Name: Een lichtgewicht aandrijfimplantaat voor chronische Tetrode-opnames bij jonge muizen (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-06-02T15:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 34 s
Description: Leer een lichtgewicht micro-drive-implantaat voor chronische tetrode-opnames bij jonge muizen. Deze methode maakt gelijktijdige registratie van tot 16 bilaterale hersengebieden mogelijk om netwerkontwikkeling te bestuderen.

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 National Institutes of Health R01 NS104829 (B.E.P.), R01 MH117149 (L.J.V.), en F99NS12053 (L.D.Q.) en de UT Southwestern GSO Endowment Award (R.J.P. en L.D.Q.). De auteurs bedanken Jenny Scaria (Texas Tech University Health Sciences Center School of Pharmacy) voor technische assistentie en Dr. Brendon Watson (University of Michigan) voor methodologische suggesties.

Micro-drive-implantaat voor het registreren van dagelijkse neurale activiteit bij jonge muizen

<ol><li>Konrad, K., Firk, C., Uhlhaas, P. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Brain+development+during+adolescence%5BTitle%5D)+AND+%22Deutsches+Arzteblatt+International%22%5BJournal%5D)">Brain development during adolescence.</a> Deutsches Arzteblatt International. 110 (25), 425-431 (2013).</li>
<li>Silbereis, J. C., Pochareddy, S., Zhu, Y., Li, M., Sestan, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+cellular+and+molecular+landscapes+of+the+developing+human+central+nervous+system%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">The cellular and molecular landscapes of the developing human central nervous system.</a> Neuron. 89 (2), 248-268 (2016).</li>
<li>Semple, B. D., Blomgren, K., Gimlin, K., Ferriero, D. M., Noble-Haeusslein, L. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Brain+development+in+rodents+and+humans%3A+Identifying+benchmarks+of+maturation+and+vulnerability+to+injury+across+species%5BTitle%5D)+AND+%22Progress+in+Neurobiology%22%5BJournal%5D)">Brain development in rodents and humans: Identifying benchmarks of maturation and vulnerability to injury across species.</a> Progress in Neurobiology. 106-107, 1-16 (2013).</li>
<li>Volk, L., Chiu, S. -L., Sharma, K., Huganir, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Glutamate+synapses+in+human+cognitive+disorders%5BTitle%5D)+AND+%22Annual+Review+of+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Glutamate synapses in human cognitive disorders.</a> Annual Review of Neuroscience. 38, 127-149 (2015).</li>
<li>Lord, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Autism+spectrum+disorder%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Reviews+Disease+Primers%22%5BJournal%5D)">Autism spectrum disorder.</a> Nature Reviews Disease Primers. 6, 5(2020).</li>
<li>McCutcheon, R. A., Reis Marques, T., Howes, O. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Schizophrenia+-+An+overview%5BTitle%5D)+AND+%22JAMA+Psychiatry%22%5BJournal%5D)">Schizophrenia - An overview.</a> JAMA Psychiatry. 77 (2), 201-210 (2020).</li>
<li>Hopfield, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neural+networks+and+physical+systems+with+emergent+collective+computational+abilities%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences+of+the+United+States+of+America%22%5BJournal%5D)">Neural networks and physical systems with emergent collective computational abilities.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 79 (8), 2554-2558 (1982).</li>
<li>Heeger, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Theory+of+cortical+function%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences+of+the+United+States+of+America%22%5BJournal%5D)">Theory of cortical function.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 114 (8), 1773-1782 (2017).</li>
<li>Pouget, A., Dayan, P., Zemel, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Information+processing+with+population+codes%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Reviews+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Information processing with population codes.</a> Nature Reviews Neuroscience. 1, 125-132 (2000).</li>
<li>Averbeck, B. B., Latham, P. E., Pouget, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neural+correlations%2C+population+coding+and+computation%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Reviews+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Neural correlations, population coding and computation.</a> Nature Reviews Neuroscience. 7 (5), 358-366 (2006).</li>
<li>Bey, A. L., Jiang, Y. -H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Overview+of+mouse+models+of+autism+spectrum+disorders%5BTitle%5D)+AND+%22Current+Protocols+in+Pharmacology%22%5BJournal%5D)">Overview of mouse models of autism spectrum disorders.</a> Current Protocols in Pharmacology. 66, 1-26 (2014).</li>
<li>Kazdoba, T. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Translational+mouse+models+of+autism%3A+Advancing+toward+pharmacological+therapeutics%5BTitle%5D)+AND+%22Current+Topics+in+Behavioral+Neurosciences%22%5BJournal%5D)">Translational mouse models of autism: Advancing toward pharmacological therapeutics.</a> Current Topics in Behavioral Neurosciences. 28, 1-52 (2016).</li>
<li>Mendoza, M. L., Quigley, L. D., Dunham, T., Volk, L. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((KIBRA+regulates+activity-induced+AMPA+receptor+expression+and+synaptic+plasticity+in+an+age-dependent+manner%5BTitle%5D)+AND+%22iScience%22%5BJournal%5D)">KIBRA regulates activity-induced AMPA receptor expression and synaptic plasticity in an age-dependent manner.</a> iScience. 25 (12), 105623(2022).</li>
<li>Bernardet, M., Crusio, W. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fmr1+KO+mice+as+a+possible+model+of+autistic+features%5BTitle%5D)+AND+%22The+Scientific+World+Journal%22%5BJournal%5D)">Fmr1 KO mice as a possible model of autistic features.</a> The Scientific World Journal. 6, 1164-1176 (2006).</li>
<li>Weaving, L. S., Ellaway, C. J., Gécz, J., Christodoulou, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rett+syndrome%3A+Clinical+review+and+genetic+update%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Medical+Genetics%22%5BJournal%5D)">Rett syndrome: Clinical review and genetic update.</a> Journal of Medical Genetics. 42 (1), 1-7 (2005).</li>
<li>Krawczyk, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hippocampal+hyperexcitability+in+fetal+alcohol+spectrum+disorder%3A+Pathological+sharp+waves+and+excitatory%2Finhibitory+synaptic+imbalance%5BTitle%5D)+AND+%22Experimental+Neurology%22%5BJournal%5D)">Hippocampal hyperexcitability in fetal alcohol spectrum disorder: Pathological sharp waves and excitatory/inhibitory synaptic imbalance.</a> Experimental Neurology. 280, 70-79 (2016).</li>
<li>Jaramillo, T. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Altered+striatal+synaptic+function+and+abnormal+behaviour+in+Shank3+exon4-9+deletion+mouse+model+of+autism%5BTitle%5D)+AND+%22Autism+Research%22%5BJournal%5D)">Altered striatal synaptic function and abnormal behaviour in Shank3 exon4-9 deletion mouse model of autism.</a> Autism Research. 9 (3), 350-375 (2016).</li>
