シングルユニット電気生理学的記録で使用するためにマイクロワイヤの組織化された配列を移植することは技術的な課題の数を示します。必要に応じてこの技術及び設備を実施するための方法が記載されている。また、高い空間選択性の異なる神経サブリージョンから録音するために組織さMICROWIREアレイの有益な使用が議論されている。
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この記事について
サマリー
要約
覚醒のin vivo電気生理学的記録では 、挙動の動物は、単一細胞レベルでの神経シグナリングを理解するための強力な方法を提供する。技術は実験者が進行中の行動で記録活動電位を相関させるために、時間的および地域固有の発火パターンを調べることができます。また、単体の記録は、神経機能の包括的な説明を生成するための他の技術の過多と組み合わせることができる。本稿では、マイクロワイヤ移植のための麻酔と準備について説明します。その後、我々は正確にターゲット構造にマイクロワイヤ配列を挿入する必要が機器や手術ステップを列挙。最後に、簡単に、アレイ内の個々の電極から記録するために使用される装置を記載している。した固定マイクロワイヤアレイは、慢性移植のためによく適しており、ほぼすべての行動preparatiの神経データの縦方向の録音を可能にしている上。我々は、マイクロワイヤーの位置、並びに記録された結果の解剖学的特異性を高めるために、免疫組織化学的技術を用いて、マイクロワイヤー注入を結合する方法を三角測量する電極トラックをトレース議論する。
概要
電気生理学的記録は、科学者が生物細胞の電気的特性を調べることができます。電気インパルスは、シグナル伝達機構として働く中枢神経系では、これらの記録は、神経機能1-2を理解するために特に重要である。動物に挙動における単体の記録時には、脳内に挿入された微小電極は、経時的に活動電位のニューロンの発生における変化を記録することができる。
多くの技術は、一つは、脳の活動を記録することを可能にしながら、単一ユニット電気生理学は、単一ニューロンレベルでの解像度を可能にする最も正確な方法の一つである。空間的な高度の特異性が望まれる場合、マイクロワイヤは、別個のサブ核またはbrain3内の細胞のアンサンブルを標的化するために使用することができる。記録はマイクロ秒レベルで正確であるように単一ユニットの録音は、高時間分解能の恩恵を受ける。そして、in vivoでの Aウェイク記録は求心性と遠心性投射、全身化学·ホルモンの影響、および生理学的パラメーターの自然環境で、完全な回路の相互作用を可能にします。神経信号は、感覚入力、運動行動、認知処理、神経化学/薬理学、又はいくつかの組み合わせに由来する。したがって、感覚、運動、認知、および化学的影響の分離は、前述の影響のそれぞれの評価を可能にすることができる効果的な偶発事象およびコントロールとよく練られた実験を必要とする。すべてのすべてで、行動する動物での記録は、実験者が機能回路内に複数の情報源の統合を観察し、回路機能....
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プロトコル
の準備をして、次の手順を行いながら（9実験動物の管理と使用に関する指針に記載されているように）細心の注意は、無菌状態を維持するために注意する必要があります。次のプロトコルは、実験動物の管理と使用に関する指針に適合していると制度動物実験委員会、ラトガース大学によって承認されている。それは、その後の手続きが完了するまでに3-6時間を必要とするであろうと推定されている。
マイクロワイヤアレイを注入する。
- 場所麻酔下の動物50 mg / kgのペントバルビタールナトリウム（腹腔内）を用い、アトロピンメチル硝酸塩10 mg / kgでの投与（IP、グリコピロレートが置換されてもよい）及び0.25mgのペニシリン（300,000 U / mlの筋肉）呼吸機能を維持し、感染を予防するであった。
注：それは費用対効果があるとする人への暴露を制限するので、この移植手術の3-6時間の長さは、ペントバルビタールナトリウムが使用されている麻酔（ガス麻酔薬の長期使用で発生する可能性のあるように）、まだ長期的な麻酔を提供しながら。他の麻酔薬の置換が許容される。 - 麻酔が進む前に、テールピンチテストを用いて実施されたことを確認します。
- 必要に応じて、手術全体で麻酔を維持するために、塩酸ケタミン（60 mg / kgのIP）をペントバルビタールナトリウム（5-10 mg / kgのIP）の注射を交互に与える。 <....
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結果
電気生理学的信号を記録するために、この研究室で使用される機器の一覧を表3に見出すことができる。手術からの回復に続いて、単一ユニットが移植されたコネクタにユニティゲインヘッドステージを差し込むことによって記録されている。このヘッドステージは、電気スリップリングの使用を介して電気生理学的記録の中断なしに自由回転が可能である整流子にケーブルを介して接続されている。整流子は、この準備の原則利点の一つである行動、中に記録しながら、被験者が自由に移動することができます。信号は、それが単位信号を示さないので、示差的に選択された電極上に周囲雑音に対する各電極上の信号を増幅するために使用される前置増幅器（10×増幅率）を介して供給される。差分記録は、2つの電圧の瞬間的な差を増幅するために使用される。両方のワイヤは、ほぼ等しく、そのopposiを、周囲の騒音を記録しているためTEの極性を効果的に神経記録から周囲の雑音を減算します（ 図2）を有効にします。最後に、信号は、バンドパスフィルタ（10 kHzまで450 Hzの、11 kHzで1 kHzと-6デシベ.......
