Name: Budowa ulepszonego hipernapędu wielotetrodowego do wielkoskalowej rejestracji neuronalnej u zachowujących się szczurów (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-05-09T15:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 4 s
Description: Poznaj budowę hipernapędu wielotetrodowego do rejestracji aktywności neuronalnej u swobodnie poruszających się szczurów. Ta metoda umożliwia niezależne pozycjonowanie elektrod i długoterminowe monitorowanie funkcji poznawczych.

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

Dziękujemy Moser Lab w Instytucie Neuronauki Systemowej Kavli oraz Centrum Obliczeń Neuronowych Norweskiego Uniwersytetu Nauki i Technologii za przewlekłe procedury rejestracji neuronalnej u szczurów. Praca ta była wspierana przez grant NIH R21 NS098146 oraz długoterminowe stypendium Human Frontier Science Program LT000211/2016-L dla L. Lu.

<ol><li>O'Keefe, J., Recce, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Phase+relationship+between+hippocampal+place+units+and+the+EEG+theta+rhythm%5BTitle%5D)+AND+%22Hippocampus%22%5BJournal%5D)">Phase relationship between hippocampal place units and the EEG theta rhythm.</a> Hippocampus. 3 (3), 317-330 (1993).</li>
<li>Wilson, M. A., McNaughton, B. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamics+of+the+hippocampal+ensemble+code+for+space%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Dynamics of the hippocampal ensemble code for space.</a> Science. 261 (5124), 1055-1058 (1993).</li>
<li>Gothard, K. M., Skaggs, W. E., Moore, K. M., McNaughton, B. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Binding+of+hippocampal+CA1+neural+activity+to+multiple+reference+frames+in+a+landmark-based+navigation+task%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Binding of hippocampal CA1 neural activity to multiple reference frames in a landmark-based navigation task.</a> J Neurosci. 16 (2), 823-835 (1996).</li>
<li>Gray, C. M., Maldonado, P. E., Wilson, M., McNaughton, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tetrodes+markedly+improve+the+reliability+and+yield+of+multiple+single-unit+isolation+from+multi-unit+recordings+in+cat+striate+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci+Methods%22%5BJournal%5D)">Tetrodes markedly improve the reliability and yield of multiple single-unit isolation from multi-unit recordings in cat striate cortex.</a> J Neurosci Methods. 63 (1-2), 43-54 (1995).</li>
<li>Buzsaki, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Large-scale+recording+of+neuronal+ensembles%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Large-scale recording of neuronal ensembles.</a> Nat Neurosci. 7 (5), 446-451 (2004).</li>
<li>Fyhn, M., Hafting, T., Witter, M. P., Moser, E. I., Moser, M. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Grid+cells+in+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Hippocampus%22%5BJournal%5D)">Grid cells in mice.</a> Hippocampus. 18 (12), 1230-1238 (2008).</li>
<li>Skaggs, W. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((EEG+sharp+waves+and+sparse+ensemble+unit+activity+in+the+macaque+hippocampus%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">EEG sharp waves and sparse ensemble unit activity in the macaque hippocampus.</a> J Neurophysiol. 98 (2), 898-910 (2007).</li>
<li>Guo, P., Pollack, A. J., Varga, A. G., Martin, J. P., Ritzmann, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Extracellular+wire+tetrode+recording+in+brain+of+freely+walking+insects%5BTitle%5D)+AND+%22J+Vis+Exp%22%5BJournal%5D)">Extracellular wire tetrode recording in brain of freely walking insects.</a> J Vis Exp. (86), (2014).</li>
<li>Knierim, J. J., McNaughton, B. L., Poe, G. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-dimensional+spatial+selectivity+of+hippocampal+neurons+during+space+flight%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Three-dimensional spatial selectivity of hippocampal neurons during space flight.</a> Nat Neurosci. 3 (3), 209-210 (2000).</li>
<li>Leutgeb, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Independent+codes+for+spatial+and+episodic+memory+in+hippocampal+neuronal+ensembles%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Independent codes for spatial and episodic memory in hippocampal neuronal ensembles.</a> Science. 309 (5734), 619-623 (2005).</li>
