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Behavior

Vivo रिकॉर्डिंग और स्वतंत्र रूप से व्यवहार चूहों में तंत्रिका गतिविधि की उत्तेजना में के लिए एक वायरलेस, द्वि-दिशा इंटरफेस

Published: November 7, 2017 doi: 10.3791/56299
Automatic Translation
1,2, 1, 3, 3, 3, 1, 4, 4, 1
1Behavioral Neuroscience, Experimental and Biological Psychology, Philipps-Universität Marburg, 2Behavioral Neurosciences Institute (INeC), 3Thomas RECORDING GmbH, 4Department of Neurophysics, Philipps-Universität Marburg

Summary

बहु चैनल के लिए एक वायरलेस, द्वि-दिशा प्रणाली तंत्रिका रिकॉर्डिंग और स्वतंत्र रूप से व्यवहार चूहों में उत्तेजना शुरू की है । प्रणाली प्रकाश और कॉंपैक्ट है, इस प्रकार पशु ´ s व्यवहार प्रदर्शनों की तरह पर ंयूनतम प्रभाव होने । इसके अलावा, इस द्वि-दिशा प्रणाली मस्तिष्क सक्रियकरण पैटर्न और व्यवहार के बीच कारण संबंधों का आकलन करने के लिए एक परिष्कृत उपकरण प्रदान करता है ।

Abstract

vivo में इलेक्ट्रोफिजियोलॉजी एक मिलीसेकंड और माइक्रोमीटर पैमाने पर मस्तिष्क गतिविधि और व्यवहार के बीच संबंधों की जांच करने के लिए एक शक्तिशाली तकनीक है । हालांकि, मौजूदा तरीकों ज्यादातर सीमित केबल रिकॉर्डिंग या केवल एकतरफ़ा प्रणालियों का उपयोग करें, या तो रिकॉर्डिंग या तंत्रिका गतिविधि की उत्तेजना, लेकिन एक ही समय या एक ही लक्ष्य पर नहीं की अनुमति पर भरोसा करते हैं । यहां, एक साथ मल्टीचैनल रिकॉर्डिंग और स्वतंत्र रूप से व्यवहार चूहों में तंत्रिका गतिविधि की उत्तेजना के लिए एक नया वायरलेस, द्वि-दिशा युक्ति वर्णित है । प्रणाली एक पोर्टेबल सिर मंच है कि दोनों दर्ज की गतिविधि पहुंचाता है और एक टेलीमेट्री आधारित मल्टीचैनल सॉफ्टवेयर का उपयोग कर मस्तिष्क उत्तेजना के लिए वास्तविक समय में लक्षित किया जा सकता है के माध्यम से चल रही है । सिर मंच एक एम्पलीफायर और एक rechargeable बैटरी के साथ सुसज्जित है, स्थिर दीर्घकालिक रिकॉर्डिंग या 1 ज करने के लिए उत्तेजना की अनुमति है । महत्वपूर्ण बात, सिर मंच कॉंपैक्ट है, (बैटरी सहित) 12 जी वजन और इस प्रकार पशु ´ एस पर कम प्रभाव पड़ता है व्यवहार की प्रदर्शनियां, विधि व्यवहार कार्यों का एक व्यापक सेट करने के लिए लागू कर रही है । इसके अलावा, विधि प्रमुख लाभ है कि तंत्रिका गतिविधि और व्यवहार पर मस्तिष्क उत्तेजना के प्रभाव को एक साथ मापा जा सकता है, विशिष्ट मस्तिष्क सक्रियण पैटर्न और व्यवहार के बीच कारण संबंधों का आकलन करने के लिए एक उपकरण प्रदान. यह सुविधा विधि गहरी मस्तिष्क उत्तेजना के क्षेत्र के लिए विशेष रूप से मूल्यवान बनाता है, सटीक मूल्यांकन, निगरानी की अनुमति है, और लंबी अवधि के व्यवहार प्रयोगों के दौरान उत्तेजना मापदंडों का समायोजन. प्रणाली की प्रयोज्यता एक मॉडल संरचना के रूप में अवर colliculus का उपयोग कर मांय किया गया है ।

