$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
1. Chirurgiczne przygotowanie zwierząt
1. Obiekty eksperymentalne
Użyj myszy z B6. Cg-Tg(Thy1-COP4/eYFP)18Gfng/J linia transgeniczna9; Szczep JAX #7612) lub inne myszy wykazujące ekspresję wrażliwego na niebieskie światło kanału kationowego, rodopsyny kanałowej-2, w neuronach kory mózgowej. Zastosowanie światła niebieskiego do kory mózgowej witaminy B6. Linia transgeniczna Cg-Tg(Thy1-COP4/eYFP)18Gfng/J powoduje depolaryzację neuronów piramidowych eksprymujących rodopsynę kanałową-2 i uleganie potencjałom czynnościowym9,10. W wyniku aktywacji komórek piramidowych aktywowane są lokalne interneurony, a zmiana potencjału jest propagowana do neuronów poza miejscem stymulacji10. Przeprowadzanie operacji w sterylnych warunkach zgodnie z obowiązującymi wytycznymi regulacyjnymi: narzędzia chirurgiczne w autoklawie i miękkie opakowania (pole operacyjne, gaziki); gorący koralik sterylizuje wszystkie wszczepione metalowe urządzenia odporne na ciepło (kaniule, i druty) przez 30 sekund; Dezynfekuj wszczepialne urządzenia nietolerancyjne na ciepło (światłowodowy, plastikowe złącze) za pomocą 10-sekundowego zanurzenia w etanolu; Wydmuchać przedmioty zanurzone w etanolu do sucha za pomocą powietrza w puszce.
2. Znieczulenie, stereotaktyczne umieszczenie i oczyszczanie czaszki
Użyj systemu IMPAC6 Integrated Multi Patient (Vet Equip Inc.), aby znieczulić mysz. Użyj 5% izofluranu/95% tlenu do indukcji i 3% izofluranu/97% tlenu do konserwacji podczas operacji. Umieść zwierzę na kocu z obiegiem wody ustawionym na 37 C. Nie ma potrzeby monitorowania temperatury ciała, jeśli koc jest utrzymywany w tej temperaturze.
3. Przygotowanie czaszki do implantacji
Przygotuj miejsce nacięcia, goląc całe futro z czubka czaszki. Ogolony obszar powinien rozciągać się bocznie od ucha do ucha i przedniego i tylnego od oczu do tylnego końca czaszki. Zdezynfekuj odsłoniętą skórę trzema kolejnymi wacikami betadyny, a następnie etanolem. Wykonaj przyśrodkowe nacięcie na szczycie czaszki, od spomiędzy oczu do tyłu czaszki. Oczyść czaszkę wodą utlenioną i sterylnym roztworem soli fizjologicznej (0,9% NaCl). Kontrolować krwawienie za pomocą narzędzia do kauteryzacji. Zlokalizuj i oznacz bregmę i lambdę w celu wyznaczenia współrzędnych stereotaktycznych. Zastosowane przez nas współrzędne stereotaktyczne dla konfiguracji elektroda/bodziec optogenetyczny przedstawiono w tabeli 1, a schematycznie przedstawiono na rysunku 1A.
4. Przygotowanie miejsc implantacji na czaszce
Użyj szybkoobrotowego wiertła dentystycznego z 0,5 mm wiertłem kulkowym, aby ustalić każde miejsce implantacji w czaszce. Sfazuj zewnętrzny margines każdego otworu za pomocą frezu kulowego 0.7 mm, aby ułatwić wkręcanie.
5. Zakładanie i zabezpieczanie kaniul, przewodów EMG i EEG
Włóż EEG (0,8 mm długości, z 2 cm niepowlekanego drutu z cynowanej miedzi o grubości 30 mm, wstępnie przylutowanego do łba) do otworów i wbij je śrubokrętem ręcznym z rowkiem około 4-5 obrotów, aby uzyskać żądaną głębokość. Przytrzymaj kaniule prowadzące na miejscu za pomocą stereotaktycznego uchwytu kaniuli, a następnie przymocuj je do czaszki i kotew za pomocą cementu akrylowego. Każda kaniula prowadząca powinna zawierać atrapę kaniuli/sztyft (Plastics One, part # C312 DC\1) od czasu operacji do czasu eksperymentów (10-14 dni) w celu utrzymania drożności.
