Name: Een draadloze, bidirectionele Interface voor In Vivo opname en stimulatie van neurale activiteit in vrij gedragen ratten (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-11-07T13:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 41 s
Description: Verken een draadloze, bidirectionele telemetrische interface voor neurale opname en stimulatie bij vrij bewegende ratten. Dit systeem maakt onderzoek naar causale relaties tussen hersenactivatie en gedrag 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

playerTrialDesktop

Dit werk werd ondersteund door een onderzoek subsidie van de Duitse Federatie van industriële onderzoek verenigingen (AiF; verlenen nummer: KF2780403JL3).

alle protocollen en experimenten werden overeenkomstig de huidige Europese richtsnoeren (2010/63/EU) en goedgekeurd door de regionale autoriteiten (Regierungspräsidium Gießen, MIJNHEER 20/35 Nr.25/2015).
 1. dieren <ol><li>huis van mannelijke volwassen Wistar ratten (200-250 g) in groepen van 3-4 onder standaard laboratoriumomstandigheden voor ten minste één week voor de operatie dat acclimatisatie.</li>
	<li>Twee dagen na de operatie, huis ratten in paren. Betrekking hebben op één kooien met hoge acryl deksels. Conventionele deksels gemaakt van metalen raster omdat implantaten vast komen te zitten kunnen, waardoor het risico dat ze beschadigd en/of unstable over tijd worden voorkomen.</li>
</ol> 2. Stereotactische operatie <ol><li>vóór het begin van de operatie, organiseren en voorbereiden van de volgende apparatuur en materialen: <ol><li>verkrijgen steriele chirurgische apparatuur bestaande uit steriele schaar, blunt-end pincet, spatels, chirurgische Clippers, tandheelkundige boor en katoen toppen.</li> <li>verkrijgen van drugs en chemische stoffen met inbegrip van Isofluraan xylocaine, tramadol waterstofchloride, dexpantenol oog salve, 3% waterstofperoxide, Povidon jodium en 70% ethanol.</li>
		<li>Fixatie materiaal inclusief RVS schroeven, acryl hars, UV lijm en de beschermer van het GLB verkrijgen.</li>
		<li>Krijgen een micro-elektrode eenheid, bestaande uit (i) een interne opname-elektrode (quartz glas geïsoleerd platina wolfraam micro-elektrode, met conische vorm, buitendiameter: 80 µm, conisch uiteinde, impedantie op 1 kHz: 500 kOhm) of een tetrode (quartz glas geïsoleerd van platina/wolfraam 4 kernen micro-elektrode, buitendiameter: 100 µm, conisch uiteinde, impedantie bij 1 kHz: 500-800 kOhm); (ii) een elektrode stimulatie (platinum/iridium draad (90% platina, iridium van 10%), core diameter 125µm, buitendiameter 150 µm, impedantie &#60; 10 kOhm) aangesloten op een contact plaat en (iii) een platina-draad referentie-elektrode (as diameter, 100 µm; figuur 1A).</li>
		<li>Verkrijgen elektrode houder gelijmd met wateroplosbare lijm aan de eenheid van de micro-elektrode en getest voor functionaliteit ten minste 2 h op voorhand ( figuur 1B).</li>
		<li>Verkrijgen van een conventionele vastgebonden systeem dat bestaat uit een differentiële voorversterker, een belangrijkste versterker en een bandfilter filter versterker voor opnames.</li>
		<li>Verkrijgen van aanvullend materiaal, zoals handschoenen, verwarming pad, spuiten en fysiologische zoutoplossing.</li>
		<li>Verkrijgen van huis kooien (L x b x H: 42 cm x 26 cm x 38 cm).</li>
	</ol></li> <li>Procedure Opmerking: elektrode implantatie wordt uitgevoerd tijdens een conventionele stereotactische operatie onder Isofluraan verdoving.
	<ol><li>Ervoor zorgen dat de experimentator is het dragen van handschoenen, chirurgische masker en laboratoriumjas.</li>
		<li>Starten verdoving plaatsen van het dier in een inductie-kamer (Isofluraan 4-5%, zuurstof stroom 1 L/min, duur ~ 5 min).</li>
		<li>Test voor verlies van reflexen (staart en teen reflexen) met een tang te bevestigen diepe anesthesie.</li>
		<li>Hoofd van het dier in een masker van de verdoving vast rond de bovenste snijtand bar van het stereotactische frame plaatsen en aanpassen van de anesthesie (Isofluraan 2-3%, zuurstof stroom 0,7-0.8 L/min).</li>
		<li>Fix en horizontaal uitlijnen het dier &#39; s hoofd in het stereotactische apparaat met behulp van oor bars en bovenste snijtand bar.</li>
		<li>Scheren het chirurgische veld met behulp van chirurgische clippers of een schaar en steriliseren met Povidon jodium.</li>
		<li>Plaats van het dier op een verwarming pad te voorkomen hypothermie en behandelen van ogen met dexpantenol oog salve om hen te verhinderen drogen.</li>
		<li>Injecteren xylocaine (0,3-0,4 mL, subcutaan, s.c.) in het midden van het chirurgische gebied.</li>
		<li>Test voor verlies van reflexen opnieuw.</li>
		<li>Maakt een kleine incisie (1,5 cm) met een scalpel in het midden van het chirurgische gebied bloot van de schedel. Scheiden van de huid zacht en verwijder residuele weefsel met pincet, schaar en spatel.</li>
		<li>Voorzichtig schoon de schedel met waterstofperoxide beklede wattenstaafjes.</li>
		<li>4-5 kleine gaatjes (4,7 mm) in de schedel voor fixatie van RVS schroeven boren.</li>
		<li>De micro-elektrode eenheid/elektrode-houder verbinden met de voorversterker en hechten aan de stereotactische micromanipulator ( figuur 1B en 1 C).</li>
		<li>Boor een gat (ca. 7 mm) in de schedel boven het doelgebied met behulp van de coördinaten van een atlas van de hersenen volgens het dier gebruikt. In de huidige studie, plaatst u de elektrode tips gericht op de inferieure colliculus met behulp van de volgende coördinaten, met de bregma dienen als referentie: anterior/posterior, &#8722; 8.8 mm; mediale/laterale, 1.5 mm; en dorsale/ventrale, 3.5 mm 14.</li>
		<li>Absorberen alle bloed met wattenstaafjes.</li>
		<li>Verticaal voeren de micro-elektrode-eenheid de elektrode tips totdat het doelgebied.</li>
		<li>Plaatst de grondkabel langs de roestvrijstalen schroeven en onder de huid.</li>
		<li>Monitor spike activiteit en zorgvuldig elektrode positie met micromanipulator aanpassen tot het bereiken van een zone van actieve neuronen in de structuur van de doelgroep en neurale activiteit detecteren met een signaal-ruisverhouding geschikt voor het sorteren van de spike.</li>
		<li>Herstellen van de micro-elektrode-eenheid op de schedel met UV lijm en dekken contact plaat en schroeven met acryl hars.</li>
		<li>Injecteren van fysiologische zoutoplossing (1 mL i.p.) en tramadol (25 mg/kg, s.c.) ter voorkoming van uitdroging en post-operatieve Analgesie, respectievelijk zorgen.</li>
		<li>Verbinding verbreken de eenheid van de micro-elektrode van de elektrode-houder met een borstel in water geweekt.</li>
		<li>Stop anesthesie, verwijder zorgvuldig rat uit het stereotactische frame. De voorversterker verbreken met de micro-elektrode apparaat</li>
		<li>Verbinding maken met de bescherming van het GLB op micro-elektrode eenheid geïmplanteerd en koppelt u deze los alleen tijdens de experimentele procedures.</li>
