이 프로토콜은 자유롭게 움직이는 의식이 있는 마우스의 세포외 전기생리학적 특성을 밝히기 위해 운동 피질(MC)에서 세포외 기록 방법론을 설명하고, 관심 행동의 기저에 있는 네트워크 신경 활동을 평가하는 데 유용한 국소전위(LFP) 및 스파이크의 데이터 분석을 설명합니다.
이 콘텐츠를 보려면 JoVE 구독이 필요합니다. 로그인하거나 오늘 무료 평가판을 시작하세요.
방법 논문
* These authors contributed equally
이 프로토콜은 자유롭게 움직이는 의식이 있는 마우스의 세포외 전기생리학적 특성을 밝히기 위해 운동 피질(MC)에서 세포외 기록 방법론을 설명하고, 관심 행동의 기저에 있는 네트워크 신경 활동을 평가하는 데 유용한 국소전위(LFP) 및 스파이크의 데이터 분석을 설명합니다.
이 프로토콜은 전기생리학적 신호를 자발적 및/또는 특정 행동과 연관시킴으로써 특정 작업을 수행하는 마우스에서 신경 세포 발화 및 네트워크 국소장 전위(LFP)의 특성을 밝히는 것을 목표로 합니다. 이 기술은 이러한 행동의 기초가 되는 뉴런 네트워크 활동을 연구하는 데 유용한 도구입니다. 이 논문은 자유롭게 움직이는 의식이 있는 마우스에서 전극 이식 및 그에 따른 세포외 기록에 대한 상세하고 완전한 절차를 제공합니다. 이 연구에는 미세 전극 어레이를 이식하고, 다중 채널 시스템을 사용하여 운동 피질(MC)에서 LFP 및 신경 세포 스파이크 신호를 캡처하고, 후속 오프라인 데이터 분석을 위한 자세한 방법이 포함됩니다. 의식이 있는 동물에서 다중 채널 기록의 장점은 더 많은 수의 스파이킹 뉴런과 뉴런 아형을 얻고 비교할 수 있어 특정 행동과 관련 전기생리학적 신호 간의 관계를 평가할 수 있다는 것입니다. 특히, 본 연구에서 기술한 다채널 세포외 기록 기법 및 데이터 분석 절차는 행동하는 마우스에서 실험을 수행할 때 다른 뇌 영역에도 적용될 수 있다.
세포외 신호의 중요한 구성 요소인 국소전위(LFP)는 여러 행동에 대한 신경 코드를 형성하는 대규모 뉴런 집단의 시냅스 활동을 반영합니다1. 신경 활동에 의해 생성된 스파이크는 LFP에 기여하는 것으로 간주되며 신경 코딩에 중요합니다2. 스파이크와 LFP의 변화는 알츠하이머병과 같은 여러 뇌 질환과 두려움 등의 감정을 매개하는 것으로 입증되었습니다.3,4. 많은 연구에서 동물의 스파이크 활동이 깨어 있는 상태와 마취된 상태 간에 유의한 차이가 있음을 강조했다는 점은 주목할 가치가 있다5. 마취된 동물에서의 기록은 고도로 정의된 피질 동기화 상태에서 최소한의 인공물로 LFP를 평가할 수 있는 기회를 제공하지만, 결과는 깨어 있는 피험자에서 발견될 수 있는 것과는 어느 정도 다르다 6,7,8. 따라서 뇌에 이식된 전극을 이용하여 각성 뇌 상태에서 각종 질환의 장시간 규모와 넓은 공간적 규모에 걸친 신경 활동을 검출하는 것이 더 의미가 있다. 이 원고는 기록 및 분석을 시작하기 위해 빠르고 간단한 방법으로 스파이크 및 LFP 신호를 계산하기 위해 공통 소프트웨어를 사용하여 마이크로 드라이브 시스템을 만들고 매개변수를 설정하는 방법에 대한 초보자를 위한 정보를 제공합니다.
