Name: שתל כונן קל משקל לרישומי טטרוד כרוניים בעכברים צעירים (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-06-02T15:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 34 s
Description: למדו שיטת רישום חשמלי כרוני במוח עכברים צעירים באמצעות מיקרו-דרייב קל משקל. טכניקה זו מאפשרת מעקב אחר פעילות רשתות עצביות ומנגנוני הפרעות נוירו-התפתחותיות.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

עבודה זו נתמכה על ידי המכונים הלאומיים לבריאות R01 NS104829 (B.E.P.), R01 MH117149 (L.J.V.), ו- F99NS12053 (L.D.Q.) ופרס UT Southwestern GSO Endowment Award (R.J.P. ו- L.D.Q). המחברים מודים לג'ני סקאריה (בית הספר לרוקחות של המרכז למדעי הבריאות באוניברסיטת טקסס טק) על הסיוע הטכני ולד"ר ברנדון ווטסון (אוניברסיטת מישיגן) על הצעות מתודולוגיות.

שתל מיקרו-דרייב לרישום פעילות עצבית יומיומית בעכברים צעירים

<ol><li>Konrad, K., Firk, C., Uhlhaas, P. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Brain+development+during+adolescence%5BTitle%5D)+AND+%22Deutsches+Arzteblatt+International%22%5BJournal%5D)">Brain development during adolescence.</a> Deutsches Arzteblatt International. 110 (25), 425-431 (2013).</li>
<li>Silbereis, J. C., Pochareddy, S., Zhu, Y., Li, M., Sestan, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+cellular+and+molecular+landscapes+of+the+developing+human+central+nervous+system%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">The cellular and molecular landscapes of the developing human central nervous system.</a> Neuron. 89 (2), 248-268 (2016).</li>
<li>Semple, B. D., Blomgren, K., Gimlin, K., Ferriero, D. M., Noble-Haeusslein, L. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Brain+development+in+rodents+and+humans%3A+Identifying+benchmarks+of+maturation+and+vulnerability+to+injury+across+species%5BTitle%5D)+AND+%22Progress+in+Neurobiology%22%5BJournal%5D)">Brain development in rodents and humans: Identifying benchmarks of maturation and vulnerability to injury across species.</a> Progress in Neurobiology. 106-107, 1-16 (2013).</li>
<li>Volk, L., Chiu, S. -L., Sharma, K., Huganir, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Glutamate+synapses+in+human+cognitive+disorders%5BTitle%5D)+AND+%22Annual+Review+of+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Glutamate synapses in human cognitive disorders.</a> Annual Review of Neuroscience. 38, 127-149 (2015).</li>
<li>Lord, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Autism+spectrum+disorder%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Reviews+Disease+Primers%22%5BJournal%5D)">Autism spectrum disorder.</a> Nature Reviews Disease Primers. 6, 5(2020).</li>
<li>McCutcheon, R. A., Reis Marques, T., Howes, O. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Schizophrenia+-+An+overview%5BTitle%5D)+AND+%22JAMA+Psychiatry%22%5BJournal%5D)">Schizophrenia - An overview.</a> JAMA Psychiatry. 77 (2), 201-210 (2020).</li>
<li>Hopfield, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neural+networks+and+physical+systems+with+emergent+collective+computational+abilities%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences+of+the+United+States+of+America%22%5BJournal%5D)">Neural networks and physical systems with emergent collective computational abilities.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 79 (8), 2554-2558 (1982).</li>
<li>Heeger, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Theory+of+cortical+function%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences+of+the+United+States+of+America%22%5BJournal%5D)">Theory of cortical function.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 114 (8), 1773-1782 (2017).</li>
<li>Pouget, A., Dayan, P., Zemel, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Information+processing+with+population+codes%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Reviews+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Information processing with population codes.</a> Nature Reviews Neuroscience. 1, 125-132 (2000).</li>
<li>Averbeck, B. B., Latham, P. E., Pouget, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neural+correlations%2C+population+coding+and+computation%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Reviews+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Neural correlations, population coding and computation.</a> Nature Reviews Neuroscience. 7 (5), 358-366 (2006).</li>
<li>Bey, A. L., Jiang, Y. -H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Overview+of+mouse+models+of+autism+spectrum+disorders%5BTitle%5D)+AND+%22Current+Protocols+in+Pharmacology%22%5BJournal%5D)">Overview of mouse models of autism spectrum disorders.</a> Current Protocols in Pharmacology. 66, 1-26 (2014).</li>
<li>Kazdoba, T. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Translational+mouse+models+of+autism%3A+Advancing+toward+pharmacological+therapeutics%5BTitle%5D)+AND+%22Current+Topics+in+Behavioral+Neurosciences%22%5BJournal%5D)">Translational mouse models of autism: Advancing toward pharmacological therapeutics.</a> Current Topics in Behavioral Neurosciences. 28, 1-52 (2016).</li>
<li>Mendoza, M. L., Quigley, L. D., Dunham, T., Volk, L. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((KIBRA+regulates+activity-induced+AMPA+receptor+expression+and+synaptic+plasticity+in+an+age-dependent+manner%5BTitle%5D)+AND+%22iScience%22%5BJournal%5D)">KIBRA regulates activity-induced AMPA receptor expression and synaptic plasticity in an age-dependent manner.</a> iScience. 25 (12), 105623(2022).</li>
<li>Bernardet, M., Crusio, W. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fmr1+KO+mice+as+a+possible+model+of+autistic+features%5BTitle%5D)+AND+%22The+Scientific+World+Journal%22%5BJournal%5D)">Fmr1 KO mice as a possible model of autistic features.</a> The Scientific World Journal. 6, 1164-1176 (2006).</li>
<li>Weaving, L. S., Ellaway, C. J., Gécz, J., Christodoulou, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rett+syndrome%3A+Clinical+review+and+genetic+update%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Medical+Genetics%22%5BJournal%5D)">Rett syndrome: Clinical review and genetic update.</a> Journal of Medical Genetics. 42 (1), 1-7 (2005).</li>
<li>Krawczyk, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hippocampal+hyperexcitability+in+fetal+alcohol+spectrum+disorder%3A+Pathological+sharp+waves+and+excitatory%2Finhibitory+synaptic+imbalance%5BTitle%5D)+AND+%22Experimental+Neurology%22%5BJournal%5D)">Hippocampal hyperexcitability in fetal alcohol spectrum disorder: Pathological sharp waves and excitatory/inhibitory synaptic imbalance.</a> Experimental Neurology. 280, 70-79 (2016).</li>
<li>Jaramillo, T. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Altered+striatal+synaptic+function+and+abnormal+behaviour+in+Shank3+exon4-9+deletion+mouse+model+of+autism%5BTitle%5D)+AND+%22Autism+Research%22%5BJournal%5D)">Altered striatal synaptic function and abnormal behaviour in Shank3 exon4-9 deletion mouse model of autism.</a> Autism Research. 9 (3), 350-375 (2016).</li>
<li>Suh, J., Foster, D. J., Davoudi, H., Wilson, M. A., Tonegawa, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Impaired+hippocampal+ripple-associated+replay+in+a+mouse+model+of+schizophrenia%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">Impaired hippocampal ripple-associated replay in a mouse model of schizophrenia.</a> Neuron. 80 (2), 484-493 (2013).</li>
<li>Altimus, C., Harrold, J., Jaaro-Peled, H., Sawa, A., Foster, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Disordered+ripples+are+a+common+feature+of+genetically+distinct+mouse+models+relevant+to+schizophrenia%5BTitle%5D)+AND+%22Molecular+Neuropsychiatry%22%5BJournal%5D)">Disordered ripples are a common feature of genetically distinct mouse models relevant to schizophrenia.</a> Molecular Neuropsychiatry. 1 (1), 52-59 (2015).</li>
<li>Marcotte, E. R., Pearson, D. M., Srivastava, L. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Animal+models+of+schizophrenia%3A+A+critical+review%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Psychiatry+and+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Animal models of schizophrenia: A critical review.</a> Journal of Psychiatry and Neuroscience. 26 (5), 395-410 (2001).</li>
<li>Makuch, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Regulation+of+AMPA+receptor+function+by+the+human+memory-associated+gene+KIBRA%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">Regulation of AMPA receptor function by the human memory-associated gene KIBRA.</a> Neuron. 71 (6), 1022-1029 (2011).</li>
<li>Dutta, S., Sengupta, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Men+and+mice%3A+Relating+their+ages%5BTitle%5D)+AND+%22Life+Sciences%22%5BJournal%5D)">Men and mice: Relating their ages.</a> Life Sciences. 152, 244-248 (2016).</li>
<li>Kloosterman, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Micro-drive+array+for+chronic+in+vivo+recording%3A+Drive+fabrication%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">Micro-drive array for chronic in vivo recording: Drive fabrication.</a> Journal of Visualized Experiments. (26), e1094(2009).</li>
<li>Buzsáki, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Large-scale+recording+of+neuronal+ensembles%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Large-scale recording of neuronal ensembles.</a> Nature Neuroscience. 7 (5), 446-451 (2004).</li>
<li>Farooq, U., Dragoi, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Emergence+of+preconfigured+and+plastic+time-compressed+sequences+in+early+postnatal+development%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Emergence of preconfigured and plastic time-compressed sequences in early postnatal development.</a> Science. 363 (6423), 168-173 (2019).</li>
<li>Langston, R. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+of+the+spatial+representation+system+in+the+rat%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Development of the spatial representation system in the rat.</a> Science. 328 (5985), 1576-1580 (2010).</li>
<li>Wills, T. J., Cacucci, F., Burgess, N., O'Keefe, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+of+the+hippocampal+cognitive+map+in+preweanling+rats%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Development of the hippocampal cognitive map in preweanling rats.</a> Science. 328 (5985), 1573-1576 (2010).</li>
<li>Bjerknes, T. L., Moser, E. I., Moser, M. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Representation+of+geometric+borders+in+the+developing+rat%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">Representation of geometric borders in the developing rat.</a> Neuron. 82 (1), 71-78 (2014).</li>
<li>Bjerknes, T. L., Dagslott, N. C., Moser, E. I., Moser, M. -B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Path+integration+in+place+cells+of+developing+rats%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences%22%5BJournal%5D)">Path integration in place cells of developing rats.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 115 (7), E1637-E1646 (2018).</li>
<li>Jansen, N. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Impaired+%CE%B8-%CE%B3+coupling+indicates+inhibitory+dysfunction+and+seizure+risk+in+a+Dravet+syndrome+mouse+model%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Impaired θ-γ coupling indicates inhibitory dysfunction and seizure risk in a Dravet syndrome mouse model.</a> Journal of Neuroscience. 41 (3), 524-537 (2021).</li>
<li>Nguyen, D. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Micro-drive+array+for+chronic+in+vivo+recording%3A+Tetrode+assembly%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">Micro-drive array for chronic in vivo recording: Tetrode assembly.</a> Journal of Visualized Experiments. (26), e1098(2009).</li>
<li>Voigts, J., Siegle, J., Pritchett, D. L., Moore, C. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+flexDrive%3A+An+ultra-light+implant+for+optical+control+and+highly+parallel+chronic+recording+of+neuronal+ensembles+in+freely+moving+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Systems+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">The flexDrive: An ultra-light implant for optical control and highly parallel chronic recording of neuronal ensembles in freely moving mice.</a> Frontiers in Systems Neuroscience. 7, 8(2013).</li>
<li>Voigts, J., Newman, J. P., Wilson, M. A., Harnett, M. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+easy-to-assemble%2C+robust%2C+and+lightweight+drive+implant+for+chronic+tetrode+recordings+in+freely+moving+animals%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neural+Engineering%22%5BJournal%5D)">An easy-to-assemble, robust, and lightweight drive implant for chronic tetrode recordings in freely moving animals.</a> Journal of Neural Engineering. 17 (2), 026044(2020).</li>
<li>Guardamagna, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Hybrid+Drive%3A+A+chronic+implant+device+combining+tetrode+arrays+with+silicon+probes+for+layer-resolved+ensemble+electrophysiology+in+freely+moving+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neural+Engineering%22%5BJournal%5D)">The Hybrid Drive: A chronic implant device combining tetrode arrays with silicon probes for layer-resolved ensemble electrophysiology in freely moving mice.</a> Journal of Neural Engineering. 19 (3), (2022).</li>
<li>Yamamoto, J., Wilson, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Large-scale+chronically+implantable+precision+motorized+microdrive+array+for+freely+behaving+animals%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Large-scale chronically implantable precision motorized microdrive array for freely behaving animals.</a> Journal of Neurophysiology. 100 (4), 2430-2440 (2008).</li>
<li>Vora, S. R., Camci, E. D., Cox, T. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Postnatal+ontogeny+of+the+cranial+base+and+craniofacial+skeleton+in+male+C57BL%2F6J+mice%3A+A+reference+standard+for+quantitative+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Physiology%22%5BJournal%5D)">Postnatal ontogeny of the cranial base and craniofacial skeleton in male C57BL/6J mice: A reference standard for quantitative analysis.</a> Frontiers in Physiology. 6, 417(2016).</li>
</ol>

