Name: TD Drive: un impianto parametrico open-source per registrazioni elettrofisiologiche multi-area in ratti comportamentali e addormentati (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-04-26T13:30:00.000+00:00
Duration: 8 min 51 s
Description: Scopri come registrare l'attività neurale multi-area in ratti liberamente mobili utilizzando l'impianto TD Drive open-source. Questo metodo semplifica la ricerca elettrofisiologica bilaterale durante compiti comportamentali e sonno.

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>Impianto open-source per il monitoraggio elettrofisiologico multiregionale nei ratti

<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>

La natura multi-area delle interazioni cerebrali durante la veglia e il sonno rende difficile studiare in modo esaustivo i processi fisiologici in corso. Mentre approcci come la risonanza magnetica funzionale (fMRI) e l'ecografia funzionale (fUS) consentono il campionamento dell'attività cerebrale da cervelli interi 1,2, sfruttano l'accoppiamento neurovascolare per dedurre l'attività cerebrale dall'attività emodinamica, limitando la loro risoluzione temporale2. Inoltre, la fMRI richiede il posizionamento del soggetto della ricerca in uno scanner MRI, vietando esperimenti con animali che si muovono liberamente. L'imaging ottico della dinamica del calcio con imaging a singolo o multifotone consente registrazioni specifiche per tipo di cellula di centinaia di neuroni contemporaneamente3. Tuttavia, i microscopi montati sulla testa come il Miniscope3, che consentono un comportamento di movimento libero, sono solitamente limitati all'imaging di aree corticali superficiali in cervelli intatti4. Mentre il diametro del loro campo visivo sulla corteccia può essere dell'ordine di 1 mm, i requisiti di spazio di questi microscopi montati sulla testa possono rendere difficile il targeting di diverse aree, in particolare adiacenti. Pertanto, per catturare accuratamente le dinamiche cerebrali multi-area nella veglia e nel sonno, l'elettrofisiologia extracellulare, registrata con elettrodi impiantati nelle aree cerebrali di interesse, è uno dei metodi di scelta grazie alla sua elevata risoluzione temporale e precisione spaziale5. Inoltre, consente la caratterizzazione della dinamica del sonno negli animali compatibile con le analisi ottenute dall'EEG umano, aumentando il valore traslazionale di questo metodo6.
Classicamente, gli studi che registrano l'attività cerebrale con elettrodi extracellulari hanno impiegato singoli elettrodi a filo o fasci di elettrodi, come i tetrodi7. Sonde all'avanguardia come la sonda Neuropixels8 consentono di mirare a più aree contemporaneamente, dato che sono allineate su un asse che consente di impiantare la sonda lungo quell'asse senza danneggiare l'animale. Tuttavia, le registrazioni simultanee accurate di più aree spazialmente separate rimangono ancora impegnative, con i metodi esistenti che sono costosi o richiedono molto tempo.
