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

La nostra ricerca utilizza compiti di realtà virtuale e l'elettrofisiologia cronica in topi e macachi per studiare il processo decisionale naturalistico e l'apprendimento delle regole. Ci concentriamo sulle interazioni tra la corteccia cingolata anteriore e le regioni sensoriali come la corteccia visiva. E questo approccio mira a comprendere le strategie computazionali specie-specifiche o generalizzabili nei comportamenti diretti all'obiettivo.

Penso che come campo, stiamo iniziando a riconoscere che se vogliamo veramente capire il calcolo neurale, dobbiamo farlo mentre gli animali si impegnano in comportamenti che sono significativi e naturali per loro. Quindi, se vogliamo registrare anche l'attività neuronale allo stesso tempo, ciò di cui abbiamo bisogno sono impianti che siano allo stesso tempo robusti e anche comodi da indossare per i nostri animali. Tecnicamente, penso che la sfida più grande sia ancora quella di ottenere registrazioni neuronali ad alto rendimento mentre gli animali sono coinvolti in comportamenti complessi.

E più in generale, penso che sia molto importante che l'elettrofisiologia diventi più accessibile per i laboratori che forse hanno meno finanziamenti o meno risorse tecniche, in modo da poter livellare il campo di gioco per trasformare grandi idee in grandi esperimenti, indipendentemente dal laboratorio in cui si lavora. Il nostro laboratorio confronta direttamente le misurazioni neuronali e comportamentali di topi e scimmie che svolgono le stesse identiche attività di foraggiamento in ambiente virtuale naturalistico. E facendo questo, quello che abbiamo scoperto è che in realtà molte delle dinamiche computazionali e degli stati comportamentali che sperimentano sono direttamente gli stessi.

L'impianto DREAM è la combinazione dei vantaggi che già esistono nel campo. È leggero e compatto, ma allo stesso tempo modulare, flessibile nel posizionamento degli elettrodi e dotato di un microdrive recuperabile, che riduce i costi sperimentali. Per iniziare, saldare una presa della coda di saldatura da 0,05 pollici al filo di terra della sonda in silicone.

Ruotare la vite sul corpo del microdrive in modo che la navetta del microdrive sia completamente retratta verso l'alto. Appoggiare il microdrive orizzontalmente sul supporto del microdrive. Posizionare un piccolo pezzo di stucco adesivo sul supporto del microdrive.

Quindi, posiziona una piccola goccia di cerotto siliconico sulla navetta. Posizionare la sonda con il cavo flessibile sulla navetta del microdrive. Quindi, tirare delicatamente il cavo flessibile verso la parte superiore del microdrive fino a quando il bordo inferiore del cavo incontra il bordo inferiore del microdrive shuttle.

Posizionare il connettore headstage della sonda sullo stucco adesivo nella parte superiore del supporto. Utilizzare un ago calibro 27 o un micropennello, per applicare una piccola goccia di colla cianoacrilica tra il corpo dell'elettrodo e la navetta, evitando il cavo flessibile. Fissare l'amplificatore all'anello della corona utilizzando un cerotto siliconico.

Quindi, collegare il cavo flessibile all'amplificatore e coprire la connessione e il cavo con un sottile strato di intonaco siliconico. Fissare l'intaglio della rete di rame sulla gabbia di Faraday con piccole gocce di resina epossidica. Per iniziare, posizionare tutti gli strumenti chirurgici sterili sulla piattaforma di lavoro sterile.

Disinfettare più volte l'area rasata del topo anestetizzato con un disinfettante a base di iodio e alcol utilizzando tamponi di cotone. Posiziona il mouse in una cornice stereotassica utilizzando le barre auricolari e un supporto per il naso. Eseguire un pizzicotto della zampa per confermare la profondità dell'anestesia.

Usando piccole forbici chirurgiche, taglia un'apertura a forma di mandorla nella pelle sopra il cranio, che va dalla parte posteriore della sutura lambda fino a tra gli occhi. Continuare a tagliare per rimuovere la membrana sottocutanea e il periostio. Quindi, gratta il cranio con una lama di bisturi per rimuovere il tessuto della membrana morbida.

