Name: Opname Grootschalige Neuronale Ensembles met Silicon Probes in de verdoofde Rat (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2011-10-19T13:00:00.000+00:00
Duration: 5 min 45 s
Description: Leer grootschalige neuronale opnames met silicon probes in de verdoofde rat voor onderzoek naar neurale dynamiek. Deze methode maakt simultane registratie van meer dan honderd neuronen mogelijk.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Dit werk werd ondersteund door NSERC &amp; AHFMR. De auteurs danken Mariam Alaverdashvili en Amanda Mauthe-Kaddoura voor commentaar op het manuscript en Hiroe Yamazaki voor hulp op de operatie voorbereiding.

1. Voorbereiding operatie <ol><li> Verdoven de rat met het juiste type en de dosis van de verdoving. Hier gebruiken we urethaan (1,5 g / kg, Sigma-Aldrich Co, St. Luis, MO) - bereid als 20%-oplossing door het verdunnen van 20 g van urethaan in 100 ml van fosfaat gebufferde zoutoplossing (PBS), dwz het dier krijgt 7,5 ml / kg van urethaan-oplossing intraperitonealy (IP). Door zijn dosis-response curve, is de totale dosis van urethaan verdeeld in vier toepassingen, elk gescheiden door ongeveer 30 minuten. Voordat de eerste twee toepassingen van urethaan, dier is verdoofd met isofluraan toegediend in een concentratie van 3-4% (zuurstof op 2 liter per minuut) en gehandhaafd op 2% (zuurstof bij tot 2 liter per minuut) om een ​​dier te voorkomen om stress door middel van injectie. Tijdens de operatie, kan een bijkomende toediening van isofluorane (2% concentratie gedurende 2 minuten) worden gebruikt als dat nodig is. </li><li> Scheren de vacht langs de incisie site (dorsale zijde van het hoofd) om ervoor te zorgen datde vacht zal niet verontreinigen de wond en dat er voldoende ruimte kan worden gedesinfecteerd om de incisie site. </li><li> Bereid operatiegebied steriel met behulp van organische jodium of chloorhexidine zeep en ontsmettingsmiddelen (ethanol). </li><li> Bereid silicium sensoren (NeuroNexus Technologies, Ann Arbor, MI). Sondes kunnen worden gedesinfecteerd met 70% ethanol gevolgd door spoelen met gedestilleerd water. Indien nodig, kan sondes worden beschilderd met een fluorescente marker steriel bereid (bijvoorbeeld Dye I, Invitrogen Co), om de positie van de sonde later onthullen in histologische analyse. Om dit te doen gebruiken we een kleine en zeer zachte kwast en subtiel de achterkant van het silicium sonde contact op met de kleurstof. Deze procedure moet altijd worden gedaan over een microscoop om te controleren of de sonde niet wordt beschadigd of verbogen. Controleer altijd om ervoor te zorgen dat de kleurstof niet is een van de kanalen te blokkeren. Eventueel resterende kleurstof links op de sonde kan later verwijderd worden met alcohol, gevolgd door spoelen met water. </li><li> Silicon electrodes zorg: Vanwege hun kleine formaat, siliconen sondes zijn kwetsbaar en zeer gevoelig voor breken, zelfs wanneer u deze gebruikt met aanzienlijke zorg. Zo adviseren wij monitoren potentiële risico's te allen tijde, zoals: (i) de probes in een gepaste aangewezen box Keep, (ii) Voorkom crashen of te laten vallen sondes bij de omgang met hen, (iii) Zorg ervoor dat de stereotaxische manipulatoren goed vast om ongelukken te voorkomen, (iv) bij het opnemen, het omringende weefsel en / of bloed kan hechten aan de sondes. Daarom is het belangrijk om ook voorzichtig bij het verwijderen van de sondes na de opname. Met behulp van een constante stroom van PBS of zoutoplossing wordt ten zeerste aanbevolen, (v) Reinig de sondes na de opname. Voor het reinigen van de sondes, is het sterk aanbevolen om onder te duiken ze in een vloeistof enzymatische reiniger (Boston, Bausch &amp; Lomb) voor een paar minuten. Spoel de sondes met gedestilleerd water en breng ze terug naar hun specifieke vak. In onze ervaring, adequate zorg van het silicium zorgt voor sondesgoede kwaliteit opnames voor meer dan 10 experimenten. Als een kanaal 'krijgt luidruchtige' tijdens het gebruik, moet worden uitgesloten van verdere analyses. We hebben gevonden dat cross-talk tussen kanalen minimaal is en daarom een ​​lawaaierige kanaal heeft meestal weinig effect op een signaal in andere kanalen. </li></ol> 2. Chirurgie <ol><li> Breng een eye-zalf op het oog oppervlak voordat een operatie manipulaties. </li><li> Dien Dexamethason 5 mg / ml subcutaan tot ontsteking van de hersenen te verminderen. </li><li> Bevestig het dier in stereotaxisch beeld heel chirurgie. </li><li> Dien Lidocaïne HCl 2% met epinefrine (2-4 mg / kg verdund tot 0,5% oplossing) subcutaan op de incisie site voordat de incisie wordt gemaakt om het potentiële risico van de wond bloeden en voor lokale anesthesie te verminderen. </li><li> Maak een 2 cm ingesneden de hoofdhuid middellijn en zijwaarts verplaatsen van de huid op de schedel oppervlak bloot te leggen. </li><li> Schakel het dorsale hoofdhuid van fascia door stompe dissectie en controlehet bloeden door microcautery of met behulp van bot was. </li><li> Maak twee boren van gaten voor kleine schroeven