Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

Behavior

Bouw van Microdrive Arrays voor Chronische Neurale Recordings in Awake Behaving Muizen

doi: 10.3791/50470 Published: July 5, 2013

Summary

Het ontwerp en de assemblage van microdrives in vivo elektrofysiologische opnames van hersenen signalen van de muis beschreven. Door het aanbrengen van micro-elektrode bundels aan stevige driveable dragers, deze technieken zorgen voor langdurige en stabiele neurale opnames. Het lichtgewicht ontwerp zorgt voor onbeperkte gedrags prestaties door het dier volgende station implantatie.

Abstract

State-of-the-art elektrofysiologische opnames van de hersenen van vrij gedragen dieren kunnen de onderzoekers om gelijktijdig te onderzoeken lokale veld potentialen (LFP's) van populaties van neuronen en actiepotentialen van individuele cellen, als het dier zich bezighoudt met experimenteel relevante taken. Chronisch geïmplanteerde microdrives zorgen voor hersenen opnames voor het laatst over periodes van enkele weken. Geminiaturiseerde drives en lichtgewicht componenten zorgen voor deze langdurige opnames te voorkomen in kleine zoogdieren, zoals muizen. Door tetrodes, bestaande uit strak gevlochten bundels van vier elektroden waarin elke draad een diameter van 12,5 urn, is het mogelijk om fysiologisch actieve neuronen isoleren oppervlakkige hersengebieden zoals de cerebrale cortex, dorsale hippocampus en subiculum, alsmede als diepere gebieden, zoals het striatum en de amygdala. Bovendien is deze techniek verzekert een stabiele, high-fidelity neurale opnames als het dier wordt uitgedaagd met een variety van gedrags-taken. Dit manuscript beschrijft een aantal technieken die zijn geoptimaliseerd voor het opnemen van de hersenen van muizen. Ten eerste, laten we zien hoe tetrodes fabriceren, laad ze in driveable buizen, en goud-plate hun tips om hun impedantie te verminderen van MQ tot kOhm bereik. Ten tweede, laten we zien hoe u een aangepaste microdrive assemblage construeren voor het dragen en verplaatsen van de tetrodes verticaal, met het gebruik van goedkope materialen. Ten derde, laten we de stappen voor het samenstellen van een in de handel verkrijgbaar microdrive (Neuralynx VersaDrive) die bedoeld is om onafhankelijk beweegbare tetrodes dragen. Tot slot presenteren we representatieve resultaten van de lokale veldpotentialen en single-unit signalen verkregen in de dorsale subiculum van muizen. Deze technieken kunnen eenvoudig worden aangepast aan verschillende typen elektrodereeksen en opnemen regelingen muizenhersenen tegemoet.

Introduction

Het gebruik van de micro-elektrode techniek voor het opnemen van extracellulaire neurale signalen in vivo heeft een lange en gewaardeerde traditie in de neurowetenschappen 1, 2. De mogelijkheid om elektrische activiteit opnemen van vele hersengebieden in vrij gedragen dieren is echter een meer recente technologie die wordt steeds vaker als de softwarepakketten voor de verwerving, analyse en discriminatie van neurale signalen wordt steeds geavanceerder en gebruiksvriendelijker 3, 4. De technologische vooruitgang op het softwarematig zijn ook gepaard met verlaging van het gewicht en volume van de implanteerbare inrichtingen, die voldoende verkleind voor het opnemen van kleine zoogdieren, zoals muizen. Door licht (meestal plastic) onderdelen, kunnen de onderzoekers microdrives die zorgen voor onafhankelijke plaatsing van elektroden of tetrodes richten allerlei hersengebieden 5-7 construeren. Zelfs diepe hersenstructuren zoalsamygdala 6 en het striatum 5, kan routinematig worden gericht met de selectie van een geschikt lange rit schroef. Deze opname technieken kunnen de onderzoekers de high-fidelity neurale signalen te verkrijgen en zijn in register met de elektrische activiteit van enkele neuronen opgenomen intracellulair 8, 9. Gebruik van dit soort microdrives hebben we met succes een-eenheden opgenomen van muizen gedurende maximaal twee maanden na implantatie 10. Bovendien heeft het geringe gewicht van de inrichtingen (ongeveer 1.5-2.0 g) resulteerde in behavioral prestaties die vergelijkbaar zijn met non-geïmplanteerde muizen in veel gedragstaken. In het bijzonder, hebben we aangetoond dat de geïmplanteerde muizen vertonen normale prestaties in de roman objectherkenning taak 10 en het object huistaak (ongepubliceerde gegevens).

