Summary
Ein kabelloses, bidirektionale System für neuronale Mehrkanal-Aufnahmen und Stimulation in Ratten frei Verhalten wird eingeführt. Das System ist leicht und kompakt, so dass nur minimale Auswirkungen auf die Futtersorten Verhaltensrepertoire. Darüber hinaus bietet dieses bidirektionale System ein ausgefeiltes Instrument um kausale Zusammenhänge zwischen Aktivierungsmuster Gehirn und Verhalten zu beurteilen.
Abstract
In Vivo Elektrophysiologie ist eine leistungsstarke Technik, die Beziehung zwischen Hirnaktivität und Verhalten bei einer Millisekunde und Mikrometer Skala zu untersuchen. Jedoch aktuelle Methoden meistens setzen auf befestigten Kabel Aufnahmen oder verwenden Sie nur unidirektionale Systeme, die entweder Aufnahme oder Stimulation der neuronalen Aktivität, aber nicht zur gleichen Zeit oder dasselbe Ziel. Hier ist eine neue drahtlose bidirektionale Gerät zur gleichzeitigen Mehrkanal-Aufnahme und Stimulation der neuronalen Aktivität in Ratten frei Verhalten beschrieben. Das System arbeitet über eine tragbare Kopf einstufig, die sowohl aufgezeichnete Aktivität übermittelt und in gezielt kann Echtzeit für Hirnstimulation mittels einer Telemetrie-basierte Multi-Channel-Software. Die Kopf Bühne verfügt über einen Vorverstärker und einen Akku, so dass stabile Langzeitaufzeichnungen oder Stimulation für bis zu 1 h vor allem, die Kopf Bühne ist kompakt, wiegt 12 g (inklusive Akku) und somit hat nur minimale Auswirkungen auf die Futtersorten Verhaltensrepertoire, macht die Methode für eine breite Reihe von Verhaltensstörungen Aufgaben. Darüber hinaus hat die Methode den großen Vorteil, dass die Wirkung von Hirnstimulation auf neuronale Aktivität und Verhalten gleichzeitig gemessen werden kann, bietet ein Werkzeug, um kausale Zusammenhänge zwischen bestimmten Gehirn Aktivierungsmuster und Verhalten zu beurteilen. Diese Funktion macht die Methode besonders wertvoll für den Bereich der tiefen Hirnstimulation, ermöglicht präzise Bewertung, Überwachung und Einstellung der Stimulationsparameter bei langfristigen Verhaltensexperimente. Die Anwendbarkeit des Systems wurde mit der minderwertigen Colliculus als eine Modellstruktur validiert.
Introduction
Eine grundlegende Frage in den Neurowissenschaften ist wie elektrische Aktivität in definierte neuronale Schaltkreise erzeugt bestimmte Formen des Verhaltens. In Vivo Elektrophysiologie ist eine leistungsstarke Technik, diese Frage, bietet ein Tool zum aufzeichnen oder elektrischen Aktivität im Gehirn zu stimulieren, während Tiere bestimmte Verhaltensstörungen Aufgaben durchführen. Aktuelle Systeme setzen jedoch häufig auf befestigten Kabel Aufnahmen1,2, wahrscheinlich die Mobilität einschränken und volle Ausprägung der Futtersorten Verhaltensrepertoire zu verhindern. Darüber hinaus sind meist unidirektional Systeme verwendet, so dass entweder3,4,5 oder Stimulation6,,7 der neuronalen Aktivität aufzeichnen, aber nicht zum gleichen Zeitpunkt oder dasselbe Ziel, so dass es, schwer zu entwirren kausale Zusammenhänge zwischen bestimmten Gehirn Aktivierungsmuster und Verhalten. Nur ein paar Wireless, bidirektionale Systeme für in Vivo Vorbereitungen sind derzeit verfügbar. Sie sind jedoch in der Regel schwer (40-50 g) und bestehen aus zwei getrennten tragbaren Einheiten, d. h. ein Kopf Bühne und einem angeschlossenen Rucksack für Batterie-basierten Power Supply8,9,10, wodurch sie weniger flexibel und erhöht das Risiko von Kabel trennen z. B. bei der Pflege selbst Verhalten. Keines der oben genannten drahtlose Systeme bieten implantierbare Mikroelektrode Einheiten um ein integriertes Gesamtkonzept der neuronalen Aktivität während der vollen ethologically gültige Verhalten mit hoher Reproduzierbarkeit der Versuchsbedingungen zu erwerben.
Hier ist eine neue drahtlose, bidirektionale Geräte für in-Vivo -Aufnahmen und Stimulation der neuronalen Aktivität in Ratten frei Verhalten vorgestellt. Thomas-Wireless-System (TWS) verfügt über einen abnehmbaren Kopf einstufig, die Multi-Channel-Aktivität mit bis zu vier unabhängige Aufnahmekanäle übertragen kann und kann gezielt für elektrische Hirnstimulation in Echtzeit. Darüber hinaus wurde ein chronisch implantierbare Mikroelektrode Gerät kompatibel mit der TWS entwickelt, neuronale Stimulation und Aufnahme ermöglicht. Eine TWS Software grafische Benutzeroberfläche, für Aufnahme und Stimulation wird ebenfalls dargestellt. Diese Studie beschreibt die Validierung und in Vivo Umsetzung des gesamten Geräts.
Um das TWS-System validieren die minderwertigen Colliculus als Ziel neuronale Struktur gewählt, weil eine offene Verhaltensreaktion durch die elektrische Stimulation ausgelöst werden kann. Es ist allgemein bekannt, dass die elektrische Stimulation der minderwertigen Colliculus unbedingte "Angst-ähnliche" Verhaltensreaktionen bei Ratten, wie Wachheit, seitwärts Körperhaltungen, Wölbung des Rückens, Einfrieren und Flucht (Flug) Verhalten hervorruft. Diese Antwort-Muster imitiert Reaktionen hervorgerufen durch Umweltprobleme wie wahrgenommene schädigende Ereignis, Angriff oder Bedrohung zu überleben11,12,13zu befürchten. Es wurde angenommen, dass in der Lage, eine klare und eindeutige Verhalten hervorrufen eine echte Herausforderung für die TWS bieten würde.
Protocol
alle Protokolle und Experimente wurden in Übereinstimmung mit den geltenden europäischen Richtlinien (2010/63/EU) und von den regionalen Behörden genehmigt (Regierungspräsidium Gießen, Herr 20/35 Nr.25/2015).
1. Tiere
- Haus männlichen Erwachsene Wistar Ratten (200-250 g) in Gruppen von 3-4 unter standard Laborbedingungen für mindestens eine Woche vor der Operation ermöglichen Akklimatisierung.
- Zwei Tage nach der Operation, Haus Ratten in Paaren. Einzelne Käfige mit hohen Acryl Deckel abdecken. Konventionelle Deckel der Metallgitter gemacht, da Implantate stecken bleiben können, erhöht das Risiko, dass sie beschädigt und/oder instabil über Zeit zu vermeiden.