bevestigen in de occipitale bot van de schedel voor dierlijke aarding en referentie. De referentie schroef moet in contact komen met dura. Om de elektrische ruis te verminderen tijdens de opnames, is het raadzaam om de schroeven nat te allen tijde te houden. Om dit te doen, kan een kleine acryl barrière rond de schroeven worden gebouwd of de schroeven kan worden bedekt met agar. </li><li> Maak een 1-2 mm diameter craniotomie in de coördinaten die overeenkomt met de corticale en / of subcorticale gebied (en) van belang 5. Gebruik perslucht om het bot stof te verwijderen als dat nodig tijdens de craniotomie (boorgat). Voorkom schedel opwarmen van het boren door het aanbrengen van druppels PBS. Maak een tweede craniotomie als dat nodig is om de tweede probe te voegen. In deze video, presenteren we een opname van twee corticale gebieden tegelijk, dus twee craniotomies worden gemaakt. </li><li> Bouw een kleine barrière van acryl-hars (bijv.: Lang DentalManufacturing, Co, Inc, Wheeting, IL), rond de twee craniotomies om PBS te houden op de top van de blootgestelde dura, waardoor deze tegen uitdrogen. Voortdurend toe te passen PBS gedurende het hele experiment. </li><li> Open de dura aangelegenheid is van zowel craniotomies. Twee naalden (30 ½ meter) gebogen over de tips (de vorming van een haak), kan worden gebruikt voor deze manipulatie. </li><li> Bevestig de connector van de silicium sondes naar de stereotaxische manipulatiors. Connectors zijn aangesloten op een paal om de schachten van de sondes perfect parallel aan de stereotaxische manipulator hebben. Dit is cruciaal voor een stabiele opnames te behouden en sonde schade te voorkomen. </li><li> Sluit de verwijzing schroef aan het silicium sonde referentie pin. , Ii) het chassis grond van de opname-apparaat, en iii) de stereotaxisch kader i) de grond van de sonde stekker: om elektrische ruis van de grond schroeven moeten worden verbonden te verminderen. </li><li> Plaats het topje van de silicium sondes alleen in contact met de pia. </li><li> Langzaam invoering van ee silicium probes en zorg ervoor dat de schachten van het silicium sondes (figuur 1 en 2) kan worden ingebracht in de hersenen zonder weerstand of buigen. </li><li> Voorzichtig lager de sondes tot het bereiken van de gewenste opname gebied. Indien nodig, voeg druppels PBS op de top van craniotomies te voorkomen dat ze uitdrogen van het weefsel. </li><li> Omdat urethaan narcose mag alleen worden gebruikt voor de terminal procedures, is het dier gedood door een ip injectie van ten minste 200mg/kg van natriumpentobarbital verdund tot een concentratie van niet meer dan 60 mg / ml. Dit wordt gevolgd door onthoofding van het dier. </li></ol> 3. Representatieve resultaten: Representatieve opnamen van de lokale veld mogelijkheden en stekelige activiteit worden geïllustreerd in figuur 3A. Na het uitvoeren van spike sorteren (onderscheid pieken afkomstig van verschillende neuronen; figuur 3B, C, 6, 7, 8) silicium probe-opnamen bieden de mogelijkheid om neuronale activiteit van de bevolking betrokken bij de onderzoeken, among andere, de volgende processen: het geheugen en de besluitvorming 9, plasticiteit 10, stimulus codering 11, 12 spontane activiteit en de effecten van verschillende drugs 13. <img alt="Figuur 1" src="/files/ftp_upload/3282/3282fig1.jpg" data-altupdatedat="1787634011000" data-alt="Figuur 1"> Figuur 1. A. Voorbeeld van een silicium sonde met een enkele schacht is bovenop een montage van gereconstrueerde neuronen (met dank aan S. Sakata 14). B. Voorbeeld van een sonde met een Tetrode configuratie op elk van de acht schachten. C. Schema van een rat schedel. De groene blokjes staan ​​voor de omvang van de craniotomie over de linker en rechter somatosensorische cortex. <img alt="Figuur 2" src="/files/ftp_upload/3282/3282fig2.jpg" data-altupdatedat="1787634011000" data-alt="Figuur 2"> Figuur 2. Voorbeeld van een experiment met siliconen sondes in de prefrontale cortex en de hippocampus. Druppels van PBS betrekking hebben op de craniotomie om de blootgestelde br beschermenain tegen uitdrogen. Twee schroeven in de kleine hersenen wordt aangesloten op de grond en referentie, respectievelijk. <img alt="Figuur 3" src="/files/ftp_upload/3282/3282fig3.jpg" data-altupdatedat="1787634011000" data-alt="Figuur 3"> Figuur 3. A. beeld toont 500ms van een vertegenwoordiger elektrofysiologische opname van Local Field Potential (LFP) van een Tetrode (let op: negatieve spanning is uitgezet op de y-as). Plaats shows - een golfvorm van een spike B. Twee-dimensionale opvattingen van eenheid clusters in functie van de ruimte een Tetrode.. Elk cluster staat voor spikes uit een enkele unit (neuron). C. Gemiddelde spike golfvormen van representatieve eenheden (kleurcode) op elk van de vier opname sites van een enkele Tetrode. D. Waveform-energie (in verband met amplitude) van de opgenomen spikes loop van de tijd . Let op de relatief constante energie-waarden voor elke eenheid, wijst dit op een stabiele opname over de duur van de weergegeven periode.