Gratta con cura in uno schema incrociato con la punta del bisturi capovolta per irruvidire la superficie del cranio. Alterna tra una lama di bisturi e cotton fioc sterili per grattare delicatamente e spingere via i muscoli del collo attaccati ai lati della sutura lambda fino a quando i muscoli non vengono spinti indietro verso il bordo del cranio sopra il cervelletto. Usa una siringa da 1 millilitro per applicare una piccola goccia di colla cianoacrilica tra la pelle e i bordi del cranio.

Applicare il primer per cemento dentale sul cranio per una maggiore adesione e indurire con la luce ultravioletta. Trova la posizione target per l'impianto della sonda rispetto a bregma o lambda e delinea la craniotomia attorno ad essa con un pennarello chirurgico. Fissare la piastra sul cranio utilizzando del cemento dentale.

Con un trapano dentale, praticare un piccolo foro di fresatura della larghezza dei perni dell'intestazione sulle aree del cervello. Gocciolare la soluzione fisiologica sterile sulla craniotomia usando una siringa e rimuoverla con salviette che non spargono. Inserire delicatamente un perno di messa a terra in ogni craniotomia e applicare del cemento attorno ai perni della testata.

Quindi, perfora il contorno di una craniotomia più grande muovendoti attorno al bordo con movimenti costanti. Per testare la resistenza della parte perforata dell'osso, spingerla delicatamente con una pinza fine. Posizionare il microdrive con sonda in silicone nel supporto del microdrive.

Inclinare il braccio stereolitico per raggiungere l'area cerebrale target desiderata. Posizionare l'anello della corona con l'amplificatore collegato sui tre pin verticali sul retro del supporto del microdrive. Abbassare il microdrive a una distanza massima di circa 0,5 millimetri dalla craniotomia, quindi utilizzare una pinza per collegare i pin di terra o di riferimento.

Posizionare il braccio stereotassico con il microdrive sopra la craniotomia. Abbassare il microdrive fino a quando il gambo della sonda tocca la dura madre nell'area di destinazione. Cementare la base del microdrive in posizione.

Copri lo spazio tra la base e il cranio con cemento dentale. Quindi, abbassare la sonda di silicio sul cervello. Quando i gambi della sonda toccano il cervello, abbassare rapidamente la sonda di circa 250 micrometri.

Una volta che la sonda ha sfondato la superficie della corteccia, abbassarla a un ritmo più lento. Utilizzando una siringa da 1 millilitro, erogare una piccola goccia di elastomero siliconico nella craniotomia. Coprire l'elastomero siliconico con una miscela uguale di cera ossea e olio minerale.

Quando il cemento dentale si è solidificato, allentare il supporto del microdrive con una chiave a brugola. Ritrarre delicatamente il supporto di circa 1 centimetro, in modo che il microdrive sia indipendente e l'amplificatore della sonda o il connettore rimangano fissati al supporto dell'impianto senza allungare il cavo flessibile. Posizionare la corona prefabbricata e la rete di Faraday attorno alla piastra di testa allungando la gabbia all'apertura e inserendola orizzontalmente sul microdrive e sul cavo flessibile.

Quindi, fissarlo sulla piastra di testa con cemento dentale. Posizionare l'anello della corona di Faraday con il connettore della sonda o l'headstage sopra la corona, allineando il supporto integrato per l'amplificatore della sonda o il connettore con l'area contrassegnata da una X dentellata sulla corona di Faraday. Fissare l'anello alla gabbia di Faraday con una goccia di cemento dentale ad ogni giunzione dell'anello dei raggi.

Una volta fissato, ritrarre completamente il braccio stereotassico con il supporto del microdrive. Collegare l'amplificatore o il connettore della sonda all'hardware di registrazione e avviare una registrazione del segnale neuronale. Se la sonda non ha ancora raggiunto la posizione di destinazione, ruotare lentamente la vite del microdrive in senso antiorario per abbassare la sonda mentre si monitorano i segnali neuronali.

Quando i potenziali di campo neuro locale sono visibili attraverso la sonda, terminare la registrazione del test e scollegare il connettore dell'headstage. Copri la gabbia di Faraday con un impacco veterinario autoaderente.