למחברים אין מה לחשוף.

ניסויים מודרניים החוקרים את תפקוד המעגל העצבי in vivo במכרסמים משתמשים לעתים קרובות באלקטרופיזיולוגיה חוץ-תאית באמצעות אלקטרודות מושתלות לצמיתות כדי לנטר את פעילותם של נוירונים בודדים (כלומר, יחידות בודדות) או אוכלוסיות מקומיות (באמצעות פוטנציאלי שדה מקומיים, LFP), אך שיטות כאלה מיושמות רק לעתים רחוקות על עכברים צעירים עקב אתגרים טכניים. כתב יד זה מתאר שיטה להשגת רישומים אלקטרופיזיולוגיים in vivo בעכברים לאורך החלונות הקריטיים מבחינה התפתחותית של p20 עד p60 ומעבר לכך. מתודולוגיה זו כוללת תהליך ייצור להדפסה ובנייה של שתל מיקרו-כונן, הליך השתלה כירורגי ואסטרטגיית התאוששות לאחר ניתוח, שכולם מותאמים במיוחד לשימוש בעכברים צעירים. מספר שיקולים השפיעו על פיתוח פרוטוקול זה, כולל גודלם הקטן וחולשתם היחסית של עכברים צעירים בהשוואה לעמיתיהם הבוגרים, כמו גם התנודה המופחתת של גולגולת העכבר הצעיר שאליה היה צורך לחבר את המיקרו-דרייב.
שתי שיטות עיקריות המשמשות בדרך כלל לביצוע אלקטרופיזיולוגיה in vivo הן מערכים של אלקטרודות (למשל, טטרודים) ובדיקות סיליקון. גשושיות סיליקון הן קלות משקל, יכולות לספק מספר רב של אתרי הקלטה ליחידת משקל, ושימשו בעבר בחולדות צעירות25. עם זאת, בדיקות סיליקון יקרות יחסית ליחידה. לעומת זאת, ניתן לבנות את המיקרו-כונן המתואר בכתב יד זה באמצעות פחות מ-50 דולר ארה"ב בחומרי גלם, מה שהופך אותו לאופציה חסכונית להקלטה in vivo . בנוסף, גשושיות סיליקון חייבות לעתים קרובות להיות מושתלות בקווים קבועים, מה שאוסר על רישום של אזורי מוח מגוונים מרחבית. לעומת זאת, עיצוב המיקרו-כונן המתואר בכתב יד זה משתמש בטטרודים הניתנים לכוונון עצמאי כדי להכיל הקלטות בו זמנית בעד 16 מיקומים שונים כמעט ללא הגבלה על הקשר המרחבי בין מיקומים אלה. ניתן לשנות בקלות את עיצוב המיקרו-כונן הזה כדי לאפשר מיקוד למיקומים שונים מאלה המתוארים כאן על ידי הזזת שחול חור הצינורית לכל מיקום קדמי/אחורי ומדיאלי/דיסטלי רצוי. כאשר מתמקדים באזורים חלופיים במוח, חשוב לציין כי בעוד שהטטרודים ינועו לעתים קרובות ישר, ייתכן שהחוטים הדקים האלה יוסטו מעט כשהם יוצאים מצינורית המיקרו-הינע. לכן, ככל שאזור המוח קטן יותר או גחוני יותר, כך יהיה מאתגר יותר לתקוף בהצלחה את האזור עם טטרודים.
שתל המיקרו-כונן המתואר בכתב יד זה דומה ביסודו למספר עיצובים קודמים מבוססי מיקרו-כונן מבוססי טטרוד23,32,33,34,35 בכך שהטטרודים הבודדים מוצמדים לברגים, המאפשרים שליטה עדינה בעומק ההקלטה של כל טטרוד. בעוד שמספר תכונות של תכנון המיקרו-כונן הנוכחי הן ייחודיות, כולל הקלות של התמקדות באזורי מוח מבוזרים מרחבית, החידוש העיקרי של כתב היד הנוכחי הוא תיאור אסטרטגיות השתלה כירורגית והתאוששות לאחר ניתוח, המאפשרות מחקרים כרוניים של פעילות הרשת בעכברים צעירים שעדיין מתפתחים. ואכן, ניתן להתאים את מתודולוגיות הניתוח וההחלמה המתוארות כאן לתמיכה בשתלים אחרים בעכברים צעירים.
כדי לשמור על רישום עקבי לאורך מספר ימים, החוטים או הגשושיות חייבים להיות מודבקים באופן קשיח על הגולגולת. בעוד המבנה הכללי של גולגולת העכבר עובר שינויים קלים בלבד לאחר p20, הגולגולת מתעבה במידה ניכרת בין הגילאים p20 ו p4536. ואכן, הגולגולת בעמ' 20 אינה קשיחה מספיק כדי לתמוך בשתל מחובר מבלי להיפגע. כדי להתגבר על מגבלה ביולוגית זו, פרוטוקול זה מעבה באופן מלאכותי את הגולגולת באמצעות ציאנואקרילט במהלך ניתוח ההשתלה. השתלה בעכברים מתחת ל-p20 אפשרית ככל הנראה באמצעות אסטרטגיה זו, אך גולגולת העכבר עוברת שינויים ניכרים בגודל ובצורה עד p2036 בערך. לפיכך, השתלה ממושכת בעכברים מתחת ל-p20 אינה מומלצת, שכן הציאנואקרילט וברגי העצם הקבועים בגולגולת שעדיין מתפתחת עלולים להשפיע באופן משמעותי על הצמיחה הטבעית של הגולגולת ועל התפתחות רקמת המוח שמתחתיה. חשוב לציין שבמחקר זה לא נצפתה השפעה על המדידות הגסות של גודל הגולגולת או המוח לאחר השתלה כרונית החל מ-p20 (איור 5C).
שלב קריטי בשיטה המתוארת בכתב יד זה הוא אסטרטגיית ההתאוששות לאחר הניתוח; על פי אסטרטגיה זו, משקל השתל צריך להיות מאוזן באופן רציף ככל שהעכבר מתבגר ועובר פיתוח מערכת השרירים והשלד. בשלב מוקדם לאחר ההשתלה, עכברים אינם מסוגלים לשאת בהצלחה את משקל השתל ללא איזון נגדי, מה שמוביל לתת תזונה והתייבשות מכיוון שהעכבר אינו יכול להגיע כראוי למקורות המזון והמים בכלוב שלו. מערכת האיזון קלה וזולה לבנייה, טריוויאלית ליישום, ומאפשרת לעכברים בכל גיל מושתל לחקור בחופשיות את כל הכלוב הביתי שלהם, ובכך להבטיח תזונה נאותה והידרציה. ככל שהעכברים מזדקנים, ניתן להפחית את כמות האיזון הנגדי עד שניתן יהיה להסיר אותו לחלוטין בעכברים בוגרים; עם זאת, המשך השימוש במערכת האיזון הנגדי מומלץ למשך הניסוי עם משקל נגד נומינלי לפחות מחובר בכל עת. בעוד עכבר בוגר עשוי להיות מסוגל לשאת את הגודל והמשקל של המיקרו-כונן לאורך זמן, תנועה טבעית מתמשכת במהלך התנהגות חופשית ללא משקל נגד מקל מייצרת מומנט וכוח גזירה על ברגי העצם שמעגנים את המיקרו-כונן אל הגולגולת, מה שהופך אותה לסיכוי הולך וגובר להתנתק, במיוחד במהלך ניסויים כרוניים ארוכים יותר.
שתי מגבלות חשובות ראויות לציון במחקר הנוכחי. ראשית, כדי להעריך את ההשפעה של השתלה ב-p20 על התפתחות הגולגולת והמוח, כמה קבוצות של עכברים הוקרבו לאחר השתלה ממושכת (איור 5C). בעוד שניתוחים אלה לא גילו השפעה משמעותית של ההשתלה על גודל חלל הגולגולת או מסת המוח (איור 5C), המחקר הנוכחי לא בחן את גודל הגולגולת או מסת המוח בנקודות זמן מרובות לאורך תקופת ההתפתחות המוקדמת של p20-p60. בעוד עבודות קודמות מראות כי התפתחות חלל המוח הושלמה על ידי p2036, ייתכן כי השתלה בחלון מוקדם זה עשויה לייצר שינויים בלתי צפויים אשר מתוקנים או מפוצים על ידי הגילאים הבוגרים שהוערכו כאן. שנית, הניסויים שהפיקו את הנתונים האלקטרופיזיולוגיים שמוצגים באיור 3 ובאיור 4 לא תוכננו למקסם את תפוקת התא. לכן, בעוד הנתונים המוצגים כאן מראים הקלטות יציבות וכרוניות ויחידות בודדות מבודדות היטב, אין לראות בהם כמייצגים את התפוקה הפוטנציאלית המקסימלית עבור מכשיר זה.
הפרעות נוירולוגיות ופסיכיאטריות רבות בבני אדם מתבטאות בתקופות של התפתחות מוקדמת או לאורך גיל ההתבגרות, כולל אוטיזם וסכיזופרניה. עם זאת, מעט ידוע על תפקוד לקוי ברמת המעגל שעשוי לעמוד בבסיס מחלות אלה, למרות שפע דגמי עכברים זמינים. זיהוי השינויים הראשוניים ברשת הוא קריטי ליצירת אסטרטגיות גילוי מוקדם ופרדיגמות טיפול. עם זאת, בשל אתגרים טכניים, עדיין לא ברור כיצד תפקוד הרשת משובש לאורך הפיתוח במודלים עכבריים של מחלות נוירופסיכיאטריות. אסטרטגיית המיקרו-כונן וההתאוששות המתוארת כאן נועדה לתמוך בחקירות של התפתחות רשת מוחית רב-אזורית במוח העכבר, ובכך לאפשר לחוקרים למדוד התפתחות מוחית בריאה כמו גם לזהות שינויים בהתפתחות זו במודלים של מחלות עכבריות.