<li>Suh, J., Foster, D. J., Davoudi, H., Wilson, M. A., Tonegawa, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Impaired+hippocampal+ripple-associated+replay+in+a+mouse+model+of+schizophrenia%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">Impaired hippocampal ripple-associated replay in a mouse model of schizophrenia.</a> Neuron. 80 (2), 484-493 (2013).</li>
<li>Altimus, C., Harrold, J., Jaaro-Peled, H., Sawa, A., Foster, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Disordered+ripples+are+a+common+feature+of+genetically+distinct+mouse+models+relevant+to+schizophrenia%5BTitle%5D)+AND+%22Molecular+Neuropsychiatry%22%5BJournal%5D)">Disordered ripples are a common feature of genetically distinct mouse models relevant to schizophrenia.</a> Molecular Neuropsychiatry. 1 (1), 52-59 (2015).</li>
<li>Marcotte, E. R., Pearson, D. M., Srivastava, L. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Animal+models+of+schizophrenia%3A+A+critical+review%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Psychiatry+and+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Animal models of schizophrenia: A critical review.</a> Journal of Psychiatry and Neuroscience. 26 (5), 395-410 (2001).</li>
<li>Makuch, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Regulation+of+AMPA+receptor+function+by+the+human+memory-associated+gene+KIBRA%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">Regulation of AMPA receptor function by the human memory-associated gene KIBRA.</a> Neuron. 71 (6), 1022-1029 (2011).</li>
<li>Dutta, S., Sengupta, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Men+and+mice%3A+Relating+their+ages%5BTitle%5D)+AND+%22Life+Sciences%22%5BJournal%5D)">Men and mice: Relating their ages.</a> Life Sciences. 152, 244-248 (2016).</li>
<li>Kloosterman, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Micro-drive+array+for+chronic+in+vivo+recording%3A+Drive+fabrication%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">Micro-drive array for chronic in vivo recording: Drive fabrication.</a> Journal of Visualized Experiments. (26), e1094(2009).</li>
<li>Buzsáki, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Large-scale+recording+of+neuronal+ensembles%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Large-scale recording of neuronal ensembles.</a> Nature Neuroscience. 7 (5), 446-451 (2004).</li>
<li>Farooq, U., Dragoi, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Emergence+of+preconfigured+and+plastic+time-compressed+sequences+in+early+postnatal+development%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Emergence of preconfigured and plastic time-compressed sequences in early postnatal development.</a> Science. 363 (6423), 168-173 (2019).</li>
<li>Langston, R. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+of+the+spatial+representation+system+in+the+rat%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Development of the spatial representation system in the rat.</a> Science. 328 (5985), 1576-1580 (2010).</li>
<li>Wills, T. J., Cacucci, F., Burgess, N., O'Keefe, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+of+the+hippocampal+cognitive+map+in+preweanling+rats%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Development of the hippocampal cognitive map in preweanling rats.</a> Science. 328 (5985), 1573-1576 (2010).</li>
<li>Bjerknes, T. L., Moser, E. I., Moser, M. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Representation+of+geometric+borders+in+the+developing+rat%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">Representation of geometric borders in the developing rat.</a> Neuron. 82 (1), 71-78 (2014).</li>
<li>Bjerknes, T. L., Dagslott, N. C., Moser, E. I., Moser, M. -B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Path+integration+in+place+cells+of+developing+rats%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences%22%5BJournal%5D)">Path integration in place cells of developing rats.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 115 (7), E1637-E1646 (2018).</li>
<li>Jansen, N. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Impaired+%CE%B8-%CE%B3+coupling+indicates+inhibitory+dysfunction+and+seizure+risk+in+a+Dravet+syndrome+mouse+model%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Impaired θ-γ coupling indicates inhibitory dysfunction and seizure risk in a Dravet syndrome mouse model.</a> Journal of Neuroscience. 41 (3), 524-537 (2021).</li>
<li>Nguyen, D. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Micro-drive+array+for+chronic+in+vivo+recording%3A+Tetrode+assembly%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">Micro-drive array for chronic in vivo recording: Tetrode assembly.</a> Journal of Visualized Experiments. (26), e1098(2009).</li>
<li>Voigts, J., Siegle, J., Pritchett, D. L., Moore, C. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+flexDrive%3A+An+ultra-light+implant+for+optical+control+and+highly+parallel+chronic+recording+of+neuronal+ensembles+in+freely+moving+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Systems+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">The flexDrive: An ultra-light implant for optical control and highly parallel chronic recording of neuronal ensembles in freely moving mice.</a> Frontiers in Systems Neuroscience. 7, 8(2013).</li>
<li>Voigts, J., Newman, J. P., Wilson, M. A., Harnett, M. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+easy-to-assemble%2C+robust%2C+and+lightweight+drive+implant+for+chronic+tetrode+recordings+in+freely+moving+animals%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neural+Engineering%22%5BJournal%5D)">An easy-to-assemble, robust, and lightweight drive implant for chronic tetrode recordings in freely moving animals.</a> Journal of Neural Engineering. 17 (2), 026044(2020).</li>
<li>Guardamagna, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Hybrid+Drive%3A+A+chronic+implant+device+combining+tetrode+arrays+with+silicon+probes+for+layer-resolved+ensemble+electrophysiology+in+freely+moving+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neural+Engineering%22%5BJournal%5D)">The Hybrid Drive: A chronic implant device combining tetrode arrays with silicon probes for layer-resolved ensemble electrophysiology in freely moving mice.</a> Journal of Neural Engineering. 19 (3), (2022).</li>
<li>Yamamoto, J., Wilson, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Large-scale+chronically+implantable+precision+motorized+microdrive+array+for+freely+behaving+animals%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Large-scale chronically implantable precision motorized microdrive array for freely behaving animals.</a> Journal of Neurophysiology. 100 (4), 2430-2440 (2008).</li>
<li>Vora, S. R., Camci, E. D., Cox, T. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Postnatal+ontogeny+of+the+cranial+base+and+craniofacial+skeleton+in+male+C57BL%2F6J+mice%3A+A+reference+standard+for+quantitative+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Physiology%22%5BJournal%5D)">Postnatal ontogeny of the cranial base and craniofacial skeleton in male C57BL/6J mice: A reference standard for quantitative analysis.</a> Frontiers in Physiology. 6, 417(2016).</li>
</ol>

De auteurs hebben niets te onthullen.