두피에서 기록된 뇌전도(EEG) 및 사건 관련 전위(ERP)를 사용하는 것과 같은 뇌 기능의 비침습적 기록은 인간 및 설치류 연구에서 광범위하게 사용되어 왔지만, EEG 및 ERP 데이터는 공간적, 시간적 특성이 낮기 때문에 특정 뇌 영역 내에서 근처의 수지상 시냅스 활동에 의해 생성된 정확한 신호를 감지할 수 없습니다1. 현재, 의식이 있는 동물에서 다채널 기록을 이용함으로써, 여러 행동 테스트 중에 영장류나 설치류의 뇌에 마이크로 드라이브 시스템을 이식하여 뇌의 더 깊은 층의 신경 활동을 만성적이고 점진적으로 기록할 수 있습니다 1,2,3,4,5,6,7,8,9 . 간단히 말해서, 연구자들은 뇌의 다른 부분들을 표적으로 삼기 위해 전극 또는 사극의 독립적인 포지셔닝에 사용될 수 있는 마이크로-드라이브 시스템을 구성할 수 있다(10,11). 예를 들어, Chang et al.은 가볍고 컴팩트한 마이크로-드라이브(12)를 조립함으로써 마우스에서 스파이크 및 LFP를 기록하는 기술을 기술하였다. 또한, 맞춤형 액세서리 구성 요소를 갖는 미세 가공된 실리콘 프로브는 행동 작업 동안 설치류에서 다수의 단일 뉴런 및 LFP를 기록하기 위해 상업적으로 이용 가능하다(13). 마이크로 드라이브 시스템을 조립하기 위해 다양한 설계가 사용되었지만 전체 마이크로 드라이브 시스템의 복잡성과 무게 측면에서 여전히 제한적인 성공을 거두었습니다. 예를 들어, Lansink 등은 단일 뇌 영역(14)으로부터 기록하기 위한 복잡한 구조를 갖는 다중채널 마이크로-드라이브 시스템을 보여주었다. Sato et al.은 자동 유압 포지셔닝 기능(15)을 표시하는 다채널 마이크로 드라이브 시스템을 보고하였다. 이러한 마이크로 드라이브 시스템의 주요 단점은 마우스가 자유롭게 움직이기에는 너무 무겁고 초보자가 조립하기 어렵다는 것입니다. 다채널 세포외 기록은 행동 테스트 중 신경 활동을 측정하는 데 적합하고 효율적인 기술임이 밝혀졌지만, 초보자가 복잡한 마이크로 드라이브 시스템에서 획득한 신호를 기록하고 분석하는 것은 쉽지 않습니다. 자유롭게 움직이는 마우스(16, 17)에서 다채널 세포외 기록 및 데이터 분석의 전체 동작 과정을 시작하는 것이 어렵다는 점을 감안할 때, 본 논문은 일반적으로 이용 가능한 구성요소 및 설정을 사용하여 마이크로-드라이브 시스템을 만드는 상세한 과정을 소개하기 위한 단순화된 가이드라인을 제시한다; 빠르고 간단한 방법으로 스파이크 및 LFP 신호를 계산하기 위한 공통 소프트웨어의 매개변수도 제공됩니다. 또한 이 프로토콜에서 마우스는 헬륨 풍선을 사용하여 자유롭게 움직일 수 있으며, 이는 헤드스테이지 및 마이크로 드라이브 시스템의 무게를 상쇄하는 데 기여합니다. 일반적으로 본 연구에서는 마이크로 드라이브 시스템을 쉽게 구축하고 기록 및 데이터 분석 프로세스를 최적화하는 방법을 설명합니다.
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
모든 마우스는 상업적으로 수득하였고, 22-25°C의 실온 및 50%-60%의 상대 습도에서 12시간 빛/12시간 어두운 주기(현지 시간 08:00에 점등)로 유지하였다. 생쥐들은 먹이와 물을 지속적으로 공급받을 수 있었다. 모든 실험은 화남사범대학의 실험동물 관리 및 사용 지침에 따라 수행되었으며 기관 동물 윤리 위원회의 승인을 받았습니다. 생후 3-5개월 된 수컷 C57BL/6J 마우스를 실험에 사용하였다.
1. 마이크로 드라이브 시스템 조립
2. 전극 어레이 이식
3. 자유롭게 움직이는 마우스의 양측 MC에서 다중 채널 기록
4. 스파이크 분류 및 분석
5. LFP 분석
6. 스파이크와 LFP의 상관관계
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
고역 통과(250Hz) 필터를 적용하여 원시 신호에서 다중 단위 스파이크를 추출했습니다(그림 6A). 또한, PCA에 의해 정렬된 일반 마우스의 MC에서 기록된 단위를 검증하고(그림 7A-D), 마우스의 MC에 있는 단위의 밸리 폭과 파형 지속 시간을 기록했습니다. 그 결과, 생쥐에서 MC 추정 피라미드 뉴런(Pyn)의 밸리 폭과 파형 지속 시간이 추정 인터뉴런(IN)보다 높다는 것을 보여주었습니다(그림 7E,F; 두 개의 샘플 Mann-Whitney 테스트; 밸리 폭의 경우, 추정 Pyn: 0.636ms ± 0.004ms, 추정 IN: 0.614ms ± 0.001ms, p = 0.002; 파형 지속 시간, 추정 Pyn: 0.095 ms ± 0.004 ms, 추정...