המוח עובר שינויים בקנה מידה גדול במהלך חלונות ההתפתחות הקריטיים של הילדות וההתבגרות 1,2,3. מחלות נוירולוגיות ופסיכיאטריות רבות, כולל אוטיזם וסכיזופרניה, מתבטאות לראשונה מבחינה התנהגותית וביולוגית בתקופה זו של התפתחות המוח לנוער ולמתבגר 4,5,6. בעוד שהרבה ידוע על השינויים התאיים, הסינפטיים והגנטיים המתרחשים במהלך ההתפתחות המוקדמת, מעט יחסית ידוע על האופן שבו תהליכים ברמת המעגל או הרשת משתנים במהלך חלון זמן זה. חשוב לציין, תפקוד מוחי ברמת המעגל, אשר בסופו של דבר עומד בבסיס התנהגויות מורכבות, זיכרון וקוגניציה, הוא תכונה בלתי צפויה, מתפתחת של תפקוד תאי וסינפטי 7,8,9,10. לכן, כדי להבין באופן מלא את תפקוד המוח ברמת הרשת, יש צורך ללמוד ישירות פעילות עצבית ברמה של מעגל עצבי שלם. בנוסף, כדי לזהות כיצד פעילות המוח משתנה לאורך ההתקדמות של הפרעות נוירופסיכיאטריות, חיוני לבחון את פעילות הרשת במודל מחלה תקף במהלך חלון הזמן הספציפי שבו הפנוטיפים ההתנהגותיים של המחלה באים לידי ביטוי ולעקוב אחר השינויים הנצפים כשהם נמשכים לתוך הבגרות.
אחד מאורגניזמי המודל המדעיים הנפוצים והחזקים ביותר הוא העכבר, בעל מספר רב של זנים גנטיים ייחודיים המדמים הפרעות נוירו-התפתחותיות עם הופעה תלוית גיל של הפנוטיפים ההתנהגותיים ו/או המנמוניים 11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21 . בעוד שמאתגר לקשר בין נקודות זמן התפתחותיות מדויקות בין מוחות של בני אדם ועכברים, השוואות מורפולוגיות והתנהגותיות מצביעות על כך שעכברי p20-p21 מייצגים את הגילאים האנושיים של 2-3 שנים, ועכברי p25-p35 מייצגים את הגילאים האנושיים של 11-14 שנים, כאשר עכברים ככל הנראה מגיעים למקבילה ההתפתחותית של אדם בוגר בן 20 בעמ' 603. 22. לכן, כדי להבין טוב יותר כיצד המוח הצעיר מתפתח ולזהות כיצד הרשתות העצביות של המוח הופכות לבלתי מתפקדות במחלות כמו אוטיזם או סכיזופרניה, יהיה זה אידיאלי לעקוב ישירות אחר פעילות המוח in vivo בעכברים בגילאי 20 יום עד 60 יום.
עם זאת, אתגר בסיסי בניטור פעילות המוח לאורך התפתחות מוקדמת בעכברים הוא גודלם הקטן וחולשתם היחסית של עכברים צעירים. השתלה כרונית של אלקטרודות, הנחוצה למחקרי אורך של התפתחות המוח, דורשת בדרך כלל דיור גדול ומגושם כדי להגן על חוטי האלקטרודות העדינים ולוחות ממשק23,24, והשתלים חייבים להיות מחוברים היטב לגולגולת העכבר, שהיא דקה יותר ופחות נוקשה בעכברים צעירים עקב אוסיפיקציה מופחתת. לפיכך, כמעט כל המחקרים על פיזיולוגיה של מכרסמים in vivo בוצעו בנבדקים בוגרים בשל גודלם היחסי, חוזקם ועובי הגולגולת שלהם. עד כה, רוב המחקרים שחקרו את הפיזיולוגיה של המוח של מכרסמים צעירים בוצעו בחולדות צעירות מסוג בר, מה שבהכרח מגביל את היכולת לעקוב באופן ניסיוני אחר תפקוד המוח הצעיר במודל התנהגות חופשית של הפרעה אנושית 25,26,27,28,29,30.
כתב יד זה מתאר שיכון שתלים חדשני, הליך השתלה כירורגי ואסטרטגיית התאוששות לאחר ניתוח כדי לחקור באופן כרוני את תפקוד המוח in vivo לטווח ארוך (עד 4 שבועות או יותר) של עכברים צעירים על פני חלון זמן קריטי מבחינה התפתחותית (עמ' 20 עד עמ' 60 ואילך). הליך ההשתלה מאפשר הצמדה אמינה וקבועה של האלקטרודות לגולגולות של עכברים צעירים. יתר על כן, עיצוב המיקרו-כונן הוא קל משקל, מכיוון שמיקרו-כונן זה שוקל ~ 4-6 גרם כאשר הוא מורכב במלואו, ובשל האיזון הנגדי המינימלי הנדרש כדי לקזז את משקל השתל, הוא אינו משפיע על הביצועים ההתנהגותיים של עכברים צעירים במהלך פרדיגמות התנהגותיות טיפוסיות.

