Name: TD Drive: 행동하는 쥐와 잠자는 쥐의 다중 영역 전기생리학적 기록을 위한 파라메트릭 오픈 소스 임플란트 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-04-26T13:30:00.000+00:00
Duration: 8 min 51 s
Description: 학습하세요 자유롭게 움직이는 쥐의 다중 뇌 영역에서 전기생리학적 신호를 기록하는 TD Drive 임플란트 방법을. 이 파라메트릭 오픈 소스 장치는 행동 및 수면 중 신경 메커니즘 연구 접근성을 높입니다.

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<meta charset="utf8"></head><body>쥐의 다중 지역 전기생리학적 모니터링을 위한 오픈 소스 임플란트

<ol><li>Deffieux, T., Demené, C., Tanter, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+Ultrasound+Imaging%3A+A+New+Imaging+Modality+for+Neuroscience%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Functional Ultrasound Imaging: A New Imaging Modality for Neuroscience.</a> Neuroscience. 474, 110-121 (2021).</li>
<li>Finn, E. S., Poldrack, R. A., Shine, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+neuroimaging+as+a+catalyst+for+integrated+neuroscience%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Functional neuroimaging as a catalyst for integrated neuroscience.</a> Nature. 623 (7986), 263-273 (2023).</li>
<li>Aharoni, D., Federico Guo, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Aharoni-Lab%2FMiniscope-v4%3A+Release+for+generating%5BTitle%5D)+AND+%22GitHub%22%5BJournal%5D)">Aharoni-Lab/Miniscope-v4: Release for generating.</a> GitHub. , (2023).</li>
<li>Takasaki, K., Abbasi-Asl, R., Waters, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Superficial+bound+of+the+depth+limit+of+two-photon+imaging+in+mouse+brain%5BTitle%5D)+AND+%22eNeuro%22%5BJournal%5D)">Superficial bound of the depth limit of two-photon imaging in mouse brain.</a> eNeuro. 7 (1), (2020).</li>
<li>Buzsáki, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tools+for+probing+local+circuits%3A+High-density+silicon+probes+combined+with+optogenetics%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">Tools for probing local circuits: High-density silicon probes combined with optogenetics.</a> Neuron. 86 (1), 92-105 (2015).</li>
<li>Lacroix, M. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Improved+sleep+scoring+in+mice+reveals+human-like+stages%5BTitle%5D)+AND+%22bioRxi.v%22%5BJournal%5D)">Improved sleep scoring in mice reveals human-like stages.</a> bioRxi.v. , (2018).</li>
<li>Wilson, M. A., McNaughton, B. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamics+of+the+hippocampal+ensemble+code+for+space%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+New+Ser%22%5BJournal%5D)">Dynamics of the hippocampal ensemble code for space.</a> Sci New Ser. 261 (5124), 1055-1058 (1993).</li>
<li>Jun, J. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fully+integrated+silicon+probes+for+high-density+recording+of+neural+activity%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Fully integrated silicon probes for high-density recording of neural activity.</a> Nature. 551 (7679), 232-236 (2017).</li>
<li>Headley, D. B., DeLucca, M. V., Haufler, D., Paré, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Incorporating+3D-printing+technology+in+the+design+of+head-caps+and+electrode+drives+for+recording+neurons+in+multiple+brain+regions%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Incorporating 3D-printing technology in the design of head-caps and electrode drives for recording neurons in multiple brain regions.</a> J Neurophysiol. 113 (7), 2721-2732 (2015).</li>
