Oprode Array para modulação optogenética simultânea e gravação neural elétrica

Este protocolo inclui a fabricação no sistema optrode para estimulação optogenética simultânea e gravação eletrofisiológica. O sistema baseado em LED proposto aumenta a eficiência do acoplamento de luz através de uma matriz de microlens. Uma fonte de luz LED tem uma configuração de iluminação simples do que uma fonte de luz laser para que o sistema seja prontamente aplicável ao sistema sem fio.

A optogenética é uma técnica de caminho para a compreensão da patologia da doença neurológica e dos mecanismos de tratamento. A optogenética pode ser aplicada para tratar lesão medular, epilepsia, doença de Parkinson e doença de Alzheimer. Nosso dispositivo baseado em LED pode ser implementado ainda mais como um sistema sem fio com várias vantagens, como baixa complexidade do sistema, custo-benefício e baixo consumo de energia.

Primeiro, conecte o conector feminino de 1,27 milímetros ao preamplificador do estágio da cabeça. Coloque o LED na carcaça impressa 3D. Meça a intensidade da luz no final da ponta de fibra óptica usando um fotodiodo.

Mergulhe os eletrodos de tungstênio e as fibras ópticas em álcool por 15 minutos e seque-os pelo ar. Raspe a pele da cabeça e coloque o rato anestesiado na moldura estereotática. Posicione a cabeça dentro do quadro estereotático e insira barras de ouvido no meatus.

Ligue a almofada de aquecimento térmico embutida no quadro estereotático e mantenha a temperatura corporal a 37 graus Celsius durante os procedimentos cirúrgicos. Ajuste a barra de incisão para ajustar a altura da barra de incisão e aperte o grampo do nariz contra o focinho. Cubra os olhos com geleia de petróleo para evitar o ressecamento.

Levante a pele da cabeça com fórceps, proteja um espaço de injeção e injete 1% de lidocaína sob o couro cabeludo. Realize uma incisão sagital usando um bisturi e uma tesoura fina. Segure a pele incisada com um microclamp para ampliar a visibilidade da área cirúrgica.

Remova o periosteum usando cotonetes de algodão. Se houver sangramento, cauterizou o crânio usando um bovie para selar os vasos sanguíneos. Limpe o crânio com soro fisiológico e marque os locais de craniotomia usando um braço manipulador.

Faça um furo acima do cerebelo e insira um parafuso para o chão. Com um parafuso de precisão, coloque o parafuso moído de 0,5 milímetros de profundidade até atingir a parte superior do cerebelo. Perfurar a área marcada e remover um pedaço do crânio com fórceps.

Dobre uma ponta de agulha de calibre 26 no sentido horário em um ângulo de 120 graus e exponha a área cerebral inserindo o lado de bisel da agulha voltado para cima. Fixar a matriz optrode no braço manipulador e mover-se perto da área exposta. Insira lentamente a matriz optrode e conecte o parafuso moído ao fio de prata ligado ao sistema.

Insira espuma de gel entre o cérebro exposto e o dispositivo para proteger os produtos químicos do contato direto com o cérebro. Aplique cuidadosamente cimento dentário no crânio para fixar o dispositivo e cobrir a espuma de gel. Antes que o cimento dentário seja completamente endurecido, separe o couro cabeludo se estiver preso ao cimento dentário.

Puxe a pele incisada com fórceps para cobrir o cimento dentário endurecido e suturar o couro cabeludo. Coloque o mouse anestesiado no quadro estereotático. Coloque a receita de pulso de luz em ciclo de 4% em 10 frequência de Hertz.

Configure a estimulação da luz por dois segundos durante a gravação neural. Tire a tampa plástica e conecte a parte superior dos sistemas de entrega de luz com o LED reutilizável em circuitos. Conecte o pré-amplificador do estágio da cabeça ao conector de cinco pinos implantado.

Abra o software e configure os filtros de software. Em seguida, clique e defina a taxa de amostragem do amplificador. Em seguida, clique em alterar a largura de banda.

Defina a largura de banda inferior do amplificador e a largura de banda superior do amplificador. Verifique o software DAC High-Pass Filter. Abra o Escopo do Pico e verifique sinais neurais usando limiar de tensão.

Clique em Stop e grave. Carregue os dados adquiridos usando o MATLAB e verifique os dados brutos. Em seguida, execute o código de classificação de picos que contém algoritmo de clust onda.

Verifique os picos classificados na trama raster. Agora, plote os picos e verifique os picos evocados durante a estimulação da luz. A figura mostra formas de onda inteiras registradas com condições exatas, incluindo dois segundos de luz no período no meio.

O número de picos neurais individuais evocados após cada pulso de estimulação de luz aumentou significativamente em comparação com a linha de base com diferentes caixas de tempo de dois segundos e 0,2 segundos. A figura mostra um histograma de pico para cada canal antes, durante e depois da estimulação da luz. A figura de entrada indica a localização da matriz optrode implantada.

Além disso, a versão ampliada mostra um histograma de pico com uma caixa de tempo de 100 milissegundos. A barra azul representa o período de tempo em que a luz LED estava acesa para registrar a resposta. Para minimizar o ruído do artefato do processo de corrente de condução led, o sistema deve ser projetado para garantir distância suficiente entre a via do sinal eletro e o circuito LED.

O sistema optrode baseado em LED proposto pode investigar as várias sinalizações neurológicas relacionadas aos comportamentos dos animais, pois pode fornecer estimulação optogenética e registrar as respostas neurológicas evocadas. Uma matriz de optrode LED é compatível com a interface optogenética sem fio, que pode ser usada em pesquisa animal em movimento livre.