<table><tbody><tr><td>נוריות מעקב וידאו 10 V</td><td>Neuralynx</td><td>HS-LED-אדום/ירוק-אומני-10V</td><td>לשימוש עם מגברים מקדימים המכילים שקעי LED למטרות מעקב אחר תנועה</td></tr><tr><td>16TT לוח EIB</td><td>Neuralynx</td><td>EIB-36-16TT</td><td>לוח ממשק אלקטרוני - מחבר אומנטיקה</td></tr><tr><td>16TT מגבר קדם במה</td><td>Neuralynx</td><td>HS-36-LED</td><td>מגבר אות שקע Omnetics 44 בין לוח EIB לכבל קשירה להקלטת יישומים; כולל מחברים עבור נוריות LED לראש הבמה למטרות מעקב אחר תנועה</td></tr><tr><td>Baby-Mixter hemostat</td><td>FST</td><td>13013-14</td><td>המוסטט מעוקל עדין</td></tr><tr><td>בורג עוגן עצם</td><td>Stoelting</td><td>51457</td><td>משמש לחיבור לוח EIB לגוף הכונן הראשי</td></tr><tr><td>Burpenorphine</td><td>ZooPharm</td><td>Lot #BERLAB0.5-221207</td><td>Burpenorphine (0.5 מ"ג/מ"ל) כמות של 5 מ"ל</td></tr><tr><td>כבל קשירה</td><td>Neuralynx</td><td>HS-36 Litz קשירה</td><td>קשירת תיל מסוככת קלת משקל עבור אומנטיקה; אפשרויות אורך של 1 מ'/2 מ'/3 מ'/5 מ'</td></tr><tr><td>קרפרופן/רימדיל</td><td>Bio-Serve</td><td>MD150-2</td><td>חומר אנטי דלקתי לאחר הניתוח</td></tr><tr><td>שרף שקוף v4</td><td>Formlabs</td><td>FLGPGR04</td><td>שרף נוזלי שעובר פוטופולימר על ידי מדפסת תלת מימד במהלך תהליך הדפסת תלת מימד</td></tr><tr><td>בורג מותאם אישית (מעבורת)</td><td>Advanced Machining and Tooling, Inc.</td><td>ברגים מותאמים אישית במכונה והברגה</td> <td>בהתאמה אישית</td></tr><tr><td>רכיב נוזל אקרילי דנטלי</td><td>חומר תותבות</td><td>Lot # נוזל</td><td>329801 &nbsp; רכיב של חומר תותבת (ראה לעיל)</td></tr> <tr><td>רכיב אבקת אקריליק דנטלי</td><td>חומר תותבת Teets Lot</td><td># 583987</td> <td>חומר תותבת "ריפוי קר", מתיל מתקרילט; מעורבב עם רכיב נוזלי ליישום לאבטחת מכשיר ההקלטה במקום</td></tr><tr><td>DietGel Boost</td><td>ClearH2O</td><td>72-04-5022</td><td>תוסף תזונה עתיר קלוריות לעכברים צעירים/מחלימים</td></tr><tr><td>Digital Lynx 16SX</td><td>Neuralynx</td><td>DigitalLynx 16SX בסיס</td><td>מכשיר הקלטה ראשי עם 16 חריצי לוח משולב לעד 512 ערוצי הקלטה</td></tr><tr><td>מספריים דיסקטור- להבים כבדים</td><td>FST</td><td>14082-09</td><td></td></tr><tr><td>מלקחיים מצופים קרמיקה שונים Dumont #5 FST</td><td></td><td>11252-50</td><td>טיפול/השחלה/הצמדה של טטרודה</td></tr><tr><td>מלקחיים #5SF Dumont</td><td>FST</td><td>11252-00</td><td>שימוש רב תכליתי</td></tr><tr><td>במלקחיים #5SF Dumont</td><td>FST</td><td>11252-00</td><td>שימוש כירורגי רב תכליתי</td></tr><tr><td>Dumont #7 מלקחיים עדינים (מעוקלים)</td> <td>FST</td><td>11274-20</td><td></td></tr><tr><td>מלקחיים שונים Dumont #7 עדינים (מעוקלים)</td> <td>FST</td><td>11274-20</td><td>שימוש כירורגי רב תכליתי</td></tr><tr><td>EIB-36 מתאם ציפוי</td><td>Neuralynx</td><td>EIB-36 מתאם ציפוי</td><td>/ הרכבה השתמש</td></tr><tr><td>במתאם ציפוי EIB-36</td> מתאם ציפוי <td>Neuralynx</td><td>EIB-36</td><td>אביזר סטריאוטקטי להורדת כונן על הגולגולת במהלך ניתוח</td></tr><tr><td>Euthasol</td><td>Virbac</td><td>710101</td><td>נתרן פנטוברביטל להמתת חסד</td></tr><tr><td>מספריים בון עדין במיוחד</td><td>FST</td><td>14083-38</td><td>שונים</td></tr><tr><td>בסדר במיוחד מלקחיים</td> משוננים קטנים <td>FST</td><td>11150-10</td><td>מלקחיים משוננים ישרים</td></tr><tr><td>קטנים מלקחיים משונרים עדינים במיוחד</td><td>FST</td><td>11150-10</td><td>מלקחיים משוננים ישרים קטנים</td></tr><tr><td>המוסטטים עדינים</td><td>FST</td><td>13006-12</td><td>המוסטטים עדינים</td></tr><tr><td>מספריים עדינים- CeramaCut</td><td>FST</td><td>14958-09</td><td>מספריים עדינים לחיתוך Tetrode</td></tr><tr><td>- ToughCut</td><td>FST</td><td>14058-09</td><td>שונים</td></tr><tr><td>טופס 3 +</td> מדפסת תלת מימד <td>Formlabs</td><td>PKG-F3-P-WS-SVC-BASIC</td><td>לייצור כל החלקים/החומרים המודפסים; מדפסת תלת מימד סטריאוליתוגרפיה בכוח נמוך (LFS)</td></tr> <tr><td>דבק סופר ג'ל</td><td>לוקטיט</td><td>1363589</td><td>שלבים שונים</td></tr><tr><td>מלקחיים משוננים</td><td>בזווית FST</td><td>11049-10</td><td>מלקחיים משוננים בזווית קטנה</td></tr><tr><td>חוט הארקה</td><td>מערכות A-M</td><td>Lot# 582335</td><td>חוט חשוף מנירוסטה, קוטר 0.005 אינץ', מחוסל, 100 רגל</td></tr><tr><td>ג'ל להסרת שיער</td><td>גנרי</td><td>זמין מסחרית</td><td>להסרת שיער לפני הניתוח מראש העכבר</td></tr><tr><td>אקדח חום</td><td>Dewalt</td><td>D26960K</td><td>היתוך טטרודה בעקבות ספינינג</td></tr><tr><td>ערכת צריבה בטמפרטורה גבוהה</td><td>FST</td><td>18010-00</td><td>לשימוש עם שעוות עצם אם רלוונטי</td></tr><tr><td>מעקר חרוזים</td><td>חם FST</td><td>18000-45</td><td>מכשיר עיקור חשמלי לעיקור מכשירים אד הוק במהלך