A Micro-drive Array Method for Electrophysiological Recording from Multiple Brain Regions
JoVE Encyclopedia of Experiments
Neurowetenschap
0 weergaven • 4:49 min • July 8th, 2025
Secure an anesthetized rat in a stereotaxic frame. Shave and disinfect the scalp, then make an incision to expose the skull.
Drill holes above the olfactory bulb to implant recording electrodes. Drill above the frontal cortex to implant reference electrodes that acquire baseline brain activity signals.
Insert anchor screws around the hippocampus and create a large hole above the region.
Position an integrative micro-drive array with its cannula containing recording electrodes above the hole.
Use a gel-forming solution to secure the array. Apply dental cement that adheres to the anchor screws and provides mechanical stability.
Connect the array to the implanted electrodes for simultaneous recording from multiple brain regions. Insulate the connections to enhance signal quality.
Allow the rat to recover, then advance the array electrodes to contact the brain and let the signals stabilize.
The rat with the implanted electrodes is ready to record electrical signals from the brain.
Secure the rat to a stereotaxic device, then, shave and clean the skull, and start the array implantation with a 3-centimeter incision along the midline from the point between the eyes to the neck. Using a high-speed drill, make a pair of circular craniotomies between 0.7 and 1.0 millimeters in diameter above the olfactory bulb, which is 11.0 millimeters anterior and one millimeter bilateral to bregma.
Then, implant the two BR electrodes just deep enough for the tips of the screws to make contact with the brain, which is about 2 millimeters deep. Use between six and eight full turns of the screw.
Next, make another pair of craniotomies above the frontal cortex, 2.7 millimeters anterior and 2.7 millimeters bilateral to bregma. Into these holes, secure the two ground reference electrodes so they also just contact the brain, about 1.6 millimeters deep. This takes four to five full turns of the screw.
Now, plan a large circular craniotomy with a diameter of about 2.0 millimeters above the hippocampus, 3.8 millimeters posterior, and 2.5 millimeters bilateral to bregma. Then, make six to eight 1.0-millimeter holes in the area that will surround the craniotomy.
Into each of these holes, implant the anchor screws. Then, make the planned craniotomy between the screws. Above the large hole, position the integrative microdrive array such that the cannula tip is just above the large craniotomy.
Fill the gap space between the cannula tip and the brain surface with about 100 microliters of two-part epoxy. Over the next five minutes, allow the mixture to change into a transparent gel. Next, cover the cannula, BR electrodes, ground reference electrodes, and anchor screws with dental cement.
Apply about five millimeters of cement without covering the open ends of BR or ground reference electrodes. Now, solder all the open ends of the electrodes to where they connect to the board. Then, cover the bottom part of the integrative microdrive array and all electrode wires with dental cement.
It is important to completely cover the electrode wires so that the rat cannot scratch them out after the implantation. Now allow the rat to recover. After regaining sufficient consciousness to maintain sternal recumbency, house it solo without any cage mates, and give it free access to food and water.
After the surgery, gradually advance the tetrodes by advancing the screws daily. Once the tetrodes are adjacent to the target brain areas, let them settle for several days during which signals will stabilize.
Overzicht
Dit artikel beschrijft een chirurgische procedure voor het implanteren van elektroden in de hersenen van geanestheseerde ratten om elektrische signalen te registreren. De methodologie omvat nauwkeurig boren en het plaatsen van elektroden om een accurate gegevensverzameling uit meerdere hersenregio's te waarborgen.
Belangrijkste onderdelen van de studie
Wetenschappelijk vakgebied
- Neurowetenschappen
- Elektrofysiologie
- Diergedrag
Achtergrond
- Het begrijpen van hersenactiviteit is cruciaal voor neurowetenschappelijk onderzoek.
- Implantatie van elektroden maakt het mogelijk om elektrische signalen uit specifieke hersengebieden vast te leggen.
- Een nauwkeurige plaatsing van de elektroden is essentieel voor betrouwbare gegevens.
- Deze techniek kan worden toegepast in diverse studies naar hersenfuncties en gedrag.