2. Stereotaktische Chirurgie
- vor Beginn der Operation, zu organisieren und vorzubereiten, die folgenden Geräte und Materialien:
- erhalten sterile chirurgische Ausrüstung bestehend aus sterile Schere, stumpf-End Zange, Spatel, chirurgische Klipper, Zahnbohrer und Baumwolle Knospen.
- Drogen und Chemikalien einschließlich Isofluran, Xylocain, Tramadol Hydrochlorid, Dexpantenol Auge Salve, 3 % Wasserstoffperoxid, Povidon-Jod und 70 % Ethanol erhalten.
- Befestigungsmaterial inkl. Schrauben aus rostfreiem Stahl, Acrylharz, UV Klebstoff und GAP Beschützer erhalten.
- Erhalten eine Mikroelektrode Einheit, bestehend aus (i) einer einzigen Aufnahme-Elektrode (Quarzglas isoliert Platin Wolfram Mikroelektrode, mit konischer Spitze Form, Außendurchmesser: 80 µm, konische Spitze, Impedanz bei 1 kHz: 500 kOhm) oder einer Tuberkuloseinfektion (Quarzglas isolierte Platin/Wolfram 4 Kerne Mikroelektrode, Außendurchmesser: 100 µm, konische Spitze, Impedanz bei 1 kHz: 500-800 kOhm); (Ii) eine Stimulationselektrode (Platin/Iridium-Draht (90 % Platin, 10 % Iridium), Kern-Durchmesser 125µm, Außendurchmesser 150 µm, Impedanz < 10 kOhm) an ein Kontaktblech und (Iii) Platindraht Referenzelektrode (Wellendurchmesser 100 angeschlossen µm; Abbildung 1A).
- Erhalten Elektrodenhalter mit wasserlöslichen Klebstoff am Mikroelektrode Gerät geklebt und auf Funktionstüchtigkeit mindestens 2 Stunden im Voraus getestet ( Abbildung 1 b).
- Erhalten ein konventionelles tethered System bestehend aus einem differenziellen Vorverstärker, ein Hauptverstärker und ein Bandpass filter Verstärker für Aufzeichnungen.
- Erhalten Sie zusätzliches Material, wie Handschuhe, Heizung Pad, Spritzen und physiologischer Kochsalzlösung.
- Erhalten nach Hause Käfige (L x b x H: 42 cm x 26 cm x 38 cm).
- Verfahren
Hinweis: Elektrode Implantation wird während einer konventionellen stereotaktische Operation unter Isofluran-Narkose durchgeführt.- Sicherzustellen, dass der Experimentator Handschuhe, Mundschutz und Kittel tragen.
- Anästhesie, indem das Tier in eine Induktion-Kammer zu initiieren (Isofluran 4-5 %, Sauerstoffzufuhr 1 L/min, Dauer ca. 5 min).
- Test für den Verlust von Reflexen (Rute und Zehen Reflexe) mit der Pinzette, Tiefe Narkose zu bestätigen.
- Kopf des Tieres in eine Anästhesie-Maske fest rund um die oberen Schneidezahn-Bar von der stereotaktische Rahmen und passen Sie Anästhesie (Isofluran 2-3 %, Sauerstoffzufuhr 0,7-0,8 L/min).
- Zu beheben und horizontal ausrichten das Tier ' Kopf in die stereotaktische Apparatur mit Ohr-Bars und oberen Schneidezahn bar.
- Rasieren das Operationsfeld mit chirurgischen Clippers oder einer Schere und Sterilisieren mit Povidon-Jod.
- Legen Sie das Tier auf ein Heizkissen zu Unterkühlung Vorbeugung und Behandlung von Augen mit Dexpantenol Auge Salbe, sie vor dem Austrocknen zu verhindern.
- Injizieren Xylocain (0,3 bis 0,4 mL subkutan, s.c.) in der Mitte des Operationsfeldes.
- Test für den Verlust von Reflexen wieder.
- Stellen einen kleinen Schnitt (1,5 cm) mit einem Skalpell in der Mitte das OP-Feld zu den Schädel zu entlarven. Trennen Sie die Haut sanft und verbleibende Gewebe mit Zange, Schere und Spachtel zu entfernen.
- Reinigen Sie sorgfältig den Schädel mit Wasserstoffperoxid-beschichtete Wattestäbchen.
- 4-5 kleine Bohrungen (4,7 mm) in den Schädel zur Fixierung der Schrauben aus rostfreiem Stahl.
- Den Mikroelektrode Einheit/Elektrodenhalter mit der Vorverstärker verbinden und befestigen Sie die stereotaktische Mikromanipulator ( Abbildung 1 b und 1 C).
- Bohren Sie ein Loch (ca. 7 mm) in den Schädel über das Zielgebiet mit Koordinaten aus einer Gehirn-Atlas nach dem Tier verwendet. In der vorliegenden Studie, positionieren Sie die Elektrodenspitzen, die darauf abzielen, die minderwertigen Colliculus Bregma, die als Referenz dienen die folgenden Koordinaten mit: anterior/Posterior, − 8,8 mm; Medial/Lateral, 1,5 mm; und dorsal/Ventral, 3,5 mm 14.
- Blut mit Wattestäbchen zu absorbieren.
- Vertikal Mikroelektrode Einheit einführen, bis die Elektrodenspitzen Zielgebiet erreichen.
- Positionieren Sie das Massekabel entlang der Edelstahlschrauben und unter der Haut.
- Monitor erkennen neuronalen Aktivität mit einem Signal-Rausch-Verhältnis, geeignet für die Sortierung von Spike spike Aktivität und sorgfältig anpassen Elektrodenposition mit Mikromanipulator bis hin zu einer Zone der aktiven Neuronen in der Zielstruktur.
- Die Mikroelektrode Einheit an den Schädel mit UV-Kleber befestigen und decken Kontaktplatte und Schrauben mit Acrylharz.
- Spritzen physiologischer Kochsalzlösung (1 mL i.p) und Tramadol (25 mg/kg, s.c.) zu verhindern Austrocknung und postoperative Analgesie, bzw. sicherzustellen.
- Trennen die Mikroelektrode Einheit aus der Elektrodenhalter mit einem Pinsel in Wasser eingeweicht.
- Stop Anästhesie, vorsichtig Ratte aus der stereotaktische Rahmen. Trennen Sie die Vorverstärker der Mikroelektrode Einheit
- Kappe Schutz Mikroelektrode Gerät implantiert zu verbinden und trennen Sie ihn nur im Verlauf der experimentellen Verfahren.
- Halten die Tiere paarweise in der Heimat-Käfig ab dem zweiten Tag nach der Operation.
- Monitor Tiere täglich für mögliche Wundinfektionen, Körpergewicht, Gesundheitszustand und allgemeinen Verhalten für einen Zeitraum von 7 Tagen nach der Operation. Nach dieser Erholungsphase zu führen, in Vivo Elektrophysiologie und Verhaltensexperimente.
