Name: Uma rede sem fio, Interface bidirecional para gravação na Vivo e estimulação da atividade Neural em livremente, comportando-se ratos (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-11-07T13:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 41 s
Description: Aprenda a usar um sistema telemétrico bidirecional para gravação e estimulação neural em ratos em livre movimento. Este método permite estudar relações causais entre atividade cerebral e comportamento em neurociência.

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

playerTrialDesktop

Este trabalho foi apoiado por uma pesquisa de subvenção da Federação Alemã de Industrial pesquisa associações (AiF; número de concessão: KF2780403JL3).

todos os protocolos e experimentos estavam em conformidade com as actuais directrizes europeias (2010/63/UE) e aprovado pelas autoridades regionais (Regierungspräsidium Gießen, senhor 20/35 Nr.25/2015).
 1. animais <ol><li>adultos ratos Wistar machos (200-250 g) em grupos de 3-4 em condições padrão de laboratório pelo menos uma semana antes da cirurgia para permitir que a aclimatação da casa.</li>
	<li>Dois dias após a cirurgia, ratos de casa em pares. Cobrir gaiolas simples com tampas de acrílico altas. Evitar tampas convencionais feitas de grelha metálica, desde que os implantes podem ficar presos, aumentando o risco de que eles se tornam danificado e/ou instável ao longo do tempo.</li>
</ol> 2. Cirurgia estereotáxica <ol><li>antes de iniciar a cirurgia, organizar e preparar o equipamento e os materiais a seguir: <ol><li>obter equipamento cirúrgico estéril, consistindo de tesoura estéril, sem corte-extremidade pinças, espátulas, cirúrgicas cortador, broca dental e brotos de algodão.</li> <li>obter drogas e produtos químicos, incluindo o isoflurano, xilocaína, cloridrato de tramadol, pomada do olho de dexpantenol, 3% de peróxido de hidrogênio, povidona iodo e 70% de etanol.</li>
		<li>Obter o material de fixação, incluindo parafusos de aço inoxidável, resina acrílica, colagem ultravioleta e protetor de cap.</li>
		<li>Obter uma unidade de microeletrodos, (i) consiste em um eletrodo de gravação única (vidro de quartzo isolado microeletrodos de platina de tungstênio, com forma de ponta cônica, diâmetro exterior: 80 µm, ponta cónica, impedância de 1 kHz: 500 kOhm) ou um tetrode (vidro de quartzo isolados de microeletrodos de platina/tungstênio 4 núcleos, diâmetro exterior: 100 µm, ponta cónica, impedância de 1 kHz: 500-800 kOhm); (ii) um eletrodo de estimulação (fio de platina/irídio (90% de platina, 10% de irídio), núcleo de diâmetro 125 µm, diâmetro externo de 150 µm, impedância &#60; 10 kOhm) conectado a uma placa de contato e (iii) um eléctrodo de referência de fio de platina (diâmetro do eixo, 100 µm; figura 1A).</li>
		<li>Obter eléctrodo colado com cola solúvel em água para a unidade de microeletrodos e testados para funcionalidade pelo menos 2h de antecedência ( figura 1B).</li>
		<li>Obter um sistema convencional amarrado, consistindo de um pré-amplificador diferencial, um amplificador principal e uma bandpass filtro amplificador para gravações.</li>
		<li>Obter material adicional, tais como luvas, soro fisiológico, seringas e almofada de aquecimento.</li>
		<li>Obter em casa gaiolas (L x W x h: 42 cm x 26 cm x 38 cm).</li>
	</ol></li> <li>Procedimento Nota: implantação do eletrodo é executada durante uma cirurgia estereotáxica convencional sob anestesia de isoflurano.
	<ol><li>Certifique-se de que o experimentador está usando luvas, máscara cirúrgica e jaleco.</li>
		<li>Iniciar colocando o animal em uma câmara de indução de anestesia (isoflurano 4-5%, o fluxo de oxigênio 1 L/min, duração ~ 5 min).</li>
		<li>Teste para perda de reflexos (reflexos de cauda e dedo do pé) com fórceps para confirmar a anestesia profunda.</li>
		<li>Coloque a cabeça do animal em uma máscara de anestesia fixada em torno da barra de incisivo superior da armação estereotáxica e ajustar a anestesia (2-3% de isoflurano, fluxo de oxigênio 0,7-0,8 L/min).</li>
		<li>Corrigir e alinhar horizontalmente o animal &#39; cabeça de s no aparato estereotáxica usando barras de orelha e incisivo superior bar</li>
		<li>Raspar o campo cirúrgico usando tesouras cirúrgicas ou uma tesoura e esterilizar com iodopovidona.</li>
		<li>Colocar o animal em uma almofada de aquecimento para evitar a hipotermia e tratar os olhos com bálsamo de olho dexpantenol para impedi-los de secagem.</li>
		<li>Injetar xylocaine (0,3 a 0,4 mL, por via subcutânea, s.c.) no centro do campo cirúrgico.</li>
		<li>Teste para perda de reflexos novamente.</li>
		<li>Fazer uma pequena incisão (1,5 cm) com um bisturi no meio do campo cirúrgico para expor o crânio. Separar a pele suavemente e remover o tecido residual usando a pinça, tesoura e espátula.</li>
		<li>Limpe cuidadosamente o crânio usando peróxido de hidrogênio-revestido cotonetes.</li>
		<li>Furos 4-5 pequenas (4,7 mm) no crânio para fixação de parafusos de aço inoxidável.</li>
		<li>Conectar o microeléctrodo unidade/eléctrodo ao pré-amplificador e anexar para o micromanipulador estereotáxica ( figura 1B e 1C).</li>
		<li>Um buraco (aproximadamente 7 mm) no crânio acima da área de destino usando as coordenadas de um atlas do cérebro de acordo com o animal utilizado. No presente estudo, posicione as pontas de eletrodo vistas o colículo inferior, utilizando as seguintes coordenadas, com o bregma, servindo como referência: anterior/posterior, &#8722; 8.8 mm; medial/lateral, 1,5 mm; e dorsal/ventral, 3,5 mm 14.</li>
		<li>Absorver qualquer sangue com cotonetes.</li>
		<li>Introduzir verticalmente a unidade de microeletrodos até as pontas de eletrodo atingem o alvo.</li>
		<li>Posicione o cabo de terra ao longo dos parafusos de aço inoxidável e sob a pele.</li>
		<li>Monitor spike atividade e cuidadosamente ajustar a posição do eletrodo com micromanipulador até atingir uma zona de neurônios ativos na estrutura alvo e detectar atividade neural com uma relação sinal-ruído adequada para spike classificação.</li>
		<li>Fixar a unidade de microeletrodos no crânio com colagem ultravioleta e cobrir o contato de placa e parafusos com resina acrílica.</li>
		<li>Injetar soro fisiológico (1 mL i.p.) e tramadol (25 mg/kg, s.c.) para prevenir a desidratação e assegurar analgesia pós-operatória, respectivamente.</li>
		<li>Desconectar a unidade de microeletrodos do porta-eletrodo usando um pincel embebida em água.</li>
		<li>Paragem de anestesia, remova cuidadosamente o rato da armação estereotáxica. Desconecte o pré-amplificador o microeléctrodo unidade</li>
		<li>Conectar-se a proteção de cap na unidade de microeletrodos implantada e desconectá-lo somente durante os procedimentos experimentais.</li>
		<li>Manter os animais em pares na casa-gaiola a partir do segundo dia após a cirurgia.</li>
		Animais de <li>monitor diariamente para possível ferida infecção, peso corporal, condição de saúde e comportamento geral por um período de 7 dias após a cirurgia. Após este período de recuperação, realizar na vivo eletrofisiologia e experimentos comportamentais. 
		Nota: O procedimento cirúrgico dura entre 60-90 min. Durante a cirurgia, cauda filme reflexos devem ser continuamente monitorizados e ajustado de anestesia, se necessário.</li>
	</ol></li></ol> 3. Na Vivo Eletrofisiologia <ol><li>equipamento e procedimento Nota: gravações eletrofisiológicas e estimulação são executadas usando o TWS.
	<ol><li>Obter uma fase de cabeça com um pré-amplificador integrado e bateria ligada (gravação de quatro canais; analógica, gravação de intervalo de entrada: 0-12 mV pk-pk; saída de estimulação: ±625 µA; L x W x h: 24 milímetros x 22 x 12 mm; peso: 6 g sem bateria, 12 g com bateria; bateria tempo até 1 h). Nesta fase a cabeça é apropriada ser conectado diretamente à unidade de microeletrodos implantados através de um conector multipolar em miniatura ( Figura 2).</li>
		<li>Obter uma bateria (acumulador de iões de lítio, 3.7-4.2 V DC, 230 mAh, 27 x 20 mm x 6 mm, tempo de operação de 1 h) montado em cima do palco principal ( Figura 2). Se for necessário usar a substituição da bateria recarregável com capacidade de 450 mA para aproximadamente tempo de operação de 2,5 h. Certifique-se que uma luz verde acende-se na fase de cabeça enquanto a bateria está conectada ao proprietário.</li>
		<li>Obter um transceptor (transmissor-receptor) conectado a um computador pessoal via porta USB padrão e permite uma operação sem fio para até 5 m ( Figura 2E).</li>
		<li>Obter um computador pessoal com software TWS para estimulação elétrica e gravação da atividade neural ( Figura 3 e Figura 4 ).</li>
		<li>Obter um pré-amplificador amarrado e um sistema de aquisição de dados utilizado durante a cirurgia (ver item 2.1.5) para gravações e um gerador de estímulo para a estimulação, a fim de comparar a eficácia do TWS em acordado ratos uma semana após a cirurgia. 
		Nota: A estimulação elétrica é fornecida e atividade extracelular dos neurônios único é gravada a partir da mesma unidade de microeletrodos implantados usando ambos os sistemas. Os parâmetros de estimulação (intensidade de corrente, pulso e frequência) devem ser ajustados para cada animal de acordo com a região do cérebro como alvejada. No presente estudo, um 150-250 µA, 2500 Hz corrente foi usada para estimular o colículo inferior.</li>
	</ol></li> <li>Comportamental ensaios Nota: uma vez que nenhuma barreira de metal é introduzida entre o transceptor e o estágio de cabeça animal, a TWS é aplicável a um amplo conjunto de tarefas comportamentais. Como testes de comportamentais exemplares, foi usado em campo aberto para medição de atividade comportamental geral e da elevada além de labirinto, um teste padrão para avaliar o comportamento de ansiedade em roedores 15. Uma câmera de vídeo foi colocada centralmente acima campo aberto e elevada mais labirinto para gravações comportamentais.
	<ol><li>Antes do teste comportamental, lidar com cada animal em três dias consecutivos (5 min a cada dia). Antes de cada período de tratamento de conectar o palco principal com bateria para a unidade de microeletrodos implantada anteriormente. Não faça qualquer gravação ou estimulação durante o manuseio.</li>