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
자유롭게 움직이는 마우스의 다중 채널 기록은 신경 과학 연구에서 유용한 기술로 간주되어 왔지만 초보자가 신호를 기록하고 분석하는 것은 여전히 매우 어렵습니다. 본 연구에서는 마이크로 드라이브 시스템을 만들고 전극 이식을 수행하기 위한 간단한 지침과 스파이크 분류 소프트웨어 및 신경 생리학적 데이터 분석을 위한 소프트웨어를 통해 전기 신호를 캡처하고 분석하는 간단한 절차를 제공합니다.
맞춤형 마이크로 드라이브 시스템의 품질이 자유롭게 움직이는 마우스(14,15,16,17)에서 안정적이고 정성적인 신호의 획득에 크게 기여한다는 점을 감안할 때, 본 연구에서는 마이크로 드라이브 시스템을 위해 보다 견고하고 가벼운 구조를 설계하고 사용했으며, ...
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
저자는 공개할 것이 없습니다.
이 연구는 중국 국립자연과학재단(31871170, 32170950, 31970915), 광둥성 자연과학재단(2021A1515010804 및 2023A1515010899), 광둥성 자연과학재단 주요 재배 프로젝트(2018B030336001), 광둥성 보조금: 뇌질환 치료를 위한 핵심 기술(2018B030332001)의 보조금으로 지원되었습니다.
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 2.54mm 핀 헤더 | YOUXIN Electronic Co., Ltd. | 1 x 5 | 터기에서 미끄러질 수 있는 이동식 마이크로 드라이브를 신청합니다. |
| 어도비 일러스트레이터 CC 2017 | 어도비 | N/A | GraphPad에서 이미지를 최적화합니다. |
| BlackRock Microsystems | Blackrock Neurotech | Cerebus | 이 시스템에는 헤드새지, DA 변환, 증폭기 및 컴퓨터가 포함됩니다. |
| 황동 너트 | Dongguan Gaosi Technology Co., Ltd. | M0.8 황동 너트 | 너트는 나사의 위치를 고정합니다. |
| 황동 나사 | Dongguan Gaosi Technology Co., Ltd. | M0.8 x 11mm 황동 나사 | 이동식 마이크로 드라이브를 고정하는 나사. |
| C57BL/6J | 광동 Zhiyuan 생물 의학 기술 Co., LTD. | N/A | 생후 12주. |
| 원심분리기 튜브 | Biosharp | 15 mL; BS-150-M | 자당 sulutions를 가진 쥐 두뇌를 저장하기 위하여. |
| 전도성 페인트 | 구조 프로브, Inc. | 7440-22-4 | 커넥터 핀과 Ni-와이어 사이의 리드 연결 품질을 향상시킵니다. |
| 전도성 동박 테이프 | 3M | 1181 | 간섭을 줄이기 위해. |
| 커넥터 | : YOUXIN Electronic Co., Ltd. | 2 x 10P | 헤드를 연결하려면tage를 마이크로 드라이브 시스템에 연결합니다. |
| DC 전원 공급 장치 | Maisheng | MS-305D | 전기 병변에 대한 전원 장치. |
| 치과 시멘트 | Shanghai New Century Dental Materials Co., Ltd. | N/A | 이식을 마친 후 마우스의 두개골에 전극 배열을 고정합니다. |
| 디지털 아날로그 컨버터 | Blackrock | 128-Channel | 디지털 데이터를 아날로그 신호로 변환하는 장치입니다. |
| 에폭시 수지 | Alteco | N/A | 핀을 덮습니다. |
| 엑셀 | Microsoft | N/A | 분석 후 데이터를 요약합니다. |
| 눈 가위 | JiangXi YuYuan 의료 기기 Co., Ltd. | N/A | 수술 또는 Ni-chrome 와이어 절단용. |
| 정밀한 겸자 | JiangXi YuYuan 의료 기기 Co., 주식 회사. | N/A | 수술용. |
| 겸자 | JiangXi YuYuan 의료 기기 Co., Ltd. | N/A | 수술 또는 mirco-drive 시스템 조립용. |
| 냉동 마이크로톰 | Leica | CM3050 S | 마우스를 잘라라' s 뇌를 조각으로 융합 |
| 실리카 모세관 튜브 | Zhengzhou INNOSEP Scientific Co., Ltd. | TSP050125 | To 는 Ni-chrome 와이어의 가이드 튜브 역할을 합니다. |
| 유리 미세 전극 | Sutter Instrument Company | BF100-50-10 | 채워진 잉크를 사용하여 원하는 이식 위치를 표시합니다. |
