Name: Electrofisiología de la actividad cortical laminar en el tití común (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-08-04T12:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 37 s
Description: Aprende electrofisiología cortical laminar en titíes comunes despiertos usando un micro-drive personalizado con posicionamiento submilimétrico. Este método mejora el mapeo de la retinotopía y la calidad de las grabaciones neuronales.

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Este trabajo fue financiado por la subvención R01 EY030998 de los Institutos Nacionales de Salud (NIH, por sus siglas en inglés) (J.F.M., A.B. y S.C.). Este método se basa en los métodos desarrollados en Coop et al. (en revisión, 2022; https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.10.11.511827v2.abstract). Nos gustaría agradecer a Dina Graf y a los miembros del laboratorio Mitchell por su ayuda con el cuidado y manejo del tití.

Desarrollo de una platina de electrodos X-Y para el registro neuronal preciso en titíes

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</ol>

Los autores no tienen nada que revelar.

Actualmente se dispone de varios métodos (por ejemplo, crónicos, semicrónicos, agudos) para realizar experimentos de neurofisiología en primates no humanos. El tití común plantea desafíos únicos para los experimentos de neurofisiología debido a su pequeño tamaño y a la falta de circunvoluciones como puntos de referencia anatómicos. Esto requiere que los investigadores utilicen puntos de referencia neurofisiológicos, como la retinotopía y las propiedades de ajuste de las áreas de interés, para identificar los objetivos de...

El tití común (Callithrix jacchus) ha crecido rápidamente en popularidad como modelo para estudiar la función cerebral en los últimos años. Esta creciente popularidad se debe a la accesibilidad de la corteza lisa del tití, las similitudes en la organización funcional neuronal con los humanos y otros primates, y el pequeño tamaño y la rápida tasa de reproducción1. A medida que este organismo modelo ha crecido en popularidad, ha habido un rápido desarrollo de las técnicas neurofisiológicas adecuadas para su uso en el cerebro del tití. Los métodos de electrofisiología se utilizan ampliamente en neurociencia para estudiar la actividad de neuronas individuales en la corteza tanto de roedores como de primates, lo que da como resultado una resolución temporal y un acceso a la ubicación sin precedentes. Debido a la relativa novedad del mono tití como modelo de neurociencia visual, la optimización de las técnicas de electrofisiología que se comportan despiertos sigue evolucionando. Estudios previos han demostrado el establecimiento de protocolos robustos para la electrofisiología en preparaciones anestesiadas2, y los estudios de neurofisiología que se comportan con el despertar temprano han demostrado la confiabilidad de los electrodos de tungsteno de un solo canal3. En los últimos años, los investigadores han establecido el uso de matrices de microelectrodos basadas en silicio para la neurofisiología del comportamiento despierto4. Sin embargo, el tití plantea desafíos únicos debido al pequeño tamaño de su cerebro y la falta de puntos de referencia anatómicos. Este protocolo describe cómo construir y utilizar un sistema de registro de micro-accionamiento adecuado para el tití que permite el registro de grandes poblaciones de neuronas con matrices lineales de silicio mientras produce un daño tisular mínimo.
Trabajar con el tití supone un reto debido a la menor escala de los mapas retinotópicos en la corteza visual en comparación con los primates más grandes. Un ligero desplazamiento de los electrodos de solo 1 mm puede provocar cambios significativos en los mapas. Además, los investigadores a menudo necesitan alterar la colocación de los electrodos entre las sesiones de grabación para obtener una gama más amplia de posiciones retinotópicas en la corteza visual. Las preparaciones semicrónicas actuales no permiten el ajuste de la posición del electrodo diariamente o con suficiente precisión para apuntar a ubicaciones específicas a escalas submilimétricas5. Con esto en mente, el sistema de microaccionamiento propuesto utiliza una etapa de electrodo X-Y que monta un microaccionamiento liviano en una cámara de registro y permite la focalización submilimétrica de sitios corticales. Los componentes móviles de la etapa X-Y permiten el movimiento vertical y horizontal de la matriz lineal para atravesar las áreas corticales de forma sistemática, lo que es necesario para identificar áreas de interés (a través de la retinotopía y las propiedades de ajuste). A lo largo de las sesiones de grabación, los investigadores también pueden ajustar manualmente la etapa X-Y para cambiar los sitios objetivo dentro del área. Esta es una ventaja clave sobre las técnicas alternativas que utilizan preparaciones de registro semicrónicas, que no tienen mecanismos fáciles de apuntar a los electrodos.
El microaccionamiento es una herramienta versátil que permite montar varias matrices de silicio para su descenso a la corteza. En este protocolo, se utilizó una sonda personalizada con dos matrices lineales de 32 canales espaciadas a 200 μm para la investigación de circuitos laminares que abarcan la profundidad cortical. La mayoría de los métodos para sondear los circuitos neuronales suelen muestrear los potenciales eléctricos o unidades individuales promediadas en todas las capas de la corteza cerebral. Sin embargo, investigaciones recientes han revelado hallazgos intrigantes sobre los microcircuitos laminares corticales6. Al utilizar el microaccionamiento, los investigadores pueden utilizar sondas laminares y realizar ajustes finos en la profundidad de grabación para garantizar un muestreo completo en todas las capas.
Este sistema se puede construir con componentes disponibles en el mercado y se modifica fácilmente para diferentes técnicas experimentales o sondas. Las principales ventajas de esta preparación son la capacidad de cambiar la posición de grabación X-Y con una precisión submilimétrica y controlar la profundidad de la grabación dentro de la corteza. Este protocolo presenta instrucciones paso a paso para la construcción de las técnicas de registro de neurofisiología y microaccionamiento de la etapa X-Y.

