Budowa mikroelektrod potencjału lokalnego pola do nagrań in vivo z wielu struktur mózgu jednocześnie
14 marca 2022
Obecny protokół opisuje konstrukcję specjalnie wykonanych układów mikroelektrod do rejestrowania lokalnych potencjałów pola in vivo z wielu struktur mózgu jednocześnie.
Naukowcy często muszą rejestrować lokalne potencjały pola z wielu struktur jednocześnie. Nasza prosta konstrukcja mikroelektrod pozwala nam rejestrować LFP z kilku struktur mózgu na różnych głębokościach jednocześnie. Dostępne na rynku mikroelektrody często nie są elastyczne i nie pozwalają na zapis z wielu struktur mózgu.
Nasza konstrukcja mikroelektrody pozwala na łatwą modyfikację konstrukcji tak, aby pasowała do dowolnej pożądanej konstrukcji. Zacznij od wzięcia drutu niklowo-chromowego pokrytego dianalem o średnicy 50 mikrometrów. Przyklej jeden koniec drutu do tylnej części platformy i owiń drut trzy razy wokół najbliższego pokrętła na platformie.
Rozciągnij drut wokół najdalszego drugiego pokrętła, aby utworzyć dwie pętle między pokrętłami. Owiń drut jeszcze trzy razy wokół pierwszego pokrętła, aby zamocować drut na miejscu i przyklej koniec z tyłu platformy. Umieść pręty napinające pod drutami z owiniętą wokół nich taśmą.
Za pomocą mikroskopu i cienkich kleszczyków wykonaj trzymilimetrową przerwę między drutami, aby wykonać mikroelektrody korowe, brzuszno-boczne, jądra wzgórza lub 4,5-milimetrową szczelinę, aby wykonać mikroelektrody prążkowiowo-nidrowe. Jeśli w mikroskopie używane jest powiększenie, należy obliczyć i dostosować różnicę powiększenia do rzeczywistej odległości między przewodami. Wytnij cztery małe kawałki plastiku o grubości 0,5 milimetra o szerokości około sześciu milimetrów i wysokości trzech milimetrów.
Nałóż klej na plastik. Umieść plastikowe kawałki w odległości około jednego centymetra od środka drutu, który jest oddalony o jeden centymetr od pręta napinającego. Usuń nadmiar kleju bawełnianym wacikiem.
Po wyschnięciu kleju przetnij drut drobnymi nożyczkami. Wytnij cztery siedmiomilimetrowe szklane rurki za pomocą dostępnego w handlu zestawu i włóż drut elektrody do szklanych rurek. Umieść klej u podstawy szklanych rurek, aby połączyć je z plastikiem.
Poczekaj, aż klej wyschnie, a następnie przetnij szklane rurki i druty za pomocą skalpela. Użyj super kleju, aby przymocować tworzywa sztuczne w żądanej kolejności obszarów docelowych. Nałóż żywicę epoksydową na plastik, aby związać ze sobą elektrody.
Weź gruby drut i zrób pętlę na jednym końcu, zanurz pętlę w roztworze żywicy epoksydowej i umieść ją na plastiku, upewniając się, że gruby drut leży płasko, aby ten drut mógł służyć jako uchwyt. Przytnij drut na dwa centymetry. Pogrupuj druty i zeskrob jeden milimetr izolowanych końców skalpelem.
Zegnij elektrody korowe i oddziel przewody. Za pomocą drobnych kleszczy wykonaj pętlę na końcu każdego drutu. Trzymaj 10-pinowy zestaw słuchawkowy z hemostatem i użyj drewnianej końcówki bawełnianego wacika, aby nałożyć minimalną ilość topnika na szpilki.
Za pomocą drewnianej końcówki bawełnianego wacika nałóż topnik na pętle z drutu. pętle przewodów do 10-pinowego zestawu słuchawkowego. Wysusz zestaw słuchawkowy, aby zapobiec zwarciu między stykami.
Weź cienki drut o długości około 0,05 do 0,008 cala jako przewody odniesienia i uziemienia i zdejmij plastik z jednego końca. Zrób pętlę na drugim końcu drutu. odizolowaną stronę przewodów odniesienia i uziemienia do odpowiednich pinów.
Trzymając gruby drut, nałóż cement do kranioplastyki wokół mikroelektrod, zwłaszcza w miejscu, w którym druty łączą się z kołkami. Unikaj dotykania właściwych końców elektrody cementem. Po wyschnięciu cementu umieść żywicę epoksydową u podstawy szklanych rurek, drutów mikroelektrod prążkowia i wokół całej elektrody.
Unikaj dotykania końców elektrod żywicą epoksydową. Zapisy potencjału pola lokalnego wykonano z prawej kory przedruchowej, lewego VL, prążkowia i SNR. Początek napadu stwierdzono jako odchylenie ścieżki napięcia co najmniej dwukrotnie w stosunku do wartości podstawowej.
Wykres widma mocy przedstawia rozkład częstotliwości dla zarejestrowanych lokalnych nagrań potencjału. Opóźnienia początku napadu można było porównać między każdą strukturą z dokładnością do milisekundy. Na końcu nagrań zastosowano impuls prądowy, aby zaznaczyć i potwierdzić położenie końcówek elektrod tworzących zmianę.
