Anesthetized 쥐의 실리콘 프로브와 함께 대규모의 연결 Ensembles 녹음하기

본 절차의 전반적인 목적은 실리콘 프로브를 사용하여 마취된 쥐의 좌우 전지 체성감각 피질에서 대규모 뉴런 기록을 동시에 수행하는 급성 기록 방법을 설명하는 것입니다. 우선 우레탄으로 동물을 마취시킨 후, 쥐를 스테레오탁틱 프레임(stereotaxic frame)에 고정하고 두개골 위에 2~3cm 정도의 절개를 가하여 이를 달성합니다. 두 번째 단계는 접지 및 참조 나사를 배치하는 것입니다.

그 다음 체성감각 피질 상부에 두 군데의 개두술을 시행하고 경막을 제거합니다. 마지막 단계는 실리콘 프로브를 뇌 속에 조심스럽게 삽입하여 원하는 영역까지 천천히 내리는 것입니다. 이 절차를 통해 수십 개의 뉴런으로부터 국소장 전위와 스파이킹 활동을 기록할 수 있습니다.

이 기술의 주요 장점은 실리콘 프로브를 통해 다수의 기록 지점에서 신호를 기록할 수 있다는 점입니다. 또한, 여러 기록 지점을 수 밀리미터 거리에 걸쳐 배치할 수 있어, 여러 개의 피질 기둥(cortical columns) 전체 또는 하나의 피질 기둥 내 여러 층에 걸쳐 동시에 기록하는 것이 가능합니다. 특히, 기록 지점을 기하학적으로 정밀하게 배치함으로써 뉴런 집단 간의 공간적 관계를 조사할 수 있습니다.

이 방법은 신경세포 집단 활동이 기억 가소성, 자극 코딩, 의사 결정에 어떻게 관여하는지, 그리고 이러한 신경 상호작용이 다양한 약물에 의해 어떻게 영향을 받는지와 같은 신경과학 분야의 핵심 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 절차를 시작하려면, 주사로 인해 동물이 스트레스를 받는 것을 방지하기 위해 3~4% 농도의 iso fluorine으로 쥐를 마취하고 2% 농도로 유지하십시오. 그 후, 20%로 희석된 urethane 용액을 kg당 7.5 milliliters 농도로 복강 내 주사하며, 이 주사를 약 30분 간격으로 4회에 나누어 투여하십시오.

다음으로, 현미경 하에서 증류수를 사용하여 실리콘 프로브를 세척합니다. 조직학적 분석 시 프로브의 위치를 표시하기 위해 형광 마커로 프로브에 색을 칠합니다. 프로브가 손상되거나 휘어지지 않도록 이 과정은 항상 현미경 하에서 수행해야 합니다.

그 후, 절개 부위의 털을 깎아냅니다. 그런 다음 양쪽 눈에 연고를 바릅니다. 뇌 염증을 줄이기 위해 5 mg/mL의 Dexamethasone을 피하 투여합니다.

이 단계에서 동물을 정위 고정 장치(stereotaxic frame)에 고정합니다. 다음으로, 클로르헥시딘 비누와 에탄올을 사용하여 수술 부위를 무균적으로 준비합니다. 절개 전, 국소 마취 및 출혈 위험을 줄이기 위해 절개 부위에 리도카인과 에피네프린을 피하 투여합니다. 그런 다음 두피 정중선을 따라 2cm 절개하고 피부를 제거합니다.

두개골을 노출시키려면 둔성 박리를 통해 근막에서 등쪽 두피를 제거하고, 본 왁스(bone wax)를 사용하여 출혈을 조절하십시오. 다음으로, 두개골의 후두골에 두 개의 구멍을 뚫습니다. 접지 전극과 기준 전극을 위한 작은 나사를 해당 구멍에 고정하십시오.

기준 나사는 경막에 접촉되어 있어야 합니다. 그 후, 전지 체성감각 피질에 해당하는 좌표에 지름 1~2mm의 두개골 절제술을 두 군데 시행합니다.

두개골 절개술 중 드릴링으로 인해 두개골의 온도가 상승하는 것을 방지하기 위해, 필요에 따라 압축 공기를 사용하여 골분을 제거하십시오. 생리 식염수를 점적합니다. 그 다음, 노출된 경막 위에 PBS를 유지하고 건조를 방지하기 위해 두 군데의 두개골 절개 부위를 둘러싸는 작은 아크릴 수지 방어벽을 구축하십시오.

실험 전 과정 동안 PBS를 지속적으로 도포하십시오. 다음으로, 끝이 굽은 30.5 게이지 바늘 2개를 사용하여 양쪽 개두술 부위의 경막(dura mater)을 제거합니다. 이때 실리콘 프로브의 팁이 연질막(pia)에 막 접촉하도록 배치하십시오.

그 후 실리콘 프로브를 천천히 삽입하며, 프로브의 섕크가 저항이나 휨 없이 뇌 속으로 들어가는지 확인합니다. 프로브가 원하는 기록 영역에 도달할 때까지 조심스럽게 내립니다. 필요한 경우, 조직이 건조해지는 것을 방지하기 위해 두개골 절제술 부위 상단에 PBS를 몇 방울 떨어뜨립니다.

여기에는 하나의 tetro에서 500 milliseconds 동안 기록한 국소 전위(local field potential)의 대표적인 전기생리학적 기록이 나타나 있습니다. 삽입된 그림은 스파이크 파형의 예시입니다. 여기는 하나의 tetro에서 얻은 유닛 클러스터의 2차원 뷰 예시들입니다.

각 클러스터는 단일 뉴런의 스파이크를 나타냅니다. 여기에는 단일 테트로(tetrode)의 4개 채널 각각에서 대표 유닛의 평균 스파이크 파형이 표시되어 있습니다. 기록된 스파이크의 시간에 따른 파형 에너지가 이 그래프에 도식화되어 있습니다.

각 단위의 에너지 값이 비교적 일정하다는 것은 표시된 기간 동안 기록이 안정적으로 이루어졌음을 나타냅니다. 이 영상을 시청한 후에는 100개 이상의 뉴런으로부터 여러 뇌 영역에서 실리콘 프로브 기록을 동시에 수행할 수 있게 될 것입니다. 이는 동물 마취, 기준 및 접지 나사 배치, 두개골 천공, 경막 제거, 그리고 마지막으로 원하는 기록 영역에 프로브를 삽입하는 다음 단계들을 완료함으로써 달성됩니다.