Имплантат DREAM: легкая, модульная и экономичная система имплантатов для хронической электрофизиологии у мышей с фиксированной головой и свободно ведущих себя мышей

В нашем исследовании используются задачи виртуальной реальности и хроническая электрофизиология у мышей и макак для изучения естественного принятия решений и обучения правилам. Мы сосредоточимся на взаимодействии между передней поясной корой и сенсорными областями, такими как зрительная кора. И этот подход направлен на понимание видоспецифичных или обобщаемых вычислительных стратегий в целенаправленном поведении.

Я думаю, что в этой области мы начинаем понимать, что если мы хотим по-настоящему понять нейронные вычисления, мы должны делать это в то время, как животные ведут себя значимо и естественно для них. Поэтому, если мы хотим одновременно регистрировать активность нейронов, нам нужны имплантаты, которые были бы прочными и удобными для ношения нашими животными. С технической точки зрения, я думаю, что самая большая проблема по-прежнему заключается в том, чтобы получить высокопроизводительные нейронные записи, в то же время привлекая животных к сложному поведению.

И в целом, я думаю, очень важно, чтобы электрофизиология стала более доступной для лабораторий, у которых, возможно, меньше финансирования или меньше технических ресурсов, чтобы мы могли выровнять игровое поле для великих идей, которые превращаются в великие эксперименты, независимо от того, в какой лаборатории вы работаете. Наша лаборатория напрямую сравнивает нейронные и поведенческие измерения мышей и обезьян, выполняющих одни и те же задачи по добыче пищи в виртуальной среде. Таким образом, мы обнаружили, что на самом деле многие вычислительные динамики и поведенческие состояния, которые они испытывают, полностью совпадают.

Имплантат DREAM представляет собой комбинацию преимуществ, которые уже существуют в этой области. Он легкий и компактный, а также модульный, гибкий в размещении электродов и оснащен восстанавливаемым микроприводом, что снижает стоимость эксперимента. Для начала припаяйте 0,05-дюймовый паяльный гнездо к заземляющему проводу силиконового щупа.

Поверните винт на корпусе микродисковода так, чтобы челнок микродисковода был полностью втянут вверх. Установите микродисковод горизонтально на держатель микродисковода. Нанесите небольшой кусочек клеевой шпатлевки на держатель микродисковода.

Затем нанесите на челнок крошечную каплю силиконового пластыря. Поместите щуп с гибким кабелем на челнок микропривода. Затем осторожно потяните гибкий кабель к верхней части микродисковода, пока нижний край кабеля не встретится с нижним краем челнока микродисковода.

Поместите разъем для наконечника щупа на клеевую замазку в верхней части держателя. С помощью иглы 27-го калибра или микрощетки нанесите небольшую каплю цианоакрилатного клея между корпусом электрода и челноком, избегая гибкого кабеля. Прикрепите усилитель к коронному кольцу с помощью силиконового пластыря.

Затем прикрепите гибкий кабель к усилителю и покройте соединение и кабель тонким слоем силиконовой штукатурки. Закрепите вырез из медной сетки на клетке Фарадея с помощью небольших капель эпоксидной смолы. Для начала поместите все стерильные хирургические инструменты на стерильную рабочую платформу.

Продезинфицируйте выбритый участок мыши, находящейся под наркозом, несколько раз дезинфицирующим средством на основе йода и спиртом с помощью ватных палочек. Поместите мышь в стереотаксическую рамку с помощью ушных вкладышей и держателя для носа. Выполните щипок лапой, чтобы подтвердить глубину анестезии.

С помощью небольших хирургических ножниц вырежьте миндалевидное отверстие в коже в верхней части черепа, идущее от задней части лямбда-шва до межглаз. Продолжайте резать, чтобы удалить подкожную оболочку и надкостницу. Затем процарапают череп лезвием скальпеля, чтобы удалить мягкую мембранную ткань.

