Name: כונן TD: שתל פרמטרי בקוד פתוח לרישומים אלקטרופיזיולוגיים רב-אזוריים בחולדות מתנהגים וישנים (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-04-26T13:30:00.000+00:00
Duration: 8 min 51 s
Description: למדו כיצד להשתמש בשתל TD לרישום אלקטרופיזיולוגי רב-אזורי בחולדות מתנהגות וישנות. שיטה זו מאפשרת חקר מנגנוני זיכרון ואינטראקציות מוחיות בזמן אמת.

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

<meta charset="utf8"></head><body>שתל קוד פתוח לניטור אלקטרופיזיולוגי רב-אזורי בחולדות

<ol><li>Deffieux, T., Demené, C., Tanter, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+Ultrasound+Imaging%3A+A+New+Imaging+Modality+for+Neuroscience%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Functional Ultrasound Imaging: A New Imaging Modality for Neuroscience.</a> Neuroscience. 474, 110-121 (2021).</li>
<li>Finn, E. S., Poldrack, R. A., Shine, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+neuroimaging+as+a+catalyst+for+integrated+neuroscience%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Functional neuroimaging as a catalyst for integrated neuroscience.</a> Nature. 623 (7986), 263-273 (2023).</li>
<li>Aharoni, D., Federico Guo, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Aharoni-Lab%2FMiniscope-v4%3A+Release+for+generating%5BTitle%5D)+AND+%22GitHub%22%5BJournal%5D)">Aharoni-Lab/Miniscope-v4: Release for generating.</a> GitHub. , (2023).</li>
<li>Takasaki, K., Abbasi-Asl, R., Waters, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Superficial+bound+of+the+depth+limit+of+two-photon+imaging+in+mouse+brain%5BTitle%5D)+AND+%22eNeuro%22%5BJournal%5D)">Superficial bound of the depth limit of two-photon imaging in mouse brain.</a> eNeuro. 7 (1), (2020).</li>
<li>Buzsáki, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tools+for+probing+local+circuits%3A+High-density+silicon+probes+combined+with+optogenetics%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">Tools for probing local circuits: High-density silicon probes combined with optogenetics.</a> Neuron. 86 (1), 92-105 (2015).</li>
<li>Lacroix, M. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Improved+sleep+scoring+in+mice+reveals+human-like+stages%5BTitle%5D)+AND+%22bioRxi.v%22%5BJournal%5D)">Improved sleep scoring in mice reveals human-like stages.</a> bioRxi.v. , (2018).</li>
<li>Wilson, M. A., McNaughton, B. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamics+of+the+hippocampal+ensemble+code+for+space%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+New+Ser%22%5BJournal%5D)">Dynamics of the hippocampal ensemble code for space.</a> Sci New Ser. 261 (5124), 1055-1058 (1993).</li>
<li>Jun, J. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fully+integrated+silicon+probes+for+high-density+recording+of+neural+activity%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Fully integrated silicon probes for high-density recording of neural activity.</a> Nature. 551 (7679), 232-236 (2017).</li>
<li>Headley, D. B., DeLucca, M. V., Haufler, D., Paré, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Incorporating+3D-printing+technology+in+the+design+of+head-caps+and+electrode+drives+for+recording+neurons+in+multiple+brain+regions%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Incorporating 3D-printing technology in the design of head-caps and electrode drives for recording neurons in multiple brain regions.</a> J Neurophysiol. 113 (7), 2721-2732 (2015).</li>
<li>Camba, J. D., Contero, M., Company, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Parametric+CAD+modeling%3A+An+analysis+of+strategies+for+design+reusability%5BTitle%5D)+AND+%22Comput+Aided+Des%22%5BJournal%5D)">Parametric CAD modeling: An analysis of strategies for design reusability.</a> Comput Aided Des. 74, 18-31 (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+%22J+Vis+Exp%22%5BJournal%5D)">Micro-drive array for chronic in vivo recording: Drive fabrication.</a> J Vis Exp. (26), e1094(2009).</li>
