Массив Optrode для одновременной оптогенетической модуляции и электрической нейронной записи

Этот протокол включает в себя изготовление на оптродной системе для одновременной оптогенетической стимуляции и электрофизиологической записи. Предлагаемая система на основе светодиодов повышает эффективность световой связи благодаря массиву микролинз. Светодиодный источник света имеет простую настройку освещения, чем лазерный источник света, так что система легко применима к беспроводной системе.

Оптогенетика – это путь техники для понимания патологии неврологического заболевания и механизмов лечения. Оптогенетика может применяться для лечения травм спинного мозга, эпилепсии, болезни Паркинсона и болезни Альцгеймера. Наше устройство на основе светодиодов может быть реализовано в дальнейшем как беспроводная система с рядом преимуществ, таких как низкая сложность системы, экономическая эффективность и низкое энергопотребление.

Во-первых, подключите женский разъем с шагом 1,27 миллиметра к предусилителю головной ступени. Поместите светодиод в 3D-печатный корпус. Измерьте интенсивность света в конце наконечника оптического волокна с помощью фотодиода.

Погрузите вольфрамовые электроды и оптические волокна в спирт на 15 минут и высушите их на воздухе. Сбрить кожу головы и поместить обезболенную мышь в стереотаксическую рамку. Поместите головку в стереотаксическую рамку и вставьте ушные вкладыши в меатус.

Включите тепловую грелку, встроенную в стереотаксическую рамку, и поддерживайте температуру тела на уровне 37 градусов цельсия на протяжении всех хирургических процедур. Отрегулируйте разрезную планку для установки высоты реза и затяните зажим носа к морде. Накройте глаза вазелином, чтобы предотвратить сухость.

Поднимите кожу в голове щипцами, закрепите пространство для инъекций и введите 1% лидокаина под кожу головы. Выполните сагиттальный разрез с помощью скальпеля и тонких ножниц. Удерживайте разрезанную кожу микрозажимом, чтобы расширить видимость хирургической области.

Удалите надкостницу ватными тампонами. Если есть кровотечение, прижигают череп с помощью бульона, чтобы запечатать кровеносные сосуды. Очистите череп физиологическим раствором и пометьте места трепанации черепа с помощью манипулятора.

Просверлите отверстие над мозжечком и вставьте винт для земли. Используя прецизионный винт, поместите заземляющий винт глубиной 0,5 миллиметра, пока он не достигнет вершины мозжечка. Просверлите отмеченный участок и удалите кусок черепа щипцами.

Согните кончик иглы 26-го калибра по часовой стрелке под углом 120 градусов и обнажите область мозга, вставив коническую сторону иглы лицом вверх. Зафиксируйте массив optrode в манипуляторе и подойдите близко к открытой области. Медленно вставьте матрицу optrode и подключите винт заземления к серебряному проводу, прикрепленному к системе.

Вставьте гелевую пену между открытым мозгом и устройством, чтобы защитить химические вещества от прямого контакта с мозгом. Осторожно нанесите зубной цемент на череп, чтобы зафиксировать устройство и покрыть гель-пену. Прежде чем зубной цемент полностью затвердеет, отделите кожу головы, если она прикреплена к зубному цементу.

Потяните разрезанную кожу щипцами, чтобы покрыть затвердевший зубной цемент и зашить кожу головы. Поместите анестезируемую мышь в стереотаксическую рамку. Установите рецепт светового импульса на рабочий цикл 4% на частоте 10 Гц.

Настройте световую стимуляцию на две секунды во время нейронной записи. Снимите пластиковую крышку и прикрепите верхнюю часть систем подачи света к многоразовому светодиоду в цепях. Подключите предусилитель головной ступени к имплантированному пятиконтактному разъему.

Откройте программное обеспечение и настройте программные фильтры. Затем щелкните и установите частоту дискретизации усилителя. Затем нажмите изменить пропускную способность.

Установите меньшую полосу пропускания усилителя и верхнюю полосу пропускания усилителя. Проверьте программное обеспечение DAC High-Pass Filter. Откройте Spike Scope и проверьте нейронные сигналы, используя порог напряжения.

Нажмите кнопку Остановить и записать. Загрузите полученные данные с помощью MATLAB и проверьте необработанные данные. Затем запустите код сортировки шипов, который содержит алгоритм волнового ключа.

Проверьте отсортированные шипы на растровом графике. Теперь график подсчета шипов и проверка вызванных шипов во время световой стимуляции. На рисунке показаны целые зарегистрированные формы волн с точными условиями, включая два секунды света на периоде посередине.

Количество вызванных отдельных нервных всплесков после каждого импульса световой стимуляции значительно увеличивалось по сравнению с исходным уровнем с различными временными бункерами в две секунды и 0,2 секунды. На рисунке показана гистограмма всплеска для каждого канала до, во время и после световой стимуляции. На рисунке вставки указано расположение имплантированного массива оптродов.

Кроме того, увеличенная версия показывает гистограмму пиков с 100-миллисекундной временной корзиной. Синяя полоса представляет период времени, в течение которого светодиодный индикатор был включен для записи ответа. Чтобы свести к минимуму шум артефакта от светодиодного движущего тока, система должна быть спроектирована таким образом, чтобы обеспечить достаточное расстояние между путями электросигнала и светодиодной цепью.

Предлагаемая система оптродов на основе светодиодов может исследовать различные нейросигнализации, связанные с поведением животных, потому что она может доставлять оптогенетическую стимуляцию и записывать вызванные нервные реакции. Светодиодная матрица optrode совместима с беспроводным интерфейсом оптогенетики, который можно использовать в свободно движущихся исследованиях на животных.