		<li>Campo aberto <ol><li>Coloque o rato no centro do campo aberto (40 x 40 cm x 40 cm; vermelho ~ 30 Lux de luz) e deixe-o explorar o aparelho pelo menos 5 min sob gravação neural.</li>
			<li>Determinar o limiar de fuga - intensidade de corrente mínima produzindo correr ou saltar. No presente estudo, entregar uma estimulação de 2500 Hz de alta frequência (largura de pulso: 100 µs; intervalo de pulso: 100 µs) para o colículo inferior em intervalos de 1 min, aumentando a intensidade de corrente em 20-50 µA passos até ratos mostraram escapar comportamento.</li>
			<li>Voltar o rato da gaiola em casa, limpar o campo aberto (solução de ácido acético 0,1%) e secá-lo 
			Nota: A fim de comparar a eficácia da estimulação da TWS com o sistema tradicional de amarrados acima descrito o procedimento foi realizado utilizando ambos os sistemas.</li>
		</ol></li> <li>Elevada e mais labirinto Nota: plus-labirinto usado nesses experimentos foi feito de acrílico cinzento e consistia de dois braços abertos (50 cm comprimento x 10 cm de largura) e dois fecharam braços (50 cm comprimento x 10 cm de largura, com muros altos de 40 cm) que estendia uma pla central TForm elevada 50 cm acima do chão 16.
		<ol><li>Colocar o rato no centro do virado plus-maze para um braço aberto e deixe-o explorar livremente o aparelho sob gravação contínua durante 5 min.</li>
			<li>Gravar o número de entradas em, e o tempo gasto nos braços abertos e fechados ao longo de um período de 5 min.</li>
			<li>Retornar o rato para sua gaiola em casa, limpo (solução de ácido acético 0,1%) e seque o labirinto antes de cada teste</li>
		</ol></li> <li>Perfusão e histologia <ol><li>anestesiar o rato com xilazina/cetamina (150 mg/kg e 100 mg/kg, respectivamente; i.p.).</li>
			<li>Ligar a unidade de eletrodo implantado no cabo de estimulação e aplicar a estimulação elétrica (atual intensidade 50 µA, largura de pulso: 100 µs; intervalo de pulso: 100 µs) durante 90 s a fim de produzir uma pequena lesão ao redor da ponta do eletrodo.</li>
			<li>, Desconecte o cabo de estimulação e perfundir o animal através do ventrículo esquerdo com soro fisiológico, seguido por 200 mL de paraformaldeído 4% em tampão de fosfato de sódio 0,1 M, pH 7,3 (para uma descrição detalhada, consulte referência 17 ).</li>
			<li>Remover o cérebro e mergulhá-lo para 4h no fixador fresco em 4 ° C.</li>
			<li>Certifique-se que a temperatura da câmara do criostato principal está a -20 ° C.</li>
			<li>Congelar o cérebro ao gelo seco e corte-os em 50 µm secções coronal usando um criostato serial.</li>
			<li>Mancha as seções com cresylviolet para localizar as posições das pontas do eletrodo, de acordo com o atlas por Paxinos e Watson 14.</li>
		</ol>
		</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol><li>Rao, R. P., Mielke, F., Bobrov, E., Brecht, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Vocalization-whisking+coordination+and+multisensory+integration+of+social+signals+in+rat+auditory+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22Elife%22%5BJournal%5D)">Vocalization-whisking coordination and multisensory integration of social signals in rat auditory cortex.</a> Elife. 3, e03185(2014).</li>
<li>Tseng, W. T., Yen, C. T., Tsai, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+bundled+microwire+array+for+long-term+chronic+single-unit+recording+in+deep+brain+regions+of+behaving+rats%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci.+Methods%22%5BJournal%5D)">A bundled microwire array for long-term chronic single-unit recording in deep brain regions of behaving rats.</a> J. Neurosci. Methods. 201 (2), 368-376 (2011).</li>
<li>Ball, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rodent+scope%3A+a+user-configurable+digital+wireless+telemetry+system+for+freely+behaving+animals%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">Rodent scope: a user-configurable digital wireless telemetry system for freely behaving animals.</a> PLoS One. 9 (2), e89949(2014).</li>
<li>Chien, C. N., Jaw, F. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Miniature+telemetry+system+for+the+recording+of+action+and+field+potentials%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci.+Methods%22%5BJournal%5D)">Miniature telemetry system for the recording of action and field potentials.</a> J. Neurosci. Methods. 147 (1), 68-73 (2005).</li>
<li>Hawley, E. S., Hargreaves, E. L., Kubie, J. L., Rivard, B., Muller, R. U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Telemetry+system+for+reliable+recording+of+action+potentials+from+freely+moving+rats%5BTitle%5D)+AND+%22Hippocampus%22%5BJournal%5D)">Telemetry system for reliable recording of action potentials from freely moving rats.</a> Hippocampus. 12 (4), 505-513 (2002).</li>
<li>Alam, M., Chen, X., Fernandez, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+low-cost+multichannel+wireless+neural+stimulation+system+for+freely+roaming+animals%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neural.+Eng%22%5BJournal%5D)">A low-cost multichannel wireless neural stimulation system for freely roaming animals.</a> J. Neural. Eng. 10 (6), 066010(2013).</li>
<li>Xu, S., Talwar, S. K., Hawley, E. S., Li, L., Chapin, J. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+multi-channel+telemetry+system+for+brain+microstimulation+in+freely+roaming+animals%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci+Methods%22%5BJournal%5D)">A multi-channel telemetry system for brain microstimulation in freely roaming animals.</a> J. Neurosci Methods. 133 (1-2), 57-63 (2004).</li>
<li>Angotzi, G. N., Boi, F., Zordan, S., Bonfanti, A., Vato, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+programmable+closed-loop+recording+and+stimulating+wireless+system+for+behaving+small+laboratory+animals%5BTitle%5D)+AND+%22Sci.+Rep%22%5BJournal%5D)">A programmable closed-loop recording and stimulating wireless system for behaving small laboratory animals.</a> Sci. Rep. 4, 5963(2014).</li>
<li>Ativanichayaphong, T., He, J. W., Hagains, C. E., Peng, Y. B., Chiao, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+combined+wireless+neural+stimulating+and+recording+system+for+study+of+pain+processing%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci.+Methods%22%5BJournal%5D)">A combined wireless neural stimulating and recording system for study of pain processing.</a> J. Neurosci. Methods. 170 (1), 25-34 (2007).</li>
<li>Ye, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+portable+telemetry+system+for+brain+stimulation+and+neuronal+activity+recording+in+freely+behaving+small+animals%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci.+Methods%22%5BJournal%5D)">A portable telemetry system for brain stimulation and neuronal activity recording in freely behaving small animals.</a> J. Neurosci. Methods. 174 (2), 186-193 (2008).</li>
<li>Brandão, M. L., Tomaz, C., Leão-Borges, P. C., Coimbra, N. C., Bagri, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Defense+reaction+induced+by+microinjections+of+bicuculline+into+the+inferior+colliculus%5BTitle%5D)+AND+%22Physiol+Behav%22%5BJournal%5D)">Defense reaction induced by microinjections of bicuculline into the inferior colliculus.</a> Physiol Behav. 44, 361-365 (1988).</li>
<li>Brandão, M. L., Melo, L. L., Cardoso, S. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanisms+of+defense+in+the+inferior+colliculus%5BTitle%5D)+AND+%22Behav+Brain+Res%22%5BJournal%5D)">Mechanisms of defense in the inferior colliculus.</a> Behav Brain Res. 58, 49-55 (1993).</li>
<li>Melo, L. L., Cardoso, S. H., Brandão, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Antiaversive+action+of+benzodiazepines+on+escape+behavior+induced+by+electrical+stimulation+of+the+inferior+colliculus%5BTitle%5D)+AND+%22Physiol+Behav%22%5BJournal%5D)">Antiaversive action of benzodiazepines on escape behavior induced by electrical stimulation of the inferior colliculus.</a> Physiol Behav. 51, 557-562 (1992).</li>
<li>Paxinos, G., Watson, P. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aPaxinos%2C+G+%22The+rat+brain+in+stereotaxic+coordinates%22">The rat brain in stereotaxic coordinates</a>. , 3rd ed, Academic Press. San Diego, CA. (2007).</li>
<li>Walf, A. A., Frye, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+use+of+the+elevated+plus+maze+as+an+assay+of+anxiety-related+behavior+in+rodents%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Protoc%22%5BJournal%5D)">The use of the elevated plus maze as an assay of anxiety-related behavior in rodents.</a> Nat. Protoc. 2 (2), 322-328 (2007).</li>
<li>Pellow, S., Chopin, P., File, S. E., Briley, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Validation+of+open%3Aclosed+arm+entries+in+an+elevated+plus-maze+as+a+measure+of+anxiety+in+the+rat%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci+Methods%22%5BJournal%5D)">Validation of open:closed arm entries in an elevated plus-maze as a measure of anxiety in the rat.</a> J Neurosci Methods. 14, 149-167 (1985).</li>
<li>Gage, G. J., Kipke, D. R., Shain, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Whole+animal+perfusion+fixation+for+rodents%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Vis.+Exp%22%5BJournal%5D)">Whole animal perfusion fixation for rodents.</a> J. Vis. Exp. (65), e3564(2012).</li>
<li>Merrill, D. R., Bikson, M., Jefferys, J. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrical+stimulation+of+excitable+tissue%3A+design+of+efficacious+and+safe+protocols%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci+Methods%22%5BJournal%5D)">Electrical stimulation of excitable tissue: design of efficacious and safe protocols.</a> J Neurosci Methods. 141, 171-198 (2005).</li>
<li>Ewing, S. G., Porr, B., Riddell, J., Winter, C., Grace, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((SaBer+DBS%3A+A+fully+programmable%2C+rechargeable%2C+bilateral%2C+charge-balanced+preclinical+microstimulator+for+long-term+neural+stimulation%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci+Methods%22%5BJournal%5D)">SaBer DBS: A fully programmable, rechargeable, bilateral, charge-balanced preclinical microstimulator for long-term neural stimulation.</a> J Neurosci Methods. 213, 228-235 (2013).</li>
</ol>

