Name: Elettrofisiologia dellattività corticale laminare nelluistitì comune (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-08-04T12:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 37 s
Description: Scopri la registrazione elettrofisiologica laminare nella corteccia visiva del Callithrix jacchus utilizzando un micro-drive personalizzato per posizionamento sub-millimetrico. Questo metodo consente studi longitudinali sulla retinotopia in primati svegli.

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Questo lavoro è stato sostenuto dalla sovvenzione R01 del National Institutes of Health (NIH) EY030998 (J.F.M., A.B. e S.C.). Questo metodo si basa sui metodi sviluppati in Coop et al. (in fase di revisione, 2022; https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.10.11.511827v2.abstract). Vorremmo ringraziare Dina Graf e i membri del laboratorio Mitchell per l'aiuto nella cura e nella gestione dell'uistitì.

Sviluppo di uno stadio di elettrodi X-Y per una registrazione neurale precisa negli uistitì

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</ol>

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Diversi metodi (ad esempio, cronico, semi-cronico, acuto) sono attualmente disponibili per eseguire esperimenti di neurofisiologia nei primati non umani. L'uistitì comune pone sfide uniche per gli esperimenti di neurofisiologia a causa delle sue piccole dimensioni e della mancanza di circonvoluzioni come punti di riferimento anatomici. Ciò richiede ai ricercatori di utilizzare punti di riferimento neurofisiologici come la retinotopia e le proprietà di sintonizzazione delle aree di interesse per identificare i bersagli di...

L'uistitì comune (Callithrix jacchus) è diventato rapidamente popolare come modello per studiare le funzioni cerebrali negli ultimi anni. Questa crescente popolarità è dovuta all'accessibilità della corteccia liscia dell'uistitì, alle somiglianze nell'organizzazione funzionale neurale con gli esseri umani e altri primati, alle piccole dimensioni e alrapido tasso di riproduzione. Con la crescita della popolarità di questo organismo modello, c'è stato un rapido sviluppo delle tecniche neurofisiologiche adatte all'uso nel cervello dell'uistitì. I metodi di elettrofisiologia sono ampiamente utilizzati nelle neuroscienze per studiare l'attività dei singoli neuroni nella corteccia sia dei roditori che dei primati, con conseguente risoluzione temporale e accesso alla posizione senza precedenti. A causa della relativa novità della scimmia uistitì come modello di neuroscienze visive, l'ottimizzazione delle tecniche di elettrofisiologia del comportamento sveglio è ancora in evoluzione. Studi precedenti hanno dimostrato l'istituzione di protocolli robusti per l'elettrofisiologia nei preparati anestetizzati2 e studi di neurofisiologia precoce del comportamento sveglio hanno dimostrato l'affidabilità degli elettrodi di tungstenomonocanale 3. Negli ultimi anni, i ricercatori hanno stabilito l'uso di array di microelettrodi a base di silicio per la neurofisiologia del comportamento da sveglio4. Tuttavia, l'uistitì pone sfide uniche per il targeting a causa delle sue piccole dimensioni cerebrali e della mancanza di punti di riferimento anatomici. Questo protocollo delinea come costruire e utilizzare un sistema di registrazione a micro-drive adatto all'uistitì che consente la registrazione di grandi popolazioni di neuroni con array lineari di silicio producendo al contempo un danno tissutale minimo.
Lavorare con l'uistitì rappresenta una sfida a causa della scala più piccola delle mappe retinotopiche nella corteccia visiva rispetto ai primati più grandi. Un leggero spostamento degli elettrodi di appena 1 mm può comportare cambiamenti significativi nelle mappe. Inoltre, i ricercatori hanno spesso bisogno di modificare il posizionamento degli elettrodi tra le sessioni di registrazione per ottenere una gamma più ampia di posizioni retinotopiche nella corteccia visiva. Le attuali preparazioni semi-croniche non consentono la regolazione del posizionamento dell'elettrodo giornalmente o con sufficiente precisione per mirare a posizioni specifiche su scale sub-millimetriche5. Con questo in mente, il sistema di micro-drive proposto utilizza uno stadio di elettrodi X-Y che monta un micro-drive leggero in una camera di registrazione e consente il targeting sub-millimetrico dei siti corticali. I componenti mobili dello stadio X-Y consentono il movimento verticale e orizzontale dell'array lineare per attraversare sistematicamente le aree corticali, il che è necessario per identificare le aree di interesse (tramite retinotopia e proprietà di sintonizzazione). Durante le sessioni di registrazione, i ricercatori possono anche regolare manualmente la fase X-Y per spostare i siti mirati all'interno dell'area. Questo è un vantaggio chiave rispetto alle tecniche alternative che utilizzano preparati di registrazione semi-cronici, che non hanno facili meccanismi di puntamento degli elettrodi.
Il micro-drive è uno strumento versatile che consente di montare il fissaggio di vari array di silicio per l'abbassamento nella corteccia. In questo protocollo, è stata utilizzata una sonda personalizzata con due array lineari a 32 canali distanziati di 200 μm l'uno dall'altro per lo studio dei circuiti laminari che coprono la profondità corticale. La maggior parte dei metodi per sondare i circuiti neurali in genere campiona i potenziali elettrici o le singole unità mediate su tutti gli strati della corteccia cerebrale. Tuttavia, recenti ricerche hanno rivelato risultati intriganti sui microcircuiti laminari corticali6. Utilizzando il micro-drive, i ricercatori possono utilizzare sonde laminari e apportare regolazioni fini alla profondità di registrazione per garantire un campionamento completo su tutti gli strati.
Questo sistema può essere costruito con componenti disponibili in commercio ed è facilmente modificabile per diverse tecniche sperimentali o sonde. I principali vantaggi di questa preparazione sono la possibilità di cambiare la posizione di registrazione X-Y con precisione sub-millimetrica e di controllare la profondità della registrazione all'interno della corteccia. Questo protocollo presenta istruzioni passo-passo per la costruzione del micro-drive X-Y stage e delle tecniche di registrazione neurofisiologica.