<li>Camba, J. D., Contero, M., Company, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Parametric+CAD+modeling%3A+An+analysis+of+strategies+for+design+reusability%5BTitle%5D)+AND+%22Comput+Aided+Des%22%5BJournal%5D)">Parametric CAD modeling: An analysis of strategies for design reusability.</a> Comput Aided Des. 74, 18-31 (2016).</li>
<li>Kloosterman, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Micro-drive+array+for+chronic+in+vivo+recording%3A+Drive+fabrication%5BTitle%5D)+AND+%22J+Vis+Exp%22%5BJournal%5D)">Micro-drive array for chronic in vivo recording: Drive fabrication.</a> J Vis Exp. (26), e1094(2009).</li>
<li>Voigts, J., Siegle, J. H., Pritchett, D. L., Moore, C. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+flexDrive%3A+An+ultra-light+implant+for+optical+control+and+highly+parallel+chronic+recording+of+neuronal+ensembles+in+freely+moving+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Front+Syst+Neurosci%22%5BJournal%5D)">The flexDrive: An ultra-light implant for optical control and highly parallel chronic recording of neuronal ensembles in freely moving mice.</a> Front Syst Neurosci. 7, (2013).</li>
<li>Voigts, J., Newman, J. P., Wilson, M. A., Harnett, M. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+easy-to-assemble%2C+robust%2C+and+lightweight+drive+implant+for+chronic+tetrode+recordings+in+freely+moving+animals%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neural+Eng%22%5BJournal%5D)">An easy-to-assemble, robust, and lightweight drive implant for chronic tetrode recordings in freely moving animals.</a> J Neural Eng. 17 (2), 026044(2020).</li>
<li>Sheng, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+novel+3D-printed+multi-driven+system+for+large-scale+neurophysiological+recordings+in+multiple+brain+regions%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci+Methods%22%5BJournal%5D)">A novel 3D-printed multi-driven system for large-scale neurophysiological recordings in multiple brain regions.</a> J Neurosci Methods. 361, 109286(2021).</li>
<li>Vöröslakos, M., Petersen, P. C., Vöröslakos, B., Buzsáki, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Metal+microdrive+and+head+cap+system+for+silicon+probe+recovery+in+freely+moving+rodent%5BTitle%5D)+AND+%22eLife%22%5BJournal%5D)">Metal microdrive and head cap system for silicon probe recovery in freely moving rodent.</a> eLife. 10, e65859(2021).</li>
<li>Mishra, A., Marzban, N., Cohen, M. X., Englitz, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamics+of+neural+microstates+in+the+VTA-striatal-prefrontal+loop+during+novelty+exploration+in+the+rat%5BTitle%5D)+AND+%22bioRxiv%22%5BJournal%5D)">Dynamics of neural microstates in the VTA-striatal-prefrontal loop during novelty exploration in the rat.</a> bioRxiv. , (2020).</li>
<li>Allen, L. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((RatHat%3A+A+self-targeting+printable+brain+implant+system%5BTitle%5D)+AND+%22eNeuro%22%5BJournal%5D)">RatHat: A self-targeting printable brain implant system.</a> eNeuro. 7 (2), (2020).</li>
<li>Slack, I. Soldering Safety. , Available from: 