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ディスカッション
細胞外記録は、神経科学のほぼすべての実験準備に組み込むことができる強力な実験手法を表す。そのシャフトは、脳を通ってそれらの標的領域（ 図5A）に入るように組織化された配列に移植されているワイヤは追跡することができる。小さな、実験後の病変は、ステンレス鋼線から小さな鉄の堆積物を作成するために絶縁なしマイクロワイヤ先端に作成されると、1は正確に溶液を用いて、（1単位が記録された）絶縁されていないマイクロワイヤ先端の位置をマークすることができます5％フェロシアン化カリウム及び10％のHCl（;青い点図5Aおよび5B）である。このように、1は容易に脳内の配列全体の位置を再作成し、その後の脳スライスのシリーズを使用することができます。最後に、上述の技術は、容易にするために、録音の空間的特異性を高めるために、免疫組織化学と組み合わせることができるターゲットの配置を確認するには、さらには、単一の標的核3（ 図5B）内小地域の違いを研究するために。
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開示事項
著者らは、開示することなく、競合する金融利害関係はありません。
謝辞
この研究は、薬物乱用の国民の協会によってサポートされていましたDA 006886（MOW）とDA 032270（DJB）が付与されます。
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材料
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| <強い>表1。手術材料のリスト. | |||
| ガー | ゼフィッシャー(ムーアブランド) | 19-898-144 | |
| 綿棒 | ッシャー(ピューリタン) | S304659 | |
| ネンブタール(ペントバルビタール) | シグマアルドリッチ | P3761 | |
| トロピン硝酸メチル | シグマアルドリッチ | A0382 | |
| バイトリル(エンロフロキサシン) | バトラーシェイン(バイエル) | 1040007 | |
| ケタミン塩酸塩 | バトラーSHEINSKU | #023061 | |
| ベタジン(ポビドン-ヨウ素) | フィッシャー(パーデュー) | 19-066452 | |
| Stereotax | Kopf | モデル900 | |
| 灼ツール | stoelting | 59017 | |
| 剖顕微鏡 | ニコン | SMZ445 | |
| 歯科用ドリル | バッファロー | 37800 | |
| 静菌生理食塩水 | バルター シャイン | 8973 | |
| ジュラーズ ネジ | ストールティング | 51457 | |
| マイクロワイヤー アレイ | マイクロプローブ | カスタム (フレキシブル) | |
| アース ワイヤー | オムネティクス | カスタム プラグ | |
| 歯科用アクリル | フィッシャー (BAS) | 50-854-402 | |
| 吸収性縫合糸フィ | ッシャー(エチコン) | NC0258473 | |
| プラルベ(眼軟膏/潤滑剤) | フィッシャー(ヘンリーシャイン) | 008897 | |
| <ストロング>表2。手術器具のリスト. | |||
| 2x マイクロ鉗子 | George Tiemann Co. | #160-57 | 多目的(例:頭蓋骨の窓の破片の除去) |
| 2x鉗子 | ジョージティーマン社 | #160-93 | マルチユース(縫合糸を結ぶなど) |
| 6x Hemostats | George Tiemann Co. | #105-1125 | クランプとオープン切開 |
| 1xはさみ | マン株式会社 | #105-411 | 結んだ後に縫合糸を切る |
| George Tiemann Co. | #105-222 | 1x | |
| ニードルホルダー | ティーマン社 | #105-1259 | 縫合針保持 |
| 1x メスホルダー (#11ブレード付) | George Tiemann Co. | #105-80 (#105-71刃付) | 頭蓋骨切開 |
| 1x #22 メス刃 | George Tiemann Co. | #160-381 | シェービング 頭皮 |
| 1x 外科用スパチュラ | George Tiemann Co. | #160-718 | 組織をきれいにするために頭蓋骨をこすり落とす |
| 機械/宝石商のネジ | 各種 | N / A | 0/80 x 1/8 " |
| <強い>表3。電気生理信号記録装置一覧. | |||
| Microwire Array &Connector | Micro Probe, Inc. (Gaithersburg, MD) | N/A (Part No. based on array characteristics) | ターゲット記録領域にCranially埋め込まれています。アレイは、希望のワイヤ間隔、長さ、etcに基づいてカスタマイズされます。 |
| Unity-Gain Harness/Headstage | M.B. Turnkey Designs (Hillsborough, NJ) | Proj 1200 | ニューラルシグナルの初期増幅; 小さなニューラルシグナルの伝播を可能にする。 |
| 整流子(およびオプションの流体スイベル) | Plastics One、Inc.(バージニア州ロアノーク) | SL18C | は、動物が電気信号をプリアンプに伝播しながら自由に回転できるようにします |
| プリアンプ | M.B.ターンキーデザイン(ヒルズボロ、ニュージャージー州) | Proj 1198 | 参照電極に対して神経信号を差動的に増幅します。 |
| フィルターとアンプ | M.B. Turnkey Designs (ニュージャージー州ヒルズボロ) | Proj 1199 | バンドパスフィルターと、差動増幅信号をさらに増幅します。 |
| アクイジションコンピュータ | EnGen (アリゾナ州フェニックス) | 該当なし (カスタムビルド) | 行動および神経データ取得のためのソフトウェアとハードウェアを実行します。 |
| A/Dカード | Data Translation (Marlboro, MA) | DT-3010 | コンピュータサンプリング用のニューラル信号をデジタル化します。 |
| デジタルI/Oカード | 測定コンピューティング(マサチューセッツ州ノートン) | PCI CTR-05 | は、動作入力と出力を集録します |
参考文献
- Carter, M., Shieh, J. C. Electrophysiology In: Guide to research techniques in neuroscience. , Academic Press. (2009).
- Aston-Jones, G., Siggins, G. R. Electrophysiology. In: Psychopharmacology: The Fourth Generation of Progress. Kupfer, D., Bloom, F. E. , Raven Press. (1995).
- Root, D.....
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