Jeśli mikroelektrody są skonstruowane dla różnych struktur mózgu, pamiętaj, aby zmodyfikować przerwy między przewodami zgodnie ze współrzędnymi stereotaktycznymi pożądanej struktury. Umieść elektrody o głębokiej strukturze w szklanych rurkach i wyreguluj długości mikroelektrod. Następnie przymocuj tworzywa sztuczne w wymaganej kolejności.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
To badanie przedstawia protokół konstruowania niestandardowych mikroelektrodowych tablic zdolnych do rejestracji lokalnych potencjałów pola (LFP) in vivo z wielu struktur mózgu jednocześnie. Metodologia ta zwiększa elastyczność w porównaniu do komercyjnie dostępnych mikroelektrod, umożliwiając jednoczesne rejestrowanie na różnych głębokościach.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Elektrofizjologia
- Neuronauki
- Neurofizjologia
Tło
- Rejestrowanie LFP z różnych struktur mózgu jest kluczowe w badaniach neuronauki.
- Istniejące mikroelektrody mogą ograniczać możliwości rejestracji z wielu struktur.
- Projekt ma na celu przełamanie tych ograniczeń poprzez konstrukcję możliwą do dostosowania.
- Badania te koncentrują się na ulepszonym projekcie elektrod dla skutecznego zbierania danych.
Cel badania
- Rozwój wszechstronnego systemu mikroelektrod do rejestracji in vivo.
- Możliwość jednoczesnego rejestrowania z wielu regionów mózgu.
- Dostarczenie elastycznego setupu dla badań elektrofizjologicznych.
Zastosowane metody
- Metoda polega na konstruowaniu mikroelektrod z drutu niklu chromu o określonych wymiarach.
- Celowe ułożenia są dostosowane na podstawie stereotaktycznych współrzędnych.
- Szczegółowe instrukcje obejmują obsługę drutu, techniki klejenia i lutowanie do zestawów słuchawkowych.
- Elektrody są zaprojektowane na różne głębokości mózgu, aby zwiększyć możliwości rejestracji.
- Elektrody są zakotwiczone za pomocą cementu kranoplastycznego i żywicy epoksydowej dla stabilności.
Główne wyniki
- Konstruowane mikroelektrody skutecznie rejestrowały LFP z wielu regionów mózgu.
- Badanie wykazało precyzyjne pomiary odchylenia napięcia wskazujące na początek drgawek.
- Wyniki pokazują potencjał dla analizy porównawczej opóźnień drgawek w różnych strukturach.
- Potwierdzone położenie elektrod poprzez oznakowane impulsowe prądy poprawia dokładność.
Wnioski
- To badanie ustanawia metodę tworzenia niestandardowych tablic mikroelektrodowych do badań in vivo.
- Elastyczna konstrukcja umożliwia ukierunkowane rejestrowanie z różnych regionów mózgu, zwiększając bogactwo danych.
- Wyniki przyczyniają się do lepszego zrozumienia aktywności neuronowej związanej z drgawkami i innymi zjawiskami neurofizjologicznymi.
Często zadawane pytania
Executive Industry Relevance
Simultaneous in vivo recording of local field potentials (LFPs) from multiple brain structures is critical for mechanistic de-risking and target validation in neuropharma discovery. Customizable microelectrode arrays enable precise, multi-region electrophysiological data collection, supporting predictive confidence in early-stage CNS portfolio decisions. This flexible approach addresses the limitations of commercial arrays, enhancing translational continuity from discovery through preclinical research.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables interrogation of neuronal circuit function across multiple brain regions in real time.
- Supports mechanistic de-risking by allowing direct comparison of activity patterns during disease-relevant events.
- Facilitates functional target validation by correlating LFP signatures with pharmacological or genetic interventions.
Screening & Assay Development
- Provides a platform for developing and validating electrophysiological assays with quantitative, millisecond-resolution outputs.
- Enables reproducible, multi-site recordings to standardize assay conditions across experiments.
- Supports screening of compounds for region-specific effects on neural activity.
Translational & Preclinical Research
- Aligns preclinical models with human disease-relevant neural circuit endpoints.
- Enables cross-structure biomarker discovery and validation for translational studies.
- Supports risk-adjusted advancement by providing robust, comparative neural data across brain regions.
Pipeline & Workflow Integration
This customizable microelectrode method integrates from early discovery through preclinical validation, enabling seamless hypothesis testing and data continuity.
- Discovery Biology: Facilitates hypothesis-driven mapping of neural circuits and pathway clarification.
- Screening: Delivers quantitative, reproducible LFP readouts for compound evaluation.
- Analytics: Provides high-resolution voltage and frequency data for statistical comparison across conditions and regions.
- Translational Research: Bridges discovery and preclinical phases by enabling biomarker alignment and cross-species endpoint validation.
- Enterprise Reuse: Offers a modular, adaptable platform for diverse CNS research programs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in CNS target validation.
- Operational Value: Enhances standardization, reproducibility, and scalability of electrophysiological workflows.
- Strategic Value: Improves go/no-go decision quality and capital efficiency by enabling robust, multi-region data collection.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization and advancement of CNS assets.
Implementation Considerations
- Requires expertise in stereotaxic surgery and microelectrode assembly.
- Needs access to precision tools, microscopes, and electrophysiological recording systems.
- Demands rigorous cross-team standardization of electrode construction and placement protocols.
- Adaptable to various rodent models and brain regions by adjusting stereotaxic coordinates and electrode configuration.
- Potential limitations include variability in electrode positioning and the need for careful handling to maintain recording quality.