פרוצדורות כירורגיות</td></tr><tr><td>Isoflurane</td><td>Covetrus</td><td>11695067771</td><td>הרדמה נוזלית איזופלורן סטנדרטית לשימוש במכשיר אידוי איזופלורן עד מקסימום 5%</td></tr> <tr><td>אלכוהול איזופרופיל 91%</td><td></td> <td>גנרי זמין מסחרית</td><td>להליך עיקור טרום ניתוח</td></tr><tr><td>סטנדרטי בורג תכשיטים (ברגי עצם לעכברים צעירים)</td><td>חברת אספקת רכיבים</td><td>MX-000120-02SFL</td><td>S/S בורג מכונה #000-120 x 1/8 אינץ' ראש פילסטר, כונן מחורץ</td></tr><tr><td>LaGrange מספריים</td><td>FST</td><td>14173-12</td><td></td></tr><tr><td>צינורות פולימיד גדולים</td> שונים <td>נורדסון רפואי</td><td>לוט # 13564</td><td>צינורות פולימיד - קוטר פנימי 0.0071 אינץ'; קוטר חיצוני 0.0115 אינץ'; אורך 36 אינץ'</td></tr> <tr><td>דבק סופר</td><td>נוזלי לוקטיט</td><td>1365882</td><td>שלבים שונים</td></tr><tr><td>מיקרו מקדחה</td><td>Foredom</td><td>K.1070</td><td>K.1070 ערכת מיקרו-מנוע סיבובי במהירות גבוהה; עם תיבת בקרה, קולט 3/32 אינץ', בקרת רגל במהירות משתנה, עריסת ידית; מתאים סטריאוטקטית; 100&ndash; 115 וולט להשתמש במיקרו</td></tr><tr><td>מקדחה (0.5 מ"מ+)</td> <td>FST</td><td>19007-05/07/09</td><td>קרניוטומיה</td></tr><tr><td>שמן מינרלי</td><td>סיגמא</td><td>קוד 1002076577; M5904-500 מ"ל</td><td>שלבים שונים</td></tr><tr><td>שמן מינרלי</td><td>סיגמא</td><td>קוד 1002076577; M5904-500mL</td><td>לשימוש שמירה על חורי קרניוטומיה פתוחים</td></tr><tr><td>מברג שטוח מיניאטורי</td><td>FST</td><td>30051-10</td><td>הכנסה/הידוק של ברגי עצם</td></tr><tr><td>Neosporin משחה אנטיביוטית משולשת</td><td>Johnson & משחה</td><td>אנטיביוטית</td>של ג'ונסון <td>512373700</td></tr><tr><td>Omnetics 44 שקע ננו מחבר</td><td>Neuralynx</td><td>Neuralynx חלק #A70427-801</td><td>פריט לא סטנדרטי- אומנטיקה 44 שקע (נקבה) מחבר ננו רגל ישרה בשורה כפולה עם 2 פיני הנחיה (זכר) לשימוש עם מכשיר איזון נגדי בהתאמה אישית</td></tr><tr><td>פלטינה 10% חוט אירידיום</td><td>חוט דק קליפורניה</td><td>MO# M374710</td><td>חוט הקלטה עדין מסתובב לטטרודות לשימוש במהלך ההקלטה באמצעות תחנת הרכבת הטרוד והספינר 2.0 (ראה להלן); מעיל HML NATRL VG BOND; גודל .0007 X 200FT</td></tr><tr><td>תמיסת ציפוי שחור פלטינה</td><td>Neuralynx</td><td>פלטינה תמיסת ציפוי שחור</td><td>ציפוי</td></tr><tr><td>תחתית כלוב פוליקרבונט</td><td>תומאס סיינטיפיק/מרילנד פלסטיק</td><td>1113M35; mfr. מס' E0270</td><td>תחתית כלוב סטנדרטית; ניתן להרכיב מנגנון רשת תיל מעל המכיל צ'או + בקבוק מים לעכברים לא מושתלים</td></tr><tr><td>כלוב פוליקרבונט עם מסנן מיקרו N10</td><td>Ancare</td><td>N/A</td><td>ראש כלוב סטנדרטי לשינוי עם צינור PVC למנגנון איזון</td></tr><tr><td>יוד פובידון 10%</td> <td>גנרי</td><td>זמין מסחרית</td><td>להליך עיקור טרום ניתוחי</td></tr><tr><td></td><td>סטנדרטי צינור PVC צינור שרלוט</td><td>N / A</td><td>1/2 אינץ' x 600 PSI לוח זמנים 40 צינור PVC לבן; לשימוש/הרכבה למנגנון איזון נגדי במהלך התאוששות עכבר</td></tr><tr><td>להבי אזמל- #4</td><td>FST</td><td>10060-00</td><td>חתך השתמש</td></tr><tr><td>בידית אזמל- #4 אנטומיה ברוטו</td><td>FST</td><td>10060-13</td><td>שימוש בחתך</td></tr><tr><td>סיכה עצמית ומלקחיים בורג עצם</td><td>FST</td><td>26100-00</td><td>מחזיק לברגי עצם וקרקע תוך הכנסה לגולגולת</td></tr><tr><td>פיני EIB קטנים</td><td>Neuralynx</td><td>פיני EIB קטנים</td><td>חיבור חוטי טטרודה ללוח EIB</td></tr><tr><td>צינורות פולימיד קטנים</td><td>נורדסון רפואי</td><td>לוט # 19102423</td><td>צינורות פולימיד - קוטר פנימי 0.004 אינץ'; קוטר חיצוני 0.0044 אינץ'; אורך 36 אינץ'</td></tr> <tr><td>SolidWorks</td><td>Dassault Systemes</td><td>SolidWorks</td><td>תוכנית CAD תלת מימדית לעיצוב מיקרו-כונן</td></tr><tr><td>מרית ובדיקה</td><td>FST</td><td>1090-13</td><td>מוליך לג'לי נפט / שמן מינרלי + שימוש אופציונלי ליישור טטרודה אד הוק</td></tr><tr><td>מספריים קפיציים- 8 מ"מ</td><td>FST</td><td>15024-10</td><td>מספריים לחתכים ברקמת הגולגולת</td></tr><tr><td>מספריים קפיציים- 8 מ"מ</td><td>FST</td><td>15024-10</td><td>חתכים ראשוניים</td></tr><tr><td>מלקחיים בתבנית סטנדרטית</td><td>FST</td><td>11000-12</td><td>מלקחיים משוננים גדולים</td></tr><tr><td>מספריים כירורגיים- חדים-קהים</td><td>FST</td><td>14001-12</td><td></td></tr><tr><td>מספריים כירורגיים שונים- ToughCut</td><td>FST</td><td>14054-13</td><td></td></tr><tr><td>תחנת הרכבה של טטרודה</td> שונים <td>תחנת הרכבה של Tetrode תחנת הרכבה</td><td>Tetrode מכלול Tetrode</td><td></td></tr><tr><td>ספינר 2.0</td><td>Neuralynx</td><td>Tetrode ספינר 2.0</td><td>Tetrode הרכבה</td></tr> שני <tr><td>חלקים אפוקסי</td><td>גורילה מותג 4200102</td><td></td><td>שלבים שונים</td></tr></tbody></table>

