Enregistrements simultanés des potentiels corticaux champ Local, électrocardiogramme, électromyogramme et respiration rythmique d’un Rat librement mobile

L’objectif global de cette implantation chirurgicale d’électrodes est d’enregistrer simultanément les signaux bioélectriques centraux et périphériques d’un rat se déplaçant librement. Cette méthode peut aider à répondre à des questions clés dans le domaine des neurosciences, telles que la mémoire, la cognition, les émotions et les interactions cerveau-corps. Le principal avantage de cette technique est qu’un seul appareil d’enregistrement recueille tous les signaux bioélectriques d’un large éventail de zones du corps.

Nous avons eu l’idée de cette méthode lorsque nous avons remarqué que les activités musculaires et cardiaques sont toutes deux représentées par des signaux électriques similaires aux signaux extracellulaires du cerveau. Nous avons donc considéré que tous les signaux pouvaient être enregistrés par un seul appareil d’enregistrement multicanal. Pour commencer, préparez un réseau de micro-disques standard pour les enregistrements LFP corticaux.

Laissez au moins six trous métalliques ouverts sur une carte d’interface d’électrode pour les canaux de signalisation. Ensuite, faites six longueurs de fil Bioflex de cinq centimètres pour transporter les signaux. Décollez environ cinq millimètres de revêtement PFTE aux deux extrémités.

Ensuite, connectez un fil à chaque trou métallique de la carte à l’aide d’une broche dorée. Ensuite, faites deux longueurs de fil d’émail de cinq centimètres et soudez-les aux deux canaux de terre/référence de la carte. Pour fabriquer les électrodes ECG, coupez deux longueurs de 16 centimètres de fil Bioflex et décollez les 0,5 millimètres de revêtement d’une extrémité et les 15 millimètres de revêtement de l’autre extrémité.

Ensuite, formez chaque longue section dénudée en un cercle de deux millimètres de diamètre et fixez la boucle avec de la soudure. Pour fabriquer les électrodes EMG, coupez deux longueurs de huit centimètres de fil Bioflex et décollez environ cinq millimètres de revêtement aux deux extrémités. Pour fabriquer les électrodes BR, coupez deux longueurs de six centimètres de fil Bioflex et décollez environ cinq millimètres de revêtement des deux extrémités de chaque fil.

Pour chacune des deux électrodes BR, soudez une extrémité de chaque fil à la tête d’une vis en acier inoxydable. Pour fabriquer les électrodes de terre/de référence, coupez deux longueurs de fil d’émail de six centimètres. Pour chacune des deux électrodes de référence à la terre, soudez une extrémité du fil à une vis légèrement plus grande.

Stérilisez maintenant toutes les électrodes, puis manipulez-les dans des conditions stériles. Pour commencer, fixez un rat anesthésié sur le dos sur un coussin chauffant plat. Fournissez de la buprénorphine comme analgésique et appliquez une pommade ophtalmique pour prévenir la sécheresse.

Ensuite, nettoyez la poitrine et le cou avec des gommages alternés à l’éthanol à 70 % et à la bétadine. Ensuite, drapez l’animal pour ne laisser que la poitrine exposée. Tout d’abord, implantez les électrodes ECG.

Commencez par une incision de deux centimètres dans la région médiale de la poitrine. Ensuite, exposez les muscles intercostaux en séparant les muscles de la poitrine. Maintenant, suturez les anneaux des électrodes ECG aux muscles intercostaux.

Faites-le fermement pour que les électrodes soient très sécurisées et qu’il y ait un rapport signal/bruit élevé. Ensuite, faites une incision d’un centimètre dans la région dorsale du cou et tunnelisez les électrodes ECG par voie sous-cutanée jusqu’à l’incision, en laissant un relâchement du fil sous la peau pour minimiser le stress physique au niveau de l’électrode. Ensuite, la suture a fermé l’incision thoracique.

Ensuite, repositionnez et fixez l’animal pour fixer les électrodes EMG. Insérez une extrémité de chaque électrode par voie sous-cutanée d’environ un centimètre dans l’incision du cou et dans les muscles du cou. Ensuite, suturez ces électrodes en place.