<li>Lansink, C. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+split+microdrive+for+simultaneous+multi-electrode+recordings+from+two+brain+areas+in+awake+small+animals%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci+Methods%22%5BJournal%5D)">A split microdrive for simultaneous multi-electrode recordings from two brain areas in awake small animals.</a> J Neurosci Methods. 162 (1-2), 129-138 (2007).</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+%22J+Vis+Exp%22%5BJournal%5D)">Micro-drive array for chronic in vivo recording: drive fabrication.</a> J Vis Exp. (26), (2009).</li>
<li>McNaughton, B. L. Google Patents. , Available from:
 <a target="_blank" href="https://www.google.com/patents/US5928143">https://www.google.com/patents/US5928143</a> (1999).</li>
<li>Redish, A. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Independence+of+firing+correlates+of+anatomically+proximate+hippocampal+pyramidal+cells%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Independence of firing correlates of anatomically proximate hippocampal pyramidal cells.</a> J Neurosci. 21 (5), RC134(2001).</li>
<li>Schmitzer-Torbert, N., Redish, A. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neuronal+activity+in+the+rodent+dorsal+striatum+in+sequential+navigation%3A+separation+of+spatial+and+reward+responses+on+the+multiple+T+task%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Neuronal activity in the rodent dorsal striatum in sequential navigation: separation of spatial and reward responses on the multiple T task.</a> J Neurophysiol. 91 (5), 2259-2272 (2004).</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+%22J+Vis+Exp%22%5BJournal%5D)">Micro-drive array for chronic in vivo recording: tetrode assembly.</a> J Vis Exp. (26), (2009).</li>
<li>Chang, E. H., Frattini, S. A., Robbiati, S., Huerta, P. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Construction+of+microdrive+arrays+for+chronic+neural+recordings+in+awake+behaving+mice%5BTitle%5D)+AND+%22J+Vis+Exp%22%5BJournal%5D)">Construction of microdrive arrays for chronic neural recordings in awake behaving mice.</a> J Vis Exp. (77), e50470(2013).</li>
<li>Vandecasteele, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Large-scale+recording+of+neurons+by+movable+silicon+probes+in+behaving+rodents%5BTitle%5D)+AND+%22J+Vis+Exp%22%5BJournal%5D)">Large-scale recording of neurons by movable silicon probes in behaving rodents.</a> J Vis Exp. (61), e3568(2012).</li>
<li>Siegle, J. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chronically+implanted+hyperdrive+for+cortical+recording+and+optogenetic+control+in+behaving+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Conf+Proc+IEEE+Eng+Med+Biol+Soc%22%5BJournal%5D)">Chronically implanted hyperdrive for cortical recording and optogenetic control in behaving mice.</a> Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc. 2011, 7529-7532 (2011).</li>
<li>Brunetti, P. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Design+and+fabrication+of+ultralight+weight%2C+adjustable+multi-electrode+probes+for+electrophysiological+recordings+in+mice%5BTitle%5D)+AND+%22J+Vis+Exp%22%5BJournal%5D)">Design and fabrication of ultralight weight, adjustable multi-electrode probes for electrophysiological recordings in mice.</a> J Vis Exp. (91), e51675(2014).</li>
<li>Hull, C. W. Google Patents. , Available from:
 <a target="_blank" href="https://www.google.com/patents/US4575330">https://www.google.com/patents/US4575330</a> (1986).</li>
<li>Ludvig, N., Potter, P. E., Fox, S. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simultaneous+single-cell+recording+and+microdialysis+within+the+same+brain+site+in+freely+behaving+rats%3A+a+novel+neurobiological+method%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci+Methods%22%5BJournal%5D)">Simultaneous single-cell recording and microdialysis within the same brain site in freely behaving rats: a novel neurobiological method.</a> J Neurosci Methods. 55 (1), 31-40 (1994).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