שתל כונן קל משקל לרישומי טטרוד כרוניים בעכברים צעירים

A Lightweight Drive Implant for Chronic Tetrode Recordings in Juvenile Mice

אלקטרופיזיולוגיה In vivo מספקת תובנה חסרת תקדים לגבי דינמיקת המעגלים ברמה תת-שנייה של המוח השלם ומייצגת שיטה בעלת חשיבות מיוחדת לחקר מודלים עכבריים של הפרעות נוירופסיכיאטריות אנושיות. עם זאת, שיטות כאלה דורשות לעתים קרובות שתלים גולגולתיים גדולים, אשר לא ניתן להשתמש בהם בעכברים בנקודות זמן התפתחותיות מוקדמות. לפיכך, כמעט ולא בוצעו מחקרים על פיזיולוגיה in vivo בתינוקות או עכברים צעירים המתנהגים בחופשיות, למרות העובדה שהבנה טובה יותר של התפתחות נוירולוגית בחלון קריטי זה עשויה לספק תובנות ייחודיות לגבי הפרעות התפתחותיות תלויות גיל כגון אוטיזם או סכיזופרניה. כאן מתוארים תכנון מיקרו-דרייב, הליך השתלה כירורגית ואסטרטגיית התאוששות לאחר ניתוח המאפשרים הקלטות שדה כרוניות ויחידה אחת מאזורי מוח מרובים בו זמנית בעכברים כשהם מתבגרים מהיום ה-20 שלאחר הלידה (עמ' 20) ועד היום ה-60 שלאחר הלידה (עמ' 60) ומעבר לכך, חלון זמן המתאים בערך לגילאי האדם מגיל שנתיים ועד לבגרות. ניתן לשנות ולהרחיב בקלות את מספר אלקטרודות ההקלטה ואתרי ההקלטה הסופיים, ובכך לאפשר בקרה ניסיונית גמישה של ניטור in vivo של אזורי מוח רלוונטיים להתנהגות או למחלות לאורך ההתפתחות.