<ol><li>Buzsaki, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Large-scale+recording+of+neuronal+ensembles%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Large-scale recording of neuronal ensembles.</a> Nat. Neurosci. 7, 446-451 (2004).</li>
<li>Kipke, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Advanced+neurotechnologies+for+chronic+neural+interfaces%3A+new+horizons+and+clinical+opportunities%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Advanced neurotechnologies for chronic neural interfaces: new horizons and clinical opportunities.</a> J. Neurosci. 28, 11830-11838 (2008).</li>
<li>Csicsvari, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Massively+parallel+recording+of+unit+and+local+field+potentials+with+silicon-based+electrodes%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Massively parallel recording of unit and local field potentials with silicon-based electrodes.</a> J. Neurophysiol. 90, 1314-1323 (2003).</li>
<li>Bartho, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+neocortical+principal+cells+and+interneurons+by+network+interactions+and+extracellular+features%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Characterization of neocortical principal cells and interneurons by network interactions and extracellular features.</a> J. Neurophysiol. 92, 600-608 (2004).</li>
<li>Paxinos, G., Watson, C. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aPaxinos%2C+G+%22The+rat+brain%3A+in+stereotaxic+coordinates%22">The rat brain: in stereotaxic coordinates</a>. , 4th Edition, Academic Press. San Diego. (1998).</li>
<li>Lewicki, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+review+of+methods+for+spike+sorting%3A+the+detection+and+classification+of+neural+action+potentials%5BTitle%5D)+AND+%22Network%22%5BJournal%5D)">A review of methods for spike sorting: the detection and classification of neural action potentials.</a> Network. 9, R53-R78 (1998).</li>
<li>Harris, K. D., Henze, D. A., Csicsvari, J., Hirase, H., Buzsaki, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Accuracy+of+tetrode+spike+separation+as+determined+by+simultaneous+intracellular+and+extracellular+measurements%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Accuracy of tetrode spike separation as determined by simultaneous intracellular and extracellular measurements.</a> J. Neurophysiol. 84, 401-414 (2000).</li>
<li>Luczak, A., Narayanan, N. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spectral+representation--analyzing+single-unit+activity+in+extracellularly+recorded+neuronal+data+without+spike+sorting%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci.+Methods%22%5BJournal%5D)">Spectral representation--analyzing single-unit activity in extracellularly recorded neuronal data without spike sorting.</a> J. Neurosci. Methods. 144, 53-61 (2005).</li>
<li>Pastalkova, E., Itskov, V., Amarasingham, A., Buzsaki, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Internally+generated+cell+assembly+sequences+in+the+rat+hippocampus%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Internally generated cell assembly sequences in the rat hippocampus.</a> Science. 321, 1322-1327 (2008).</li>
<li>Fujisawa, S., Amarasingham, A., Harrison, M. T., Buzsaki, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Behavior-dependent+short-term+assembly+dynamics+in+the+medial+prefrontal+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Behavior-dependent short-term assembly dynamics in the medial prefrontal cortex.</a> Nat Neurosci. 11, 823-833 (2008).</li>
<li>Harris, K. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((How+do+neurons+work+together%3F+Lessons+from+auditory+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22Hear.+Res%22%5BJournal%5D)">How do neurons work together? Lessons from auditory cortex.</a> Hear. Res. 271, 37-53 (2011).</li>
<li>Luczak, A., Bartho, P., Marguet, S. L., Buzsaki, G., Harris, K. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sequential+structure+of+neocortical+spontaneous+activity+in+vivo%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Natl.+Acad.+Sci.+U.S.A%22%5BJournal%5D)">Sequential structure of neocortical spontaneous activity in vivo.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 104, 347-352 (2007).</li>
<li>Robbe, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cannabinoids+reveal+importance+of+spike+timing+coordination+in+hippocampal+function%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Cannabinoids reveal importance of spike timing coordination in hippocampal function.</a> Nat. Neurosci. 9, 1526-1533 (2006).</li>
<li>Sakata, S., Harris, K. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Laminar+structure+of+spontaneous+and+sensory-evoked+population+activity+in+auditory+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">Laminar structure of spontaneous and sensory-evoked population activity in auditory cortex.</a> Neuron. 64, 404-418 (2009).</li>
</ol>