W tym miejscu opisujemy proces konstruowania nowo opracowanego hipernapędu składającego się z osiemnastu niezależnie poruszających się tetrod. Napęd może być zbudowany z niedrogich części zakupionych w wielu dostępnych sklepach z narzędziami, w połączeniu z komponentami stworzonymi przez druk stereolitograficzny. Hipernapęd może być przewlekle wszczepiany w czaszkę szczura przy użyciu standardowych procedur chirurgicznych i jest w stanie rejestrować zewnątrzkomórkową aktywność neuronalną, podczas gdy zwierzę wykonuje róż...

W dziedzinie neuronauki systemowej, naukowcy badają neuronalne korelaty leżące u podstaw procesów poznawczych, takich jak nawigacja przestrzenna, pamięć i podejmowanie decyzji. W przypadku tego typu badań kluczowe znaczenie ma monitorowanie aktywności wielu pojedynczych neuronów podczas zachowania zwierząt. W ciągu ostatnich dziesięcioleci poczyniono dwa ważne postępy w celu zaspokojenia eksperymentalnych potrzeb w zakresie zewnątrzkomórkowego zapisu neuronowego u małych zwierząt1,2,3. Pierwszym z nich było opracowanie tetrody, wiązki czterech mikroprzewodów używanych do jednoczesnego rejestrowania aktywności neuronalnej neuronów1,2,4. Różnicowe amplitudy sygnału aktywności w czterech kanałach tetrody pozwalają na izolację aktywności poszczególnych neuronów z wielu jednocześnie zarejestrowanych komórek5. Ponadto elastyczny charakter mikrodrutów pozwala na większą stabilność tetrody, minimalizując względne przemieszczenie między tetrodą a populacją komórek docelowych. Tetrody są obecnie powszechnie stosowane zamiast pojedynczej elektrody w wielu badaniach mózgu u różnych gatunków, w tym gryzoni1,2,6, primates7 i insects8. Drugim było opracowanie hipernapędu przenoszącego wiele niezależnie ruchomych tetrod, który pozwala na jednoczesne monitorowanie aktywności neuronalnej z większych populacji neuronów z wielu lokalizacji nagrywania3,9,10,11,12.
Dostępność niezawodnego i niedrogiego urządzenia rejestrującego wiele tetrod dla małych zwierząt jest ograniczona. Klasyczny hipernapęd, początkowo opracowany przez Bruce'a McNaughtona13, był z powodzeniem używany do nagrań neuronowych u swobodnie zachowujących się szczurów w wielu laboratoriach w ciągu ostatnich dwóch dekad9,10,14,15. Jednak z przyczyn technicznych oryginalne komponenty potrzebne do budowy dysku McNaughton są obecnie bardzo trudne do zdobycia i nie są kompatybilne z ostatnio ulepszonymi interfejsami akwizycji danych. Inny dobrze przyjęty projekt hipernapędu wymaga, aby mikronapędy były indywidualnie wykonywane ręcznie, co może dawać niespójne wyniki i zajmować dużo czasu12. Aby rejestrować aktywność neuronalną z różnych obszarów mózgu u zachowujących się szczurów, opracowaliśmy nowy hipernapęd wykorzystujący technologię stereolitograficzną. Staraliśmy się spełnić następujące wymagania: (1) nowy hipernapęd musi umożliwiać precyzyjne przemieszczanie tetrod w mózgu i zapewniać stabilny zapis z wielu obszarów docelowych; (2) Nowy hipernapęd musi być kompatybilny z niedawno opracowanym systemem Magnetic QuickClip, aby umożliwić łatwe połączenie; oraz (3) nowy hipernapęd może być dokładnie odtworzony przy użyciu łatwo dostępnych materiałów. Tutaj przedstawiamy technikę budowy hipernapędu do druku 3D zawierającego osiemnaście niezależnie ruchomych tetrod, opartych na projekcie McNaughtona. W protokole opisujemy szczegóły procesu wytwarzania nowego hipernapędu, który z powodzeniem wykorzystaliśmy do rejestrowania potencjałów czynnościowych pojedynczego neuronu i potencjałów pola lokalnego z kory śródwęchowej i śródwęchowej zanosci przez tygodnie u swobodnie zachowującego się szczura podczas naturalnych zadań związanych z żerowaniem.