Het gebruik van microdrives gekoppeld aan meerdere tetrodes stelt onderzoekers in staat om toezicht te houden en te analyseren neurale activiteit op netwerkniveauterwijl ook het opnemen van meerdere single-eenheden binnen de hersenen. Opnemen met deze tetrodes heeft een aantal belangrijke voordelen voor de eenheid identificatie en maakt het mogelijk de hoge nauwkeurigheid acquisitie en discriminatie van meerdere single-eenheden 11. We beschrijven hoe te fabriceren en goud-plate Tetrode bundels en dan vervolgens te laden in driveable elektroden dragers. Een type aandrijving drager beschrijven we de handel verkrijgbaar is en de andere is een eenvoudige, maar gemakkelijk uit te breiden, aandrijving ontwerp dat meerdere carriers en Tetrode arrangementen kunnen vangen zonder een aanzienlijke investering van middelen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Tetrode Fabrication

  1. Begin met geïsoleerde 12,5 micrometer (0.0005 ") diameter kern platina-iridium draad van Californië Fine Wire. De lengte van de draad moet worden gesneden om de juiste lengte van de beoogde structuur. Bijvoorbeeld, knip de draad aan ten minste 30 cm lang voor het richten van de dorsale subiculum of hippocampus.
  2. Vouw de draad over bij het midden, zodat er twee evenwijdige draden die zijn 15 cm lang. Drapeer het middelpunt van deze draad over een horizontale arm om vier parallelle draden van 7,5 cm in lengte te vormen. Volgende bevestig de rubberen clip onder aan de gedrapeerde draad, waardoor een bundel van vier draden.
  3. Plaats de rubberen clip in de gemotoriseerde Tetrode Spinner, zorg ervoor dat de draad is strak, maar niet te strak of lager gewicht als het tijdens het spinnen proces zal breken.
  4. Schakel de Tetrode Spinner op "Manual" stand en druk op de joystick om "Rechts" om de draad draaien met de klok mee. De spinnerroteert ongeveer 2 Hz, waardoor een nauwe bundel van vier draden aan de tetrode vormen.
  5. Solliciteer 80 klok rotaties dan stoppen door op "Up" op de joystick. Dit zal de gemotoriseerde spinner pauze. Breng vervolgens 20 tegen de klok in ("Links") rotaties om de spanning op de Tetrode vrijgeven. Het uiteindelijke aantal rotaties per lengte van de draad moet 8 rotaties per micron.
  6. Met de verwarming pistool op de lagere instelling 1, waarvan maximaal 400 graden bereikt, teneinde de draden versmelten door het smelten van de VG hechtlaag. Houd de warmte kanon ~ 2 cm van de draad en loopt het geweer op en neer de rechte lengte van de draad voor ongeveer 5 seconden vanuit verschillende invalshoeken. Zorg ervoor dat u voortdurend vegen de warmte kanon en houd het niet een enkele locatie als dit zal het HML isolatiemateriaal smelt, waardoor de draden samen te smelten binnen de bundel.
  7. Voeg een snede boven aan de tetrode (nabij de horizontale arm) en vervolgens de tetrode de clip onderaan. Snijd de enkele lus, zodat er vier afzonderlijke draden aan een uiteinde van de tetrode, zullen deze draden elektrisch verbonden zijn goud pinnen of een printplaat in een latere stap.
  8. Plaats de voltooide Tetrode in een stofvrije bedrijf doos voor opslag totdat de schijf is voltooid.