Аккуратно поцарапайте крест-накрест кончиком скальпеля, перевернутым вверх ногами, чтобы придать шероховатости поверхности черепа. Чередуйте лезвие скальпеля и стерильные ватные палочки, чтобы аккуратно поцарапать и оттолкнуть мышцы шеи, прикрепленные к бокам лямбда-шва, пока мышцы не будут отодвинуты назад к краю черепа на вершине мозжечка. С помощью шприца объемом 1 миллилитр нанесите небольшую каплю цианоакрилатного клея между кожей и краями черепа.

Нанесите стоматологический цементный грунт на череп для дополнительной адгезии и затвердейте под воздействием ультрафиолета. Найдите целевое место для имплантации зонда относительно брегмы или лямбды и очертите трепанацию черепа вокруг него хирургическим маркером. Закрепите оголовье на черепе с помощью стоматологического цемента.

С помощью бормашины просверлите небольшое отверстие для заусенцев шириной со штифты коллектора над участками мозга. Капните стерильный физиологический раствор на трепанацию черепа с помощью шприца и удалите его непроливающимися салфетками. Аккуратно вставьте заземленный штифт в каждый краниотомию и нанесите цемент вокруг штифтов коллектора.

Затем просверлите контур большого трепанации черепа, двигаясь вокруг края устойчивыми движениями. Чтобы проверить сопротивление просверленной части кости, осторожно надавите на нее тонкими щипцами. Поместите микродисковод с силиконовым щупом в держатель микродисковода.

Наклоните стереотаксическую руку так, чтобы добраться до нужной целевой области мозга. Поместите кольцо коронки с подключенным усилителем на три вертикальных контакта в задней части держателя микродисковода. Опустите микропривод примерно на 0,5 миллиметра от краниотомии, затем с помощью щипцов подсоедините заземление или контакты опорного разъема.

Расположите стереотаксический рычаг с микроприводом над трепанацией черепа. Опустите микропривод до тех пор, пока хвостовик щупа не коснется твердой мозговой оболочки в целевой области. Зацементируйте основание микродиска на месте.

Закройте пространство между основанием и черепом стоматологическим цементом. Затем опустите кремниевый зонд на мозг. Когда хвостовик зонда коснется мозга, быстро опустите зонд примерно на 250 микрометров.

Как только зонд будет прорван через поверхность коры головного мозга, опустите его в более медленном темпе. С помощью шприца объемом 1 миллилитр введите небольшую каплю кремниевого эластомера в краниотомию. Покройте силиконовый эластомер равной смесью костного воска и минерального масла.

Когда стоматологический цемент застынет, ослабьте держатель микродисковода с помощью шестигранного ключа. Аккуратно втяните держатель примерно на 1 сантиметр так, чтобы микропривод стоял отдельно, а усилитель щупа или разъем оставался закрепленным на держателе имплантата, не растягивая гибкий кабель. Поместите готовую корону и сетку Фарадея вокруг оголовья, растянув клетку в отверстии и наложив ее на микропривод и гибкий кабель горизонтально.

Затем закрепите его на оголовье с помощью стоматологического цемента. Наденьте на заводную головку кольцо Фарадея с разъемом щупа или насадкой на заводную головку, совместив встроенный держатель для усилителя щупа или разъема с областью, отмеченной вдавленным крестиком на заводной головке Фарадея. Закрепите кольцо на клетке Фарадея с помощью капли стоматологического цемента на каждом месте соединения спиц.

После фиксации полностью втяните стереотаксический кронштейн с держателем микродисковода. Подключите усилитель или разъем зонда к записывающему оборудованию и начните запись нейронного сигнала. Если зонд еще не достиг своего целевого местоположения, медленно поверните винт микропривода против часовой стрелки, чтобы опустить зонд и одновременно отслеживая нейронные сигналы.

Когда на датчике будут видны нейропотенциалы локального поля, завершите запись теста и отсоедините разъем головного каскада. Накройте клетку Фарадея самоклеящейся ветеринарной пленкой.