Hinweis: Der chirurgische Eingriff dauert zwischen 60-90 min. Während der Operation, Tail Flick Reflexe müssen kontinuierlich überwacht und Anästhesie bei Bedarf angepasst.
3. In Vivo Elektrophysiologie
- Ausrüstung und Verfahren
Hinweis: elektrophysiologische Aufnahmen und Stimulation erfolgt über die TWS.- Erhalten einen Kopf Bühne mit einem integrierten Vorverstärker und angeschlossene Batterie (vier Aufnahmekanäle; Analog Aufnahme Eingabebereich: 0-12 mV Pk-Pk; Stimulation Ausgabe: ±625 µA; L x b x H: 24 x 22 x 12 mm; Gewicht: 6 g ohne Akku, 12 g mit Batterie; Batterie mal bis zu 1 h). Dieser Kopf Bühne eignet sich die implantierten Mikroelektrode Einheit über einen Miniatur mehrpolige Stecker ( Abbildung 2) direkt verbunden werden.
- Erhalten eine Batterie (Lithium-Ionen-Akku, 3,7-4,2 V DC, 230 mAh, 27 mm x 20 mm x 6 mm, 1 h Betriebszeit) auf der Kopf Bühne ( Abbildung 2) montiert. Bei Bedarf verwenden Sie Ersatz-Akku mit einer Kapazität von 450 mA für ca. 2,5 h Betriebszeit. Stellen Sie sicher, dass ein grünes Licht im Kopf Stadium kommt, während die Batterie an it.
- Erhalten ein Transceiver (Empfänger-Sender) an einen PC über standard USB-Anschluss angeschlossen und ermöglicht den drahtlosen Betrieb für bis zu 5 m ( Abbildung 2E).
- Erhalten einen PC mit TWS Software für elektrische Stimulation und Aufnahme der neuronalen Aktivität ( Abbildung 3 und Abbildung 4 < / stark>).
- Erhalten einen tethered Vorverstärker und ein Datenerfassungssystem während der Operation verwendet (siehe Punkt 2.1.5) für Aufnahmen und einen Impuls-Generator zur Stimulation, um das erhalten der TWS in vergleichen wach Ratten eine Woche nach der Operation.
Hinweis: Die elektrischer Stimulation wird bereitgestellt und extrazelluläre Aktivität von einzelnen Neuronen wird von der gleichen implantierten Mikroelektrode Einheit mit beiden Systemen aufgezeichnet. Die Stimulationsparameter (Stromstärke, Puls und Frequenz) sollte jedes Tier nach der Region des Gehirns gezielt angepasst werden. In der vorliegenden Studie, eine 150-250 µA, 2500 Hz Strom wurde verwendet, um die minderwertigen Colliculus stimulieren.
- Behavioral assays
Hinweis: Wenn keine Metall Barriere zwischen Transceiver und der tierischen Kopf eingeführt wird, die TWS gilt für eine breite Reihe von Verhaltensstörungen Aufgaben. Als vorbildlich verhalten Tests diente es in das freie Feld für Messung des allgemeinen Verhaltens Aktivität und auf die erhöhte plus Labyrinth, ein Standardtest, Angst-wie Verhalten in Nagetieren 15 zu beurteilen. Eine Video-Kamera wurde zentral über offenes Feld platziert und erhöhten plus Labyrinth für Verhaltensstörungen Aufnahmen.- Vor dem Verhalten zu testen, Griff jedes Tier an drei aufeinander folgenden Tagen (5 min pro Tag). Verbinden Sie vor jeder Behandlung Periode die Kopf Bühne mit Batterie am Mikroelektrode Gerät zuvor implantiert. Führen Sie keine Aufnahme oder Stimulation bei der Handhabung.
- Freiland
- die Ratte in der Mitte des offenen Feld zu platzieren (40 x 40 cm x 40 cm; rot ~ 30 Lux Licht) und lassen sie das Gerät für mindestens 5 min unter neuronalen Aufnahme erkunden.
- Bestimmen die Flucht-Schwelle - minimalen Stromstärke produziert, laufen oder springen. In der vorliegenden Studie liefern eine Hochfrequenz-2500 Hz Stimulation (Puls-Breite: 100 µs; Impulsabstand: 100 µs) zu den minderwertigen Colliculus in 1 min Abständen Erhöhung der Stromstärke von 20-50 µA Schritten bis Ratten zeigte entkommen Verhalten.
- Die Ratte zu seinem Hause Käfig zurückkehren, das freie Feld (0,1 %-Essigsäure-Lösung) reinigen und trocknen it.
Hinweis: Um die Stimulation Wirksamkeit der TWS mit dem traditionellen tethered System zu vergleichen, das Verfahren beschriebenen, erfolgte mittels beider Systeme.
- Erhöht plus Labyrinth
Hinweis: die Plus-Labyrinth in diesen Experimenten verwendeten aus grauem Acryl hergestellt und bestand aus zwei offenen Armen (50 cm lang x 10 cm breit) und zwei Arme geschlossen (50 cm lang x 10 cm breit, mit 40 cm hohen Mauern), die von einer zentralen Pla verlängert TForm erhöht 50 cm über dem Boden 16.- Legen Sie die Ratte in der Mitte der Plus-Labyrinth nach unten in Richtung eines offenen Arms und erlauben es, den Apparat unter kontinuierliche Aufzeichnung während 5 min. frei zu erkunden
- Erfassen die Anzahl der Einträge in, und die Verweildauer in den offenen und geschlossenen Armen über einen Zeitraum von 5 min.
- Rückkehr der Ratte zu seinem Hause Käfig sauber (0,1 %-Essigsäure-Lösung) und trocknen Sie das Labyrinth vor jedem Test
- Perfusion und Histologie
- der Ratte mit Xylazin/Ketamin zu betäuben (150 mg/kg und 100 mg/kg, beziehungsweise; i.p.).
- Implantierten Elektrode an der Stimulation-Kabel anschließen und elektrischen Stimulation anwenden (aktuelle Intensität 50 µA, Pulsbreite: 100 µs; Impulsabstand: 100 µs) während der 90 s um eine kleine Läsion um die Elektrodenspitze produzieren.
- Trennen Sie das Kabel der Stimulation und das Tier durch die linke Herzkammer mit physiologischer Kochsalzlösung gefolgt von 200 mL 4 % Paraformaldehyd in 0,1 M Natrium Phosphatpuffer pH 7.3 perfundieren (eine detaillierte Beschreibung finden Sie unter Referenz 17 ).
- Das Gehirn zu entfernen und Tauchen Sie ihn für 4 h in frischen Fixiermittel bei 4 ° c
- Sicherstellen, dass die Temperatur der wichtigsten Kryostat Kammer ist bei-20 ° c
- In 50 µm koronalen Schnittserien mit einem Kryostat schneiden und Einfrieren die Gehirne auf Trockeneis.