<table><tbody><tr><td>Pręt spawalniczy</td><td>Blue Demon</td><td>ER308L-035-01T</td><td>Stal nierdzewna, średnica 0,035" Śruba</td></tr><tr><td></td><td>McMaster</td><td>91771A060</td><td>Stal nierdzewna, płaski, 0-80&nbsp; gwint,&nbsp; 5/8"&nbsp; długość</td></tr><tr><td>Śruba</td><td>McMaster</td><td>91772A051</td><td>Stal nierdzewna, stożkowy, 0-80&nbsp; gwint,&nbsp; 5/32"&nbsp; długość</td></tr><tr><td>Śruba</td><td>McMaster</td><td>92196A056</td><td>Stal nierdzewna, nasadowy, 0-80&nbsp; gwint,&nbsp; 5/16"&nbsp; w długości</td></tr><tr><td>Śruba</td><td>McMaster</td><td>92196A055</td><td>Stal nierdzewna, nasadowy, 0-80&nbsp; gwint,&nbsp; 1/4"&nbsp; długość</td></tr><tr><td>Śruba</td><td>McMaster</td><td>95868A131</td><td>Nylon,&nbsp; gniazdowy, 2-56&nbsp; gwint,&nbsp; 3/16"&nbsp; na długość,</td></tr><tr><td>Nakrętka śrubowa</td><td>McMaster</td><td>90730A001</td><td>Stal nierdzewna, wąski sześciokąt,&nbsp; 0-80&nbsp; Gwint</td></tr><tr><td>Śruba pasowana</td><td>McMaster</td><td>90298A213</td><td>Stal nierdzewna, gwint 8-32, średnica 3/16", długość 1/4" Śruba</td></tr><tr><td>kielichowa</td><td>McMaster</td><td>92313A105</td><td>Stal nierdzewna, gwint 4-40, długość 3/16"</td></tr><tr><td>Śruba skrzydełkowa</td><td>McMaster</td><td>94323A592</td><td>Nylon, 8-32&nbsp; gwint,&nbsp; 3/8"&nbsp; długość,</td></tr><tr><td>Magnes</td><td>Apex</td><td>M3X1MMDI</td><td>neodymowy, dysk 3 mm X 1 mm</td></tr><tr><td>Rurki metalowe Małe</td><td>części</td><td>B00137QHNS</td><td>Stal nierdzewna, 23 gauge, 0.0253" OD, 0.013" ID, 0.006" ścianka</td></tr><tr><td>Rurki metalowe</td><td>New England Mała rurka</td><td>Wykonana na zamówienie</td><td>Stal nierdzewna, 30 gauge, 0,012/0,0125" OD, 0,007/0,008" ID, pełna twarda</td></tr><tr><td>rurka termokurczliwa</td><td>McMaster</td><td>7856K72</td><td>0,09" ID przed obkurczeniem, niebieski</td></tr><tr><td>Rurka silikonowa</td><td>A-M Systems</td><td>807300</td><td>0,040" ID, 0,085" OD</td></tr><tr><td>Rurka poliamidowa</td><td>A-M Systems</td><td>823400</td><td>0,0045" ID, 0,0005" ścianka</td></tr><tr><td>Przewód uziemiający</td><td>A-M Systems</td><td>791500</td><td>0,005" goły, 0,008" powlekany, pół twardy</td></tr><tr><td>drut tetrodowy</td><td>Cienki drut kalifornijski</td><td>Wykonane na zamówienie</td><td>średnica 0,0007", platynowo-irydowa (90%-10%), powłoka HML i VG</td></tr><tr><td>EIB</td><td>Neuralynx</td><td></td><td>EIB-72-QC-Large</td></tr><tr><td>Złote szpilki</td><td>Neuralynx</td><td></td><td>duże szpilki EIB</td></tr><tr><td>Gwintownik</td><td>Balax</td><td>01302-000</td><td>Rozmiar gwintu M1,2</td></tr><tr><td>Gwintownik</td><td>McMaster</td><td>2522A811</td><td>0-80, od dołu</td></tr><tr><td>Gwintownik</td><td>McMaster</td><td>2522A771</td><td>0-80 rozmiar gwintu, gwintownik wtykowy</td></tr><tr><td></td><td>McMaster</td><td>26955A94</td><td>3/8"-24&nbsp; rozmiar gwintu, dolna</td></tr><tr><td>kran</td><td>McMaster</td><td>2522A713</td><td>2-56&nbsp; rozmiar gwintu</td></tr><tr><td>Gwintownik</td><td>McMaster</td><td>2522A715</td><td>4-40&nbsp; rozmiar gwintu</td></tr><tr><td>Gwintownik</td><td>McMaster</td><td>2522A718</td><td>8-32&nbsp; rozmiar gwintu</td></tr><tr><td>Die</td><td>McMaster</td><td>2576A457</td><td>3/8"-24&nbsp; rozmiar gwintu, 1"</td></tr><tr><td>OD Wiertło</td><td>McMaster</td><td>30585A82</td><td>Przekrój drutu&nbsp; 65,&nbsp; Wiertło o średnicy 0,035"</td></tr><tr><td></td><td>McMaster</td><td>30585A83</td><td>Grubość drutu&nbsp; 66,&nbsp; Wiertło o średnicy 0,033 cala</td></tr><tr><td></td><td>McMaster</td><td>30585A87</td><td>Przekrój drutu&nbsp; 70,&nbsp; Wiertło o średnicy 0,028"</td></tr><tr><td></td><td>McMaster</td><td>30585A88</td><td>Przekrój drutu&nbsp; 71,&nbsp; Wiertło o średnicy 0,026"</td></tr><tr><td></td><td>McMaster</td><td>30585A91</td><td>Przekrój drutu&nbsp; 73,&nbsp; Wiertło o średnicy 0,024"</td></tr><tr><td></td><td>McMaster</td><td>8870A23</td><td>3/16"&nbsp; o średnicy</td></tr><tr><td>Tarcza Dremel</td><td>Wagner</td><td>31M</td><td>Pokryta diamentem, średnica 22 mm, grubość 0,17 mm</td></tr><tr><td>Drut stalowy</td><td>Precision Brand</td><td>21212</td><td>o średnicy 0,012 cala, w pełni twardy</td></tr><tr><td>drut stalowy</td><td>Precision Brand</td><td>21007</td> o <td>średnicy 0,007 cala, w pełni twardy</td></tr><tr><td>Drut stalowy</td><td>AM Systems</td><td>792700</td> o <td>średnicy 0,003 cala, pół twardy</td></tr><tr><td>Super klej</td><td>Loctite</td><td>LT-40640</td><td># 406</td></tr><tr><td>Super klej</td><td>Loctite</td><td>LT-41550</td><td># 415</td></tr><tr><td>Akrylowy proszek dentystyczny&nbsp;</td><td>Koszulki</td><td>223-3773</td><td>Coral</td></tr><tr><td>Dental akrylowe w płynie</td><td>Teets</td><td>223-4003</td><td></td></tr></tbody></table>

budowa ulepszonego hipernapędu wielotetrodowego do wielkoskalowej rejestracji neuronalnej u zachowujących się szczurów

