자유롭게 수영하는 금붕어의 뇌에서 세포 외 신경 신호를 기록하기위한 새로운 무선 기술이 제시됩니다. 기록 장치는 두 개의 테트로데스, 마이크로 드라이브, 신경 데이터 로거 및 방수 케이스로 구성됩니다. 데이터 로거와 커넥터를 제외한 모든 부품은 맞춤 제작됩니다.
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자유롭게 수영하는 금붕어의 뇌에서 세포 외 신경 신호를 기록하기위한 새로운 무선 기술이 제시됩니다. 기록 장치는 두 개의 테트로데스, 마이크로 드라이브, 신경 데이터 로거 및 방수 케이스로 구성됩니다. 데이터 로거와 커넥터를 제외한 모든 부품은 맞춤 제작됩니다.
물고기는 모든 척추 동물의 대부분을 구성하지만 물고기 행동을 지배하는 신경 메커니즘은 대부분 알 수없는 남아있다. 자유롭게 움직이는 물고기에서 뇌 활동을 기록하는 능력은 상당히 물고기 행동의 신경 기초에 연구를 진행합니다. 또한, 뇌의 기록 위치를 정밀하게 제어하는 것은 물고기 뇌의 영역에서 조정 된 신경 활동을 연구하는 데 중요합니다. 여기서는 자유롭게 수영하는 물고기의 뇌에서 무선으로 기록하는 기술을 제시하면서 기록 위치의 깊이를 제어합니다. 이 시스템은 마이크로 드라이브 제어 테트로드에 의해 기록 위치를 조정할 수있는 새로운 수성 호환 임플란트와 관련된 신경 로거를 기반으로합니다. 시스템의 기능은 금붕어의 텔렌세팔론에서 녹음을 통해 설명된다.
물고기는 척추동물의 가장 크고 가장 다양한 그룹이며, 다른 척추동물과 마찬가지로 탐색, 사교, 수면, 사냥 등과 같은 복잡한 인지 능력을 발휘합니다. 그럼에도 불구 하 고, 물고기 행동을 지배 하는 신경 메커니즘 은 대부분 알 수 없는 남아.
지난 수십 년 동안, 고정 된 물고기에서 세포 외 기록은 주로 행동1,2의신경 기초의 다른 측면을 조사하기 위해 구현되었습니다. 이 기술은 일부 감각 시스템에 적합하지만, 고정화 동물에서 불가능하지 않은 경우 행동의 신경 기초의 전체 스펙트럼의 조사는 어렵다. 첫 번째 발전은 테더 드 수영 물고기3,4의Mauthner 세포에서 녹음을 포함. 그러나 Mauthner 셀은 불균형적으로 크고 몇 mV만큼 높게 갈 수있는 기록 된 동작 전위 진폭은 기록을 용이하게합니다. 나중에 Canfield 등은물고기5의 말레전성에서 기록하기 위해 테더된 동물을 사용할 때 개념 증명을 설명했습니다. 물고기에서 신경 활동을 기록 하기 위한 또 다른 최근 기술은 칼슘 이미징 (오거와 드 폴라비에야6에의해 리뷰를 참조, 그리고 Vanwalleghem외. 7). 이 기술은 피부와 두개골이 애벌레 단계 동안 투명하기 때문에 얼룩말 유충과 함께 사용하기 위해 개발되었다. 그러나 이 기술은 개발 의 후반 단계에서 복잡한 행동을 연구하는 데 사용할 수 없습니다.
여기에서, 우리는 자유롭게 수영 물고기의 두뇌에서 세포 외 신경 활동을 기록하기위한 새로운 기술을 제시한다. 이것은 Vinepinsky 외8에설명 된 프로토콜의 수정 된 버전입니다. 주요 혁신은 수술 후 전극의 위치를 제어 할 수 있게하는 마이크로 드라이브의 추가입니다. 이 기술은 마이크로 드라이브를 통해 신경 데이터 로거에 연결된 테트로데스 세트를 사용하여 금붕어의 말살망에서 기록하도록 설계되었습니다. 전체 설정은 무선이며 물고기의 두개골에 고정되어 있습니다. 시스템의 특정 무게는 물고기가 자유롭게 수영 할 수있는 작은 플로를 추가하여 물 특정 무게에 균등화됩니다.
이 기술은 온보드 메모리 장치에 신호를 증폭, 디지털화 및 저장하는 신경 데이터 로거를 사용합니다. 로거 원격 분석 시스템은 레코딩을 시작하고 중지하고 비디오 카메라와 동기화하는 데 사용됩니다. 이 프로토콜에서는 마이크로드라이브와 함께 방수 상자에 내장된 16채널 신경 로거가 사용됩니다.