<table><tbody><tr><td>Broca de rebaba de 1/4 Hp</td><td>McMaster & Carr</td><td>Cat# 43035A32</td><td>Fresa de carburo con vástago de 1/4" de diámetro, culata redondeada, número comercial SC-1, corte simple (https://www.mcmaster.com/products/bur-bits/burs-7/?s=1%2F4%22+bur+bits)</td></tr> <tr><td>1x1mm Rejilla Crist</td><td>Instruments</td><td>Rejilla de 1 mm x 1 mm</td><td>https://www.cristinstrument.com/products/implant-intro/grids</td></tr><tr><td>91% de alcohol isopropílico</td><td>Medline</td><td>N/A</td><td>https://www.medline.com/product/Medline-Isopropyl-Rubbing-Alcohol/Bulk-Alcohol/Z05-PF03807?question=91%25%20isopropyl%20alcohol</td></tr><tr><td>Junta de Adquisiciones</td><td>Open-Ephys</td><td>N/A</td><td>https://open-ephys.org/acquisition-system/eux9baf6a5s8tid06hk1mw5aafjdz1</td></tr><tr><td>Ungüento de Bacitracina</td><td>Medline: Cosette Pharmaceuticals Inc</td><td>N/A</td><td>https://www.medline.com/product/Bacitracin-Ointment/Antibiotics/Z05-PF86957?question=bacitr</td></tr><tr><td>Pinza recta roma</td><td>Medline</td><td>N/A</td><td>https://www.medline.com/category/Central-Sterile/Surgical-Instruments/Forceps/Z05-CA16_02_20/products</td></tr><tr><td>Cera ósea</td><td>Medline</td><td>ETHW31G</td><td>https://www.medline.com/product/Ethicon-Bone-Wax/Bone-Wax/Z05-PF61528?question=bonewax</td></tr><tr><td>C& B Sistema de cemento adhesivo rápido Metabond</td><td>Parkell, Inc.</td><td>SKU: S380</td><td>https://www.parkell.com/C-B-Metabond-Quick-Adhesive-Cement-System</td></tr><tr><td>Clavamox</td><td>MWI Animal Health</td><td>N/A Solución</td><td></td></tr> para <tr><td>lentes de contacto</td><td>Bausch and lomb</td><td></td><td>Varias fuentes disponibles</td></tr><tr><td>Piezas impresas en 3D personalizadas</td><td>ProtoLab</td><td></td><td>https://marmolab.bcs.rochester.edu/resources.html</td></tr><tr><td>DB25-G2 DB25-G2 Conector de señal de puerto de enchufe macho de 25 pines</td><td>Varias fuentes</td><td>DB25-G2 25</td><td>DB25-G2 25 Pin Macho Enchufe Señal Puerto Terminal de 2 filas Placa de conexión Conector de tuerca</td></tr> de <tr><td>tornillo Accesorio de sierra de diamante para Dremel</td><td>Dremel</td><td>545 Diamond Wheel</td><td>https://www.dremel.com/us/en/p/545-26150545ab</td></tr><tr><td>Digitalizando Cabezales Etapas Intan</td><td></td><td>RHD 32channel (Parte #C3314)</td><td>https://intantech.com/RHD_headstages.html?tabSelect=RHD32ch&yPos=120.80 000305175781</td></tr><tr><td>EDOT</td><td>Sigma Aldrich Producto</td><td># 483028</td><td>https://www.sigmaaldrich.com/US/en/product/aldrich/483028</td></tr><tr><td>Helping Hands</td><td>Harbor Freight</td><td>N/A</td><td>https://www.harborfreight.com/helping-hands-60501.html</td></tr><tr><td>Gancho Clips Eléctricos Varias</td><td>Fuentes</td><td>N/A</td><td>Prueba de Gancho Cables de cable</td></tr><tr><td>Cables de interfaz (RHD 3 pies (0,9 m) cable SPI ultra delgado)</td><td>Intan</td><td>&nbsp; Parte #C3213</td><td>https://intantech.com/RHD_SPI_cables.html</td></tr><tr><td>Gato de laboratorio</td><td>Varias fuentes</td><td>N/A</td><td>https://www.amazon.com/Stainless-Steel-Scissor-Stand-Platform/dp/B07T8FM85H/ref=asc_df_B07T8FM85H/?tag=&linkCode=df0&hvadid=366343 827267& hvpos=& hvnetw=g& hvrand =2036619536500717246& hvpone =& hvptwo=& hvqmt=& hvdev=c& hv