Metoda Micro-drive Array do zapisu elektrofizjologicznego z wielu obszarów mózgu

Abstract

Źródło: Shikano, Y., et al. Simultaneous Recordings of Cortical Local Field Potentials, Electrocardiogram, Electromyogram, and Breathing Rhythm from a Swobodnie Poruszającego się Szczura. J. Vis. Exp. (2018).

Wideo demonstruje jednoczesny zapis elektrofizjologiczny z wielu obszarów mózgu u szczura przy użyciu zintegrowanego układu mikronapędów. Elektrody rejestrujące są umieszczone w opuszce węchowej, elektrody referencyjne w korze czołowej, a elektrody układu mikronapędów w hipokampie. Szczur może swobodnie żerować, a jednoczesny zapis ze wszystkich wszczepionych elektrod jest rejestrowany za pomocą matrycy.

Protocol

Wszystkie procedury dotyczące modeli zwierzęcych zostały sprawdzone przez lokalny instytucjonalny komitet opieki nad zwierzętami oraz weterynaryjną komisję rewizyjną JoVE.

1. Przygotowanie Zintegrowanej Macierzy Mikronapędów

1. Utwórz macierz mikronapędów dla zapisów korowego potencjału lokalnego pola (LFP), jak opisano w innym miejscu. Pozostaw co najmniej 6 metalowych otworów otwartych na płytce interfejsu elektrody (EIB) do wykorzystania jako kanały elektrokardiografii/elektromiografii/częstości oddechów (EKG/EMG/BR), które są podłączone do przewodów bioflex, jak opisano w 1.2.
2. Przetnij drut bioflex na 6 części o długości 5,0 cm. Zdejmij powłokę z politetrafluoroetylenu (PTFE) z obu końców wszystkich kawałków drutu o długości ~5,0 mm. Podłącz jeden koniec każdego z kawałków drutu do jednego z otwartych metalowych otworów (kanały EKG/EMG/BR) w EIB za pomocą złotego kołka.
3. Pokrój drut emaliowany na dwa kawałki o długości 5,0 cm. jeden koniec każdego z tych przewodów do kanałów uziemienia/odniesienia (g/r) w EIB (ilustracja 1).
4. W celu przygotowania elektrod EKG należy przeciąć drut bioflex na dwa 16-centymetrowe kawałki. Odklej powłokę PTFE z końców tych kawałków drutu na długości ~5.0 mm na jednym końcu (krótki koniec) i ~15 mm na drugim końcu (długi koniec).
5. Uformuj druciany pierścień o średnicy 2,0 mm, zginając długi koniec drutu i ustalając kształt pierścienia przez.
6. W celu przygotowania elektrod EMG należy przeciąć drut bioflex na 2 części o długości 8 cm. Zdjąć powłokę PTFE z obu końców tych kawałków drutu o długości ~5,0 mm.
7. W celu przygotowania elektrod BR należy przeciąć drut bioflex na 2 części o długości 6,0 cm. Odkleić powłokę emaliowaną z obu końców tych kawałków drutu o długości ~5,0 mm. jeden koniec każdego z tych kawałków drutu do łba ze stali nierdzewnej (średnica trzpienia: 1,0 mm, długość trzpienia: 4,0 mm).
8. W celu przygotowania elektrod uziemiających/referencyjnych (gr) należy przeciąć drut emaliowany na 2 części o długości 6,0 cm. Odklej powłokę emaliowaną z obu końców tych kawałków drutu o długości ~5,0 mm. jeden koniec każdego z tych kawałków drutu do łba ze stali nierdzewnej (średnica trzpienia: 1,4 mm, długość trzpienia: 3,0 mm).
9. Gaz sterylizuje wszystkie elektrody i ze stali nierdzewnej i utrzymuje je w czystej przestrzeni.

