方法論記事

複数の脳構造から同時に 生体内 記録のための局所電界電位微小電極の構築

DOI：

10.3791/63633

⸱

2022年3月14日

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1Department of Neurology, University of Virginia, 2UVA Brain Institute, University of Virginia

* These authors contributed equally

この記事について

サマリー

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本プロトコールは、複数の脳構造から 同時に生体内の 局所電界電位を記録するためのカスタムメイドの微小電極アレイの構築を記載する。

要約

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研究者はしばしば、複数の脳構造から同時に局所場電位(LFP)を記録する必要があります。複数の所望の脳領域からの記録には異なる微小電極設計が必要であるが、市販の微小電極アレイはしばしばそのような柔軟性を提供しない。ここで、本プロトコルは、異なる深さで同時に複数の脳構造からのLFPを記録するためのカスタムメイドの微小電極アレイの簡単な設計を概説する。本研究は、両側皮質、線条体、腹側視床、および黒質微小電極の構築を例に説明する。概説された設計原理は柔軟性を提供し、微小電極は、定位座標を計算し、それに応じて構造を迅速に変更して、自由に動くマウスまたは麻酔をかけられたマウスの異なる脳領域を標的とすることによって、任意の構造からLFPを記録するように変更およびカスタマイズすることができる。微小電極アセンブリには、標準的な工具と消耗品が必要です。これらのカスタムマイクロ電極アレイにより、研究者はニューロン活動を追跡するためにあらゆる構成のマイクロ電極アレイを簡単に設計でき、ミリ秒単位の分解能でLFP記録を提供することができます。

概要

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局所電界電位(LFP)は、脳内の細胞外空間から記録された電位である。これらは、ニューロンの外側のイオン濃度の不均衡によって生成され、ニューロンの小さな、局所的な集団の活動を表し、マクロスケールの脳波記録と比較して特定の脳領域の活動を正確に監視することを可能にする1。推定値として、1mmで分離されたLFP微小電極は、ニューロンの2つの全く異なる集団に対応する。脳波信号は脳組織、脳脊髄液、頭蓋骨、筋肉、および皮膚によってフィルタリングされるが、LFP信号は局所ニューロン活動の信頼できるマーカーである1。

研究者はしばしば複数の脳構造からのLFPを同時に記録する必要があるが、市販の微小電極アレイはしばしばそのような柔軟性を提供しない。ここで、本プロトコルは、所望の脳領域からのLFPを異なる深さで同時に記録するために、完全にカスタマイズ可能で容易に構築された微小電極を記載する。LFPは、特定の脳領域2,3,4,5,6,7,8,9のニューロン活動を記録するために広く使用されてきたが、現在の容易にカスタマイズ可能な設計により、任意の複数の表在性または深部脳領域からのLFPを記録する

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プロトコル

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現在の研究は、バージニア大学動物管理および使用委員会によって承認されています。両性のC57Bl/6マウス(7〜12週目)を実験に使用した。動物は12時間の明暗/12時間の暗サイクルで維持され、食物と水への 自由 アクセスを有していた。

1. 微小電極構造

  1. 微小電極を構成するには、50μm(直径)のダイアメル被覆ニッケルクロム線を使用します( 材料表を参照)。プラットフォームの背面にあるワイヤの一方の端をテープで固定し、プラットフォーム上の最も近いノブにワイヤを3回巻き付けます(図1A、C)。
    メモ:ここでは、2つのノブ(2 x 5インチ)を備えたアクリルプラットフォームが使用されていましたが、任意のプラットフォームを使用できます。
    1. 最も遠い 2 番目のノブの周りにワイヤーを伸ばして、ノブ間に 2 つのループを作ります。最初のノブにワイヤーをさらに 3 回巻き付けてワイヤーを所定の位置に固定し、最後にもう一度プラットフォームの背面にテープを貼ります。
      メモ: ワイヤを分離した後(手順 1.2 ~ 1.3.1)、両側に 2 本のワイヤ(合計 4 本のワイヤ、 図 1B)が必要です。
      2. <....

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結果

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この作業では、LFP微小電極を用いて、大脳基底核11に広がる発作をマッピングした。LFP記録は、右前運動野(発作焦点があった場所)と左VL、線条体、およびSNRから同時に行われた(図4)。発作開始は、ベースラインの少なくとも2倍の電圧トレースのたわみとして同定された(図4A、赤矢印)。パワースペクトルプロット11は、記録されたLFPの周波数分布を示す(図4A)。発作開始待ち時間(赤いバー)は、ミリ秒の精度で各構造間で比較することができた(図4A)。記録の最後に電流パルスを印加して、電極先端の位置をマークして確認し、病変を形成した(図4B、C)。

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ディスカッション

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歴史的に、微小電極アレイは、関心のある特定の脳領域2、3、4、5、6、7、8、9、13からのニューロン活動を記録するために広く使用されてきた。しかし、当社の簡単な微小電極設計により、複数の構造から同時に11,12の記録が可能です。ここでは、皮質、視床、線条体、及び黒質微小電極の構成を例に挙げて説明する。研究者は、必要な定位距.......

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開示事項

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著者らは開示するものは何もありません。

謝辞

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この研究は、国立衛生研究所(RO1 NS120945、R37NS119012からJK)とUVA脳研究所の支援を受けた。

....

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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
アンプ 16チャンネルAMシステムモデル3600アンプ
頭蓋形成術 セメントコルテン・パーマ リーライン/リペア レジン タイプII クラスI シェード - マイクロ電極を保持するための透明なセメント
クライオスタット ミクロトームプレシジョナリーCF-6100脳をスライスする
ダイアメルコーティングニッケルクロムワイヤージョンソン・マッセイ社50 マイクロ;m微小電極ワイヤー
ドレメルドレメル300シリーズマウスの頭蓋骨に穴を開ける
エポキシCECコーポレーションC-POXY 5高速硬化性接着剤
止血どれでもヘッドセットを保持するため
鉗子どれでも微小電極を保持するため
光学顕微鏡ニコンSMZ-10アライメント
抵抗計任意抵抗を測定するため
ピン (ヘッダーおよび一致するソケット)Mill-Max相互接続、833シリーズ、2 mmグリッドガルウィング表面実装ヘッダーおよびソケット微小電極を取り付けるには
NeuralynxID 100 ± 04 & micro;メートル、OD 164 ±06 & マイクロ;m、コーティング厚さ12µmガラス管
パルス刺激装置A-M システムモデル2100録音の最後に微小電極の位置をマークするには
さみ任意微小電極をカットするには
スーパーグルーゴリラ接着剤
太いワイヤー 0.008インチ – 0.011インチAMシステムズ791900微小電極アレイを保持するためのティックワイヤー
細いワイヤー0.005インチ-0.008インチ。AMシステム791400参照およびアース用の細いワイヤー
・を見るため Polymicroチューブキットに は

参考文献

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Buzsáki, G., Anastassiou, C. A., Koch, C. The origin of extracellular fields and currents-EEG, ECoG, LFP and spikes. Nature Reviews Neuroscience. 13, 407-420 (2012).
  2. Hubel, D. H., Wiesel, T. N. Receptive fields of single neurones in the cat's stri....

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