocho orificios de 1.0 milímetros en el área que rodeará la craneotomía. En cada uno de estos orificios, implante los tornillos de anclaje. A continuación, realice la craneotomía planificada entre los tornillos.

Por encima del orificio grande, coloque el conjunto de microaccionamientos integrador de modo que la punta de la cánula quede justo por encima de la craneotomía grande. Llene el espacio entre la punta de la cánula y la superficie del cerebro con aproximadamente 100 microlitros de epoxi de dos partes. Durante los próximos cinco minutos, deje que la mezcla se convierta en un gel transparente.

A continuación, cubra la cánula, los electrodos BR, los electrodos de tierra/referencia y los tornillos de anclaje con cemento dental. Aplique unos cinco milímetros de cemento sin cubrir los extremos abiertos de BR o electrodos de tierra/referencia. Ahora, suelde todos los extremos abiertos de los electrodos hasta donde se conectan a la placa.

A continuación, cubra la parte inferior del conjunto de microaccionamientos integrador y todos los cables de electrodos con cemento dental. Es importante cubrir completamente los alambres de los electrodos para que la rata no pueda rascarlos después de la implantación. Ahora, deja que la rata se recupere.

Después de recuperar la conciencia suficiente para mantener el decúbito esternal, alójelo solo sin ningún compañero de jaula y déle libre acceso a comida y agua. Después de la cirugía, avance gradualmente los tetrodes avanzando los tornillos diariamente. Una vez que los tetrodos estén adyacentes a las áreas cerebrales objetivo, deje que se asienten durante varios días, durante los cuales las señales se estabilizarán.

Con los métodos descritos, las señales bioeléctricas del cerebro, el corazón, los pulmones y los músculos esqueléticos pueden capturarse y correlacionarse simultáneamente. Por ejemplo, una rata que se mueve libremente y que experimenta un comportamiento de búsqueda de alimento proporciona un conjunto de datos con transiciones entre los estados activo y en reposo. Se calculó un espectro de potencia a partir de una traza de LFP del hipocampo utilizando análisis de ondículas.

La señal BR registrada desde la superficie del bulbo olfatorio se utilizó para estimar aproximadamente los cambios relativos en las frecuencias respiratorias, como los que ocurren durante el comportamiento de olfateo exploratorio. Una vez dominada, esta técnica se puede realizar en tres horas si se realiza correctamente. Tras su desarrollo, esta técnica allanó el camino para que los investigadores en el campo de la neurociencia exploraran la relación entre los órganos centrales y periféricos con alta resolución temporal en roedores.