Os co-autores Uwe Thomas e Sascha Thomas são os donos do "Thomas gravação GmbH", que está desenvolvendo produtos utilizados neste estudo e relacionado com o tema de pesquisa gerais descrito neste documento. Além disso, o co-autor Dirk Hoehl recebe rendimentos de "Thomas gravação GmbH". Eles financeiramente podem beneficiar desta circunstância, se a empresa for bem-sucedida na comercialização de seus produtos que estão relacionados a esta pesquisa. "Thomas" aparelho utilizado neste estudo foi dedicado ao departamento de neurociência comportamental, Experimental e psicologia biológica - Philipps Universität Marburg, sem qualquer custo.

Apresentou-se aqui, um sistema sem fio amplamente acessível gravação e estimulação para Estudos eletrofisiológicos e comportamentais em animais movimentando-se livremente. A TWS foi validado em ensaios comportamentais usando o colículo inferior como um modelo de estrutura. A abordagem TWS tem várias vantagens sobre os já existentes. Em primeiro lugar, o sistema usa um único portátil TWS cabeça-palco equipado com um pré-amplificador e uma bateria recarregável, permitindo gravações de longo prazo estáveis para até 1 h com a mesma bateria e distância de operações sem fio de até 5 m. em segundo lugar, é o palco principal do TWS luz e compacto, pesando 12 g incluindo a bateria e foi desenvolvido para evitar o rato de remoção de fase de cabeça e mastigar os fios. Foi bem tolerado pelos animais desde nenhum impacto sobre o repertório comportamental de animal´s com e sem o TWS cabeça fase observou-se, tornando o sistema aplicável a um amplo conjunto de tarefas comportamentais. Em terceiro lugar, o sistema transmite em tempo real. Em quarto lugar, através da estimulação da atividade neural e gravação simultânea bidirecional, o sistema fornece uma ferramenta sofisticada para avaliar as relações causais entre os padrões de ativação cerebral específica e comportamento, assim, superar as deficiências de sistemas unidirecionais. Esta característica torna o método particularmente valioso para o campo da estimulação profunda do cérebro, que geralmente requer avaliação precisa, monitoramento e ajuste dos parâmetros de estimulação durante experimentos comportamentais a longo prazo. Finalmente, uma unidade de microeletrodos cronicamente implantável foi desenvolvida com gravação integrada, estimulação e eletrodo de referência que pode ser facilmente implantado durante uma cirurgia estereotáxica convencional. Deste ponto de vista, a TWS é um sistema integrado sem fios que aumenta a reprodutibilidade de experimentos de estimulação e gravação. A qualidade da gravação da TWS foi mostrada para ser similar à qualidade de gravação rendida com um sistema de gravação com fio comercialmente disponível (ver Figura 5).
É amplamente conhecido que a estimulação elétrica do colículo inferior em ratos provoca clara fuga comportamento caracterizado por correr ou saltar, que imita a reações de medo eliciada por desafios ambientais11,12, 13. Este comportamento foi induzido no presente estudo, estimulando o colículo inferior usando o TWS ou o tradicional sistema amarrado. Para testar a eficácia da estimulação do TWS, os limiares de fuga – mínima intensidade de corrente produzindo correr ou saltar – foram comparados usando ambos os sistemas. Ratos com o estágio de cabeça TWS são capazes de correr rapidamente, pulando e saindo do campo aberto, ou seja, Exibir comportamento de fuga típico, com maior liberdade de movimento. Importante, os limiares de fuga foram semelhantes em relação ao tradicional sistema amarrado. Juntos, um paradigma bastante desafiador foi usado para testar a resistência do TWS, que domina-lo em uma maneira hassle-livre.
A TWS também é adequado para experimentos de estimulação elétrica crônica, uma vez que a unidade de microeletrodos implantada permite uso crônico. A TWS permite ajustar os parâmetros de estimulação com precisão em uma maneira de detectar com precisão a frequência e a quantidade de estimulação atual que é eficaz para eliciar uma resposta comportamental. Além disso, o mesmo animal foi estimulado com o limite atual mesmo 3 dias depois e a mesma resposta comportamental desejada foi provocada. Isto sugere que o tecido ao redor da ponta do eletrodo de estimulação não foi danificado pela estimulação atual que normalmente requer maior estimulação atual amplitudes de estímulos repetidos para eliciar a mesma resposta comportamental.
Além disso, é possível reduzir significativamente o tempo experimental, porque o micro TWS-estimulador atualiza parâmetros de estimulação em tempo real quando o experimentador altera-las na interface gráfica do usuário. Para a necessidade de pesquisa pré-clínica, outros estimuladores elétricos19 costumava ser reprogramado para atualização de parâmetro de estímulo. Nesses casos, o aparelho é programado por amarrar o animal via cabo a uma unidade de programação. Isso não é necessário ao usar o TWS.
Finalmente, a bateria é fixada para o início da fase de cabeça TWS e eletricamente conectado ao palco principal através de um conector de ímã de dois pinos para fácil troca da bateria. A vantagem é que, durante o experimento, é possível trocar a bateria sem desligar o estágio de cabeça TWS da unidade do eletrodo implantado, que é muito mais confortável para o animal. Durante o presente estudo, nós usamos uma bateria cujo tempo de operação é de apenas 1h. No caso do experimento leva mais de 1 h, é recomendável ter uma bateria carregada adicional disponível. A TWS pode ser conectado a substituição de baterias recarregáveis com capacidade de (i) 230 mA para o tempo de operação de 1 h, ou (ii) 450 mA para aproximadamente tempo de operação de 2,5 h. Ambos os tipos de baterias podem ser totalmente recarregados em 15 min.
Em resumo, o presente estudo descreve a operação do TWS projetado para estimulação neural e gravação de livremente se comportando pequenos animais. Apresenta também um conjunto completamente integrado de unidade de microeletrodos implantável, palco principal, receptor e softwares. A qualidade da gravação sem fio e estimulação é semelhante ao que do amarrados gravação de sistema com a vantagem de ser mais confortável, mais leve e mais seguro para o animal. Portanto, TWS pode ser usado para substituir o sistema amarrado, desde que não se restringe a mobilidade do animal e fornece um método flexível para controlar a estimulação e gravação neural sob circunstâncias onde outras abordagens seria difícil ou impossível. Portanto, TWS pode ser uma ferramenta importante para investigar a atividade como elétrica em circuitos neurais definidos gera determinadas formas de comportamento, uma questão fundamental em neurociência.