Doel van de studie
- Om de chirurgische techniek voor elektrode-implantatie bij ratten te demonstreren.
- Om de registratie van hersenactiviteit voor onderzoeksdoeleinden te faciliteren.
- Om methodologieën voor het bestuderen van neurale circuits en gedragingen te verbeteren.
Gebruikte methoden
- Zet de rat vast in een stereotaxisch frame.
- Boor craniotomieën boven de beoogde hersenregio's.
- Implanteer opname- en referentie-elektroden.
- Gebruik tandheelkundig cement voor mechanische stabiliteit en isolatie.
Belangrijkste resultaten
- Een succesvolle implantatie van elektroden maakt gelijktijdige registratie vanuit meerdere hersengebieden mogelijk.
- Stabilisatie van de signalen vindt plaats nadat de elektroden in de hersenen zijn voortgebracht.
- De procedure maakt het verzamelen van elektrofysiologische gegevens van hoge kwaliteit mogelijk.
- Herstelprotocollen waarborgen het welzijn van de proefpersonen na de operatie.
Conclusies
- De beschreven chirurgische techniek is effectief voor de implantatie van elektroden bij ratten.
- Een correcte methodologie verbetert de betrouwbaarheid van de registraties van hersenactiviteit.
- Deze benadering kan het onderzoek naar neurale mechanismen en gedragingen bevorderen.
Veelgestelde vragen
Industriële Relevantie voor Management
Deze methode maakt gelijktijdige elektrofysiologische registratie mogelijk vanuit meerdere hersengebieden bij vrij bewegende knaagdieren, wat doelwitvalidatie en mechanische risicoreductie bij de ontdekking van neurowetenschappelijke geneesmiddelen ondersteunt. Door gesynchroniseerde gegevens te leveren over corticale, limbische en subcorticale gebieden, wordt het voorspellende vertrouwen in farmacologische effecten op circuitniveau verhoogd. De aanpak helpt bij het verminderen van risico's voor hypothesen over CNS-doelwitten door middel van reproduceerbare, multi-regionale signaalacquisitie in ziekterelevante systemen.
Strategische toepassingen in BioPharma R&D
Vroege ontdekking & targetvalidatie
- Wetenschappelijke waarde: Maakt het toetsen van therapeutische hypothesen mogelijk door lokale veldpotentialen te registreren uit de bulbus olfactorius, hippocampus en frontale cortex om de betrokkenheid van signaalpaden te verduidelijken.
- Operationele waarde: Ondersteunt biologische risicoreductie door simultane signaalacquisitie uit meerdere regio's, waardoor ambiguïteit bij de interpretatie van het doelmechanisme wordt verminderd.
Screening & Assayontwikkeling
- Wetenschappelijke waarde: Bereidt gevalideerde biologische systemen voor op downstream assay-standaardisatie door stabiele, simultane elektrofysiologische read-outs vast te stellen over belangrijke knooppunten in de hersenen.
- Operationele waarde: Pakt de reproduceerbaarheid van assays aan via gesynchroniseerde opnames die cross-regionale correlatie en monitoring van signaalstabilisatie mogelijk maken.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Wetenschappelijke waarde: Ondersteunt systeemmodellering relevant voor ziekten door continue monitoring van neurale ritmes (bijv. ademhaling, locomotie) mogelijk te maken, gelijktijdig met corticale en hippocampale activiteit in vrij bewegende ratten.
- Operationele waarde: Verbetert de afstemming van translationele biomarkers door elektrofysiologische kenmerken vast te leggen die correleren met gedragsstaten en farmacologische perturbaties.
Integratie van Pipeline & Workflow
De methode integreert in discovery biology-workflows door hypothesetoetsing mogelijk te maken via elektrofysiologische opnames op meerdere locaties, lead-identificatie te ondersteunen via responsprofilering op circuitniveau, en preklinisch werk te informeren met gestabiliseerde, reproduceerbare neurale signalen.