- Fleck in den Abschnitten mit Cresylviolet um die Positionen der Elektrodenspitzen, suchen nach dem Atlas von Paxinos und Watson 14.
Representative Results
TWS technische Daten
Das drahtlose System bietet 4 unabhängige Aufnahmekanäle und 1 Stimulationskanal. Extrazelluläre Aktivität wurde durch die Aufnahme-single-Core-Elektrode abgeholt und an der hochohmigen Signaleingang des Funksystems weitergegeben. War das aufgezeichnete Signal vorverstärkt (x200) durch eine AC-gekoppelte, differential input Vorverstärker und Bandpass gefiltert (feste Signalbandbreite, 500 Hz... 5 kHz) nur mehrgliedrige Aktivität aufzeichnen, weil in der vorliegenden Studie das Hauptinteresse galt der Rekord Einheit Aktivität und nicht lokale Feld Potenziale. Der integrierte programmierbare Verstärkung Main-Verstärker bietet Software-einstellbare Verstärkung für die vier Aufnahmekanäle (X1, X2, X4, X8, X16, X32, X64). Der komplette Signalkette des Funksystems angeboten Gesamtwerten Gewinn von X200, X400, X800, X1600, x 3200, X6400 und X12800. Nach Verstärkung und Filterung wurde das analoge Signal durch einen Analog-digital-Wandler digitalisiert, auf einem Hochfrequenz-Träger aufmoduliert und durch ein Funkgerät mit 2,4-2,5 GHz-ISM-Band übertragen. Gleichartige Transceiver wurde auf der anderen Seite der Übertragungsstrecke verwendet. Dieser zweiten Transceiver wurde an einen PC über ein USB-Port angeschlossen. Bi-direktionale Datenübertragung diente die Übertragungsstrecke extrazelluläre aufgezeichneten Signale vom Tier auf den Computer und umgekehrt die Steuerungsparameter für die Signalverstärkung und Stimulation vom Computer auf das Tier zu senden.
Mit der TWS, war es möglich, erfolgreich mehrgliedrige Hirnaktivität erfassen und ändern Sie das Tier Verhalten durch die Stimulierung der minderwertigen Colliculus, während die Ratte frei in das freie Feld bewegte. Der Transceiver wurde bis zu 5 m entfernt das Tier und war verbunden mit dem Computer über ein USB port (siehe Abbildung 2). Ein Vergleich der aufgezeichneten Signal Qualitäten ergab mit der gefesselte und des Funksystems ist in Abbildung 5gezeigt. Die TWS zeichnet Multi-Unit-Aktivitäten mit einem ähnlichen Signalqualität als kabelgebundene Recording-System. Der Mikro-Stimulator ist eine wahre drahtlose Stimulator, die Stimulationsparameter in Echtzeit, d.h. die Stimulation Signal, aktualisiert mit der TWS Software deren Parameter definiert sind, die Stimulationselektrode verbunden, der Kopf Bühne innerhalb einiger Millisekunden nach dem Drücken der Schaltfläche "Stimulation". Daher war es möglich, die Stimulationsparameter zu ändern, ohne das Tier aus dem Käfig nehmen. Diese Funktion hat den Vorteil, dass man die Zeit für Experimente Stimulation minimieren kann.
Eine TWS-Software wurde speziell konzipiert, um Kontrolle über alle Funktionen des Funksystems (z.B. Aufnahme und Stimulation) über eine grafische Benutzeroberfläche (Abbildung 3 und Abbildung 4) zu ermöglichen. Für Mikro-Stimulation, eine Stimulation Signal verwendet wurde, entwickelte sich über die grafische Benutzeroberfläche der TWS Software. Der Stimulator der TWS diente in einem ausgewogenen Konstantstrom-Stimulation Lademodus. Die Stimulation Muster war drahtlos an der Konstantstrom-Stimulator integriert im Kopf Bühne drahtlosen Gerät gesendet. Reizstrom wurde zwischen einer Arbeitsgruppe Mikroelektrode platziert im Ziel von Interesse (wie etwa die minderwertigen Colliculus in der vorliegenden Studie) und eine größere Ferne Gegenelektrode als der Boden oder Referenz Elektrode von der TWS diente angewendet. Je nach Stimulation Elektrode Impedanz und Spannung Einhaltung der Konstantstrom-Stimulator ist es möglich, verwenden Sie einen maximale Stimulation Strombereich von ±625 µA, obwohl eine viel niedrigere aktuelle Schwelle in den heutigen Experimenten erforderlich war. Hier, biphasische kostenlos ausgewogene Konstantstrom-Stimulation mit Spitzenströme bis zu 300 µA verwendet wurde. Bei biphasischen Stimulation der erste Impuls wird verwendet, um die physiologische Wirkung hervorrufen und der zweite Impuls kehrt in der Regel um elektrochemische Vorgänge während der Stimulation Puls18. Die TWS Kopf Bühne liefert Echtzeit Stimulation Muster über die grafische Benutzeroberfläche der TWS Software eingestellt (siehe Abbildung 4).
Die TWS Software gliedert sich in drei Hauptbereiche: (i) Hauptfenster mit Bedienelementen für Aufnahmen und Stimulation, ein Stimulus (Ii)-Generator-Fenster mit allen Einstellmöglichkeiten für die Stimulationsparameter Signal und (Iii) Replayer Fenster für die Wiedergabe der aufgezeichneten Daten-Dateien. Das Hauptfenster ermöglicht dem Benutzer die aufgezeichneten Signale von bis zu 4 Aufnahmekanäle anzuzeigen, legen Sie die Verstärkung für alle Kanäle und starten/stoppen der Aufnahme der angezeigten Signale. Die Signaldaten werden in einer Datei auf der Festplatte des Computers gespeichert. Den Pfad der Datei befindet sich im Menü "Konfiguration". Neben der Aufnahmeparameter ermöglicht das Hauptfenster zum starten und stoppen der Stimulationsprozess. Die konstante Reizstrom, die durch die Stimulationselektrode im tierischen Gehirn übergeben wird ist in Echtzeit auf dem Bildschirm im Hauptfenster angezeigt. Die Parameter des Signals Stimulation sind im Einstellungsfenster Reiz Parameter voreingestellt. Es ist möglich, Mono- oder biphasische Stimulation Impulsfolgen zu definieren und um alle gängigen Stimulation Pulsparameter wie zum Beispiel Breite, Puls Amplitude, Impuls setzen Zeit zwischen den Pulsen, etc. (für Details siehe Abbildung 4). Die Stimulation-Puls-Funktion ergibt sich aus der vorgewählten Parameterwerte zeigt eine grafische Darstellung im Fenster Generator Stimulation.
Die TWS Software wurde nach Usability-Aspekte entwickelt. Die Nutzbarkeit der Software ist ein wesentlicher Faktor zum reibungslosen Ablauf des Experiments drahtlose Stimulation/Aufnahme und eine sichere und komfortable Arbeitsumgebung zu gewährleisten. Es hilft auch, um die Reproduzierbarkeit des Experiments zu verbessern.
