Одновременной записи корковых местных потенциалов поля, электрокардиограмма, электромиограммы и дыхательный ритм от свободно движущихся крыса

Общая цель этой хирургической имплантации электродов заключается в одновременной регистрации центральных и периферических биоэлектрических сигналов от свободно движущейся крысы. Этот метод может помочь ответить на ключевые вопросы в области нейробиологии, такие как память, познание, эмоции и взаимодействие мозга и тела. Основное преимущество этой методики заключается в том, что одно записывающее устройство собирает все биоэлектрические сигналы из широкого спектра областей тела.

Идея этого метода пришла нам в голову, когда мы заметили, что мышечная и сердечная деятельность представлена электрическими сигналами, подобными внеклеточным сигналам мозга. Поэтому мы посчитали, что все сигналы могут быть записаны одним многоканальным записывающим устройством. Для начала подготовьте стандартный массив микродисков для записи кортикального LFP.

Оставьте открытыми не менее шести металлических отверстий на плате интерфейса электродов для сигнальных каналов. Далее сделайте шесть пятисантиметровых отрезков проволоки Bioflex для подачи сигналов. Снимите около пяти миллиметров покрытия PFTE с обоих концов.

Затем подключите по одному проводу к каждому металлическому отверстию на доске с помощью золотого булавки. Затем сделайте два пятисантиметровых отрезка эмалированного провода и припаяйте их к двум каналам заземления/опорного сигнала на плате. Чтобы изготовить электроды для ЭКГ, отрежьте два 16-сантиметровых отрезка проволоки Bioflex и снимите 0,5 миллиметра покрытия с одного конца и 15 миллиметров покрытия с другого.

Затем сформируйте каждый длинный зачищенный участок в круг диаметром два миллиметра и закрепите петлю припоем. Чтобы сделать электроды ЭМГ, отрежьте два восьмисантиметровых отрезка проволоки Bioflex и снимите около пяти миллиметров покрытия с обоих концов. Чтобы изготовить электроды BR, отрежьте два шестисантиметровых отрезка проволоки Bioflex и снимите около пяти миллиметров покрытия с обоих концов каждого провода.

Для каждого из двух электродов BR припаяйте по одному концу каждого провода к головке винта из нержавеющей стали. Чтобы сделать заземляющие/референсирующие электроды, отрежьте два шестисантиметровых отрезка эмалированной проволоки. Для каждого из двух электродов заземления припаяйте один конец провода к винту немного большего размера.

Теперь простерилизуйте все электроды, а затем обработайте их в стерильных условиях. Для начала зафиксируйте крысу под наркозом на спине на плоской грелке. Предоставьте бупренорфин в качестве обезболивающего средства, а также нанесите офтальмологическую мазь для предотвращения сухости.

Затем очистите грудь и шею чередующимися скрабами из 70% этанола и бетадина. Затем накиньте животное, чтобы оставить открытой только область груди. Сначала имплантируйте электроды ЭКГ.

Начните с двухсантиметрового разреза в медиальной области грудной клетки. Затем обнажите межреберные мышцы, отделив грудные мышцы. Теперь пришите кольца электродов ЭКГ к межреберным мышцам.

Делайте это плотно, чтобы электроды были очень надежно закреплены и было высокое соотношение сигнал/шум. Затем сделайте разрез в один сантиметр в области тыльной стороны шеи и подкожно проведите электроды ЭКГ к разрезу, оставив провисание проволоки под кожей, чтобы свести к минимуму физическую нагрузку на электрод. Затем шов закрывают разрез грудной клетки.

Далее переместите и закрепите животное, чтобы прикрепить электроды ЭМГ. Введите по одному концу каждого электрода подкожно примерно на один сантиметр в разрез шеи и в мышцы шеи. Затем зашьте эти электроды на месте.

После имплантации электродов закрепите крысу на стереотаксическом устройстве. Затем побрейте и очистите череп, а также начните имплантацию массива с трехсантиметрового разреза по средней линии от точки между глазами до шеи. С помощью высокоскоростного сверла сделайте пару круговых краниотомий диаметром от 0,7 до 1,0 миллиметра над обонятельной луковицей, которая находится на расстоянии 11,0 миллиметров спереди и на один миллиметр двусторонне от брегмы.

Затем имплантируйте два электрода BR достаточно глубоко, чтобы кончики винтов могли соприкасаться с мозгом, глубина которого составляет около двух миллиметров. Используйте от шести до восьми полных оборотов винта. Далее сделайте еще одну пару краниотомий над лобной корой, на 2,7 миллиметра спереди и на 2,7 миллиметра двусторонне к брегме.

Закрепите в этих отверстиях два заземляющих электрода/электрода сравнения так, чтобы они также контактировали с мозгом на глубине около 1,6 миллиметра. Для этого требуется от четырех до пяти полных оборотов винта. Теперь запланируйте большую круговую трепанацию черепа диаметром около 2,0 миллиметров над гиппокампом, 3,8 миллиметра сзади и 2,5 миллиметра двусторонним по отношению к брегме.

Затем сделайте от шести до восьми отверстий по 1,0 миллиметра в области, которая будет окружать трепанацию черепа. В каждое из этих отверстий вживите анкерные винты. Затем сделайте запланированную трепанацию черепа между винтами.

Расположите массив интегративных микродисков над большим отверстием так, чтобы кончик канюли находился прямо над большим трепанацией черепа. Заполните пространство между кончиком канюли и поверхностью мозга примерно 100 микролитрами двухкомпонентной эпоксидной смолы. В течение следующих пяти минут дайте смеси превратиться в прозрачный гель.

Затем закройте канюлю, электроды BR, электроды заземления/сравнения и анкерные винты стоматологическим цементом. Нанесите около пяти миллиметров цемента, не закрывая открытые концы BR или заземляющих/контрольных электродов. Теперь припаяйте все открытые концы электродов к месту, где они соединяются с платой.

Затем покройте нижнюю часть интегративного массива микроприводов и все электродные провода стоматологическим цементом. Важно полностью закрыть провода электродов, чтобы крыса не смогла их выцарапать после имплантации. Теперь дайте крысе восстановиться.

После того, как вы придете в сознание, достаточное для поддержания лежачего положения на грудине, поселите его в одиночестве без каких-либо соседей по клетке и обеспечьте ему свободный доступ к пище и воде. После операции постепенно продвигайте тетроды, ежедневно продвигая винты. Как только тетроды окажутся рядом с целевыми участками мозга, дайте им отстояться в течение нескольких дней, в течение которых сигналы стабилизируются.

С помощью описанных методов можно одновременно захватывать и коррелировать биоэлектрические сигналы от мозга, сердца, легких и скелетных мышц. Например, свободно движущаяся крыса, выполняющая режим поиска пищи, предоставляет набор данных с переходами между активным и спокойным состояниями. Спектр мощности был рассчитан по кривой LFP гиппокампа с использованием вейвлет-анализа.

Сигнал BR, записанный с поверхности обонятельной луковицы, был использован для грубой оценки относительных изменений частот дыхания, таких как те, которые происходят во время исследовательского поведения при нюхании. После освоения этой техники ее можно сделать за три часа, если она выполнена правильно. После своего развития эта методика открыла путь исследователям в области нейробиологии к изучению взаимосвязи между центральными и периферическими органами с высоким временным разрешением у грызунов.