Moderne experimenten die de in vivo neurale circuitfunctie bij knaagdieren onderzoeken, maken vaak gebruik van extracellulaire elektrofysiologie via permanent geïmplanteerde elektroden om de activiteit van individuele neuronen (d.w.z. enkele eenheden) of lokale populaties (via lokale veldpotentialen, LFP) te volgen, maar dergelijke methoden worden zelden toegepast op juveniele muizen vanwege technische uitdagingen. Dit manuscript beschrijft een methode voor het verkrijgen van in vivo elektrofysiologische opnames bij muizen over de ontwikkelingskritische vensters van p20 tot p60 en verder. Deze methodologie omvat een productieproces voor het printen en bouwen van een micro-drive implantaat, een chirurgische implantatieprocedure en een postoperatieve herstelstrategie, die allemaal specifiek zijn afgestemd op gebruik bij jonge muizen. Verschillende overwegingen waren van invloed op de ontwikkeling van dit protocol, waaronder de kleine omvang en relatieve zwakte van juveniele muizen in vergelijking met hun volwassen tegenhangers, evenals de verminderde ossificatie van de juveniele muizenschedel waarop de microdrive moest worden bevestigd.
Twee primaire methoden die vaak worden gebruikt om in vivo elektrofysiologie uit te voeren, zijn arrays van elektroden (bijv. Tetrodes) en siliciumsondes. Siliciumsondes zijn licht van gewicht, kunnen een groot aantal opnameplaatsen per gewichtseenheid bieden en zijn eerder gebruikt bij juveniele ratten25. Siliciumsondes zijn echter relatief duur per eenheid. Daarentegen kan de micro-drive die in dit manuscript wordt beschreven, worden geconstrueerd met minder dan $ 50 USD aan grondstoffen, waardoor het een kosteneffectieve optie is voor in vivo opname. Bovendien moeten siliciumsondes vaak in vaste lijnen worden geïmplanteerd, wat de registratie van ruimtelijk diverse hersengebieden verbiedt. Het micro-drive-ontwerp dat in dit manuscript wordt beschreven, maakt daarentegen gebruik van onafhankelijk instelbare tetrodes om gelijktijdige opnames op maximaal 16 verschillende locaties mogelijk te maken met vrijwel geen beperking van de ruimtelijke relatie tussen die locaties. Dit ontwerp met microaandrijving kan eenvoudig worden aangepast om andere locaties te kunnen targeten dan die hier worden beschreven door de extrusies van het canulegat naar elke gewenste voorste / achterste en mediale / distale locatie te verplaatsen. Bij het richten op alternatieve hersengebieden is het belangrijk op te merken dat hoewel de tetrodes vaak recht zullen reizen, het mogelijk is dat deze dunne draden enigszins afbuigen als ze de canule met microaandrijving verlaten. Dus hoe kleiner of ventraaler een hersengebied is, hoe uitdagender het zal zijn om het gebied met succes met tetrodes aan te vallen.
Het micro-drive implantaat dat in dit manuscript wordt beschreven, is fundamenteel vergelijkbaar met verschillende eerdere op tetrode gebaseerde micro-drive ontwerpen 23,32,33,34,35 in die zin dat de individuele tetrodes op schroeven worden bevestigd, die de fijne controle van de opnamediepte van elke tetrode mogelijk maken. Hoewel verschillende kenmerken van het huidige ontwerp van de microaandrijving uniek zijn, waaronder het gemak van het richten op ruimtelijk verdeelde hersengebieden, is de primaire nieuwigheid van het huidige manuscript de beschrijving van chirurgische implantatie en herstelstrategieën na de operatie, die chronische studies van netwerkactiviteit in nog steeds ontwikkelende juveniele muizen mogelijk maken. De hier beschreven operatie- en herstelmethoden kunnen inderdaad worden aangepast om andere implantaten bij juveniele muizen te ondersteunen.
Om een consistente registratie gedurende meerdere dagen te behouden, moeten de draden of sondes stevig op de schedel worden bevestigd. Terwijl de algehele structuur van de muizenschedel slechts kleine veranderingen ondergaat na p20, wordt de schedel aanzienlijk dikker tussen de leeftijd p20 en p4536. Inderdaad, de schedel op p20 is onvoldoende stijf om een bevestigd implantaat te ondersteunen zonder beschadigd te raken. Om deze biologische beperking te overwinnen, verdikt dit protocol de schedel kunstmatig via cyanoacrylaat tijdens de implantatieoperatie. Implantatie bij muizen jonger dan p20 is waarschijnlijk mogelijk met behulp van deze strategie, maar de schedel van de muis ondergaat aanzienlijke grootte- en vormveranderingen tot ongeveer p2036. Implantatie voor langere perioden bij muizen jonger dan p20 wordt dus niet aanbevolen, omdat het cyanoacrylaat en de vaste botschroeven in de zich nog steeds ontwikkelende schedel de natuurlijke groei van de schedel en de onderliggende ontwikkeling van het hersenweefsel aanzienlijk kunnen beïnvloeden. Belangrijk is dat in deze studie geen impact werd waargenomen op de brutometingen van de schedel of hersengrootte na chronische implantatie vanaf p20 (figuur 5C).
Een cruciale stap in de methode die in dit manuscript wordt beschreven, is de herstelstrategie na de operatie; Volgens deze strategie moet het gewicht van het implantaat voortdurend worden gecompenseerd naarmate de muis ouder wordt en de ontwikkeling van het bewegingsapparaat en het bewegingsapparaat ondergaat. Vroeg na implantatie zijn muizen niet in staat om het gewicht van het implantaat met succes te dragen zonder het tegenwicht, wat leidt tot ondervoeding en uitdroging omdat de muis de voedsel- en waterbronnen in zijn kooi niet voldoende kan bereiken. Het contragewichtsysteem is eenvoudig en goedkoop te bouwen, triviaal om te implementeren en stelt muizen van elke implanteerbare leeftijd in staat om vrijelijk het geheel van hun thuiskooi te verkennen, waardoor voldoende voeding en hydratatie wordt gegarandeerd. Naarmate muizen ouder worden, kan de hoeveelheid tegenwicht worden verminderd totdat deze volledig kan worden verwijderd bij volwassen muizen; het wordt echter aanbevolen het contragewichtsysteem te blijven gebruiken voor de duur van het experiment, waarbij te allen tijde ten minste een nominaal contragewicht is bevestigd. Hoewel een volwassen muis in de loop van de tijd de grootte en het gewicht van de micro-drive kan dragen, produceert voortdurende natuurlijke beweging tijdens vrij gedrag zonder verbeterend contragewicht koppel en schuifkracht op de botschroeven die de micro-drive op de schedel verankeren, waardoor deze steeds waarschijnlijker losraakt, vooral tijdens langere chronische experimenten.
Twee belangrijke beperkingen zijn van belang voor de huidige studie. Ten eerste, om de impact van implantatie bij p20 op de schedel- en hersenontwikkeling te beoordelen, werden verschillende cohorten muizen geofferd na langdurige implantatie (figuur 5C). Hoewel deze analyses geen significante impact van implantatie op de schedelholtegrootte of hersenmassa onthulden (figuur 5C), onderzocht de huidige studie de schedelgrootte of hersenmassa niet op meerdere tijdstippen gedurende de vroege ontwikkelingsperiode van p20-p60. Hoewel eerder werk aantoont dat de ontwikkeling van de hersenholte wordt voltooid door p2036, is het mogelijk dat implantatie in dit vroege venster onverwachte veranderingen kan veroorzaken die worden gecorrigeerd of gecompenseerd door de volwassen leeftijden die hier werden geëvalueerd. Ten tweede waren de experimenten die de elektrofysiologische gegevens in figuur 3 en figuur 4 opleverden niet ontworpen om de celopbrengst te maximaliseren. Hoewel de hier gepresenteerde gegevens stabiele, chronische opnames en goed geïsoleerde afzonderlijke eenheden aantonen, mogen ze dus niet worden beschouwd als representatief voor de maximale potentiële opbrengst voor dit apparaat.
Veel menselijke neurologische en psychiatrische stoornissen manifesteren zich tijdens perioden van vroege ontwikkeling of tijdens de adolescentie, waaronder autisme en schizofrenie. Er is echter weinig bekend over de disfunctie op circuitniveau die aan deze ziekten ten grondslag kan liggen, ondanks de overvloed aan beschikbare muismodellen. De identificatie van deze initiële netwerkveranderingen is van cruciaal belang voor het creëren van vroege detectiestrategieën en behandelingsparadigma's. Toch blijft het vanwege technische uitdagingen onduidelijk hoe de netwerkfunctie wordt verstoord tijdens de ontwikkeling van muismodellen van neuropsychiatrische ziekten. De micro-drive en herstelstrategie die hier wordt beschreven, is ontworpen om onderzoek naar multiregionale hersennetwerkontwikkeling in het muizenbrein te ondersteunen en zo onderzoekers in staat te stellen een gezonde hersenontwikkeling te meten en veranderingen in die ontwikkeling in muismodellen van ziekten te identificeren.