Monoblock-Datenaufzeichnung und elektrische stimulation
Extrazelluläre mehrgliedrige Aktivität wurde sukzessive in die minderwertigen Colliculus von der gleichen implantierten Elektrode mit der TWS und einer herkömmlichen gefesselte Recording-System aufgezeichnet. Abbildung 5 zeigt repräsentative raw-Daten aufgezeichnet, beide Systeme verwenden, während das Tier in ein offenes Feld frei beweglichen war. Die Signale im direkter Vergleich schlägt ähnliche Spike Wellenformen und Geräuschpegel (Abbildung 5A und 5 b). Eine Demonstration der Spitze Form dargestellt, in der A 'und B'.
Da die Ratten versuchen nicht, die TWS Kopf Phase nach der Operation und während der folgenden Tage entfernen, wurde davon ausgegangen, dass sie ihre Bewegungen nicht erheblich stören und nicht die Ursache für Beschwerden. So war ein häufiges Problem bei gefesselte Aufnahmen von Ratten mithilfe der TWS vermieden wie Entfernung und Kauen von Steckern und Kabeln. In der Tat konnten Ratten mit der TWS Kopf Bühne Freiland erkunden und plus Labyrinth (sEE Film 1) ausstellenden normale Kreuzungen, Aufzucht und Pflege von Verhaltensweisen.
Darüber hinaus die Stimulationsparameter verwendet mit der TWS oder herkömmlichen gefesselte System evoziert das gleiche Verhalten Ergebnis, hier Verhalten zu entkommen. Ausgehend von 100 µA, war die Anregung aktuelle Amplitude schrittweise erhöht, bis die Flucht-Schwelle - aktuelle Mindestintensität produziert, laufen oder springen - erreicht wurde und die Flucht Verhalten hervorgerufen wurde. Die einzelnen Flucht Schwellen von 4 Ratten waren ähnlich, wenn Sie beide Systeme (Abbildung 5) zu verwenden.
Abbildung 1: TWS Mikroelektrode Einheit (1) Aufnahme einzelne Elektrode/Tuberkuloseinfektion (2) die Stimulationselektrode, Holzfaserplatte Verbindung Elektrode (3), (4) flexible Anschlusskabel, (5) die Masseleitung, (6) die Anschlussplatine, (7) männlichen oder weiblichen Stecker für TWS-System (A); TWS Mikroelektrode Gerät angeschlossen, der Vorverstärker (8) und dem Halter (9); (B) bereit, an einer stereotaktischen Rahmen (C) befestigt werden. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 2 : Draufsicht der TWS Kopf Bühne Modul (A) ohne Akku Netzteil montiert. Maße Gesamt: Höhe 12,5 m, Tiefe 24 mm (19,3 mm + 4,7 mm), breite 22,1 mm, Gewicht: 5.96 g. Ansicht von unten (B) zeigt die Elektrode-Einheit-Stecker; Akku-Stromversorgung, Höhe 9 mm, Tiefe 26 mm, Breite 20 mm, Gewicht 6 g (C); eine Übersicht über die TWS-Komponenten für diesen Test verwendet: (1) Kopf Bühne Gerät mit Akku montiert auf den Futtersorten Schädel, (2) Sende-/ Empfangseinheit angeschlossen an den Computer USB-Port, (3) TWS Software (D); Foto einer Ratte frei bewegen und zeigen die TWS Kopf Bühne verbunden mit der Mikroelektrode Gerät zuvor implantiert (E) und TWS Software zeigt beispielhafte aufgezeichneten Signale (F). Die TWS Kopf Bühne liefert Echtzeit Stimulation Muster über grafische Benutzeroberfläche der TWS Software. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 3: TWS Software grafische Benutzeroberfläche, Bildschirm Aufnahme. Die Aufnahmeleistung der TWS mit einer bipolaren Aufnahme-Elektrode implantiert in den minderwertigen Colliculus ist auf dem Bildschirm dargestellt. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 4: grafische Benutzeroberfläche TWS Software. Stimulation-Bildschirm (A) und Stimulation Parameterangaben (B). Signal Stimulationsparameter (C) wie z. B. Pulsbreite (PxW), Puls Amplitude (PxA), inter Puls Verzögerung (IPD), Zeit zwischen den Pulsen (TBP), Puls pro Zug (PPT) und die Zeit zwischen den Zügen (TBT) sind über TWS Software grafische Benutzeroberfläche einstellbar. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 5 : Qualitativer Vergleich zwischen einer Multi-Unit-Signal aufgezeichnet extrazellulär mit der TWS (A) und eine kabelgebundene Recording-Setup (B). Beide Aufnahmen stammen von der gleichen TWS Mikroelektrode Einheit (Impedanz 0.5MOhm) in der minderwertigen Colliculus implantiert. Die axiale Abstand zwischen den beiden Aufnahmen Elektrode Kontakten war etwa 400 µm. Die Aufnahme-Bandbreite der verdrahteten System und die TWS waren identisch (500 Hz... 5 kHz), Signale wurden mit 40 kHz (Kabel System) und 32 kHz (TWS) abgetastet. Beide Systeme erfasst Multi-Unit-Aktivität mit einer ähnlichen Signalqualität. Es gibt keinen deutlichen Unterschied im Preise zwischen der TWS und verkabelte Aufnahmen schießen. Aktionspotential Wellenform des Neurons aus beiden Aufnahmen erscheinen in der A 'und B'. Ähnliche Stimulationsparameter waren notwendig für 4 Ratten, Flucht-Schwelle mit Hilfe eines tethered Systems (TS) zu erreichen oder TWS (C). Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Film 1: Eine beispielhafte Ratte auf normalen exploratives Verhalten während dem plus Labyrinth-Test Die TWS ermöglicht das Tier zu geben die offene und geschlossene Arme ohne Kabel verheddern in den Test Apparat, aber es ist klein und leicht genug, so dass es die Aufgabe selbst nur minimal beeinträchtigt. Bitte klicken Sie hier, um dieses Video anzusehen. (Rechtsklick zum download)
Discussion
Hier wurde ein leicht zugänglich Aufnahme und Stimulation Funksystem für elektrophysiologische und behavioral Studies in frei beweglichen Tieren vorgestellt. Die TWS ist in behavioral Assays mit minderwertigen Colliculus als eine Modellstruktur validiert worden. Die TWS-Ansatz hat mehrere Vorteile gegenüber bestehenden. Erstens das System verwendet eine tragbare TWS Kopf-einstufig mit einem Vorverstärker und einen Akku, so dass stabile Langzeitaufzeichnungen für bis zu 1 h mit der gleichen Batterie und drahtlosen Betrieb Abstand für bis zu 5 m. Zweitens ausgestattet, die TWS Kopf Bühne leicht und kompakt, mit einem Gewicht von 12 g inkl. Batterie, und wurde entwickelt, um zu verhindern, dass die Ratte vom Entfernen der Kopf Bühne und die Drähte zu kauen. Es wurde gut vertragen, von den Tieren da keine Auswirkungen auf die Futtersorten Verhaltensrepertoire mit und ohne die TWS Kopf Bühne wurde beobachtet, so dass das System für eine breite Reihe von Verhaltensstörungen Aufgaben. Drittens, überträgt das System in Echtzeit. Viertens durch gleichzeitige bidirektional Aufnahme und Anregung der neuronalen Aktivität bietet das System ein ausgefeiltes Instrument zur Beurteilung der kausale Zusammenhänge zwischen bestimmten Gehirn Aktivierungsmuster und Verhalten, damit die Mängel zu überwinden unidirektionale Systeme. Diese Funktion macht die Methode besonders wertvoll für den Bereich der tiefen Hirnstimulation, die präzise Bewertung, Überwachung und Einstellung der Stimulationsparameter bei langfristigen Verhaltensexperimente normalerweise erfordert. Schließlich entwickelte sich eine chronisch implantierbare Mikroelektrode Einheit mit integrierter Aufnahme, Stimulation und Bezugselektrode, die leicht während einer konventionellen stereotaktischen Operation implantiert werden kann. Unter diesem Gesichtspunkt ist die TWS ein integriertes Wireless-System erhöht die Reproduzierbarkeit der Experimente Stimulation und Aufnahme. Die Aufnahmequalität der TWS zeigte sich ähnlich wie die Aufnahme-Qualität mit einem im Handel erhältlichen kabelgebundenen Aufnahmesystem ergab sein (siehe Abbildung 5).