Negli ultimi anni, i metodi di produzione additiva come la stereolitografia sono diventati ampiamente disponibili. Ciò ha permesso ai ricercatori di sviluppare nuovi impianti di elettrodi adattabili alle loro esigenze sperimentali9, ad esempio un targeting semplificato e ripetibile di più aree cerebrali. Spesso, questi progetti di impianti sono anche condivisi con la comunità accademica come hardware open source, consentendo ad altri ricercatori di adattarli ai propri scopi. Il grado di adattabilità di specifici impianti varia sia in base a come l'impianto è progettato sia a come è condiviso. La modellazione parametrica10 è un approccio popolare nella progettazione assistita da computer, in cui diversi componenti del progetto sono collegati da parametri interdipendenti e da una storia di progettazione definita. L'implementazione di un approccio parametrico per la progettazione degli impianti ne aumenta la riutilizzabilità e l'adattabilità10, poiché la modifica dei singoli parametri aggiorna automaticamente i progetti completi senza la necessità di una complessa rimodellazione del progetto. Una necessità consequenziale è che il progetto stesso sia condiviso in un formato modificabile che preservi le relazioni parametriche e la cronologia del progetto. I formati di file che rappresentano solo primitive geometriche, come STL o STEP, rendono impossibili le successive modifiche parametriche dei modelli pubblicati.
Mentre gli iperdrive tetrodici 11,12,13 consentono registrazioni da dozzine di tetrodi, il loro assemblaggio e il loro impianto richiedono molto tempo e la loro qualità dipende in gran parte dall'abilità e dall'esperienza del singolo ricercatore. Inoltre, di solito combinano i tubi guida che dirigono gli elettrodi di registrazione verso la loro posizione target in uno o due fasci più grandi, limitando così il numero e la diffusione delle aree che possono essere mirate in modo efficiente.
Altri impianti14,15 espongono l'intero cranio e consentono il posizionamento libero di più microazionamenti individuali che trasportano gli elettrodi di registrazione. Sebbene il posizionamento di microdrive indipendenti16 durante l'intervento massimizzi la flessibilità, aumenta il tempo di intervento e può rendere difficile il targeting di più aree adiacenti a causa dei requisiti di spazio dei singoli microdrive. Inoltre, sebbene gli impianti siano open source, vengono pubblicati solo come file STL, rendendo difficile la modifica.
Un esempio di azionamento con una filosofia parametrica più intrinseca è il RatHat17. Fornendo uno stencil chirurgico che copre l'intera superficie dorsale del cranio, consente di mirare con precisione a più bersagli cerebrali senza l'uso di una cornice stereotassica durante l'intervento chirurgico. Sono disponibili diverse varianti di impianto per cannule, optrodi o tetrodi. Tuttavia, sebbene l'unità sia gratuita per scopi accademici, non è pubblicata in modo open source, creando un ostacolo per i ricercatori nella valutazione e nell'utilizzo dell'impianto.
In questo articolo viene presentato il TD Drive (vedi Figura 1), un nuovo impianto stampabile in 3D per la registrazione di elettrodi extracellulari nei ratti. Il TD Drive mira a superare alcuni degli svantaggi delle soluzioni esistenti: consente di colpire più aree cerebrali, riflesse su entrambi gli emisferi, con elettrodi a filo indipendenti contemporaneamente. Grazie al suo design semplice, può essere assemblato in poche ore a un costo relativamente basso da ricercatori meno esperti. Il TD Drive è pubblicato open-source, in formati di file facilmente modificabili per consentire