Après l’implantation des électrodes, fixez le rat à un dispositif stéréotaxique. Ensuite, rasez et nettoyez le crâne, et commencez l’implantation du réseau par une incision de trois centimètres le long de la ligne médiane, du point entre les yeux et le cou. À l’aide d’une perceuse à grande vitesse, faites une paire de craniotomies circulaires d’un diamètre de 0,7 à 1,0 millimètre au-dessus du bulbe olfactif, qui est de 11,0 millimètres en avant et d’un millimètre bilatéral par rapport au bregma.

Ensuite, implantez les deux électrodes BR juste assez profondément pour que les extrémités des vis entrent en contact avec le cerveau, qui se trouve à environ deux millimètres de profondeur. Utilisez entre six et huit tours complets de la vis. Ensuite, faites une autre paire de craniotomies au-dessus du cortex frontal, 2,7 millimètres en avant et 2,7 millimètres bilatérales au bregma.

Dans ces trous, fixez les deux électrodes de terre/de référence de sorte qu’elles entrent également en contact avec le cerveau à environ 1,6 millimètre de profondeur. Cela prend quatre à cinq tours complets de la vis. Maintenant, prévoyez une grande craniotomie circulaire d’un diamètre d’environ 2,0 millimètres au-dessus de l’hippocampe, 3,8 millimètres en arrière et 2,5 millimètres bilatéral par rapport au bregma.

Ensuite, faites six à huit trous de 1,0 millimètre dans la zone qui entourera la craniotomie. Dans chacun de ces trous, implantez les vis d’ancrage. Ensuite, faites la craniotomie prévue entre les vis.

Au-dessus du grand trou, positionnez le réseau de micro-entraînement intégratif de manière à ce que l’extrémité de la canule soit juste au-dessus de la grande craniotomie. Remplissez l’espace entre l’extrémité de la canule et la surface du cerveau avec environ 100 microlitres d’époxy en deux parties. Au cours des cinq prochaines minutes, laissez le mélange se transformer en un gel transparent.

Ensuite, couvrez la canule, les électrodes BR, les électrodes de terre/de référence et les vis d’ancrage avec du ciment dentaire. Appliquez environ cinq millimètres de ciment sans couvrir les extrémités ouvertes du BR ou des électrodes de terre/de référence. Maintenant, soudez toutes les extrémités ouvertes des électrodes à l’endroit où elles se connectent à la carte.

Ensuite, couvrez la partie inférieure du réseau de micro-entraînement intégratif et tous les fils d’électrode avec du ciment dentaire. Il est important de couvrir complètement les fils d’électrodes afin que le rat ne puisse pas les gratter après l’implantation. Maintenant, laissez le rat se rétablir.

Après avoir repris suffisamment de conscience pour maintenir la position couchée sternale, hébergez-le seul sans aucun compagnon de cage et donnez-lui un accès libre à la nourriture et à l’eau. Après l’opération, faites avancer progressivement les tétrodes en avançant les vis quotidiennement. Une fois que les tétrodes sont adjacentes aux zones cérébrales cibles, laissez-les se stabiliser pendant plusieurs jours, au cours desquels les signaux se stabiliseront.

En utilisant les méthodes décrites, les signaux bioélectriques du cerveau, du cœur, des poumons et des muscles squelettiques peuvent être capturés simultanément et corrélés. Par exemple, un rat se déplaçant librement et se nourrissant fournit un ensemble de données avec des transitions entre les états actif et repos. Un spectre de puissance a été calculé à partir d’une trace LFP hippocampique à l’aide de l’analyse des ondelettes.

Le signal BR enregistré à partir de la surface du bulbe olfactif a été utilisé pour estimer grossièrement les changements relatifs des fréquences respiratoires, tels que ceux qui se produisent lors du comportement de reniflement exploratoire. Une fois maîtrisée, cette technique peut être réalisée en trois heures si elle est correctement exécutée. Après son développement, cette technique a ouvert la voie aux chercheurs dans le domaine des neurosciences pour explorer la relation entre les organes centraux et périphériques avec une haute résolution temporelle chez les rongeurs.