Es ist bekannt, dass die elektrische Stimulation von der minderwertigen Colliculus bei der Ratte klar Flucht Verhalten zeichnet sich entlockt durch laufen oder springen, das Reaktionen provozierten durch Umweltprobleme11,12fürchten nachahmt, 13. Dieses Verhalten wurde in der vorliegenden Studie induziert durch die Stimulierung der minderwertigen Colliculus mit der TWS oder das traditionelle System angebunden. Um die Wirksamkeit der Stimulation von der TWS zu testen, wurden die Flucht Schwellen – aktuelle Mindestintensität produziert, laufen oder springen – verglichen mit beiden Systemen. Ratten mit der TWS Kopf Bühne sind in der Lage, schnell zum laufen, springen und klettern aus dem Freiland, d.h. zeigen typische Flucht Verhalten mit mehr Bewegungsfreiheit. Wichtig ist, ähnelten die Flucht Schwellenwerte im Vergleich zum traditionellen System angebunden. Zusammen, war eine eher anspruchsvolle Paradigma verwendet, um die Widerstandsfähigkeit der TWS, testen, die es auf unkomplizierte Weise gemeistert.
Die TWS eignet sich auch für chronische Elektrostimulation Experimente, da das Mikroelektrode Gerät implantiert chronischem Gebrauch erlaubt. Die TWS ermöglicht die Anpassung der Stimulation aktuelle Parameter sehr genau in eine Möglichkeit, genau zu erfassen, die Häufigkeit und Menge der Reizstrom, die effektiv eine Verhaltensreaktion zu entlocken. Darüber hinaus das gleiche Tier wurde 3 Tage später mit der gleichen Stromschwelle stimuliert und die gleichen gewünschten Verhaltensreaktion ausgelöst wurde. Dies deutet darauf hin, dass das Gewebe um die Elektrodenspitze Stimulation durch den Reizstrom nicht, die erhöhte Stimulation aktuelle Amplituden mit wiederholten Stimulationen in der Regel beschädigt wurde erfordert um die gleichen Verhaltensreaktion zu entlocken.
Darüber hinaus ist es möglich, die experimentelle Zeit deutlich reduzieren, weil der TWS Mikro-Stimulator Stimulationsparameter in Echtzeit aktualisiert, wenn sie der Versuchsleiter in der grafischen Benutzeroberfläche ändert. Anderen elektrischen Stimulatoren19 verwendet für präklinische Forschungsbedarf für Stimulus Parameter Update neu programmiert werden. In diesen Fällen wird das Gerät von tethering das Tier über ein Kabel mit einem Programmiergerät programmiert. Dies ist nicht erforderlich, wenn die TWS verwenden.
Schließlich ist die Batterie der Spitze der TWS Kopf Bühne und elektrisch angeschlossen, der Kopf Bühne über einen zwei-Pins Magnet Stecker zum einfachen Austausch der Batterie befestigt. Der Vorteil ist, dass während des Tests es möglich ist, die Batterie zu ändern, ohne die implantierten Elektrodeneinheit, die viel bequemer, das Tier ist die TWS Kopf Bühne trennen. In der vorliegenden Studie verwendeten wir eine Batterie, deren Betriebszeit nur 1 h beträgt. Für den Fall, dass das Experiment länger als 1 Stunde dauert, empfiehlt es sich, eine zusätzliche Batterie zur Verfügung zu haben. Die TWS können an Ersatz-Akkus mit einer Kapazität von (i) 230 mA für 1 h Betriebszeit oder (Ii) 450 mA für ca. 2,5 h Betriebszeit angeschlossen werden. Beide Arten von Batterien können in 15 min vollständig aufgeladen werden.
Zusammenfassend lässt sich sagen beschreibt die vorliegende Studie den Vorgang der TWS für neuronale Stimulation und Aufnahme von frei Verhalten Kleintiere. Eine vollständig integrierte Reihe von implantierbaren Mikroelektrode Einheit, Kopf Bühne, Empfänger und Software ist vorgestellt. Die Qualität der drahtlosen Aufnahme und Stimulation ist ähnlich der der gefesselte System den Vorteil des Seins, komfortabel, hell und sicher ist, das Tier aufnehmen. Daher kann TWS verwendet werden, die gefesselte System zu ersetzen, da es nicht das Tier Mobilität einschränkt und bietet eine flexible Methode zur Steuerung von Stimulation und neuronalen Aufnahme unter Umständen wo andere Ansätze schwierig oder unmöglich sein würde. TWS kann ein wichtiges Instrument zu untersuchen, wie elektrischen Aktivität in definierte neuronale Schaltkreise erzeugt bestimmte Formen des Verhaltens, eine grundlegende Frage in den Neurowissenschaften.
Disclosures
Die Co-Autoren Uwe Thomas und Sascha Thomas sind die Besitzer von "Thomas RECORDING GmbH", die in dieser Studie verwendeten und im Zusammenhang mit der allgemeinen Forschungsthema in diesem Dokument beschriebenen Produkte entwickelt. Darüber hinaus erhält der Co-Autor Dirk Hoehl Erträge aus "Thomas RECORDING GmbH". Sie können finanziell aus diesem Umstand profitieren, wenn das Unternehmen erfolgreich in der Vermarktung seiner Produkte, die diese Forschung verbunden sind. Das "Thomas" Kontrollgerät verwendet in dieser Studie widmete sich der Abteilung Biopsychologie, experimentelle und biologische Psychologie - Philipps-Universität Marburg ohne Gebühr.