 <a target="_blank" href="https://safety.eng.cam.ac.uk/safe-working/copy_of_soldering-safety">https://safety.eng.cam.ac.uk/safe-working/copy_of_soldering-safety</a> (2018).</li>
<li>Harvard Soldering Safety Guidelines. , Available from: 
 <a target="_blank" href="https://www.ehs.harvard.edu/sites/default/files/soldering_safety_guidelines.pdf">https://www.ehs.harvard.edu/sites/default/files/soldering_safety_guidelines.pdf</a> (2019).</li>
<li>Samanta, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((CBD+lengthens+sleep+but+shortens+ripples+and+leads+to+intact+simple+but+worse+cumulative+memory%5BTitle%5D)+AND+%22iScience%22%5BJournal%5D)">CBD lengthens sleep but shortens ripples and leads to intact simple but worse cumulative memory.</a> iScience. 26 (11), 108327(2023).</li>
<li>Machado, F., Malpica, N., Borromeo, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Parametric+CAD+modeling+for+open+source+scientific+hardware%3A+Comparing+OpenSCAD+and+FreeCAD+Python+scripts%5BTitle%5D)+AND+%22PLOS+One%22%5BJournal%5D)">Parametric CAD modeling for open source scientific hardware: Comparing OpenSCAD and FreeCAD Python scripts.</a> PLOS One. 14 (12), e0225795(2019).</li>
<li>Schwarz, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+head-fixed+behaving+rat%3A+Procedures+and+pitfalls%5BTitle%5D)+AND+%22Somatosens+Mot+Res%22%5BJournal%5D)">The head-fixed behaving rat: Procedures and pitfalls.</a> Somatosens Mot Res. 27 (4), 131-148 (2010).</li>
<li>Gardiner, T. W., Toth, L. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stereotactic+surgery+and+long-term+maintenance+of+cranial+implants+in+research+animals%5BTitle%5D)+AND+%22Contemp+Top+Lab+Anim+Sci%22%5BJournal%5D)">Stereotactic surgery and long-term maintenance of cranial implants in research animals.</a> Contemp Top Lab Anim Sci. 38 (1), 56-63 (1999).</li>
<li>França, A. S. C., van Hulten, J. A., Cohen, M. X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Low-cost+and+versatile+electrodes+for+extracellular+chronic+recordings+in+rodents%5BTitle%5D)+AND+%22Heliyon%22%5BJournal%5D)">Low-cost and versatile electrodes for extracellular chronic recordings in rodents.</a> Heliyon. 6 (9), e04867(2020).</li>
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깨어 있을 때와 잠을 자는 동안 뇌 상호 작용의 다중 영역 특성으로 인해 진행 중인 생리적 과정을 철저히 연구하기가 어렵습니다. 기능적 MRI(functional MRI, fMRI) 및 기능적 초음파(functional ultrasound, fUS)와 같은 접근법은 뇌 전체의 뇌 활동을 샘플링할 수 있지만1,2 신경혈관 결합(neurovascular coupling)을 이용하여 혈류역학적 활동으로부터 뇌 활동을 추론하여 시간적 해상도를 제한한다2. 또한 fMRI는 연구 대상을 MRI 스캐너에 배치해야 하므로 자유롭게 움직이는 동물에 대한 실험을 금지합니다. 단일 또는 다광자 이미징을 사용한 칼슘 역학의 광학 이미징은 수백 개의 뉴런을 동시에 세포 유형별로 기록할 수 있습니다3. 그러나, 미니스코프(Miniscope)3와 같은 머리에 장착하는 현미경은 자유롭게 움직이는 행동을 허용하지만, 일반적으로 온전한 뇌4의 표재성 피질 영역을 이미징하는 것으로제한된다. 피질에서 시야의 직경은 약 1mm 정도일 수 있지만 이러한 머리 장착 현미경의 공간 요구 사항으로 인해 여러 영역, 특히 인접한 영역을 대상으로 하기 어려울 수 있습니다. 따라서, 각성 및 수면 시 다중 영역 뇌 역학을 정확하게 포착하기 위해, 뇌 관심 영역에 이식된 전극으로 기록되는 세포외 전기생리학은 높은 시간적 해상도와 공간 정밀도로 인해 선택되는 방법 중 하나이다5. 또한, 인간 EEG에서 얻은 분석과 호환되는 동물의 수면 역학을 특성화할 수 있어 이 방법의 번역 가치를 높일 수 있습니다6.
고전적으로, 세포외 전극으로 뇌 활동을 기록하는 연구는 테트로드(tetrode)7와 같은 개별 와이어 전극 또는 전극 다발을 사용해왔다. 뉴로픽셀(Neuropixels) 프로브(8 )와 같은 최첨단 프로브는 동물을 손상시키지 않고 해당 축을 따라 프로브를 이식할 수 있는 축에 정렬되어 있기 때문에 여러 영역을 동시에 표적으로 할 수 있습니다. 그러나 공간적으로 분리된 여러 영역을 동시에 정확하게 기록하는 것은 여전히 어려운 과제로 남아 있으며, 기존 방법은 비용이 많이 들거나 시간이 많이 소요됩니다.