		<li>Houden van de dieren in paren in de huis-kooi vanaf de tweede dag na de operatie.</li>
		<li>Monitor dieren dagelijks mogelijk wondinfectie, lichaamsgewicht, gezondheidstoestand en algemene gedrag voor een periode van 7 dagen na de operatie. Na deze periode van de terugwinning, het uitvoeren van in vivo elektrofysiologie en gedrags experimenten. 
		Opmerking: De chirurgische ingreep duurt tussen de 60-90 min. Tijdens de operatie, staart flick reflexen moeten voortdurend worden bewaakt en anesthesie, indien nodig aangepast.</li>
	</ol></li></ol> 3. In Vivo Elektrofysiologie <ol><li>apparatuur en procedure Opmerking: elektrofysiologische opnamen en stimulatie worden uitgevoerd met behulp van de TWS.
	<ol><li>Verkrijgen een hoofd podium met een geïntegreerde voorversterker en gekoppelde batterijspanning (vier opname kanalen; Analoge opname invoerbereik: 0-12 mV pk-pk; stimulatie uitgang: ±625 µA; L x b x H: 24 x 22 x 12 mm; gewicht: 6 g zonder batterij, 12 g met batterij; batterij met tijd tot 1 h). Dit hoofd stadium is geschikt om te worden aangesloten rechtstreeks aan de eenheid van de geïmplanteerde micro-elektrode via een miniatuur multipole connector ( Figuur 2).</li>
		<li>Verkrijgen een batterij (lithium ion accu, 3.7-4.2 V DC, 230 mAh, 27 mm x 20 mm x 6 mm, 1 h bewerkingstijd) gemonteerd op de top van het hoofd podium ( figuur 2C). Indien nodig gebruik van vervangende oplaadbare batterij met een capaciteit van 450 mA voor ongeveer 2,5 h bewerkingstijd. Zorg ervoor dat een groen licht komt op in de hoofd fase terwijl de batterij is aangesloten op IT</li>
		<li>Verkrijgen een transceiver (zender-ontvanger) aangesloten op een PC via de standaard USB-poort en kunt draadloze bediening voor maximaal 5 m ( 2E erachter).</li>
		<li>Krijgen een personal computer met TWS software voor elektrische stimulatie en opname van neurale activiteit ( Figuur 3 en Figuur 4 ).</li>
		<li>Verkrijgen een getuide voorversterker en een data-acquisitiesysteem gebruikt tijdens de operatie (zie punt 2.1.5) voor opnamen en een stimulans generator voor stimulatie, om de efficiëntie van de TWS in vergelijk wakker ratten één week na de operatie. 
		Opmerking: Elektrische stimulatie worden verstrekt en extracellulaire activiteit van één neuronen wordt vastgelegd van dezelfde micro-elektrode geïmplanteerde eenheid met behulp van beide systemen. De parameters van de stimulatie (stroomsterkte, pols en frequentie) moeten worden aangepast aan elk dier volgens de regio van de hersenen gericht. In de huidige studie, een 150-250 µA, 2500 Hz huidige gewend was het stimuleren van de colliculus inferior.</li>
	</ol></li> <li>Behavioral testen Opmerking: Zodra geen metalen barrière wordt ingevoerd tussen de transceiver en het dierlijke hoofd stadium, de TWS is van toepassing op een brede reeks gedrags taken. Als voorbeeldige gedrags tests, werd het gebruikt in het veld openen voor meting van algemene gedragsmatige activiteit en op de verhoogde plus doolhof, een standaardtest te beoordelen van angst-achtig gedrag in knaagdieren 15. Een videocamera was centraal geplaatst boven open veld en verheven plus doolhof voor gedrags opnamen.
	<ol><li>Vóór de gedrags test, elk dier op drie opeenvolgende dagen (5 min per dag) behandelen. Voor elke periode van behandeling gecombineerd met de hoofd fase batterij aan de eenheid van de micro-elektrode eerder geïmplanteerd. Voer geen opname of stimulatie tijdens afhandeling.</li>
		<li>Open veld <ol><li>de rat in het middelpunt van het open veld te plaatsen (40 x 40 cm x 40 cm; rood licht ~ 30 Lux) en laat ze ontdekken het apparaat gedurende ten minste 5 minuten onder neurale opnemen.</li>
			<li>Bepalen de escape drempel - minimale stroomsterkte produceren lopen of springen. In de huidige studie, leveren een hoge-frequentie 2500 Hz stimulatie (pulse breedte: 100 µs; pulsinterval: 100 µs) om de inferieure colliculus in 1 min intervallen verhogen van de huidige intensiteit van 20-50 µA stappen totdat ratten toonde ontsnappen gedrag.</li>
			<li>De rat terug naar haar kooi, het open veld (0,1% azijnzuur-oplossing) schoon en droog zijn it. 
			Opmerking: Om de doeltreffendheid van de stimulatie van de TWS met traditionele vastgebonden de procedure hierboven beschreven systeem mag vergelijken werd uitgevoerd met behulp van beide systemen.</li>
		</ol></li> <li>Verheven plus doolhof Opmerking: de plus-doolhof gebruikt in deze experimenten was gemaakt van grijs acryl en bestond uit twee open armen (50 cm lang x 10 cm breed) en twee armen gesloten (50 cm lang x 10 cm breed, met 40 cm hoge muren) die verlengd ten opzichte van een centraal pla TForm verheven 50 cm boven de vloer 16.
		<ol><li>Plaats van de rat in het midden van de plus-doolhof naar beneden richting een open arm en laat ze het apparaat onder voortdurende opnemen gedurende 5 min. vrij te verkennen</li>
			<li>Registreren het aantal vermeldingen in, en de tijd doorgebracht in de open en gesloten armen gedurende 5 min.</li>
			<li>Retourneren van de rat naar haar kooi, clean (0,1% azijnzuur-oplossing) en droog de doolhof vóór elke test</li>
		</ol></li> <li>Perfusie en histologie <ol><li>Anesthetize van de rat met xylazine/ketamine (150 mg/kg en 100 mg/kg, respectievelijk; i.p.).</li>
			<li>De geïmplanteerde elektrode-apparaat aansluiten op de kabel van de stimulatie en toepassen van elektrische stimulatie (huidige intensiteit 50 µA, pulsbreedte: 100 µs; pulsinterval: 100 µs) tijdens 90 s om het produceren van een kleine laesie rond de elektrode tip.</li>
			<li>De stimulatie kabel en perfuse van het dier door middel van het linkerventrikel met fysiologische zoutoplossing gevolgd door 200 mL 4% paraformaldehyde in 0,1 M natriumfosfaat buffer, pH 7,3 (Zie voor een gedetailleerde beschrijving referentie 17 ).</li>
			<li>Verwijderen de hersenen en dompel het gedurende 4 uur in verse fixeerspray bij 4 ° C.</li>
			<li>Zorg ervoor dat de temperatuur van de kamer van de belangrijkste cryostaat is bij -20 ° C.</li>
			<li>Het bevriezen van de hersenen op droog ijs en snij ze in 50 µm seriële coronale secties met behulp van een cryostaat.</li>
			<li>Vlek van de secties met cresylviolet om te vinden van de standpunten van de elektrode tips, volgens de atlas door Paxinos en Watson 14.</li>
		</ol>
		</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol><li>Rao, R. P., Mielke, F., Bobrov, E., Brecht, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Vocalization-whisking+coordination+and+multisensory+integration+of+social+signals+in+rat+auditory+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22Elife%22%5BJournal%5D)">Vocalization-whisking coordination and multisensory integration of social signals in rat auditory cortex.</a> Elife. 3, e03185(2014).</li>