<table><tbody><tr><td>Punta da trapano per fresa da 1/4 Hp</td><td>McMaster & Carr</td><td>Cat # 43035A32</td><td>Fresa in metallo duro con diametro del gambo da 1/4", testata arrotondata, numero commerciale SC-1, taglio singolo (https://www.mcmaster.com/products/bur-bits/burs-7/?s=1%2F4%22+bur+bits)</td></tr> <tr><td>1x1 mm Crist Grid</td><td>Crist Instruments</td><td>1 mm x 1 mm Griglia</td><td>https://www.cristinstrument.com/products/implant-intro/grids</td></tr><tr><td>91% alcol isopropilico</td><td>Medline</td><td>N / A</td><td>Scheda di</td></tr><tr><td>acquisizione</td> https://www.medline.com/product/Medline-Isopropyl-Rubbing-Alcohol/Bulk-Alcohol/Z05-PF03807?question=91%25%20isopropyl%20alcohol <td>Open-Ephys</td><td>N/A</td><td>https://open-ephys.org/acquisition-system/eux9baf6a5s8tid06hk1mw5aafjdz1</td></tr><tr><td>Bacitracin Unguento</td><td>Medline: Cosette Pharmaceuticals Inc</td><td>N/A</td><td>https://www.medline.com/product/Bacitracin-Ointment/Antibiotics/Z05-PF86957?question=bacitr</td></tr><tr><td>pinza dritta smussata</td><td>Medline</td><td>N/A</td><td>https://www.medline.com/category/Central-Sterile/Surgical-Instruments/Forceps/Z05-CA16_02_20/products</td></tr><tr><td>Cera per ossa</td><td>Medline</td><td>ETHW31G</td><td>https://www.medline.com/product/Ethicon-Bone-Wax/Bone-Wax/Z05-PF61528?question=bonewax</td></tr><tr><td>C& B Sistema di cemento adesivo rapido Metabond</td><td>Parkell, Inc.</td><td>SKU: S380</td><td>https://www.parkell.com/C-B-Metabond-Quick-Adhesive-Cement-System</td></tr><tr><td>Clavamox</td><td>MWI Animal Health</td><td>N/A Soluzione</td><td></td></tr><tr><td>per lenti a contatto</td><td>Bausch e lomb</td><td></td><td>Varie fonti disponibili</td></tr><tr><td>Parti stampate in 3D stampate su misura</td><td>ProtoLab</td><td></td><td>https://marmolab.bcs.rochester.edu/resources.html</td></tr><tr><td>DB25-G2 Connettore di segnale con porta spina maschio a 25 pin</td><td>Varie fonti</td><td>DB25-G2 25</td><td>DB25-G2 25 Pin Maschio Spina Porta Segnale 2 Fila Terminal Breakout Board Vite Dado Connettore</td></tr><tr><td>Attacco sega diamantata per dremel</td><td>Dremel</td><td>545 Ruota diamantata</td><td>https://www.dremel.com/us/en/p/545-26150545ab</td></tr><tr><td>Digitalizzazione Head-stages</td><td>Intan</td><td>RHD 32channel (Part #C3314)</td><td>https://intantech.com/RHD_headstages.html?tabSelect=RHD32ch&yPos=120.80 000305175781</td></tr><tr><td>EDOT</td><td>Sigma Aldrich</td><td>Prodotto # 483028</td><td>https://www.sigmaaldrich.com/US/en/product/aldrich/483028</td></tr><tr><td>Helping Hands</td><td>Harbor Freight</td><td>N/A</td> Gancio <td>https://www.harborfreight.com/helping-hands-60501.html</td></tr><tr><td>Clip elettriche</td><td>Varie fonti</td><td>N/A</td><td>Test del gancio Fili del cavo</td></tr><tr><td>Cavi di interfaccia (cavo SPI ultra sottile da 3 piedi (0,9 m) RHD)</td><td>Intan</td><td>&nbsp; Parte #C3213</td><td>https://intantech.com/RHD_SPI_cables.html</td></tr><tr><td>Presa da laboratorio</td><td>Varie fonti</td><td>N/A</td><td>https://www.amazon.com/Stainless-Steel-Scissor-Stand-Platform/dp/B07T8FM85H/ref=asc_df_B07T8FM85H/?tag=&linkCode=df0&hvadid=366343 827267& hvpos=& hvnetw=g& hvrand =2036619536500717246& hvpone =& HVPTWO=& hvqmt=& hvdev=c& HV DVCMDL=& hvlocint=& hvlocphy=900 5674& hvtargid=pla-795933567991& ref=& adgrpid=71496544770& th=1</td></tr><tr><td>Meloxicam</td><td>MWI Animal Health</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Micro-drive</td><td>Crist Instrument</td><td>3-NRMD</td><td>https://www.cristinstrument.com/products/microdrives/miniature-microdrive-3-nrmd</td></tr><tr><td>Array di silicio lineari multicanale con connettore a 64 canali</td><td>NeuroNexus</td><td>A1x32-5mm-25-177</td><td>https://www.neuronexus.com/products/electrode-arrays/up-to-10-mm-depth/</td></tr><tr><td>Adattatore NanoZ Omentics - 32 canali</td><td>NeuraLynx</td><td>ADPT-NZ-N2T-32</td><td>https://neuralynx.com/hardware/adpt-nz-n2t-32</td></tr><tr><td>NanoZ System</td><td></td><td>Plexon NanoZ Impedance Tester</td><td>https://plexon.com/products/nanoz-impedance-tester/</td></tr> <tr><td>Narishige Micromanipolatore Narishige</td><td></td><td>Micromanipolatore stereotassico</td><td>https://usa.narishige-group.com/</td></tr> <tr><td>Open-Ephys GUI</td><td>Open-Ephys</td><td></td><td>https://open-ephys.org/</td></tr> <tr><td>Tubi in poliimmide (OD(in): 0.021 / ID(in) 0.018)</td> <td>Varie fonti (Chamfr)</td><td>Chamfr Cat#HPC01895 https://chamfr.com/sellers/teleflex-medical-oem-llc/</td><td></td></tr> <tr><td>Sedia per primati</td><td>realizzata su misura dall'Università di Rochester Machine Shop</td><td>Designs online</td><td>https://marmolab.bcs.rochester.edu/resources.html</td></tr><tr><td>Poli (4-stirensolfonato) (PSS)</td><td>Sigma </td><td>Aldrich Prodotto # 243051</td><td>https://www.sigmaaldrich.com/US/en/product/aldrich/243051</td></tr><tr><td>Scheda di interfaccia USB RHD</td> Scheda di <td>valutazione Intan RHD2000 Versione 1.0</td><td>https://intantech.com/RHD_USB_interface_board.html</td><td></td></tr><tr><td>Gel Silastic</td><td>World Precision Instruments</td><td># KWIK-SIL</td><td>Adesivo siliconico a bassa tossicità ((https://www.wpiinc.com/kwik-sil-low-toxicity-silicone-adhesive)</td></tr><tr><td>Buprenorfina a rilascio lento</td><td>Compounding Pharmacy</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Filo di acciaio inossidabile 36 gauge</td><td>McMaster & Carr</td><td>Cat # 6517K11</td><td>Filo di acciaio inossidabile 304 multiuso rotondo per piegatura e soggiorno, finitura opaca, 1 piede di lunghezza, diametro 0,008"</td></tr><tr><td>Set di cacciaviti di precisione Stanley da 6 pezzi Cacciavite</td> a testa piatta <td>Stanley</td><td>da 1,4 mm</td><td>https://www.amazon.com/Stanley-Tools-6-Piece-Precision-Screwdriver/dp/B076621ZGC/ref=sr_1_3?crid=237VSK5FNFP9N&keywords = Stanley + 66-052 qid=1672764369& sprefix= stanley+66-052%2Caps%2C90& sr=8-3</td></tr><tr><td>Viti in acciaio</td><td>McMaster & Viti</td><td>esagonali Carr tipo 00 in acciaio inox e 1/8" di lunghezza</td><td>https://www.mcmaster.com/</td></tr> <tr><td>Tubo in acciaio McMaster</td><td>& Tubo</td><td>in acciaio inox Carr calibro 28</td><td>https://www.mcmaster.com/tubing/multipurpose-304-stainless-steel-6/id~0-055/</td></tr> <tr><td>Superglue</td><td>Loctite</td><td>SuperGlue Gel Control</td><td>https://www.loctiteproducts.com/en/products/fix/super-glue/loctite_super_gluegelcontrol.html</td></tr></tbody></table>