최근 몇 년 동안 광조형과 같은 적층 제조 방법이 널리 보급되었습니다. 이를 통해 연구자들은 실험 요구 사항9에 적응할 수 있는 새로운 전극 임플란트를 개발할 수 있었으며, 예를 들어 여러 뇌 영역에 대한 단순화된 반복 가능한 표적화도 가능했습니다. 이러한 임플란트 설계는 종종 오픈 소스 하드웨어로 학계와 공유되어 다른 연구자들이 자신의 목적에 맞게 조정할 수 있습니다. 특정 임플란트의 적응 정도는 임플란트가 설계되는 방식과 공유되는 방식에 따라 달라집니다. 파라메트릭 모델링(Parametric Modeling) 10 은 CAD(Computer-Aided Design)에서 널리 사용되는 접근 방식으로, 설계의 여러 구성요소가 상호 의존적인 매개변수와 정의된 설계 이력으로 연결됩니다. 임플란트 설계를 위한 파라메트릭 접근법을 구현하면 임플란트의 재사용성과 적응성이 향상되는데,10 개별 매개변수를 변경하면 복잡한 설계 재모델링 필요 없이 전체 설계가 자동으로 업데이트되기 때문이다. 결과적으로, 설계 자체가 파라메트릭 관계와 설계 기록을 보존하는 편집 가능한 형식으로 공유되어야 합니다. STL 또는 STEP과 같이 기하학적 원형만 나타내는 파일 형식은 게시된 모델의 후속 파라메트릭 수정을 불가능하게 만듭니다.
테트로드 하이퍼드라이브 11,12,13은 수십 개의 테트로드를 녹음할 수 있지만, 조립 및 주입에는 시간이 많이 걸리고 품질은 개별 연구원의 기술과 경험에 크게 좌우됩니다. 또한, 일반적으로 기록 전극을 목표 위치로 안내하는 가이드 튜브를 하나 또는 두 개의 더 큰 번들로 결합하므로 효율적으로 표적화할 수 있는 영역의 수와 확산을 제한합니다.
다른 임플란트(14,15)는 완전한 두개골을 노출시키고, 기록 전극을 운반하는 다수의 개별적인 마이크로드라이브의 자유로운 배치를 허용한다. 수술 시간 동안 독립적인 마이크로드라이브(16)를 배치하는 것은 유연성을 극대화하는 반면, 이는 수술 시간을 증가시키고 개별 마이크로드라이브의 공간 요구로 인해 여러 인접 영역을 대상으로 하는 것을 어렵게 만들 수 있다. 또한 임플란트는 오픈 소스이지만 STL 파일로만 게시되어 수정이 어렵습니다.
보다 고유한 파라메트릭 철학을 가진 드라이브의 예로는 RatHat17이 있습니다. 두개골의 등쪽 표면 전체를 덮는 수술용 스텐실을 제공함으로써 수술 중 정위 프레임을 사용하지 않고도 여러 뇌 표적을 정확하게 조준할 수 있습니다. 캐뉼라, 옵트로드 또는 테트로드에 대한 다양한 임플란트 변형을 사용할 수 있습니다. 그러나 이 드라이브는 학술 목적으로 무료로 사용할 수 있지만 오픈 소스로 게시되지 않아 연구자들이 임플란트를 평가하고 사용하는 데 장애물이 됩니다.
이 기사에서는 쥐의 세포외 전극 기록을 위한 새로운 3D 프린팅 가능한 임플란트인 TD Drive( 그림 1 참조)를 소개합니다. TD Drive는 기존 솔루션의 일부 단점을 극복하는 것을 목표로 합니다: 독립적인 와이어 전극을 동시에 사용하여 양쪽 반구에 걸쳐 미러링된 여러 뇌 영역을 대상으로 할 수 있습니다. 단순한 디자인으로 인해 경험이 부족한 연구원이 상대적으로 저렴한 비용으로 몇 시간 안에 조립할 수 있습니다. TD Drive는 쉽게 수정할 수 있는 파일 형식으로 오픈 소스로 게시되어 연구원이 특정 요구 사항에 맞게 조정할 수 있습니다. TD Drive의 설계 프로세스 초기부터 파라메트릭 3D 모델링 접근 방식을 통합하면 필요한 매개변수를 추상화할 수 있습니다: 대상 위치를 변경하기 위해 연구원은 드라이브를 직접 재설계할 필요 없이 배측 및 전후 좌표를 나타내는 매개변수를 간단히 편집할 수 있습니다. TD 드라이브를 수정하고 제조하기 위한 파일은 <a href="https://github.com/3Dneuro/TD_Drive">https://github.com/3Dneuro/TD_Drive</a> 에서 찾을 수 있습니다.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66457/66457fig01.jpg"> 그림 1: TD 드라이브 개요. (A) 보호 캡이 있는 TD 드라이브의 렌더링. (B) 표시된 내부 부품으로 렌더링합니다. TD Drive는 (a) 고정 및 이동 가능한 전극 와이어를 위한 파라메트릭으로 조정 가능한 여러 레코딩 위치, (b) 일반적인 테더링 및 무선 데이터 수집 시스템과 호환되는 고밀도 Omnetics 커넥터가 있는 EIB, (c) Intan/Open Ephys 시스템( 보충 그림 1 참조) 및 (d) 테더링 녹음 중 및 헤드가 연결되지 않은 경우 임플란트를 보호하기 위한 캡tage. (C) TD Drive 하단의 가이드 스텐실은 가이드 캐뉼라의 배치를 용이하게 하고 수술 중 임플란트 위치를 중복으로 확인하는 역할을 합니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66457/66457fig01large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
임플란트 설계는 n = 4에서 시범 실시되었고, n = 8에서 검증되었으며, 다른 작업을 수행 한 n= 8 리스터 후드 쥐에서 확인되었습니다. 처음 4마리의 동물은 드라이브를 개발하고 매개변수를 조정하는 데 사용되었습니다. 그런 다음 8 마리의 동물로 전체 파일럿을 실행했습니다 (결과에 표시됨). 8마리의 동물로 구성된 두 번째 코호트를 실행하고 임플란트 생존 분석에 포함시켰습니다. 이 임플란트는 두 개의 서로 다른 상업용 녹음 시스템과 헤드스테이지를 사용하여 대형 미로(HexMaze 9m x 5m)에서 무선 녹음뿐만 아니라 테더링 수면 녹음 및 야외 녹음(Object Exploration)과 호환되었습니다. 8명으로 구성된 두 코호트는 두 가지 다른 획득 시스템으로 녹음되었습니다 - 더 긴 수면 녹음을 위한 테더링과 대규모 미로 탐험 녹음을 위한 무선. 우리는 이 간단한 와이어 드라이브를 통해 경험이 적은 연구자들이 더 큰 코호트를 대상으로 장기간 실험을 할 수 있어 수면 단계 분석과 여러 뇌 영역의 진동 분석을 가능하게 한다는 결론을 내릴 수 있습니다. 이는 현재까지 대부분의 전기생리학 임플란트와 대조를 이루며, 난이도와 시간 강도로 인해 더 작은 동물 코호트를 허용하고 일반적으로 매우 경험이 풍부한 실험자가 필요합니다. 그러나 이 드라이브를 사용하면 개별 뉴런 활동을 기록할 수 없습니다. 따라서 사용은 LFP(Local Field Potential) 및 합산 활성의 조사로 제한됩니다.