Acknowledgments
Diese Arbeit wurde unterstützt durch einen Zuschuss-Forschung aus der deutschen Föderation von industrieller Forschungsvereinigungen (AiF; Gewährungsnummer: KF2780403JL3).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Thomas Wireless System (TWS) version 2.0 | Thomas RECORDING GmbH | AN001165 | The Thomas Wireless System (TWS) version 2.0 is a portable multichannel telemetry system with laptop computer, a preinstalled Microsoft Windows operating system and TWS control software. The TWS includes: low noise 4 channel pre– and programmable main amplifier with fixed bandwidth, single channel constant–current stimulator for application of biphasic current pulses, software programmable micro stimulator, implantable connector system and a basic head stage unit for mounting to an animal. The system is delivered with a transceiver with USB port connection for laptops or desktop personal computers, the control software running under Microsoft operating system Windows. The TWS system can be used for extracellular neural stimulation and recording in freely behaving small animals (e.g. rats, guinea pigs). This system can be adapted to be used in larger animals (e.g. primates) as well. |
| Software for Thomas Wireless System (TWS) | Thomas RECORDING GmbH | inlcuded in AN001165 | The software for the Thomas wireless system is running under Microsoft Windows operating system and provides the graphical user interface (GUI) for the Thomas Wireless System (TWS). The TWS GUI offers complete control of the TWS functions 4 channel recording and 1 channel stimulation. |
| Implantable tetrode for recording (4 channels) and stimulation (single channel) | Thomas RECORDING GmbH | AN001132 | Implantable tetrode for recording (4 channels) and stimulation (single channel) for use with Thomas Wireless Systems (TWS). Recording tetrode specifications: tetrode fiber material: quartz glass insulated platinum tungsten fiber, tetrode fiber outer diameter: 100µm, tip shape D, impedance 0.5-0.8MOHm; Reference electrode: tip shape: D; Impedance: 300-500kOhm; Material: quartzglass insulated platinum/tungsten; Stimulation electrode specification: fiber material: platinum/iridium, diameter: 125µm, lacquer insulated, tip shape : D, impedance: < 10kOhm, dimensions of the electrode can be specified by the end user |
| Implantable microelectrode for recording (single channel) and stimulation (single channel) | Thomas RECORDING GmbH | AN001118 | Implantable microelectrode for recording (single channel) and stimulation (single channel) for use with Thomas Wireless Systems (TWS). Recording electrode specifications: electrode fiber material: quartz glass insulated platinum tungsten fiber, electrode fiber outer diameter: 80µm/250µm (please specify), tip shape D, impedance 0.5-0.8MOHm; Reference electrode: tip shape: D; Impedance. 300-500kOhm; Material: quartzglass insulated platinum/tungsten; Stimulation electrode specification: fiber material: platinum/iridium, diameter: 125µm, lacquer insulated, tip shape : D, impedance: < 10kOhm |
| Holder for electrode implantation | Thomas RECORDING GmbH | AN000838 | Special bent metal rod for microelectrode implantation for standard electrode holders. The rod is used to hold an implantable electrode. The implantable electrode is fixed to the rod with special Thomas RECORDING water soluable glue (AN001080). (Electrode holder is not included) |
| Replacement accumulator power supply for the Thomas Wireless System (3,7V/230mAh) | Thomas RECORDING GmbH | AN001208 | Replacement rechargeable battery (accumulator) for Thomas Wireless System with a capacity of 230mA for approximately 1h operation time. (size: 27mm x 20mm x 6mm, weight app. 6g) |
| Replacement accumulator power supply for the Thomas Wireless System (3,7V/450mAh) | Thomas RECORDING GmbH | AN001209 | Replacement rechargeable battery (accumulator) for Thomas Wireless System with a capacity of 450mA for more than 1h operation time. (size: 48mm x 30mm x 4mm, weight app. 11g) |
| Accumulator charger for Thomas Wireless System (TWS) rechargable accumulator | Thomas RECORDING GmbH | AN001207 | Mains powered charger for the Thomas Wirless System (TWS) rechargable accumulators (AN001209 and AN001209) |
| Water soluble glue | Thomas RECORDING GmbH | AN001080 | Thomas RECORDING water soluble electrode glue is a specially selected product for use with implantable microelectrodes in neuroscientific research. Its unique properties ensure a rigid connection between electrode and mounting device although it is easily removable with warm water. The Thomas RECORDING water soluble electrode glue can be used out-of-the-box, without any time consuming preparation. Thomas RECORDING water soluble electrode glue is not harmful to humans, animals or the environment. Quantity: 1 box of 10 gramms |
| Miniature differential preamplifier | Thomas RECORDING GmbH | AN000329 | The Miniature Differential Pre-Amplifier, Model MDPA-2 is a 2-channel, differential input preamplifier that is designed for low noise recordings from excitable tissue. It is intended for extracellular recording in conjunction with the implantation of implantable microelectrodes for freely moving animal appliactions with the Thomas Wireless System (TWS). The 2-Channel Miniature Differential Preamplifier (MDPA-2) is connected to the implantable microelectrodes for providing the initial tenfold amplification stage. Ideally Thomas RECORDING quartz glass insulated platinum/tungsten electrodes are used to yield optimal recording results with high signal amplitudes and low noise levels. The MDPA-2 has additional common ground and reference electrode inputs. |
| Connection cable | Thomas RECORDING GmbH | AN000330 | Connection cable to connect the Thomas Miniature differential preamplifier (MDPA-2) to a main amplifier and an accumulator power supply. |
| Rechargeable power supply for the miniature preamplifier | Thomas RECORDING GmbH | AN000328 | Rechargeable accumulator power supply for the Miniature differential preamplifier (MDPA-2). |
| Accumulator charger (US) | Thomas RECORDING GmbH | AN000167 | Accumulator charger for the power supply AN000328 (US mains power outlet conenctor) |
| Accumulator charger (EU) | Thomas RECORDING GmbH | AN000168 | Accumulator charger for the power supply AN000328 (EU mains power outlet connector) |