<li>Tseng, W. T., Yen, C. T., Tsai, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+bundled+microwire+array+for+long-term+chronic+single-unit+recording+in+deep+brain+regions+of+behaving+rats%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci.+Methods%22%5BJournal%5D)">A bundled microwire array for long-term chronic single-unit recording in deep brain regions of behaving rats.</a> J. Neurosci. Methods. 201 (2), 368-376 (2011).</li>
<li>Ball, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rodent+scope%3A+a+user-configurable+digital+wireless+telemetry+system+for+freely+behaving+animals%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">Rodent scope: a user-configurable digital wireless telemetry system for freely behaving animals.</a> PLoS One. 9 (2), e89949(2014).</li>
<li>Chien, C. N., Jaw, F. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Miniature+telemetry+system+for+the+recording+of+action+and+field+potentials%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci.+Methods%22%5BJournal%5D)">Miniature telemetry system for the recording of action and field potentials.</a> J. Neurosci. Methods. 147 (1), 68-73 (2005).</li>
<li>Hawley, E. S., Hargreaves, E. L., Kubie, J. L., Rivard, B., Muller, R. U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Telemetry+system+for+reliable+recording+of+action+potentials+from+freely+moving+rats%5BTitle%5D)+AND+%22Hippocampus%22%5BJournal%5D)">Telemetry system for reliable recording of action potentials from freely moving rats.</a> Hippocampus. 12 (4), 505-513 (2002).</li>
<li>Alam, M., Chen, X., Fernandez, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+low-cost+multichannel+wireless+neural+stimulation+system+for+freely+roaming+animals%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neural.+Eng%22%5BJournal%5D)">A low-cost multichannel wireless neural stimulation system for freely roaming animals.</a> J. Neural. Eng. 10 (6), 066010(2013).</li>
<li>Xu, S., Talwar, S. K., Hawley, E. S., Li, L., Chapin, J. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+multi-channel+telemetry+system+for+brain+microstimulation+in+freely+roaming+animals%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci+Methods%22%5BJournal%5D)">A multi-channel telemetry system for brain microstimulation in freely roaming animals.</a> J. Neurosci Methods. 133 (1-2), 57-63 (2004).</li>
<li>Angotzi, G. N., Boi, F., Zordan, S., Bonfanti, A., Vato, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+programmable+closed-loop+recording+and+stimulating+wireless+system+for+behaving+small+laboratory+animals%5BTitle%5D)+AND+%22Sci.+Rep%22%5BJournal%5D)">A programmable closed-loop recording and stimulating wireless system for behaving small laboratory animals.</a> Sci. Rep. 4, 5963(2014).</li>
<li>Ativanichayaphong, T., He, J. W., Hagains, C. E., Peng, Y. B., Chiao, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+combined+wireless+neural+stimulating+and+recording+system+for+study+of+pain+processing%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci.+Methods%22%5BJournal%5D)">A combined wireless neural stimulating and recording system for study of pain processing.</a> J. Neurosci. Methods. 170 (1), 25-34 (2007).</li>
<li>Ye, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+portable+telemetry+system+for+brain+stimulation+and+neuronal+activity+recording+in+freely+behaving+small+animals%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci.+Methods%22%5BJournal%5D)">A portable telemetry system for brain stimulation and neuronal activity recording in freely behaving small animals.</a> J. Neurosci. Methods. 174 (2), 186-193 (2008).</li>
<li>Brandão, M. L., Tomaz, C., Leão-Borges, P. C., Coimbra, N. C., Bagri, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Defense+reaction+induced+by+microinjections+of+bicuculline+into+the+inferior+colliculus%5BTitle%5D)+AND+%22Physiol+Behav%22%5BJournal%5D)">Defense reaction induced by microinjections of bicuculline into the inferior colliculus.</a> Physiol Behav. 44, 361-365 (1988).</li>
<li>Brandão, M. L., Melo, L. L., Cardoso, S. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanisms+of+defense+in+the+inferior+colliculus%5BTitle%5D)+AND+%22Behav+Brain+Res%22%5BJournal%5D)">Mechanisms of defense in the inferior colliculus.</a> Behav Brain Res. 58, 49-55 (1993).</li>
<li>Melo, L. L., Cardoso, S. H., Brandão, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Antiaversive+action+of+benzodiazepines+on+escape+behavior+induced+by+electrical+stimulation+of+the+inferior+colliculus%5BTitle%5D)+AND+%22Physiol+Behav%22%5BJournal%5D)">Antiaversive action of benzodiazepines on escape behavior induced by electrical stimulation of the inferior colliculus.</a> Physiol Behav. 51, 557-562 (1992).</li>
<li>Paxinos, G., Watson, P. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aPaxinos%2C+G+%22The+rat+brain+in+stereotaxic+coordinates%22">The rat brain in stereotaxic coordinates</a>. , 3rd ed, Academic Press. San Diego, CA. (2007).</li>
<li>Walf, A. A., Frye, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+use+of+the+elevated+plus+maze+as+an+assay+of+anxiety-related+behavior+in+rodents%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Protoc%22%5BJournal%5D)">The use of the elevated plus maze as an assay of anxiety-related behavior in rodents.</a> Nat. Protoc. 2 (2), 322-328 (2007).</li>
<li>Pellow, S., Chopin, P., File, S. E., Briley, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Validation+of+open%3Aclosed+arm+entries+in+an+elevated+plus-maze+as+a+measure+of+anxiety+in+the+rat%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci+Methods%22%5BJournal%5D)">Validation of open:closed arm entries in an elevated plus-maze as a measure of anxiety in the rat.</a> J Neurosci Methods. 14, 149-167 (1985).</li>
<li>Gage, G. J., Kipke, D. R., Shain, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Whole+animal+perfusion+fixation+for+rodents%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Vis.+Exp%22%5BJournal%5D)">Whole animal perfusion fixation for rodents.</a> J. Vis. Exp. (65), e3564(2012).</li>
<li>Merrill, D. R., Bikson, M., Jefferys, J. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrical+stimulation+of+excitable+tissue%3A+design+of+efficacious+and+safe+protocols%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci+Methods%22%5BJournal%5D)">Electrical stimulation of excitable tissue: design of efficacious and safe protocols.</a> J Neurosci Methods. 141, 171-198 (2005).</li>
<li>Ewing, S. G., Porr, B., Riddell, J., Winter, C., Grace, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((SaBer+DBS%3A+A+fully+programmable%2C+rechargeable%2C+bilateral%2C+charge-balanced+preclinical+microstimulator+for+long-term+neural+stimulation%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci+Methods%22%5BJournal%5D)">SaBer DBS: A fully programmable, rechargeable, bilateral, charge-balanced preclinical microstimulator for long-term neural stimulation.</a> J Neurosci Methods. 213, 228-235 (2013).</li>
</ol>

