Matryca optrodowa do jednoczesnej modulacji optogenetycznej i elektrycznego zapisu neuronowego

Protokół ten obejmuje wytwarzanie w systemie optrodowym do jednoczesnej stymulacji optogenetycznej i rejestracji elektrofizjologicznej. Proponowany system oparty na diodach LED zwiększa wydajność sprzężenia światła dzięki układowi mikrosoczewek. Źródło światła LED ma prostszą konfigurację oświetlenia niż laserowe źródło światła, dzięki czemu system można łatwo zastosować w systemie bezprzewodowym.

Optogenetyka jest techniką ścieżki do zrozumienia patologii chorób neurologicznych i mechanizmów leczenia. Optogenetyka może być stosowana w leczeniu urazów rdzenia kręgowego, padaczki, choroby Parkinsona i choroby Alzheimera. Nasze urządzenie oparte na diodach LED może być dalej wdrażane jako system bezprzewodowy z kilkoma zaletami, takimi jak niska złożoność systemu, opłacalność i niskie zużycie energii.

Najpierw podłącz żeńskie złącze o rastrze 1,27 milimetra do przedwzmacniacza stopnia głównego. Umieść diodę LED w obudowie wydrukowanej w 3D. Zmierz natężenie światła na końcu końcówki światłowodu za pomocą fotodiody.

Zanurz elektrody wolframowe i światłowody w alkoholu na 15 minut i wysusz je na powietrzu. Ogol skórę głowy i umieść znieczuloną mysz w ramce stereotaktycznej. Umieść głowę w ramie stereotaktycznej i włóż nauszniki do ujścia.

Włącz termiczną poduszkę grzewczą wbudowaną w ramkę stereotaktyczną i utrzymuj temperaturę ciała na poziomie 37 stopni Celsjusza przez cały czas trwania zabiegów chirurgicznych. Wyreguluj pręt nacinający do ustawienia wysokości pręta nacinającego i dokręć nos clamp do pyska. Przykryj oczy wazeliną, aby zapobiec wysuszeniu.

Podnieś skórę w głowie za pomocą kleszczy, zabezpiecz miejsce do wstrzyknięcia i wstrzyknij 1% lidokainę pod skórę głowy. Wykonaj nacięcie strzałkowe za pomocą skalpela i drobnych nożyczek. Przytrzymaj naciętą skórę za pomocą mikrozacisku, aby poszerzyć widoczność pola operacyjnego.

Usuń okostną za pomocą bawełnianych wacików. Jeśli wystąpi krwawienie, kauteryzuj czaszkę za pomocą bovie, aby uszczelnić naczynia krwionośne. Oczyść czaszkę solą fizjologiczną i zaznacz miejsca kraniotomii za pomocą ramienia manipulatora.

Wywierć otwór nad móżdżkiem i włóż do ziemi. Za pomocą precyzyjnej włóż uziemiającą na głębokość 0,5 milimetra, aż dotrze do górnej części móżdżku. Wywierć zaznaczony obszar i usuń kawałek czaszki za pomocą kleszczy.

Zegnij końcówkę igły o rozmiarze 26 zgodnie z ruchem wskazówek zegara pod kątem 120 stopni i odsłoń obszar mózgu, wkładając skośną stronę igły skierowaną do góry. Zamocuj matrycę opcjonalną w ramieniu manipulatora i zbliż się do odsłoniętego obszaru. Powoli włóż matrycę opcrodową i podłącz uziemiającą do srebrnego przewodu dołączonego do systemu.

Włóż piankę żelową między odsłonięty mózg a urządzenie, aby chronić substancje chemiczne przed bezpośrednim kontaktem z mózgiem. Ostrożnie nałóż cement dentystyczny na czaszkę, aby zamocować urządzenie i przykryć piankę żelową. Zanim cement dentystyczny całkowicie stwardnieje, oddziel skórę głowy, jeśli jest przymocowana do cementu dentystycznego.

Pociągnij naciętą skórę kleszczami, aby pokryć stwardniały cement dentystyczny i zszyć skórę głowy. Umieść znieczuloną mysz w ramce stereotaktycznej. Ustaw przepis na impuls świetlny na 4% cykl pracy w częstotliwości 10 Hz.

Ustaw stymulację światłem na dwie sekundy podczas nagrywania neuronowego. Zdejmij plastikową osłonę i przymocuj górną część systemów dostarczania światła za pomocą diody LED wielokrotnego użytku w obwodach. Podłącz przedwzmacniacz stopnia głównego do wbudowanego pięciopinowego złącza.

Otwórz oprogramowanie i skonfiguruj filtry oprogramowania. Następnie kliknij i ustaw częstotliwość próbkowania wzmacniacza. Następnie kliknij zmień przepustowość.

Ustaw dolne pasmo wzmacniacza i górne pasmo wzmacniacza. Sprawdź oprogramowanie Filtr górnoprzepustowy DAC. Otwórz Spike Scope i sprawdź sygnały neuronowe za pomocą progu napięcia.

Kliknij przycisk Zatrzymaj i zacznij nagrywać. Załaduj pozyskane dane za pomocą MATLAB i sprawdź surowe dane. Następnie uruchom kod sortowania spajków, który zawiera algorytm clust fal.

Sprawdź posortowane spajki na wykresie rastrowym. Teraz narysuj skoki liczenia i sprawdź wywołane skoki podczas stymulacji świetlnej. Rysunek pokazuje całe zarejestrowane formy fal z dokładnymi warunkami, w tym dwie sekundy światła w środku.

Liczba wywołanych pojedynczych impulsów neuronalnych po każdym impulsie stymulacji świetlnej znacznie wzrosła w porównaniu z linią bazową z różnymi przedziałami czasowymi wynoszącymi dwie sekundy i 0,2 sekundy. Rysunek przedstawia histogram skoku dla każdego kanału przed, w trakcie i po stymulacji światłem. Rysunek wstawki wskazuje lokalizację wszczepionej matrycy optrodowej.

Co więcej, powiększona wersja pokazuje histogram spajka z 100-milisekundowym przedziałem czasu. Niebieski pasek reprezentuje czas, w którym dioda LED była włączona, aby zarejestrować odpowiedź. Aby zminimalizować szum artefaktu spowodowany procesem prądu sterującego diodą LED, system powinien być zaprojektowany tak, aby zapewnić wystarczającą odległość między ścieżką sygnału elektrycznego a obwodem LED.

Proponowany system optrodowy oparty na diodach LED może badać różne sygnalizacje neurologiczne związane z zachowaniami zwierząt, ponieważ może dostarczać stymulację optogenetyczną i rejestrować wywołane reakcje neurologiczne. Matryca optrodowa LED jest kompatybilna z bezprzewodowym interfejsem optogenetycznym, który może być używany w badaniach na zwierzętach w swobodnym ruchu.