Geen belangenconflicten verklaard.

Dit document laat zien hoe het silicium elektrode arrays te gebruiken om op te nemen van de grote populatie van neuronen (&gt; 100) in meerdere corticale gebieden tegelijk. Om succesvol te zijn in een operatie en opname moeten de volgende aspecten worden overwogen: <ol><li> Introductie van de probes om een ​​gewenste gebied: Bij het plaatsen van de sondes in het hersenweefsel, is het mogelijk om aanzienlijke schade veroorzaken. Dit kan resulteren in een lage kwaliteit van de opgenomen eenheden. Om dit probleem te voorkomen adviseren wij het volgende: (i) Introduceer de sondes op een zekere hoek (aan te raden om een ​​10 graden hoek te gebruiken). Door dit te doen, kan dendritische beschadiging van de opgenomen neuronen worden verminderd, (ii) Nadat de sondes worden ingebracht in het hersenweefsel, ze zijn in eerste instantie verlaagd in een sneller tempo (ongeveer 50 tot 100 micron per 10-30 sec), tot ze dichter bij het gewenste gebied van de opname. Wanneer de probes zijn ongeveer 200 micron uit het doelgebied, wordt de positie langzaam aangepast (ca.imately 10 micron elke 2 of 3 minuten). </li><li> Stabilisatie van de opnames: Wanneer de probes zich in het aangewezen gebied en de grote activiteit wordt gedetecteerd (opvallende pieken in de meerderheid van de kanalen), wordt aanbevolen om ongeveer 30 minuten te wachten voordat u een opname. Dit zal toelaten hersenweefsel mechanisch te stabiliseren na het inbrengen van sondes en een meer stabiele opname te verzekeren. </li><li> Brain pulsatie: Soms is het mogelijk om te zien dat de hersenen pulsatie aanzienlijk kunnen verminderen de kwaliteit van een opname. Een kleine craniotomie (net genoeg ruimte om de sonde te passen) kan verminderen de hersenen pulsaties in een opname gebied. Indien nodig kan de cisterna magna doorboord worden. Dit vermindert de cerebrospinale vloeistof druk en vermindert zwelling en pulsatie. </li><li> Silicon probe configuratie: Silicon sondes kunnen een verscheidenheid van vormen en het registreren van configuraties hebben. Bijvoorbeeld, kunnen ze variëren in het aantal schachten, de lengte en dikte van de schachten, en inde regeling van opname locaties (bijv. Tetrode versus lineaire configuratie, zie: www.neuronexustech.com). De keuze van de sonde gebruikt worden met een specifieke configuratie hangt af van de wetenschappelijke vraag hoeft te worden beantwoord. Bijvoorbeeld, als het doel is om populaties van neuronen record in meerdere locaties in een specifieke laag (zoals gepresenteerd in deze opnames), de beste keuze is om een ​​sonde te gebruiken met acht schachten en een Tetrode configuratie. Dit zorgt voor opnames van meerdere afzonderlijke eenheden op elke Tetrode en bemonstering van de acht locaties in een 1,4 mm overspanning. In een ander geval, als iemand zou graag activiteiten propagations over corticale lagen te bestuderen, zou de beste keuze is om een sonde te gebruiken met een schacht met regelmatig verdeeld opname locaties langs die schacht die het mogelijk maakt opnamen in meerdere corticale lagen tegelijk 14. </li></ol>