2. Microdrive Assemblage op maat

  1. Construeren eerst de basis die zal houden van de microdrive (s). De basis van de geïmplanteerde microdrive het algemeen meest stabiele als deze is gesloten en geplaatst langs de middellijn van de schedel. Dit protocol beschrijft de stappen voor het bouwen van een basis met een microdrive tot vier polyamide buis dragers vast te houden. Aanvullende microdrives en buizen kunnen eenvoudig worden toegevoegd indien nodig.
  2. Begin met een ongeveer 20 mm vierkant stuk plexiglas acrylaat (5 mm dik) en zand de acryl in een vorm die het mogelijk maakt de muis vrij kan bewegen met de schijf na het wordt ingeplant op de kop.
  3. Vervolgens monteert u de aandrijfeenheid. Gebruik maat 30,3 x 6,3 mm messing gidsen die zal uitvoeren de drive schroef. Eerste, soldeer twee koperen geleiders elkaar loodrecht. De verticale koperen geleider houdt de drive schroef en elektroden, terwijl de horizontale stuk wordt gelijmd in de acryl basis.
  4. Na het solderen van de koperen stukken samen, beginnen de montage van de aandrijving zelf door het passeren van een Cilinderschroef koperen schroef door de top van de gids en in een Delrin kunststof blok. Het vierkant blok is ontworpen zodat het schroefgat iets uit het midden (0,2 mm), waardoor een zijde van het blok zeer weinig uitsteekt uit de geleiding. Dit is de zijde waar de polyamide buizen die de elektroden zitten.
  5. Met de Delrin blok in de gids, en de schroef helemaal door, draad een hex messing moer totdat de moer wordt bijna aanraken van de onderkant van de geleider. Niet de moer helemaal vast, maar smelt een kleine hoeveelheid soldeer op het uiteinde om de moer en de bout te sluiten, maar let niet te solderen anything aan de gids. Nu, het draaien van de schroef moet de Delrin blok (met de klok mee) verticaal te verplaatsen en naar beneden (links) langs de schroefdraad. Knip draad die uitsteekt voorbij de gesoldeerde moer.
  6. Zodra de drive is gemonteerd, ga terug naar de acryl basis en snijd een 3 mm brede gleuf waar de elektrode station zal zijn. Langs de horizontale koperen gids door de sleuf en gebruik vervolgens cryanoacrylate lijm om het stuk vast te zetten aan de basis.
  7. Plaats de acryl-basis in een bankschroef om het op zijn plaats vast te zetten. Plaats een elektronische schakeling (EIB) boven de basis en de plaatsen te markeren van de twee schroefgaten. EIBS zijn microchips die een signaal verbinding tussen de elektrode draden en een voorversterker headstage bieden. Met behulp van een 1,5 mm tip boor, boor voorzichtig gaatjes in de cijfers voor schroeven die de EIB zal zijn plaats te houden op de top van de basis. Plaats de EIB en de draad twee messing schroeven in de gaten.
  8. Gebruik micro ontleden schaar om vier 7 mm lange stukken POLYAM gesnedenide slangen. Bekleed de vier buizen naast elkaar op een stuk gevouwen laboratorium tape. Toepassing cyanoacrylaat naar het centrum om ze samen te voegen, maar wees voorzichtig niet te lijmen krijgen binnen de buizen zelf. Laat de aangesloten buizen volledig te drogen.
  9. Draai het station base 90 graden, zodat de chip EIB is verticaal en de aandrijving wordt horizontaal geplaatst met de uitstekende Delrin blok naar boven. Kijken door een microscoop ontleden, voorzichtig deppen een kleine hoeveelheid cyanoacrylaat op de Delrin gezicht vervolgens de vier gevoegde buizen op de lijm. Laat de lijm goed instellen voordat u de schijf te verplaatsen.
  10. Test dat het polyamide buizen stevig bevestigd zijn en dat de gehele vergadering soepel beweegt zonder het aanraken van de gids of aan eventuele weerstand.
  11. Vervolgens bereiden de grond los en sluit de aarddraad aan de EIB. Maak een grond schroef door het nemen van een messing schroef (3/32 ") en afschuren van de draden tot slechts 1-2 threads blijven. Dit moet worden ~1 mm vanaf de schroef zitten binnen de schedel en is niet bedoeld om hersenweefsel te penetreren.
  12. Snijd een 30 mm lengte van koperdraad (de exacte lengte zal afhangen van waar de schedel het dier aarde ligt). De koperdraad moet 100-500 uM (0,004-,02 ") in diameter, dit is ongeveer gelijk aan 38 AWG thru 24 AWG draad Breng soldeer flux aan beide uiteinden van de koperdraad Aan de ene kant, soldeer de grond schroef aan.. de draad. Aan de andere kant, soldeer een EIB gouden speld. Deze aardingskabel kan worden gereserveerd en later tijdens de implantatie operatie verbonden met de EIB.
  13. De volgende stap is om de elektroden doorheen de polyamide buizen en sluit ze het kanaal gaten op de EIB chip. Schakel de drive schroef volledig klok mee, zodat de buizen op hun toppositie.
  14. Voor enkele elektroden, snijd een mm lengte van Stableohm 50 uM draad 50 en begeleiden het door een polyamide buis, waardoor het ten minste 2,0 mm voorbij de buis uiteinde (voor het richten subiculum ofhippocampus). Breng een kleine druppel cyanoacrylaat bovenaan de buis aanbrengen van de draad aan de buis en het voorkomen draad beweging. Vervolgens sluit het losse uiteinde van de draad aan een EIB-kanaal gat met behulp van een gouden speld. Knip de overtollige draad met fijne schaar. Herhaal dit voor de andere micro-elektroden.
  15. Voor het aansluiten van tetrodes, neem een ​​voltooide Tetrode uit de opbergbox. Begeleiden de gefuseerde einde van de Tetrode via een polyamide buis en laat hem ten minste 2,0 mm voorbij de buis uiteinde (voor subiculum of hippocampus). Breng een kleine druppel cyanoacrylaat bovenaan de buis aanbrengen van de tetrode aan de buis en het voorkomen van beweging. Neem de vier losse draden aan het andere uiteinde van de Tetrode en sluit elke draad om een ​​EIB-kanaal gat met behulp van een gouden speld. Knip de overtollige draad. Herhaal dit voor de andere tetrodes.