elettrofisiologia dell'attività corticale laminare nell'uistitì comune

Electrophysiology of Laminar Cortical Activity in the Common Marmoset

La scimmia uistitì fornisce un modello ideale per l'esame dei circuiti corticali laminari grazie alla sua superficie corticale liscia, che facilita le registrazioni con array lineari. L'uistitì è recentemente cresciuto in popolarità grazie alla sua organizzazione funzionale neurale simile a quella di altri primati e ai suoi vantaggi tecnici per la registrazione e l'imaging. Tuttavia, la neurofisiologia in questo modello pone alcune sfide uniche a causa delle piccole dimensioni e della mancanza di circonvoluzioni come punti di riferimento anatomici. Utilizzando microazionamenti personalizzati, i ricercatori possono manipolare il posizionamento dell'array lineare con una precisione sub-millimetrica e registrare in modo affidabile nella stessa posizione retinotopicamente mirata per tutti i giorni di registrazione. Questo protocollo descrive la costruzione passo-passo del sistema di posizionamento del micro-drive e la tecnica di registrazione neurofisiologica con array di elettrodi lineari al silicio. Con un controllo preciso del posizionamento degli elettrodi durante le sessioni di registrazione, i ricercatori possono facilmente attraversare la corteccia per identificare le aree di interesse in base alla loro organizzazione retinotopica e alle proprietà di sintonizzazione dei neuroni registrati. Inoltre, utilizzando questo sistema di elettrodi a matrice laminare, è possibile applicare un'analisi della densità della sorgente di corrente (CSD) per determinare la profondità di registrazione dei singoli neuroni. Questo protocollo dimostra anche esempi di registrazioni laminari, tra cui forme d'onda spike isolate in Kilosort, che si estendono su più canali sugli array.

Questo protocollo descrive come costruire uno stadio a elettrodi X-Y (Figura 1) che consenta il targeting sub-millimetrico dei siti e mantenga un posizionamento affidabile in sessioni di registrazione separate. L'affidabilità del posizionamento X-Y è illustrata nella Figura 6, che dimostra che due sessioni di registrazione condotte a distanza di una settimana l'una dall'altra hanno mostrato una sovrapposizione del 70,8% nelle loro posizioni RF medie (<strong cla...

I microazionamenti personalizzati consentono il targeting sub-millimetrico dei siti di registrazione corticale con array lineari di silicio.

Elettrofisiologia dell'attività corticale laminare nell'uistitì comune

The marmoset monkey provides an ideal model for examining laminar cortical circuits due to its smooth cortical surface, which facilitates recordings with ...

L'uistitì comune pone sfide uniche per la neurofisiologia a causa delle sue piccole dimensioni e della mancanza di vortice come punti di riferimento anatomici. Un leggero spostamento dell'elettrodo di appena un millimetro può provocare cambiamenti significativi nella mappa della retinotopia. Il sistema di microazionamento proposto utilizza uno stadio dell'elettrodo XY che consente il movimento verticale e orizzontale su una scala sub millimetrica.A causa della relativa novità della scimmia uistitì come modello per il segno dei neuroni visivi, le tecniche di elettrofisiologia del comportamento sveglio sono ancora in evoluzione. Le preparazioni attuali utilizzano spesso sonde semicroniche che non consentono l'accesso ai meccanismi di posizionamento. Questo protocollo dimostra un micro drive leggero per utili registrazioni lineari array, che consentono un posizionamento flessibile tra le sessioni per mappare la retinotopia all'interno della camera.Il danno corticale a lungo termine può essere evitato nella preparazione se usato correttamente con l'azionamento sicuro, la penetrazione lenta del tessuto e l'evitamento dei vasi sanguigni principali. Inoltre, l'uso di silastic nelle craniotomie per evitare infezioni è stato ottimizzato in questa tecnica.

