El implante DREAM: un sistema de implantes ligero, modular y rentable para la electrofisiología crónica en ratones de cabeza fija y de comportamiento libre

Nuestra investigación utiliza tareas de realidad virtual y electrofisiología crónica en ratones y macacos para estudiar la toma de decisiones naturalista y el aprendizaje de reglas. Nos centramos en las interacciones entre la corteza cingulada anterior y las regiones sensoriales como la corteza visual. Y este enfoque tiene como objetivo comprender las estrategias computacionales específicas de la especie o generalizables en comportamientos dirigidos a objetivos.

Creo que, como campo, estamos empezando a reconocer que si realmente queremos entender la computación neuronal, tenemos que hacerlo mientras los animales se involucran en comportamientos que son significativos y naturales para ellos. Por lo tanto, si también queremos registrar la actividad neuronal al mismo tiempo, lo que necesitamos son implantes que sean robustos y cómodos de usar para nuestros animales. Técnicamente, creo que el mayor desafío sigue siendo obtener grabaciones neuronales de alto rendimiento mientras los animales participan en comportamientos complejos.

Y en general, creo que es muy importante que la electrofisiología sea más accesible para los laboratorios que tal vez tengan menos fondos o menos recursos técnicos, de modo que podamos nivelar el campo de juego para que las grandes ideas se conviertan en grandes experimentos, sin importar en qué laboratorio trabajes. Nuestro laboratorio compara directamente las mediciones neuronales y conductuales de ratones y monos que realizan exactamente las mismas tareas de búsqueda de alimento en un entorno virtual naturalista. Y al hacer eso, lo que descubrimos es que en realidad gran parte de la dinámica computacional y los estados de comportamiento que experimentan son directamente los mismos.

El implante DREAM es la combinación de las ventajas que ya existen en el campo. Es ligero y compacto, a la vez que modular, flexible en la colocación de electrodos y cuenta con un microaccionamiento recuperable, lo que reduce el coste experimental. Para comenzar, suelde un zócalo de cola de soldadura de 0.05 pulgadas al cable de tierra de la sonda de silicona.

Gire el tornillo del cuerpo del microaccionamiento de modo que la lanzadera del microaccionamiento quede completamente retraída hacia arriba. Coloque el microdrive horizontalmente en el soporte del microdrive. Coloque un pequeño trozo de masilla adhesiva en el soporte del microdrive.

Luego, coloque una pequeña gota de yeso de silicona en la lanzadera. Coloque la sonda con el cable flexible en la lanzadera del microdrive. A continuación, tire suavemente del cable flexible hacia la parte superior del microdrive hasta que el borde inferior del cable se encuentre con el borde inferior de la lanzadera del microdrive.

Coloque el conector de la etapa principal de la sonda en la masilla adhesiva en la parte superior del soporte. Utilice una aguja de calibre 27 o un microcepillo, para aplicar una pequeña gota de pegamento de cianoacrilato entre el cuerpo del electrodo y la lanzadera, evitando el cable flexible. Fije el amplificador al anillo de la corona con yeso de silicona.

A continuación, conecte el cable flexible al amplificador y cubra la conexión y el cable con una fina capa de yeso de silicona. Fije el recorte de malla de cobre a la jaula de Faraday con pequeñas gotas de resina epoxi. Para comenzar, coloque todos los instrumentos quirúrgicos estériles en la plataforma de trabajo estéril.

Desinfecte el área afeitada del ratón anestesiado varias veces con un desinfectante a base de yodo y alcohol con hisopos de algodón. Coloque el mouse en un marco estereotáctico usando barras para los oídos y un soporte para la nariz. Realice un pellizco en la pata para confirmar la profundidad de la anestesia.

Con unas tijeras quirúrgicas pequeñas, corte una abertura en forma de almendra en la piel en la parte superior del cráneo, que llegue desde la parte posterior de la sutura lambda hasta entre los ojos. Continúe cortando para eliminar la membrana subcutánea y el periostio. Luego, rasque el cráneo con una hoja de bisturí para eliminar el tejido blando de la membrana.