3. VersaDrive Assembly

  1. Begint de bouw van een vier Tetrode VersaDrive, dit bestaat uit een basis, behuizing en kap pieces.
  2. Snijd een polyamide slang aan 10 mm en begeleiden het door het kleinste gat op een Tetrode drager. Laat de buis voorbij de drager zeer licht (0,5 mm). Gebruik 5-minuten epoxy te lijmen van de polyamide buis op zijn plaats, en let niet te laten de epoxy in te gaan op de buis zelf. Herhaal dit voor drie andere buizen en vervoerders.
  3. Nadat de epoxy helemaal is opgedroogd, begeleiden elke polyamide buis door een van de vier gaten op de VersaDrive basis. Zodra alle vier tubes zijn door hun gaten, duw een insect pin door het buitenste gat, dit zal de Tetrode luchtvaartmaatschappij houden in lijn en dienen als een rail voor de vervoerder te reizen. Herhaal dit voor de drie andere vervoerders.
  4. Neem een ​​pet en lijn het met de vier insect pinnen, zodat de kap dekt de basis en de Tetrode dragers verblijf op het kapje. Rijg een 1 mm x 5 mm machine schroef door het juiste gat in de kap en in de Tetrode drager. Dit zal de drive schroef voor het verplaatsen van de drager op en neer. Repeet dit voor de andere drie schroeven.
  5. Draai alle schroeven rechtsom tot Tetrode dragers zijn op hun toppositie en het polyamide buizen zijn zichtbaar door de dop opening. Met behulp van fijne micro ontleden schaar, knip de slang net onder (1 mm) de basis zodat alle vier polyamide buizen zijn van dezelfde lengte.
  6. Met behulp van een microscoop ontleden, zorgvuldig rijg een Tetrode door een polyamide buis. Het is belangrijk om de tetrode draad kaarsrechte aangezien daardoor houden door de buis knikken of bochten maakt het zeer moeilijk om volledig de tetrode daarbij door. Herhaal dit voor de drie andere tetrodes.
  7. Nadat alle tetrodes in hun buizen zorgvuldig toepassen een kleine druppel cyanoacrylaat de top van elke buis, waarmee het tetrodes binnen hun respectieve buizen. Neem voorzichtigheid geen cyanoacrylaat niet te krijgen tussen de dragers of op de losse Tetrode draden die uitsteken door de dop.
  8. Snijd de tetrodes zodat ze zich slechts langs de buizen2.0 mm (voor subiculum of hippocampus). Plaats vervolgens de schijf basis (met de vier insect pinnen gestoken) in de VersaDrive mal. De andere helft van de mal wordt de VersaDrive kap die de houder openingen voor het maken van het kanaal connectis houden.
  9. Schakel de drive schroef volledig linksom zodat de tetrodes zijn in hun laagste stand.
  10. Voor het aansluiten van de Tetrode draden om het goud recipiënten, eerst de grond draden aansluiten op de dop. De VersaDrive kap heeft twee pengaten voor aardverbindingen in het midden van de twee rijen gaten. Snijd een koperdraad van minimaal 30 mm (afhankelijk van waar op de schedel op de grond te plaatsen) en begeleiden het door een van deze gaten in het midden. De koperdraad moet 100-500 uM (0,004-,02 ") in diameter, dit is ongeveer gelijk aan 38 AWG thru 24 AWG draad Duw een gouden bakje door het gat aan de koperdraad op zijn plaats te vangen en trim het overtollige draad.. Aan het andere uiteinde van het koperdraad, toepassing flux en solder deze draad einde aan een aardingsschroef (zie 2.11.). Herhaal dit voor de tweede aardleiding.
  11. Vervolgens begeleiden alle losse draden Tetrode (er moet zestien in totaal) via hun respectieve bakje gaten op de dop. Het is het beste om te beginnen met een Tetrode en rijg de individuele draden op de juiste vier gaten die zich direct zal eindigen erboven. De individuele Tetrode draden moeten worden behandeld met lichte druk als ze zijn kwetsbaar en kunnen gemakkelijk krimp als greep te vast. Installeer de kap door het opstellen van de insecten pinnen gaten en druk montage aan de basis.
  12. Met de Tetrode draden uitsteken door de dop, drukt passen het goud houders aan de Tetrode draden op zijn plaats vast te leggen en maak de elektrische aansluitingen. Ongeveer 50% van de draden worden afgesneden (boven de kap) wanneer het goud houder omlaag wordt gedrukt. Knip de overtollige draad die nog uitsteekt uit de top van de kap. In zeldzame gevallen (minder dan 5%), waardoor het naar beneden goud bakje zal de draad verpletterenen breek het onder vergaarbak, wat resulteert in een verbroken kanaal. Deze ontkoppeling kan niet gerealiseerd worden totdat de impedantie testen en galvaniseren stappen (zie 4.7).
  13. Herhaal de pers-fitting-proces voor de drie andere tetrodes. Schakel de drive schroeven naar rechts om ze terug te gaan naar de top en ervoor zorgen dat de schijf beweging is glad.