<table border="1"><tbody><tr><td> Naam </td><td> Vennootschap </td><td> Catalogus nummer </td></tr><tr><td> Urethaan </td><td> Sigma-Aldrich </td><td></td></tr><tr><td> Fosfaatbuffer zoutoplossing (PBS) </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Isofluraan </td><td> Benson </td><td> 02241315 </td></tr><tr><td> Siliconen sondes </td><td> NeuroNexus Technologies </td><td> Een 4 X 2 - Tet - 5mm - 150 - 200 tot 312 </td></tr><tr><td> Dye I (DiIC 18 (3)) </td><td> Invitrogen Co </td><td> 617830 </td></tr><tr><td> Dexamethason 5 </td><td> Vetoquinol </td><td> 0A0640B </td></tr><tr><td> Oogzalf </td><td> Vetoquinol </td><td> 005165414 </td></tr><tr><td> Lidocaïne HCl 2% met epinefrine </td><td> Bimeda-MTC </td><td> 00141984 </td></tr><tr><td> Stereotaxische Frame </td><td> KOPF Instruments </td><td> 1430-B </td></tr><tr><td> Elektrode manipulator en houder </td><td> KOPF Instruments </td><td> 960 </td></tr><tr><td> Rat oor-bars </td><td> KOPF Instruments </td><td> 1955 </td></tr><tr><td> Rat-adapter </td><td> KOPF Instruments </td><td> 920 </td></tr><tr><td> Anesthesie masker </td><td> KOPF Instruments </td><td> 906 </td></tr><tr><td> Scalpel </td><td> Roboz Chirurgische instrumenten </td><td> RS-9843 </td></tr><tr><td> Scalpelmesjes </td><td> Toonbeeld </td><td> 0086 </td></tr><tr><td> Micro ontleden schaar </td><td> Roboz Chirurgische instrumenten </td><td> RS-5910 </td></tr><tr><td> Schroeven </td><td> Gould Pasteners Limited </td><td> 14084701 </td></tr><tr><td> Hemostatische tang </td><td> Berovenoz Chirurgische instrumenten </td><td> RS-7130 RS-7211 </td></tr><tr><td> 30 ½ gauge naalden </td><td> Becton-Dickinson </td><td> 305115 </td></tr><tr><td> Micromotor controle </td><td> Foredom </td><td> HP4-917 </td></tr><tr><td> Ontleden tang </td><td> Roboz Chirurgische instrumenten </td><td> RS-5237 </td></tr><tr><td> Bone wax </td><td> Lukens </td><td> M263500 </td></tr><tr><td> Perslucht fles </td><td> Falcon veiligheidsproducten, Inc </td><td> 50-10521C </td></tr><tr><td> Enzymatische reiniger </td><td> Boston, Bausch &amp; Lomb </td><td> BAUSCH497628 </td></tr><tr><td> Gedistilleerd water </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Tandheelkundige acryl poeder </td><td> Lang Dental </td><td> 1220 </td></tr><tr><td> Tandheelkundige acryl vloeistof </td><td> Lang Dental </td><td> 1404 </td> &lt;/ Tr&gt; <tr><td> Digitale Lynx SX-systeem </td><td> Neuralynx Inc </td><td> 4SX-Z400 </td></tr><tr><td> Cheeta Softwere </td><td> Neuralynx Inc </td><td></td></tr><tr><td> Alligator kabels </td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

opname grootschalige neuronale ensembles met silicon probes in de verdoofde rat

Recording Large-scale Neuronal Ensembles with Silicon Probes in the Anesthetized Rat