Construction of an Improved Multi-Tetrode Hyperdrive for Large-Scale Neural Recording in Behaving Rats

Monitorowanie wzorców aktywności dużej populacji neuronów przez wiele dni u obudzonych zwierząt jest cenną techniką w dziedzinie neuronauki systemowej. Jednym z kluczowych elementów tej techniki jest precyzyjne umieszczenie wielu elektrod w pożądanych obszarach mózgu i utrzymanie ich stabilności. W tym miejscu opisujemy protokół budowy hipernapędu do druku 3D, który zawiera osiemnaście niezależnie regulowanych tetrod i jest specjalnie zaprojektowany do zewnątrzkomórkowego zapisu neuronowego in vivo u swobodnie zachowujących się szczurów. Tetrody przymocowane do mikronapędów mogą być albo indywidualnie przesuwane do wielu obszarów mózgu wzdłuż toru, albo mogą być używane do umieszczania szeregu elektrod na mniejszym obszarze. Wielokrotne tetrody pozwalają na jednoczesne badanie potencjałów czynnościowych z kilkudziesięciu pojedynczych neuronów, a także lokalnych potencjałów pola z populacji neuronów w mózgu podczas aktywnego zachowania. Ponadto projekt przewiduje prostsze oprogramowanie do rysowania 3D, które można łatwo modyfikować w zależności od różnych potrzeb eksperymentalnych.

Do uzyskania wyników prób wykorzystano nowo zbudowany hyperdrive. Urządzenie wyposażono w tetrody wykonane z drutu platynowo-irydowego (90%-10%) o średnicy ø 17 µm (0.0007"), pokrytego poliimidem. Końcówki tetrod pokryto roztworem czerni platynowej w celu obniżenia impedancji elektrod do wartości między 100 a 200 kΩ przy 1 kHz. Hyperdrive zaimplantowano 4,6 mm na lewo od linii środkowej i 0,5 mm przed zatoką poprzeczną na czaszce samca szczura Long-Evans o masie 550 g. Dodatkowe przewody ...

Prezentujemy konstrukcję hipernapędu do druku 3D z osiemnastoma niezależnie regulowanymi tetrodami. Hipernapęd ma za zadanie rejestrować aktywność mózgu swobodnie zachowujących się szczurów przez okres kilku tygodni.

Budowa ulepszonego hipernapędu wielotetrodowego do wielkoskalowej rejestracji neuronalnej u zachowujących się szczurów

Monitoring the activity patterns of a large population of neurons over many days in awake animals is a valuable technique in the field of systems ...