<table><tbody><tr><td>0.5mm 드릴 비트&nbsp;</td><td>McMaster</td><td>2951A38</td><td></td></tr><tr><td>1.27mm 피치 상호 연결된 SIP/DIP 소켓(Mill-Max)</td><td>마우저 전자</td><td>575-003101</td><td>EEG 및 연결용 GND 나사</td></tr><tr><td>5분 에폭시&nbsp;</td><td>Bison</td><td>상업적으로 이용 가능한</td><td>일반 에폭시</td></tr><tr><td>시아노아크릴레이트 접착제</td><td>Loctite</td><td></td><td>Super Glue-3&nbsp;</td></tr><tr><td>EEG wire</td><td>Science Products GmbH</td><td>7SS-2T</td><td></td></tr><tr><td>전극 와이어</td><td>Science Products GmbH</td><td>NC7620F</td><td></td></tr><tr><td>에탄올</td><td>LC</td><td></td><td>드라이브의 표준 수술 전 멸균 절차용</td></tr><tr><td>미세 집게 (5)</td><td>FST</td><td>91150-20</td><td>와이어 번들 준비 및 취급용</td></tr><tr><td>Form 3B</td><td>Formlabs</td><td></td><td>TD 드라이브의 자체 인쇄 부품을 3D 인쇄하는 데 사용되는 3D 프린터</td></tr><tr><td>Gold pins (small)</td><td>Neuralynx, Inc.</td><td>9885</td><td>EIB 보드에 전기선 부착</td></tr><tr><td>Ground wire</td><td>Science Products GmbH</td><td>SS-3T/A</td><td></td></tr><tr><td>고밀도 커넥터&nbsp;</td><td>LabMaker GmbH / Omnetics</td><td>A79026-001</td><td></td></tr><tr><td>Lister Hodded rats</td><td>Charles River Laboratories</td><td>Crl : LIS</td><td>우리는 수컷 쥐를 사용했으며, 도착 시 9-12주 M1</td></tr><tr><td>황동 인서트</td><td>AliExpress</td><td>상업적으로 이용 가능한</td><td>https://aliexpress.com/item/33047616164.html</td></tr><tr><td>M1 탭</td><td>McMaster</td><td>2504A33</td><td></td></tr><tr><td>M1x16 나사</td><td>Bossard</td><td>1096613</td><td></td></tr><tr><td>M1x3 스테인리스 스틸 나사&nbsp;</td><td>나사 및 기타</td><td>84213_14985</td><td></td></tr><tr><td>M2.5x5 폴리이미드 나사</td><td>나사 및 기타</td><td>7985PA25S_50</td><td></td></tr><tr><td>미네랄 오일</td><td>McMaster</td><td>1244K14</td><td></td></tr><tr><td>매니큐어</td><td>Etos</td><td>시판용</td><td>색상 코딩용 EEG 및 GND 와이어</td></tr><tr><td>페인터 테이프</td><td>감마</td><td>상업적으로 이용 가능한</td><td>와이어 번들 준비</td></tr><tr><td>핀 바이스</td><td>McMaster</td><td>8455A16</td><td></td></tr><tr><td>플로팅 페이</td>퍼 <td>캔슨</td><td>시판용</td><td>와이어 번들 준비</td></tr><tr><td>폴리이미드 튜브</td><td>아마존 / 소형 부품</td><td>TWPT-0159-30-50</td><td>AWG, 0.0159" ID, 0.0219" OD, 0.0030" 벽, 30" 길이</td></tr><tr><td>RHD 32채널 헤드스테이지 가속도계</td><td>포함 Intan Technologies, LLC</td><td>C3324</td><td>테더링 녹음용 sleepbox</td></tr><tr><td>RHD 3-ft (0.9 m) 표준 SPI 케이블</td><td>Intan Technologies, LLC</td><td>C3203</td><td>커뮤테이터에서 헤드스테이지까지</td></tr><tr><td>RHD 6-ft (1.8 m) 표준 SPI 케이블</td><td>Intan Technologies, LLC</td><td>C3206</td><td>OpenEphys 박스에서 커뮤테이터까지</td></tr><tr><td>Slip Ring with Flange</td><td>Adafruit</td><td>1196</td><td>Commutator: 22 mm 직경, 12 와이어</td></tr><tr><td>솔더 플럭스&nbsp;</td><td>그리폰 S-39 50 ml</td><td>상업적으로 이용 가능</td><td>납땜 EEG 및 ; GND 나사</td></tr><tr><td>납땜 페이스트</td><td>Amazon</td><td>B08CBZ5HC5</td><td></td></tr><tr><td>스테인리스 스틸 M2 너트&nbsp;</td><td>McMaster</td><td>93935A305</td><td></td></tr><tr><td>테더링 녹음 설정&nbsp;</td><td>OpenEphys</td><td>Acquasition Board</td><td></td></tr><tr><td>무선 녹음 로거</td><td>SpikeGadgets</td><td>miniLogger 32</td><td>작업 중 무선 녹음용</td></tr><tr><td>무선 녹음 설정</td><td>SpikeGadgets</td><td>브레이크아웃 보드 및 RF 트랜시버를 포함한 MCU(Main Control Unit)</td><td>작업 내 무선 녹음용</td></tr></tbody></table>