- Ontdekkingsbiologie: Ondersteunt hypothesetoetsing en het verduidelijken van signaalpaden door gesynchroniseerde lokale veldpotentialen vast te leggen uit anatomisch verschillende regio's om drugseffecten op netwerkniveau te beoordelen.
- Screening: Biedt assay-gereedheid via stabiele, simultane multi-channel outputs die kwantitatieve vergelijking mogelijk maken van door drugs geïnduceerde veranderingen in verschillende hersenregio's.
- Analytica: Levert tijdgesynchroniseerde elektrofysiologische metingen (bijv. LFP, EMG, ECG, ademhalingsritme) die vergelijking tussen condities en signaalvalidatie mogelijk maken.
- Translationeel onderzoek: Legt de verbinding met preklinische continuïteit door neurale signalen vast te leggen die correleren met de gedragsstatus in vrij bewegende modellen, wat risico-gecorrigeerde beslissingen over verdere ontwikkeling ondersteunt.
- Enterprise-hergebruik: Vestigt een herbruikbaar chirurgisch platform voor chronische elektrofysiologie, waardoor de variabiliteit tussen studies wordt verminderd en longitudinale targetvalidatie mogelijk wordt gemaakt.
Operationele & Bedrijfsimpact
- Wetenschappelijke waarde: Verhoogt het voorspellende vertrouwen door mechanistische ambiguïteit te verminderen via gelijktijdige opnamen uit meerdere hersengebieden.
- Operationele waarde: Verbetert de standaardisatie en reproduceerbaarheid via vaste elektrode-arrays en gelgebaseerde stabilisatie, waardoor de variabiliteit tussen sessies wordt geminimaliseerd.
- Strategische waarde: Verbetert go/no-go-beslissingen door multidimensionale neurale readouts te leveren die functionele resultaten beter voorspellen dan opnamen uit een enkel gebied.
- Impact op portfolio: Maakt risico-gecorrigeerde prioritering mogelijk door off-target neurale effecten vroegtijdig te identificeren via een brede regionale dekking.
Overwegingen voor Implementatie
- Vereist expertise in stereotaxische chirurgie, elektrodeimplantatie en de acquisitie van neurale signalen.
- Afhankelijk van precisieboorinstrumenten, micro-drive arrays, gelvormende oplossingen en tandheelkundig cement voor mechanische stabiliteit.
- Vereist standaardisatie tussen de teams voor chirurgie, elektrofysiologie en data-analyse voor een consistente elektrodeplaatsing en signaalinterpretatie.
- Omvat overwegingen voor aanpassing tussen verschillende knaagdierstammen en hersendoelen, waarbij de positionering wordt geleid door bregma-gebaseerde coördinaten.
- Omvat praktische beperkingen zoals de postoperatieve hersteltijd, perioden voor signaalstabilisatie en elektrode-drift tijdens chronische opnames.
Veelgestelde vragen over Biofarmacie
EEG opnemen bij vrij bewegende neonatale ratten met behulp van een nieuwe methode
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Evaluatie van halfrond lateralisatie met bilaterale lokale veld potentiële opname in de secundaire motorische cortex van muizen
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Constructie van lokale veldpotentiaal micro-elektroden voor in vivo opnames van meerdere hersenstructuren tegelijkertijd
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Micro-Array aandrijving voor chronische In vivo Opname: Drive Fabrication
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Micro-Array aandrijving voor chronische In vivo Opname: Tetrode Assembly
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Monitoring Seizure-Induced Neural Electrical Activity in Brain Slices Using Microelectrode Arrays
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Bouw van Microdrive Arrays voor Chronische Neurale Recordings in Awake Behaving Muizen
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Gelijktijdige opnamen van corticale lokale veld Potentials, elektrocardiogram Electromyogram en ademhaling ritme van een vrij bewegende Rat
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Hybride Microdrive systeem met herstelbaar opto-silicium sonde en Tetrode voor Dual-site high density opname in vrij bewegende muizen
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Meerkanaals extracellulaire opname in vrij bewegende muizen
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Laatst bijgewerkt: 29 augustus 2026