Elektrofizjologia aktywności kory laminarnej u marmozety zwyczajnej
4 sierpnia 2023
Specjalnie zbudowane mikronapędy umożliwiają submilimetrowe celowanie w miejsca zapisu kory mózgowej za pomocą liniowych układów krzemowych.
Marmozeta pospolita stanowi wyjątkowe wyzwanie dla neurofizjologii ze względu na swoje niewielkie rozmiary i brak wiru jako anatomicznych punktów orientacyjnych. Niewielkie przesunięcie elektrody o zaledwie milimetr może spowodować znaczące zmiany w mapie retinotopii. Proponowany mikroukład napędowy wykorzystuje stopień elektrody XY, który pozwala na ruch pionowy i poziomy w skali submilimetrowej.
Ze względu na względną nowość małpy marmozety jako modelu dla neurobiologii wzrokowej, techniki elektrofizjologii zachowującej się w stanie czuwania wciąż ewoluują. Obecne preparaty często wykorzystują sondy półprzewlekłe, które nie pozwalają na dostęp do mechanizmów pozycjonowania. Protokół ten demonstruje lekki napęd mechaniczny do użytecznych nagrań liniowych, które umożliwiają elastyczne pozycjonowanie między sesjami w celu odwzorowania retinopatii w komorze.
W preparacie można uniknąć długotrwałego uszkodzenia kory mózgowej, jeśli jest on stosowany prawidłowo z bezpiecznym napędem, powolną penetracją tkanek i unikaniem głównych naczyń krwionośnych. Dodatkowo, zastosowanie slastyki w kraniotomii w celu uniknięcia infekcji zostało zoptymalizowane w tej technice. Aby rozpocząć, zbierz części potrzebne do budowy mikronapędu elektrodowego.
Umieść nakrętkę w szczelinie podstawy i dodaj super klej, aby zapewnić stabilność. Następnie włóż przez nakrętkę w podstawie. Za pomocą narzędzia obrotowego z nasadką do cięcia tarczą diamentową wytnij odcinek siatki z tworzywa sztucznego o wymiarach cztery na trzy na trzy milimetry z odstępami między otworami jeden na jeden.
Umieść sekcję siatki na górze stołu montażowego Y. Zastosuj żywicę epoksydową, aby przymocować sekcję siatki do górnej części stolika Y. Następnie zamontuj mikronapęd na siatce za pomocą.
Dodaj żywicę epoksydową u podstawy mikronapędu, aby zapewnić stabilność. Przymocuj plastikową prostokątną platformę do stalowej rury o grubości 28 za pomocą żywicy epoksydowej. Przeciągnij rurkę prowadzącą o średnicy 23 przez siatkę.
Następnie przeciągnij stalową rurkę przymocowaną do plastikowej platformy przez rurkę prowadzącą o rozmiarze 23. Umieść stalową rurkę o grubości 28 w jednym z gniazd mikronapędu. Przymocuj stalową rurę do mikrodysku za pomocą żywicy epoksydowej.
Za pomocą ręcznego narzędzia do gwintowania nagwintuj wcześniej wykonane otwory na w stoliku X i podstawie, aby zbudować podstawę napędu. Następnie włóż przez długie szczeliny w stoliku X i zabezpiecz je w odpowiednich otworach na w podstawie. Włóż dwie przez długą szczelinę w stoliku Y i przymocuj je do wcześniej wykonanych otworów na w stoliku X.
Po upewnieniu się, że napęd mikromanipulatora jest wyposażony w plastikową platformę, użyj taśmy, aby przymocować 64-pinowe złącze do platformy. Następnie ostrożnie umieść odrobinę bacytracyny na plastikowej rurce i przymocuj elektrodę podłączoną do 64-pinowego złącza za pomocą elastycznego taśmowego. Za pomocą napędu mikromanipulatora przytrzymaj elektrodę krzemową i jej złącze, jednocześnie przewlekając plastikową rurkę przez otwór w stoliku Y.
Odłącz 64-pinowe złącze od napędu mikromanipulatora i za pomocą kleju żelowego przymocuj złącze do platformy na stoliku X. Następnego dnia ostrożnie odłącz elektrodę od plastikowej rurki i wyjmij napęd mikromanipulatora z zespołu. Delikatnie przesuń zacisk krokodylkowy, aby obrócić dysk i zobaczyć niezabezpieczoną elektrodę.
Umieść elektrodę na plastikowym uchwycie poniżej stolika Y i zabezpiecz ją elastomerem silikonowym. Po pięciu minutach, za pomocą sterującej na mikronapędzie, wsuń elektrodę i umieść tuleję ochronną na elektrodzie. Dokręć trzy boczne na podstawie mikronapędu.