td drive: 행동하는 쥐와 잠자는 쥐의 다중 영역 전기생리학적 기록을 위한 파라메트릭 오픈 소스 임플란트

The TD Drive: A Parametric, Open-Source Implant for Multi&#45;Area Electrophysiological Recordings in Behaving and Sleeping Rats

프로토콜에 제공된 지침을 사용하여 여러 실험자가 TD 드라이브를 쉽게 구축할 수 있습니다. 드라이브 개발 후(n = 4) 8마리의 동물로 전체 파일럿을 실행했습니다. 추가로 8마리의 동물을 이식하고 실험 데이터 수집을 수행했습니다. 이들 동물에 대한 데이터 분석이 완료되지 않았기 때문에 생존 분석에는 포함되었지만 다른 분석(예: 표적 분석 또는 조직학)에는 포함되지 않았습니다. 임플란트 수술은 도착 후 2주 후에 수행되었습니다(파일럿에서 사용된 목표 위치는 그림 3A 참조). 임플란트는 일반적인 외과 수술로 수행되었으며 ~ 3 시간 동안 지속되었습니다. 경험 많은 외과 의사가 초기 임플란트 시술을 하고 2-3번의 수술을 통해 경험 많은 실험자와 초보 실험자 모두를 독립적으로 가르칠 수 있었습니다.
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66457/66457fig03.jpg"> 그림 3: 임플란트 수술, 수면 데이터, 광대역 활동. (A) 개두술(파란색 원) 및 두개골 나사(녹색: EEG, 파란색: GND, 회색: 고정 나사, 두 개의 고정 나사는 두개골 측면에 있음)의 대상 위치를 보여주는 개략도 개요). (B) 수면 및 깨어 있는 동안 헤드스테이지가 묶여 있는 이식된 동물의 사진. (C) 테더링된 동물 PFC(Prelimbic) 및 HPC(Ca1)의 수면 데이터 예시, 세타를 사용한 REM 수면과 델타, 방추체 및 리플을 사용한 NonREM 수면으로 나뉩니다. Y축: 마이크로볼트, X축: 초. 이 데이터는 예를 들어 수면 점수 또는 진동 이벤트 감지 및 분석에 사용할 수 있습니다(D). 깨어 있는 동물에서 무선으로 기록된 광대역 활동의 예(왼쪽의 시끄러운 채널은 연결되지 않음). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66457/66457fig03large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66457/66457fig04.jpg"> 그림 4: 임플란트 내구성, 델타 검출 및 조직학. (A) 두 차례의 장기 실행 실험에 대한 임플란트의 생존 플롯. 주목할 점은, 85일째에 n=8이 실험을 완료하고 관류될 계획이었다는 점이다. (B) 안정성을 위한 데이터 예시. 표시된 것은 기록 일수(주당 ~3일) 동안 해마 채널에서 델타 감지 횟수입니다. 각 동물은 수면의 양에 따라 정상적인 변동을 보였지만 시간이 지남에 따라 신호와 감지에는 일반적인 편차가 없었습니다. (C) 한 마리의 쥐에 대한 양측 표적화를 보여주는 대표적인 조직학. 왼쪽 열: 왼쪽 반구, 오른쪽 열: 오른쪽 반구. AP 좌표는 묘사된 슬라이스의 전후 좌표를 나타내고 화살표는 대상 영역의 병변을 가리킵니다. 배율 : 1.6x. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66457/66457fig04large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
모든 동물은 잘 회복되었고 임플란트에 내성을 가졌습니다(그림 3B). 전두엽과 후비장 전극은 고정되어 있었지만 해마 다발은 움직일 수 있었습니다. 해마 다발을 2mm의 등쪽 깊이에 이식하고 수술 회복 2주 동안 HPC 적용 범위를 최대화하도록 조정했으며, 수면 습관화 기간 동안 신호를 실시간으로 확인했습니다. 8마리의 동물 중 7마리에서, 모든 표적 부위는 적어도 하나의 반구에서 도달하였다(적중률은 표 2 , 대표적인 조직학은 그림 4C 참조). 깨우기 및 절전 녹음은 녹음 상자에서 테더링으로 성공적으로 수행되었으며 무선 녹음은 더 큰 미로에서 수행되었습니다(예시 데이터 그림 3C, D). 동물들은 임플란트를 2개월 동안 보관했는데, 이때 개별 동물이 임플란트를 잃기 시작했습니다. 그러나 대다수의 동물은 임플란트 후 85-100일 동안 실험이 끝날 때까지 임플란트를 유지했습니다(그림 4A). 이 기간 동안 LFP는 델타 진동이 감지된 예제 분석에서 볼 수 있듯이 안정적으로 유지되었습니다(그림 4B). 시간에 따른 정상적인 변동성은 있었지만 기록된 뇌 영역(CA1의 피라미드 층 포함)에서 신호의 체계적인 드리프트는 없었습니다. 수술 후 10-15주 이내에 실험을 종료하는 것이 좋습니다. 모든 EIB를 복구할 수 있습니다.