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Neuroscienze

Una questione fondamentale nella nostra comprensione di circuiti corticali è come le reti in diversi strati corticali codifica le informazioni sensoriali. Qui, descriviamo le tecniche elettrofisiologiche che utilizzano multi-laminare contatto elettrodi per registrare singola unità e potenziali di campo locale e le analisi per identificare i presenti strati corticali.

Esaminando l&#39;elaborazione locale di rete che utilizza multi-contatto laminare elettrodi di registrazione

Abbiamo sviluppato una matrice electrocorticographic intero-corticale per il marmoset comune che continuamente copre quasi tutta la superficie laterale della corteccia, dai poli frontale e occipitale pole per il temporale. Questo protocollo descrive una procedura di impianto cronica della matrice nello spazio epidurale del cervello uistitì.

Impianto cronico di tutto-corticale Electrocorticographic Array nel Marmoset comune

Questo lavoro presenta un protocollo per eseguire un impianto stereotassico e neurochirurgico di array di microelettrodi nel comune marmoset. Questo metodo consente specificamente registrazioni elettrofisiologiche in animali che si comportano liberamente, ma può essere facilmente adattato a qualsiasi altro intervento neurochirurgico simile in questa specie (ad esempio, cannula per la somministrazione di farmaci o elettrodi per la stimolazione cerebrale).

Chirurgia stereotassica per l'impianto di array di microelettrodi nel Common Marmoset (Callithrix jacchus)

Qui descriviamo un metodo di allevamento manuale per allevare i cuccioli di uistitì in un'incubatrice per animali. Questo metodo aumenta notevolmente il tasso di sopravvivenza dei neonati di uistitì, il che offre l'opportunità di studiare lo sviluppo di neonati di uistitì con background genetici simili cresciuti in diversi ambienti postnatali.

Metodo di allevamento manuale per i cuccioli di uistitì

Per studiare l'evoluzione del linguaggio, è importante confrontare i meccanismi cerebrali negli esseri umani con quelli dei primati non umani. Abbiamo sviluppato un metodo per misurare in modo non invasivo l'elettroencefalografia (EEG) degli animali svegli. Ci consente di confrontare direttamente i dati EEG tra esseri umani e animali a lungo termine senza danneggiarli.

Misurazioni dell'elettroencefalografia in uistitì svegli che ascoltano vocalizzazioni conspecifiche 

Qui, presentiamo due protocolli per la registrazione della micro-elettrocorticografia ad alta densità (μEcoG) in ratti e topi, inclusi metodi chirurgici, di impianto e di registrazione. Le registrazioni μECoG vengono eseguite in combinazione con la registrazione di politrodi laminari nella corteccia uditiva del ratto o con la manipolazione optogenetica dell'attività neurale nella corteccia somatosensoriale del topo.

Indagini multiscala sull'elaborazione corticale integrando politrodi laminari e optogenetica con la microcorticografia nei roditori

Abbiamo sviluppato un metodo per il controllo simultaneo risonanza magnetica funzionale e la registrazione elettrofisiologica del cervello dei roditori, fornendo una piattaforma per l'indagine del rapporto tra attività neurale e il livello di ossigenazione blood dipendente (BOLD) segnale RM.

FMRI simultanea ed Elettrofisiologia nel cervello roditori

Una dimostrazione della fabbricazione e l'uso di un elettrodo extracellulare di aspirazione utilizzata per misurare le registrazioni elettrofisiologiche delle corde roditori neonatale...

Spinal Cord Elettrofisiologia II: extracellulare fabbricazione di elettrodi di aspirazione

Questo articolo descrive un metodo per isolare elettrofisiologico stimolazione chimica per i singoli sensilli via extracellulare, in punta di registrazioni in olio minerale.

Elettrofisiologia di Scorpion Peg sensilli

Dimostriamo variazioni del extracellulare più unità tecnica di registrazione per la caratterizzazione degli odori-risposte evocate nelle prime tre fasi del percorso olfattivo invertebrati. Queste tecniche possono essere facilmente adattati per esaminare l'attività ensemble in altri sistemi neuronali pure.

Multi-unit Metodi di registrazione per caratterizzare l&#39;attività neurale nel Locust (<em&gt; Schistocerca Americana</em&gt;) Circuiti olfattive

Scopri la registrazione elettrofisiologica laminare nella corteccia visiva del Callithrix jacchus utilizzando un micro-drive personalizzato per posizionamento sub-millimetrico. Questo metodo consente studi longitudinali sulla retinotopia in primati svegli.

Elettrofisiologia dell'attività corticale laminare nell'uistitì comune

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