<li>Voigts, J., Siegle, J. H., 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+%22Front+Syst+Neurosci%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> Front Syst Neurosci. 7, (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+%22J+Neural+Eng%22%5BJournal%5D)">An easy-to-assemble, robust, and lightweight drive implant for chronic tetrode recordings in freely moving animals.</a> J Neural Eng. 17 (2), 026044(2020).</li>
<li>Sheng, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+novel+3D-printed+multi-driven+system+for+large-scale+neurophysiological+recordings+in+multiple+brain+regions%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci+Methods%22%5BJournal%5D)">A novel 3D-printed multi-driven system for large-scale neurophysiological recordings in multiple brain regions.</a> J Neurosci Methods. 361, 109286(2021).</li>
<li>Vöröslakos, M., Petersen, P. C., Vöröslakos, B., Buzsáki, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Metal+microdrive+and+head+cap+system+for+silicon+probe+recovery+in+freely+moving+rodent%5BTitle%5D)+AND+%22eLife%22%5BJournal%5D)">Metal microdrive and head cap system for silicon probe recovery in freely moving rodent.</a> eLife. 10, e65859(2021).</li>
<li>Mishra, A., Marzban, N., Cohen, M. X., Englitz, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamics+of+neural+microstates+in+the+VTA-striatal-prefrontal+loop+during+novelty+exploration+in+the+rat%5BTitle%5D)+AND+%22bioRxiv%22%5BJournal%5D)">Dynamics of neural microstates in the VTA-striatal-prefrontal loop during novelty exploration in the rat.</a> bioRxiv. , (2020).</li>
<li>Allen, L. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((RatHat%3A+A+self-targeting+printable+brain+implant+system%5BTitle%5D)+AND+%22eNeuro%22%5BJournal%5D)">RatHat: A self-targeting printable brain implant system.</a> eNeuro. 7 (2), (2020).</li>
<li>Slack, I. Soldering Safety. , Available from: 
 <a target="_blank" href="https://safety.eng.cam.ac.uk/safe-working/copy_of_soldering-safety">https://safety.eng.cam.ac.uk/safe-working/copy_of_soldering-safety</a> (2018).</li>
<li>Harvard Soldering Safety Guidelines. , Available from: 
 <a target="_blank" href="https://www.ehs.harvard.edu/sites/default/files/soldering_safety_guidelines.pdf">https://www.ehs.harvard.edu/sites/default/files/soldering_safety_guidelines.pdf</a> (2019).</li>
<li>Samanta, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((CBD+lengthens+sleep+but+shortens+ripples+and+leads+to+intact+simple+but+worse+cumulative+memory%5BTitle%5D)+AND+%22iScience%22%5BJournal%5D)">CBD lengthens sleep but shortens ripples and leads to intact simple but worse cumulative memory.</a> iScience. 26 (11), 108327(2023).</li>
<li>Machado, F., Malpica, N., Borromeo, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Parametric+CAD+modeling+for+open+source+scientific+hardware%3A+Comparing+OpenSCAD+and+FreeCAD+Python+scripts%5BTitle%5D)+AND+%22PLOS+One%22%5BJournal%5D)">Parametric CAD modeling for open source scientific hardware: Comparing OpenSCAD and FreeCAD Python scripts.</a> PLOS One. 14 (12), e0225795(2019).</li>
<li>Schwarz, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+head-fixed+behaving+rat%3A+Procedures+and+pitfalls%5BTitle%5D)+AND+%22Somatosens+Mot+Res%22%5BJournal%5D)">The head-fixed behaving rat: Procedures and pitfalls.</a> Somatosens Mot Res. 27 (4), 131-148 (2010).</li>
<li>Gardiner, T. W., Toth, L. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stereotactic+surgery+and+long-term+maintenance+of+cranial+implants+in+research+animals%5BTitle%5D)+AND+%22Contemp+Top+Lab+Anim+Sci%22%5BJournal%5D)">Stereotactic surgery and long-term maintenance of cranial implants in research animals.</a> Contemp Top Lab Anim Sci. 38 (1), 56-63 (1999).</li>
<li>França, A. S. C., van Hulten, J. A., Cohen, M. X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Low-cost+and+versatile+electrodes+for+extracellular+chronic+recordings+in+rodents%5BTitle%5D)+AND+%22Heliyon%22%5BJournal%5D)">Low-cost and versatile electrodes for extracellular chronic recordings in rodents.</a> Heliyon. 6 (9), e04867(2020).</li>
</ol>

האופי הרב-אזורי של אינטראקציות מוחיות במהלך ערות ושינה מקשה על מחקר ממצה של התהליכים הפיזיולוגיים המתמשכים. בעוד גישות כגון MRI תפקודי (fMRI) ואולטרסאונד תפקודי (fUS) מאפשרות דגימה של פעילות המוח ממוחות שלמים 1,2, הן מנצלות צימוד נוירו-וסקולרי כדי להסיק פעילות מוחית מפעילות המודינמית, ומגבילות את הרזולוציה הטמפורלית שלהם2. בנוסף, fMRI דורש מיקום של נושא המחקר בסורק MRI, ואוסר על ניסויים עם בעלי חיים הנעים בחופשיות. הדמיה אופטית של דינמיקת סידן באמצעות הדמיה בודדת או מולטיפוטון מאפשרת הקלטות ספציפיות לסוג התא של מאות תאי עצב בו זמנית3. עם זאת, מיקרוסקופים המותקנים על הראש כגון המיניסקופ3, המאפשרים תנועה חופשית, מוגבלים בדרך כלל להדמיית אזורים שטחיים בקליפת המוח במוחות שלמים4. בעוד שקוטר שדה הראייה שלהם על קליפת המוח יכול להיות בסדר גודל של 1 מ"מ, דרישות השטח של מיקרוסקופים אלה המותקנים על הראש יכולות להקשות על מיקוד בכמה אזורים, במיוחד סמוכים. לכן, כדי ללכוד דינמיקה מוחית רב-אזורית בערות ובשינה בצורה מדויקת, אלקטרופיזיולוגיה חוץ-תאית, המתועדת באמצעות אלקטרודות המושתלות באזורי העניין במוח, היא אחת השיטות המועדפות בשל הרזולוציה הטמפורלית הגבוהה והדיוק המרחבישלה 5. בנוסף, היא מאפשרת אפיון של דינמיקת שינה בבעלי חיים התואמת לניתוחים המתקבלים מ- EEG אנושי, ומגדילה את הערך התרגומי של שיטה זו6.
באופן קלאסי, מחקרים המתעדים פעילות מוחית עם אלקטרודות חוץ-תאיות השתמשו באלקטרודות חוט בודדות או בצרורות אלקטרודות, כגון טטרודים7. גשושיות חדישות כגון Neuropixels probe8 מאפשרות להתמקד במספר אזורים בו זמנית, בהתחשב בכך שהם מיושרים על ציר המאפשר להשתיל את הגשושית לאורך ציר זה מבלי לפגוע בחיה. עם זאת, הקלטות סימולטניות מדויקות של אזורים מרובים ומופרדים מרחבית עדיין נותרות מאתגרות, כאשר השיטות הקיימות הן יקרות או גוזלות זמן.
בשנים האחרונות, שיטות ייצור תוספים כגון סטריאוליתוגרפיה הפכו זמינות באופן נרחב. זה איפשר לחוקרים לפתח שתלי אלקטרודות חדשניים שהיו ניתנים להתאמה לדרישות הניסוי שלהם9, למשל, פישוט פשוט יותר שניתן לחזור על עצמו של אזורים מרובים במוח. לעתים קרובות, עיצובי שתלים אלה משותפים גם עם הקהילה האקדמית כחומרת קוד פתוח, המאפשרת לחוקרים אחרים להתאים אותם למטרותיהם. מידת ההסתגלות של שתלים ספציפיים משתנה הן כתוצאה מאופן תכנון השתל והן מאופן השיתוף שלו. מידול פרמטרי10 היא גישה פופולרית בתכנון בעזרת מחשב, שבה רכיבים שונים של העיצוב מקושרים על ידי פרמטרים התלויים זה בזה והיסטוריית תכנון מוגדרת. יישום גישה פרמטרית לתכנון שתלים מגדיל את יכולת השימוש החוזר וההתאמה שלהם10, שכן שינוי פרמטרים בודדים מעדכן אוטומטית את העיצובים המלאים ללא צורך במידול מחדש מורכב של העיצוב. הכרח תוצאתי הוא שהעיצוב עצמו משותף בפורמט ניתן לעריכה המשמר את היחסים הפרמטריים ואת ההיסטוריה של העיצוב. תבניות קובץ המייצגות רק פרימיטיבים גיאומטריים, כגון STL או STEP, הופכות את השינויים הפרמטריים הבאים של מודלים שפורסמו לבלתי אפשריים.
בעוד שהיפר-כוננים טטרודים 11,12,13 מאפשרים הקלטות מעשרות טטרודים, הרכבתם והשתלתם גוזלים זמן, ואיכותם תלויה במידה רבה במיומנות ובניסיון של החוקר הבודד. בנוסף, הם בדרך כלל משלבים את צינורות ההנחיה המכוונים את אלקטרודות ההקלטה למיקום היעד שלהם בצרור אחד או שניים גדולים יותר, ובכך מגבילים את מספר והתפשטות האזורים שניתן לכוון אליהם ביעילות.
שתלים אחרים 14,15 חושפים את הגולגולת המלאה ומאפשרים מיקום חופשי של מיקרו-כוננים נפרדים מרובים הנושאים את אלקטרודות ההקלטה. בעוד המיקום של מיקרו-כוננים עצמאיים16 במהלך זמן הניתוח ממקסם את הגמישות, הוא מאריך את זמן הניתוח ויכול להקשות על מיקוד באזורים סמוכים מרובים בשל דרישות השטח של המיקרו-כוננים הבודדים. בנוסף, בעוד השתלים הם קוד פתוח, הם מתפרסמים רק כקבצי STL, מה שמקשה על השינוי.
דוגמה לכונן עם פילוסופיה פרמטרית מובנית יותר היא RatHat17. על ידי מתן שבלונה כירורגית המכסה את כל פני השטח הגבי של הגולגולת, היא מאפשרת מיקוד מדויק של מטרות מוח מרובות ללא שימוש במסגרת סטריאוטקטית במהלך הניתוח. קיימות וריאציות מרובות של שתלים עבור צינוריות, אופטרודות או טטרודים. עם זאת, בעוד שהכונן חופשי לשימוש למטרות אקדמיות, הוא אינו מפורסם בקוד פתוח, מה שיוצר מכשול לחוקרים להעריך את השתל ולהשתמש בו.
במאמר זה מוצג TD Drive (ראו איור 1), שתל חדשני הניתן להדפסה בתלת-ממד עבור רישומי אלקטרודות חוץ-תאיות בחולדות. כונן TD נועד להתגבר על כמה מהחסרונות של פתרונות קיימים: הוא מאפשר להתמקד באזורים מרובים במוח, המשתקפים על פני שתי ההמיספרות, עם אלקטרודות חוט עצמאיות בו זמנית. בשל העיצוב הפשוט שלו, ניתן להרכיב אותו תוך מספר שעות בעלות נמוכה יחסית על ידי חוקרים פחות מנוסים. כונן TD מתפרסם בקוד פתוח, בפורמטים של קבצים הניתנים לשינוי בקלות כדי לאפשר לחוקרים להתאים אותו לצרכים הספציפיים שלהם. שילוב גישת מידול תלת-ממדית פרמטרית מתחילת תהליך התכנון של TD Drive מאפשר הפשטה של הפרמטרים הדרושים: כדי לשנות את מיקומי היעד, החוקרים יכולים פשוט לערוך את הפרמטרים המייצגים את הקואורדינטות הגב-ונטרליות והאנטרופוסטריוריות שלהם, ללא צורך בעיצוב מחדש של הכונן בעצמם. ניתן למצוא את הקבצים לשינוי וייצור כונן TD בכתובת <a href="https://github.com/3Dneuro/TD_Drive">https://github.com/3Dneuro/TD_Drive</a>.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66457/66457fig01.jpg"> איור 1: סקירה כללית של כונן TD. (A) עיבוד של כונן TD עם מכסה מגן. (B) עיבוד עם חלקים פנימיים מוצגים. כונן TD כולל (א) מיקומי הקלטה מרובים הניתנים לכוונון פרמטרי עבור חוטי אלקטרודות קבועים וניתנים להזזה, EIB עם (ב) מחבר Omnetics בצפיפות גבוהה התואם למערכות איסוף נתונים נפוצות, ו-(ג) מיפוי ערוצים אינטואיטיבי הממוטב להקלטות עם מערכות Intan/Open Ephys (ראה איור משלים 1) ו-(d) כובע להגנה על השתל במהלך הקלטות קשורות וכאשר אין במת ראש מחוברת. (C) שבלונה מנחה בתחתית כונן TD מאפשרת את מיקום צינוריות ההנחיה ומשמשת כאימות מיותר של מיקומי השתלים במהלך הניתוח. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66457/66457fig01large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.</a>
תכנון השתל נוסה ב-n = 4, אומת ב-n = 8 ואושר בחולדות עם ברדס ליסטר שביצעו משימות שונות. 4 בעלי החיים הראשונים שימשו לפיתוח הכונן והתאמת הפרמטרים. לאחר מכן, נערך פיילוט מלא עם 8 בעלי חיים (מוצג בתוצאות). קבוצה שנייה של 8 בעלי חיים הופעלה ונכללה בניתוח הישרדות השתלים. השתל התאים להקלטות שינה קשורות והקלטות שדה פתוח (Object Exploration) וכן להקלטה אלחוטית במבוך גדול (HexMaze 9 m x 5 m) באמצעות שתי מערכות הקלטה מסחריות שונות ובמות ראש. שתי הקבוצות של 8 הוקלטו בשתי מערכות רכישה שונות - קשורות להקלטות שינה ארוכות יותר ואלחוט להקלטות חקר מבוכים גדולים. אנו יכולים להסיק כי כונן תיל פשוט זה מאפשר ניסויים ארוכי טווח עם קבוצות גדולות יותר על ידי חוקרים פחות מנוסים כדי לאפשר ניתוח שלב השינה כמו גם ניתוח תנודות באזורים מרובים במוח. זאת בניגוד לרוב השתלים האלקטרופיזיולוגיים עד כה, אשר בשל קושי ועוצמת זמן, מאפשרים קבוצות בעלי חיים קטנות יותר ובדרך כלל זקוקים לנסיינים מנוסים מאוד. עם זאת, עם כונן זה, לא ניתן לרשום פעילות נוירונים בודדים; לפיכך, השימוש מוגבל לחקירות של פוטנציאל שדה מקומי (LFP) ופעילות סיכום.

<table><tbody><tr><td>מקדח 0.5 מ"מ&nbsp;</td><td>McMaster</td><td>2951A38</td><td></td></tr><tr><td>שקע SIP/DIP מחובר בפסיעה של 1.27 מ"מ (Mill-Max)</td> <td>עכבר אלקטרוני</td><td>575-003101</td><td>לחיבור וחיבור של EEG & ברגי GND</td></tr><tr><td>אפוקסי 5 דקות&nbsp;</td><td>ביזון</td><td>זמין מסחרית</td> רגיל <td>מהמדף דבק אפוקסי</td></tr><tr><td>ציאנואקרילט</td><td>Loctite</td><td></td><td>Super Glue-3&nbsp;</td></tr><tr><td>חוט EEG</td><td>מוצרי מדע GmbH</td><td>7SS-2T</td><td></td></tr><tr><td>חוט אלקטרודה</td><td>מוצרי מדע GmbH</td><td>NC7620F</td><td></td></tr><tr><td>אתנול</td><td>LC</td><td></td><td>להליך עיקור טרום ניתוחי סטנדרטי של כונן</td></tr><tr><td>מלקחיים עדינים (5)</td> <td>FST</td><td>91150-20</td><td>להכנת צרור חוטים וטיפול</td></tr><tr><td>בטופס 3B</td><td>Formlabs</td><td></td><td>מדפסת תלת מימד המשמשת להדפסת תלת מימד של החלקים המודפסים בעצמם של כונן TD</td></tr><tr><td>סיכות זהב (קטנות)</td> <td>Neuralynx, Inc.</td><td>9885</td><td>חיבור חוטי אלקטורדה ללוח EIB</td></tr><tr><td>חוטי הארקה</td><td>מוצרי מדע GmbH</td><td>SS-3T/A</td><td></td></tr><tr><td>מחבר בצפיפות גבוהה&nbsp;</td><td>LabMaker GmbH / Omnetics</td><td>A79026-001</td><td></td></tr><tr><td>Lister חולדות מחוספסות</td><td>מעבדות נהר צ'ארלס</td><td>Crl: LIS</td><td>השתמשנו בחולדות זכרים, בגיל 9-12 שבועות עם ההגעה</td></tr><tr><td>M1 פליז הכנס</td><td>AliExpress</td><td>זמין מסחרית</td><td>https://aliexpress.com/item/33047616164.html</td></tr><tr><td>ברז M1</td><td>McMaster</td><td>2504A33</td><td></td></tr><tr><td>M1x16 בורג</td><td>Bossard</td><td>1096613</td><td></td></tr><tr><td>ברגי נירוסטה M1x3&nbsp;</td><td>ברגים ועוד</td><td>84213_14985</td><td></td></tr><tr><td>ברגי פולימיד M2.5x5</td><td>ברגים ועוד</td><td>7985PA25S_50</td><td></td></tr><tr><td>שמן מינרלי</td><td>McMaster</td><td>1244K14</td><td></td></tr><tr><td>לק</td><td>Etos</td><td>זמין מסחרית</td><td>לקידוד צבע חוטי EEG ו-GND</td></tr><tr><td>קלטת צייר</td><td>גמא</td><td>זמין מסחרית</td><td>עבור הכנת חבילת חוטים</td></tr><tr><td>סיכה vise</td><td>McMaster</td><td>8455A16</td><td></td></tr><tr><td>נייר שרטוט</td><td>Canson</td><td>זמין מסחרית</td> עבור צינורות פולימיד <td>להכנת חבילת חוטים</td></tr><tr><td></td><td>אמזון / חלקים קטנים</td><td>TWPT-0159-30-50</td><td>AWG, 0.0159 אינץ' ID, 0.0219 אינץ' OD, 0.0030 אינץ' קיר, 30 אינץ'</td></tr><tr><td>אורך RHD 32 ערוצים עם מד תאוצה</td><td>Intan Technologies, LLC</td><td>C3324</td><td>להקלטות קשורות ב כבלי</td></tr><tr><td>SPI סטנדרטיים של Sleepbox RHD 3 רגל (0.9 מ')</td><td>Intan Technologies, LLC</td><td>C3203</td><td>מקומוטטור ל-RHD</td></tr><tr><td>כבלי SPI סטנדרטיים של 6 רגל (1.8 מ')</td><td>Intan Technologies, LLC</td><td>C3206</td><td>מתיבת OpenEphys לקומוטטור</td></tr><tr><td>טבעת החלקה עם אוגן</td><td>Adafruit</td><td>1196</td><td>קומוטטור: קוטר 22 מ"מ, 12 חוטים</td></tr><tr><td>שטף הלחמה&nbsp;</td><td>Griffon S-39 50 מ"ל</td><td>זמין מסחרית</td><td>להלחמת EEG & משחת הלחמה של ברגי GND</td></tr><tr><td></td><td>אמזון</td><td>B08CBZ5HC5</td><td></td></tr><tr><td>נירוסטה M2 אגוז&nbsp;</td><td>McMaster</td><td>93935A305</td><td></td></tr><tr><td>הגדרת הקלטה קשורה&nbsp;</td><td>OpenEphys</td><td>Acquasition Board</td><td></td></tr><tr><td>לוגר הקלטה אלחוטי</td><td>SpikeGadgets</td><td>miniLogger 32</td><td>להקלטות אלחוטיות במשימה</td></tr><tr><td>הגדרת הקלטה אלחוטית</td><td>SpikeGadgets</td><td>יחידת בקרה ראשית (MCU) כולל לוח פריצה ומקלט משדר RF</td><td>להקלטות אלחוטיות במשימה</td></tr></tbody></table>

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

The TD Drive: A Parametric, Open-Source Implant for Multi&#45;Area Electrophysiological Recordings in Behaving and Sleeping Rats

באמצעות ההוראות המסופקות בפרוטוקול, כונן TD יכול להיבנות בקלות על ידי מספר נסיינים. לאחר פיתוח הכונן (n = 4), הופעל פיילוט מלא עם שמונה בעלי חיים. קבוצה נוספת של שמונה בעלי חיים הושתלה, ובוצע איסוף נתונים ניסיוני. מכיוון שניתוח הנתונים לא הושלם על בעלי חיים אלה, הם נכללו בניתוח ההישרדות, אך לא בניתוחים אחרים (למשל, מיקוד או היסטולוגיה). ניתוח השתל בוצע שבועיים לאחר ההגעה (ראה איור 3A עבור מיקומי המטרה ששימשו בפיילוט). השתל בוצע בהליכים כירורגיים רגילים ונמשך ~ 3 שעות. מנתח מנוסה ביצע שתלים ראשוניים ויכול ללמד נסיינים מנוסים כמו גם מתחילים עם 2-3 ניתוחים לעצמאות.
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66457/66457fig03.jpg"> איור 3: ניתוחי שתלים, נתוני שינה ופעילות פס רחב. (A) סקירה סכמטית המציגה את מיקומי המטרה של קרניוטומיות (עיגולים כחולים) וברגי גולגולת (ירוק: EEG, כחול: GND, אפור: ברגי עיגון, שימו לב ששני ברגי עיגון נמצאים בצד הגולגולת). (B) תצלום של בעלי חיים מושתלים עם ראש קשור במהלך השינה והערות. (C) נתוני שינה לדוגמה מבעלי חיים קשורים PFC (Prelimbic) ו-HPC (Ca1), המחולקים לשנת REM עם שנת תטא ושנת NonREM עם דלתא, צירים ואדוות. ציר Y: מיקרו-וולט, ציר x: שניות. נתונים אלה יכולים לשמש, לדוגמה, לניקוד שינה או זיהוי וניתוח אירועי תנודה (D) פעילות פס רחב לדוגמה שהוקלטה באופן אלחוטי בחיה ערה (ערוצים רועשים משמאל לא היו מחוברים). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66457/66457fig03large.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/66457/66457fig04.jpg"> איור 4: עמידות השתל, זיהוי דלתא והיסטולוגיה. (A) חלקת הישרדות לשתל לשני סבבים של ניסויים ארוכי טווח. יש לציין כי ביום 85, n = 8 סיימו את הניסוי ותוכננו להיות מחוררים. (B) דוגמה לנתונים ליציבות. מוצגת ספירת זיהויי הדלתא בערוץ ההיפוקמפוס במהלך ימי הקלטה (~3 ימים בשבוע). כל חיה הראתה שונות נורמלית בהתאם לכמות השינה, אך לא הייתה סחף כללי לאורך זמן באות ולכן זיהוי. (C) היסטולוגיה ייצוגית המראה מיקוד דו-צדדי לחולדה אחת. עמודה שמאלית: המיספרה שמאלית, עמודה ימנית: המיספרה ימנית. קואורדינטות AP מציינות קואורדינטות אנטרופוסטריוריות של הפרוסה המתוארת, וחצים מצביעים על נגעים באזורים ממוקדים. הגדלה: פי 1.6. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66457/66457fig04large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.</a>
כל החיות התאוששו היטב וסבלו את השתל (איור 3B). אלקטרודות קדמיות ורטרוספלניאליות היו קבועות, אך צרורות ההיפוקמפוס היו ניתנים להזזה. צרורות ההיפוקמפוס הושתלו בעומק גבי של 2 מ"מ והותאמו כדי למקסם את כיסוי HPC במהלך שבועיים של התאוששות מהניתוח, שם האות נבדק בשידור חי במהלך תקופות התרגלות שינה. ב-7 מתוך 8 בעלי חיים, כל אתרי המטרה הושגו בחצי כדור אחד לפחות (טבלה 2 לשיעורי פגיעה, ראו איור 4C להיסטולוגיה מייצגת). הקלטות ערות ושינה בוצעו בהצלחה קשורות בקופסת הקלטה, כמו גם הקלטות אלחוטיות במבוך גדול יותר (נתונים לדוגמה איור 3C,D). בעלי חיים שמרו על השתלים במשך חודשיים, כאשר בעלי חיים בודדים היו מתחילים לאבד אותם; אולם רוב החיות שמרו על השתלים עד יום סיום הניסוי 85-100 לאחר ההשתלה (איור 4A). במהלך הזמן הזה, ה-LFP נשאר יציב, כפי שניתן לראות בניתוח לדוגמה שבו זוהו תנודות דלתא (איור 4B). הייתה שונות נורמלית לאורך זמן, אך לא הייתה סחף שיטתי של האות באף אחד מאזורי המוח שתועדו (כולל השכבה הפירמידלית של CA1). מומלץ לסיים את הניסויים תוך 10-15 שבועות לאחר הניתוח. ניתן לשחזר את כל ה-EIBs.
יישמנו את השתל הזה בעיקר כדי למדוד שלבי שינה ותנודות שינה בתגובה ללמידה והתערבויות אחרות. לדוגמה, כיצד צריכת CBD אוראלית משפיעה על התרחשות תנודה וקוהרנטיות על פני אזורי המוח (ראה Samanta et al.20).
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td>פרמטר</td>
			<td>ערך מינימלי (מ"מ)</td>
			<td>ערך מרבי (מ"מ)</td>
		</tr><tr><td>medioLateralSite1</td>
			<td>0.75</td>
			<td>2</td>
		</tr><tr><td>medioLateralSite2</td>
			<td>1.5</td>
			<td>5</td>
		</tr><tr><td>medioLateralSite3</td>
			<td>0.75</td>
			<td>2</td>
		</tr></tbody></table>טבלה 1: סקירה כללית של המגבלות המוטלות ידנית על הפרמטרים השולטים בקואורדינטות הבינוניות של אתרי ההקלטה.
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td>חצי כדור הארץ</td>
			<td>PFC</td>
			<td>RSC</td>
			<td>CA1 פיר.</td>
		</tr><tr><td>ימין</td>
			<td>8 מתוך 8</td>
			<td>5 מתוך 8</td>
			<td>6 מתוך 8</td>
		</tr><tr><td>שמאל</td>
			<td>8 מתוך 8</td>
			<td>7 מתוך 8</td>
			<td>7 מתוך 8</td>
		</tr></tbody></table>טבלה 2: שיעור פגיעה בטייס של 8 בעלי חיים. ב-4 מתוך 8 בעלי חיים, כל האלקטרודות מוקמו כראוי. אולם ב-7 מתוך 8 בעלי חיים, כל אזורי המוח היו מכוונים נכונה לפחות בחצי כדור אחד (למעט חולדה אחת שחסרה את שכבת הפירמידה CA1).
איור משלים 1: ארכיטקטורת TD Drive. (למעלה) סקירה כללית של מיפוי הערוצים עבור כונן TD בעת שימוש עם במת ראש Intan RHD32. (למטה) איור נוסף של תצורות צרור החוטים. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66457/Supplementary%20Figure%20S1.zip" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.</a>
תרשים משלים 2: תמונות נוספות של כונן TD במספר שלבים של תהליך הבנייה. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66457/Supplementary%20Figure%20S2.zip" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.</a>
קובץ משלים 1: פרוטוקול לדוגמה להשתלת כונן TD. הנהלים ומיקומי היעד מותאמים לשאלות המחקר של המחברים ולמדיניות המוסדית. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66457/Supplementary%20-%20TD%20drive%20implantation.zip" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.</a>

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

Intricate interactions between multiple brain areas underlie most functions attributed to the brain. The process of learning, as well as the formation and ...

the-td-drive-parametric-open-source-implant-for-multi-area

Research

JoVE Journal

Neuroscience

מדעי המוח

הסרטון מדגים הקלטה אלקטרופיזיולוגית סימולטנית מאזורי מוח מרובים בחולדה באמצעות מערך מיקרו-כונן אינטגרטיבי. אלקטרודות הקלטה ממוקמות בנורת הריח, אלקטרודות ייחוס בקליפת המוח המצחית, ואלקטרודות מערך מיקרו-כונן בהיפוקמפוס. החולדה מורשית לחפש מזון באופן חופשי, והקלטה סימולטנית מכל האלקטרודות המושתלות נרשמת באמצעות המערך.

שיטת מערך מיקרו-כוננים להקלטה אלקטרופיזיולוגית מאזורי מוח מרובים

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

חיבור אלחוטי, מערכת דו-כיווני הקלטות עצבית רב ערוצית גירוי ב להתנהג בחופשיות חולדות הוא הציג. המערכת היא קל וקומפקטי, וכך יש השפעה מינימלית על הרפרטואר ההתנהגותי animal´s. יתר על כן, מערכת דו-כיוונית זו מספקת כלי מתוחכם כדי להעריך את קשרי הגומלין סיבתי בין תבניות ההפעלה מוח והתנהגות.

חיבור אלחוטי, ממשק דו-כיווני ההקלטה In Vivo גירוי של פעילות עצבית להתנהג בחופשיות חולדות

פרוטוקול מפורט זה מתאר טראנס גירוי אלקטרודה השמה על העצם הטמפורלית במטרה לחקור קצר - ארוכת ההשפעות של גירוי חשמלי טראנס ב בחופשיות העברת חולדות.

גירוי חשמלי טראנס כרונית והקלטה Intracortical בחולדות

מחקר זה מציג שיטה עבור ההקלטה סימולטני של שדה מקומי פוטנציאל המוח, electrocardiograms, electromyograms, ונשימה אותות של חולדה נעה בחופשיות. טכניקה זו, אשר מפחית את עלויות ניסיוני ומפשטת את ניתוח הנתונים, יתרום להבנה של אינטראקציות בין המוח לבין איברים היקפיים בגוף.

הקלטות סימולטני של פוטנציאל קורטיקלית שדה מקומי, רל, Electromyogram נושם קצב מעכברוש נעה בחופשיות

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

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.

שתל כונן קל משקל לרישומי טטרוד כרוניים בעכברים צעירים

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

פרוטוקול זה מציג תיבה התנהגותית מבוססת מיקרו-בקר להערכת עיכוב קדם-דחף (PPI) על ידי איסוף נתוני תאוצה מחיישן מתחת לקופסה. נתונים אלה מעריכים ליקויים בשער חושי בחולדות מבודדות חברתית, עם שיטה נוספת לסנכרון נתונים עם פעילות עצבית כדי לקדם מחקרים נוירופיזיולוגיים על הפרעות התנהגות.

פיתוח קופסה התנהגותית להערכת עיכוב קדם-דופק ופעילות עצבית במודלים של בעלי חיים פסיכיאטריים

מערכת סיבים הענק הוא מעגל עצבי פשוטה של...

הקלטות אלקטרו מתוך מסלול של סיבים ענק ד melanogaster</em

למדו כיצד להשתמש בשתל TD לרישום אלקטרופיזיולוגי רב-אזורי בחולדות מתנהגות וישנות. שיטה זו מאפשרת חקר מנגנוני זיכרון ואינטראקציות מוחיות בזמן אמת.

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

גלה סרטונים נוספים