Rasca con cuidado en un patrón entrecruzado con la punta del bisturí al revés para hacer áspera la superficie del cráneo. Alterna entre una hoja de bisturí y bastoncillos de algodón estériles para rascar suavemente y apartar los músculos del cuello unidos a los lados de la sutura lambda hasta que los músculos se empujen hacia el borde del cráneo en la parte superior del cerebelo. Use una jeringa de 1 mililitro para aplicar una pequeña gota de pegamento de cianoacrilato entre la piel y los bordes del cráneo.

Aplique imprimación de cemento dental en el cráneo para una mayor adherencia y endurezca con luz ultravioleta. Encuentre la ubicación objetivo para la implantación de la sonda en relación con bregma o lambda y delinee la craneotomía a su alrededor con un marcador quirúrgico. Asegure la placa de la cabeza en el cráneo con cemento dental.

Con un taladro dental, perfore un pequeño orificio de rebaba del ancho de los alfileres del cabezal sobre las áreas del cerebro. Gotee la solución salina estéril sobre la craneotomía con una jeringa y retírela con toallitas que no se desprendan. Inserte suavemente un clavo de tierra en cada craneotomía y aplique cemento alrededor de los clavos del cabezal.

Luego, perfora el contorno de una craneotomía más grande moviéndote alrededor del borde con movimientos constantes. Para probar la resistencia de la porción perforada del hueso, empuje suavemente con pinzas finas. Coloque el microdrive con sonda de silicona en el soporte del microdrive.

Incline el brazo estereotástico para alcanzar el área cerebral deseada. Coloque el anillo de corona con el amplificador adjunto en las tres clavijas verticales en la parte posterior del soporte del microdrive. Baje el microdrive hasta aproximadamente 0,5 milímetros de la craneotomía, luego use pinzas para conectar las clavijas de tierra o del cabezal de referencia.

Coloque el brazo estereotáctico con el microimpulsor sobre la craneotomía. Baje el micromotor hasta que el vástago de la sonda toque la duramadre en el área objetivo. Cemente la base del microdrive en su lugar.

Cubre el espacio entre la base y el cráneo con cemento dental. Luego, baje la sonda de silicona sobre el cerebro. Cuando los vástagos de la sonda toquen el cerebro, baje rápidamente la sonda aproximadamente 250 micrómetros.

Una vez que la sonda haya atravesado la superficie de la corteza, bájela a un ritmo más lento. Con una jeringa de 1 mililitro, dispense una pequeña gota de elastómero de silicona en la craneotomía. Cubra el elastómero de silicona con una mezcla igual de cera de hueso y aceite mineral.

Cuando el cemento dental esté solidificado, afloje el soporte del microdrive con una llave Allen. Retraiga suavemente el soporte aproximadamente 1 centímetro, de modo que el microdrive quede independiente y el amplificador o conector de la sonda permanezca fijo al soporte del implante sin estirar el cable flexible. Coloque la corona prefabricada y la malla de Faraday alrededor de la placa principal estirando la jaula en la abertura y colocándola horizontalmente sobre el cable microdrive y flex.

Luego, fíjelo en la placa de la cabeza con cemento dental. Coloque el anillo de corona de Faraday con conector de sonda o cabezal sobre la corona, alineando el soporte integrado para el amplificador de sonda o conector con el área marcada por una X sangrada en la corona de Faraday. Asegure el anillo a la jaula de Faraday con una gota de cemento dental en cada unión del anillo de radios.

Una vez asegurado, retraiga completamente el brazo estereotáctico con el soporte de microdrive. Conecte el amplificador o conector de la sonda al hardware de grabación e inicie una grabación de señal neuronal. Si la sonda aún no ha alcanzado su ubicación objetivo, gire lentamente el tornillo del microimpulsor en sentido contrario a las agujas del reloj para bajar la sonda mientras monitorea las señales neuronales.

Cuando los potenciales de campo neurolocal sean visibles a través de la sonda, finalice la grabación de la prueba y desconecte el conector de la cabecera. Cubra la jaula de Faraday con una envoltura veterinaria autoadhesiva.