우리는 주로 학습 및 기타 중재에 대한 반응으로 수면 단계와 수면 진동을 측정하기 위해 이 임플란트를 적용했습니다. 예를 들어, 구강 CBD 섭취가 뇌 영역 전반에 걸쳐 진동 발생 및 일관성에 미치는 영향 (Samanta et al.20 참조).
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td>매개 변수</td>
			<td>최소값(mm)</td>
			<td>최대값(mm)</td>
		</tr><tr><td>medioLateralSite1</td>
			<td>0.75</td>
			<td>2</td>
		</tr><tr><td>medioLateralSite2</td>
			<td>1.5</td>
			<td>5</td>
		</tr><tr><td>medioLateralSite3</td>
			<td>0.75</td>
			<td>2</td>
		</tr></tbody></table>표 1: 기록 사이트의 중간 좌표를 제어하는 매개변수에 수동으로 부과된 제한에 대한 개요.
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td>반구</td>
			<td>증권 시세 표시기</td>
			<td>증권 시세 표시기</td>
			<td>CA1 pyr입니다.</td>
		</tr><tr><td>오른쪽</td>
			<td>8/8</td>
			<td>5/8</td>
			<td>6/8</td>
		</tr><tr><td>왼쪽</td>
			<td>8/8</td>
			<td>7/8</td>
			<td>7/8</td>
		</tr></tbody></table>표 2: 8마리의 파일럿에 대한 적중률. 8 마리 중 4 마리에서 모든 전극이 올바르게 배치되었습니다. 그러나 8마리 중 7마리의 동물에서, 모든 뇌 영역은 적어도 하나의 반구에서 정확하게 표적화되었다(CA1 피라미드 층이 없는 쥐 1마리를 제외하고).
보충 그림 1: TD Drive 아키텍처. (맨 위) Intan RHD32 헤드스테이지와 함께 사용할 때 TD Drive의 채널 매핑에 대한 개요. (하단) 와이어 번들 구성에 대한 추가 그림입니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66457/Supplementary%20Figure%20S1.zip" target="_blank">이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.</a>
추가 그림 2: 구축 과정의 여러 단계에서 TD Drive의 추가 사진. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66457/Supplementary%20Figure%20S2.zip" target="_blank">이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.</a>
보충 파일 1: TD 드라이브 이식을 위한 프로토콜의 예. 절차와 목표 위치는 저자의 연구 질문 및 기관 정책에 따라 조정됩니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66457/Supplementary%20-%20TD%20drive%20implantation.zip" target="_blank">이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.</a>

TD Drive: 행동하는 쥐와 잠자는 쥐의 다중 영역 전기생리학적 기록을 위한 파라메트릭 오픈 소스 임플란트

Intricate interactions between multiple brain areas underlie most functions attributed to the brain. The process of learning, as well as the formation and ...

