Name: コモンマーモセットにおける層状皮質活動の電気生理学 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-08-04T12:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 37 s
Description: 学ぶ コモンマーモセットの層状皮質活動を記録するカスタムマイクロドライブシステムの構築と使用方法。亜ミリメートル精度の電極操作により、覚醒行動下での長期的な視覚網膜対応図のマッピングが可能になります。

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この研究は、米国国立衛生研究所(NIH)の助成金R01 EY030998(J.F.M.、A.B.、およびS.C.)の支援を受けました。この方法は、Coop et al. (under review, 2022; https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.10.11.511827v2.abstract) で開発された方法に基づいています。マーモセットの手入れと取り扱いを手伝ってくれたディナ・グラフとミッチェル研究室のメンバーに感謝します。

マーモセットの精密神経記録のためのX-Y電極ステージの開発

<ol><li>Mansfield, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Marmoset+models+commonly+used+in+biomedical+research%5BTitle%5D)+AND+%22Comparative+Medicine%22%5BJournal%5D)">Marmoset models commonly used in biomedical research.</a> Comparative Medicine. 53 (4), 383-392 (2003).</li>
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<li>Okun, M., Lak, A., Carandini, M., Harris, K. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Long+term+recordings+with+immobile+silicon+probes+in+the+mouse+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22PloS+One%22%5BJournal%5D)">Long term recordings with immobile silicon probes in the mouse cortex.</a> PloS One. 11 (3), e0151180(2016).</li>
</ol>

著者は何も開示していません。

現在、ヒト以外の霊長類で神経生理学実験を行うために、いくつかの方法(例えば、慢性、半慢性、急性)が利用可能である。一般的なマーモセットは、サイズが小さく、解剖学的ランドマークとしての回がないため、神経生理学実験に独自の課題をもたらします。このため、研究者は網膜形成や関心領域のチューニング特性などの神経生理学的ランドマークを使用して、記録ターゲットを特定する必要があります。したがって、皮質領域を最初にマッピングする場合、電極の位置を毎日調整する必要がある場合があります。マーモセット神経生理学の現在の調製物では、セミコンシカルなプローブポジショニングが用いられることが多く、簡単にアクセスできるポジショニングメカニズムは実現していません5。このプロトコルは、安定したリニアアレイ記録のための軽量マイクロドライブを実証し、チャンバー内の網膜をマッピングするために、セッション間で正確なサブミリ波の動きによる柔軟な位置決めを可能にします。
現在のアプローチは、正確な電極の標的化と網膜マップ全体の移動のために毎日急性の電極穿刺を行うもので、マー<su...