4. Gold-plating van elektrode Tips

  1. Ongeacht welk type van micro-elektroden wordt gebruikt, moeten de uiteinden van de elektroden verguld zijn om tip kunnen verkleinen. Dan hebben de betrouwbaar opnemen en discrimineren enkele eenheid actiepotentialen maximaliseren. Test de impedantie van de elektrode met de Neuralynx nanoZ apparaat. De nanoZ is een computer-apparaat dat impedantie meet en maakt geautomatiseerde galvaniseren.
  2. Draai eerst de microdrive schroeven naar beneden (tegen de klok in) om hun laagste stand. Vervolgens veilig monteren de microdrive op een klem waarmee het verlagen vande elektrode tips in de goudlaag oplossing.
  3. Vul een Delrin toren met SIFCO Gold-oplossing en de andere toren met gedestilleerd water. Laat de elektrode tips in het goud oplossing.
  4. Steek de nanoZ USB-kabel aan op een Windows-computer en open vervolgens het nanoZ programma. Dit programma zal impedantie lezingen te geven en uit te voeren gold-plating op elk aangesloten kanaal van de Microdrive.
  5. Ga naar de vervolgkeuzelijst Apparaat en selecteer de nanoZ, waarna het zal tonen "Verbinding gemaakt" aan de onderkant van het venster. Vervolgens selecteert u de juiste adapter voor het testen in het drop-down menu. Klik op "Test impedanties" en stel de test frequentie tot 1004 Hz (40 cycli, 0 msec pauze). Klik op "Test probe ', die de' Probe Report" venster dat alle beschikbare kanalen met hun MQ lezingen toont zal openen. Sparen deze impedantie waarden door te klikken op het pictogram schijf of door "Bestand" te selecteren en vervolgens op "rapport opslaan".
  6. Vervolgens klikt u op "DC galvaniseren" en toewijzende volgende waarden: Mode = match impedanties, Plating stroom = -1,0 uA, Target = 350 kOhm bij 1004 Hz, 5 runs, 5 sec interval, 2 sec pauze.
  7. Klik op "Autoplate". Het programma zal eerst lezen de impedantie van elk kanaal, dan gelden de gespecificeerde stroom aan dat kanaal, re-test de impedantie en toepassen als nodig totdat de Target impedantie (of een lagere waarde) wordt bereikt stroom. Hoewel het doel is de elektrode kunnen verkleinen, is het mogelijk dat kanalen elektrolytisch onderstaande waarden van 100 kQ. In dergelijke gevallen is het mogelijk dat naburige draden van de tetrode kortgesloten zijn. Als dit gebeurt, keren de huidige polariteit (+ 1,0 uA) om overtollig goud deeltjes te verwijderen, opnieuw testen van de impedantie van dat kanaal, en herhaal het galvaniseren. Typische uiteindelijke impedantie waarden op een bundel van vier 12,5 uM draden variëren 150-325 kOhm.
  8. Als er een enkel kanaal dat niet minder dan 350 kOhm is verguld, herhaal het elektrolytische proces.Het programma zal overslaan kanalen die reeds het doel hebben bereikt en zal alleen plaat kanalen die niet hebben.
  9. Nadat alle kanalen zijn bedekt met een acceptabele impedantie, sluit het nanoZ programma en koppel het apparaat los. Verhoog de elektroden uit de beplating oplossing en laat de tips in het gedestilleerd water Delrin toren om af te spoelen overtollige gouddeeltjes.
  10. Schakel de drive schroeven rechtsom totdat de elektroden worden opgevoed om hun toppositie. Nu de microdrive en elektroden zijn klaar voor implantatie.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