ai ricercatori di adattarlo alle loro esigenze specifiche. L'incorporazione di un approccio di modellazione 3D parametrica fin dall'inizio del processo di progettazione del TD Drive consente di astrarre i parametri necessari: per modificare le posizioni di destinazione, i ricercatori possono semplicemente modificare i parametri che rappresentano le loro coordinate dorso-ventrali e anteroposteriori, senza la necessità di riprogettare l'azionamento da soli. I file per modificare e produrre l'unità TD sono disponibili <a href="https://github.com/3Dneuro/TD_Drive">all'indirizzo https://github.com/3Dneuro/TD_Drive</a>.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66457/66457fig01.jpg"> Figura 1: Panoramica dell'unità TD . (A) Rendering di un'unità TD con un cappuccio protettivo. (B) Rendering con le parti interne mostrate. L'unità TD è dotata di (a) posizioni di registrazione multiple regolabili parametricamente per fili di elettrodi fissi e mobili, un EIB con (b) un connettore Omnetics ad alta densità compatibile con i comuni sistemi di acquisizione dati cablati e wireless e (c) una mappatura intuitiva dei canali ottimizzata per le registrazioni con sistemi Intan/Open Ephys (vedere la Figura 1 supplementare) e (d) un cappuccio per proteggere l'impianto durante le registrazioni in tethering e quando non è collegato alcun headstage. (C) Uno stencil guida sul fondo del TD Drive facilita il posizionamento delle cannule guida e funge da verifica ridondante delle posizioni degli impianti durante l'intervento chirurgico. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66457/66457fig01large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
Il design dell'impianto è stato testato in n = 4, convalidato in n = 8 e confermato in n= 8 ratti incappucciati Lister che hanno svolto compiti diversi. I primi 4 animali sono stati utilizzati per sviluppare l'azionamento e regolare i parametri. Quindi, è stato eseguito un progetto pilota completo con 8 animali (mostrato nei risultati). Una seconda coorte di 8 animali è stata analizzata e inclusa nell'analisi di sopravvivenza dell'impianto. L'impianto era compatibile con le registrazioni del sonno vincolate e le registrazioni in campo aperto (Object Exploration), nonché con la registrazione wireless in un grande labirinto (HexMaze 9 m x 5 m) utilizzando due diversi sistemi di registrazione commerciali e headstage. Le due coorti di 8 sono state registrate con due diversi sistemi di acquisizione: collegato per registrazioni del sonno più lunghe e wireless per registrazioni di esplorazione di labirinti di grandi dimensioni. Possiamo concludere che questo semplice azionamento a filo consente esperimenti di lunga durata con coorti più grandi da parte di ricercatori meno esperti per consentire l'analisi della fase del sonno e l'analisi delle oscillazioni in più aree cerebrali. Ciò è in contrasto con la maggior parte degli impianti di elettrofisiologia fino ad oggi, che, a causa della difficoltà e dell'intensità del tempo, consentono coorti di animali più piccole e di solito richiedono sperimentatori molto esperti. Tuttavia, con questa unità, non è possibile registrare l'attività dei singoli neuroni; pertanto, l'uso è limitato alle indagini sul potenziale di campo locale (LFP) e all'attività di sommatoria.

