マイクロドライブアレイ法による脳領域の複数からの電気生理学的記録

要約

出典:鹿野Y., et al. Simultaneous Recordings of Cortical Local Field Potentials, Electrocardiogram, Electromyogram, and Breathing Rhythm from a Freely Moving Rat. J. Vis. Exp. (2018).

このビデオは、統合マイクロドライブアレイを使用して、ラットの複数の脳領域からの電気生理学的記録を同時に行う方法を示しています。記録電極は嗅球に、基準電極は前頭皮質に、マイクロドライブアレイ電極は海馬に配置されます。ラットは自由に採餌することができ、アレイを使用して埋め込まれたすべての電極からの同時記録が記録されます。

プロトコル

動物モデルを含むすべての手順は、地元の施設動物管理委員会とJoVE獣医審査委員会によって審査されています。

1. 統合マイクロドライブアレイの準備

1. 他の場所で説明されているように、皮質局所電位(LFP)記録用のマイクロドライブアレイを作成します。1.2で説明されているように、バイオフレックスワイヤーに接続された心電図/筋電図/呼吸数(EC / EMG / BR)チャネルとして使用するために、電極インターフェースボード(EIB)に少なくとも6つの金属穴を開けたままにしておきます。
2. バイオフレックスワイヤーを長さ5.0cmの6本に切断します。~5.0mmの長さのすべてのワイヤーピースの両端のポリテトラフルオロエチレン(PTFE)コーティングを剥がします。各ワイヤーピースの一方の端を、EIBの開いた金属穴(ECG/EMG/BRチャンネル)の1つに金ピンで接続します。
3. エナメル線を5.0cm×2本に切ります。これらの各ワイヤの一方の端をEIBのグランド/リファレンス(g / r)チャネルにはんだ付けします(図1)。
4. ECG電極の調製には、バイオフレックスワイヤーを2つの16cmピースに切断します。これらのワイヤーピースの端のPTFEコーティングを、一方の端(短い端)で~5.0mm、もう一方の端(長い端)で~15mmの長さで剥がします。
5. ワイヤーの長端を曲げ、はんだ付けでリングの形状を固定することで、直径2.0mmのワイヤーリングを形成します。
6. EMG電極の調製には、バイオフレックスワイヤーを8cmの長さの2つの部分に切断し、これらのワイヤーピースの両端からPTFEコーティングを~5.0mmの長さで剥がします。
7. BR電極の作製には、バイオフレックスワイヤーを長さ6.0cmの2本に切断します。これらのワイヤーピースの両端のエナメルコーティングを~5.0mmの長さで剥がします。これらのワイヤーピースのそれぞれの一端をステンレス鋼のネジ(ステム径:1.0mm、 ステムの長さ:4.0 mm)。
8. アース/基準(gr)電極の調製には、エナメル線を長さ6.0cmの2本に切断します。これらのワイヤー片の両端のエナメルコーティングを~5.0mmの長さで剥がします。これらのワイヤー片のそれぞれの一端をステンレス鋼のネジ(ステム径: 1.4 mm、ステム長:3.0 mm)。
9. ガスは、すべての電極とステンレスネジを滅菌し、これらを清潔なスペースに保ちます。