| Differential preamplifier/main amplifier/bandpass filter | Thomas RECORDING GmbH | AN000677 | TREC AC Main Amplifier (LabAmp-03) is a single-channel, differential main amplifier for neurophysiological applications (e.g. extracellular recording with microelectrodes). This Instrument is designed to work with the miniature Differential Pre-Amplifier, Model MDPA-2. The single channel of the LabAmp-03 contains a high-gain, low-noise differential amplifier stage followed by low frequency and high-frequency filters. The amplifier has two different filter amplifiers, a single unit activity (SUA) filter –amplifier and a local field potential (LFP) filter amplifier, both are connected parallel in the signal path. Record Mode offers two levels of signal gain (x10, x100) in a first stage and 4 additional levels (x5, x10, x25 and x50) in a final amplifier stage. Each amplifier has different bandpass characteristics for single unit activity (SUA) 500Hz…20kHz and local field potentials (LFP) 0,1Hz…140Hz. An audio monitor and a window discriminator is integrated in the device. The LabAmp-03 has an integrated audio monitor with loudspeaker. This unit provides audio reproduction of electrophysiological signals. The unit combines an audio amplifier in a compact, rugged package. This is especially suited to monitoring neural firing and muscle contractions. The audio monitor input is internally connected to the SUA-Filter amplifier output. The LabAmp-03 is delivered with external power supply for a mains power operation voltage range of 100-240V AC/50-60Hz. |
| USB Oscilloscope | Thomas RECORDING GmbH | AN001096 | USB PC Oszilloskop, 2 Kanal. This 2-channel PC oscilloscope is perfect suitable for mobile use on a laptop and permanent installation in control cabinets, industrial equipment and many other applications where a small, lightweight and powerful oscilloscope is required. This oscilloscope is connected to the signal output of the main amplifier is for display of recorded extracellular activity during the implanation of the implantable microelectrodes for the Thomas Wireless System (TWS). The user can acquire the measurement data over the several data-interfaces directly on the PC with includes PC software. |
| Stimulus generator | Multichannel Systems | STG3008-FA | Stimulus Generator for Current (STG) and Voltage Driven Stimulation fulfill three functions: current driven stimulation, voltage driven stimulation, controlling and timing. The STG is available with 2, 4 or 8 independet output channels. Featuring integrated isolation units for each output channel, the STG is able to provide any arbitrary waveform. |
| Cap protector for the electrode | Thomas RECORDING GmbH | AN001193 | Protective cap for implantable electrode unit for the Thomas Wireless System |
| Surgical equipment | Scissors, blunt-end forceps, spatulas, surgical clippers, dental drill, and cotton buds | ||
| Drugs and chemicals | Isoflurane, xylocaine, tramadol hydrochloride (Tramadol-CT, AbZ-Pharma GmbH, Ulm, Germany), dexpantenol eye salve (Bepanthen, Bayer AG, Leverkusen, Germany), 3% hydrogen peroxide, povidone-Iodine (Betaisodona, Mundipharma GmbH, Limburg, Germany) and 70% ethanol; | ||
| Fixation material including | Stainless steel screws (BN650 M1.2x5; 4.7 mm ), acrylic resin (Paladur, Heraeus Holding GmbH, Hanau, Germany), ultraviolet glue (Cyberbond U3300, Cyberbond Europe GmbH, Germany) and cap protector (Thomas Recording GmbH, Giessen, Germany); | ||
| Additional material | Gloves, heating pad, syringes, and physiological saline. | ||
| Small Animal Stereotaxic Instrument (SASI) | Thomas RECORDING GmbH | AN000287 | The model should be chosen according to the animal (rat, guinea pig, monkeys, etc) used in the study |
| Video camera | EverFocus | EverFocus, model: EQ150 | |
| Open field | Made of transparent or gray acrylic, having round shape measuring 40x40x40cm | ||
| Elevated plus maze | Made of gray acrylic and consisted of two open arms (50 cm long x 10 cm wide) and two closed arms (50 cm long x 10 cm wide, with 40 cm high walls) that extended from a central platform elevated 50 cm above the floor. |
References
- Rao, R. P., Mielke, F., Bobrov, E., Brecht, M. Vocalization-whisking coordination and multisensory integration of social signals in rat auditory cortex. Elife. 3, e03185 (2014).
- Tseng, W. T., Yen, C. T., Tsai, M. L. A bundled microwire array for long-term chronic single-unit recording in deep brain regions of behaving rats. J. Neurosci. Methods. 201 (2), 368-376 (2011).
- Ball, D., et al. Rodent scope: a user-configurable digital wireless telemetry system for freely behaving animals. PLoS One. 9 (2), e89949 (2014).
- Chien, C. N., Jaw, F. S. Miniature telemetry system for the recording of action and field potentials. J. Neurosci. Methods. 147 (1), 68-73 (2005).
- Hawley, E. S., Hargreaves, E. L., Kubie, J. L., Rivard, B., Muller, R. U. Telemetry system for reliable recording of action potentials from freely moving rats. Hippocampus. 12 (4), 505-513 (2002).
- Alam, M., Chen, X., Fernandez, E. A low-cost multichannel wireless neural stimulation system for freely roaming animals. J. Neural. Eng. 10 (6), 066010 (2013).
- Xu, S., Talwar, S. K., Hawley, E. S., Li, L., Chapin, J. K. A multi-channel telemetry system for brain microstimulation in freely roaming animals. J. Neurosci Methods. 133 (1-2), 57-63 (2004).
- Angotzi, G. N., Boi, F., Zordan, S., Bonfanti, A., Vato, A. A programmable closed-loop recording and stimulating wireless system for behaving small laboratory animals. Sci. Rep. 4, 5963 (2014).
- Ativanichayaphong, T., He, J. W., Hagains, C. E., Peng, Y. B., Chiao, J. C. A combined wireless neural stimulating and recording system for study of pain processing. J. Neurosci. Methods. 170 (1), 25-34 (2007).
- Ye, X., et al. A portable telemetry system for brain stimulation and neuronal activity recording in freely behaving small animals. J. Neurosci. Methods. 174 (2), 186-193 (2008).
- Brandão, M. L., Tomaz, C., Leão-Borges, P. C., Coimbra, N. C., Bagri, A. Defense reaction induced by microinjections of bicuculline into the inferior colliculus. Physiol Behav. 44, 361-365 (1988).
- Brandão, M. L., Melo, L. L., Cardoso, S. H. Mechanisms of defense in the inferior colliculus. Behav Brain Res. 58, 49-55 (1993).
- Melo, L. L., Cardoso, S. H., Brandão, M. L. Antiaversive action of benzodiazepines on escape behavior induced by electrical stimulation of the inferior colliculus. Physiol Behav. 51, 557-562 (1992).
- Paxinos, G., Watson, P. The rat brain in stereotaxic coordinates. , 3rd ed, Academic Press. San Diego, CA. (2007).
- Walf, A. A., Frye, C. A. The use of the elevated plus maze as an assay of anxiety-related behavior in rodents. Nat. Protoc. 2 (2), 322-328 (2007).
- Pellow, S., Chopin, P., File, S. E., Briley, M. Validation of open:closed arm entries in an elevated plus-maze as a measure of anxiety in the rat. J Neurosci Methods. 14, 149-167 (1985).
- Gage, G. J., Kipke, D. R., Shain, W. Whole animal perfusion fixation for rodents. J. Vis. Exp. (65), e3564 (2012).
- Merrill, D. R., Bikson, M., Jefferys, J. G. Electrical stimulation of excitable tissue: design of efficacious and safe protocols. J Neurosci Methods. 141, 171-198 (2005).
- Ewing, S. G., Porr, B., Riddell, J., Winter, C., Grace, A. A. SaBer DBS: A fully programmable, rechargeable, bilateral, charge-balanced preclinical microstimulator for long-term neural stimulation. J Neurosci Methods. 213, 228-235 (2013).