コモンマーモセット(Callithrix jacchus)は、近年、脳機能を研究するためのモデルとして急速に人気が高まっています。この人気の高まりは、マーモセットの平滑皮質へのアクセスのしやすさ、神経機能構成がヒトや他の霊長類と類似していること、および小型で繁殖速度が速いことによるものです1。このモデル生物の人気が高まるにつれ、マーモセットの脳での使用に適した神経生理学的手法が急速に発展してきました。電気生理学法は、げっ歯類と霊長類の両方の皮質における単一のニューロンの活動を研究するために神経科学で広く使用されており、比類のない時間分解能と位置アクセスをもたらします。マーモセットモンキーは視覚神経科学のモデルとして比較的目新しいため、覚醒行動の電気生理学技術の最適化はまだ発展途上です。これまでの研究で、麻酔製剤における電気生理学の堅牢なプロトコルの確立が示され2、早期覚醒行動神経生理学の研究により、シングルチャネルタングステンエレクトードの信頼性が示されています3。近年、研究者たちは、覚醒行動神経生理学のためのシリコンベースの微小電極アレイの使用を確立しました4。しかし、マーモセットは脳のサイズが小さく、解剖学的ランドマークがないため、独自の標的設定の課題があります。このプロトコルは、組織の損傷を最小限に抑えながら、シリコン線形アレイでニューロンの大規模な集団の記録を可能にするマーモセットに適したマイクロドライブ記録システムを構築し、使用する方法を概説します。
マーモセットを扱うことは、大型の霊長類に比べて視覚野の網膜トピックマップのスケールが小さいため、課題を提起します。電極がわずか1mmずれるだけで、マップが大きく変化する可能性があります。さらに、研究者は、視覚野のより広い範囲の網膜領域位置を得るために、記録セッション間で電極の配置を変更する必要があることがよくあります。現在の半慢性的な製剤では、電極の位置決めを毎日調整したり、サブミリメートルスケールで特定の場所をターゲットにするのに十分な精度で調整したりすることはできません5。そこで、本提案するマイクロドライブシステムは、軽量なマイクロドライブを記録室に搭載したX-Y電極ステージを採用し、皮質部位をサブミリ単位で照準化することを可能にしました。可動式X-Yステージコンポーネントは、皮質領域を体系的に横断するために、リニアアレイの垂直および水平移動を可能にし、これは関心のある領域を特定するために(網膜トピーとチューニング特性を介して )必要です。また、記録セッション中に、研究者はX-Yステージを手動で調整して、エリア内のターゲットサイトを移動させることもできます。これは、電極ターゲティング機構が容易でない半慢性記録調製物を用いた代替技術に対する重要な利点です。
マイクロドライブは、皮質に下降させるためにさまざまなシリコンアレイを取り付けることができる汎用性の高いツールです。このプロトコルでは、200 μm間隔で配置された2つの32チャンネルリニアアレイを備えたカスタムプローブを使用して、皮質の深さにまたがる層流回路の調査を行いました。神経回路を調べるためのほとんどの方法は、通常、大脳皮質のすべての層で平均化された電位または単一単位をサンプリングします。しかし、最近の研究により、皮質層流微小回路に関する興味深い発見が明らかになりました6。マイクロドライブを利用することで、研究者は層流プローブを使用し、記録深度を微調整して、すべての層にわたる包括的なサンプリングを確保することができます。
このシステムは、市販のコンポーネントで構築でき、さまざまな実験手法やプローブに合わせて簡単に変更できます。この調製の主な利点は、X-Y記録位置をサブミリメートルの精度で変更できることと、皮質内の記録の深さを制御できることです。このプロトコルはX-Yの段階のマイクロドライブおよびneurophysiologyの記録の技術を組み立てるためのステップバイステップの指示を示す。