마이크로 드라이브 어셈블리는 마이크로 드라이브 자체와 마이크로 드라이브 하우징(그림 1A, B)의두 가지 주요 구성 요소에서 제작됩니다. 하우징은 마이크로드라이브와 테트로젠을 보유하며, 또한 두개골과 로거 박스 사이의 앵커역할을한다(도 1C). PVC 로거 박스는 기계 공정을 사용하여 제작되고 O-링(도1E-G, 보조 도 1, 보충 도2 및 3차원 [3D] 다이어그램에 대한 보충 도면 3참조)을 사용하여 밀봉됩니다. 한쪽 끝에서, 폴리스티렌 폼의 조각은 임플란트의 무게를 보상하고 부력 중립 임플란트와 물고기를 제공하기 위해 로거 상자에 부착된다. 프로토콜에 기재된 마이크로드라이브의 구성은 Vandecasteele등 9에 의해 제시된 절차를 따르며, 하우징에 마이크로드라이브를 부착하는 변형을 갖는다(도1A). 모든 주요 단계가 표시됩니다.
물고기 두개골을 준비하는 프로토콜에 기재된 절차는 Vinepinsky etal.8에 제시된 것과 유사하며 프로토콜에 간략하게 설명된다. 수술 후 하루, 물고기는 일반적으로 완전히 마취의 효과에서 회복하고 행동 실험에 대한 준비가되어 있습니다. 마이크로 드라이브 나사를 돌려 테트로드 위치를 조정할 수 있습니다. 나사는 전체 회전당 300 μm의 간격을 가지며 목표 뇌 위치에 도달 할 때까지 75 μm의 전진을 권장합니다. 적절한 뇌 아틀라스는 관심있는 특정 뇌 영역을 대상으로 상담해야합니다. 배터리 또는 메모리 카드 교체를 위해 물고기를 마취 할 때마다 전극 임피던스를 테스트하는 것이 좋습니다.
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모든 수술 절차는 동물 복지에 관한 지역 윤리 위원회(예: IACUC)의 승인을 받아야 합니다.
1. 마이크로 드라이브 하우징 의 건설
2. 마이크로 드라이브의 건설
3. 테트로드 어레이 준비
4. 임플란트 조립
5. 마취 준비 — 1% MS-222 주식 솔루션
주의 사항: 마취 제제에는 발암 물질인 분말 MS-222의 사용이 포함됩니다. 따라서 5.2 단계와 5.3 단계는 장갑을 사용하여 화학 후드에서 수행해야합니다.
6. 물고기 두개골 준비
참고: 이 단계에서 물고기는 임플란트 수술을받을 준비가되어 있습니다. 수술 전에 모든 구성 요소와 소모품이 적절한 절차에 의해 멸균되었는지 확인하십시오. 이 단계에서는 물 밖으로 U 자형 물고기 홀더가 필요합니다. 이 프로토콜에서는 머리에서 꼬리까지 15cm 길이의 긴 금붕어에 맞는 알루미늄 홀더가 사용됩니다. 이 시스템은 아가미를 산소로 정중시키면서 물고기를 물 밖으로 내보올 수 있습니다. 자세한 내용은 비바인핀스키 외8을참조하십시오.
7. 프로브 이식
참고: 프로토콜의 마지막 단계를 완료하려면 뇌에 삽입되는 동안 임플란트를 제자리에 고정할 수 있는 조작자가 필요합니다.
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녹음 세션 동안 금붕어는 사각 물 탱크에서 자유롭게 수레를 수레로, 말렌세팔론의 신경 활동은 기록되었습니다. 이 실험의 목표는 단 하나 세포의 신경 활동이 물고기의 행동을 결정하는 방법을 연구하는 것이었습니다. 이렇게 하려면 기록된 데이터에서 스파이크 활동을 식별해야 했습니다. 뇌 활동은 기록되는 동안 31,250 Hz에서 디지털화되었으며 데이터 로거에 의해 300 Hz에서 필터링된 하이 패스입니다. 이어서, 오프라인, 밴드 패스 필터(300-5,000 Hz)를 신호에 적용하고, 플루시드 원시 데이터를 각 테트로드의 채널 및 기준 채널로 분리하였다(도4A). 다음으로, 일반적인 스파이크 정렬알고리즘(12)은 단일 세포 활성을 특성화하기 위해 사용되었다. 먼저 각 채널은 최소 스파이크 진폭 임계값(각 채널의 노이즈 레벨에 따라)에 의해 수동으로 필...
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이 프로토콜은 자유롭게 수영 금붕어의 말살망에 tetrode 배열을 이식에 관련된 단계를 자세히 설명합니다. 이 기술은 뇌의 테트로드 위치를 조정할 수있는 마이크로 드라이브와 함께 최대 16 채널에서 획득 한 신호를 증폭하고 기록하는 신경 로거를 구현합니다. 마이크로 드라이브는 기록을 최적화하기 위해 뇌의 위치를 조정할 수 있습니다.
