Un réseau sans fil, Interface bidirectionnelle pour In Vivo d’enregistrement et la Stimulation de l’activité neuronale en comportement librement des Rats

L’objectif global de cette étude était de développer un dispositif télémétrique bidirectionnel permettant d’effectuer des enregistrements neuronaux multicanaux et une stimulation chez des rats se comportant librement. Ce nouvel appareil peut aider à répondre à des questions clés dans le domaine des neurosciences comportementales, telles que les relations causales entre les modèles d’activation cérébrale et le comportement. Afin de valider le système télémétrique, nous choisissons le colliculus inférieur comme neurostructure cible, car une réponse comportementale manifeste peut être provoquée par sa stimulation électrique.

Il est largement connu que la stimulation électrique du colliculus inférieur suscite des réponses comportementales conditionnées de type peur chez les rats, telles que la vigilance, le gel et le comportement de fuite. Nous avons supposé que le fait d’être en mesure d’obtenir un comportement aussi clair et sans équivoque constituerait un véritable défi pour notre système télémétrique. Le système télémétrique intégré se compose d’un étage de tête, d’une batterie, d’un récepteur et d’une unité de microélectrodes à implanter lors d’une chirurgie stéréotaxique.

Voici un système sans fil entièrement intégré que nous avons développé, qui se compose d’une électrode d’enregistrement unique, d’une tétrode, d’une électrode de stimulation, d’une carte de connexion à fibre d’électrode, de câbles de connexion flexibles, d’un fil de terre, d’une carte de connexion, d’un connecteur mâle ou femelle pour TWS, d’une unité de microélectrode TWS connectée au préamplificateur et d’un support pour la fixation à un cadre stéréotaxique. Pour commencer cette procédure, fixez et alignez horizontalement la tête de l’animal dans l’appareil stéréotaxique à l’aide de barres d’oreille et d’une barre d’incisive supérieure. Ensuite, rasez le champ opératoire à l’aide d’une tondeuse chirurgicale ou de ciseaux et stérilisez le cuir chevelu avec de la povidone iodée.

Placez un coussin chauffant sous l’animal pour éviter l’hypothermie et traitez son œil avec du dexpanthénol pour éviter qu’ils ne se dessèchent. Injectez ensuite la xylocaïne au centre du site chirurgical. Ensuite, faites une petite incision avec le scalpel pour exposer le crâne.

Séparez doucement la peau et éliminez les tissus résiduels. Ensuite, nettoyez soigneusement le crâne à l’aide de cotons-tiges enduits de peroxyde d’hydrogène. Par la suite, percez quatre petits dans le crâne pour la fixation des vis en acier inoxydable.

Ensuite, percez un trou d’environ sept millimètres dans le crâne au-dessus de la zone cible pour la fixation de l’unité d’électrode. Connectez l’unité de microélectrode et le porte-électrode au préamplificateur qui est fixé au micromanipulateur stéréotaxique. Absorbez le sang avec des cotons-tiges.

Ensuite, introduisez verticalement l’unité de microélectrode jusqu’à ce que les pointes atteignent la zone cible. Positionnez le câble de terre le long des vis en acier inoxydable et sous la peau. Après cela, ajustez soigneusement l’électrode avec le micromanipulateur jusqu’à ce qu’elle atteigne une zone de neurones actifs dans la structure cible.

Pendant ce temps, surveillez l’activité des pointes et détectez l’activité neuronale avec le rapport signal/bruit adapté au tri des pointes. Ensuite, fixez l’unité de microélectrode au crâne avec de la colle ultraviolette. Couvrez les vis et le câble de terre avec de la résine acrylique.

Après cela, débranchez l’unité de microélectrode du porte-électrode. Couvrez la plaque de contact et les petits câbles avec de la résine acrylique. Retirez délicatement le clou du cadre stéréotaxique et débranchez le préamplificateur de l’unité de microélectrode.

Connectez ensuite la protection du capuchon sur l’unité de microélectrode implantée et déconnectez-la uniquement pendant les procédures expérimentales. Surveiller le bien-être des animaux et remplir une feuille de score tous les jours jusqu’à la fin des expériences. Gardez les rats individuellement dans la cage domestique pendant au moins un jour après l’opération pour permettre la récupération, puis hébergez les rats par paires.

Les cages simples doivent être recouvertes de hauts couvercles en acrylique. Évitez les couvercles conventionnels en grille métallique, car les implants peuvent se coincer et devenir endommagés ou instables avec le temps. Ouvrez le logiciel TWS et connectez l’émetteur-récepteur au port USB de l’ordinateur.

L’émetteur-récepteur peut être placé à moins de cinq mètres au-dessus de l’animal. Une fois qu’aucune barrière métallique n’est introduite entre l’émetteur-récepteur et l’étage de tête de l’animal, le TWS est applicable à un large éventail de tâches comportementales. Connectez la batterie au sommet de la scène.

Assurez-vous qu’un voyant vert s’allume dans la tête pendant que la batterie y est connectée. Connectez ensuite l’étage de tête directement à la microélectrode implantée. En tant que tests comportementaux exemplaires, nous utilisons le champ ouvert pour la mesure de l’activité comportementale générale et le labyrinthe plus élevé, un test standard pour évaluer le comportement de type anxiété chez les rats.