De hersenen ondergaan grootschalige veranderingen tijdens de kritieke ontwikkelingsvensters van de kindertijd en adolescentie 1,2,3. Veel neurologische en psychiatrische ziekten, waaronder autisme en schizofrenie, manifesteren zich voor het eerst gedragsmatig en biologisch tijdens deze periode van jeugdige en adolescente hersenontwikkeling 4,5,6. Hoewel er veel bekend is over de cellulaire, synaptische en genetische veranderingen die optreden tijdens de vroege ontwikkeling, is er relatief weinig bekend over hoe processen op circuit- of netwerkniveau gedurende dit tijdvenster veranderen. Belangrijk is dat de hersenfunctie op circuitniveau, die uiteindelijk ten grondslag ligt aan complex gedrag, geheugen en cognitie, een niet-voorspelbare, emergente eigenschap is van cellulaire en synaptische functie 7,8,9,10. Om de hersenfunctie op netwerkniveau volledig te begrijpen, is het dus noodzakelijk om neurale activiteit direct te bestuderen op het niveau van een intact neuraal circuit. Om te identificeren hoe hersenactiviteit wordt veranderd tijdens de progressie van neuropsychiatrische stoornissen, is het bovendien van cruciaal belang om netwerkactiviteit in een geldig ziektemodel te onderzoeken tijdens het specifieke temporele venster wanneer de gedragsfenotypen van de ziekte zich manifesteren en om de waargenomen veranderingen te volgen terwijl ze aanhouden tot in de volwassenheid.
Een van de meest voorkomende en krachtige wetenschappelijke modelorganismen is de muis, met grote aantallen unieke genetische stammen die neurologische ontwikkelingsstoornissen modelleren met leeftijdsafhankelijk begin van de gedrags- en / of ezelsbruggetjesfenotypen 11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21 . Hoewel het een uitdaging is om precieze ontwikkelingstijdpunten tussen de hersenen van mensen en muizen te correleren, geven morfologische en gedragsvergelijkingen aan dat p20-p21-muizen de menselijke leeftijden van 2-3 jaar oud vertegenwoordigen, en p25-p35-muizen vertegenwoordigen de menselijke leeftijden van 11-14 jaar oud, waarbij muizen waarschijnlijk het ontwikkelingsequivalent van een menselijke 20-jarige volwassene bereiken door p603, 22. Dus, om beter te begrijpen hoe het juveniele brein zich ontwikkelt en om te identificeren hoe de neurale netwerken van de hersenen disfunctioneel worden bij ziekten zoals autisme of schizofrenie, zou het ideaal zijn om de hersenactiviteit in vivo bij muizen in de leeftijd van 20 dagen tot 60 dagen oud direct te volgen.
Een fundamentele uitdaging bij het monitoren van hersenactiviteit tijdens de vroege ontwikkeling bij muizen is echter de kleine omvang en relatieve zwakte van jonge muizen. De chronische implantatie van elektroden, die nodig is voor longitudinaal onderzoek naar de ontwikkeling van de hersenen, vereist meestal een grote, omvangrijke behuizing om de fijne elektrodraden en interfacebordente beschermen 23,24, en de implantaten moeten stevig worden bevestigd aan de schedel van de muis, die dunner en minder stijf is bij jonge muizen vanwege verminderde ossificatie. Zo zijn vrijwel alle onderzoeken naar in vivo knaagdierfysiologie uitgevoerd bij volwassen proefpersonen vanwege hun relatieve grootte, sterkte en schedeldikte. Tot op heden zijn de meeste studies die in vivo de hersenfysiologie van juveniele knaagdieren onderzoeken, uitgevoerd bij wild-type juveniele ratten, wat noodzakelijkerwijs het vermogen beperkt om de juveniele hersenfunctie experimenteel te volgen in een vrij gedragend model van een menselijke aandoening 25,26,27,28,29,30.
Dit manuscript beschrijft nieuwe implantaatbehuizing, een chirurgische implantatieprocedure en een postoperatieve herstelstrategie om de langetermijn (tot 4 of meer weken) in vivo hersenfunctie van juveniele muizen chronisch te bestuderen gedurende een ontwikkelingskritisch tijdvenster (p20 tot p60 en verder). De implantatieprocedure maakt de betrouwbare, permanente bevestiging van de elektroden aan de schedels van jonge muizen mogelijk. Bovendien is het ontwerp van de microaandrijving licht van gewicht, omdat deze microaandrijving ~ 4-6 g weegt wanneer deze volledig is gemonteerd, en vanwege het minimale tegenwicht dat nodig is om het gewicht van het implantaat te compenseren, heeft het geen invloed op de gedragsprestaties van jonge muizen tijdens typische gedragsparadigma's.

