自由に泳ぐ魚における可動テトロデスによるニューロンの無線電気生理学的記録

サマリー

自由に泳ぐ金魚の脳からの細胞外神経信号を記録するための新しい無線技術が提示される。記録装置は、マイクロドライブ、ニューラルデータロガー、防水ケースの2つのテトロドで構成されています。データロガーとそのコネクタを除くすべての部品はカスタムメイドです。

要約

魚の行動を支配する神経機構はほとんど未知のままであるが、魚はすべての脊椎動物の大部分を占める。自由に動く魚から脳活動を記録する能力は、魚の行動の神経ベースの研究をかなり進めるだろう.さらに、脳内の記録位置の正確な制御は、魚の脳内の領域全体の協調神経活動を研究するために重要です。ここでは、自由に泳ぐ魚の脳から無線で記録する技術を提示し、記録場所の深さを制御する。このシステムは、マイクロドライブ制御テトロデスによって記録位置を調整できる新しい水互換インプラントに関連するニューラルロガーに基づいています。システムの機能は金魚のテレンセファロンからの記録によって示される。

概要

魚は脊椎動物の最大かつ最も多様なグループであり、他の脊椎動物と同様に、ナビゲート、社交、睡眠、狩猟などの複雑な認知能力を示しています。それにもかかわらず、魚の挙動を支配する神経機構は、ほとんどの部分が未知のままである。

過去数十年間、固定化された魚からの細胞外記録は、主に^行動1、2の神経基盤の異なる側面を調査するために実施されてきた。この技術は一部の感覚系に適しているが、固定化動物では不可能でない場合には神経行動の全スペクトルの調査は困難である。最初の進歩は、つながれた水泳^魚3、4のモートナー細胞からの記録に関与した。しかし、Mauthner細胞は不均衡に大きく、記録された作用電位振幅は、数mVと同じくらい高く行くことができ、記録を容易にする。その後、Canfieldら、^魚5のテレンセファロンから記録するためにテザー動物を使用する際の概念実証について説明した。魚からの神経活動を記録するためのもう一つの最近の技術は、カルシウムイメージングです(オルガーとデポラビエ^ハ6によるレビューを参照してください、およびVanwalleghem

プロトコル

すべての手術手順は、動物福祉に関する地元の倫理委員会(例えば、IACUC)によって承認されなければなりません。

1. マイクロドライブハウジングの建設

1. ハウジングを構築するには、鋸を使用して19 mm x 29 mm x 1 mm プレートに幅 1 mm の真鍮板をカットします。エッジに垂直な長辺のそれぞれに 5.5 mm のスリットを 2 つカットし、各スリットが狭い側から 6.5 mm 離るようにします (図 2A)。
2. プライヤーを使用して、長辺のスリットの間の領域を内側に折りたたみ、下部を内側に折りたたみ、上側を外側に折りたたんでハウジングを取得します(図2B,C)。
3. 3mmドリルビットを使用して、マイクロドライブハウジングのネジの穴を作ります。
   注:これらの穴は後でハウジングをロガーボックスに取り付けるために使用されます(図2D)。
4. ハウジングの側面はんだ。
5. 細かい円形ファイルを使用して、ハウジングの下部に小さな、1.5 mm の半径、半円形のスリットを....

結果

記録セッション中、金魚は、その脳波の神経活動が記録されている間、正方形の水槽で自由に泳いでいました。これらの実験の目的は、単一細胞の神経活動が魚の行動をどのように決定するかを研究するであった。そのためには、記録されたデータでスパイク活動を特定する必要がありました。脳活動は記録されている間、31,250 Hzでデジタル化され、ハイパスはデータロガーによって300 Hzでフィルタリングされた。次に、オフラインで、信号にバンドパスフィルタ(300~5,000 Hz)を適用し、事前にソートされた生データを各テトロードのチャンネルとリファレンスチャンネルに分離します(図4A)。次に、一般的なスパイクソート^{アルゴリズム12}を使用して、単一細胞活性を特徴付けた。まず、各チャンネルは、最小スパイク振幅しきい値(各チャンネルのノイズレベルに対して)で手動でフィルタリングされました。そして、テトロデスの先端が同じ部位にないので、基準電極が脳の外にあった.......