| GraphPad Prism 7 | GraphPad 소프트웨어 | N/A | 결과를 분석하고 시각화합니다. |
| 가이드 튜브 | Polymicro 기술 | 1068150020 | Ni-chrome 와이어를 로드합니다. |
| 헤드스테이지 | 블랙록 | N/A | 신호 전송 도구. |
| 헬륨 풍선 | Yili 축제 제품 Co., Ltd. | 24 인치 | 헤드의 무게를 상쇄합니다.tage 및 마이크로 드라이브 시스템. |
| 잉크 | 세일러 펜 Co., LTD. | 13-2001 | 이식을 위해 원하는 위치를 표시합니다. |
| 요오드 팅크 | Guangdong Hengjian Pharmaceutical Co., Ltd. | N/A | 쥐의 두피를 소독합니다. |
| 염산염 및 리도카인의 린코마이신 염산염 겔 | Hubei kangzheng pharmaceutical co., ltd. | 10g | 염증을 줄이는 데 사용되는 약물. |
| Meloxicam | Vicki 생물공학 Co., 주식 회사. | 71125-38-7 | 생쥐의 수술 후 통증을 감소시킵니다. |
| Micromanipulators | Scientifica | Scientifica IVM Triple | 전극 어레이 이식용. |
| 현미경 | 니콘 | 이클립스 Ni-E | 뇌 절편 |
| nanoZ 임피던스 테스터 | Plexon | nanoZ | 하여 임피던스를 측정하거나 다채널 미세 전극 어레이에 대한 전극 임피던스 분광법(EIS)을 수행합니다. |
| NeuroExplorer | Plexon | NeuroExplorer | 전기생리학적 데이터를 분석하기 위한 도구입니다. |
| 뉴로익스플로러 | Plexon, 미국 | N/A | 소프트웨어. |
| 니켈 크롬 와이어 | California Fine Wire Co. | M472490 | 35 μ m 니켈 크롬 와이어. |
| 오프라인 분류기(Offline Sorter | 플렉슨 | 오프라인 분류기(Plexon Offline Sorter | ) 기록된 다중 단위를 분류하기 위한 도구입니다. |
| PCB 보드 | Hangzhou Jiepei Information Technology Co., Ltd. | N/A | 컴퓨터 설계 보드. |
| 펜토바르비탈 | 시그마 | P3761 | 생쥐를 마취합니다. |
| 펜토바르비탈 나트륨 | 시그마 | 57-33-0 | 마우스를 마취합니다. |
| 연동 펌프 | 더 긴 | BT100-1F | 관류에 사용되는 |
| 장치 폴리포름알데히드 | Sangon Biotech | A500684-0500 | 쥐 뇌 고정을 위한 고정 용액의 주요 구성 요소 |
| PtCl4 | Tianjin Jinbolan 정밀한 화학 Co., 주식 회사. | 13454-96-1 | 금도금 액체의 제조. |
| 식염수 | Guangdong Hengjian 제약 Co., Ltd. | N/A | 마우스의 두개골을 청소합니다. |
| 실버 와이어 | 쑤저우 Xinye 전자 Co., Ltd. | 2mm 직경 | 접지 및 기준 전극에 적용됩니다. |
| 두개골 드릴 | RWD Life Science | 78001 | 마우스의 두개골에 두 개의 작은 구멍을 조심스럽게 뚫습니다. |
| 스테인레스 스틸 나사 | YOUXIN Electronic Co., Ltd. | M0.8 x 2 | 마이크로 드라이브 시스템을 보호하고 접지 및 기준 전극을 연결합니다. |
| 입체 운동 장치 | RWD Life Science | 68513 | 양측 운동 피질의 입체 좌표를 수행합니다. |
| 설탕 | Damao | 57-50-1 | 관류 후 쥐의 뇌를 탈수시킵니다. |
| 슈퍼 접착제 | Henkel AG & Co. | PSK5C | 가이드 튜브와 Ni-chrome 와이어를 고정합니다. |
| 온도 조절기 | Harvard Apparatus | TCAT-2 | 마우스의 직장 온도를 37°C로 유지합니다. C |
| Tetracycline 눈 연고 | Guangdong Hengjian Pharmaceutical Co., Ltd. | N/A | 수술 중 마우스의 눈을 보호하기 위해. |
| 스레드 | Rapala | N/A | 발론과 헤드 스테이지를 연결합니다. |
| Vaseline | Unilever plc | N/A | 전극 어레이와 마우스의 두개골 사이의 틈을 커버합니다. |
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.