<table><tbody><tr><td>10 V video tracking LEDs</td><td>Neuralynx</td><td>HS-LED-Red/Green-omni-10V</td><td>Voor gebruik met headstage-voorversterkers die LED-aansluitingen bevatten voor bewegingstracking</td></tr><tr><td>16TT EIB Board</td><td>Neuralynx</td><td>EIB-36-16TT</td><td>Elektronische interface board- omnetics connector</td></tr><tr><td>16TT headstage pre-amplifier</td><td>Neuralynx</td><td>HS-36-LED</td><td>Omnetics 44 socket signaalversterker tussen EIB board en kabel voor opnametoepassingen; inclusief connectoren voor headstage LEDs voor bewegingstracking</td></tr><tr><td>Baby-Mixter hemostat</td><td>FST</td><td>13013-14</td><td>Fijne gebogen hemostat</td></tr><tr><td>Bone anchor screw</td><td>Stoelting</td><td>51457</td><td>Gebruikt om de EIB board aan het hoofdgedeelte van de aandrijving te bevestigen</td></tr><tr><td>Burpenorphine</td><td>ZooPharm</td><td>Lot #BERLAB0.5-221207</td><td>Burpenorphine (0,5 mg/mL) 5mL hoeveelheid</td></tr><tr><td>Cable tether</td><td>Neuralynx</td><td>HS-36 Litz Tether</td><td>Lichtgewicht afgeschermde draadtether voor omnetics headstages; lengteopties van 1 m/2 m/3 m/5 m</td></tr><tr><td>Carprofen/Rimadyl</td><td>Bio-Serve</td><td>MD150-2</td><td>Post-operatief ontstekingsremmend middel</td></tr><tr><td>Clear resin v4</td><td>Formlabs</td><td>FLGPGR04</td><td>Vloeibare hars die wordt fotogepolymeriseerd door de 3D-printer tijdens het 3D-printproces</td></tr><tr><td>Custom (shuttle) screw</td><td>Advanced Machining and Tooling, Inc.</td><td>Custom</td><td>Gefreesde en getrapte aangepaste schroeven</td></tr><tr><td>Dental acrylic liquid component</td><td>Teets denture material</td><td>Lot# 329801</td><td>vloeibare component van het dentuurmateriaal (zie hierboven)</td></tr><tr><td>Dental acrylic powder component</td><td>Teets denture material</td><td>Lot# 583987</td><td>'cold cure' dentuurmateriaal, methyl methacrylate; gemengd met vloeibare component voor toepassing om opnameapparaat op zijn plaats te bevestigen</td></tr><tr><td>DietGel Boost</td><td>ClearH2O</td><td>72-04-5022</td><td>Hoogcalorisch voedingssupplement voor jonge/herstellende muizen</td></tr><tr><td>Digital Lynx 16SX</td><td>Neuralynx</td><td>DigitalLynx 16SX Base</td><td>Hoofdopnameapparaat met 16 combo board slots voor maximaal 512 opnamekanalen</td></tr><tr><td>Dissector scissors- heavy blades</td><td>FST</td><td>14082-09</td><td>Verschillende</td></tr><tr><td>Dumont #5 ceramic coated forceps</td><td>FST</td><td>11252-50</td><td>Tetrode-behandeling/draad/bevestiging</td></tr><tr><td>Dumont #5SF forceps</td><td>FST</td><td>11252-00</td><td>Multifunctioneel gebruik</td></tr><tr><td>Dumont #5SF forceps</td><td>FST</td><td>11252-00</td><td>Multifunctioneel chirurgisch gebruik</td></tr><tr><td>Dumont #7 fine forceps (curved)</td><td>FST</td><td>11274-20</td><td>Verschillende</td></tr><tr><td>Dumont #7 fine forceps (curved)</td><td>FST</td><td>11274-20</td><td>Multifunctioneel chirurgisch gebruik</td></tr><tr><td>EIB-36 plating adapter</td><td>Neuralynx</td><td>EIB-36 plating adapter</td><td>Plating/assemblage gebruik</td></tr><tr><td>EIB-36 plating adapter</td><td>Neuralynx</td><td>EIB-36 plating adapter</td><td>Stereotactische accessoire voor het lager brengen van de aandrijving op de schedel tijdens de operatie</td></tr><tr><td>Euthasol</td><td>Virbac</td><td>710101</td><td>Pentobarbital natrium voor euthanasie</td></tr><tr><td>Extra fine Bonn scissors</td><td>FST</td><td>14083-38</td><td>Verschillende</td></tr><tr><td>Extra fine graefe forceps</td><td>FST</td><td>11150-10</td><td>Kleine rechte getande forceps</td></tr><tr><td>Extra fine graefe forceps</td><td>FST</td><td>11150-10</td><td>Kleine rechte getande forceps</td></tr><tr><td>Fine hemostats</td><td>FST</td><td>13006-12</td><td>Fijne hemostatis</td></tr><tr><td>Fine scissors- CeramaCut</td><td>FST</td><td>14958-09</td><td>Tetrode snijden</td></tr><tr><td>Fine scissors- ToughCut</td><td>FST</td><td>14058-09</td><td>Verschillende</td></tr><tr><td>Form 3+</td><td>Formlabs</td><td>PKG-F3-P-WS-SVC-BASIC</td><td>3D-printer voor het fabriceren van alle bedrukte onderdelen/materialen; low-force stereolithography 3D-printer (LFS)</td></tr><tr><td>Gel super glue</td><td>Loctite</td><td>1363589</td><td>Verschillende stappen</td></tr><tr><td>Graefe forceps</td><td>FST</td><td>11049-10</td><td>Kleine hoekige getande forceps</td></tr><tr><td>Ground wire</td><td>A-M Systems</td><td>Lot# 582335</td><td>Roestvrijstalen kale draad,.005" diameter, gegloeid, 100 voet</td></tr><tr><td>Hair removal gel</td><td>Generic</td><td>Commercieel verkrijgbaar</td><td>Voor pre-op verwijdering van haar van de bovenkant van het muizenhoofd</td></tr><tr><td>Heat gun</td><td>Dewalt</td><td>D26960K</td><td>Tetrode-fusie na spinnen</td></tr><tr><td>High temperature cautery kit</td><td>FST</td><td>18010-00</td><td>Voor gebruik met botwas indien van toepassing</td></tr><tr><td>Hot bead sterilizer</td><td>FST</td><td>18000-45</td><td>Elektrisch sterilisatieapparaat voor ad hoc instrument sterilisatie tijdens chirurgische procedures</td></tr><tr><td>Isoflurane</td><td>Covetrus</td><td>11695067771</td><td>Standaard isoflurane vloeibare anesthsia voor gebruik in isoflurane verdamper tot max 5%</td></tr><tr><td>Isopropyl alcohol 91%</td><td>Generic</td><td>Commercieel verkrijgbaar</td><td>Voor standaard pre-operatieve sterilisatieprocedure</td></tr><tr><td>Jewelry screw (bone screws for juvenile mice)</td><td>Component supply co.</td><td>MX-000120-02SFL</td><td>S/S machineschroef #000-120 x 1/8' filister-kop, gegroefde aandrijving</td></tr><tr><td>LaGrange scissors</td><td>FST</td><td>14173-12</td><td>Verschillende</td></tr><tr><td>Large polyimide tubing</td><td>Nordson medical</td><td>Lot # 13564</td><td>Polyimide buis- binnendiameter 0,0071"; buitendiameter 0,0115"; lengte 36"</td></tr><tr><td>Liquid super glue</td><td>Loctite</td><td>1365882</td><td>Verschillende stappen</td></tr><tr><td>Micro drill</td><td>Foredom</td><td>K.1070</td><td>K.1070 hoge snelheids roterende micromotor kit; met bedieningsbox, 3/32" collet, variabele snelheid voetbediening, handgreep; stereotactisch pasbaar; 100-115 V gebruik</td></tr><tr><td>Micro drill burr (0.5 mm+)</td><td>FST</td><td>19007-05/07/09</td><td>Craniotomie</td>