6. Zamykanie pola operacyjnego
Po umieszczeniu EEG i kaniul prowadzących w czaszce, połącz je razem z cementem akrylowym (Lang Dental - Ortho-Jet cement). Po związaniu cementu umieść plastikowy łącznik (Pinnacle Technology część # 8402) nad wysuszonym kopcem cementu. końce przewodów wychodzących z przewodów EEG do styków na plastikowym złączu. Owiń przewody drutu w cemencie. Następnie przeciągnij przewody EMG przez mięśnie karkowe, wsuwając je do lufy igły 21ga przebitej przez mięsień. Zawiąż podwójny węzeł chirurgiczny z nylonowego szwu 5-0 wokół tych drutów tuż dystalnie do miejsca, w którym wychodzą z mięśnia. Zszyj z powrotem skórę, która została cofnięta, aby uzyskać dostęp do tkanki mięśniowej, za pomocą pojedynczych przerwanych węzłów chirurgicznych, używając igły do odwrotnego cięcia P-3 i nylonowego szwu 5-0.
7. Analgezja pooperacyjna i rekonwalescencja
Podawaj buprenorfinę jako środek przeciwbólowy (0,1 mg/kg, podskórnie) i megluminę fluniksyny (0,1 mg/kg, podskórnie) jako środek przeciwzapalny bezpośrednio po operacji i codziennie w 1-2 dniach po operacji. Pozwolić zwierzętom na powrót do zdrowia w standardowych warunkach przetrzymywania w koloniach przez co najmniej siedem dni przed eksperymentem. Bez dodatkowej opieki poza standardowym trzymaniem kolonii, można oczekiwać, że kaniule pozostaną opatentowane przez co najmniej dwa tygodnie z zamocowanymi styletami. Można się również spodziewać, że czujniki EEG i EMG zachowają funkcjonalność przez ten czas.
2. Generowanie czasowych impulsów świetlnych
1. Programowanie jednostki stymulacyjnej MC
Podłącz jednostkę MC-Stimulus (Multi-Channel Systems) przez połączenie USB do komputera stacjonarnego. Użyj interfejsu użytkownika MC-Stimulus przypominającego arkusz kalkulacyjny, aby zaprogramować jednostkę MC Stimulus. Wprowadź żądane napięcie TTL (logika tranzystor-tranzystor) dla okresu włączenia, czasu trwania okresów włączania i wyłączania bodźca, żądanej liczby cykli na sekundę oraz całkowitej liczby powtórzonych cykli dla całej sesji bodźca. Więcej informacji można znaleźć w instrukcji technicznej MC-Stimulus:
http://www.multichannelsystems.com/sites/multichannelsystems.com/files/documents/manuals/STG4002_Manual.pdf
3. Produkcja/montaż sond światłowodowych do dostarczania światła do kory mózgowej
- Potrzebne zapasy i sprzęt można znaleźć pod adresem: http://www.thorlabs.com/Thorcat/1100/1166-D02.pdf
- Cięcie i polerowanie światłowodowych. http://www.thorlabs.com/Thorcat/1100/1166-D02.pdf
4. Montaż systemu stymulacji optogenetycznej gryzoni
1. Interfejs jednostki MC-Stimulus i lasera
Po zaprogramowaniu jednostki MC-Stimulus uruchom ją jako samodzielny generator sygnału binarnego 5-woltowego sygnału ON/OFF. Podłącz jednostkę MC-Stimulus do jednostki zasilającej lasera z włączonym TTL za pomocą złączy BNC.
2. Wytwarzanie sygnału laserowego za pomocą światłowodowego
Użyj cyfrowego wyświetlacza i pokrętła o zmiennej mocy wyjściowej jednostki mocy, aby ręcznie dostosować moc wyjściową lasera. Podłącz jednostkę zasilania lasera do lasera za pomocą taśmowego. Podłącz żeński adapter światłowodowy FC (złącze tulejkowe) lasera do męskiego złącza FC na światłowodowym (włókno przewodzące szkło o długości 3 m i średnicy 200 μm otoczone odbijającą światło okładziną z polimeru akrylowego).