Grootschalige elektrofysiologische opnames van neuronale ensembles bieden de mogelijkheid om te onderzoeken hoe de hersenen de grote verscheidenheid van gedragingen van de stekelige activiteit van de neuronen regisseert. Een van de meest effectieve methoden om toezicht te houden stekelige activiteit van een groot aantal neuronen in meerdere lokale neuronale circuits wordt tegelijkertijd met behulp van silicium elektrode arrays 1-3. Actiepotentialen produceren grote transmembraan spanning veranderingen in de omgeving van de cel somata. Deze uitgangssignalen kunnen worden gemeten door het plaatsen van een dirigent in de nabijheid van een neuron. Als er veel actief (spiking) neuronen in de buurt van de tip, de elektrode records gecombineerde signaal van alle van hen, waar de bijdrage van een enkel neuron wordt gewogen met zijn &#39;elektrische afstand&#39;. Siliconen sondes zijn ideaal registrerende elektroden om meerdere neuronen als gevolg van een groot aantal van de opname locaties (+64) en een klein volume te controleren. Furthermobent, kunt meerdere sites worden geregeld over een afstand van millimeters, waardoor voor de simultane opnames van neuronale activiteit in de verschillende corticale lagen of in meerdere corticale kolommen (afb. 1). Belangrijk is dat de geometrisch precieze verdeling van de opname locaties maakt het ook mogelijk voor de bepaling van de ruimtelijke relatie van de enkele, geïsoleerde neuronen 4. We beschrijven hier een acute, grootschalige neuronale opname van de linker en rechter voorpoot somatosensorische cortex gelijktijdig in een verdoofde rat met siliconen sondes (afb. 2).

Extracellulaire opnames van neuronale activiteit met behulp van silicium sondes in de verdoofde rat wordt beschreven. Deze techniek maakt het mogelijk informatie te verkrijgen over verschillende hersengebieden die uit meer dan 100 neuronen tegelijk. Het geeft informatie met enkele cel resolutie over neuronale ensembles dynamiek in meerdere lokale circuits.

Opname Grootschalige Neuronale Ensembles met Silicon Probes in de verdoofde Rat

Grootschalige elektrofysiologische opnames van neuronale ensembles bieden de mogelijkheid om te onderzoeken hoe het brein de grote verscheidenheid aan ...