dvcmdl=& hvlocint=& hvlocphy=900 5674& hvtargid=pla-795933567991& ref=& adgrpid=71496544770& th=1</td></tr><tr><td>Meloxicam</td><td>MWI Animal Health</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Micro-drive</td><td>Crist Instrument</td><td>3-NRMD https://www.cristinstrument.com/products/microdrives/miniature-microdrive-3-nrmd</td><td></td></tr><tr><td>Matrices de silicio lineal multicanal con conector de 64 canales</td><td>NeuroNexus</td><td>A1x32-5mm-25-177</td><td>https://www.neuronexus.com/products/electrode-arrays/up-to-10-mm-depth/</td></tr><tr><td>Adaptador NanoZ Omentics- 32 canales</td><td>NeuraLynx</td><td>ADPT-NZ-N2T-32</td><td></td></tr><tr><td>https://neuralynx.com/hardware/adpt-nz-n2t-32 sistema NanoZ</td><td>Plexón</td><td>Probador de impedancia NanoZ</td><td>https://plexon.com/products/nanoz-impedance-tester/</td></tr> <tr><td>Micromanipulador Narishige</td><td>Micromanipulador estereotáxico</td><td>Narishige</td><td>https://usa.narishige-group.com/</td></tr> <tr><td>Open-Ephys GUI</td><td>Open-Ephys</td><td></td><td>https://open-ephys.org/</td></tr> <tr><td>Tubo de poliimida (OD (pulgadas): 0.021 / ID (pulgadas) 0.018 )</td> <td>Varias fuentes (Chamfr)</td><td>Chamfr Cat #</td><td>HPC01895 https://chamfr.com/sellers/teleflex-medical-oem-llc/</td></tr> <tr><td>Silla Primate</td><td>Hecho a medida por la Universidad de Rochester Diseños de taller de máquinas</td><td>en línea</td><td>https://marmolab.bcs.rochester.edu/resources.html</td></tr><tr><td>Poli(4-estirenosulfonato de sodio) (PSS)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>Producto # 243051</td><td>https://www.sigmaaldrich.com/US/en/product/aldrich/243051</td></tr><tr><td>Placa de interfaz USB RHD</td> Placa de evaluación <td>Intan</td><td>RHD2000 versión 1.0</td><td>https://intantech.com/RHD_USB_interface_board.html</td></tr><tr><td>Gel Silastic</td><td>World Precision Instruments</td><td># KWIK-SIL</td><td>Adhesivo de silicona de baja toxicidad ((https://www.wpiinc.com/kwik-sil-low-toxicity-silicone-adhesive)</td></tr><tr><td>Buprenorfina de liberación lenta</td><td>Farmacia</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Alambre de acero inoxidable calibre 36</td><td>McMaster & Carr</td><td>Cat# 6517K11</td><td>Alambre de acero inoxidable 304 multipropósito redondo para doblar y tirar, acabado mate, 1 pie de largo, 0.008" de diámetro</td></tr><tr><td>Juego de destornilladores de precisión Stanley de 6 piezas</td><td></td><td>Destornillador plano Stanley de 1,4 mm</td><td>https://www.amazon.com/Stanley-Tools-6-Piece-Precision-Screwdriver/dp/B076621ZGC/ref=sr_1_3?crid=237VSK5FNFP9N&keywords= Stanley+66-052& qid=1672764369& sprefix= stanley+66-052%2Caps%2C90& sr=8-3</td></tr><tr><td>Tornillos de acero</td><td>McMaster & Tornillos</td><td>hexagonales de acero inoxidable tipo Carr 00 y 1/8" de longitud</td><td>https://www.mcmaster.com/</td></tr> <tr><td>Tubo de acero</td><td>McMaster & Tubo de</td><td>acero inoxidable Carr calibre 28</td><td></td></tr> <tr><td>https://www.mcmaster.com/tubing/multipurpose-304-stainless-steel-6/id~0-055/ Superglue</td><td>Loctite</td><td>SuperGlue Gel Control https://www.loctiteproducts.com/en/products/fix/super-glue/loctite_super_gluegelcontrol.html</td><td></td></tr></tbody></table>