Pour le test en plein champ, placez le rat au centre du champ ouvert. Laissez le rat explorer l’appareil pendant au moins cinq minutes. Appuyez sur le bouton de connexion pour connecter l’ordinateur hôte au système télémétrique.

Le statut doit passer de hors ligne à en ligne. Sélectionnez le menu de réglage des paramètres de stimulus. Sélectionnez les paramètres du générateur de stimulation en fonction de votre expérience de stimulation.

Par exemple, l’amplitude d’impulsion un, l’amplitude d’impulsion deux, la fréquence d’impulsion et la fréquence d’entraînement. Si tous les paramètres de stimulation sont réglés sur les valeurs requises, déplacez la souris sur Stimulus Start et appuyez sur le bouton Stimulus Start. Déplacez le pointeur de la souris sur le bouton Affichage du graphique de démarrage.

Déplacez le pointeur de la souris sur le menu Affichage graphique pour sélectionner les graphiques permettant d’afficher le signal de stimulation. Pour le test du labyrinthe plus surélevé, le labyrinthe plus utilisé dans ces expériences est en acrylique gris et se compose de deux bras ouverts et de deux bras fermés qui s’étendent à partir d’une plate-forme centrale élevée à 50 centimètres au-dessus du sol. Placez le taux au centre et dans le labyrinthe face à un bras ouvert.

Laissez-le explorer librement l’appareil pendant cinq minutes. Appuyez sur le bouton de connexion pour connecter l’ordinateur hôte au système télémétrique. Le statut doit passer de hors ligne à en ligne.

La force de communication et la capacité restante de la batterie sont affichées par la barre verte dans le coin supérieur gauche. Appuyez sur le menu de configuration pour afficher les options du graphique. Sélectionnez le menu du chemin d’accès au fichier pour entrer le nom du fichier et le chemin d’accès où les données enregistrées doivent être stockées.

Appuyez sur Enregistrer pour enregistrer le nom et le chemin d’accès du fichier. Appuyez sur start screen pour démarrer l’affichage des signaux détectés des quatre canaux d’enregistrement. Faites attention au fait que les signaux enregistrés ne sont pas encore enregistrés.

Sélectionnez le gain de l’amplificateur de tête TWS intégré. Démarrez le moniteur audio en appuyant sur la flèche verte et sélectionnez un seuil de signal à l’aide du curseur pour réduire le bruit de fond et afficher acoustiquement les pics enregistrés. Appuyez sur le bouton d’enregistrement rouge dans le menu d’enregistrement.

Lorsque vous appuyez sur le bouton d’enregistrement, le signal enregistré est stocké sur le disque dur. Le signal enregistré s’affiche en continu sur le côté droit. Voici les performances d’enregistrement du TWS avec une seule électrode d’enregistrement bipolaire implantée dans le colliculus inférieur.

Ensuite, déconnectez l’étage de tête de l’unité de microélectrode implantée et connectez la protection du capuchon. Ensuite, remettez le rat dans sa cage d’origine. L’activité multi-unités extracellulaire a été successivement enregistrée dans le colliculus inférieur à partir de la même électrode implantée à l’aide de TWS et d’un système d’enregistrement attaché conventionnel.

Cette figure montre des données brutes représentatives enregistrées à l’aide des deux systèmes alors que l’animal se déplaçait librement dans un champ ouvert. Ici, la comparaison directe des signaux suggère des formes d’onde de pointe et des niveaux de bruit similaires. Ici, nous avons présenté notre système d’enregistrement et de stimulation sans fil pour les études électrophysiologiques et comportementales chez des animaux se déplaçant librement.

Notre approche présente plusieurs avantages par rapport aux approches existantes. Tout d’abord, ce système utilise un seul étage de tête portable. Il le conserve avec un préamplificateur et une batterie rechargeable.

L’étage de tête est léger et compact, pesant 12 grammes, batterie comprise. Deuxièmement, il a été bien toléré par les animaux et pour cela, il peut être utilisé pour remplacer le système attaché car il ne restreint pas la mobilité de l’animal. Troisièmement, grâce à l’enregistrement bidirectionnel simultané et à la stimulation de l’activité neuronale, ce système fournit un outil sophistiqué pour évaluer les relations causales entre des modèles spécifiques d’activation cérébrale et le comportement.

Enfin, nous avons développé une unité de microélectrodes implantable de manière chronique qui peut être facilement implantée lors d’une chirurgie stéréotaxique conventionnelle. Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la façon d’implanter l’unité de microélectrodes et d’effectuer une stimulation électrique et des enregistrements neuronaux extracellulaires. Le système télémétrique est un outil utile pour étudier les mécanismes de stimulation cérébrale.

Le système télémétrique est un outil important qui peut être combiné avec un large éventail de tests de comportement afin d’étudier comment l’activité électrique dans des circuits neuronaux définis génère certaines formes de comportement, une quête fondamentale des neurosciences.