Optrode Array voor gelijktijdige optogenetische modulatie en elektrische neurale opname

Dit protocol omvat het fabriceren op optrode-systeem voor gelijktijdige optogenetische stimulatie en elektrofysiologische registratie. Het voorgestelde LED-gebaseerde systeem verbetert de efficiëntie van de lichtkoppeling via een microlensarray. Een LED-lichtbron heeft een eenvoudige verlichtingsinstallatie dan een laserlichtbron, zodat het systeem gemakkelijk toepasbaar is op het draadloze systeem.

Optogenetica is een padtechniek voor het begrijpen van de pathologie van neurologische ziekten en behandelingsmechanismen. Optogenetica kan worden toegepast om dwarslaesie, epilepsie, de ziekte van Parkinson en de ziekte van Alzheimer te behandelen. Ons LED-gebaseerde apparaat kan verder worden geïmplementeerd als een draadloos systeem met verschillende voordelen, zoals lage systeemcomplexiteit, kosteneffectiviteit en een laag stroomverbruik.

Sluit eerst de vrouwelijke connector van 1,27 millimeter aan op de voorversterker van het hoofdpodium. Plaats de LED in de 3D-geprinte behuizing. Meet de lichtintensiteit aan het einde van de optische vezelpunt met behulp van een fotodiode.

Dompel de wolfraamelektroden en optische vezels gedurende 15 minuten onder in alcohol en droog ze aan de lucht. Scheer de hoofdhuid en plaats de verdoofde muis in het stereotactische frame. Plaats de kop in het stereotactische frame en steek oorstaven in de meatus.

Schakel het thermische verwarmingskussen in dat is ingebed in het stereotactische frame in en houd de lichaamstemperatuur op 37 graden Celsius tijdens de chirurgische ingrepen. Pas de incisiebalk aan voor het instellen van de hoogte van de incisiebalk en span de neusklem tegen de snuit aan. Bedek de ogen met vaseline om uitdroging te voorkomen.

Til de huid in het hoofd op met een tang, beveilig een injectieruimte en injecteer 1% lidocaïne onder de hoofdhuid. Voer een sagittale incisie uit met behulp van een scalpel en een fijne schaar. Houd de ingesneden huid vast met een microlamp om de zichtbaarheid van het operatiegebied te vergroten.

Verwijder het botvlies met wattenstaafjes. Als er bloedingen zijn, dichtschroeien van de schedel met behulp van een bovie om de bloedvaten te verzegelen. Reinig de schedel met zoutoplossing en markeer de craniotomieplaatsen met behulp van een manipulatorarm.

Boor een gat boven het cerebellum en plaats een schroef voor de grond. Gebruik een precisieschroef om de grondschroef 0,5 millimeter diep te maken totdat deze de bovenkant van het cerebellum bereikt. Boor het gemarkeerde gebied en verwijder een stuk van de schedel met een tang.

Buig een 26-gauge naaldpunt met de klok mee in een hoek van 120 graden en stel het hersengebied bloot door de schuine kant van de naald naar boven gericht in te brengen. Bevestig de optrode-array in de manipulatorarm en ga dicht bij het blootgestelde gebied staan. Plaats langzaam de optrode array en sluit de grondschroef aan op de zilverdraad die aan het systeem is bevestigd.

Plaats gelschuim tussen de blootgestelde hersenen en het apparaat om chemicaliën te beschermen tegen direct contact met de hersenen. Breng voorzichtig tandcement aan op de schedel om het apparaat te bevestigen en het gelschuim te bedekken. Voordat het tandcement volledig is uitgehard, scheidt u de hoofdhuid als deze aan het tandcement is bevestigd.

Trek aan de ingesneden huid met een tang om het verharde tandcement te bedekken en hecht de hoofdhuid. Plaats de verdoofde muis in het stereotactische frame. Stel het recept voor de lichtpuls in op een inschakelduur van 4% in een frequentie van 10 Hertz.

Stel de lichtstimulatie gedurende twee seconden in tijdens de neurale opname. Verwijder de plastic afdekking en bevestig het bovenste deel van de lichttoevoersystemen met de herbruikbare LED in circuits. Sluit de voorversterker van de koptrap aan op de geïmplanteerde vijfpolige connector.

Open de software en stel de softwarefilters in. Klik vervolgens op de bemonsteringsfrequentie van de versterker en stel deze in. Klik vervolgens op Bandbreedte wijzigen.

Stel de lagere bandbreedte van de versterker en de hogere bandbreedte van de versterker in. Controleer software DAC High-Pass Filter. Open Spike Scope en controleer neurale signalen met behulp van de spanningsdrempel.

Klik op Stoppen en opnemen. Laad de verkregen gegevens met MATLAB en controleer onbewerkte gegevens. Voer vervolgens spike-sorteercode uit die het wave clust-algoritme bevat.

Controleer gesorteerde pieken in rasterplot. Plot nu het tellen van spikes en controleer opgeroepen spikes tijdens lichtstimulatie. De figuur toont hele geregistreerde golfvormen met exacte omstandigheden, inclusief twee seconden licht op periode in het midden.

Het aantal opgeroepen individuele neurale pieken na elke lichtstimulatiepuls nam aanzienlijk toe in vergelijking met de basislijn met verschillende tijdbakken van twee seconden en 0,2 seconden. De figuur toont een spike histogram voor elk kanaal voor, tijdens en na lichtstimulatie. De inzetfiguur geeft de locatie van de geïmplanteerde optrode-array aan.

Verder toont de ingezoomde versie een spike histogram met een tijdbak van 100 milliseconden. De blauwe balk geeft de periode weer waarin het LED-lampje brandde om de respons op te nemen. Om de artefactruis van het LED-aandrijfstroomproces te minimaliseren, moet het systeem worden ontworpen om voldoende afstand tussen het elektrosignaalpad en het LED-circuit te garanderen.

Het voorgestelde LED-gebaseerde optrode-systeem kan de verschillende neurosignalering onderzoeken die verband houden met het gedrag van dieren, omdat het optogenetische stimulatie kan leveren en de opgeroepen neuroresponsen kan registreren. Een LED optrode array is compatibel met de draadloze optogenetica-interface, die kan worden gebruikt in vrij bewegend dieronderzoek.