麻酔ラットのシリコンプローブで大規模なニューロンアンサンブルの録音

この手順の全体的な目的は、シリコンプローブを用いて、麻酔下にあるラットの両側前肢体性感覚皮質から、大規模な急性ニューロン記録を同時に行う方法を記述することです。まず、ウレタンで動物を麻酔し、その後ラットを脳定位固定装置に固定して、頭蓋骨上に2〜3cmの切開を加えます。次のステップとして、接地ネジと参照ネジを設置します。

次に、体性感覚野の上方で2箇所の開頭術を行い、硬膜を除去します。最後のステップとして、シリコンプローブを脳内に慎重に挿入し、目的の領域までゆっくりと降ろします。この手順により、数十個のニューロンから局所フィールド電位およびスパイク活動を記録することが可能になります。

この手法の主な利点は、シリコンプローブを用いることで多数の記録部位から記録できることです。さらに、複数の記録部位を数ミリメートルの範囲に配置できるため、複数の皮質カラムにわたる同時記録や、1つの皮質カラム内の複数の層にわたる同時記録が可能です。重要な点として、記録部位を幾何学的に精密に配置できるため、ニューロン集団間の空間的な関係を調査することができます。

この手法は、神経細胞集団の活動が記憶の可塑性、刺激コーディング、意思決定にどのように関与しているか、また、これらの神経相互作用がさまざまな薬物によってどのように影響を受けるかといった、神経科学分野における重要な問いを解決するのに役立ちます。本手順を開始するには、注射による動物のストレスを防ぐため、3～4%の濃度のイソフルランでラットを麻酔し、その後2%で維持します。次に、20%に希釈したウレタン溶液を1 kgあたり7.5 mL、腹腔内に投与します。この投与は、約30分間隔で4回に分けて行います。

次に、顕微鏡下で蒸留水を用いてシリコンプローブを洗浄します。組織学的解析においてプローブの位置を特定するため、プローブに蛍光マーカーを塗布します。プローブが損傷したり曲がったりしないように、この手順は必ず顕微鏡下で行ってください。

その後、切開部位に沿って被毛を剃ります。次に、両眼に軟膏を塗布します。脳の炎症を抑制するため、Dexamethasoneを5 mg/mLの濃度で皮下投与します。

この時点で、動物を脳定位固定装置に固定します。次に、クロルヘキシジン石鹸とエタノールを用いて手術部位を消毒し、切開を行います。局所麻酔および出血リスクの軽減のため、切開部位にリドカインとエピネフリンを皮下投与します。その後、頭皮正中線に沿って2 cmの切開を加え、皮膚を除去します。

頭蓋骨を露出させるため、鈍的な剥離によって背側の頭皮を筋膜から取り除き、骨ワックスを用いて止血します。次に、頭蓋骨の後頭骨に2つの穴をドリリングします。接地電極および参照電極として、これらの穴に小型ネジを固定します。

参照ネジが硬膜に接触している必要があります。その後、前肢の体性感覚野に対応する座標に、直径1〜2 mmの開頭術を2か所行います。

開頭術の間、ドリルによる頭蓋骨の温度上昇を防ぐため、必要に応じて圧縮空気を用いて骨粉を除去します。生理食塩水を点眼してください。次に、露出した硬膜の上にPBSを保持し、乾燥を防ぐため、2か所の開頭部位を囲むようにアクリル樹脂で小さな障壁を構築します。

実験の間、常にPBSを塗布してください。次に、先端を曲げた30.5ゲージの針2本を使用して、両方の開頭部位から硬膜を除去します。この時点で、シリコンプローブの先端を軟膜に軽く接触させて配置します。

次に、シリコンプローブをゆっくりと挿入し、シャンクが抵抗や曲がることなく脳内に挿入できることを確認します。目的の記録領域に達するまで、慎重にプローブを下げます。必要に応じて、組織の乾燥を防ぐために、開頭部位の上にPBSを数滴滴下してください。

ここでは、1つのテトロードから得られた500ミリ秒間の局所電位の代表的な電気生理学的記録を示しています。挿入図にはスパイク波形の例が示されています。また、1つのテトロードから得られたユニットクラスターの2次元ビューの例を以下に示します。

各クラスターは単一ニューロンからのスパイクを表しています。ここでは、単一のテトロードの4つのチャネルそれぞれにおける代表的なユニットからの平均スパイク波形を示しています。また、このグラフには、記録されたスパイクの波形エネルギーの経時変化がプロットされています。

各ユニットのエネルギー値が比較的一定であることは、表示された期間にわたって記録が安定していることを示しています。このビデオを視聴することで、100個以上のニューロンから同時に、脳の複数の領域でシリコンプローブ記録を行えるようになります。これは、動物の固定、参照電極および接地電極のネジの設置、頭蓋骨窓の穿孔、硬膜の除去、そして最終的に目的の記録領域へのプローブ挿入という一連の手順を完了することで達成されます。