een lichtgewicht aandrijfimplantaat voor chronische tetrode-opnames bij jonge muizen

A Lightweight Drive Implant for Chronic Tetrode Recordings in Juvenile Mice

In vivo elektrofysiologie biedt een ongeëvenaard inzicht in de sub-second-level circuitdynamica van de intacte hersenen en vertegenwoordigt een methode van bijzonder belang voor het bestuderen van muismodellen van menselijke neuropsychiatrische aandoeningen. Dergelijke methoden vereisen echter vaak grote schedelimplantaten, die niet kunnen worden gebruikt bij muizen op vroege ontwikkelingstijdstippen. Als zodanig zijn er vrijwel geen studies van in vivo fysiologie uitgevoerd bij vrij gedragende baby- of juveniele muizen, ondanks het feit dat een beter begrip van de neurologische ontwikkeling in dit kritieke venster waarschijnlijk unieke inzichten zou opleveren in leeftijdsafhankelijke ontwikkelingsstoornissen zoals autisme of schizofrenie. Hier worden een micro-drive-ontwerp, chirurgische implantatieprocedure en postoperatieve herstelstrategie beschreven die chronische veld- en single-unit-opnames van meerdere hersengebieden tegelijkertijd bij muizen mogelijk maken naarmate ze ouder worden van postnatale dag 20 (p20) tot postnatale dag 60 (p60) en verder, een tijdvenster dat ruwweg overeenkomt met de menselijke leeftijd van 2 jaar oud tot volwassenheid. Het aantal opname-elektroden en uiteindelijke opnameplaatsen kan eenvoudig worden gewijzigd en uitgebreid, waardoor flexibele experimentele controle van de in vivo monitoring van gedrags- of ziekterelevante hersengebieden in de ontwikkeling mogelijk is.