De co-auteurs Uwe Thomas en Sascha Thomas zijn de eigenaren van "Thomas opname GmbH", dat is het ontwikkelen van producten in deze studie gebruikt en gerelateerd aan het onderzoeksonderwerp van de algemene beschreven in dit document. Bovendien, ontvangt de mede-auteur Dirk Hoehl inkomsten uit "Thomas opname GmbH". Ze kunnen financieel profiteren van deze omstandigheid, als het bedrijf succesvol in de afzet van producten daarvan die gerelateerd zijn aan dit onderzoek. Het "Thomas" controleapparaat gebruikt in deze studie was gewijd aan de Vakgroep Behavioral Neuroscience, experimentele en biologische psychologie - Philipps Universität Marburg zonder kosten.

Hier, werd een breed toegankelijke opname en stimulatie radiosysteem voor elektrofysiologische en behavioral studies in vrij bewegende dieren gepresenteerd. De TWS is gevalideerd in behavioral testen met behulp van de colliculus inferior als de structuur van een model. De TWS aanpak heeft verschillende voordelen ten opzichte van de bestaande. Ten eerste, het systeem maakt gebruik van een draagbare TWS hoofd-ééntraps uitgerust met een voorversterker en een oplaadbare batterij, waardoor stabiel op lange termijn opnames voor maximaal 1 uur met de dezelfde batterij en draadloze activiteiten afstand voor maximaal 5 m. ten tweede, de TWS hoofd fase licht en compact, met een gewicht van 12 gram inclusief batterij, en werd ontwikkeld om te voorkomen dat de rat uit het verwijderen van de hoofd fase en kauwen van de draden. Het was goed verdragen door de dieren sinds geen invloed op de animal´s gedrags repertoire met en zonder de TWS hoofd fase werd waargenomen, waardoor het systeem voor een brede reeks gedrags taken. Ten derde, verzendt het systeem in real time. Ten vierde, door middel van gelijktijdige bidirectionele opname en stimulatie van neurale activiteit, het systeem biedt een geavanceerde tool om te beoordelen van de causale relaties tussen specifieke hersenen activering patronen en gedrag, dus het overwinnen van de tekortkomingen van unidirectionele systemen. Deze functie maakt de methode bijzonder waardevol voor het veld voor diepe brein stimulatie, die meestal vereist nauwkeurige beoordeling, monitoring en aanpassing van de stimulatie parameters tijdens langdurige gedrags experimenten. Tot slot werd een chronisch implanteerbare micro-elektrode-eenheid ontwikkeld met geïntegreerde opname, stimulatie en referentie-elektrode die gemakkelijk kan worden geïmplanteerd tijdens een conventionele stereotaxic chirurgie. Vanuit dit oogpunt is de TWS een geïntegreerde draadloze systeem dat de reproduceerbaarheid van stimulatie en opname experimenten verhoogt. De kwaliteit van de opname van de TWS bleek gelijk te zijn aan de kwaliteit van de opname opgeleverd met een commercieel beschikbare bekabelde opnamesysteem (Zie Figuur 5).
Het is algemeen bekend dat elektrische stimulatie van de inferieure colliculus bij de rat duidelijk ontsnappen gedrag gekenmerkt lokt door lopen of springen, dat reacties nabootst te vrezen door milieu-uitdagingen11,12, elicited 13. Dit gedrag is verkregen in de huidige studie door het stimuleren van de inferieure colliculus met behulp van de TWS of de traditionele vastgebonden systeem. Om te testen van de werkzaamheid van de stimulatie van de TWS, werden de drempels van de escape-minimale stroomsterkte produceren lopen of springen – vergeleken met behulp van beide systemen. Ratten met de TWS hoofd fase kan worden uitgevoerd snel, springen en klimmen uit het open veld, dat wil zeggen met een vrijer verkeer van typische ontsnappen gedrag, weergeven. Nog belangrijker is, leken de ontsnapping drempels ten opzichte van traditionele vastgebonden systeem. Samen werd een nogal uitdagend paradigma gebruikt voor het testen van de veerkracht van de TWS, die het onder de knie in een ruzie-vrije manier.
De TWS is ook geschikt voor chronische elektrische stimulatie experimenten omdat de eenheid van de micro-elektrode geïmplanteerd chronisch gebruik toelaat. De TWS kunt aanpassen van de stimulatie van de huidige parameters precies in een manier om nauwkeurig detecteren de frequentie en de hoeveelheid stimulatie huidige die effectief aan een gedragsmatige reactie uitlokken. Bovendien, hetzelfde dier werd gestimuleerd met de huidige drempel van dezelfde 3 dagen later en de dezelfde gewenste gedragsmatige reactie ontlokte was. Dit suggereert dat het weefsel rond de stimulatie elektrode tip werd niet beschadigd door de huidige stimulatie, die meestal de huidige amplitudes van de verhoogde stimulatie met herhaalde stimulaties vereist de zelfde gedragsmatige reactie uitlokken.
Daarnaast is het mogelijk om de experimentele tijd aanzienlijk verminderen omdat de TWS micro-stimulator stimulatie parameters in real-time worden bijgewerkt wanneer de experimentator hen in de grafische gebruikersinterface verandert. Andere elektrische stimulatoren19 gewend voor preklinische onderzoek behoefte voor stimulans parameter update worden geherprogrammeerd. In die gevallen, is het apparaat geprogrammeerd door het binden van het dier via een kabel met een programmering eenheid. Dit is niet vereist bij het gebruik van de TWS.
Ten slotte, de batterij is bevestigd aan de top van de TWS hoofd fase en elektrisch verbonden met het hoofd stadium via een twee-pins-connector magneet voor eenvoudige uitwisseling van de batterij. Het voordeel is dat tijdens het experiment is het mogelijk de accu kan wijzigen zonder de TWS hoofd fase verbreken de eenheid van de geïmplanteerde elektrode, die veel comfortabeler aan het dier is. Tijdens de huidige studie gebruikten we een batterij waarvan bewerkingstijd slechts 1 h is. In het geval dat het experiment duurt langer dan 1 uur, is het aanbevolen om een extra accu beschikbaar hebben. De TWS kan worden aangesloten op vervangende oplaadbare batterijen met een capaciteit van (i) 230 mA voor 1 h bewerkingstijd of (ii) 450 mA voor ongeveer 2,5 h bewerkingstijd. Beide soorten batterijen kunnen volledig worden opgeladen in 15 min.
Kortom beschrijft de huidige studie de werking van TWS ontworpen voor neurale stimulatie en opnemen van kleine dieren vrij te gedragen. Een volledig geïntegreerde verzameling van implanteerbare micro-elektrode eenheid, hoofd stadium, ontvanger en software wordt zo goed gepresenteerd. De kwaliteit van de draadloze opname en stimulatie is vergelijkbaar met dat van de vastgebonden opname-systeem met het voordeel van meer comfortabel, licht en veilig aan het dier. Daarom kan TWS worden gebruikt ter vervanging van de vastgebonden systeem, omdat het niet van het dier mobiliteit beperkt en een flexibele methode biedt te bepalen stimulatie en neurale opname omstandigheden waar andere benaderingen zou moeilijk of onmogelijk. TWS kunnen dus een belangrijk instrument om te onderzoeken hoe elektrische activiteit in de gedefinieerde neurale circuits genereert bepaalde vormen van gedrag, een fundamentele vraag in de neurowetenschappen.

Een fundamentele vraag in de neurowetenschappen is hoe elektrische activiteit in de gedefinieerde neurale circuits genereert van bepaalde vormen van gedrag. In vivo electrofysiologie is een krachtige techniek om deze kwestie, die een instrument om te registreren of elektrische activiteit in de hersenen stimuleren terwijl dieren bepaalde gedrags taken uitvoert. Echter, huidige systemen vaak rekenen op vastgebonden kabel opnamen1,2, waarschijnlijk de mobiliteit en het voorkomen van de volledige expressie van het animal´s gedrags repertoire. Bovendien worden meestal unidirectionele systemen gebruikt, hetzij opname3,4,5 of stimulatie6,7 van neurale activiteit, maar niet op het zelfde tijdstip of hetzelfde doel, waardoor het moeilijk te ontwarren van de causale relaties tussen specifieke hersenen activering patronen en gedrag. Alleen een paar draadloze, bidirectionele systemen voor in vivo preparaten zijn momenteel beschikbaar. Ze zijn echter meestal zware (40-50 g) en bestaan uit twee draagbare eenheden, dat wil zeggen een hoofd etappe en een aangesloten rugzak voor batterij gebaseerde macht levering8,9,10, waardoor ze minder flexibele en waardoor het risico van kabel loskoppelen b.v. tijdens het gedrag zelf te verzorgen. Geen van de bovengenoemde draadloze systemen bieden implanteerbare micro-elektrode eenheden te verwerven van een compleet geïntegreerde concept van de neurale activiteit tijdens de volledige ethologically geldig gedrag met hoge reproduceerbaarheid van de experimentele omstandigheden.
Hier, wordt een nieuwe draadloze, bidirectionele apparaat voor in vivo opnamen en stimulatie van neurale activiteit in vrij gedragen ratten ingevoerd. De Thomas Wireless systeem (TWS) werkt via een verwijderbare hoofd ééntraps die meerkanaals activiteit met behulp van maximaal vier onafhankelijke opname kanalen kan doorgeven en kan worden gericht voor elektrische hersenstimulatie in real-time. Bovendien werd een chronisch implanteerbare micro-elektrode apparaten zijn compatibel met de TWS ontwikkeld waarmee zowel de neurale stimulatie en de opname. Een TWS software grafische user interface voor opname en stimulatie wordt ook gepresenteerd. Deze studie beschrijft de validatie en in vivo implementatie van het hele apparaat.
Om te kunnen valideren de TWS systeem werd de colliculus inferior gekozen als de neurale structuur van een doel omdat een openlijke gedragsmatige reactie worden door de elektrische stimulatie ontlokte kan. Het is algemeen bekend dat de elektrische stimulatie van de colliculus inferior onvoorwaardelijke 'angst-like' gedrags reacties bij ratten, zoals alertheid, zijwaarts houdingen lokt, overkoepelende van de rug, invriezen en escape (vlucht) gedrag. Deze responsverloop bootst reacties te vrezen opgeroepen door milieu-uitdagingen, zoals een waargenomen schadebrengende feit, een aanval of een bedreiging voor de overleving11,12,13. Er werd van uitgegaan dat zijnde kundig voor een duidelijke en ondubbelzinnige gedrag uitlokken een echte uitdaging aan de TWS bieden zou.