Ogólnym celem tej procedury jest skonstruowanie urządzenia rejestrującego z wieloma niezależnie regulowanymi elektrodami do badania aktywności mózgu u swobodnie zachowujących się szczurów. Tak więc ta metoda jest bardzo ekscytująca, ponieważ pomoże odpowiedzieć na kilka pytań związanych ze specjalną nawigacją, podejmowaniem decyzji i innymi procesami poznawczymi. Główną zaletą tego hipernapędu jest to, że zapewnia niezawodny zapis neurologiczny w mózgu przy użyciu łatwych do uzyskania materiałów.Chociaż metoda ta została zaprojektowana specjalnie do stosowania u szczurów, może być stosowana w przypadku dowolnych gatunków o podobnych lub większych rozmiarach głowy, takich jak naczelne inne niż ludzie, umożliwiając w ten sposób badania wielu gatunków. Ci, którzy są nowicjuszami w tej metodzie, mogą zmagać się z niuansami związanymi z przygotowaniem kroków, ponieważ istnieje pewien poziom doświadczenia i dokładności, który jest wymagany do opracowania tych sztuczek, które mogą sprawić, że jazda zakończy się sukcesem. Zacznij od poszerzenia otworów w wydrukowanym w 3D rdzeniu za pomocą wierteł o różnych rozmiarach.Użyj średnicy 0.61 milimetra dla 12 otworów przelotowych przewodu uziemiającego. W przypadku 18 otworów przelotowych tetrody najpierw użyj wiertła 0,66 milimetra, a następnie poszerz je wiertłem 0,71 milimetra. Wiertło o średnicy 0,84 milimetra jest używane do 18 otworów nieprzelotowych pręta prowadzącego.Następnie przewlecz dwa otwory przelotowe na górze rdzenia i pozostałe osiem otworów nieprzelotowych za pomocą kranu 0,80. Użyj kranu dolnego do otworów nieprzelotowych. Utwórz gwinty zewnętrzne u podstawy rdzenia za pomocą matrycy 3/8-24.Wyreguluj matrycę prawidłowo, aby nakrętka hipernapędu pasowała do nowych gwintów. W zależności od pożądanej liczby przewodów uziemiających, włóż wiele sześciomilimetrowych segmentów metalowej rurki o rozmiarze 23 do otworów przewodu uziemiającego w rdzeniu, sklejając je w razie potrzeby. Spiłuj zewnętrzne końce kaniul z drutu uziemiającego, aż zostaną przepłukane z rdzeniem, a następnie wyczyść kaniule drutem stalowym o średnicy 0.30 milimetra.Następnie całkowicie włóż 18 z płaskim o długości 08015,88 milimetra w dół w szczeliny w rdzeniu. Nie zginaj ani nie uszkadzaj gwintów podczas tego procesu. Używając kompleksu pozycjonowania prętów do stacji rdzeniowej, umieść 18 17-milimetrowych segmentów pręta spawalniczego o średnicy 0,89 milimetra nad otworami pręta prowadzącego w rdzeniu i wbij je na około pięć milimetrów, aż zostaną przepłukane.W razie potrzeby skoryguj położenie prętów spawalniczych i, a następnie dokręć środkową pasowaną i otaczające ją sześć w kompleksie pozycjonowania pręta, aby zabezpieczyć zewnętrzne kierunki prętów w rdzeniu. Przykręć nakrętkę do rdzenia za pomocą kompleksu pozycjonowania pręta i dopasuj rdzeń do uchwytu hipernapędu, aby umożliwić łatwiejsze pozycjonowanie pod stereoskopem. Wypełnij szczeliny rozcieńczonym cementem dentystycznym, aby przymocować do rdzenia.Wypełniaj dwie do trzech szczelin na raz, zanim cement dentystyczny stanie się zbyt gęsty. Zeskrob nadmiar cementu dentystycznego z rdzenia, aby utrzymać prawidłowe dopasowanie do osłony, a następnie pozostaw do wyschnięcia na powietrzu przez 15 minut. Następnie przyklej i pręty do rdzenia cienkim super klejem i pozostaw do wyschnięcia na 15 minut.Oczyść i rozszerz dwa zewnętrzne otwory w wydrukowanym w 3D czółenku za pomocą wierteł. Użyj wiertła o średnicy 0,61 milimetra do mniejszego otworu i wiertła 0,89 milimetra do większego otworu. Włóż wahadłową do podstawy uchwytu, zapewniając prawidłową orientację.Następnie zamknij pokrywę uchwytu. Przytrzymaj mocno uchwyt i powoli przewlekaj przez otwór w pokrywie za pomocą kranu 0.80. Stuknij dwa lub trzy razy, aż będzie gładkie.Następnie włóż wahadłową do czółenka od strony z mniejszym otworem. Umieść zespół wahadłowców do góry nogami w podstawie stacji montażowej mikronapędów. Następnie wygładź oba końce 15-milimetrowego segmentu metalowej rurki o rozmiarze 23, a następnie umieść rurkę nad otworem o średnicy 0,61 milimetra prowadzonym przez szczelinę w pokrywie stacji.Wbij kaniulę w otwór, aż górny koniec zostanie przepłukany pokrywą stacji. Usuń zewnętrzną połowę górnej końcówki kaniuli za pomocą tarczy szlifierskiej. Wyczyść kaniulę metalowym drutem o średnicy 0,30 milimetra.Następnie przyklej kaniulę do czółenka za pomocą cienkiego super kleju, uważając, aby nie przykleić czółenka do czółenka. Przygotuj co