<table><tbody><tr><td>Punta da trapano da 0,5 mm&nbsp;</td><td>McMaster</td><td>2951A38</td><td></td></tr><tr><td>Presa SIP / DIP interconnessa passo 1,27 mm (Mill-Max)</td><td>Mouser Electronic</td><td>575-003101</td><td>Per l'assemblaggio e il collegamento di EEG e Viti GND</td></tr><tr><td>5 minuti epossidiche&nbsp;</td><td>Bisonte</td><td>Colla</td><td>epossidica</td></tr><tr><td>cianoacrilica</td> regolare disponibile in commercio <td>Loctite</td><td></td><td>Super Glue-3&nbsp;</td></tr><tr><td>Filo EEG</td><td>Science Products GmbH</td><td>7SS-2T Filo</td><td></td></tr> per <tr><td>elettrodi</td><td>Science Products GmbH</td><td>NC7620F</td><td></td></tr><tr><td>Etanolo</td><td>LC</td><td></td><td>Per la procedura di sterilizzazione preoperatoria standard dell'azionamento</td></tr><tr><td>Pinza fine (5)</td><td>FST</td><td>91150-20</td><td>Per la preparazione e la manipolazione di fasci di fili</td></tr><tr><td>Forma 3B</td><td>Formlabs</td><td></td><td>Stampante 3D utilizzata per stampare in 3D le parti autostampate dell'unità TD</td></tr><tr><td>Perni d'oro (piccoli)</td><td>Neuralynx, Inc.</td><td>9885</td><td>Fissaggio dei fili elettrici alla scheda EIB</td></tr><tr><td>Filo di terra</td><td>Science Products GmbH</td><td>SS-3T/A</td><td></td></tr><tr><td>Connettore ad alta densità&nbsp;</td><td>LabMaker GmbH/Omnetics</td><td>A79026-001</td><td></td></tr><tr><td>Lister Ratti Hodded Charles</td><td>River Laboratories</td><td>Crl:LIS</td><td>abbiamo usato ratti maschi, 9-12 settimane di età all'arrivo</td></tr><tr><td>M1 inserto in ottone</td><td>AliExpress</td><td>Disponibile in commercio</td><td>https://aliexpress.com/item/33047616164.html</td></tr><tr><td>rubinetto M1</td><td>McMaster</td><td>2504A33</td><td></td></tr><tr><td>M1x16 vite</td><td>Bossard</td><td>1096613</td><td></td></tr><tr><td>Viti M1x3 in acciaio inossidabile&nbsp;</td><td>Viti e altro</td><td>84213_14985</td><td></td></tr><tr><td>Viti in poliimmide M2.5x5</td><td>Viti e altro</td><td>7985PA25S_50</td><td></td></tr><tr><td>olio minerale</td><td>McMaster</td><td>1244K14</td><td></td></tr><tr><td>Smalto per unghie</td><td>Etos</td><td>Disponibile in commercio</td><td>Per la codifica a colori di fili EEG e GND</td></tr><tr><td>nastro da pittore</td><td>Gamma</td><td>Disponibile in commercio</td><td>Per la preparazione di fasci di fili</td></tr><tr><td>Pin morsa</td><td>McMaster</td><td>8455A16</td><td></td></tr><tr><td>carta da disegno</td><td>Canson</td><td>Disponibile in commercio</td> Per tubi in <td>poliimmide di preparazione del fascio di fili</td></tr><tr><td></td><td>Amazon / Piccole parti</td><td>TWPT-0159-30-50</td><td>AWG, 0,0159" ID, 0,0219" OD, 0,0030" Parete, 30" Lunghezza</td></tr><tr><td>RHD Headstage a 32 canali con accelerometro</td><td>Intan Technologies, LLC</td><td>C3324</td><td>Per registrazioni collegate nel sleepbox</td></tr><tr><td>Cavi SPI standard RHD da 3 piedi (0,9 m)</td><td>Intan Technologies, LLC</td><td>C3203</td><td>Dal commutatore all'headstage</td></tr><tr><td>Cavi SPI standard RHD da 6 piedi (1,8 m)</td><td>Intan Technologies, LLC</td><td>C3206</td><td>Dalla scatola OpenEphys al commutatore</td></tr><tr><td>Anello di contatto con flangia</td><td>Adafruit</td><td>1196</td><td>Commutatore: diametro 22 mm, 12 fili</td></tr><tr><td>Flusso di saldatura&nbsp;</td><td>Griffon S-39 50 ml</td><td>Disponibile in commercio</td><td>Per la saldatura EEG & Viti GND</td></tr><tr><td>pasta saldante</td><td>Amazon</td><td>B08CBZ5HC5</td><td></td></tr><tr><td>dado M2 in acciaio inossidabile&nbsp;</td><td>McMaster</td><td>93935A305</td><td></td></tr><tr><td>Configurazione di registrazione con tethering&nbsp;</td><td>OpenEphys</td><td>Acquasition Board</td><td></td></tr><tr><td>Registratore di registrazione wireless</td><td>SpikeGadgets</td><td>miniLogger 32</td><td>Per registrazioni wireless nell'attività</td></tr><tr><td>Configurazione della registrazione wireless</td> Unità <td>di controllo principale (MCU) SpikeGadgets incl. scheda di breakout e ricetrasmettitore RF</td><td>Per registrazioni wireless nell'attività</td><td></td></tr></tbody></table>