Het hierboven beschreven protocol werd gebruikt om lokale veldpotentiaalsignalen en enkele eenheden van meerdere hersengebieden tegelijkertijd in muizen op te nemen, met dagelijkse opnames uitgevoerd in dezelfde muizen van p20 tot p60. Hier worden representatieve elektrofysiologische opnames van twee muizen en post-experiment histologie gemeld die de uiteindelijke opnamelocaties aantonen.
Chirurgische implantatie van de micro-drive in p20-muizen Een micro-drive (figuur 1) werd geconstrueerd (figuur 2) en chirurgisch geïmplanteerd in een p20-muis, zoals hierboven beschreven. Direct na de operatie werd de muis bevestigd aan het contragewichtsysteem (figuur 2G-I) en kon hij herstellen. Zodra de muis volledig mobiel was, werd de microdrive aangesloten op een in vivo elektrofysiologisch opnamesysteem. De kabels die de microdrive met het opnameapparaat verbonden, hingen boven de muis. Elektrofysiologische opnames (32 kHz) werden verkregen over alle kanalen gedurende 1 uur, terwijl de muis zich natuurlijk gedroeg in zijn thuiskooi. Na de opname werd de muis losgekoppeld van het opnamesysteem, opnieuw bevestigd aan het contragewichtsysteem en teruggebracht naar het vivarium met vrije toegang tot water en chow.
Dagelijkse registratie van neurale activiteit Elektrofysiologische opnames werden dagelijks gedurende enkele weken verkregen om de chronische monitoring van hetzelfde hersengebied over de kritieke ontwikkelingsvensters van p20-p60 mogelijk te maken. Sample raw local field potentials (LFP) van de chronische opnames zijn weergegeven in figuur 3A,C. Geïsoleerde afzonderlijke eenheden werden gelijktijdig verkregen uit meerdere tetrodes (figuur 3B). Eenheden met vergelijkbare golfvormen werden over meerdere dagen geïdentificeerd (figuur 3B, midden en rechts), maar vanwege de potentiële drift van de opname-elektrode was het niet mogelijk om definitief te beweren dat dezelfde eenheid over dagen werd geïdentificeerd. In een afzonderlijke muis geïmplanteerd op p20 en dagelijks geregistreerd gedurende enkele weken, werd neurale activiteit onderzocht op een tetrode gericht op dorsale gebied CA1. Rimpelingen met grote amplitude en goed geïsoleerde afzonderlijke eenheden werden op elke dag van de opname geïdentificeerd (figuur 4). Deze gegevens geven aan dat stabiele, hoogwaardige in vivo elektrofysiologische opnames van dezelfde muis kunnen zijn tijdens de vroege ontwikkeling.
Histologische bevestiging van de opnameplaatsen en de ontwikkelingseffecten van chronische implantatie Na de laatste opnamedag werd de muis grondig verdoofd via isofluraananesthesie, gevolgd door een dodelijke injectie van pentobarbitalnatrium en werd een stroom door de elektrodepunten geleid om kleine laesies op de opnameplaatsen te produceren. Post-experiment histologische sectie van het muizenbrein maakte de visualisatie van de uiteindelijke opnameplaatsen mogelijk (figuur 5A, B). In een apart cohort werden drie mannelijke en drie vrouwelijke muizen chirurgisch geïmplanteerd op p20 zoals hierboven beschreven. Gelijke aantallen nestgenoten werden ongeïmplanteerd gelaten en in identieke huisvestingsomstandigheden gehouden. De muizen werden geofferd op p62 (6 weken na de operatie voor het geïmplanteerde cohort). De schedels werden zorgvuldig gereinigd en er werden externe metingen gedaan van de bregma-tot-lambdaafstand (figuur 5C, linksboven) en de externe maximale schedelbreedte bij lambda (figuur 5C, rechtsboven). Er werd een incisie gemaakt langs de middellijn van de schedel en de helft van de schedel werd verwijderd om de hersenen weg te snijden voor massameting (figuur 5C, rechtsonder). De hoogte van de schedelholte bij bregma werd gemeten vanaf de intacte schedelhelft (figuur 5C, linksonder). Geen enkele maat was significant verschillend tussen de geïmplanteerde en niet-geïmplanteerde cohorten (Wilcoxon rank-sum test), wat aangeeft dat implantatie op lange termijn, beginnend bij p20, geen grove invloed heeft op de natuurlijke ontwikkeling van de schedel of het hersenvolume.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65228/65228fig01.jpg"> Figuur 1: Micro-drive componenten. Driedimensionale weergaven van de (A) micro-drive body, (B) canule, (C) conus, (D) deksel, (E) schroefbevestigingen en (F) tetrode-advancing screw. De kritieke kenmerken van elk onderdeel worden aangegeven. Meetdetails kunnen worden geëxtraheerd uit de modelbestanden die beschikbaar zijn op https://github.com/Brad-E-Pfeiffer/JuvenileMouseMicroDrive/. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65228/65228fig01large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65228/65228fig02.jpg"> Figuur 2: Micro-drive constructie . (A) Zijaanzicht en (B) bovenaanzicht van de tetrode-oprukkende schroef met de bovenste en onderste schroefbevestigingen aangesloten. (C) Zij- en (D) bovenaanzicht van de microaandrijving met het lichaam en de canule bevestigd en de grote polyimide-buizen die door elk canulegat lopen en tot de bodem van de canule zijn bijgesneden. (E) Zijaanzicht van de microaandrijving met de schroeven en kleine polyimidebuizen op hun plaats. De bovenkanten van de kleine polyimide buisjes worden vlak voor het laden van de tetrode bijgesneden. (F) Voltooide microdrive aangesloten op het stereotaxische apparaat. De beschermende kegel die normaal gesproken de microdrive zou omringen, is verwijderd voor visualisatiedoeleinden. Merk op dat sommige van de schroefbevestigingen zijn afgedrukt in een zwarte hars voor deze micro-drive. (G) Systeem ter ondersteuning van het tegenwicht. h) Zij- en (I) bovenaanzicht van een muizenkooi met het contragewichtsteunsysteem bevestigd. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65228/65228fig02large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65228/65228fig03.jpg"> Figuur 3: Representatieve elektrofysiologische opnames. Een p20-muis werd geïmplanteerd met een micro-drive zoals hierboven beschreven. Vanaf p21 en elke dag daarna gedurende 2 weken werd de muis aan het opnameapparaat bevestigd en werd neurale activiteit gedurende ten minste 1 uur geregistreerd. (A) Ruwe lokale veldpotentiaal (LFP) opnames van de bilaterale (L = links; R = rechts) anterieure cingulate cortex (ACC), hippocampusgebied CA3 (CA3) en hippocampusgebied CA1 (CA1). De gegevens werden elke dag verzameld; Voor de duidelijkheid worden alleen gegevens van oneven dagen weergegeven. Alle sporen werden genomen tijdens periodes van immobiliteit in de thuiskooi. Schaalbalk: 1 mV, 2 s. (B) Representatieve afzonderlijke eenheden geïsoleerd uit hippocampusgebied CA3 (links) en CA1 (rechts) voor de opnamen in paneel A. Alle ruwe golfvormen op elke elektrode worden in zwart weergegeven; Het gemiddelde staat in het rood. Schaalbalk: 50 μV, 0,2 ms. (C) Representatieve ruwe LFP-sporen voor elke 10e dag tot de laatste opnamedag op p60 voor een tweede muis geïmplanteerd op p20. De gegevens werden elke dag verzameld; Voor de duidelijkheid worden alleen gegevens van elke 10e dag weergegeven. Alle sporen werden genomen tijdens periodes van immobiliteit in de thuiskooi. Schaalbalk: 1 mV, 2 s. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65228/65228fig03large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65228/65228fig04.jpg"> Figuur 4. Stabiliteit van de chronische opnames. Een p20-muis werd geïmplanteerd met een micro-drive, zoals hierboven beschreven. Vanaf p21 en daarna gedurende 4 weken werd de muis aan het opnameapparaat bevestigd en werd de neurale activiteit gedurende ten minste 1 uur geregistreerd. Getoond zijn gegevens van de tetrodes gericht op dorsale hippocampus CA1. (A) Onbewerkte (boven) en rimpelgefilterde (onder) LFP voor geïdentificeerde rimpelgebeurtenissen op p21, p30 en p40. Om rimpelgebeurtenissen te identificeren, werd de ruwe LFP band-pass gefilterd tussen 125 Hz en 300 Hz, en de rimpelgebeurtenissen werden geïdentificeerd als voorbijgaande toenames van het rimpelbandvermogen groter dan 3 standaardafwijkingen boven het gemiddelde. Het begin en het einde van elke rimpeling werden gedefinieerd als het punt waarop de rimpelbandkracht terugkeerde naar het gemiddelde. De geïdentificeerde rimpelingen worden in het rood weergegeven. Schaalbalk: 100 ms, van boven naar beneden: 1.000 μV, 140 μV, 1.800 μV, 180 μV, 9.000 μV, 1.200 μV, 10.000 μV, 1.000 μV. (B) Een representatieve enkele eenheid van elke dag van de CA1-gerichte tetrode voor de opnames in paneel A. Alle ruwe golfvormen op elke elektrode worden in zwart weergegeven; Het gemiddelde staat in het rood. Schaalbalk 0,2 ms, van boven naar beneden: 50 μV, 100 μV, 100 μV. (C) Autocorrelogram van alle spikes voor afzonderlijke eenheden in paneel B. Deze gegevens tonen een stabiele plaatsing van de elektrode in de piramidale laag van de hippocampus gedurende meerdere weken. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65228/65228fig04large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65228/65228fig05.jpg"> Figuur 5: Representatieve histologie en impact op schedelontwikkeling. Een p20-muis werd geïmplanteerd met een micro-drive, zoals hierboven beschreven. Na de laatste opnamedag op p60 werden elektrolytische laesies geproduceerd op de opnameplaatsen en werden de hersenen doordrenkt met 4% paraformaldehyde. Om de opnamelocaties te identificeren, werden secties van 50 μm geproduceerd. (A) Laesies in CA1 en CA3 van de hippocampus. De pijlpunt geeft de CA3-opnameplaats aan; de dubbele pijlpunt geeft de CA1-opnameplaats aan. Schaalstaaf: 0,5 mm. (B) Laesies in de bilaterale ACC. De pijlpunten geven de ACC-opnamelocaties aan. Schaalbalk: 0,5 mm. (C) Schedelgrootte en hersenmassametingen van p62-muizen geïmplanteerd met een micro-drive op p20 (grijs) en niet-geplante nestgenoten (wit). De p-waarde van de Wilcoxon rank-sum test wordt gerapporteerd voor elke meting. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65228/65228fig05large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</a>

Hier beschrijven we een micro-drive-ontwerp, chirurgische implantatieprocedure en postoperatieve herstelstrategie die chronische veld- en single-unit-opnames van meerdere hersengebieden tegelijkertijd mogelijk maken in juveniele en adolescente muizen in een kritisch ontwikkelingsvenster van postnatale dag 20 (p20) tot postnatale dag 60 (p60) en verder.