הפרוטוקול המתואר לעיל שימש להקלטת אותות פוטנציאליים בשדה מקומי ויחידות בודדות מאזורי מוח מרובים בו זמנית בעכברים, עם הקלטות יומיות שנערכו באותם עכברים מ-p20 עד p60. להלן מדווחים הקלטות אלקטרופיזיולוגיות מייצגות משני עכברים והיסטולוגיה שלאחר הניסוי המדגימות את מיקומי ההקלטה הסופיים.
השתלה כירורגית של המיקרו-דרייב בעכברי p20 מיקרו-כונן (איור 1) נבנה (איור 2) והושתל בניתוח בעכבר p20, כפי שתואר לעיל. מיד לאחר הניתוח, העכבר חובר למערכת שיווי המשקל (איור 2G-I) ואיפשר לו להתאושש. ברגע שהעכבר היה נייד לחלוטין, המיקרו-כונן חובר למערכת הקלטה אלקטרופיזיולוגית in vivo. הכבלים שחיברו את המיקרו-כונן לציוד ההקלטה היו תלויים מעל העכבר. רישומים אלקטרופיזיולוגיים (32 קילוהרץ) התקבלו בכל התעלות במשך שעה אחת בזמן שהעכבר התנהג באופן טבעי בכלוב הביתי שלו. בעקבות ההקלטה נותק העכבר ממערכת ההקלטה, חובר מחדש למערכת האיזון והוחזר לוויבריום עם גישה חופשית למים ולצ'או.
רישום יומי של פעילות עצבית רישומים אלקטרופיזיולוגיים הושגו מדי יום במשך מספר שבועות כדי לאפשר ניטור כרוני של אותו אזור במוח על פני חלונות ההתפתחות הקריטיים של p20-p60. פוטנציאלי שדה מקומיים גולמיים (LFP) לדוגמה מכל ההקלטות הכרוניות מוצגים באיור 3A,C. יחידות בודדות בודדות התקבלו בו זמנית מטטרודים מרובים (איור 3B). יחידות עם צורות גל דומות זוהו במשך מספר ימים (איור 3B, אמצעי וימני), אולם בשל הסחיפה הפוטנציאלית של אלקטרודת ההקלטה, לא ניתן היה לטעון בוודאות שאותה יחידה זוהתה לאורך ימים. בעכבר נפרד שהושתל ב-p20 ותועד מדי יום במשך מספר שבועות, נבדקה פעילות עצבית על טטרוד המכוון לאזור הגבי CA1. אדוות באמפליטודה גדולה ויחידות בודדות מבודדות היטב זוהו בכל יום של ההקלטה (איור 4). נתונים אלה מצביעים על כך שהקלטות אלקטרופיזיולוגיות יציבות ואיכותיות in vivo יכולות להיות מאותו עכבר לאורך ההתפתחות המוקדמת.
אישור היסטולוגי של אתרי ההקלטה וההשפעה ההתפתחותית של השתלה כרונית לאחר יום ההקלטה האחרון, העכבר הורדם ביסודיות באמצעות הרדמה איזופלורנית ואחריה זריקה קטלנית של נתרן פנטוברביטל, וזרם הועבר דרך קצות האלקטרודות כדי לייצר נגעים קטנים באתרי ההקלטה. חתך היסטולוגי של מוח העכבר לאחר הניסוי איפשר הדמיה של אתרי ההקלטה הסופיים (איור 5A,B). בקבוצה נפרדת, שלושה עכברים זכרים ושלוש נקבות הושתלו בניתוח ב-p20 כמתואר לעיל. מספר שווה של ליטרמטים נותרו ללא השתלה והוחזקו בתנאי דיור זהים. העכברים הוקרבו בעמ' 62 (6 שבועות לאחר הניתוח עבור הקבוצה המושתלת). הגולגולות נוקו בקפידה, ונלקחו מדידות חיצוניות של מרחק ברגמה ללמדא (איור 5C, למעלה משמאל) ורוחב גולגולת מקסימלי חיצוני בלמדא (איור 5C, למעלה מימין). בוצע חתך לאורך קו האמצע של הגולגולת, וחצי מהגולגולת הוסר כדי להוציא את המוח למדידת מסה (איור 5C, למטה מימין). גובה חלל הגולגולת בברגמה נמדד ממחצית הגולגולת השלמה (איור 5C, למטה משמאל). אף מדד לא היה שונה באופן משמעותי בין הקבוצות המושתלים והלא מושתלים (Wilcoxon rank-sum test), מה שמצביע על כך שלהשתלה ארוכת טווח, החל מ-p20, אין השפעה גסה על ההתפתחות הטבעית של נפח הגולגולת או המוח.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65228/65228fig01.jpg"> איור 1: רכיבי מיקרו-כונן. עיבודים תלת-ממדיים של (A) גוף המיקרו-כונן, (B) צינורית, (C) חרוט, (D) מכסה, (E) חיבורי בורג, ו-(F) בורג מקדם טטרוד. התכונות הקריטיות של כל רכיב מסומנים. ניתן לחלץ פרטי מדידה מקובצי הדגם הזמינים https://github.com/Brad-E-Pfeiffer/JuvenileMouseMicroDrive/. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65228/65228fig01large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65228/65228fig02.jpg"> איור 2: בניית מיקרו-דרייב . (A) מבט צדדי ו-(B) מבט מלמעלה על בורג מתקדם טטרוד עם חיבורי הבורג העליון והתחתון מחוברים. (C) מבט צדדי ו-(D) עליון של המיקרו-כונן עם הגוף והצינורית מחוברים וצינורית הפוליאמיד הגדולה העוברת דרך כל חור צינורית ונחתכת לתחתית הצינורית. (E) מבט צדדי על המיקרו-כונן עם הברגים וצינורות הפולימיד הקטנים במקומם. החלק העליון של צינורות הפולימיד הקטנים נחתך מיד לפני העמסת טטרוד. (F) מיקרו-כונן שהושלם המחובר למנגנון הסטריאוטקסי. חרוט המגן שבדרך כלל היה מקיף את כונן המיקרו הוסר למטרות הדמיה. שים לב שחלק מחיבורי הברגים הודפסו בשרף שחור עבור מיקרו-כונן זה. (ז) מערכת תמיכה באיזון נגדי. (ח) מבט צדדי ו-(I) עליון של כלוב עכבר עם מערכת תמיכה לאיזון נגדי מחוברת. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65228/65228fig02large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65228/65228fig03.jpg"> איור 3: רישומים אלקטרופיזיולוגיים מייצגים. עכבר p20 הושתל עם מיקרו-כונן כמתואר לעיל. החל מ-p21 וכל יום לאחר מכן במשך שבועיים, העכבר היה מחובר למכשיר ההקלטה, והפעילות העצבית נרשמה במשך שעה אחת לפחות. (A) הקלטות פוטנציאל שדה מקומי גולמי (LFP) מהדו-צדדי (L = משמאל; R = ימין) פיתול החגורה הקדמי (ACC), אזור ההיפוקמפוס CA3 (CA3) ואזור ההיפוקמפוס CA1 (CA1). הנתונים נאספו מדי יום; לשם הבהרה, מוצגים רק נתונים מימים אי-זוגיים. כל העקבות נלקחו בתקופות של חוסר תנועה בכלוב הביתי. סרגל קנה מידה: 1 mV, 2 s. (B) יחידות בודדות מייצגות שבודדו מאזור ההיפוקמפוס CA3 (משמאל) ו-CA1 (מימין) עבור ההקלטות בלוח A. כל צורות הגל הגולמיות על כל אלקטרודה מוצגות בשחור; הממוצע הוא באדום. סרגל קנה מידה: 50 μV, 0.2 אלפיות השנייה. (C) עקבות LFP גולמיים מייצגים עבור כל יום עשירי עד ליום ההקלטה הסופי בעמ' 60 עבור עכבר שני שהושתל בעמ' 20. הנתונים נאספו מדי יום; לשם הבהרה, מוצגים רק נתונים מכל יום עשירי. כל העקבות נלקחו בתקופות של חוסר תנועה בכלוב הביתי. סרגל קנה מידה: 1 mV, 2 שניות. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65228/65228fig03large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65228/65228fig04.jpg"> איור 4. יציבות ההקלטות הכרוניות. עכבר p20 הושתל עם מיקרו-כונן, כמתואר לעיל. החל מעמ' 21 ולאחר מכן במשך 4 שבועות, העכבר היה מחובר למכשיר ההקלטה, והפעילות העצבית נרשמה במשך שעה אחת לפחות. מוצגים נתונים מהטטרודים המכוונים ל-CA1 של ההיפוקמפוס הגבי. (A) LFP גולמי (למעלה) ומסונן אדווה (למטה) עבור אירועי אדווה מזוהים בעמ' 21, עמ' 30 ו-p40. כדי לזהות אירועי אדווה, ה-LFP הגולמי סונן בפסים בין 125 הרץ ל-300 הרץ, ואירועי האדוות זוהו כעליות חולפות בעוצמת פס האדווה הגדולה מ-3 סטיות תקן מעל הממוצע. ההתחלה והסוף של כל אדווה הוגדרו כנקודה שבה עוצמת פס האדווה חזרה לממוצע. האדוות המזוהות מוצגות באדום. סרגל קנה מידה: 100 אלפיות השנייה, מלמעלה למטה: 1,000 μV, 140 μV, 1,800 μV, 180 μV, 9,000 μV, 1,200 μV, 10,000 μV, 1,000 μV. (B) יחידה יחידה מייצגת מכל יום מהטטרוד הממוקד CA1 עבור ההקלטות בלוח A. כל צורות הגל הגולמיות על כל אלקטרודה מוצגות בשחור; הממוצע הוא באדום. סרגל קנה מידה 0.2 אלפיות השנייה, מלמעלה למטה: 50 μV, 100 μV, 100 μV. (C) אוטוקורלוגרמה של כל הדוקרנים עבור יחידות בודדות בלוח B. נתונים אלה מראים מיקום אלקטרודות יציב בתוך שכבת הפירמידה של ההיפוקמפוס במשך מספר שבועות. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65228/65228fig04large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65228/65228fig05.jpg"> איור 5: היסטולוגיה מייצגת והשפעה על התפתחות הגולגולת. עכבר p20 הושתל עם מיקרו-כונן, כמתואר לעיל. לאחר יום ההקלטה האחרון בעמ' 60, נוצרו נגעים אלקטרוליטיים באתרי ההקלטה, והמוח היה מחורר עם 4% פרפורמלדהיד. לצורך זיהוי אתרי ההקלטה הופקו קטעי 50 מיקרומטר. (A) נגעים ב-CA1 וב-CA3 של ההיפוקמפוס. ראש החץ מציין את אתר ההקלטה CA3; ראש החץ הכפול מציין את אתר ההקלטה CA1. סרגל קנה מידה: 0.5 מ"מ. (B) נגעים ב- ACC הדו-צדדי. ראשי החצים מציינים את אתרי ההקלטה של ACC. סרגל קנה מידה: 0.5 מ"מ. (C) גודל גולגולת ומדידות מסת מוח של עכברי p62 שהושתלו עם מיקרו-כונן ב-p20 (אפור) וליטרמטים לא מושתלים (לבן). ערך ה-p של מבחן סכום הדירוג של וילקוקסון מדווח עבור כל מדידה. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65228/65228fig05large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.</a>

במאמר זה אנו מתארים תכנון מיקרו-דרייב, הליך השתלה כירורגי ואסטרטגיית התאוששות לאחר ניתוח, המאפשרים הקלטות שדה כרוניות ויחידות בודדות מאזורי מוח מרובים בו זמנית בעכברים צעירים ומתבגרים בחלון התפתחותי קריטי מהיום ה-20 שלאחר הלידה (עמ' 20) ועד היום ה-60 שלאחר הלידה (עמ' 60) ומעבר לכך.