td drive: un impianto parametrico open-source per registrazioni elettrofisiologiche multi-area in ratti comportamentali e addormentati

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

Utilizzando le istruzioni fornite nel protocollo, il TD Drive potrebbe essere costruito facilmente da più sperimentatori. Dopo lo sviluppo dell'unità (n = 4), è stato eseguito un progetto pilota completo con otto animali. È stato impiantato un ulteriore lotto di otto animali ed è stata eseguita la raccolta dei dati sperimentali. Poiché l'analisi dei dati su questi animali non è stata completata, essi sono stati inclusi nell'analisi di sopravvivenza, ma non in altre analisi (ad esempio, targeting o istologia). L'intervento di implantologia è stato eseguito 2 settimane dopo l'arrivo (vedere la Figura 3A per le posizioni target utilizzate nel progetto pilota). L'impianto è stato eseguito con le normali procedure chirurgiche ed è durato ~3 ore. Un chirurgo esperto ha eseguito gli impianti iniziali e ha potuto insegnare all'indipendenza sia gli sperimentatori esperti che quelli alle prime armi con 2-3 interventi chirurgici.
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66457/66457fig03.jpg"> Figura 3: Chirurgia implantare, dati sul sonno e attività a banda larga. (A) Panoramica schematica che mostra le posizioni target per le craniotomie (cerchi blu) e le viti del cranio (verde: EEG, blu: GND, grigio: viti di ancoraggio, si noti che due viti di ancoraggio si trovano sul lato del cranio). (B) Fotografia di animali impiantati con un headstage legato durante il sonno e la veglia. (C) Esempi di dati sul sonno da PFC (Prelimbic) e HPC (Ca1) di animali legati, suddivisi in sonno REM con theta e sonno non REM con delta, fusi e increspature. Asse Y: microvolt, asse x: secondi. Questi dati possono essere utilizzati, ad esempio, per il punteggio del sonno o il rilevamento e l'analisi degli eventi di oscillazione (D) Esempio di attività a banda larga registrata in modalità wireless in un animale sveglio (i canali rumorosi a sinistra non erano collegati). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66457/66457fig03large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66457/66457fig04.jpg"> Figura 4: Durata dell'impianto, rilevamenti delta e istologia. (A) Grafico di sopravvivenza per l'impianto per due cicli di esperimenti di lunga durata. Da notare, il giorno 85, n = 8 hanno terminato l'esperimento e sono stati pianificati per essere perfusi. (B) Esempio di dati per la stabilità. Viene mostrato il conteggio dei rilevamenti delta nel canale ippocampale nei giorni di registrazione (~3 giorni alla settimana). Ogni animale ha mostrato una variazione normale a seconda della quantità di sonno, ma non c'è stata una deriva generale nel tempo nel segnale e quindi nei rilevamenti. (C) Istologia rappresentativa che mostra il targeting bilaterale per un ratto. Colonna di sinistra: emisfero sinistro, colonna di destra: emisfero destro. Le coordinate AP indicano le coordinate anteroposteriori della fetta raffigurata e le frecce indicano le lesioni nelle aree mirate. Ingrandimento: 1,6x. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66457/66457fig04large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