We hebben een set van technieken beschreven voor het construeren van licht en compact microdrives voor het opnemen van extracellulaire eenheid en veld potentiële activiteit in muizen. Door het bouwen van aangepaste microdrives met basen gevormd uit acrylglas (methylmethacrylaat), kan de kern van het systeem eenvoudig worden aangepast voor meerdere stations en voor het richten van een breed scala van neurale regio. We hebben met succes het systeem voor het registreren van meerdere hersenen doelen en met grotere arrays voor opnames bij muizen gewijzigd. Met verdere modificatie, kan gemotoriseerde aandrijving elementen worden opgenomen om te zorgen voor remote, en mogelijk meer nauwkeurige, plaatsing van de elektroden 7.

Wij willen benadrukken dat deze opname-apparaten geven de flexibiliteit onderzoeker in het gebruik van een enkel-microwires of draad bundels, zoals tetrodes. Grotere diameter enkele microwires zijn robuuster en beter geschikt voor het opnemen van LFP's binnen hersenweefsel. While tetrodes kan ook worden gebruikt om LFPs nemen, zijn ze geoptimaliseerd voor de isolatie van een enkele eenheid actiepotentialen 8, 11. In ons laboratorium hebben stabiele opnames van de single-eenheden werden verkregen voor maximaal 8 weken na de implantatie. Echter, deze opnames zijn niet van dezelfde vermeende eenheden over die hele tijd. In onze handen, kan een enkel-eenheid te volgen over meerdere opnamesessies (elke 30 min) dat een periode van 3 dagen bestrijken, als gevolg van een inter-sessie stabiliteit 10. Anderzijds kunnen robuust LFPs en netwerk oscillaties worden geregistreerd gedurende de gehele periode na implantatie, met name het gebruik van grotere diameter draad zoals 50 urn (0,002 ") draad. Merk op dat de hier beschreven werkwijzen toegepast op eenzijdige opname van hersenstructuren, maar ze kunnen gemakkelijk worden aangepast voor bilaterale opnamen. bijvoorbeeld bij de bouw custom microdrives, moet de juiste afstand tussen de schijven vooraf bepaald teneinde properly doel hersenstructuren bilateraal.