electrofisiología de la actividad cortical laminar en el tití común

Electrophysiology of Laminar Cortical Activity in the Common Marmoset

El mono tití proporciona un modelo ideal para examinar circuitos corticales laminares debido a su superficie cortical lisa, que facilita las grabaciones con matrices lineales. El tití ha crecido recientemente en popularidad debido a su organización funcional neuronal similar a la de otros primates y sus ventajas técnicas para el registro y la obtención de imágenes. Sin embargo, la neurofisiología en este modelo plantea algunos desafíos únicos debido al pequeño tamaño y la falta de circunvoluciones como puntos de referencia anatómicos. Mediante el uso de microunidades personalizadas, los investigadores pueden manipular la colocación de matrices lineales con una precisión submilimétrica y grabar de forma fiable en la misma ubicación retinotópica durante los días de grabación. Este protocolo describe la construcción paso a paso del sistema de posicionamiento de microaccionamiento y la técnica de registro neurofisiológico con guías de electrodos lineales de silicio. Con un control preciso de la colocación de los electrodos en las sesiones de grabación, los investigadores pueden atravesar fácilmente la corteza para identificar áreas de interés en función de su organización retinotópica y las propiedades de sintonización de las neuronas registradas. Además, utilizando este sistema de electrodos de matriz laminar, es posible aplicar un análisis de densidad de fuente de corriente (CSD) para determinar la profundidad de registro de las neuronas individuales. Este protocolo también muestra ejemplos de grabaciones laminares, incluidas las formas de onda de pico aisladas en Kilosort, que abarcan múltiples canales en las matrices.

Este protocolo describe cómo construir una etapa de electrodo X-Y (Figura 1) que permite la focalización submilimétrica de los sitios y mantiene un posicionamiento confiable en sesiones de grabación separadas. La fiabilidad del posicionamiento X-Y se ilustra en la Figura 6, que demuestra que dos sesiones de grabación realizadas con una semana de diferencia mostraron una superposición del 70,8% en sus ubicaciones medias de RF (Figura 6A</stro...

Los microaccionamientos personalizados permiten la focalización submilimétrica de los sitios de registro cortical con matrices de silicio lineales.

Electrofisiología de la actividad cortical laminar en el tití común

The marmoset monkey provides an ideal model for examining laminar cortical circuits due to its smooth cortical surface, which facilitates recordings with ...

El tití común plantea desafíos únicos para la neurofisiología debido a su pequeño tamaño y a la falta de giro como puntos de referencia anatómicos. Un ligero desplazamiento del electrodo de solo un milímetro puede provocar cambios significativos en el mapa de retinotopía. El sistema de microaccionamiento propuesto utiliza una etapa de electrodo XY que permite el movimiento vertical y horizontal en una escala submilimétrica.Debido a la relativa novedad del mono tití como modelo para el signo visual de las neuronas, las técnicas de electrofisiología de comportamiento despierto aún están evolucionando. Las preparaciones actuales a menudo utilizan sondas semicrónicas que no permiten el acceso a los mecanismos de posicionamiento. Este protocolo demuestra un microaccionamiento ligero para grabaciones de matriz lineal útiles, que permiten un posicionamiento flexible entre sesiones para mapear la retinotopía dentro de la cámara.El daño cortical a largo plazo se puede evitar en la preparación cuando se usa correctamente con el impulso seguro, la penetración lenta del tejido y la evitación de los vasos sanguíneos principales. Además, en esta técnica se ha optimizado el uso de silástico en las craneotomías para evitar infecciones.

electrophysiology-of-laminar-cortical-activity-in-the-common-marmoset

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Investigación

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Neurociencia

Una cuestión fundamental en nuestra comprensión de los circuitos corticales es cómo las redes en diferentes capas corticales codificar la información sensorial. Aquí se describe la utilización de técnicas electrofisiológicas de múltiples electrodos de contacto laminar para grabar unidades únicas y potenciales locales de campo y análisis de la actualidad para identificar a las capas corticales.