<table><tbody><tr><td>1/4馬力バリドリルビット</td><td>マクマスター&Carr</td><td>Cat#43035A32</td>カー<td>バイドバー、1/4 "シャンク径、丸みを帯びたシリンダーヘッド、商品番号SC-1、シングルカット(https://www.mcmaster.com/products/bur-bits/burs-7/?s=1%2F4%22+bur+bits)</td></tr><tr><td>1x1mmクリストグリッド</td><td>クリストインスツルメンツ</td><td>1 mm x 1 mmグリッド</td><td>https://www.cristinstrument.com/products/implant-intro/grids</td></tr><tr><td>91%イソプロピルアルコール</td><td>メドライン</td><td>N / A</td><td>https://www.medline.com/product/Medline-Isopropyl-Rubbing-Alcohol/Bulk-Alcohol/Z05-PF03807?question=91%25%20isopropyl%20alcohol</td></tr><tr><td>Acquisition Board</td><td>Open-Ephys</td><td>N/A</td><td>https://open-ephys.org/acquisition-system/eux9baf6a5s8tid06hk1mw5aafjdz1</td></tr><tr><td>Bacitracin 軟膏</td><td>Medline: Cosette Pharmaceuticals Inc</td><td>N/A</td><td>https://www.medline.com/product/Bacitracin-Ointment/Antibiotics/Z05-PF86957?question=bacitr</td></tr><tr><td>ブラントストレート鉗子</td><td>Medline</td><td>N/A</td><td>https://www.medline.com/category/Central-Sterile/Surgical-Instruments/Forceps/Z05-CA16_02_20/products</td></tr><tr><td>骨ワックス</td><td>Medline</td><td>ETHW31G</td><td>https://www.medline.com/product/Ethicon-Bone-Wax/Bone-Wax/Z05-PF61528?question=bonewax</td></tr><tr><td>C&B メタボンド クイック接着セメントシステム</td><td>パーケル社</td><td>SKU: S380</td><td></td></tr><tr><td>https://www.parkell.com/C-B-Metabond-Quick-Adhesive-Cement-System Clavamox</td><td>MWI Animal Health</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>コンタクトレンズソリューション</td><td>Bauschとlomb</td><td></td><td>様々なソースが利用可能</td></tr><tr><td>カスタムプリント 3Dプリントパーツ</td><td>ProtoLab</td><td></td><td>https://marmolab.bcs.rochester.edu/resources.html</td></tr><tr><td>DB25-G2 25ピン オスプラグ ポート信号コネクタ</td><td>各種ソース</td><td>DB25-G2 25</td><td>DB25-G2 25ピン オスプラグ ポート信号 2列端子 ブレイクアウトボード ネジナットコネクタ</td></tr><tr><td>ドレメル用ダイヤモンドソーアタッチメント</td><td>ドレメル</td><td>545 ダイヤモンドホイール</td><td>https://www.dremel.com/us/en/p/545-26150545ab</td></tr><tr><td>デジタイジングヘッドステージ</td><td>インタン</td><td>RHD 32チャンネル (パート #C3314)</td><td>https://intantech.com/RHD_headstages.html?tabSelect=RHD32ch&yPos=120.80 000305175781</td></tr><tr><td>EDOT</td><td>Sigma Aldrich</td><td>製品#483028</td><td>https://www.sigmaaldrich.com/US/en/product/aldrich/483028</td></tr><tr><td>Helping Hands</td><td>Harbor Freight</td><td>N/A</td><td>https://www.harborfreight.com/helping-hands-60501.html</td></tr><tr><td>フック 電気クリップ</td><td>各種ソース</td><td>N/A</td><td>フック テストケーブル ワイヤー</td></tr><tr><td>インターフェースケーブル (右ハンドル 3フィート (0.9 m) 超薄型 SPI ケーブル)</td><td>Intan</td><td>&nbsp;パート #C3213</td><td></td></tr><tr><td>https://intantech.com/RHD_SPI_cables.html ラボジャック</td><td>さまざまなソース</td><td>N / A</td><td>https://www.amazon.com/Stainless-Steel-Scissor-Stand-Platform/dp/B07T8FM85H/ref=asc_df_B07T8FM85H/?tag=&linkCode=df0&hvadid=366343 827267&hvpos=&hvnetw=g&hvrand =2036619536500717246&hvpone =&hvptwo=&hvqmt=&hvdev=c&hv dvcmdl=&hvlocint=&hvlocphy=900 5674&hvtargid=pla-795933567991& ref=&adgrpid=71496544770&th=1</td></tr><tr><td>Meloxicam</td><td>MWI Animal Health</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Micro-drive</td><td>Crist Instrument</td><td>3-NRMD</td><td>https://www.cristinstrument.com/products/microdrives/miniature-microdrive-3-nrmd</td></tr><tr><td>64チャンネルコネクタ付きマルチチャンネルリニアシリコンアレイ</td><td>NeuroNexus</td><td>A1x32-5mm-25-177</td><td>https://www.neuronexus.com/products/electrode-arrays/up-to-10-mm-depth/</td></tr><tr><td>NanoZ Omentics Adapter- 32 Channel</td><td>NeuraLynx</td><td>ADPT-NZ-N2T-32</td><td>https://neuralynx.com/hardware/adpt-nz-n2t-32</td></tr><tr><td>NanoZ System</td><td>Plexon</td><td>NanoZ インピーダンステスター</td><td></td></tr> <tr><td>https://plexon.com/products/nanoz-impedance-tester/ Narishige Micromanipulator</td><td>Narishige</td><td>Stereotaxic Micromanipulator</td><td>https://usa.narishige-group.com/</td></tr> <tr><td>Open-Ephys GUI</td><td>Open-Ephys</td><td></td><td>https://open-ephys.org/</td></tr> <tr><td>ポリイミドチューブ(OD(インチ):0.021 / ID(in)0.018)</td><td>さまざまなソース(Chamfr)</td><td>Chamfr Cat#HPC01895</td><td>https://chamfr.com/sellers/teleflex-medical-oem-llc/</td></tr> <tr><td>霊長類の椅子</td><td>カスタムロチェスター大学マシンショップ</td><td>デザインオンライン</td><td>によって</td>作られました https://marmolab.bcs.rochester.edu/resources.html</tr><tr><td>ポリ(ナトリウム4-スチレンスルホン酸)(PSS)</td><td>シグマAldrich</td><td>Product # 243051</td><td>https://www.sigmaaldrich.com/US/en/product/aldrich/243051</td></tr><tr><td>RHD USB Interface board</td><td>Intan</td><td>RHD2000 Evaluation Board Version 1.0</td><td>https://intantech.com/RHD_USB_interface_board.html</td></tr><tr><td>Silastic gel</td><td>World Precision Instruments</td><td># KWIK-SIL</td><td>低毒性シリコーン接着剤 ((https://www.wpiinc.com/kwik-sil-low-toxicity-silicone-adhesive)</td></tr><tr><td>緩徐放性ブプレノルフィン</td><td>配合薬局</td><td></td><td></td></tr><tr><td>ステンレス鋼線36ゲージ</td><td>マクマスター&Carr</td><td>Cat#6517K11</td><td>ラウンドベンドアンドステー多目的304ステンレス鋼線、マット仕上げ、長さ1フィート、直径0.008インチ</td></tr><tr><td>スタンレー6ピース精密ドライバーセット</td><td>スタン</td><td>レー1.4mmマイナスドライバー</td><td>https://www.amazon.com/Stanley-Tools-6-Piece-Precision-Screwdriver/dp/B076621ZGC/ref=sr_1_3?crid=237VSK5FNFP9N&keywords = スタンレー+ 66-052&qid=1672764369&sprefix= スタンレー+66-052%2Caps%2C90&sr=8-3</td></tr><tr><td>鋼鉄ねじ</td><td>マクマスター &カー</td><td>タイプ00ステンレス鋼六角ネジと長さ1/8インチ</td><td></td></tr> <tr><td>https://www.mcmaster.com/ 鋼管マク</td><td>マスター&Carr</td><td>28ゲージステンレス鋼チューブ</td><td></td></tr> <tr><td>https://www.mcmaster.com/tubing/multipurpose-304-stainless-steel-6/id~0-055/ Superglue</td><td>Loctite</td><td>SuperGlue Gel Control</td><td>https://www.loctiteproducts.com/en/products/fix/super-glue/loctite_super_gluegelcontrol.html</td></tr></tbody></table>