Het algemene doel van deze procedure is het beschrijven van een acute, grootschalige neuronale registratie uit de somatosensorische cortex van de linker- en rechtervoorpoot, gelijktijdig in een geanestheseerde rat met behulp van een siliconen probe. Dit wordt bereikt door het dier eerst te anesthetiseren met urethaan, om de rat vervolgens in het stereotaxische frame te plaatsen om een incisie van twee tot drie centimeter over de schedel te maken. De tweede stap is het plaatsen van de massa- en referentieschroeven.Vervolgens worden er twee craniotomieën uitgevoerd boven de somatosensorische cortex en wordt de dura mater verwijderd. De laatste stap is om de siliconen probes voorzichtig in de hersenen in te brengen en ze langzaam naar het gewenste gebied te laten zakken. Deze procedure maakt het mogelijk om lokale veldpotentialen en spiking-activiteit van tientallen neuronen te registreren.Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat siliconen probes het mogelijk maken om opstalingen te doen vanaf een groot aantal registratieplaatsen. Bovendien kunnen meerdere registratieplaatsen over een afstand van millimeters worden geplaatst, waardoor gelijktijdige registratie over meerdere corticale kolommen of over meerdere lagen in één corticale kolom mogelijk is. Belangrijk is dat de geometrisch nauwkeurige distributie van registratieplaatsen het mogelijk maakt om ruimtelijke relaties tussen neuronale populaties te onderzoeken.Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van kernvragen binnen het vakgebied van de neurowetenschappen, zoals de wijze waarop neuronale populatieactiviteit betrokken is bij geheugenplasticiteit, stimuluscodering en besluitvorming, alsmede hoe deze neurale interacties worden beïnvloed door verschillende geneesmiddelen. Om deze procedure te starten, wordt de rat geanestheseerd met isofluraan bij een concentratie van 3 tot 4%, waarna deze op 2% wordt gehouden om te voorkomen dat het dier stress ervaart door de injectie. Injecteer vervolgens 7,5 milliliters per kilogram van een 20% verdunde urethaanoplossing intraperitoneaal, waarbij deze injectie wordt verdeeld over vier toepassingen met telkens een interval van ongeveer 30 minuten.Reinig vervolgens de siliconen probes met gedestilleerd water onder de microscoop. Markeer de probes met een fluorescerende marker om de posities van de probes in de histologische analyse aan te geven. Deze procedure moet altijd onder een microscoop worden uitgevoerd om er zeker van te zijn dat de probes niet beschadigd raken of verbuigen.Scheer daarna de vacht rondom de incisieplaats. Breng vervolgens zalf aan in beide ogen. Dien vijf milligram per milliliter Dexamethasone subcutaan toe om hersenontsteking te verminderen.Fixeer op dit moment het dier in het stereotaxische frame. Bereid vervolgens de chirurgische plaats antiseptisch voor met chloorexidineseep en ethanol voordat u de incisie maakt; dien lidocaïne en epinefrine subcutaan toe op de plaats van de incisie voor lokale anesthesie en om het potentiële risico op bloedingen te verminderen. Maak daarna een incisie van twee centimeter langs de middellijn van de hoofdhuid en verwijder de huid.Om de schedel bloot te leggen, wordt de dorsale hoofdhuid met botte dissectie van de fascia gescheiden en wordt bloeding gecontroleerd met botwas. Boor vervolgens twee gaten in het achterhoofdsbeen van de schedel. Bevestig de kleine schroeven in de gaten voor de massa- en referentie-elektroden.De referentieschroef moet in contact staan met de dura. Maak daarna twee craniotomieën van één tot twee millimeter diameter op de coördinaten die overeenkomen met de somatosensorische cortex van de voorpoten.Gebruik perslucht om indien nodig het botstof te verwijderen tijdens de craniotomie om te voorkomen dat de schedel door het boren opwarmt. Breng druppels zoutoplossing aan. Bouw vervolgens een kleine barrière van acrylhars rondom de twee craniotomieën om PBS bovenop de blootgelegde dura te houden en uitdroging te voorkomen.Breng gedurende het gehele experiment constant PBS aan. Gebruik vervolgens twee naalden van maat 30,5 met gebogen punten om de dura mater van beide craniotomieën te verwijderen. Plaats op dit punt de punten van de siliconen probes zodanig dat ze net in contact komen met de pia.Voer vervolgens langzaam de siliciumprobes in, waarbij u erop let dat de schachten zonder weerstand of buiging in de hersenen kunnen worden geplaatst. Laat de probes voorzichtig zakken tot ze de gewenste registratiegebieden bereiken. Voeg indien nodig druppels PBS toe op de bovenkant van de craniotomieën om uitdroging van het weefsel te voorkomen.Hier wordt een representatieve elektrofysiologische registratie getoond van het lokale veldpotentiaal gedurende 500 milliseconden van één tetrode. Een voorbeeld van de spike-golfvorm is te zien in de inzet. Hier zijn voorbeelden van de tweedimensionale weergaven van unit-clusters verkregen van één tetrode.Elke cluster vertegenwoordigt de spikes van één enkel neuron. De gemiddelde spike-golfvormen van de representatieve eenheden op elk van de vier kanalen van een enkele tetrode worden hier getoond. De golfvormenergie van de geregistreerde spikes over de tijd is in deze grafiek uitgezet.Let op dat de relatief constante energiewaarde voor elke eenheid duidt op een stabiele registratie over de getoonde periode. Na het bekijken van deze video moet u in staat zijn om silicon probe-registraties uit te voeren in meerdere hersengebieden van meer dan honderd neuronen tegelijkertijd. Dit wordt bereikt door de volgende stappen te voltooien: het anestheseren van het dier, het plaatsen van de referentie- en maselektrodes, het boren van de craniotomieën, het verwijderen van de dura mater en tot slot het inbrengen van de probes in het gewenste registratiegebied.

recording-large-scale-neuronal-ensembles-with-silicon-probes

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Neurowetenschap

We beschrijven methoden voor grootschalige opname van meerdere afzonderlijke eenheden en lokale veld potentieel in zich gedragen knaagdieren met siliconen sondes. Drive fabricage, sonde gehechtheid aan het station en de sonde implanteren worden geïllustreerd in voldoende details voor het gemakkelijk reproduceren.

Grootschalige Opname van Neuronen door Movable Silicon Probes in Behaving Knaagdieren

This video demonstrates the detailed procedure for preparing an anesthetized rat for electrophysiological recordings of brain activity from multiple sites. The scalp is dissected to access the skull, and holes are drilled at precise locations to install and secure electrodes. Tungsten microwire electrodes are then inserted into the targeted location to record the data.