<table><tbody><tr><td>Thomas Wireless System (TWS) version 2.0</td><td>Thomas RECORDING GmbH</td><td>AN001165</td><td>The Thomas Wireless System (TWS) version 2.0 is een draagbaar multichannel telemetriesysteem met laptopcomputer, een voorgeïnstalleerd Microsoft Windows besturingssysteem en TWS-besturingssoftware. De TWS omvat: een laag-ruis 4-kanaals pre&ndash; en programmeerbare hoofdversterker met vaste bandbreedte, eenkanaals constante-stroom stimulator voor het toepassen van bifasische stroompulsen, een software programmeerbare micro stimulator, implanteerbaar connectorsysteem en een basis hoofd-eenheid voor montage op een dier. Het systeem wordt geleverd met een zender met USB-poortverbinding voor laptops of desktop-pc's, de besturingssoftware draait onder Microsoft besturingssysteem Windows. Het TWS-systeem kan worden gebruikt voor extracellulaire neurale stimulatie en registratie bij vrij bewegende kleine dieren (bijv. ratten, cavia's). Dit systeem kan ook worden aangepast voor gebruik bij grotere dieren (bijv. primaten).</td></tr><tr><td>Software voor Thomas Wireless System (TWS)</td><td>Thomas RECORDING GmbH</td><td>inlcuded in AN001165</td><td>De software voor het Thomas draadloze systeem draait onder Microsoft Windows besturingssysteem en biedt de grafische gebruikersinterface (GUI) voor het Thomas Wireless System (TWS). De TWS GUI biedt volledige controle over de TWS functies 4-kanaals opname en 1-kanaals stimulatie.</td></tr><tr><td>Implanteerbare tetrode voor opname (4 kanalen) en stimulatie (enkel kanaal)</td><td>Thomas RECORDING GmbH</td><td>AN001132</td><td>Implanteerbare tetrode voor opname (4 kanalen) en stimulatie (enkel kanaal) voor gebruik met Thomas Wireless Systemen (TWS). Opname tetrode specificaties: tetrodevezelmateriaal: kwartsglas geïsoleerde platina-wolfraamvezel, tetrodevezel buitendiameter: 100&micro;m, tipvorm D, impedantie 0,5-0,8MOHm; Referentie-elektrode: tipvorm: D; Impedantie: 300-500kOhm; Materiaal: kwartsglas geïsoleerd platina/wolfraam; Stimulatie-elektrode specificatie: vezelmateriaal: platina/iridium, diameter: 125&micro;m, gelakt geïsoleerd, tipvorm: D, impedantie: &lt; 10kOhm, afmetingen van de elektrode kunnen worden gespecificeerd door de eindgebruiker</td></tr><tr><td>Implanteerbare micro-elektrode voor opname (enkel kanaal) en stimulatie (enkel kanaal)</td><td>Thomas RECORDING GmbH</td><td>AN001118</td><td>Implanteerbare micro-elektrode voor opname (enkel kanaal) en stimulatie (enkel kanaal) voor gebruik met Thomas Wireless Systemen (TWS). Opname-elektrode specificaties: elektrodevezelmateriaal: kwartsglas geïsoleerde platina-wolfraamvezel, elektrodevezel buitendiameter: 80&micro;m/250&micro;m (gelieve te specificeren), tipvorm D, impedantie 0,5-0,8MOHm; Referentie-elektrode: tipvorm: D; Impedantie. 300-500kOhm; Materiaal: kwartsglas geïsoleerd platina/wolfraam; Stimulatie-elektrode specificatie: vezelmateriaal: platina/iridium, diameter: 125&micro;m, gelakt geïsoleerd, tipvorm: D, impedantie: &lt; 10kOhm</td></tr><tr><td>Houder voor elektrode-implantatie</td><td>Thomas RECORDING GmbH</td><td>AN000838</td><td>Speciale gebogen metalen staaf voor micro-elektrode-implantatie voor standaard elektrode-houders. De staaf wordt gebruikt om een implanteerbare elektrode vast te houden. De implanteerbare elektrode wordt aan de staaf bevestigd met speciale Thomas RECORDING wateroplosbare lijm (AN001080). (Elektrodehouder is niet inbegrepen)</td></tr><tr><td>Vervangende accuplaatse voeding voor het Thomas Wireless System (3,7V/230mAh)</td><td>Thomas RECORDING GmbH</td><td>AN001208</td><td>Vervangende oplaadbare batterij (accuplaatse) voor Thomas Wireless System met een capaciteit van 230mA voor ongeveer 1u gebruikstijd. (maat: 27mm x 20mm x 6mm, gewicht ca. 6g)</td></tr><tr><td>Vervangende accuplaatse voeding voor het Thomas Wireless System (3,7V/450mAh)</td><td>Thomas RECORDING GmbH</td><td>AN001209</td><td>Vervangende oplaadbare batterij (accuplaatse) voor Thomas Wireless System met een capaciteit van 450mA voor meer dan 1u gebruikstijd. (maat: 48mm x 30mm x 4mm, gewicht ca. 11g)</td></tr><tr><td>Accuplaatse-oplader voor Thomas Wireless System (TWS) oplaadbare accuplaatse</td><td>Thomas RECORDING GmbH</td><td>AN001207</td><td>Netvoeding voor de Thomas Wirless System (TWS) oplaadbare accuplaatse (AN001209 en AN001209)</td></tr><tr><td>Wateroplosbare lijm</td><td>Thomas RECORDING GmbH</td><td>AN001080</td><td>Thomas RECORDING wateroplosbare elektrodelijm is een speciaal geselecteerd product voor gebruik met implanteerbare micro-elektroden in neurowetenschappelijk onderzoek. De unieke eigenschappen zorgen voor een stijve verbinding tussen elektrode en montageapparaat, hoewel het gemakkelijk kan worden verwijderd met warm water. De Thomas RECORDING wateroplosbare elektrodelijm kan direct worden gebruikt, zonder enige tijdrovende voorbereiding. Thomas RECORDING wateroplosbare elektrodelijm is niet schadelijk voor mensen, dieren of het milieu. Hoeveelheid: 1 doos van 10 gram</td></tr><tr><td>Miniatuur differentiële voorversterker</td><td>Thomas RECORDING GmbH</td><td>AN000329</td><td>De Miniatuur Differentiële Voorversterker, Model MDPA-2 is een 2-kanaals, differentiële ingang voorversterker die is ontworpen voor opnamen met lage ruis van opwindbaar weefsel. Het is bedoeld voor extracellulaire opname in combinatie met de implantatie van implanteerbare micro-elektroden voor vrij bewegende dieren toepassingen met het Thomas Wireless System (TWS). De 2-kanaals Miniatuur Differentiële Voorversterker (MDPA-2) is verbonden met de implanteerbare micro-elektroden voor het bieden van de eerste tienvoud versterkingsfase. Ideaal zijn Thomas RECORDING kwartsglas geïsoleerde platina/wolfraam elektroden om optimale opnameresultaten te behalen met hoge signaalamplitudes en lage ruisniveaus. De MDPA-2 heeft aanvullende ingangen voor gemeenschappelijke aarding en referentie-elektrode.</td></tr><tr><td>Aansluitkabel</td><td>Thomas RECORDING GmbH</td><td>AN000330</td><td>Aansluitkabel om de Thomas Miniatuur differentiële voorversterker (MDPA-2) aan te sluiten op een hoofdversterker en een accuplaatse voeding.</td></tr>

een draadloze, bidirectionele interface voor in vivo opname en stimulatie van neurale activiteit in vrij gedragen ratten

A Wireless, Bidirectional Interface for In Vivo Recording and Stimulation of Neural Activity in Freely Behaving Rats