Uma questão fundamental em neurociência é atividade como elétrica em circuitos neurais definidos gera determinadas formas de comportamento. Na vivo eletrofisiologia é uma técnica poderosa para abordar esta questão, fornecendo uma ferramenta para gravar ou estimular a atividade elétrica no cérebro, enquanto os animais estão realizando determinadas tarefas comportamentais. No entanto, os sistemas atuais frequentemente dependem cabo tethered gravações1,2, provavelmente restringir a mobilidade e impedindo a plena expressão do repertório comportamental de animal´s. Além disso, na maior parte sistemas unidirecionais são usados, permitindo que qualquer gravação3,4,5 ou estimulação6,7 da atividade neural, mas não no mesmo tempo ou mesmo alvo, tornando-se difícil de desvendar as relações causais entre os padrões de ativação específicas do cérebro e comportamento. Apenas alguns sem fio, sistemas bidirecionais para preparações na vivo estão atualmente disponíveis. No entanto, eles são geralmente pesados (40-50 g) e consistem de dois portáteis unidades separadas, ou seja, um palco principal e uma mochila conectada para poder baseado em bateria alimentação8,9,10, tornando-os menos flexível e aumentando o risco de desconexão do cabo, por exemplo, durante o Self enfeitando o comportamento. Nenhum dos acima mencionados sistemas sem fio oferecer unidades de microeletrodos implantáveis para adquirir um conceito integrado completo da atividade neural durante o comportamento ethologically válido completo com alta reprodutibilidade das condições experimentais.
Aqui, uma nova rede sem fio, dispositivo bidirecional para gravações na vivo e estimulação da atividade neural em livremente se comportando ratos é introduzido. O sistema de Wireless de Thomas (TWS) opera através de um único removível cabeça estágio que pode transmitir a atividade multicanal, usando até quatro canais de gravação independente e pode ser direcionado para estimulação elétrica do cérebro em tempo real. Além disso, uma unidade de microeletrodos cronicamente implantável compatível com o TWS foi desenvolvida que permite tanto a estimulação neural e a gravação. Também é apresentada uma interface de usuário gráfica do software TWS, para gravação e estimulação. Este estudo descreve a implementação de validação e na vivo de todo o dispositivo.
Para validar o sistema TWS o colículo inferior foi escolhido como uma estrutura neural alvo porque uma resposta comportamental evidente pode ser provocada pela sua estimulação elétrica. É amplamente conhecido que a estimulação elétrica do colículo inferior provoca incondicionadas 'medo-like' respostas comportamentais em ratos, como precaução, posturas lateralmente, arqueando as costas, congelamento e comportamento de fuga (fuga). Esse padrão de resposta imita reações a temer evocado por desafios ambientais, tais como um acontecimento nocivo percebido, ataque ou ameaça à sobrevivência11,12,13. Supunha-se que sendo capaz de provocar um comportamento tão claro e inequívoco proporciona um verdadeiro desafio para os TWS.