najmniej 18 napędów microdrive. Przetestuj napędy microdrive w szafie na mikrodyski.Upewnij się, że śruba wahadłowa może się płynnie obracać w czółenku i że cały mikronapęd porusza się swobodnie wzdłuż pręta gwintowanego. Aby włożyć kaniule prowadzące do rdzenia hipernapędu, zacznij od wyjęcia rurek termokurczliwych i wsuń czteromilimetrowy odcinek silikonowej rurki wzdłuż wiązki do lutowanej-nielutowanej granicy. Zaklinuj szczelinę w przekładce hipernapędu, aby poszerzyć środkowy otwór, umożliwiając ślizganie się przekładki wokół silikonowej rurki.Usuń klin, gdy przekładka znajduje się na środku silikonowej rurki. Następnie uporządkuj pozycje kaniul prowadzących w wiązce, umieszczając 10-centymetrowe odcinki metalowego drutu o średnicy 0,18 milimetra przez każdą kaniulę w określonym otworze tetrodowym w rdzeniu hipernapędu, zapobiegając krzyżowaniu się drutów lub kaniul w tym procesie. Zegnij koniec przewodów, aby utrzymać je na miejscu.Przepchnij kaniule przez odpowiednie otwory w rdzeniu, uważając, aby uniknąć zginania lub krzyżowania się między nimi, aż wolny koniec każdej kaniuli znajdzie się co najmniej dwa milimetry poza górnym końcem otworu tetrody. Zabezpiecz przekładkę, przykręcając nakrętkę do rdzenia, uważając, aby nie dopuścić do obracania się przekładki. Nałóż kroplę bardzo rozcieńczonego cementu dentystycznego z górnej części rdzenia na połączenie kaniul, aby zabezpieczyć ich względne położenie.Odetnij przewody doprowadzające od przylutowanego końca wiązki i wyjmij je z kaniul, cofając się od wolnego końca. Powoli i ostrożnie załaduj mikronapędy na każdy pręt gwintowany rdzenia. Upewnij się, że kaniula mikronapędu o rozmiarze 23 płynnie wchodzi w otwór tetrody, kaniula prowadząca o rozmiarze 30 płynnie wchodzi w kaniulę mikronapędu o rozmiarze 23, a śruba wahadłowa obraca się płynnie wzdłuż pręta gwintowanego.Przykręć mikronapędy do jednego do 1.5 milimetra powyżej dolnego końca prętów gwintowanych. Następnie pokrój 18 kawałków rurki poliamidowej na segmenty o długości 43 milimetrów, co odpowiada długości wiązki kaniuli prowadzącej plus siedem milimetrów. Wyczyść każdą rurkę stalowym drutem o średnicy 0,8 milimetra.Odwróć rdzeń, ostrożnie włóż rurki poliamidowe do kaniul prowadzących od lutowanego końca i wepchnij je do końca. Następnie odwróć rdzeń do pozycji pionowej i przyklej górny koniec rurki poliamidowej do kaniuli microdrive za pomocą gęstego super kleju. Umieść rdzeń do góry nogami i pozostaw klej do wyschnięcia na 15 minut.Po wyschnięciu odetnij dodatkową rurkę poliamidową na górnym końcu, pozostawiając od 0,5 do jednego milimetra na zewnątrz kaniuli microdrive. Aby zmontować przewody uziemiające, najpierw przytnij odcinki od 25 do 30 milimetrów z powlekanego drutu stalowego. Następnie zdejmij dwa milimetry plastikowej izolacji z obu końców przewodów i włóż jeden koniec każdego z nich po obu stronach kaniuli o długości od sześciu do ośmiu milimetrów o średnicy 30 mm.Spłaszcz ten koniec każdej kaniuli, aby zabezpieczyć połączenie z odpowiednimi przewodami. Na koniec włóż okrągły koniec kaniuli o rozmiarze 30 do górnego końca kaniuli z drutu uziemiającego w rdzeniu i dociśnij, aby mocno wprowadzić wkładkę. Następnie zakończ montaż hipernapędu wielotetrodowego zgodnie z instrukcjami zawartymi w pisemnym protokole.Ten wykres punktowy pokazuje zależność między amplitudami szczytowymi skoków zarejestrowanych z dwóch elektrod tetrody znajdującej się w korze zanosowej. Każda kropka odpowiada jednemu skokowi. Skupiska kolców prawdopodobnie pochodzą z tej samej komórki.Cztery klastry są oznaczone kolorami, jak pokazano tutaj. Średnie przebiegi szczytowe ze wszystkich czterech kanałów tetrody komórek oznaczonych kolorami pokazanych na poprzednim wykresie punktowym są widoczne tutaj. Widoczne są tu ślady potencjału pola lokalnego w zakresie częstotliwości theta, zarejestrowane jednocześnie z czterech różnych tetrod zlokalizowanych w przyśrodkowej korze śródwęchowej, gdy szczur swobodnie żerował.Podczas wykonywania tej procedury ważne jest, aby pracować z precyzją przez całą procedurę, aby upewnić się, że wszystkie części pasują do siebie prawidłowo. Należy również zachować ostrożność i nosić odpowiednie środki ochrony osobistej podczas pracy z narzędziem demonstracyjnym, aby uniknąć obrażeń. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak konstruować te ulepszone hipernapędy przenoszące wiele tetrod do przewlekłych nagrań neurologicznych u zachowujących się szczurów.

