Opname Grootschalige Neuronale Ensembles met Silicon Probes in de verdoofde Rat

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.