Podłącz stopień główny do nagrań do 64-pinowego złącza. Aby przygotować roztwór PEDOT, należy połączyć EDOT i PSS w wodzie destylowanej na dzień przed użyciem. Otwórz oprogramowanie testera impedancji i z górnego menu rozwijanego w lewym górnym rogu wybierz adapter.
Z drugiego menu rozwijanego wybierz elektrodę. Upewnij się, że liczba kanałów jest prawidłowa. Za pomocą złącza podłącz sondę do systemu testera impedancji i opuść sondę do uziemionej soli fizjologicznej, aby uzyskać odczyt linii bazowej.
Naciśnij przycisk Impedancje testowe i sprawdź prawidłowe ustawienie przed naciśnięciem przycisku sondy testowej. Zapisz i zapisz odczyty linii bazowej do wykorzystania w przyszłości dla obu trzonków elektrody. Następnie opuść podnośnik laboratoryjny, aby wyjąć sondę z soli fizjologicznej.
Zastąp sól fizjologiczną w zlewce wodą destylowaną. Podnieś podnośnik laboratoryjny, aby zanurzyć elektrodę i spłucz pozostały roztwór soli fizjologicznej przed ponownym opuszczeniem podnośnika laboratoryjnego. Zastąp wodę destylowaną roztworem PEDOT i podnieś podnośnik laboratoryjny, aż elektroda zostanie zanurzona.
Wybierz przycisk DC Electroplate (Galwanizacja prądu stałego) i sprawdź poprawność ustawień. Następnie naciśnij przycisk Autoplate i zapisz wyniki. Po przetestowaniu najpierw przepłucz sondę wodą destylowaną.
Następnie napełnij zlewkę solą fizjologiczną i podnieś podnośnik laboratoryjny, aż elektroda zostanie zanurzona. Naciśnij przycisk Test impedancji i sprawdź, czy ustawienia są prawidłowe. Następnie naciśnij przycisk Sonda testowa.
Aby rozpocząć, zabezpiecz mikrodysk na nasadce głowicy. Dokręć wszystkie trzy w układzie mikronapędu. Za pomocą sterującej na mikronapędzie opuść sondę krzemową, wykonując jeden obrót co jedną do dwóch sekund, aż jednostki zostaną zaobserwowane na końcówce matrycy.
Po zaobserwowaniu neuronów cofnij jeden obrót mikronapędu, aby zmniejszyć prędkość wejścia elektrody, gdy przemieszcza się ona przez oponę ślustyczną i oponę twardą do tkanki korowej. Powoli kontynuuj wprowadzanie macierzy do kory mózgowej, przesuwając się o cztery do sześciu obrotów w ciągu 20 do 30 minut, aż neurony zostaną równomiernie rozmieszczone na całej długości sondy. Następnie powoli cofnij matrycę o jeden do dwóch obrotów, aby zmniejszyć nacisk na tkankę.
Po zakończeniu nagrywania powoli wycofaj matrycę z kory z prędkością podobną do początkowej insercji. Gdy na sondzie nie będzie już widocznych neuronów, wsuń matrycę szybciej, aż powróci do całkowicie schowanej pozycji wyjściowej. Po wyjęciu sondy z komory nagrywającej zanurz ją w roztworze do soczewek kontaktowych na 20 minut, aby usunąć wszelkie tkanki lub krew.
Umieść sondę w alkoholu na jedną minutę, aby usunąć roztwór do soczewek kontaktowych i pozostaw elektrodę do wyschnięcia. Dane z tablicy posortowane według wartości szczytowych uzyskane za pomocą Kilosort ujawniły, że główne cechy składowe wybranych szczytów w klastrze różniły się od skoków tła, co potwierdza stabilność nagrania w czasie. Niezawodność pozycjonowania XY wykazała 70,8% nakładanie się średnich lokalizacji RF między dwiema sesjami w odstępie tygodnia.
Precyzyjne ruchy przestrzeni tematycznej siatkówki zaobserwowano w serii sesji nagraniowych przekraczających granice MT i MTC przy użyciu niewielkich zmian położenia.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Niniejsze badanie przedstawia niestandardowy system mikro-napędu, który umożliwia precyzyjne, submilimetrowe dostosowanie miejsc rejestracji korowych u obiśnika pospolitego. Konstrukcja uwzględnia wyzwania związane z niewielkimi rozmiarami obiśnika, ułatwiając budzeniowe rejestrowanie elektrofizjologiczne w celu skutecznego odwzorowania retynotopu.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neuronauka
- Elektrofizjologia
- Neuronauka wzroku
Tło
- Obiśnik pospolity stanowi unikalne wyzwania dla neurofizjologii ze względu na swoją budowę anatomiczną.