コモンマーモセットにおける層状皮質活動の電気生理学

Electrophysiology of Laminar Cortical Activity in the Common Marmoset

マーモセットモンキーは、皮質表面が滑らかであるため、層状皮質回路を調べるのに理想的なモデルであり、線形アレイによる記録が容易です。マーモセットは、他の霊長類と同様の神経機能構成と、記録とイメージングの技術的利点により、最近人気が高まっています。しかし、このモデルの神経生理学は、サイズが小さく、解剖学的ランドマークとしての回がないために、いくつかのユニークな課題を提起します。特注のマイクロドライブを使用することで、研究者はリニアアレイの配置をサブミリメートルの精度で操作し、記録日数にわたって同じ網膜異所を標的とした場所で確実に記録することができます。このプロトコルは、マイクロドライブ位置決めシステムの段階的な構築と、シリコン線形電極アレイによる神経生理学的記録技術について説明します。記録セッション全体で電極の配置を正確に制御することで、研究者は皮質を簡単に横断し、網膜の組織と記録されたニューロンのチューニング特性に基づいて関心のある領域を特定できます。また、この層状アレイ電極系を用いて、電流源密度分析(CSD)を適用し、個々のニューロンの記録深度を求めることができる。このプロトコルは、アレイ上の複数のチャネルにまたがるキロソートで分離されたスパイク波形を含む層流記録の例も示しています。

このプロトコルでは、サブミリメートルの部位ターゲティングを可能にし、個別の記録セッション間で信頼性の高いポジショニングを維持するX-Y電極ステージ(図1)を構築する方法について説明します。X-Y測位の信頼性を 図6に示し、1週間間隔で実施した2つの録音セッションで、平均RF位置が70.8%重複していることを示しています(図6A)。さらに、マイクロドライブの位置を微調整することで、網膜領域での正確な動きをサポートすることができます。最大0.2mmのXステージとYステージの小さな動きは、2mm離れた各ステージにあらかじめ開けられた穴を参照することで行うことができます。わずかな位置調整でMT/MTCの境界を越える一連の記録セッション(図6B)では、網膜空間での正確な動きが見られました(図6C)。MTとMTCの記録部位は、ソロモンとローザ<sup c...

特注のマイクロドライブにより、リニアシリコンアレイで皮質記録部位をサブミリメートルでターゲティングすることができます。

The marmoset monkey provides an ideal model for examining laminar cortical circuits due to its smooth cortical surface, which facilitates recordings with ...