<table><tbody><tr><td>Thomas Wireless System (TWS) versão 2.0</td><td>Thomas RECORDING GmbH</td><td>AN001165</td><td>O Thomas Wireless System (TWS) versão 2.0 é um sistema de telemetria multicanal portátil com laptop, um sistema operacional Microsoft Windows pré-instalado e software de controle TWS. O TWS inclui: baixo ruído 4 canais pré-ruído; e amplificador principal programável com largura de banda fixa, constante de canal único&ndash; estimulador de corrente para aplicação de pulsos de corrente bifásica, microestimulador programável por software, sistema de conectores implantáveis e uma unidade básica de estágio de cabeça para montagem em um animal. O sistema é fornecido com um transceptor com conexão de porta USB para laptops ou computadores pessoais de mesa, o software de controle executado no sistema operacional Windows da Microsoft. O sistema TWS pode ser usado para estimulação neural extracelular e registro em pequenos animais de comportamento livre (por exemplo, ratos, porquinhos-da-índia). Este sistema pode ser adaptado para ser usado em animais maiores (por exemplo, primatas) também.</td></tr><tr><td>Software para Thomas Wireless System (TWS)</td><td>Thomas RECORDING GmbH</td><td>incluído em AN001165</td><td>O software para o sistema sem fio Thomas está sendo executado no sistema operacional Microsoft Windows e fornece a interface gráfica do usuário (GUI) para o Thomas Wireless System (TWS). A GUI TWS oferece controle completo das funções TWS de gravação de 4 canais e estimulação de 1 canal.</td></tr><tr><td>Tetrodo implantável para gravação (4 canais) e estimulação (canal único)</td><td>Thomas RECORDING GmbH</td><td>AN001132</td><td>Tetrodo implantável para gravação (4 canais) e estimulação (canal único) para uso com Thomas Wireless Systems (TWS). Especificações do tetrodo de gravação: material da fibra do tetrodo: fibra de tungstênio de platina isolada com vidro de quartzo, diâmetro externo da fibra do tetrodo: 100&micro; m, forma da ponta D, impedância 0,5-0,8MOHm; Eletrodo de referência: forma da ponta: D; Impedância: 300-500kOhm; Material: quartzglass isolado platina/tungstênio; Especificação do eletrodo de estimulação: material da fibra: platina/irídio, diâmetro: 125&micro; m, isolado com laca, forma da ponta : D, impedância: < 10kOhm, as dimensões do eletrodo podem ser especificadas pelo usuário final</td></tr><tr><td>Microeletrodo implantável para gravação (canal único) e estimulação (canal único)</td><td>Thomas RECORDING GmbH</td><td>AN001118</td><td>Microeletrodo implantável para gravação (canal único) e estimulação (canal único) para uso com Thomas Wireless Systems (TWS). Especificações do eletrodo de gravação: material da fibra do eletrodo: fibra de tungstênio de platina isolada com vidro de quartzo, diâmetro externo da fibra do eletrodo: 80&micro; m/250&micro; m (especifique), forma da ponta D, impedância 0,5-0,8MOHm; Eletrodo de referência: forma da ponta: D; Impedância. 300-500kOhm; Material: quartzglass isolado platina/tungstênio; Especificação do eletrodo de estimulação: material da fibra: platina/irídio, diâmetro: 125&micro; m, isolado com laca, forma da ponta : D, impedância: < Suporte de 10kOhm</td></tr><tr><td>para implantação de eletrodos</td><td>Thomas RECORDING GmbH</td><td>AN000838</td><td>Haste metálica dobrada especial para implantação de microeletrodos para porta-eletrodos padrão. A haste é usada para segurar um eletrodo implantável. O eletrodo implantável é fixado à haste com cola especial solúvel em água Thomas RECORDING (AN001080). (O suporte do eletrodo não está incluído)</td></tr><tr><td>Fonte de alimentação do acumulador de substituição para o sistema sem fio Thomas (3,7V/230mAh)</td><td>Thomas RECORDING GmbH</td><td>AN001208</td><td>Bateria recarregável de substituição (acumulador) para o sistema sem fio Thomas com capacidade de 230mA por aproximadamente 1h de tempo de operação. (tamanho: 27 mm x 20 mm x 6 mm, peso aprox. 6g)</td></tr><tr><td>Fonte de alimentação do acumulador de substituição para o sistema sem fio Thomas (3,7V/450mAh)</td><td>Thomas RECORDING GmbH</td><td>AN001209</td><td>Bateria recarregável de substituição (acumulador) para o sistema sem fio Thomas com capacidade de 450mA por mais de 1h de tempo de operação. (tamanho: 48 mm x 30 mm x 4 mm, peso aprox. 11g)</td></tr><tr><td>Carregador de acumulador para Thomas Wireless System (TWS) acumulador recarregável</td><td>Thomas RECORDING GmbH</td><td>AN001207</td><td>Carregador de rede elétrica para acumuladores recarregáveis Thomas Wirless System (TWS) (AN001209 e AN001209)</td></tr><tr><td>Cola solúvel em água</td><td>Thomas RECORDING GmbH</td><td>AN001080</td><td>Thomas RECORDING A cola de eletrodo solúvel em água é um produto especialmente selecionado para uso com microeletrodos implantáveis em pesquisas neurocientíficas. Suas propriedades únicas garantem uma conexão rígida entre o eletrodo e o dispositivo de montagem, embora seja facilmente removível com água morna. A cola de eletrodo solúvel em água Thomas RECORDING pode ser usada imediatamente, sem qualquer preparação demorada. Thomas RECORDING cola de eletrodo solúvel em água não é prejudicial aos seres humanos, animais ou ao meio ambiente. Quantidade: 1 caixa de 10 gramas</td></tr><tr><td>Pré-amplificador diferencial miniatura</td><td>Thomas RECORDING GmbH</td><td>AN000329</td><td>O Pré-amplificador Diferencial Miniatura, Modelo MDPA-2 é um pré-amplificador de entrada diferencial de 2 canais projetado para gravações de baixo ruído de tecido excitável. Destina-se ao registro extracelular em conjunto com a implantação de microeletrodos implantáveis para aplicações de animais em movimento livre com o Thomas Wireless System (TWS). O pré-amplificador diferencial miniatura de 2 canais (MDPA-2) é conectado aos microeletrodos implantáveis para fornecer o estágio inicial de amplificação de dez vezes. Idealmente, os eletrodos de platina/tungstênio isolados com vidro de quartzo Thomas RECORDING são usados para produzir resultados de gravação ideais com altas amplitudes de sinal e baixos níveis de ruído. O MDPA-2 possui entradas adicionais de aterramento comum e eletrodo de referência.</td></tr><tr><td>Cabo de conexão</td><td>Thomas RECORDING GmbH</td><td>AN000330</td><td>Cabo de conexão para conectar o pré-amplificador diferencial miniatura Thomas (MDPA-2) a um amplificador principal e a uma fonte de alimentação do acumulador.</td></tr><tr><td>Fonte de alimentação recarregável para o pré-amplificador miniatura</td><td>Thomas RECORDING GmbH</td><td>AN000328</td><td>Fonte de alimentação do acumulador recarregável para o pré-amplificador diferencial miniatura (MDPA-2).</td></tr><tr><td>Carregador de acumulador (US)</td><td>Thomas RECORDING GmbH</td><td>AN000167</td><td>Carregador de acumulador para a AN000328 de alimentação (conector de tomada elétrica US)Carregador</td></tr> <tr><td>de acumulador (EU)</td><td>Thomas RECORDING GmbH</td><td>AN000168</td><td>Carregador de acumulador para a AN000328 de alimentação (conector de tomada de rede UE)</td></tr><tr><td>Pré-amplificador diferencial/amplificador principal/filtro passa-banda</td><td>Thomas RECORDING GmbH</td><td>AN000677</td><td>O amplificador principal TREC AC (LabAmp-03) é um amplificador principal diferencial de canal único para aplicações neurofisiológicas (por exemplo, gravação extracelular com microeletrodos). Este instrumento foi projetado para funcionar com o pré-amplificador diferencial em miniatura, modelo MDPA-2. O canal único do LabAmp-03 contém um estágio de amplificador diferencial de alto ganho e baixo ruído, seguido por filtros de baixa e alta frequência. O amplificador tem dois amplificadores de filtro diferentes, um filtro de atividade de unidade única (SUA) - amplificador e um amplificador de filtro de potencial de campo local (LFP), ambos são conectados paralelamente no caminho do sinal. O modo de gravação oferece dois níveis de ganho de sinal (x10, x100) em um primeiro estágio e 4 níveis adicionais (x5, x10, x25 e x50) em um estágio final do amplificador. Cada amplificador tem diferentes características de passagem de banda para atividade de unidade única (SUA) 500Hz&hellip; 20kHz e potenciais de campo local (LFP) 0,1Hz&hellip; 140Hz. Um monitor de áudio e um discriminador de janela estão integrados no dispositivo. O LabAmp-03 possui um monitor de áudio integrado com alto-falante. Esta unidade fornece reprodução de áudio de sinais eletrofisiológicos. A unidade combina um amplificador de áudio em um pacote compacto e robusto. Isso é especialmente adequado para monitorar disparos neurais e contrações musculares. A entrada do monitor de áudio é conectada internamente ao SUA-Filter ampsaída do amplificador. O LabAmp-03 é fornecido com fonte de alimentação externa para uma faixa de tensão de operação de energia elétrica de 100-240V AC/50-60Hz.</td></tr><tr><td>Osciloscópio USB</td><td>Thomas RECORDING GmbH</td><td>AN001096</td><td>USB PC Oszilloskop, 2 Kanal. Este osciloscópio de PC de 2 canais é perfeito para uso móvel em um laptop e instalação permanente em gabinetes de controle, equipamentos industriais e muitas outras aplicações onde é necessário um osciloscópio pequeno, leve e poderoso. Este osciloscópio é conectado à saída de sinal do amplificador principal é para exibição da atividade extracelular registrada durante a implantação dos microeletrodos implantáveis para o Thomas Wireless System (TWS). O usuário pode adquirir os dados de medição através das várias interfaces de dados diretamente no PC com o software para PC incluído.</td></tr><tr><td>Gerador de estímulo</td><td>Sistemas multicanais</td><td>STG3008-FA</td><td>O Gerador de Estímulo para Corrente (STG) e a Estimulação Acionada por Tensão cumprem três funções: estimulação acionada por corrente, estimulação acionada por tensão, controle e temporização. O STG está disponível com 2, 4 ou 8 canais de saída independentes. Apresentando unidades de isolamento integradas para cada canal de saída, o STG é capaz de fornecer qualquer forma de onda arbitrária.</td></tr><tr><td>Protetor de tampa para o eletrodo</td><td>Thomas RECORDING GmbH</td><td>AN001193</td><td>Tampa protetora para unidade de eletrodo implantável para o Thomas Wireless System</td></tr><tr><td>Equipamento</td><td></td><td></td> cirúrgico <td>Tesouras, pinças de ponta romba, espátulas, tesouras cirúrgicas, brocas odontológicas e cotonetes</td></tr><tr><td>Drogas e produtos químicos</td><td></td><td></td><td>Isoflurano, xilocaína, cloridrato de tramadol (Tramadol-CT, AbZ-Pharma GmbH, Ulm, Alemanha), colírio de dexpantenol (Bepanthen, Bayer AG, Leverkusen, Alemanha), peróxido de hidrogênio a 3%, iodopovidona (Betaisodona, Mundipharma GmbH, Limburg, Alemanha) e etanol a 70%;</td></tr><tr><td>Material de fixação incluindo</td><td></td><td></td><td>parafusos de aço inoxidável (BN650 M1,2x5; 4,7 mm), resina acrílica (Paladur, Heraeus Holding GmbH, Hanau, Alemanha), cola ultravioleta (Cyberbond U3300, Cyberbond Europe GmbH, Alemanha) e protetor de tampa (Thomas Recording GmbH, Giessen, Alemanha);</td></tr><tr><td>Material</td><td></td><td></td> adicional <td>Luvas, almofada de aquecimento, seringas e soro fisiológico.</td></tr><tr><td>Instrumento Estereotáxico para Pequenos Animais (SASI)</td><td>Thomas RECORDING GmbH</td><td>AN000287</td><td>O modelo deve ser escolhido de acordo com o animal (rato, porquinho-da-índia, macacos, etc.) utilizado no estudo</td></tr><tr><td>Câmera de vídeo</td><td>EverFocus</td><td></td><td>EverFocus, modelo: EQ150</td></tr><tr><td>Campo aberto</td><td></td><td></td><td>Feito de acrílico transparente ou cinza, com formato redondo medindo 40x40x40cm</td></tr><tr><td>Labirinto</td><td></td><td></td> <td>em cruz elevadoConfeccionado em acrílico cinza e composto por dois braços abertos (50 cm de comprimento x 10 cm de largura) e dois braços fechados (50 cm de comprimento x 10 cm de largura, com paredes de 40 cm de altura) que se estendiam de uma plataforma central elevada 50 cm acima do chão.</td></tr></tbody></table>

uma rede sem fio, interface bidirecional para gravação na vivo e estimulação da atividade neural em livremente, comportando-se ratos

A Wireless, Bidirectional Interface for In Vivo Recording and Stimulation of Neural Activity in Freely Behaving Rats

Na vivo eletrofisiologia é uma técnica poderosa para investigar a relação entre a actividade cerebral e comportamento em uma escala de milissegundos e micrômetro. No entanto, métodos atuais dependem principalmente de gravações de cabo tethered ou apenas usam sistemas unidirecionais, permitindo a gravação ou a estimulação da atividade neural, mas não no mesmo tempo ou no mesmo alvo. Aqui, uma nova rede sem fio, dispositivo bidirecional para gravação multicanal simultânea e estimulação da atividade neural em livremente se comportando ratos é descrito. O sistema funciona através de um único estágio de cabeça portátil que transmite a atividade gravada e pode ser direcionado em tempo real para a estimulação do cérebro usando um software multicanal baseado em telemetria. O palco principal é equipado com um pré-amplificador e uma bateria recarregável, permitindo gravações de longo prazo estáveis ou estimulação para até 1 h. importante, o palco principal é compacto, pesa 12 g (incluindo bateria) e, portanto, tem um impacto mínimo sobre o animal´s repertório comportamental, tornando o método aplicável a um amplo conjunto de tarefas comportamentais. Além disso, o método tem a grande vantagem que o efeito da estimulação cerebral na atividade neural e comportamento pode ser medido simultaneamente, fornecendo uma ferramenta para avaliar as relações causais entre os padrões de ativação específicas do cérebro e comportamento. Esta característica torna o método particularmente valioso para o campo da estimulação profunda do cérebro, permitindo avaliação precisa, monitoramento e ajuste dos parâmetros de estimulação durante experimentos comportamentais a longo prazo. A aplicabilidade do sistema foi validada utilizando o colículo inferior como um modelo de estrutura.

