동시 광유전학적 변조 및 전기 신경 기록을 위한 광섬유 어레이

이 프로토콜은 광유전학적 자극 및 전기생리학적 기록을 동시에 위한 옵트로피드 시스템 제작을 포함한다. 제안된 LED 기반 시스템은 마이크로렌즈 어레이를 통해 광 결합 효율을 향상시킨다. LED 광원은 레이저 광원보다 간단한 조명 설정을 통해 시스템을 무선 시스템에 쉽게 적용할 수 있습니다.

광유전학은 신경 질환 및 치료 메커니즘의 병리학을 이해하기위한 경로 기술입니다. 광유전학은 척수 손상, 간질, 파킨슨 병 및 알츠하이머 병을 치료하는 데 적용 할 수 있습니다. 당사의 LED 기반 장치는 낮은 시스템 복잡성, 비용 효율성 및 낮은 전력 소비와 같은 몇 가지 장점을 갖춘 무선 시스템으로 추가로 구현할 수 있습니다.

먼저 1.27mm 피치 암 커넥터를 헤드 스테이지 프리앰프에 연결합니다. LED를 3D 인쇄 하우징에 넣습니다. 광 다이오드를 사용하여 광섬유 팁의 끝에서 광 강도를 측정하십시오.

텅스텐 전극과 광섬유를 알코올에 15 분 동안 담그고 공기 건조시킵니다. 머리 피부를 면도하고 마취 된 마우스를 입체 프레임에 놓습니다. 스테레오택틱 프레임 안에 머리를 놓고 이어 바를 고기에 삽입하십시오.

입체 프레임에 내장 된 열 가열 패드를 켜고 수술 과정 내내 체온을 섭씨 37도에서 유지하십시오. 절개 막대의 높이를 설정하기위한 절개 막대를 조정하고 주둥이에 대해 코 클램프를 조이십시오. 건조를 방지하기 위해 석유 젤리로 눈을 가리십시오.

포셉으로 머리의 피부를 들어 올리고 주사 공간을 확보 한 다음 두피 아래에 1 % 리도카인을 주사하십시오. 메스와 미세한 가위를 사용하여 시상 절개를 수행하십시오. 절개 된 피부를 마이크로 클램프로 잡고 수술 부위의 시야를 넓히십시오.

면봉을 사용하여 골막을 제거하십시오. 출혈이있는 경우, 혈관을 봉인하기 위해 보비를 사용하여 두개골을 소작했습니다. 식염수로 두개골을 청소하고 조작기 팔을 사용하여 두개골 절제술 부위를 표시하십시오.

소뇌 위에 구멍을 뚫고 땅에 나사를 삽입하십시오. 정밀 나사를 사용하여 소뇌 꼭대기에 도달 할 때까지 접지 나사를 0.5 밀리미터 깊이로 두십시오. 표시된 부분을 뚫고 집게로 두개골 조각을 제거하십시오.

26게이지 바늘 끝을 시계 방향으로 120도 각도로 구부리고 바늘의 베벨 면을 위쪽을 향하도록 삽입하여 뇌 영역을 노출시킵니다. 조작기 암에 옵트로드 어레이를 고정하고 노출 된 영역 가까이로 이동하십시오. optrode 어레이를 천천히 삽입하고 접지 나사를 시스템에 연결된 은선에 연결하십시오.

노출 된 뇌와 장치 사이에 젤 폼을 삽입하여 화학 물질이 뇌와 직접 접촉하지 않도록 보호하십시오. 조심스럽게 두개골에 치과 시멘트를 바르고 장치를 고정하고 젤 폼을 덮으십시오. 치과 시멘트가 완전히 경화되기 전에 치과 시멘트에 부착 된 경우 두피를 분리하십시오.

절개된 피부를 포셉으로 당겨 경화된 치과 시멘트를 덮고 두피를 봉합합니다. 마취 된 마우스를 입체 프레임에 놓습니다. 라이트 펄스 레시피를 10헤르츠 주파수에서 4%듀티 사이클로 설정합니다.

신경 기록 중에 두 초 동안 빛 자극을 설정하십시오. 플라스틱 커버를 벗고 회로에 재사용 가능한 LED로 광 전달 시스템 상단을 부착하십시오. 헤드 스테이지 프리앰프를 이식된 다섯 핀 커넥터에 연결합니다.

소프트웨어를 열고 소프트웨어 필터를 설정하십시오. 그런 다음 증폭기 샘플링 속도를 클릭하고 설정하십시오. 그런 다음 대역폭 변경을 클릭합니다.

증폭기를 낮은 대역폭과 증폭기 상위 대역폭으로 설정하십시오. 소프트웨어 DAC 하이 패스 필터를 확인하십시오. 스파이크 범위를 열고 전압 임계값을 사용하여 신경 신호를 확인합니다.

중지 및 기록을 클릭합니다. MATLAB을 사용하여 획득한 데이터를 로드하고 원시 데이터를 확인합니다. 그런 다음 웨이브 클러스트 알고리즘이 포함 된 스파이크 정렬 코드를 실행하십시오.

래스터 플롯에서 정렬된 스파이크를 확인합니다. 이제 스파이크를 세는 플롯을 플롯하고 빛 자극 중에 유발 된 스파이크를 확인하십시오. 이 그림은 중간에 두 초의 빛 빛을 포함하여 정확한 조건을 가진 기록 된 전체 파형을 보여줍니다.

각 광 자극 펄스 다음에 유발 된 개별 신경 스파이크의 수는 2 초 및 0.2 초의 서로 다른 시간 빈을 가진 기준선과 비교하여 상당히 증가했습니다. 그림은 광 자극 전, 도중 및 후의 각 채널에 대한 스파이크 히스토그램을 보여줍니다. 삽입된 도면은 이식된 옵트로드 어레이의 위치를 나타낸다.

또한, 확대/축소된 버전은 100밀리초 시간 빈을 갖는 스파이크 히스토그램을 보여준다. 파란색 막대는 응답을 기록하기 위해 LED 표시등이 켜진 기간을 나타냅니다. LED 구동 전류 공정에서 발생하는 아티팩트 잡음을 최소화하려면 전기 신호 경로와 LED 회로 사이의 충분한 거리를 보장하도록 시스템을 설계해야 합니다.

제안 된 LED 기반 옵트로드 시스템은 광유전 적 자극을 전달하고 유발 된 신경 반응을 기록 할 수 있기 때문에 동물의 행동과 관련된 다양한 신경 신호 전달을 조사 할 수 있습니다. LED 옵트로피드 어레이는 자유롭게 움직이는 동물 연구에 사용할 수 있는 무선 광유전학 인터페이스와 호환됩니다.