El examen de procesamiento de la red local usando multi-contacto laminar de grabación de electrodos

Hemos desarrollado una gama de electrocorticográfica todo cortical para el tití común que continuamente cubre casi toda la superficie lateral de la corteza, de los polos frontal y occipital polo a lo temporal. Este protocolo describe un procedimiento de implantación crónica de la matriz en el espacio epidural del cerebro tití.

Implantación crónica de todo cortical matriz electrocorticográfica en el tití común

Este trabajo presenta un protocolo para realizar una implantación estereoquirúrgica y neuroquirúrgica de matrices de microelectrodos en el marmoset común. Este método permite específicamente grabaciones electrofisiológicas en animales que se comportan libremente, pero se puede adaptar fácilmente a cualquier otra intervención neuroquirúrgica similar en esta especie (por ejemplo, cánula para administración de fármacos o electrodos para estimulación cerebral).

Cirugía estereotaxia para la implantación de matrices de microelectrodos en el Marmoset común (Jacchus Callithrix)

Aquí, describimos un método de cría manual para criar crías de tití en una incubadora de animales. Este método aumenta en gran medida la tasa de supervivencia de las crías de tití, lo que brinda la oportunidad de estudiar el desarrollo de las crías de tití con antecedentes genéticos similares criados en diferentes entornos postnatales.

Método de cría manual para titíes infantiles

Para estudiar la evolución del lenguaje, es importante comparar los mecanismos cerebrales de los humanos con los de los primates no humanos. Desarrollamos un método para medir de forma no invasiva la electroencefalografía (EEG) de animales despiertos. Nos permite comparar directamente los datos de EEG entre humanos y animales a largo plazo sin dañarlos.

Mediciones electroencefalográficas en titíes despiertos escuchando vocalizaciones conespecíficas 

Aquí, presentamos dos protocolos para el registro de microelectrocorticografía de alta densidad (μEcoG) en ratas y ratones, incluidos los métodos quirúrgicos, de implantación y de registro. Los registros de μECoG se realizan en combinación con el registro de politrodos laminares en la corteza auditiva de la rata o con la manipulación optogenética de la actividad neuronal en la corteza somatosensorial del ratón.

Investigaciones multiescala del procesamiento cortical mediante la integración de politrodos laminares y optogenética con microelectrocorticografía en roedores

Hemos desarrollado un método de traducción simultánea de imágenes de resonancia magnética funcional y de registro electrofisiológico en el cerebro de roedores, proporcionando una plataforma para la investigación de la relación entre la actividad neuronal y el nivel de oxigenación de la sangre depende de (BOLD) señal de resonancia magnética.

FMRI simultánea y electrofisiología en el cerebro de roedores

Una demostración de la fabricación y el uso de un electrodo de succión extracelular para medir los registros electrofisiológicos de los cables de la columna vertebral de roedores recién...

Médula Espinal Electrofisiología II: Fabricación de electrodos de aspiración extracelular

Este artículo describe un método electrofisiológico para aislar a la estimulación química sensilla individuales a través extracelular, punta-grabaciones en aceite mineral.

Electrofisiología del Escorpión Peg sensilla

Demostramos variaciones de la técnica de grabación extracelular de múltiples unidades para caracterizar el mal olor respuestas evocadas en las tres primeras etapas de la vía olfativa invertebrado. Estas técnicas se pueden adaptar fácilmente para examinar la actividad conjunto en otros sistemas neurales también.

Varias unidades Métodos de grabación para caracterizar la actividad neuronal en el Locust (<em&gt; Schistocerca americana</em&gt;) Circuitos olfativas

Aprende electrofisiología cortical laminar en titíes comunes despiertos usando un micro-drive personalizado con posicionamiento submilimétrico. Este método mejora el mapeo de la retinotopía y la calidad de las grabaciones neuronales.

Electrofisiología de la actividad cortical laminar en el tití común

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