ディスカッション

このプロトコルは、自由に泳ぐ金魚のテレンセファロンにテトローデ配列を埋め込む際に必要なステップを詳しく説明します。この技術は、脳内のテトロード位置を調整できるマイクロドライブと共に、最大16チャンネルから取得した信号を増幅して記録するニューラルロガーを実装します。マイクロドライブは記録を最大限に活用するために脳の位置を調節することを可能にする。

このプロトコルは、他の脳領域からの記録のために簡単に変更することができます(同様の技術を使用して光学テクタムから記録するためのVinepinsky et^al.8を参照)または他の水生動物15cm以上長い(およそ金魚の頭から尾に等しい、〜100グラムの重量)。さらに、プロトコルは、水を貫通できる周波数で通信する限り、任意のデータロガーで動作するように変更することができます。ここで使用するロガーは、900MHzの無線周波数を使用して通信し、約20cmの水を介して通信することができます。2.4 GHz の無線周波数も約 15 cm の淡水を貫通できます。低い周波数やその他の選択肢は、さらに良い結果を.......

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
0.7mm丸ドリルビット			ドリルと互換性があります。
15ブレードメス	グマアルドリッチ
16チャンネルPCBボード	Neurlynx	EIB-16
1x3Mフィリップス皿頭ネジ			ステンレス鋼。任意のタイプ。
1x3Mフィリップス丸頭ネジ			ステンレス鋼。任意のタイプ。
27 cm x 19 cm x 1 mm真鍮プレート			2
2x6Mプラスネジ			を参照してください。任意のタイプ。
3140 RTV コーティング	ダウ クラウニング 2767996
75 & マイクロ;m 銀線	A-M Systems
真鍮小ネジ #00-90		947-1006
真鍮プレート 7.5 mm x 2.5 mm x 0.6 mm			3D図面をご用意しています。補足1
コーティングタングステンワイヤー25µを参照してください。m	California Fine Wire Company	5000160	用途に応じて、四極管は任意のタイプのワイヤーから製造できます。一般的なワイヤーは、より低い直径で見つけることができるニクロムワイヤーです(例:AMシステム、762000)
コーティングされたタングステンワイヤー50&マイクロ;m	A-Mシステム	795500	低インピーダンス
シアノアクリリック接着剤
歯科用バーニッシャー	ComDent UK		小さな滅菌ステンレス製の静止工具で他の
歯科用セメント - GCFujiPLUS	GC	431011	他の歯科用セメントは、おそらく同様に動作するでしょうが、私たちは他のものを試したことはありません。
デンタルドリルまたはマニキュアドリル			デンタルドリルは高価ですが、マニキュアドリルは安価な代替品になる可能性があります。
ドリルビット#65		947-65
速硬化エポキシ			ここでは、任意の5分間硬化エポキシを使用することができます。
Oリングシール			3D図面が用意されています。補足1-3を参照してください。ボックスは機械で製造する必要があります(3Dプリンターは使用しないでください)。ロガーのインジケーターLEDが見えるように、トランスペラント素材を使用してください。
電動回転装置			「open ephys」のウェブサイトに記載されているカスタムメイド。また、neurolynx(「Tetrode Spinner 2.0」)またはbulitから他の手段で購入することもできます。
Mouselog-16 ニューラルロガー	Deuteron Technologies Ltd		市場には、SpikeGadget (UH32 32チャンネル) や Alexei Vyssotski のニューロロガー 2/2A/2B など、いくつかのニューラルロガーがあります。それは浮遊発泡スチロール
MS-222	グマアルドリッチ	E10521	Ethtl 3-アミノ安息香酸メタンスルホン酸98%
ナノZメッキ	白質LLC		ナノZはいくつかの供給から購入することができます。インピーダンスメーターは、IMP-1 / 6662 / 2788、BAK Electronicsなど、任意のものを使用できます。
PCBピン	Neurlynx	Neuralynx EIBピンポリ
イミドチューブ250µm	AMシステム	822000
充電式バッテリー3.7			ポバッテリー、370 mAh。約6時間の録音を保持します。小さいまたは大きいバトリーを使用して、重量を減らしたり、記録時間を延長したりできます。
シリコーンチューブ 0.64 mm	A-M システム	806100
ステンレス鋼 1.5 mm	A-M システム	846000
重炭酸ナトリウム	シグマ アルドリッチ	S9625
タップ #00-90		947-1301
ワセリン			ここでは、あらゆる種類の軟質石油皮膚保護剤を使用できます。

シ図ステンレス鋼のワイヤーと交換できます。付きロガーボックス シと相殺することができるので、重量は主要な制約ではないことに注意すべきです リ