Zoals microdrive onderdelen worden meer lichtgewicht en de software om neurale signalen analyseren verbetert, de bibliotheek van potentiële doelwitten hersenen en toetsbare hypothesen binnen de neurowetenschappen blijft uitbreiden. Het is duidelijk dat, sinds hun oprichting 1, 12, hersenen opnamen van wakker gedragen dieren zijn sterk gevorderd ons begrip van hoe de neuronen en netwerken van neuronen coderen gedragsmatig relevante gebeurtenissen 3, 4,13,14. Met name hersenen opnames van genetisch gemodificeerde muizen kon de identificatie van moleculaire cascades die cruciaal betrokken zijn bij neurale codering 15-17. Belangrijk is de techniek pas onlangs toegepast op klinisch georiënteerde nummers 17, 18.

Vooruitgang in de fabricage van tetrodes en de toegenomen beschikbaarheid van vervaardigde oplossingen zal de beweging van deze technolog verder te vergemakkelijkeny in het aanpakken van ziekten en kwalen 19, 20. En terwijl de penetratie van elektroden in hersenweefsel invasief karakter, de opnamen bieden waardevolle informatie van individuele neuronen die niet kunnen worden verkregen met technieken zoals functionele beeldvorming. Zo is in zowel diermodellen en de mens, zal wakker gedragen opnamen met behulp van verplaatsbare microdrives blijven onmisbare informatie over neurale ensembles, neurale codering, topografische specificiteit, en het netwerk oscillaties in de hersenen te bieden.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

De auteurs verklaren dat zij geen concurrerende financiële belangen.

Acknowledgments

Wij danken Daniël Carpi voor zijn hulp en vroeg bijdragen aan dit project. We danken ook Lucrecia Novoa voor haar hulp bij het kunstwerk en beelden. Dit werk werd ondersteund door NIH / NIAID programma subsidie ​​5P01AI073693-03.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
0.0005" (12.5 μM) diameter Platinum-Iridium wire California Fine Wire CFW#100-167 HML VG insulated www.calfinewire.com
0.002" (50 μM) diameter Stableohm 675 wire California Fine Wire CFW# 100-188 HML insulated Ni-Cr
polyamide tubing Polymicro Technologies 1068150020 99 micron I.D., 166 micron O.D. www.polymicro.com
brass guides World Plastics Inc 3.3 x 6.6 mm
Delrin blocks World Plastics Inc 3.13 x 2.5 mm
Fillister head brass screws J.I. Morris Co. 00-90 x 1/2 drive screw www.jimorrisco.com
hex brass nuts J.I. Morris Co. 00-90
Fillister head brass screws J.I. Morris Co. 000-120 x 3/32 EIB mount and ground screw
plexiglass acrylic Canal Street Plastics 5 mm thick, clear, www.cpcnyc.com
cyanoacrylate Krazy Glue 2 g tube
electronic interface board Neuralynx EIB-18 www.neuralynx.com
non-cyanide gold solution SIFCO SIFCO 5355 www.sifcoasc.com
VersaDrive 4 Neuralynx four tetrode model
tetrode assembly station Neuralynx
motorized tetrode spinner Neuralynx tetrode spinner 2.0
VersaDrive jig Neuralynx
soldering iron Radio Shack 64-2802B www.radioshack.com
nanoZ Neuralynx
small bit drill/driver Ram Products Rampower 35 with footpedal controller, www.ramprodinc.com
drill bits Small Parts, Inc. 3/32" bits, www.smallpartsinc.com
dissecting microscope Olympus SZ-60 www.olympusamerica.com
heat gun Alphawire Fit gun 3 use setting "1" only, www.alphawire.com
26 AWG copper wire Arcor Electronics F26 for ground wires, www.arcorelectronics.com
soldering flux Eagle 2 oz, #205
0.02" diameter solder Kester 24-6337-0010 www.kester.com
benchtop vise Vacu-Vise Model 300
fiber optic light Nikon MKII dual light arms, www.nikon.com
5-min epoxy Allied Electronics 25 ml, www.alliedelec.com
fine tweezers Roboz Surgical Instrument Co. RS-4907, RS-5010 INOX material, www.roboz.com
micro dissecting scissors Roboz Surgical Instrument Co. RS-5880

Table 1. Materials and reagents used for constructing tetrodes and microdrives.