이 프로토콜은 다른 뇌 영역(유사한 기술을 사용하여 광학 지각에서 기록하기 위한 Vinepinsky et al.8 참조) 또는 15cm 길이 이상의 다른 수생 동물(금붕어 머리에서 꼬리까지 거의 100그램 무게)에서 기록을 위해 쉽게 수정할 수 있습니다. 또한, 프로토콜은 물에 침투할 수 있는 주파수에서 통신하는 한 모든 데이터 로거와 함께 작동하도록 수정할 수 있습니다. 여기서 사용되는 로거는 900MHz의 무선 주파수를 사용하여 통신하며 약 20cm의 물을 통해 통신할 수 있습니다. 2.4 GHz의 무선...
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저자는 공개 할 것이 없다.
우리는 나추움 울라노프스키와 울라노프스키 연구소의 모든 도움에 감사드립니다. 또한, 우리는 도움이 기술 지원을 탈 노보 플랑 스키 - Tzur에 감사드립니다. 우리는 이스라엘 과학 재단의 재정적 지원을 감사하게 생각합니다 - 첫 번째 프로그램 (부여 번호 281/15), 네게브의 벤 구리온 대학의 농업, 생물학 및 인지 로봇 이니셔티브를 통해 헬름슬리 자선 신탁.
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| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 0.7mm 원형 드릴 비트 | 드릴과 호환됩니다. | ||
| 15 블레이드 메스 | 시그마-알드리치 | ||
| 16 채널 PCB 보드 | Neurlynx | EIB-16 | |
| 1x3M 필립스 플랫 헤드 나사 | 스테인레스 스틸. 모든 유형. | ||
| 1x3M 필립스 라운드 헤드 나사 | 스테인레스 스틸. 모든 유형. | ||
| 27cm x 19cm x 1mm 황동 플레이트 | 그림 2 | ||
| 참조 2x6M 필립스 납작머리 나사 | 스테인리스 스틸. 모든 유형. | ||
| 3140 RTV 코팅 | Dow Crowning | 2767996 | |
| 75 µ m 은 철사 | A-M 체계 | ||
| 금관 악기 기계 나사 #00-90 | 947-1006 | ||
| 금관 악기 판 7.5 mm x 2.5 mm x 0.6 mm | 3D 그림은 제공됩니다. 보충 1 | ||
| 코팅 텅스텐 와이어 25µ 참조; m | California Fine Wire Company | 5000160 | 응용 프로그램에 따라 사극체는 모든 유형의 전선으로 제작될 수 있습니다. 인기 있는 전선은 더 낮은 직경에서 찾을 수 있는 니크롬 전선입니다(예: AM 시스템, 762000) |
| 코팅 텅스텐 와이어 50 &마이크로; m | A-M Systems | 795500 | |
| Dental Burnisher | ComDent UK | 모든 소형 멸균 스테인리스 스틸 도구가 가능합니다. | |
| 치과용 시멘트 - GCFujiPLUS | GC | 431011 | 다른 치과용 시멘트는 다른 것을 시도한 적이 없지만 아마도 잘 작동할 것입니다. |
| 치과 드릴 또는 매니큐어 드릴 | 치과 드릴은 비싸고 매니큐어 드릴은 저렴한 대체품이 될 수 있습니다. | ||
| 드릴 비트 #65 | 947-65 | ||
| 빠른 경화 에폭시 | 5분 경화 에폭시를 여기에 사용할 수 있습니다. | ||
| O-링 씰링 | 3D 도면이 제공됩니다. 보충 1-3을 참조하십시오. 상자는 기계로 제작되어야 합니다(3D 프린터를 사용하지 마십시오). 로거의 표시기 LED를 볼 수 있도록 투명 재료를 사용하십시오. | ||
| 전동 터닝 장치 | "open ephys" 웹사이트에 설명된 대로 맞춤 제작되었습니다. neurolynx ( "Tetrode Spinner 2.0")에서 구매하거나 다른 방법으로 bulit을 구입할 수도 있습니다. | ||
| Mouselog-16 신경 로거 | Deuteron Technologies Ltd | 시장에는 SpikeGadget(UH32 32채널) 및 Alexei Vyssotski의 Neurologger 2/2A/2B를 포함하여 여러 신경 로거가 있습니다. 무게는 떠 다니는 스티로폼 | |
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| 실리콘 튜빙 0.64mm | AM 시스템 | 806100 | |
| 스테인리스강 1.5mm | AM 시스템 | 846000 | |
| 중탄산 | 수듐 시그마 Aldrich | S9625 | |
| 탭 #00-90 | 947-1301 | ||
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