In Vivo Electrophysiological Recordings of Brain Activities from Multiple Sites in Rats

This video outlines a protocol for implanting a multi-shank linear silicon probe into the mouse brain to measure local field potentials. The procedure involves securing the probe to a stereotaxic unit, positioning it accurately over the target brain region, inserting it into the brain, and securing it with dental cement. After implantation, the assembly is protected with a casing. Following recovery, the setup allows for recording local field potentials, providing insights into neuronal...

Recording Brain Electrical Activity in Behaving Mice Using Multi-Shank Linear Silicon Probes

Source: Moore, J. D., et al. Juxtacellular Monitoring and Localization of Single Neurons within Sub-cortical Brain Structures of Alert, Head-restrained Rats. J. Vis. Exp. (2015)This video demonstrates the method of juxtacellular recording and staining in a restrained, awake rat. The procedure involves recording signals from neurons and injecting dye to precisely localize the recording site. This technique allows accurate mapping of neural activity to the brain's anatomical structure.

Juxtacellular Recording and Staining for Precise Mapping of Neural Activity in an Awake Rat 

Implanteren georganiseerde arrays van microwires voor gebruik in een enkele eenheid elektrofysiologische opnames presenteert een aantal technische uitdagingen. Methoden voor het uitvoeren van deze techniek en de apparatuur die nodig zijn beschreven. Ook is het nuttig gebruik van de georganiseerde Microwire arrays op te nemen van verschillende neurale subregio's met een hoge ruimtelijke selectiviteit besproken.

Een procedure voor het implanteren van georganiseerde Arrays van microwires voor Single-unit Opnamen in Awake, Gedragen Dieren

Dit protocol beschrijft het ontwerp en de chirurgische implantatie van een hoofdbevestigingsmechanisme om neuronale activiteit in subcorticale hersenstructuren bij alerte ratten te monitoren. Het beschrijft procedures om afzonderlijke neuronen in de juxtaculaire configuratie te isoleren en om hun anatomische locaties efficiënt te identificeren.

Juxtacellular Monitoring en lokalisatie van Single neuronen in Sub-corticale hersenstructuren van Alert, Head ingetogen Ratten

Een draadloze, bidirectionele systeem voor meerkanaals neurale opnamen en stimulatie in vrij gedragen ratten wordt ingevoerd. Het systeem is licht en compact, dus met minimale impact op het gedrags repertoire van animal´s. Bovendien biedt dit systeem bidirectionele een geavanceerde tool om te beoordelen van de causale relaties tussen hersenen activering patronen en gedrag.

Een draadloze, bidirectionele Interface voor In Vivo opname en stimulatie van neurale activiteit in vrij gedragen ratten

We beschrijven de diverse stappen implantaat chronische silicon sondes en het optekenen van plaats cellen in muizen die running hoofd-gefixeerd op een loopband cue-verrijkt-apparaat zijn.

Implantatie van chronische Silicon sondes en opname van Hippocampal plaats cellen in een verrijkte loopband-apparaat

Dit protocol beschrijft de opname van het lokale veld potentieel met multi schacht lineaire silicon sondes. Conversie van de signalen met behulp van de huidige Bronanalyse dichtheid kan de wederopbouw van lokale elektrische activiteit in de hippocampus muis. Met deze techniek, kunnen ruimtelijk beperkte hersenen oscillaties in vrij bewegende muizen bestudeerd worden.

Opname ruimtelijk beperkte schommelingen in de Hippocampus gedragen muizen

We beschrijven hier een methode voor het fabriceren van Ti3C2 MXene micro-elektrode arrays en ze te gebruiken voor in vivo neurale opname.

Fabricage van Ti3C2 MXene Microelectrode Arrays voor In Vivo Neural Recording

Hier introduceren we een lichtgewicht, kosteneffectief sonde-implantaatsysteem voor chronische elektrofysiologie bij knaagdieren, geoptimaliseerd voor gebruiksgemak, sondeherstel, experimentele veelzijdigheid en compatibiliteit met gedrag.

Het DREAM-implantaat: een lichtgewicht, modulair en kosteneffectief implantaatsysteem voor chronische elektrofysiologie bij muizen die zich op het hoofd fixeren en zich vrij gedragen

Leer grootschalige neuronale opnames met silicon probes in de verdoofde rat voor onderzoek naar neurale dynamiek. Deze methode maakt simultane registratie van meer dan honderd neuronen mogelijk.

Opname Grootschalige Neuronale Ensembles met Silicon Probes in de verdoofde Rat

Meer video's verkennen