the-td-drive-parametric-open-source-implant-for-multi-area

Research

연구

JoVE Journal

Neuroscience

신경과학

이 비디오는 통합 마이크로 드라이브 어레이를 사용하여 쥐의 여러 뇌 영역에서 동시 전기 생리학적 기록을 보여줍니다. 기록 전극은 후각구에, 참조 전극은 전두엽 피질에, 마이크로 드라이브 어레이 전극은 해마에 배치됩니다. 쥐는 자유롭게 먹이를 찾을 수 있으며, 이식된 모든 전극의 동시 기록은 어레이를 사용하여 기록됩니다.

여러 뇌 영역의 전기생리학적 기록을 위한 마이크로 드라이브 어레이 방법

마우스의 뇌 신호의 생체 전기 생리학 기록에 대한 마이크로 드라이브의 설계와 어셈블리가 설명되어 있습니다. 튼튼한 driveable 캐리어 미세 번들을 부착하여,이 기술은 장기적이고 안정적​​인 신경 녹음을 허용합니다. 경량 디자인은 동물 다음과 같은 드라이브 주입에 의한 제한 행위 성능을 할 수 있습니다.

깨어있는 행동을 한 쥐의 만성 신경 녹음을위한 마이크로 드라이브 배열의 건설

무선, 멀티 채널 신경 녹음 및 자유롭게 쥐 행동에 자극에 대 한 양방향 시스템 도입. 시스템은 가볍고 콤팩트, 따라서 animal´s 행동 레 퍼 토리에 최소한의 영향을 미치고. 또한,이 양방향 시스템 두뇌 활성화 패턴 및 행동 간의 인과 관계를 평가 하는 정교한 도구를 제공 합니다.

무선, Vivo에서 녹음 하 고 자유롭게 행동 하는 쥐에서 신경 활동의 자극에 대 한 양방향 인터페이스

이 상세한 프로토콜 transcranial 전기 자극 자유롭게 이동 하는 쥐에서의 단기 및 장기 효과 조사 하기 위하여 측 뼈에 transcranial 자극 전극 배치를 설명 합니다.

만성 Transcranial 전기 자극 및 쥐 Intracortical 녹음

이 연구는 두뇌, 심전도, 근, 로컬 필드 전위의 동시 녹음 하 고 자유롭게 움직이는 쥐의 신호를 호흡 하는 방법을 소개 합니다. 이 기법을 실험 비용 절감 및 데이터 분석을 단순화, 뇌 및 말 초 기관 간의 상호 작용의 이해에 기여할 것입니다.

대뇌 피 질의 로컬 필드 전위, 심전도, 치십시오, 그리고 자유롭게 움직이는 쥐에서 리듬 호흡의 동시 녹음

우리 18 독립적으로 조정 가능한 tetrodes와 3D 인쇄 하이퍼 드라이브의 건설을 제시. 하이퍼 드라이브는 자유롭게 행동 하는 쥐의 몇 주 동안에 두뇌 활동을 기록 하기 위해 설계 되었습니다.

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여기에서는 출생 후 20일(p20)부터 출생 후 60일(p60) 및 그 이후까지 중요한 발달 기간에 걸쳐 청소년 및 청소년 마우스의 여러 뇌 영역에서 동시에 여러 뇌 영역의 만성 필드 및 단일 단위 기록을 허용하는 마이크로 드라이브 설계, 외과적 이식 절차 및 수술 후 회복 전략에 대해 설명합니다.

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여기에서는 설치류의 만성 전기 생리학을 위한 가볍고 비용 효율적인 프로브 임플란트 시스템을 소개하며, 사용 편의성, 프로브 회수율, 실험적 다양성 및 행동과의 호환성에 최적화되어 있습니다.

DREAM Implant: 머리가 고정되고 자유롭게 행동하는 마우스의 만성 전기생리학을 위한 가볍고 비용 효율적인 모듈식 임플란트 시스템

이 프로토콜은 박스 아래의 센서에서 가속 데이터를 수집하여 PPI(Prepulse Inhibition)를 평가하는 마이크로 컨트롤러 기반 동작 박스를 제공합니다. 이 데이터는 사회적으로 고립된 쥐의 감각 게이팅 결핍을 평가하며, 행동 장애에 대한 신경 생리학 연구를 발전시키기 위해 데이터를 신경 활동과 동기화하는 추가 방법을 사용합니다.

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TD Drive: 행동하는 쥐와 잠자는 쥐의 다중 영역 전기생리학적 기록을 위한 파라메트릭 오픈 소스 임플란트

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