In vivo electrofysiologie is een krachtige techniek om te onderzoeken de relatie tussen hersenactiviteit en gedrag op de schaal van een milliseconde en micrometer. Echter, huidige methoden meestal rekenen op vastgebonden kabel opnamen of alleen gebruik unidirectionele systemen, waardoor opname of stimulatie van neurale activiteit, maar niet op de dezelfde tijd of hetzelfde doel. Hier, een nieuwe draadloze, bidirectionele apparaat voor gelijktijdig opnemen van meerdere kanalen en stimulatie van neurale activiteit in vrij gedragen ratten is beschreven. Het systeem functioneert via een draagbare hoofd ééntraps die verzendt opgenomen activiteit zowel kan worden gericht real-time voor hersenstimulatie softwarematig een telemetrie gebaseerde via meerdere kanalen. De hoofd fase is uitgerust met een voorversterker en een oplaadbare batterij, waardoor stabiele lange opnames of stimulatie voor tot 1 h. belangrijker, de hoofd fase is compact, weegt 12 gram (inclusief accu) en dus heeft minimale impact op de animal´s gedrags repertoire, maken van de methode die van toepassing zijn op een brede reeks gedrags taken. De methode heeft bovendien het grote voordeel dat het effect van hersenstimulatie op neurale activiteit en gedrag kan worden gemeten tegelijk, bieden een instrument voor het beoordelen van de causale relaties tussen specifieke hersenen activering patronen en gedrag. Deze functie maakt de methode bijzonder waardevol voor het gebied van diepe hersenstimulatie, waardoor nauwkeurige beoordeling, monitoring en aanpassing van de stimulatie parameters tijdens langdurige gedrags experimenten. De toepasselijkheid van het systeem is gevalideerd met behulp van de colliculus inferior als de structuur van een model.

TWS technische gegevens
Het radiosysteem biedt 4 onafhankelijke opname kanalen en 1 stimulatie kanaal. Extracellulaire activiteit werd opgepikt door de opname enkele kernpopulatie elektrode en doorgegeven aan de signaalingang hoge impedantie van het draadloze systeem. Het opgenomen signaal was vooraf versterkte (x200) door een AC-gekoppeld, differentiële input voorversterker en bandpass gefilterd (vaste signaal bandbreedte, 500 Hz... 5 kHz) te registreren slechts multi-unit activiteit, omdat in de huidige studie de voornaamste interesse record eenheid activiteit en niet de lokale veld potentieel was. De geïntegreerde programmeerbare winst main-versterker biedt software-verstelbare winst voor de vier kanalen voor opname (x1, x2, x4, x8, x16, x32, x64). Het volledige signaal-keten van het radiosysteem aangeboden totale winst waarden van x200, x400, x800, x1600, x 3200, x6400 en x12800. Na versterking en filteren, was het analoge signaal gedigitaliseerd door een analoog naar digitaal converter, gemoduleerd op een hoge frequentie drager en overgebracht door een radio-transceiver met behulp van de 2,4-2.5 GHz ISM-band. Hetzelfde type transceiver werd gebruikt aan de andere kant van het transmissiepad. Deze tweede transceiver is aangesloten op een personal computer via een USB-poort. Het transmissiepad gewend was voor bidirectionele gegevensoverdracht signalen de extracellulaire opgenomen uit het dier naar de computer en omgekeerd de afstellingsparameters voor signaal versterking en stimulatie van de computer aan het dier.
Met behulp van de TWS, bleek het mogelijk met succes opnemen van meerdere territoriale eenheden hersenactiviteit en wijzigen van het dier gedrag door het stimuleren van de colliculus inferior terwijl de rat bewoog vrij in het veld openen. De transceiver tot 5 m afstand van het dier was geplaatst en was aangesloten op de computer via een USB-poort (Zie afbeelding 2). Een vergelijking van de kwaliteiten van het opgenomen signaal opgeleverd met de vastgebonden en het radiosysteem wordt geïllustreerd in Figuur 5. TWS records multi-unit activiteit met een vergelijkbare signaalkwaliteit als een vaste thermograaf. De micro-stimulator is een ware draadloze stimulator die stimulatie parameters in real-time, dat wil zeggen de stimulatie signaal, waarvan parameters worden gedefinieerd met de TWS software bijgewerkt wordt doorgegeven aan de elektrode van de stimulatie verbonden met de hoofd fase binnen enkele het aantal milliseconden na het indrukken van de knop stimulatie. Daarom kon de stimulatie parameters wijzigen zonder het huisdier wilt meenemen uit de kooi. Deze functie heeft het voordeel dat men de tijd voor stimulatie experimenten kunt minimaliseren.
Een TWS software is speciaal ontworpen om de controle van alle functies van het radiosysteem (bijvoorbeeld opname en stimulatie) mogelijk te maken via een grafische gebruikersinterface (Figuur 3 en Figuur 4). Voor micro-stimulatie, een signaal van de stimulatie werd gebruikt die is ontwikkeld met behulp van de grafische gebruikersinterface van de software van de TWS. De stimulator van de TWS werd gebruikt in een lading evenwichtige constant-current stimulatie modus. Het patroon van de stimulatie werd draadloos naar de stimulator van de constant-current geïntegreerd in de hoofd podium draadloze eenheid gestuurd. Stimulatie huidige werd toegepast tussen een werkende micro-elektrode geplaatst in het doel van belang (zoals bijvoorbeeld de inferieure colliculus in de huidige studie) en een grotere verre teller elektrode dat als de grond of referentie-elektrode van de TWS diende. Het is afhankelijk van stimulatie elektrode impedantie en naleving van de spanning van de constant-current stimulator, kunt u gebruik maken van een stroombereik van maximale stimulatie van ±625 µA, hoewel een veel lagere drempel van de huidige in de huidige experimenten hoefde. Hier, tweefase lading evenwichtige constant-current stimulatie met piek stromingen tot 300 µA werd gebruikt. In het geval van tweefase stimulatie, de eerste puls te verduidelijken met het fysiologische effect wordt gebruikt en de tweede puls keert meestal elektrochemische processen die zich voordoen tijdens de stimulatie pulse18. De TWS hoofd fase levert real-time stimulatie patronen ingesteld via de grafische gebruikersinterface van de software TWS (Zie Figuur 4).
De TWS software is verdeeld in drie hoofdsecties: een (i) hoofdvenster met besturingselementen voor opname en stimulatie, een venster van de generator (ii) prikkel met alle instelopties voor de stimulatie signaal parameters en een (iii) herspelen venster voor het afspelen van de gegevensbestanden van de opgenomen. Het hoofdvenster kan de gebruiker de opgenomen signalen van maximaal 4 opname kanalen weergeven, instellen van de winst voor alle kanalen en start/stop opname van de weergegeven signalen. De signaal-gegevens worden opgeslagen in een bestand op de vaste schijf van de computer. Het bestandspad wordt ingesteld in het configuratiemenu. Naast de opnameparameters kunt het belangrijkste venster starten en stoppen van de stimulatiekuur. De constante stimulatie huidige die door middel van de stimulatie-elektrode in de dierlijke hersenen wordt doorgegeven wordt in real time op het scherm van het hoofdvenster weergegeven. De parameters van het signaal van de stimulatie zijn vooraf aangepast in de montagesvenster van de stimulus-parameter. Het is mogelijk om te definiëren van mono- of tweefase stimulatie pulse treinen en om in te stellen van alle gebruikte stimulatie pulse parameters zoals bijvoorbeeld pulse breedte, pulse amplitude, tijd tussen pulsen, etc. (voor details zie Figuur 4). De stimulatie pulse-functie die uit de voorgeselecteerde parameterwaarden voortvloeit wordt weergegeven in een grafische display in het venster van de generator stimulatie.