一般的なマーモセットは、サイズが小さく、解剖学的ランドマークとしての旋回がないため、神経生理学に独自の課題をもたらします。電極がわずか1ミリメートルずれるだけで、網膜形成マップが大きく変化する可能性があります。提案するマイクロドライブシステムは、サブミリスケールでの上下左右の動きを可能とするXY電極ステージを利用しています。マーモセットモンキーは視覚ニューロン徴候のモデルとして比較的目新しいため、覚醒行動の電気生理学技術はまだ進化しています。現在の調製では、位置決めメカニズムにアクセスできない半慢性プローブが使用されることがよくあります。このプロトコルは、有用なリニアアレイ記録のための軽量マイクロドライブを実証し、セッション間で柔軟な位置決めを可能にし、チャンバー内のレチノトピーをマッピングします。長期的な皮質損傷は、安全なドライブ、組織のゆっくりとした浸透、および主要な血管の回避で正しく使用すれば、準備中に回避できます。さらに、感染を避けるための開頭術でのシラスティックの使用は、この技術で最適化されています。

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JoVE Journal

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神経科学

皮質回路の理解に根本的な問題は、ネットワークが異なる皮質層に感覚情報をエンコードする方法です。ここでは、皮質の層を識別するために、単一のユニットと局所電場電位と現在の分析を記録するマルチコンタクト層電極を利用した電気生理学的手法を説明します。...

マルチ連絡ラミナーの電極の録音を使用してローカルネットワークの処理を検討

コモンマーモ継続的に、一時的な後頭極、前頭極からの皮質のほぼ全体の外側面をカバーするため全体皮質シェットランドシープドッグ...

一般的なセットの全皮質のシェットランドシープドッグ配列の慢性注入

この研究は、一般的なマーモセットにおけるマイクロ電極アレイの立体的、神経外科的移植を行うプロトコルを提示する。この方法は、特に自由に振る舞う動物における電気生理学的記録を可能にするが、この種における他の同様の神経外科的介入(例えば、薬物投与のためのカニューレまたは脳刺激のための電極)に容易に適応することができる。...

共通マーモセットにおけるマイクロ電極アレイの移植のための立体外科手術(カリスリックス・ジャカス)

ここでは、動物の孵卵器でマーモセットの子育て方法を紹介します。この方法は、マーモセットの乳児の生存率を大幅に向上させ、異なる出生後の環境で育った同様の遺伝的背景を持つマーモセットの乳児の発達を研究する機会を提供します。...

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言語の進化を研究するためには、ヒトの脳のメカニズムとヒト以外の霊長類の脳のメカニズムを比較することが重要です。私たちは、覚醒状態の動物の脳波を非侵襲的に測定する方法を開発しました。これにより、人間と動物に害を与えることなく、長期的に人間と動物の脳波データを直接比較することができます。...

覚醒したマーモセットにおける脳波測定 同種の発声を聞く 

ここでは、ラットとマウスの高密度微小皮質電位法(μEcoG)記録のための2つのプロトコル(外科手術、移植、記録方法を含む)を紹介します。μECoG記録は、ラット聴覚皮質における層流ポリトロード記録、またはマウス体性感覚皮質における神経活動の光遺伝学的操作と組み合わせて行われます。...

げっ歯類における層流ポリトロードと光遺伝学とマイクロ皮質電図法の統合による皮質処理のマルチスケール研究

我々は、神経活動と血中酸素レベル依存（BOLD）MRI信号との関係の調査のためのプラットフォームを提供し、齧歯類の脳における同時機能的磁気共鳴イメージングと電気生理学的記録法を開発した。...

齧歯類の脳における同時fMRIと電気生理学

新生児げっ歯類の脊髄の電気生理学的記録を測定するために使用される細胞外吸引電極の製造と使用のデモンストレーション...

脊髄電気生理学II：細胞外吸引電極の作製

この記事では、ミネラルオイル下外、先端録音を経由して個々の感覚器に化学的刺激を単離するための電気生理学的方法を説明します。...

スコーピオンペグ感覚器の電気生理学

我々は、無脊椎動物の嗅覚経路の最初の3つの段階で臭気誘発反応を特徴づける細胞外マルチユニット記録技術のバリエーションを示しています。これらの技術は簡単にだけでなく、他の神経系において、アンサンブル活動を調べるために適合させることができます。...

ローカスの神経活動を特徴づけるためにマルチユニット記録方法（<em&gt; Schistocercaアメリカーナ</em&gt;）嗅覚回路

学ぶ コモンマーモセットの層状皮質活動を記録するカスタムマイクロドライブシステムの構築と使用方法。亜ミリメートル精度の電極操作により、覚醒行動下での長期的な視覚網膜対応図のマッピングが可能になります。

コモンマーモセットにおける層状皮質活動の電気生理学

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