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Recce, M. L., O'Keefe, J. The tetrode: a new technique for multi-unit extracellular recording. Soc. Neurosci. Abstr. 15, 1250 (1989).
  2. O'Keefe, J., Recce, M. Phase relationship between hippocampal place units and the EEG theta rhythm. Hippocampus. 3, 317-330 (1993).
  3. Chen, G., Wang, L. P., Tsien, J. Z. Neural population-level memory traces in the mouse hippocampus. PLoS ONE. 4, (12), e8256 (2009).
  4. Buzsáki, G., Anastassiou, C. A., Koch, C. The origin of extracellular fields and currents -- EEG, ECoG, LFP, and spikes. Nat. Rev. Neurosci. 13, (6), 407-420 (2012).
  5. Tort, A. B., Kramer, M. A., et al. Dynamic cross-frequency coupling of local field potential oscillations in rat striatum and hippocampus during performance of a T-maze task. Proc. Nat. Acad. Sci. U.S.A. 105, (51), 20517-20522 (2008).
  6. Seidenbecher, T., Laxmi, R., et al. Amygdalar and hippocampal theta rhythm synchronization during fear memory retrieval. Science. 301, (5634), 846-850 (2003).
  7. Yamamoto, J., Wilson, M. A. Large-scale chronically implantable precision motorized microdrive array for freely behaving animals. J. Neurophysiol. 100, (4), 2430-2440 (2008).
  8. Harris, K. D., Henze, D. A., et al. Accuracy of tetrode spike separation as determined by simultaneous intracellular and extracellular measurements. J. Neurophysiol. 84, (1), 401-414 (2000).
  9. Henze, D. A., Borhegyi, Z., et al. Intracellular features predicted by extracellular recordings in the hippocampus in vivo. J. Neurophysiol. 84, (1), 390-400 (2000).
  10. Chang, E. H., Huerta, P. T. Neurophysiological correlates of object recognition in the dorsal subiculum. Front. Behav. Neurosci. 6, 46 (2012).
  11. Gray, C. M., Maldonado, P. E., et al. Tetrodes markedly improve the reliability and yield of multiple single-unit isolation from multi-unit recordings in cat striate cortex. J. Neurosci. Methods. 63, (1-2), 43-54 (1995).
  12. O'Keefe, J., Dostrovsky, J. The hippocampus as a spatial map. Preliminary evidence from unit activity in the freely-moving rat. Brain Res. 34, (1), 171-175 (1971).
  13. Wilson, M. A., McNaughton, B. L. Dynamics of the hippocampal ensemble code for space. Science. 261, (5124), 1055-1058 (1993).
  14. Buzsáki, G. Rhythms of the Brain. Oxford University Press. Oxford, U.K. (2006).
  15. McHugh, T. J., Blum, K. I., et al. Impaired hippocampal representation of space in CA1-specific NMDAR1 knockout mice. Cell. 87, (7), 1339-1349 (1996).
  16. Resnik, E., McFarland, J. M., et al. The effects of GluA1 deletion on the hippocampal population code for position. J. Neurosci. 32, (26), 8952-8968 (2012).
  17. Cacucci, F., Yi, M., et al. Place cell firing correlates with memory deficits and amyloid plaque burden in Tg2576 Alzheimer mouse model. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 105, (22), 7863-7868 (2008).
  18. Sigurdsson, T., Stark, K. L., et al. Impaired hippocampal-prefrontal synchrony in a genetic mouse model of schizophrenia. Nature. 464, (7289), 763-767 (2010).
  19. Engel, A. K., Moll, C. K., et al. Invasive recordings from the human brain: clinical insights and beyond. Nat. Rev. Neurosci. 6, (1), 35-47 (2005).
  20. Cash, S. S., Halgren, E., et al. The human K-complex represents an isolated cortical down-state. Science. 324, (5930), 1084-1087 (2009).
Bouw van Microdrive Arrays voor Chronische Neurale Recordings in Awake Behaving Muizen
Play Video
PDF DOI

Cite this Article

Chang, E. H., Frattini, S. A., Robbiati, S., Huerta, P. T. Construction of Microdrive Arrays for Chronic Neural Recordings in Awake Behaving Mice. J. Vis. Exp. (77), e50470, doi:10.3791/50470 (2013).More

Chang, E. H., Frattini, S. A., Robbiati, S., Huerta, P. T. Construction of Microdrive Arrays for Chronic Neural Recordings in Awake Behaving Mice. J. Vis. Exp. (77), e50470, doi:10.3791/50470 (2013).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter