Registrazioni simultanee di potenziali di campo locale corticale, elettrocardiogramma, elettromiogramma e respirazione ritmo da un ratto liberamente commovente

L'obiettivo generale di questo impianto chirurgico di elettrodi è quello di registrare simultaneamente segnali bioelettrici centrali e periferici da un ratto che si muove liberamente. Questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave nel campo delle neuroscienze, come la memoria, la cognizione, le emozioni e le interazioni cervello-corpo. Il vantaggio principale di questa tecnica è che un unico dispositivo di registrazione raccoglie tutti i segnali bioelettrici provenienti da un'ampia gamma di aree del corpo.

Abbiamo avuto l'idea di questo metodo quando abbiamo notato che le attività muscolari e cardiache sono entrambe rappresentate da segnali elettrici simili ai segnali extracellulari del cervello. Abbiamo quindi considerato che tutti i segnali possono essere registrati da un unico dispositivo di registrazione multicanale. Per iniziare, preparare un array di microdrive standard per le registrazioni LFP corticali.

Lasciare aperti almeno sei fori metallici su una scheda di interfaccia degli elettrodi per i canali di segnalazione. Quindi, crea sei lunghezze di cinque centimetri di filo Bioflex per trasportare i segnali. Staccare circa cinque millimetri di rivestimento in PFTE su entrambe le estremità.

Quindi, collega un filo a ciascun foro metallico nella scheda utilizzando uno spillo d'oro. Quindi, crea due lunghezze di cinque centimetri di filo smaltato e saldali ai due canali di terra/riferimento sulla scheda. Per realizzare gli elettrodi ECG, tagliare due lunghezze di filo Bioflex da 16 centimetri e staccare 0,5 millimetri di rivestimento da un'estremità e 15 millimetri di rivestimento dall'altra estremità.

Quindi, formare ogni sezione lunga spogliata in un cerchio di due millimetri di diametro e fissare l'anello con la saldatura. Per realizzare gli elettrodi EMG, tagliare due lunghezze di otto centimetri di filo Bioflex e staccare circa cinque millimetri di rivestimento da entrambe le estremità. Per realizzare gli elettrodi BR, tagliare due lunghezze di sei centimetri di filo Bioflex e staccare circa cinque millimetri di rivestimento da entrambe le estremità di ciascun filo.

Per ciascuno dei due elettrodi BR, saldare un'estremità di ciascun filo alla testa di una vite in acciaio inossidabile. Per realizzare gli elettrodi di terra/di riferimento, tagliare due lunghezze di sei centimetri di filo smaltato. Per ciascuno dei due elettrodi di riferimento di terra, saldare un'estremità del filo a una vite leggermente più grande.

Ora sterilizza tutti gli elettrodi e poi maneggiali in condizioni sterili. Per iniziare, fissa un ratto anestetizzato sulla schiena su un termoforo piatto. Fornire buprenorfina come analgesico e applicare un unguento oftalmico per prevenire la secchezza.

Successivamente, pulire il petto e il collo con scrub alternati di etanolo al 70% e betadina. Quindi, drappeggia l'animale per lasciare scoperta solo la zona del torace. Innanzitutto, impiantare gli elettrodi ECG.

Inizia con un'incisione di due centimetri nell'area toracica mediale. Quindi, esporre i muscoli intercostali separando i muscoli del torace. Ora, sutura gli anelli degli elettrodi ECG ai muscoli intercostali.

Fallo in modo che gli elettrodi siano molto sicuri e ci sia un alto rapporto segnale/rumore. Quindi, praticare un'incisione di un centimetro nell'area dorsale del collo e incanalare gli elettrodi ECG per via sottocutanea fino all'incisione, lasciando un allentamento del filo sotto la pelle per ridurre al minimo lo stress fisico sull'elettrodo. Quindi, la sutura ha chiuso l'incisione toracica.

Quindi, riposiziona e fissa l'animale per collegare gli elettrodi EMG. Inserire un'estremità di ciascun elettrodo per via sottocutanea di circa un centimetro nell'incisione del collo e nei muscoli del collo. Quindi, sutura questi elettrodi in posizione.

Dopo l'impianto di elettrodi, fissare il ratto a un dispositivo stereotassico. Quindi, radere e pulire il cranio e iniziare l'impianto dell'array con un'incisione di tre centimetri lungo la linea mediana dal punto tra gli occhi al collo. Usando un trapano ad alta velocità, fai un paio di craniotomie circolari tra 0,7 e 1,0 millimetri di diametro sopra il bulbo olfattivo, che è 11,0 millimetri anteriormente e un millimetro bilaterale al bregma.

Quindi, impiantare i due elettrodi BR abbastanza in profondità da consentire alle punte delle viti di entrare in contatto con il cervello, che è profondo circa due millimetri. Utilizzare tra i sei e gli otto giri completi della vite. Successivamente, fai un altro paio di craniotomie sopra la corteccia frontale, 2,7 millimetri anteriormente e 2,7 millimetri bilaterali al bregma.

In questi fori, fissare i due elettrodi di massa/di riferimento in modo che entrino in contatto con il cervello a circa 1,6 millimetri di profondità. Questo richiede da quattro a cinque giri completi della vite. Ora, pianifica una craniotomia circolare di grandi dimensioni con un diametro di circa 2,0 millimetri sopra l'ippocampo, 3,8 millimetri posteriormente e 2,5 millimetri bilateralmente al bregma.

Quindi, fai da sei a otto fori da 1,0 millimetri nell'area che circonderà la craniotomia. In ciascuno di questi fori, impiantare le viti di ancoraggio. Quindi, eseguire la craniotomia pianificata tra le viti.

Sopra il foro grande, posizionare l'array di micro-drive integrativo in modo che la punta della cannula si trovi appena sopra la craniotomia grande. Riempi lo spazio tra la punta della cannula e la superficie del cervello con circa 100 microlitri di resina epossidica bicomponente. Nei prossimi cinque minuti, lasciare che la miscela si trasformi in un gel trasparente.

Quindi, coprire la cannula, gli elettrodi BR, gli elettrodi di terra/di riferimento e le viti di ancoraggio con cemento dentale. Applicare circa cinque millimetri di cemento senza coprire le estremità aperte degli elettrodi BR o di terra/di riferimento. Ora, salda tutte le estremità aperte degli elettrodi nel punto in cui si collegano alla scheda.

Quindi, coprire la parte inferiore dell'array di microazionamenti integrativi e tutti i fili degli elettrodi con cemento dentale. È importante coprire completamente i fili degli elettrodi in modo che il ratto non possa graffiarli dopo l'impianto. Ora, permetti al topo di riprendersi.

Dopo aver riacquistato conoscenza sufficiente per mantenere la decubito sternale, ospitalo da solo senza compagni di gabbia e dagli libero accesso a cibo e acqua. Dopo l'intervento chirurgico, far avanzare gradualmente i tetrodi facendo avanzare le viti ogni giorno. Una volta che i tetrodi sono adiacenti alle aree cerebrali bersaglio, lasciali riposare per diversi giorni, durante i quali i segnali si stabilizzeranno.

Utilizzando i metodi descritti, i segnali bioelettrici provenienti dal cervello, dal cuore, dai polmoni e dai muscoli scheletrici possono essere catturati simultaneamente e correlati. Ad esempio, un ratto che si muove liberamente e che subisce un comportamento di foraggiamento fornisce un set di dati con transizioni tra lo stato attivo e quello di riposo. Uno spettro di potenza è stato calcolato da una traccia di LFP ippocampale utilizzando l'analisi wavelet.

Il segnale BR registrato dalla superficie del bulbo olfattivo è stato utilizzato per stimare approssimativamente i cambiamenti relativi nelle frequenze respiratorie, come quelli che si verificano durante il comportamento esplorativo di sniffing. Una volta padroneggiata, questa tecnica può essere eseguita in tre ore se eseguita correttamente. Dopo il suo sviluppo, questa tecnica ha aperto la strada ai ricercatori nel campo delle neuroscienze per esplorare la relazione tra gli organi centrali e periferici con un'alta risoluzione temporale nei roditori.