construction-an-improved-multi-tetrode-hyperdrive-for-large-scale

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Neuronauka

W niniejszym protokole demonstrujemy sposób wykonania macierzy mikrodrajwerów do chronicznych rejestracji elektrofizjologicznych u szczurów.

Układ mikro-napędów do przewlekłych pomiarów in vivo: Konstrukcja napędu

W niniejszym protokole demonstrujemy sposób wykonania i kondycjonowania tetrod do zastosowania w macierzy mikro-napędów, która została zaprojektowana do chronicznych rejestracji elektrofizjologicznych u szczurów. Dodatkowo przedstawiamy końcowe etapy konstrukcji macierzy mikro-napędów, obejmujące instalację przewodów uziemiających oraz stożka ochronnego.

Macierz mikronapędów do chronicznych pomiarów in vivo: montaż tetrod

Przedstawiamy niskokosztową metodę projektowania i budowy lekkiego systemu przedwzmacniacza montowanego na głowie (headstage), który umożliwia jednoczesną rejestrację i stymulację aktywności neuronalnej. Urządzenie to można uszczelnić, aby umożliwić jego zastosowanie u zwierząt pływających.

Projekt i konstrukcja kostuktywnego headstage'a do jednoczesnej stymulacji i rejestracji aktywności neuronalnej w labiryncie wodnym

Opisane zostaną zewnątrzkomórkowe rejestracje aktywności neuronalnej z wykorzystaniem sond krzemowych u znieczulonego szczura. Technika ta pozwala na pozyskiwanie informacji z wielu obszarów mózgu od ponad 100 neuronów jednocześnie. Dostarcza ona informacji z rozdzielczością pojedynczych komórek na temat dynamiki zespołów neuronalnych w wielu obwodach lokalnych.

Rejestracja wielkoskalowych zespołów neuronalnych za pomocą sond krzemowych u znieczulonego szczura

Opisujemy metody wielkoskalowej rejestracji wielu pojedynczych jednostek oraz lokalnych potencjałów polowych u gryzoni podczas zachowań, z wykorzystaniem sond krzemowych. Procesy wykonania napędu, mocowania sondy do napędu oraz implantacji sondy zostały przedstawione w wystarczających szczegółach, aby umożliwić łatwą replikację.

Wielkoskalowa rejestracja neuronów za pomocą ruchomych sond krzemowych u gryzoni podczas zachowań

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.

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

Opisano projektowanie i montaż mikronapędów do elektrofizjologicznych zapisów in vivo sygnałów mózgowych od myszy. Dzięki przymocowaniu wiązek mikroelektrod do wytrzymałych nośników napędzanych, techniki te pozwalają na długotrwałe i stabilne zapisy neuronowe. Lekka konstrukcja pozwala na nieograniczoną wydajność behawioralną zwierzęcia po wszczepieniu napędu.

Budowa macierzy mikronapędów do przewlekłych nagrań neuronowych u myszy zachowujących się w stanie czuwania

Wprowadzono bezprzewodowy, dwukierunkowy system do wielokanałowych zapisów neuronowych i stymulacji u swobodnie zachowujących się szczurów. System jest lekki i kompaktowy, dzięki czemu ma minimalny wpływ na repertuar behawioralny zwierzęcia. Co więcej, ten dwukierunkowy system zapewnia wyrafinowane narzędzie do oceny związków przyczynowo-skutkowych między wzorcami aktywacji mózgu a zachowaniem.

Bezprzewodowy, dwukierunkowy interfejs do rejestrowania in vivo i stymulacji aktywności neuronalnej u swobodnie zachowujących się szczurów

Ten protokół opisuje budowę hybrydowego układu mikronapędów, który umożliwia wszczepienie dziewięciu niezależnie regulowanych tetrod i jednej regulowanej sondy opto-krzemowej w dwóch obszarach mózgu u swobodnie poruszających się myszy. Zademonstrowano również metodę bezpiecznego odzyskiwania i ponownego wykorzystania sondy optokrzemowej do wielu celów.

Hybrydowy system mikronapędowy z odzyskiwalną sondą optokrzemową i tetrodą do nagrywania w dwóch lokalizacjach o wysokiej gęstości w swobodnie poruszających się myszach

Tutaj opisujemy projekt mikronapędu, procedurę implantacji chirurgicznej i strategię rekonwalescencji po operacji, które pozwalają na przewlekłe zapisy pola i pojedyncze jednostki z wielu regionów mózgu jednocześnie u młodocianych i dorastających myszy w krytycznym oknie rozwojowym od 20 dnia po urodzeniu (p20) do 60 dnia po urodzeniu (p60) i później.

Lekki implant napędowy do przewlekłych zapisów tetrody u młodych myszy

Tutaj prezentujemy unikalny, drukowalny w 3D implant dla szczurów, nazwany TD Drive, zdolny do symetrycznych, obustronnych zapisów elektrod drucianych, obecnie w maksymalnie dziesięciu rozproszonych obszarach mózgu jednocześnie.

TD Drive: parametryczny implant o otwartym kodzie źródłowym do wieloobszarowych zapisów elektrofizjologicznych u zachowujących się i śpiących szczurów

Poznaj budowę hipernapędu wielotetrodowego do rejestracji aktywności neuronalnej u swobodnie poruszających się szczurów. Ta metoda umożliwia niezależne pozycjonowanie elektrod i długoterminowe monitorowanie funkcji poznawczych.

Budowa ulepszonego hipernapędu wielotetrodowego do wielkoskalowej rejestracji neuronalnej u zachowujących się szczurów

Przeglądaj więcej filmów