In vivo electrophysiology provides unparalleled insight into the sub-second-level circuit dynamics of the intact brain and represents a method of ...

אנו מעוניינים להבין כיצד המוח פועל ברמת הרשת. שיטה זו היא הניסיון שלנו לחקור את התפתחותן של רשתות מוחיות כדי לזהות שינויים התפתחותיים במחלות תלויות גיל כמו אוטיזם, סכיזופרניה או הפרעה דו-קוטבית. טכנולוגיית בדיקת הסיליקון מספקת שיטה פשוטה ועקבית יותר לתיעוד פעילות הרשת in vivo.אבל למרות זאת, הקלטות טטרה כרוניות מציעות כמה יתרונות על פני בדיקות סיליקון, כגון הקלטה בו זמנית על פני פיזור מרחבי רחב יותר של אזורי המוח. הקלטות כרוניות מציבות אתגר ייחודי לאלקטרופיזיולוגיה in vivo בשל מספר גורמים, כולל גליוזיס באתרי ההקלטה, תזוזה של אתר ההקלטה לאורך זמן או כישלון שיטת ההתקשרות. עבודתנו האחרונה הראתה כי המטאטא המקודד על ידי תנודת התטא של ההיפוקמפוס במהלך תנועה פעילה של בעל החיים כל מאה אלפיות שנייה בערך נע קדימה באופן איטרטיבי, תוך הערכה פרוספקטיבית של מצבים עתידיים אפשריים והערכה רטרוספקטיבית של פעולות קודמות.ביצוע הקלטות in vivo אלה בעכברים צעירים מציב מספר אתגרים הנדסיים בשל גודלם הקטן של העכברים, חולשתם היחסית וחוסר ההתפתחות בגולגולתם. המתודולוגיה שלנו מתגברת על מגבלות אלה ומאפשרת לנו לתעד באופן כרוני פעילות ברמת הרשת מדי יום במוח העכבר המתפתח. מלבד הקלטה כרונית בעכברים צעירים, השיטה שלנו מאפשרת לנו להקליט מעד 16 אזורי מוח דו-צדדיים נפרדים ללא קשר ליחסים המרחביים של האזורים האלה.התפתחויות אלה יאפשרו לנו לזהות כיצד רשתות יוצרות תקשורת תפקודית בין התפתחויות, הן במוח הבריא והן במודלים עכבריים של הפרעות נוירו-התפתחותיות, כמו הפרעות על הספקטרום האוטיסטי.

a-lightweight-drive-implant-for-chronic-tetrode-recordings-juvenile

Research

JoVE Journal

Neuroscience

מדעי המוח

בפרוטוקול זה אנו מדגימים כיצד לפברק מערך כונן מיקרו להקלטות אלקטרו כרונית בחולדות.

Micro-Drive Array עבור כרונית In vivo</emהקלטה>: כונן ייצור

בפרוטוקול זה אנו מדגימים כיצד לפברק tetrodes תנאי לשימוש עם מערך מיקרו הכונן, אשר תוכנן עבור הקלטות אלקטרו כרונית בחולדות. בנוסף, אנו ממחישים בשלבים הסופיים של הבנייה מיקרו הכונן מערך, הכולל חוטים הקרקע התקנה חרוט מגן.

Micro-Drive Array עבור כרונית In vivo</emהקלטה>: Tetrode האסיפה

העיצוב, הייצור וההרכבה של ממונע microdrive קל במיוחד הוא תאר. המכשיר מספק פתרון חסכוני וקל לשימוש, עבור הקלטות כרוניות של יחידות בודדות בחיות מתנהגות קטנות.

תכנון והרכבה של Microdrive קל במיוחד ממונע להקלטות עצביות כרוניות בבעלי חיים קטנים

התכנון וההרכבה של microdrives בקלטות אלקטרו vivo של אותות מוח של העכבר מתואר. על ידי הצמדת צרורות microelectrode לספקי driveable חסונים, טכניקות אלה יאפשרו להקלטות עצביות ארוכת טווח ויציבים. העיצוב קל משקל מאפשר ביצועי התנהגות בלתי מוגבל על ידי השתלת הדיסק הבאה של בעלי החיים.

בנייה של מערכי Microdrive להקלטות עצביות כרוניות בעכברים מתנהגים ערים

אנו מציגים הבנייה של דחף ניתנים להדפסה תלת-ממד עם שמונה עשר tetrodes מתכווננות באופן עצמאי. הנעת מיועד להקליט את פעילות המוח באופן חופשי להתנהג חולדות על פני תקופה של מספר שבועות.

בניית הנעת Tetrode רב משופרת עבור הקלטת עצבית בקנה מידה גדול ב מתנהג חולדות

פרוטוקול זה מתאר את הבנייה של מערך microdrive היברידית המאפשר השרשה של תשעה באופן עצמאי tetrodes מתכווננת ובדיקה אחת opto-סיליקון מתכווננת בשני אזורי המוח בעכברים נעים בחופשיות. כמו כן הפגינו היא שיטה לשחזור בבטחה ושימוש חוזר במחקר opto-סיליקון למטרות מרובות.

מערכת Microdrive היברידית עם בדיקה ההשבה Opto-סיליקון ו Tetrode עבור הקלטה כפול בצפיפות גבוהה בחופשיות העברת עכברים

כאן, אנו מציגים שתל ייחודי הניתן להדפסה בתלת-ממד עבור חולדות, בשם TD Drive, המסוגל להקליט אלקטרודות תיל סימטריות דו-צדדיות, כיום בעד עשרה אזורי מוח מבוזרים בו זמנית.

כונן TD: שתל פרמטרי בקוד פתוח לרישומים אלקטרופיזיולוגיים רב-אזוריים בחולדות מתנהגים וישנים

כאן, אנו מציגים מערכת שתלי בדיקה קלת משקל וחסכונית לאלקטרופיזיולוגיה כרונית במכרסמים המותאמת לקלות שימוש, שחזור בדיקה, רב-תכליתיות ניסיונית ותאימות להתנהגות.

שתל DREAM: מערכת שתלים קלה, מודולרית וחסכונית לאלקטרופיזיולוגיה כרונית בעכברים מקובעים ראש ומתנהגים בחופשיות

ההכנה של פרוסות חריפות מוח מhippocampi המבודד, כמו גם את ההקלטות אלקטרו סימולטני של האסטרוציטים ונוירונים...

קלטות אלקטרו כפולות של תגובות Astroglial ועצביות עוררו-synaptically בפרוסות ביפוקמפוס חריפות

אנו מתארים את התכנון וההרכבה של אוזניות מתאימות להחלפת המשוב השמיעתי הטבעי של ציפור שיר עם אות אקוסטי מניפולציות מיניאטורי. חומרת עיבוד צליל מקוונת משמשת כדי לתפעל תפוקת שיר, להציג את טעויות בזמן אמת במשוב שמיעתי דרך האוזניות, ולנהוג למידה מוטורית ווקאלי.

, מערכת אוזניות קלה משקל מבוססת על מניפולצית משוב שמיעתי בציפורי שיר

למדו שיטת רישום חשמלי כרוני במוח עכברים צעירים באמצעות מיקרו-דרייב קל משקל. טכניקה זו מאפשרת מעקב אחר פעילות רשתות עצביות ומנגנוני הפרעות נוירו-התפתחותיות.

שתל כונן קל משקל לרישומי טטרוד כרוניים בעכברים צעירים

גלה סרטונים נוספים