Dados técnicos do TWS
O sistema sem fio oferece 4 canais de gravação independente e canal 1 estimulação. Atividade extracelular foi pego pelo eléctrodo de núcleo único de gravação e repassada para o sinal de entrada de alta impedância do sistema sem fio. O sinal gravado foi (x200) pre-amplificado por um pré-amplificador de entrada diferencial, C.A.-acopladas e bandpass filtrada (sinal fixo de largura de banda, 500 Hz... 5 kHz) para gravar apenas multi-unidade atividade, porque no presente estudo o interesse principal era a atividade da unidade de registro e potenciais de campo não local. O principal-amplificador de ganho programável integrado oferece ganho ajustável-software para os quatro canais de gravação (x1, x2, x4, x8, x16, x32, x64). A cadeia de sinal completo do sistema sem fio oferecidos valores de ganho global de x200, x400, x800, x1600, x 3200, x6400 e x12800. Após a amplificação e a filtragem, o sinal analógico foi digitalizado por um conversor digital analógico, modulado em uma portadora de alta frequência e transmitido por um transceptor de rádio usando a faixa ISM de 2.4-2.5 GHz. O mesmo tipo de transceptor, utilizou-se do outro lado do caminho de transmissão. Este transceptor segundo foi conectado a um computador pessoal através de uma porta USB. O caminho de transmissão foi usado para transmissão de dados bidirecional para enviar os sinais gravados extracelulares do animal para o computador e vice-versa, os parâmetros de controle para amplificação de sinal e estimulação do computador para o animal.
Usando o TWS, foi possível gravar a atividade cerebral de múltiplas unidades e modificar o comportamento do animal, estimulando o colículo inferior, enquanto o rato estava movendo-se livremente no campo aberto com êxito. O transceptor foi colocado até 5 m de distância do animal e foi conectado ao computador através de um USB port (ver Figura 2). Uma comparação entre as qualidades de sinal gravado rendeu com o amarrados e o sistema sem fios é demonstrado na Figura 5. A TWS registros multi-unidade atividade com uma qualidade de sinal similar como um sistema de gravação com fio. O microestimulador é um verdadeiro estimulador sem fio atualiza os parâmetros de estimulação em tempo real, ou seja, o sinal de estimulação, cujos parâmetros são definidos com o software TWS é passado para o eletrodo de estimulação conectado ao palco principal dentro de algumas milissegundos depois de apertar o botão de estimulação. Portanto, foi possível alterar os parâmetros de estimulação sem levar o animal fora da gaiola. Esta característica tem a vantagem que um pode minimizar o tempo para experimentos de estimulação.
Um software TWS foi especialmente projetado para permitir o controle de todos os recursos do sistema sem fio (por exemplo, gravação e estimulação) através de interface gráfica de um usuário (Figura 3 e Figura 4). Para microestimulação, utilizou-se um sinal de estimulação que foi desenvolvido usando a interface gráfica do usuário do software TWS. O estimulador da TWS foi usado em um modo de estimulação equilibrado de corrente constante de carga. O padrão de estimulação foi enviado sem fio para o estimulador de corrente constante integrado na unidade sem fio cabeça de palco. Estimulação atual foi aplicada entre um microeléctrodo trabalho colocado em alvo de interesse (como por exemplo o colículo inferior no presente estudo) e um eletrodo de contador distante maior que serviu como o eléctrodo de terra ou referência do TWS. Dependendo da impedância do eletrodo de estimulação e conformidade de tensão do estimulador de corrente constante, é possível usar uma variedade de estimulação máxima atual de ±625 µA, embora um tanto inferior limite atual foi exigido nas experiências de presente. Aqui, bifásico carga equilibrada estimulação constante-atual foi usada com correntes de pico até 300 µA. Em caso de estimulação bifásica, o primeiro pulso é usado para obter o efeito fisiológico e o segundo pulso geralmente reverte processos eletroquímicos que ocorrem durante a estimulação de pulso18. O palco principal TWS fornece padrões de estimulação em tempo real definida através da interface gráfica do usuário do software TWS (ver Figura 4).
O software TWS é dividido em três seções principais: (i) janela principal com controles para gravação e estimulação, uma janela de gerador de estímulo (ii) com todas as opções de configuração para os parâmetros do sinal de estimulação e uma janela do reprodutor (iii) para reproduzir o arquivos de dados gravados. A janela principal permite ao usuário exibir os sinais gravados de até 4 canais de gravação, definir o ganho para todos os canais e iniciar/parar a gravação dos sinais de exibido. Os dados do sinal são armazenados em um arquivo do disco duro do computador. O caminho do arquivo é definido no menu de configuração. Além dos parâmetros de gravação, a janela principal permite iniciar e parar o processo de estimulação. A estimulação constante atual que é passada através do eletrodo de estimulação no cérebro animal é exibida em tempo real na tela da janela principal. Os parâmetros do sinal de estimulação são pré-ajustados na janela de configurações de parâmetro de estímulo. É possível definir mono ou bifásico trens de pulso de estimulação e para definir a estimulação comumente usada todos os parâmetros de pulso, como por exemplo largura, amplitude de pulso, de pulso, tempo entre pulsos, etc. (para detalhes, ver Figura 4). A função do pulso de estimulação que resulta dos valores de parâmetro pré-selecionado é mostrada em uma exibição gráfica da janela do gerador de estimulação.
O software TWS foi projetado de acordo com aspectos de usabilidade. A usabilidade do software é um factor essencial para garantir o bom andamento do experimento estimulação/gravação sem fio e um ambiente de trabalho seguro e confortável. Também ajuda a melhorar a reprodutibilidade do experimento.
Dados de gravação unitárias e estimulação elétrica
Extracelular multi-unidade atividade sucessivamente foi gravada no colículo inferior do eléctrodo implantado do mesmo usando o TWS e um sistema convencional de gravação amarrados. A Figura 5 mostra representativos dados brutos gravados usando ambos os sistemas, enquanto o animal se movia livremente em campo aberto. Comparação direta dos sinais sugere formas de onda de pico semelhante e os níveis de ruído (Figura 5A e 5B). Uma demonstração da forma spike é retratada na 'e B'.
Desde que os ratos não tentou remover o palco principal TWS após a cirurgia e durante os dias subsequentes, foi assumido que não interfere significativamente com os seus movimentos e não causar desconforto. Assim, usando o TWS, um problema comum em gravações amarrados de ratos foi evitada, tais como a remoção e mastigação dos conectores e cabos. Com efeito, ratos com o estágio de cabeça TWS foram capazes de explorar o campo aberto e mais labirinto (sEE 1 filme) expositoras normais cruzamentos, criação e grooming comportamentos.
Além disso, os parâmetros de estimulação usados com o convencional sistema amarrado ou TWS evocou o mesmo resultado comportamental, escapar aqui o comportamento. A partir de 100 µA, a amplitude de corrente de estimulação foi aumentada passo a passo até o limite de fuga - mínima intensidade de corrente produzindo correr ou saltar - foi alcançado e o comportamento de fuga foi provocado. Os limites individuais de fuga de 4 ratos foram semelhantes quando usando ambos os sistemas (Figura 5).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56299/56299fig1.jpg"> 
Figura 1: Microeletrodos TWS unidade (1) gravação único eletrodo/tetrode, eletrodo de estimulação (2), placa de conexão de fibra (3) eletrodo, cabos de conexão (4) flexível, fio terra (5), placa (6) conector, conector (7) masculino ou feminino para sistema TWS (A); TWS microeletrodos unidade ligada do pré-amplificador (8) e o porta (9); (B) pronto para ser anexado a uma armação estereotáxica (C). <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56299/56299fig1large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56299/56299fig2.jpg"> 
Figura 2 : Vista superior do palco TWS cabeça montado módulo (A) sem fonte de alimentação do acumulador. Total de dimensões: altura 12,5 m, profundidade de 24mm (19,3 mm + 4,7 mm), largura 22,1 mm, peso: 5,96 vista inferior g. (B) mostrando o conector de unidade de eletrodo; fonte de alimentação de acumulador, altura 9 mm, profundidade de 26 mm, largura de 20 mm, peso 6 g (C); uma visão geral dos componentes TWS usado para este teste: cabeça (1) unidade de palco com acumulador montado no crânio animal´s, unidade de (2) receptor conectado ao computador porta USB, software de TWS (3) (D); foto de um rato livremente movendo e mostrando o palco principal TWS conectado à unidade de microeletrodos implantados anteriormente (E) e software de TWS mostrando sinais gravados exemplares (F). O palco principal TWS fornece padrões de estimulação em tempo real definida através de interface gráfica do usuário do software TWS. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56299/56299fig2large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56299/56299fig3.jpg"> 
Figura 3: interface de usuário gráfica de software TWS, gravação de tela. O desempenho de gravação da TWS com um única gravação bipolar eletrodo, implantado no colículo inferior, é retratado na tela. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56299/56299fig3large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56299/56299fig4.jpg"> 
Figura 4: interface gráfica do usuário do TWS software. tela de estimulação (A) e especificações de parâmetro de estimulação (B). Parâmetros do sinal de estimulação (C) como a largura de pulso (PxW), amplitude de pulso (PxA), inter atraso pulso (IPD), tempo entre pulsos (TBP), pulso por trem (PPT) e o tempo entre trens (TBT) são ajustáveis através da interface gráfica do usuário do TWS software. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56299/56299fig4large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56299/56299fig5.jpg"> 
Figura 5 : Comparação qualitativa entre um sinal multi-unidade extracelularmente gravado com o TWS (A) e uma configuração de gravação com fio (B). Ambas as gravações foram obtidas da mesma TWS microeletrodos unidade (impedância 0.5MOhm) implantada no colículo inferior. A axial distância entre os dois contatos de eletrodo gravação foi aproximadamente 400 µm. A largura de banda de gravação do sistema com fio e o TWS foram idêntico (500 Hz... 5 kHz), os sinais foram amostrados com 40 kHz (com fio sistema) e 32 (TWS). Ambos os sistemas registrados multi-unidade atividade com uma qualidade de sinal semelhante. Não há nenhuma diferença clara em disparar taxas entre o TWS e gravações com fio. Forma de onda de potencial de ação do neurônio de ambas as gravações são mostrados na 'e B'. Parâmetros de estimulação semelhantes eram necessários para 4 ratos atingir o limiar de fuga utilizando um sistema amarrado (TS) ou TWS (C). <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56299/56299fig5large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Movie" src="/files/ftp_upload/56299/56299mov1.jpg"> 
Filme 1: Um rato exemplar exibindo comportamento exploratório normal durante o teste de labirinto mais A TWS permite que o animal entrar com os braços abertos e fechados sem fios tornando entrelaçado até no aparelho de teste, ainda é pequeno e leve o suficiente para que apenas minimamente interfere na tarefa em si. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56299/Movie_1_Exploratory_behavior_JoVE2017.mp4" target="_blank">Por favor clique aqui para ver este vídeo. (Botão direito do mouse para fazer o download.)</a>