Een lichtgewicht aandrijfimplantaat voor chronische Tetrode-opnames bij jonge muizen

In vivo electrophysiology provides unparalleled insight into the sub-second-level circuit dynamics of the intact brain and represents a method of ...

We zijn geïnteresseerd in het begrijpen van hoe de hersenen op netwerkniveau werken. Deze methode is onze poging om de ontwikkeling van hersennetwerken te onderzoeken om ontwikkelingsveranderingen in leeftijdsafhankelijke ziekten zoals autisme, schizofrenie of bipolaire stoornis te identificeren. De silicium sondetechnologie biedt een eenvoudigere, meer consistente methode om netwerkactiviteit in vivo vast te leggen.Maar desondanks bieden chronische tetra-opnames enkele voordelen ten opzichte van siliciumsondes, zoals gelijktijdige opname over een bredere ruimtelijke verdeling van hersengebieden. Chronische opnames vormen een unieke uitdaging voor in vivo elektrofysiologie vanwege verschillende factoren, waaronder gliose op de opnameplaatsen, beweging van de opnameplaats in de loop van de tijd of falen van de hechtingsmethode. Ons recente werk toonde aan dat de vegen gecodeerd door de thèta-oscillatie van de hippocampus tijdens actieve beweging van het dier om de honderd milliseconden of zo iteratief naar voren fietsen, prospectief mogelijke toekomstige toestanden evalueren en achteruit retrospectief eerdere acties evalueren.Het uitvoeren van deze in vivo opnames bij jonge muizen vormt verschillende technische uitdagingen vanwege de kleine omvang van de muizen, hun relatieve zwakte en het gebrek aan ontwikkeling in hun schedel. Onze methodologie overwint deze beperkingen en stelt ons in staat om dagelijks chronisch netwerkactiviteit te registreren in het zich ontwikkelende muizenbrein. Naast het chronisch registreren bij juveniele muizen, stelt onze methode ons in staat om tot 16 verschillende bilaterale hersengebieden vast te leggen, ongeacht de ruimtelijke relatie van die regio's.Deze ontwikkelingen zullen ons in staat stellen om te identificeren hoe netwerken functionele communicatie tot stand brengen tussen ontwikkelingen, zowel in het gezonde brein als in muismodellen van neurologische ontwikkelingsstoornissen, zoals autismespectrumstoornissen.

a-lightweight-drive-implant-for-chronic-tetrode-recordings-juvenile

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Neurowetenschap

In dit protocol hebben we laten zien hoe een micro-drive array voor chronisch elektrofysiologische opnames bij ratten fabriceren.

Micro-Array aandrijving voor chronische In vivo Opname: Drive Fabrication

In dit protocol hebben we laten zien hoe fabriceren en voorwaarde tetrodes voor gebruik met een micro-drive array, die werd ontworpen voor chronische elektrofysiologische opnames in ratten. Daarnaast illustreren we de laatste fase van de micro-drive-array constructie, die het installeren van de grond draden en een beschermende kegel bevat.

Micro-Array aandrijving voor chronische In vivo Opname: Tetrode Assembly

Het ontwerp, de fabricage en assemblage van een ultra-licht gemotoriseerd Microdrive wordt beschreven. Het apparaat biedt een kosteneffectieve en eenvoudig te gebruiken oplossing voor chronische opnames van afzonderlijke eenheden in kleine gedragen dieren.

Ontwerp en Montage van een Ultra-light Gemotoriseerde Microdrive voor Chronische Neurale Opnamen in Kleine Dieren

Het ontwerp en de assemblage van microdrives in vivo elektrofysiologische opnames van hersenen signalen van de muis beschreven. Door het aanbrengen van micro-elektrode bundels aan stevige driveable dragers, deze technieken zorgen voor langdurige en stabiele neurale opnames. Het lichtgewicht ontwerp zorgt voor onbeperkte gedrags prestaties door het dier volgende station implantatie.

Bouw van Microdrive Arrays voor Chronische Neurale Recordings in Awake Behaving Muizen

De bouw van een 3D-printbaar hyperdrive presenteren wij met achttien onafhankelijk regelbare schutterijofficieren. De hyperdrive is ontworpen om hersenactiviteit in vrij ratten gedragen over een periode van enkele weken.

Bouw van een verbeterde multi Tetrode Hyperdrive voor grootschalige neurale opname in ratten gedragen

Dit protocol beschrijft de bouw van een hybride Microdrive-array waarmee implantatie van negen onafhankelijk instelbare tetrodes en één instelbare opto-silicium sonde in twee hersengebieden in vrij bewegende muizen mogelijk is. Ook gedemonstreerd is een methode voor het veilig herstellen en hergebruiken van de opto-silicium sonde voor meerdere doeleinden.

Hybride Microdrive systeem met herstelbaar opto-silicium sonde en Tetrode voor Dual-site high density opname in vrij bewegende muizen

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

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

De bereiding van acute hersenplakjes van hippocampi geïsoleerd, evenals de gelijktijdige elektrofysiologische opnames van astrocyten en neuronen...

Dubbele Elektrofysiologische Opnames van synaptisch-opgeroepen astrogliale en Neuronale responsen bij acute hippocampus Slices

We beschrijven het ontwerp en de assemblage van geminiaturiseerde hoofdtelefoons die geschikt zijn voor het vervangen van natuurlijke auditieve een zangvogel van de feedback met een gemanipuleerde akoestisch signaal. Online geluidsverwerking hardware wordt gebruikt om song-uitgang te manipuleren, real-time fouten in auditieve feedback te introduceren via de hoofdtelefoon, en vocale motorisch leren rijden.

Een lichtgewicht, hoofdtelefoon-gebaseerd systeem voor het manipuleren van auditieve feedback in Zangvogels

Leer een lichtgewicht micro-drive-implantaat voor chronische tetrode-opnames bij jonge muizen. Deze methode maakt gelijktijdige registratie van tot 16 bilaterale hersengebieden mogelijk om netwerkontwikkeling te bestuderen.

Een lichtgewicht aandrijfimplantaat voor chronische Tetrode-opnames bij jonge muizen

Meer video's verkennen