- Dokładność umieszczenia elektrod jest krytyczna, ponieważ małe ruchy mogą znacząco wpływać na dane.
- Obecne metody często ograniczają dostęp do mechanizmów pozycjonowania.
- Optymalizowane techniki mogą pomóc zmniejszyć ryzyko infekcji podczas kraniotomie.
Cel badania
- Opracować mikro-napęd, który ułatwia elastyczne pozycjonowanie elektrod dla badań przewlekłych.
- Poprawić jakość korowych rejestracji u obiśników w stanie czuwania.
- Poprawić odwzorowanie retynotopu wzrokowego przez wiele sesji.
Zastosowane metody
- Badanie wykorzystuje niestandardowy system mikro-napędu zaprojektowany do submilimetrowej manipulacji elektrodami.
- Obiśnik pospolity jest używany jako model biologiczny do testowania warunków w stanie czuwania.
- Proces obejmuje staranne montaż mikro-napędu i kalibrację elektrod.
- Kluczowe kroki obejmują zabezpieczanie komponentów żywicą epoksydową i zapewnienie stabilności podczas manipulacji.
- Nacisk kładziony jest na długoterminową opiekę nad tkanką, aby uniknąć uszkodzeń podczas wstawiania elektrod.
Główne wyniki
- System mikro-napędu z powodzeniem pozwolił na dokładne rejestrowanie korowe u obiśników.
- Technika ta pozwala na modyfikacje, które minimalizują zakłócenia kory i zachowują jej funkcjonalną integralność.
- Ogólnie, ta metoda demonstruje skuteczny długoterminowy dostęp do badań neurofizjologicznych.
- Uzyskano liczne rejestracji neuronów, co poprawia odwzorowanie ścieżek wzrokowych.
Wnioski
- To badanie pokazuje znaczący postęp w technologii mikro-napędów dla rejestracji korowych.
- Poprawa pozycjonowania elektrod zwiększa zrozumienie retynotopu i funkcji kory.
- Te wyniki wnoszą cenne wnioski dotyczące zachowania neuronów w związku z przetwarzaniem wzrokowym.
Często zadawane pytania
Executive Industry Relevance
Sub-millimeter precision in laminar cortical recordings using the marmoset model enables high-fidelity mapping of neural circuits, directly supporting early-stage target validation and mechanistic de-risking in CNS drug discovery. The protocol's reproducibility and spatial accuracy facilitate reliable cross-session data, enhancing predictive confidence for translational neuroscience portfolios. This capability is strategically positioned to inform go/no-go decisions in neuropharmacology pipelines where functional circuit interrogation is critical.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables precise interrogation of cortical microcircuits for functional target validation in primate models.
- Supports mechanistic de-risking by allowing repeated, location-matched recordings across sessions.
- Facilitates mapping of retinotopic organization, clarifying pathway-specific effects of candidate interventions.
Screening & Assay Development
- Provides validated laminar recording systems for quantitative electrophysiological assays.
- Ensures reproducibility and standardization of neural activity measurements across experimental runs.
- Delivers high-resolution spike sorting and current source density outputs for compound screening readiness.
Translational & Preclinical Research
- Aligns primate electrophysiology with disease-relevant neural circuit endpoints for translational continuity.
- Enables longitudinal studies of neural plasticity and intervention effects in a preclinical primate model.
- Supports risk-adjusted advancement by providing robust, quantitative neural biomarkers.
Pipeline & Workflow Integration
This laminar recording protocol integrates into the discovery continuum from early mechanistic studies through preclinical validation, supporting both hypothesis testing and quantitative assay development.
- Discovery Biology: Facilitates hypothesis-driven mapping of cortical function and retinotopic organization.
- Screening: Delivers reproducible, quantitative neural activity data for assay development and compound evaluation.
- Analytics: Provides current source density and spike sorting outputs for rigorous statistical comparison of experimental conditions.
- Translational Research: Bridges primate neural circuit data to preclinical biomarker strategies when aligned with disease models.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable platform for cross-study, cross-team electrophysiological investigations in primate models.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in CNS target validation.
- Operational Value: Standardizes laminar recording workflows for reproducibility and scalability across studies.
- Strategic Value: Improves go/no-go decision quality and capital efficiency in neuropharmacology pipelines.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of CNS programs based on robust neural circuit data.
Implementation Considerations
- Requires expertise in primate neurophysiology and micro-drive assembly.
- Demands access to precision electrode positioning and impedance testing instrumentation.
- Necessitates rigorous cross-session standardization for reproducible targeting.
- May require adaptation for use in other primate or rodent models with different cortical architectures.
- Careful handling and slow tissue penetration are essential to minimize cortical damage and maintain data quality.