Uma rede sem fio, sistema bidirecional para multi-canal neurais gravações e estimulação em livremente se comportando ratos é introduzido. O sistema é leve e compacto, tendo assim um impacto mínimo sobre o repertório comportamental de animal´s. Além disso, este sistema bidirecional fornece uma ferramenta sofisticada para avaliar relações causais entre os padrões de ativação do cérebro e comportamento.

Uma rede sem fio, Interface bidirecional para gravação na Vivo e estimulação da atividade Neural em livremente, comportando-se ratos

In vivo electrophysiology is a powerful technique to investigate the relationship between brain activity and behavior at a millisecond and micrometer ...

O objetivo geral deste estudo foi desenvolver um dispositivo telemétrico e bidirecional para realizar gravações neurais multicanal e estimulação em ratos de comportamento livre. Este novo dispositivo pode ajudar a responder a questões-chave no campo da neurociência comportamental, como as relações causais entre os padrões de ativação cerebral e o comportamento. Para validar o sistema telemétrico, escolhemos o colículo inferior como neuroestrutura alvo, porque uma resposta comportamental evidente pode ser provocada por sua estimulação elétrica.É amplamente conhecido que a estimulação elétrica do colículo inferior provoca respostas comportamentais condicionadas semelhantes ao medo em ratos, como estado de alerta, congelamento e comportamento de fuga. Presumimos que ser capaz de obter um comportamento tão claro e inequívoco seria um verdadeiro desafio para nosso sistema telemétrico. O sistema telemétrico integrado consiste em um estágio de cabeça, bateria, receptor e uma unidade de microeletrodo a ser implantada durante a cirurgia estereotáxica.Aqui é mostrado um sistema sem fio completamente integrado desenvolvido por nós, que consiste na gravação de eletrodo único, tetrodo, eletrodo de estimulação, placa de conexão de fibra de eletrodo, cabos de conexão flexíveis, fio terra, placa conectora, conector macho ou fêmea para TWS, unidade de microeletrodo TWS conectada ao pré-amplificador e o suporte para fixação a uma estrutura estereotáxica. Para iniciar este procedimento, fixe e alinhe horizontalmente a cabeça do animal no aparelho estereotáxico usando barras auriculares e barra incisiva superior. Em seguida, raspe o campo cirúrgico, usando tesouras cirúrgicas ou tesouras e esterilize o couro cabeludo com iodopovidona.Coloque uma almofada de aquecimento sob o animal para evitar hipotermia e trate seu olho com dexpantenol para evitar que seque. Em seguida, injete xilocaína no centro do local da cirurgia. Depois, faça uma pequena incisão com o bisturi para expor o crânio.Separe a pele suavemente e remova o tecido residual. Em seguida, limpe cuidadosamente o crânio usando cotonetes revestidos com peróxido de hidrogênio. Posteriormente, perfure quatro pequenos no crânio para fixação de parafusos de aço inoxidável.Em seguida, faça um furo de aproximadamente sete milímetros no crânio acima da área alvo para fixação da unidade de eletrodo. Conecte a unidade de microeletrodo e o suporte do eletrodo ao pré-amplificador que está conectado ao micromanipulador estereotáxico. Absorva qualquer sangue com cotonetes.Em seguida, introduza verticalmente a unidade de microeletrodo até que as pontas atinjam a área alvo. Posicione o cabo de aterramento ao longo dos parafusos de aço inoxidável e sob a pele. Depois disso, ajuste cuidadosamente o eletrodo com o micromanipulador até atingir uma zona de neurônios ativos na estrutura alvo.Enquanto isso, monitore a atividade do pico e detecte a atividade neural com a relação sinal-ruído adequada para a classificação do pico. Em seguida, fixe a unidade de microeletrodo no crânio com cola ultravioleta. Cubra os parafusos e o cabo de aterramento com resina acrílica.Depois disso, desconecte a unidade de microeletrodo do suporte do eletrodo. Cubra a placa de contato e os pequenos cabos com resina acrílica. Remova cuidadosamente o brad da estrutura estereotáxica e desconecte o pré-amplificador da unidade de microeletrodo.Em seguida, conecte a proteção da tampa na unidade de microeletrodo implantada e desconecte-a apenas durante os procedimentos experimentais. Monitore o bem-estar animal e preencha uma planilha todos os dias até o final dos experimentos. Mantenha os ratos individualmente na gaiola doméstica por pelo menos um dia após a cirurgia para permitir a recuperação e, em seguida, alojar os ratos em pares.As gaiolas individuais devem ser cobertas com tampas de acrílico altas. Evite tampas convencionais feitas de grade de metal, pois os implantes podem ficar presos e ficar danificados ou instáveis com o tempo. Abra o software TWS e conecte o transceptor à porta USB do computador.O transceptor pode ser colocado a menos de cinco metros acima do animal. Uma vez que nenhuma barreira de metal é introduzida entre o transceptor e o estágio da cabeça do animal, o TWS é aplicável a um amplo conjunto de tarefas comportamentais. Conecte a bateria na parte superior do cabeçote.Certifique-se de que uma luz verde acenda no head stage enquanto a bateria estiver conectada a ele. Em seguida, conecte o estágio da cabeça diretamente ao microeletrodo implantado. Como testes comportamentais exemplares, usamos o campo aberto para a medição da atividade comportamental geral e o labirinto em cruz elevado, um teste padrão para avaliar o comportamento semelhante à ansiedade em ratos.Para o ensaio de campo aberto, coloque o rato no centro do campo aberto. Deixe o rato explorar o aparelho por pelo menos cinco minutos. Pressione o botão de conexão para conectar o computador host ao sistema telemétrico.O status deve mudar de offline para online. Selecione o menu de configuração do parâmetro de estímulo. Selecione os parâmetros do gerador de estimulação de acordo com seu experimento de estimulação.Por exemplo, amplitude de pulso um, amplitude de pulso dois, frequência de pulso e frequência de trem. Se todos os parâmetros de estimulação estiverem definidos para os valores necessários, mova o mouse para Stimulus Start e pressione o botão Stimulus Start. Mova o ponteiro do mouse para o botão Exibição inicial do gráfico.Mova o ponteiro do mouse para o menu Graph View para selecionar os gráficos para exibir o sinal de estimulação. Para o ensaio do labirinto em cruz elevado, o labirinto em cruz usado nesses experimentos é feito de acrílico cinza e consiste em dois braços abertos e dois braços fechados que se estendem de uma plataforma central elevada 50 centímetros acima do chão. Coloque a taxa no centro mais o labirinto voltado para um braço aberto.Deixe-o explorar livremente o aparelho por cinco minutos. Pressione o botão de conexão para conectar o computador host ao sistema telemétrico. O status deve mudar de offline para online.A força de comunicação e a capacidade restante da bateria são exibidas pela barra verde no canto superior esquerdo. Pressione o menu de configuração para ver as opções do gráfico. Selecione o menu de caminho do arquivo para inserir o nome do arquivo e o caminho onde os dados gravados devem ser armazenados.Pressione salvar para salvar o nome e o caminho do arquivo. Pressione iniciar o display para iniciar a exibição dos sinais detectados dos quatro canais de gravação. Preste atenção ao fato de que os sinais gravados ainda não estão armazenados.Selecione o ganho do amplificador de estágio de cabeça TWS integrado. Inicie o monitor de áudio pressionando a seta verde e selecione um limite de sinal com o controle deslizante para reduzir o ruído de fundo e exibir acusticamente os picos gravados. Pressione o botão vermelho de gravação no menu de gravação.Ao pressionar o botão de gravação, o sinal gravado é armazenado no disco rígido. O sinal gravado é exibido continuamente no lado direito. Aqui é mostrado o desempenho de gravação do TWS com um único eletrodo de registro bipolar implantado no colículo inferior.Em seguida, desconecte o estágio principal da unidade de microeletrodo implantada e conecte a proteção da tampa. Em seguida, devolva o rato à sua gaiola de origem. A atividade extracelular de várias unidades foi registrada sucessivamente no colículo inferior a partir do mesmo eletrodo implantado usando TWS e um sistema de registro cativo convencional.Esta figura mostra dados brutos representativos registrados usando ambos os sistemas enquanto o animal se movia livremente em campo aberto. Aqui, a comparação direta dos sinais sugere formas de onda de pico e níveis de ruído semelhantes. Aqui apresentamos nosso sistema de gravação e estimulação sem fio para estudos eletrofisiológicos e comportamentais em animais em movimento livre.Nossa abordagem tem várias vantagens sobre as existentes. Em primeiro lugar, este sistema usa um único estágio de cabeça portátil. Mantenha-o com um pré-amplificador e uma bateria recarregável.O estágio principal é leve e compacto, pesando 12 gramas incluindo bateria. Em segundo lugar, foi bem tolerado pelos animais e por isso pode ser usado para substituir o sistema cativo, uma vez que não restringe a mobilidade do animal. Em terceiro lugar, por meio de registro bidirecional simultâneo e estimulação da atividade neural, esse sistema fornece uma ferramenta sofisticada para avaliar as relações causais entre padrões específicos de ativação cerebral e comportamento.Finalmente, desenvolvemos uma unidade de microeletrodo cronicamente implantável que pode ser facilmente implantada durante uma cirurgia estereotáxica convencional. Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como implantar a unidade de microeletrodo e realizar estimulação elétrica e gravações neurais extracelulares. O sistema telemétrico é uma ferramenta útil para investigar os mecanismos de estimulação cerebral.O sistema telemétrico é uma ferramenta importante que pode ser combinada com um amplo conjunto de testes de comportamento para investigar como a atividade elétrica em circuitos neurais definidos gera certas formas de comportamento, uma busca fundamental para a neurociência.

