Запись Крупномасштабные нейронных ансамблей с кремниевых зондов в наркозом крыса

Общая цель данной процедуры — описать метод острой крупномасштабной регистрации нейронной активности из соматосенсорной коры передних конечностей левого и правого полушарий одновременно у крысы под наркозом с использованием кремниевого зонда. Для этого сначала животное анестезируют уретаном, после чего крысу помещают в стереотаксическую раму и делают разрез мягких тканей над черепом длиной от двух до трех сантиметров. На втором этапе устанавливаются заземляющий и референсный винты.

Затем над соматосенсорной корой выполняют две краниотомии, после чего удаляют твердую мозговую оболочку. Заключительным этапом является осторожное введение силиконовых зондов в мозг и их медленное опускание до нужной области. Данная процедура позволяет регистрировать локальные полевые потенциалы и спайковую активность десятков нейронов.

Основным преимуществом данного метода является то, что силиконовые зонды позволяют осуществлять регистрацию с большого количества точек записи. Более того, несколько точек записи могут быть расположены на расстоянии нескольких миллиметров, что позволяет одновременно регистрировать активность в нескольких кортикальных колонках или в нескольких слоях одной кортикальной колонки. Важно, что геометрически точное распределение точек записи позволяет исследовать пространственные связи между популяциями нейронов.

Этот метод может помочь ответить на ключевые вопросы в области нейронаук, такие как роль активности популяций нейронов в пластичности памяти, кодировании стимулов и принятии решений, а также влияние различных препаратов на эти нейронные взаимодействия. Для начала процедуры анестезируйте крысу изофлураном в концентрации от 3% до 4% и поддерживайте уровень 2%, чтобы предотвратить стресс животного при инъекции. Затем введите внутрибрюшинно 7,5 мл/кг 20%-го раствора уретана, разделив эту дозу на четыре введения с интервалом примерно в 30 минут между ними.

Затем очистите силиконовые зонды дистиллированной водой под микроскопом. Нанесите на зонды флуоресцентный маркер для обозначения их положения при гистологическом анализе. Эту процедуру следует всегда проводить под микроскопом, чтобы убедиться, что зонды не повреждены и не согнуты.

После этого выбрейте шерсть вдоль места разреза. Затем нанесите мазь в оба глаза. Подкожно введите дексаметазон в концентрации 5 mg/mL для уменьшения воспаления головного мозга.

На данном этапе зафиксируйте животное в стереотаксической раме. Затем антисептически обработайте место хирургического вмешательства, используя мыло с хлоргексидином и этанол; перед выполнением разреза подкожно введите лидокаин и эпинефрин в месте разреза для местной анестезии и снижения потенциального риска кровотечения. После этого сделайте разрез длиной два сантиметра по срединной линии скальпа и удалите кожу.

Чтобы обнажить череп, отделите кожу волосистой части головы от фасции путем тупой диссекции и остановите кровотечение с помощью костного воска. Затем просверлите два отверстия в затылочной кости черепа. В эти отверстия вкрутите маленькие винты для заземляющего и референсного электродов.

Опорный винт должен контактировать с твердой мозговой оболочкой. После этого выполните две краниотомии диаметром от 1 до 2 мм в координатах, соответствующих соматосенсорным коре передних конечностей.

В процессе трепанации при необходимости используйте сжатый воздух для удаления костной пыли, чтобы предотвратить нагрев черепа при сверлении. Закапайте раствор физиологического saline. Затем создайте небольшой барьер из акриловой смолы вокруг двух отверстий трепанации, чтобы удерживать PBS на поверхности открытой твердой мозговой оболочки и предотвратить ее высыхание.

На протяжении всего эксперимента постоянно наносите PBS. Затем с помощью двух игл калибра 30.5 с загнутыми кончиками удалите твердую мозговую оболочку в обоих местах краниотомии. После этого установите кончики кремниевых зондов так, чтобы они едва касались мягкой мозговой оболочки.

Затем медленно введите кремниевые зонды, убедившись, что их стержни могут быть введены в мозг без сопротивления или изгиба. Осторожно опускайте зонды до достижения нужных областей регистрации. При необходимости добавьте несколько капель PBS на область краниотомии, чтобы предотвратить высыхание ткани.

Здесь представлена репрезентативная электрофизиологическая запись локального полевого потенциала в течение 500 миллисекунд, полученная с одного тетрода. Пример формы спайка показан на врезке. Ниже приведены примеры двумерных представлений кластеров юнитов, полученных с одного тетрода.

Каждый кластер представляет собой спайки одного нейрона. Здесь показаны усредненные формы волн спайков репрезентативных единиц на каждом из четырех каналов одного тетрода. На данном графике представлена зависимость энергии формы волны зарегистрированных спайков от времени.

Обратите внимание, что относительно постоянное значение энергии для каждого канала указывает на стабильность записи в течение отображаемого периода. После просмотра этого видео вы сможете проводить запись с помощью кремниевых зондов в нескольких областях мозга от более чем ста нейронов одновременно. Это достигается путем выполнения следующих этапов: анестезии животного, установки референтного и заземляющего винтов, выполнения краниотомии, удаления твердой мозговой оболочки и, наконец, введения зондов в нужную область записи.