2. 統合マイクロドライブアレイとBR電極の埋め込み

1. ラットを定位固定装置に固定します。目の間の点から首の部分まで、正中線に沿って頭を~3.0cm切開します。頭蓋骨を露出させます。
2. 嗅球の直径0.7-1.0mm上に直径0.7-1.0mm、前方11.0mm、ブレグマまで片側1mmの円形開頭術を高速ドリルで2回行います。スクリューステムの先端が脳表面に取り付けられるまで、頭蓋骨に2つのBR電極を埋め込みます。
3. 前頭皮質の直径が 0.7 〜 1.0 mm の直径 2.7 mm、前方 2.7 mm、両側 2.7 mm の 2 つの円形開頭術を行います。スクリューステムの先端が脳表面に取り付けられるまで、頭蓋骨に2つのg / r電極を埋め込みます。
4. 大きな開頭術の周辺に直径1.0mmの穴を6〜8個開けます。頭蓋骨にアンカーネジ(ステム径1.4mm、ステム長さ3.0mm)を埋め込みます。
5. 海馬の直径が ~2.0 mm で、海馬の直径が後方 3.8 mm、両側が 2.5 mm の大きな円形開頭術を行います。ドライブアレイのカニューレ先端が大きな開頭術の上に来るように、統合マイクロドライブアレイを配置し
ます
6. カニューレ先端と脳表面の間の隙間を、0.5%(質量)のアルギン酸ナトリウムと10%(質量)の塩化カルシウムの2つの溶液で~100μLで満たします
   手記： このプロセスは、2つの溶液が頭蓋骨上で混合された後、~5分で透明なゲルを形成します。
7. カニューレ、BR電極、g / r電極、およびアンカースクリューを0.5cmの厚さの歯科用セメントで覆います。
8. ECG、EMG、BR、およびg / r電極の開放端を、以前にEIBに接続されていた個々のワイヤチップにはんだ付けします(手順1.2および1.3を参照)。
9. 統合マイクロドライブアレイの底部とすべての電極ワイヤーを歯科用セメントで覆います。移植後にラットが電極ワイヤーを引っ掻き出さないように、すべての電極ワイヤーが完全に覆われていることを確認してください。
10. 胸骨の横臥を維持するのに十分な意識を取り戻した後、動物を透明なプレキシガラスのホームケージに戻し、水と食物に自由にアクセスできる状態で自力で飼ってください。手術後、動物を抗生物質(ゲンタマイシン)で治療します。

3. 生体内録音

>注:すべての信号は増幅され、2 kHzでサンプリングされ、ユニットアクティビティ(30 kHzでサンプリングされ、バンドパスフィルタリング（500 - 6 kHz)）を除いて、バンドパスフィルタ）(0.1 - 500 Hz)されます。

1. 統合マイクロドライブアレイのEIBを記録デバイスのヘッドステージに接続します。
2. 手術後数週間、ネジを回して四極管を進めます。四極管が目的の脳領域に隣接したら、安定した記録のために数日間にわたって四極管を領域に落ち着かせます。
3. 動物が記録チャンバー内を自由に移動している間、電気信号を監視します。

結果

図1:EIBの上面図。EIB には、四極管に接続された 24 の皮質 LFP(LFP)チャネル、2 つの ECG チャネル、2 つの EMG チャネル、2 つの BR チャネル、および 2 つのグランド(Gr)チャネルが含まれます。LFPチャンネルを除くすべてのチャンネルは絶縁ワイヤに接続されました。

材料

この記事で使用された材料の一覧

名前	会社	カタログ番号	コメント
FEPフックアップワイヤー撚り線ステンレス鋼	クーナーワイヤーカンパニー、カリフォルニア州チャッツワース	ASの633	バイオフレックスワイヤー
EIB-36-PTBの	Neuralynx, Inc., ボーズマン, モンタナ州	EIB-36-PTBの	EIBの
セレプレックスM	Blackrock Microsystems、ユタ州ソルトレイクシティ		デジタルヘッドステージ
セレプレックスダイレクト	Blackrock Microsystems、ユタ州ソルトレイクシティ		データ取得システム
UEWポリウレタンマグネットワイヤー	Oyaide.com, 東京, 日本	UEW 0.14mm 20m	エナメル線
SD-102	成茂市、東京、日本	SD-102	高速ドリル
ミニモワンシリーズ ver.2	Minitor Co.,Ltd, 東京, 日本	2012年頃	ハイピードドリル電源
プロビニス 250 mL	Shofu Inc.(京都)	213620136	歯科用セメント
小動物用麻酔器	バイオマシナリー、千葉、日本	TK-7	麻酔器
ブプレノルフィン塩酸塩	シグマ・アルドリッチ、ミズーリ州セントルイス	B7536-1ミリリットル	鎮痛剤
イソフルラン	DSファーマアニマルヘルス、大阪府大阪市	イソフル 250mL
ワセリン、ホワイト	和光純薬工業株式会社(大阪府大阪市	〒224-00165	獣医軟膏
アルギン酸ナトリウム	ナカライテスク、京都、日本	31131から85
塩化カルシウム二水和物	和光純薬工業株式会社(大阪府大阪市	031-00435
ステンレス鋼ネジM1.0×4.0	MonotaRO, 兵庫県, 日本	42617504	BR電極用ステンレス製ネジ
ステンレス鋼ネジM1.4×3.0	MonotaRO, 兵庫県, 日本	42617687	G/R電極とアンカー用のステンレス製ネジ

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