Tutti gli animali si sono ripresi bene e hanno tollerato l'impianto (Figura 3B). Gli elettrodi frontali e retrospleniali erano fissi, ma i fasci ippocampali erano mobili. I fasci ippocampali sono stati impiantati a una profondità dorso-ventrale di 2 mm e regolati per massimizzare la copertura HPC durante 2 settimane di recupero dall'intervento, dove il segnale è stato controllato in tempo reale durante i periodi di assuefazione al sonno. In 7 animali su 8, tutti i siti bersaglio sono stati raggiunti su almeno un emisfero (Tabella 2 per le percentuali di successo, vedere la Figura 4C per l'istologia rappresentativa). Le registrazioni della veglia e del sonno sono state eseguite con successo collegate in una scatola di registrazione, così come le registrazioni wireless in un labirinto più grande (dati di esempio Figura 3C, D). Gli animali hanno mantenuto le protesi per 2 mesi, quando i singoli animali hanno iniziato a perderle; tuttavia, la maggior parte degli animali ha mantenuto gli impianti fino al giorno finale dell'esperimento 85-100 dopo l'impianto (Figura 4A). Durante questo periodo, l'LFP è rimasto stabile, come si può vedere in un'analisi di esempio in cui sono state rilevate oscillazioni delta (Figura 4B). C'era una normale variabilità nel tempo, ma nessuna deriva sistematica del segnale in nessuna delle aree cerebrali registrate (incluso lo strato piramidale di CA1). Si raccomanda di terminare gli esperimenti entro 10-15 settimane dall'intervento chirurgico. Tutti i BEI potrebbero essere recuperati.
Abbiamo applicato questo impianto principalmente per misurare le fasi del sonno e le oscillazioni del sonno in risposta all'apprendimento e ad altri interventi. Ad esempio, come l'assunzione orale di CBD influenza l'insorgenza dell'oscillazione e la coerenza tra le aree cerebrali (vedi Samanta et al.20).
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td>Parametro</td>
			<td>Valore minimo (mm)</td>
			<td>Valore massimo (mm)</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>Tabella 1: Panoramica dei limiti imposti manualmente ai parametri che controllano le coordinate mediolaterali dei siti di registrazione.
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td>Emisfero</td>
			<td>PFC</td>
			<td>RSC</td>
			<td>CA1 pir.</td>
		</tr><tr><td>A destra</td>
			<td>8 di 8</td>
			<td>5 di 8</td>
			<td>6 di 8</td>
		</tr><tr><td>A sinistra</td>
			<td>8 di 8</td>
			<td>7 di 8</td>
			<td>7 di 8</td>
		</tr></tbody></table>Tabella 2: Percentuale di successo per pilota di 8 animali. In 4 animali su 8, tutti gli elettrodi sono stati posizionati correttamente. Tuttavia, in 7 animali su 8, tutte le aree cerebrali sono state correttamente prese di mira in almeno un emisfero (con l'eccezione di 1 ratto mancante dello strato piramidale CA1).
Figura supplementare 1: Architettura TD Drive. (Inizio) Panoramica della mappatura dei canali per il TD Drive quando viene utilizzato con un headstage Intan RHD32. (In basso) Un'ulteriore illustrazione delle configurazioni dei fasci di fili. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66457/Supplementary%20Figure%20S1.zip" target="_blank">Clicca qui per scaricare questo file.</a>
Figura 2 supplementare: Immagini aggiuntive dell'unità TD in diverse fasi del processo di costruzione. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66457/Supplementary%20Figure%20S2.zip" target="_blank">Clicca qui per scaricare questo file.</a>
File supplementare 1: un esempio di protocollo per l'impianto dell'unità TD . Le procedure e le sedi target sono adattate alle domande di ricerca degli autori e alle politiche istituzionali. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66457/Supplementary%20-%20TD%20drive%20implantation.zip" target="_blank">Clicca qui per scaricare questo file.</a>