De TWS-software is ontworpen volgens de bruikbaarheid aspecten. De bruikbaarheid van de software is een essentiële factor om te garanderen van de goede voortgang van het experiment draadloze stimulatie/opname en een veilige en comfortabele werkomgeving. Het helpt ook om het verbeteren van de reproduceerbaarheid van het experiment.
Single-eenheid opnamegegevens en elektrische stimulatie
Extracellulaire multi-unit activiteit werd achtereenvolgens in de inferieure colliculus uit de dezelfde geïmplanteerde elektrode met behulp van de TWS en een conventionele vastgebonden opname-systeem opgenomen. Figuur 5 toont representatieve onbewerkte gegevens opgenomen met behulp van beide systemen, terwijl het dier vrij bewegen in een open veld was. Directe vergelijking van de signalen stelt soortgelijke spike golfvormen en geluidsniveaus (figuur 5A en 5B). Een demonstratie van de spike vorm is afgebeeld in A 'en B'.
Aangezien de ratten niet probeert ging te verwijderen van de TWS hoofd fase na de operatie en tijdens de daaropvolgende dagen, werd aangenomen dat het niet aanzienlijk aan hun bewegingen verstoren en niet ongemak veroorzaakt. Met behulp van de TWS, was een veelvoorkomend probleem in aangebonden opnamen van ratten dus vermeden zoals verwijdering en kauwen van de aansluitingen en kabels. Inderdaad, ratten met de TWS hoofd fase konden verkennen van het open veld en plus doolhof (see film 1) exposerende normale kruisingen, fokken en het verzorgen van gedrag.
Bovendien, de parameters van de stimulatie gebruikt in combinatie met de TWS of conventionele vastgebonden systeem opgeroepen dezelfde gedrags uitkomst, hier ontsnappen gedrag. Vanaf 100 µA, werd de huidige amplitude van stimulatie verhoogd stap voor stap totdat de drempel van de escape - minimale stroomsterkte produceren lopen of springen - werd bereikt en het gedrag van ontsnappen was ontlokte. De individuele ontsnappen drempels van 4 ratten waren gelijk bij het gebruik van beide systemen (figuur 5C).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56299/56299fig1.jpg"> 
Figuur 1: TWS micro-elektrode apparaat (1) opname één elektrode/tetrode, (2) stimulatie elektrode, (3) elektrode fiber verbinding bestuur, (4) flexibele verbindingskabels, draad (5) grond, (6) connector board, (7) mannelijke of vrouwelijke connector voor TWS systeem (A); TWS micro-elektrode apparaat aangesloten op de voorversterker (8) en de houder (9); (B) klaar om te worden aangesloten op een stereotaxic frame (C). <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56299/56299fig1large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56299/56299fig2.jpg"> 
Figuur 2 : Bovenaanzicht van de TWS hoofd fase gemonteerd module (A) zonder accu voeding. Total afmetingen: hoogte 12,5 m, diepte: 24 mm (19.3 mm + 4,7 mm), breedte 22.1 mm, gewicht: 5.96 g. Onderaanzicht (B) weergegeven: de elektrode eenheid connector; accumulator-voeding, hoogte 9 mm, diepte: 26 mm, breedte 20 mm, gewicht 6 g (C); een overzicht van de gebruikte voor deze test TWS componenten: (1) hoofd etappe eenheid met een buffertank gemonteerd op de schedel, animal´s, (2) transceiver eenheid aangesloten op de computer van de USB-poort, (3) TWS software (D); Foto van een rat die vrij bewegen en tonen de TWS hoofd fase aangesloten op de micro-elektrode eenheid eerder ingeplant (E) en TWS software tonen voorbeeldige opgenomen signalen (F). De TWS hoofd fase levert real-time stimulatie patronen ingesteld via de grafische gebruikersinterface van de software van de TWS. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56299/56299fig2large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56299/56299fig3.jpg"> 
Figuur 3: TWS software grafisch verbruiker raakvlak, scherm opname. De prestaties van de opname van de TWS met een opname van één bipolaire elektrode, ingeplant in de colliculus inferior, is afgebeeld op het scherm. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56299/56299fig3large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56299/56299fig4.jpg"> 
Figuur 4: TWS software grafisch verbruiker raakvlak. stimulatie scherm (A) en stimulatie parameter specificaties (B). Stimulatie signaal parameters (C) zoals pulsbreedte (PxW), pulse amplitude (PxA), inter pulse vertraging (IPD), tijd tussen pulsen (TBP), pulse per trein (PPT) en de tijd tussen treinen (TBT) zijn instelbaar via TWS software grafisch verbruiker raakvlak. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56299/56299fig4large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56299/56299fig5.jpg"> 
Figuur 5 : Kwalitatieve vergelijking tussen een meerdere territoriale eenheden-signaal geregistreerd extracellularly met de TWS (A) en een bekabelde opname setup (B). Beide opnames werden verkregen uit dezelfde TWS micro-elektrode eenheid (impedantie 0.5MOhm) geïmplanteerd in de colliculus inferior. De axiale afstand tussen de twee opname elektrode contactpersonen was ongeveer 400 µm. De bandbreedte van de opname van het bekabelde systeem en de TWS waren identiek (500 Hz... 5 kHz), signalen werden bemonsterd met 40 kHz (bedraad systeem) en 32 kHz (TWS). Beide systemen opgenomen multi-unit activiteit met een vergelijkbare signaalkwaliteit. Er is geen duidelijk verschil in tarieven tussen de TWS en bekabelde opnames afvuren. Actiepotentiaal golfvorm van het neuron van beide opnames worden weergegeven in A 'en B'. Vergelijkbare parameters van de stimulatie nodig voor 4 ratten te ontsnappen drempel met behulp van een getuide systeem (TS) waren of TWS (C). <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56299/56299fig5large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<img alt="Movie" src="/files/ftp_upload/56299/56299mov1.jpg"> 
Filmpje 1: Een voorbeeldige rat tentoonstellen van normale experimentele gedrag tijdens de plus doolhof-test De TWS kan het dier in te voeren van de open en gesloten armen zonder draden krijgen tangled up in het test-apparaat, maar het is klein en licht genoeg zodat het slechts minimaal zich bemoeit met de taak zelf. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56299/Movie_1_Exploratory_behavior_JoVE2017.mp4" target="_blank">Gelieve Klik hier om deze video te bekijken. (Klik met de rechtermuisknop om te downloaden.)</a>