a-wireless-bidirectional-interface-for-vivo-recording-stimulation

Research

JoVE Journal

Behavior

Comportamento

Este vídeo demonstra o procedimento detalhado para preparar um rato anestesiado para registros eletrofisiológicos da atividade cerebral de vários locais. O couro cabeludo é dissecado para acessar o crânio e os orifícios são feitos em locais precisos para instalar e prender os eletrodos. Os eletrodos de microfios de tungstênio são então inseridos no local de destino para registrar os dados.

Registros eletrofisiológicos in vivo de atividades cerebrais de vários locais em ratos

O vídeo demonstra um procedimento para implantar uma unidade de eletrodo multicanal bidirecional sem fio em um cérebro de rato para gravar e estimular redes neurais multicanal.

Implantando um sistema de microeletrodo bidirecional sem fio em um cérebro de rato

Este vídeo demonstra o método de implantação de um sistema de eletrodos na cabeça em um rato anestesiado para detecção de convulsões em tempo real. O procedimento inclui a colocação de eletrodos de estimulação e gravação, prendendo-os com cimento dental e conectando-os a um amplificador montado na cabeça.

Implantando um sistema de eletrodo na cabeça em um modelo de rato para detecção de convulsões em tempo real

O vídeo demonstra o monitoramento contínuo de eletroencefalografia (EEG) de longo prazo em filhotes de roedores usando um sistema transmissor sem fio. O transmissor contém dois eletrodos de gravação e um eletrodo de referência que se estende até a superfície do cérebro. Ao colocar o filhote em uma câmara de gravação, o EEG pode ser monitorado continuamente durante todo o desenvolvimento do filhote até a idade adulta.

Monitoramento contínuo de eletroencefalografia de longo prazo em um filhote de roedor

Aqui demonstramos o uso de uma tecnologia de habilitação sem fio para eletroencefalograma (EEG) em modelos de roedores neonatais de doenças humanas. Com a telemetria, não há conexões onerosas, permitindo assim comportamentos naturais.

Monitorização EEG contínuo a longo prazo no pequeno roedor modelos de doença humana, utilizando o Sistema Epoch transmissor sem fio

Mostramos procedimentos de implantação e de gravação cirúrgicos para medir sinais eletrofisiológicos visuais do olho (eletrorretinograma) eo cérebro (potencial evocado visual) em ratos conscientes, que é mais análogo à condição humana, onde as gravações são realizadas sem confunde anestesia.

Implantação e Gravação do Wireless Eletrorretinograma e Visual Potencial Evocado em ratos conscientes

Este estudo apresenta um método para a gravação simultânea dos potenciais do campo local no cérebro, eletrocardiogramas, electromyograms e respirando os sinais de um rato andando livremente. Esta técnica, o que reduz custos experimentais e simplifica a análise de dados, irá contribuir para a compreensão das interacções entre o cérebro e os órgãos periféricos.

Gravações simultâneas de potenciais de campo corticais Local, eletrocardiograma, eletromiograma e respirar o ritmo de um rato andando livremente

Aqui, apresentamos um implante exclusivo e imprimível em 3D para ratos, denominado TD Drive, capaz de gravações bilaterais simétricas de eletrodos de fio, atualmente em até dez áreas cerebrais distribuídas simultaneamente.

O TD Drive: um implante paramétrico de código aberto para registros eletrofisiológicos de várias áreas em ratos que se comportam e dormem

Um protocolo é apresentado para a instalação e preparação de eletrodos intramusculares, juntamente com um dispositivo de medição miniaturizado montável em animais para análise de eletromiografia (EMG) em estudos de locomoção. Este sistema permite a transmissão sem fio de dados EMG em tempo real para investigar a recuperação da locomoção em ratos modelo AVC.

Um sistema de medição de eletromiografia vestível em tempo real para pequenos animais

Este protocolo foi desenvolvido para criar um sistema confiável e de fácil acesso para registrar EEG de roedores em movimento livre.

Um protocolo econômico e minimamente invasivo para gravação crônica de eletroencefalografia em vários locais em camundongos que se movem livremente

Aprenda a usar um sistema telemétrico bidirecional para gravação e estimulação neural em ratos em livre movimento. Este método permite estudar relações causais entre atividade cerebral e comportamento em neurociência.

Uma rede sem fio, Interface bidirecional para gravação na Vivo e estimulação da atividade Neural em livremente, comportando-se ratos (Vídeo) | JoVE Journal

Uma rede sem fio, Interface bidirecional para gravação na Vivo e estimulação da atividade Neural em livremente, comportando-se ratos

Explorar mais vídeos