TD Drive: un impianto parametrico open-source per registrazioni elettrofisiologiche multi-area in ratti comportamentali e addormentati

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

Ricerca

JoVE Journal

Neuroscience

Neuroscienze

Il video mostra la registrazione elettrofisiologica simultanea da più regioni cerebrali in un ratto utilizzando un array di micro-drive integrativo. Gli elettrodi di registrazione sono posizionati nel bulbo olfattivo, gli elettrodi di riferimento nella corteccia frontale e gli elettrodi array di micro-drive nell'ippocampo. Il ratto può foraggiare liberamente e la registrazione simultanea da tutti gli elettrodi impiantati viene registrata utilizzando l'array.

Un metodo di array di micro-drive per la registrazione elettrofisiologica da più regioni cerebrali

La progettazione e l'assemblaggio di microdrive per registrazioni elettrofisiologiche in vivo di segnali cerebrali dal mouse è descritto. Allegando fasci microelettrodi a vettori guidabili robuste, queste tecniche consentono registrazioni neuronali a lungo termine e stabile. Il design leggero permette illimitato prestazioni comportamentali da parte dell'animale dopo l'impianto in auto.

Costruzione di matrici Microdrive per cronici Recordings neurali in topi Comportarsi Awake

Una connessione wireless, sistema bidirezionale per registrazioni neurale multicanale e stimolazione a comportarsi liberamente ratti è stato introdotto. Il sistema è leggero e compatto, avendo così un impatto minimo sul repertorio del comportamento umano. Inoltre, questo sistema bidirezionale fornisce un sofisticato strumento per valutare le relazioni causali tra pattern di attivazione del cervello e comportamento.

Una connessione Wireless, interfaccia bidirezionale per registrazione In Vivo e la stimolazione dell'attività neurale a comportarsi liberamente ratti

Questo protocollo dettagliato descrive il posizionamento di elettrodo stimolazione transcranica su osso temporale al fine di studiare gli effetti a breve e a lungo termine della stimolazione elettrica transcranica in liberi di muoversi.

Stimolazione elettrica transcranica cronica e registrazione intracorticale in ratti

Questo studio introduce un metodo per la registrazione simultanea di potenziali di campo locale nel cervello, elettrocardiogrammi, i electromyograms e segnali di un ratto liberamente commovente di respirazione. Questa tecnica, che riduce i costi di sperimentali e semplifica l'analisi dei dati, contribuirà alla comprensione delle interazioni tra il cervello e gli organi periferici.

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

Vi presentiamo la costruzione di un 3D-stampabile hyperdrive con diciotto tetrodi regolabili in modo indipendente. L'iperguida è progettato per registrare l'attività cerebrale a comportarsi liberamente ratti per un periodo di diverse settimane.

Costruzione di un Hyperdrive multi-tetrodo migliorata per la registrazione su larga scala neurale nel comportarsi ratti

Qui, descriviamo un progetto di micro-drive, una procedura di impianto chirurgico e una strategia di recupero post-operatorio che consentono registrazioni croniche sul campo e singole unità da più regioni del cervello contemporaneamente in topi giovani e adolescenti attraverso una finestra di sviluppo critica dal giorno postnatale 20 (p20) al giorno postnatale 60 (p60) e oltre.

Un impianto di azionamento leggero per registrazioni croniche di tetrodi in topi giovani

Qui presentiamo un sistema di impianto di sonde leggero ed economico per l'elettrofisiologia cronica nei roditori, ottimizzato per la facilità d'uso, il recupero della sonda, la versatilità sperimentale e la compatibilità con il comportamento.

L'impianto DREAM: un sistema implantare leggero, modulare ed economico per l'elettrofisiologia cronica in topi con testa fissa e a comportamento libero

Questo protocollo presenta una scatola comportamentale basata su microcontrollore per valutare l'inibizione del preimpulso (PPI) raccogliendo dati di accelerazione da un sensore sotto la scatola. Questi dati valutano i deficit di gating sensoriale nei ratti socialmente isolati, con un metodo aggiuntivo per sincronizzare i dati con l'attività neuronale per far avanzare gli studi di neurofisiologia sui disturbi comportamentali.

Sviluppo di una scatola comportamentale per la valutazione dell'inibizione del preimpulso e dell'attività neurale in modelli animali psichiatrici

Il sistema di fibra Gigante è un semplice circuito neuronale di...

Le registrazioni elettrofisiologiche dal Percorso di Fiber Gigante D. melanogaster</em

Scopri come registrare l'attività neurale multi-area in ratti liberamente mobili utilizzando l'impianto TD Drive open-source. Questo metodo semplifica la ricerca elettrofisiologica bilaterale durante compiti comportamentali e sonno.

TD Drive: un impianto parametrico open-source per registrazioni elettrofisiologiche multi-area in ratti comportamentali e addormentati (Video) | JoVE Journal

TD Drive: un impianto parametrico open-source per registrazioni elettrofisiologiche multi-area in ratti comportamentali e addormentati

Esplora altri video