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

In vivo electrophysiology is a powerful technique to investigate the relationship between brain activity and behavior at a millisecond and micrometer ...

Het algemene doel van dit onderzoek was om een telemetrisch, bidirectioneel apparaat te ontwikkelen om multikanaals neurale opnames en stimulatie uit te voeren bij vrij bewegende ratten. Dit nieuwe apparaat kan helpen bij het beantwoorden van sleutelvraagstukken in het gebied van gedragsneurowetenschappen, zoals de causale relaties tussen hersenactivatiepatronen en gedrag. Om het telemetrische systeem te valideren, kozen we de inferior colliculus als doelneurostructuur, omdat er een duidelijke gedragsreactie op kan worden geïnduceerd door elektrische stimulatie.Het is algemeen bekend dat elektrische stimulatie van de inferior colliculus een geconditioneerde angstachtige gedragsreactie bij ratten induceert, zoals alertheid, bevriezing en ontsnappingsgedrag. We namen aan dat het kunnen induceren van zo'n duidelijk en ondubbelzinnig gedrag een echte uitdaging voor ons telemetrische systeem zou zijn. Het geïntegreerde telemetrische systeem bestaat uit een hoofdmodule, batterij, ontvanger en een micro-elektrode-eenheid die tijdens stereotactische chirurgie wordt geïmplanteerd.Hier getoond is een volledig geïntegreerd, draadloos systeem dat door ons is ontwikkeld, bestaande uit een enkele opname-elektrode, tetroden, stimulatie-elektrode, elektrode-vezelverbindingsbord, flexibele verbindingskabels, aardingsdraad, verbindingsbord, mannelijke of vrouwelijke connector voor TWS, TWS-micro-elektrode-eenheid verbonden met de voorversterker en de houder voor bevestiging aan een stereotactisch frame. Om deze procedure te beginnen, fixeer en aligneer horizontaal het hoofd van het dier in het stereotactische apparaat met behulp van oorbalken en bovenste snijtandbalk. Vervolgens scheer het operatieveld, met chirurgische haarsnijders of schaar en steriliseer de hoofdhuid met povidonjodium.Plaats een verwarmingskussen onder het dier om hypothermie te voorkomen en behandel het oog met dexpanthenol om uitdroging te voorkomen. Injecteer vervolgens Xylocaine in het centrum van de operatieplaats. Maak daarna een kleine incisie met het scalpel om de schedel bloot te leggen.Separeer de huid voorzichtig en verwijder resterend weefsel. Reinig vervolgens voorzichtig de schedel met op waterstofperoxide gecoate wattenstaafjes. Boor vervolgens vier kleine gaten in de schedel voor de bevestiging van roestvrijstalen schroeven.Vervolgens boor een gat van ongeveer zeven millimeter in de schedel boven het doelgebied voor de bevestiging van de elektrode-eenheid. Verbind de micro-elektrode-eenheid en elektrodehouder met de voorversterker die is bevestigd aan de stereotactische micromanipulator. Absorbeer eventueel bloed met wattenstaafjes.Breng vervolgens de micro-elektrode-eenheid verticaal in totdat de uiteinden het doelgebied bereiken. Plaats de aardingskabel langs de roestvrijstalen schroeven en onder de huid. Pas daarna pas de elektrode voorzichtig aan met de micromanipulator totdat deze een zone van actieve neuronen in de doelstructuur bereikt.Controleer ondertussen de spike-activiteit en detecteer neurale activiteit met het signaal-ruisverhouding geschikt voor spike-sortering. Bevestig vervolgens de micro-elektrode-eenheid op de schedel met ultraviolette lijm. Bedek de schroeven en de aardingskabel met acrylhars.Vervolgens koppelt u de micro-elektrode-eenheid los van de elektrodehouder. Bedek het contactplaatje en kleine kabels met acrylhars. Verwijder voorzichtig de speld uit het stereotactische frame en koppel de voorversterker los van de micro-elektrode-eenheid.Verbind vervolgens de kapbescherming op de geïmplanteerde micro-elektrode-eenheid en koppel deze alleen los tijdens de experimentele procedures. Controleer het welzijn van het dier en vul elke dag een scoreblad in tot het einde van de experimenten. Houd de ratten minimaal één dag na de operatie individueel in de thuiscamer om herstel toe te laten en huis de ratten vervolgens per paar.Enkelhokjes moeten worden afgedekt met hoge acryldeksels. Vermijd conventionele deksels gemaakt van metalen gaas, omdat implantaten vast kunnen raken en na verloop van tijd beschadigd of onstabiel kunnen raken. Open de TWS-software en sluit de zender/ontvanger aan op de USB-poort van de computer.De zender/ontvanger kan binnen vijf meter boven het dier worden geplaatst. Zodra er geen metalen barrière tussen de zender/ontvanger en de kopmodule van het dier wordt geïntroduceerd, is de TWS toepasbaar op een breed scala aan gedragstaken. Verbind de batterij met de bovenkant van de kopmodule.Zorg ervoor dat er een groen licht brandt in de kopmodule terwijl de batterij eraan is verbonden. Verbind vervolgens de kopmodule rechtstreeks met de geïmplanteerde micro-elektrode. Als voorbeeld van gedragstests gebruiken we het open veld voor de meting van algemene gedragsactiviteit en de verhoogde plus-doolhof, een standaardtest om angstachtig gedrag bij ratten te beoordelen.Plaats de rat in het centrum van het open veld voor de open veldtest. Laat de rat minimaal vijf minuten het apparaat verkennen. Druk op de verbindingsknop om de hostcomputer te verbinden met het telemetrische systeem.De status moet veranderen van offline naar online. Selecteer het menu voor de instelling van stimulusparameters. Selecteer de stimulatiegeneratorparameters volgens uw stimulatie-experiment.Bijvoorbeeld, pulsamplitude een, pulsamplitude twee, pulsfrequentie en treinfrequentie. Als alle stimulatieparameters zijn ingesteld op de vereiste waarden, beweeg de muis naar Stimulus Start en druk op de Stimulus Start-knop. Beweeg de muisaanwijzer naar de Graph Start Display-knop.Beweeg de muisaanwijzer naar het Graph View-menu om de grafieken te selecteren om het stimulatiesignaal weer te geven. Voor de verhoogde plus-doolhoftest is de plus-doolhof die in deze experimenten wordt gebruikt gemaakt van grijs acryl en bestaat uit twee open armen en twee gesloten armen die zich uitstrekken vanaf een centraal platform dat 50 centimeter boven de vloer is verhoogd. Plaats de rat in het centrum van de plus-doolhof met de kop richting een open arm.Laat de rat het apparaat vijf minuten vrij verkennen. Druk op de verbindingsknop om de hostcomputer te verbinden met het telemetrische systeem. De status moet veranderen van offline naar online.De communicatiesterkte en resterende batterijcapaciteit wordt weergegeven door de groene balk in de linkerboven

a-wireless-bidirectional-interface-for-vivo-recording-stimulation

Research

JoVE Journal

Behavior

Gedrag

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

The video demonstrates a procedure for implanting a wireless bidirectional multichannel electrode unit into a rat brain to record and stimulate multichannel neural networks.

Implanting a Wireless Bidirectional Microelectrode System in a Rat Brain

This video demonstrates the method of implanting an on-head electrode system in an anesthetized rat for real-time seizure detection. The procedure includes placing stimulation and recording electrodes, securing them with dental cement, and connecting them to a head-mounted amplifier.

Implanting an On-Head Electrode System in a Rat Model for Real-Time Seizure Detection

The video demonstrates long-term continuous electroencephalography (EEG) monitoring in rodent pups using a wireless transmitter system. The transmitter contains two recording electrodes and one reference electrode extending to the brain's surface. Upon placing the pup in a recording chamber, EEG can be continuously monitored throughout the pup's development into adulthood.

Long-Term Continuous Electroencephalography Monitoring in a Rodent Pup

Hier demonstreren we het gebruik van een draadloze technologie voor elektro-encefalogram (EEG) in neonatale knaagdiermodellen van menselijke ziekten. Met telemetrie zijn er geen belemmerende verbindingen, waardoor natuurlijk gedrag mogelijk is.

Langdurige Continue EEG-monitoring in kleine knaagdieren modellen van de ziekte bij de mens met behulp van de Epoch draadloze transmitter System

We tonen chirurgische implantatie en recording procedures visuele elektrofysiologische signalen van het oog (electroretinogram) en hersenen (visuele evoked potential) in ratten bij bewustzijn, dat meer analoog is aan de menselijke aandoening waarbij opnamen zonder verdoving uitgevoerd worden verwart meten.

Implantatie en Registratie van Wireless electroretinogram en Visual opgewekte potentiele in Conscious Rats

Deze studie introduceert een methode voor het gelijktijdig opnemen van lokale veld potentieel in de hersenen, elektrocardiogrammen, electromyograms en signalen voor een vrij bewegend rat te ademen. Deze techniek, die experimentele kosten vermindert en vereenvoudigt gegevensanalyse, zal bijdragen aan het begrip van de interacties tussen de hersenen en perifere organen.

Gelijktijdige opnamen van corticale lokale veld Potentials, elektrocardiogram Electromyogram en ademhaling ritme van een vrij bewegende Rat

Hier presenteren we een uniek, 3D-printbaar implantaat voor ratten, genaamd TD Drive, dat in staat is tot symmetrische, bilaterale draadelektrode-opnames, momenteel in maximaal tien gedistribueerde hersengebieden tegelijk.

De TD Drive: een parametrisch, open-source implantaat voor elektrofysiologische opnames van meerdere gebieden bij zich gedragende en slapende ratten

Er wordt een protocol gepresenteerd voor de installatie en voorbereiding van intramusculaire elektroden, samen met een diervriendelijke, geminiaturiseerde meetapparatuur voor elektromyografie (EMG) analyse in locomotiestudies. Dit systeem maakt de draadloze overdracht van real-time EMG-gegevens mogelijk voor het onderzoeken van herstel van locomotie bij ratten met een beroertemodel.

Een realtime draagbaar elektromyografie meetsysteem voor kleine dieren

Dit protocol is ontwikkeld om een betrouwbaar en gemakkelijk toegankelijk systeem te creëren voor het registreren van vrij bewegende EEG van knaagdieren.

Een kosteneffectief en minimaal invasief protocol voor chronische multi-site elektro-encefalografie-opname bij vrij bewegende muizen

Verken een draadloze, bidirectionele telemetrische interface voor neurale opname en stimulatie bij vrij bewegende ratten. Dit systeem maakt onderzoek naar causale relaties tussen hersenactivatie en gedrag mogelijk.

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

Meer video's verkennen