3. Przenoszenie lasera do zwierzęcia: komutator obrotowy
Podłącz światłowodowy (3 m długości) i światłowodowy (45 cm długości) do przeciwległych końców optycznego złącza obrotowego otaczającego dwie soczewki kolimacyjne (soczewki doryckie). Światłowodowe złącze obrotowe służy jako komutator: gdy zwierzę porusza się po klatce, złącze obrotowe obraca się, aby zapobiec pęknięciu światłowodowych. Użyj plastikowych opasek kablowych, aby przymocować komutator do metalowego stojaka umieszczonego nad cylindryczną klatką, w której trzymane jest zwierzę.
4. Podłączanie światłowodowego do głowicy
Ogranicz mysz, używając jednej ręki do przypięcia myszy pod złożoną dłonią. Ustaw głowę między palcem środkowym a wskazującym eksperymentatora. Wyjmij atrapę kaniuli z kaniuli prowadzącej umieszczonej dla kaniuli światłowodowej. Oczyść kaniulę prowadzącą z zanieczyszczeń za pomocą sterylnej igły 25ga. Włóż światłowodowy ręcznie i przymocuj go do kaniuli światłowodowej za pomocą gwintowanej nakrętki odzyskanej z atrapy kaniuli. Kontroluj głębokość wprowadzenia światłowodowego do mózgu za pomocą węzła szwu zawiązanego na światłowodowym w ustalonej odległości od płasko rozciętego końca. Cała aparatura doświadczalna jest pokazana na rysunku 1B.
5. Pomiar stężenia snu i mleczanu zdefiniowany w EEG podczas stymulacji optogenetycznej
1. Wstępna kalibracja czujnika mleczanu
Wstępna kalibracja czujnika mleczanu jest wykonywana za pomocą zestawu in vitro (Pinnacle Technology part # 7000-K1-T). Czujnik jest równoważony w roztworze soli fizjologicznej buforowanym fosforanem (pH 7,4), a następnie poddawany działaniu trzech stężeń L-mleczanu w sposób stopniowy zgodnie z protokołami producenta.
2. Wprowadzenie czujnika mleczanu i EEG
Włóż wstępnie skalibrowany czujnik do zamontowanej na czaszce kaniuli prowadzącej mleczan w sposób identyczny jak w procedurze wprowadzania światłowodowego (sekcja 4.4). Podłącz czujnik mleczanu do przedwzmacniacza biosensora Pinnacle 8 400 z bipolarnymi złączami wtykowymi. Podłącz ten przedwzmacniacz do 8-pinowego złącza na chirurgicznie wszczepionym uchwycie głowy.
3. Ustalanie intensywności bodźca optogenetycznego
Zanim zbierzesz dane, użyj pokrętła regulacji intensywności lasera, aby dostosować intensywność bodźca optogenetycznego. Amplituda odpowiedzi EEG będzie różna u różnych zwierząt ze względu na czynniki, które nie były systematycznie badane i muszą być zweryfikowane przez oględziny na początku stymulacji. W praktyce intensywność 80-120 μwatów zazwyczaj powoduje wzrost amplitudy EEG o około 50% przy częstotliwości stymulacji. Szybka analiza transformaty Fouriera post-hoc (patrz sekcja 5.5) jest niezbędna do ilościowego określenia bezwzględnej wielkości odpowiedzi.
4. Zbieranie danych
Zbieraj dane za pomocą systemu Pinnacle 8400: http://pinnaclet.com/pal-8400.html.
5. Przetwarzanie danych za pomocą Neuroscore
Klasyfikuj stany snu poprzez wizualną kontrolę danych EEG i EMG za pomocą interfejsu Neuroscore (DataSciences, International: http://www.datasci.com/products/software/NeuroScore_CNS_Software.asp) lub interfejsu Sirenia (Pinnacle Technology: http://www.pinnaclet.com/sirenia.html). Przetwarzaj dane w dziesięciosekundowych epokach, takich jak czuwanie, sen bez szybkich ruchów gałek ocznych lub sen z szybkimi ruchami gałek ocznych na podstawie EEG i EMG. Zapisuj dane jako arkusze kalkulacyjne Microsoft Excel w celu dodatkowej analizy i testów statystycznych.