2. Implantacja zintegrowanej matrycy mikronapędowej i elektrod BR

1. Napraw szczura na urządzeniu stereotaktycznym. Wykonaj nacięcie ~3,0 cm na głowie wzdłuż linii środkowej od punktu między oczami do obszaru szyi. Odsłoń czaszkę.
2. Wykonaj dwie okrągłe kraniotomia o średnicach 0,7-1,0 mm powyżej opuszki węchowej 11,0 mm z przodu i 1 mm obustronne do bregmy za pomocą wiertła szybkoobrotowego. Wszczepij dwie elektrody BR w czaszkę, aż końcówki trzpieni zostaną przymocowane do powierzchni mózgu.
3. Wykonaj dwie okrągłe kraniotomia o średnicach 0,7-1,0 mm powyżej kory czołowej, 2,7 mm z przodu i 2,7 mm obustronnie do bregmy. Wszczepić dwie elektrody g/r w czaszkę, aż końcówka trzpienia zostanie przymocowana do powierzchni mózgu.
4. Wykonaj od sześciu do ośmiu otworów o średnicy 1,0 mm w obszarze otaczającym dużą kraniotomię. kotwiące implant (średnica trzpienia: 1,4 mm, długość trzpienia: 3,0 mm) w czaszce.
5. Wykonaj dużą okrągłą kraniotomię o średnicy ~2,0 mm powyżej hipokampa, 3,8 mm z tyłu i 2,5 mm obustronnie do bregmy. Umieść całkujący układ mikronapędów w taki sposób, aby końcówka kaniuli układu napędowego znajdowała się nad dużą kraniotomią
6. Wypełnij przestrzeń między końcówką kaniuli a powierzchnią mózgu ~100 μL dwóch roztworów, tj. 0,5% (masowo) alginianu sodu i 10% (masowo) chlorku wapnia.
   nuta: W procesie tym powstaje przezroczysty żel w ciągu ~5 minut, po zmieszaniu dwóch roztworów na czaszce.
7. Przykryj kaniulę, elektrody BR, elektrody g/r i kotwiące cementem dentystycznym o grubości 0.5 cm. Na tym etapie UWAŻAJ, aby NIE zakrywać otwartych końców elektrod BR i g/r cementem.
8. otwarte końce elektrod EKG, EMG, BR i g/r do poszczególnych końcówek przewodów, które były wcześniej podłączone do EIB (patrz kroki 1.2 i 1.3).
9. Przykryj dolną część zintegrowanego układu mikronapędów i wszystkie przewody elektrod cementem dentystycznym. Upewnij się, że wszystkie druty elektrod są całkowicie zakryte, aby szczur nie mógł ich wydrapać po implantacji.
10. Po odzyskaniu wystarczającej przytomności, aby utrzymać pozycję leżącą mostka, należy umieścić zwierzę z powrotem w przezroczystej klatce domowej z pleksiglasu i trzymać je samo ze swobodnym dostępem do wody i pożywienia. Po zabiegu należy leczyć zwierzę antybiotykami (gentamycyną).

3. Nagrania In Vivo

UWAGA: Wszystkie sygnały są wzmacniane, próbkowane z częstotliwością 2 kHz i filtrowane pasmowo-przepustowo (0,1 - 500 Hz), z wyjątkiem czynności jednostkowych (próbkowane z częstotliwością 30 kHz i filtrowane pasmowo (500 - 6 kHz)).

1. Podłącz EIB zintegrowanego układu mikronapędów do stopnia głównego urządzenia rejestrującego.
2. Przesuwaj tetrody, przekręcając przez kilka tygodni po zabiegu. Gdy tetrody znajdą się w sąsiedztwie docelowych obszarów mózgu, osadź tetrody w tych obszarach przez kilka dni, aby uzyskać stabilne zapisy.
3. Monitoruj sygnały elektryczne, gdy zwierzę swobodnie porusza się w komorze rejestracyjnej.

Results

Rysunek 1: Widok EBI z góry. EIB zawiera 24 korowe kanały LFP (LFP), które są podłączone do tetrod, 2 kanały EKG, 2 kanały EMG, 2 kanały BR i 2 kanały uziemienia (Gr). Wszystkie kanały z wyjątkiem kanałów LFP zostały podłączone do izolowanych przewodów.

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
FEP Hookup Wire Linked ze stali nierdzewnej	Cooner Wire Company, Chatsworth, Kalifornia	AS 633	Drut Bioflex
EIB-36-PTB	Neuralynx, Inc., Bozeman, MT	EIB-36-PTB	Ebi
Cereplex M	Blackrock Microsystems, Salt Lake City, UT		Cyfrowa scena czołowa
Cereplex Bezpośredni	Blackrock Microsystems, Salt Lake City, UT		System akwizycji danych
Drut magnesu poliuretanowego UEW	Oyaide.com, Tokio, Japonia	UEW 0,14mm 20m	Drut emaliowany
Zobacz materiał SD-102	Narishige, Tokio, Japonia	Zobacz materiał SD-102	Wiertarka szybkoobrotowa
Minimo ONE SERIES ver.2	Minitor Co., Ltd, Tokio, Japonia	Wersja 2012	Wiertarka o wysokim poziomie sęknięcia Zasilacz
Provinice 250 ml	Shofu Inc., Kioto, Japonia	213620136	Cement dentystyczny
Środek znieczulający dla małych zwierząt	Biomachinery, Chiba, Japonia	TK-7	Środek znieczulający
Chlorowodorek buprenorfiny	Sigma-Aldrich, St. Louis, MO	Zobacz materiał B7536-1ML	przeciwbólowy
Izofluran	DS Pharma Animal Health, Osaka, Japonia	Isoflu 250 ml
Wazelina, Biała	Wako Pure Chemical Industries, Ltd., Osaka, Japonia	224-00165	Maść weterynaryjna
Alginian sodu	Nacalai tesque, Kioto, Japonia	Nr kat. 31131-85
Chlorek wapnia dwuwodny	Wako Pure Chemical Industries, Ltd., Osaka, Japonia	Numer katalogowy: 031-00435
Śruba ze stali nierdzewnej M1.0×4.0	MonotaRO, Hyogo, Japonia	42617504	Śruba ze stali nierdzewnej do elektrod BR
Śruba ze stali nierdzewnej M1,4×3,0	MonotaRO, Hyogo, Japonia	42617687	Śruba ze stali nierdzewnej do elektrod i kotew g/r