Introduction

तंत्रिका विज्ञान में एक बुनियादी सवाल यह है कि कैसे परिभाषित तंत्रिका सर्किट में विद्युत गतिविधि व्यवहार के कुछ रूपों उत्पंन करता है । vivo में इलेक्ट्रोफिजियोलॉजी इस सवाल का पता करने के लिए एक शक्तिशाली तकनीक है, एक उपकरण प्रदान करने के लिए रिकॉर्ड या मस्तिष्क में विद्युत गतिविधि को उत्तेजित करते हुए जानवरों के कुछ व्यवहार कार्य प्रदर्शन कर रहे हैं । हालांकि, वर्तमान सिस्टम अक्सर सीमित केबल रिकॉर्डिंग1,2पर निर्भर करते हैं, संभावना गतिशीलता को सीमित करने और पशु ´ एस व्यवहार की प्रदर्शनों की पूरी अभिव्यक्ति को रोकने । इसके अलावा, ज्यादातर एकतरफ़ा प्रणालियों का उपयोग कर रहे हैं, या तो रिकॉर्डिंग3,4,5 या उत्तेजना6,तंत्रिका गतिविधि के7 , लेकिन एक ही समय या एक ही लक्ष्य पर नहीं, यह बनाने मुश्किल विशिष्ट मस्तिष्क सक्रियकरण पैटर्न और व्यवहार के बीच कारण संबंधों को फंसाए रखने के लिए । vivo में तैयारी के लिए केवल कुछ वायरलेस, द्वि-दिशा प्रणालियों वर्तमान में उपलब्ध हैं । हालांकि, वे आम तौर पर भारी रहे है (40-50 g) और दो अलग पोर्टेबल इकाइयों से मिलकर बनता है, यानी एक सिर मंच और बैटरी आधारित बिजली की आपूर्ति के लिए एक जुड़ा बैग8,9,10, उंहें प्रतिपादन कम लचीले और केबल वियोग के जोखिम को बढ़ाने के लिए आत्म-सौंदर्य व्यवहार के दौरान उदा । aforementioned वायरलेस सिस्टम में से कोई भी प्रत्यारोपित microelectrode इकाइयों की पेशकश करने के लिए प्रयोगात्मक शर्तों के उच्च reproducibility के साथ पूर्ण ethologically वैध व्यवहार के दौरान तंत्रिका गतिविधि की एक पूरी एकीकृत अवधारणा प्राप्त करते हैं ।

यहां, एक नया वायरलेस, vivo में के लिए द्वि-दिशा युक्ति और स्वतंत्र रूप से व्यवहार चूहों में तंत्रिका गतिविधि की उत्तेजना शुरू की है । थॉमस वायरलेस सिस्टम (TWS) एक एकल हटाने योग्य सिर मंच है कि चार स्वतंत्र रिकॉर्डिंग चैनलों तक का उपयोग कर मल्टीचैनल गतिविधि संचारित कर सकते है और वास्तविक समय में बिजली के मस्तिष्क उत्तेजना के लिए लक्षित किया जा सकता के माध्यम से संचालित । इसके अतिरिक्त, एक लंबे प्रत्यारोपित microelectrode TWS के साथ संगत इकाई विकसित किया गया था कि दोनों तंत्रिका उत्तेजना और रिकॉर्डिंग की अनुमति देता है । एक TWS सॉफ्टवेयर ग्राफिकल यूजर इंटरफेस, रिकॉर्डिंग और उत्तेजना के लिए भी प्रस्तुत किया है । इस अध्ययन के सत्यापन और पूरे डिवाइस के vivo में कार्यांवयन का वर्णन है ।

आदेश में TWS प्रणाली को मांय करने के लिए अवर colliculus एक लक्ष्य तंत्रिका संरचना के रूप में चुना गया था क्योंकि एक प्रकट व्यवहार प्रतिक्रिया अपनी विद्युत उत्तेजना द्वारा किया जा सकता है । यह व्यापक रूप से जाना जाता है कि अवर colliculus के विद्युत उत्तेजना ' बिना शर्त डर ' की तरह चूहों में व्यवहार प्रतिक्रियाओं, जैसे सतर्कता के रूप में, बग़ल में आसन, पीठ के मेहराब, ठंड और एस्केप (उड़ान) व्यवहार । यह प्रतिक्रिया पैटर्न इस तरह के एक कथित हानिकारक घटना, हमले या अस्तित्व के लिए खतरा11,12,13के रूप में पर्यावरण की चुनौतियों का सामना करना पड़ा, डर के लिए प्रतिक्रियाओं की नकल । यह मान लिया गया है कि इस तरह के एक स्पष्ट और स्पष्ट व्यवहार TWS के लिए एक असली चुनौती प्रदान करेगा बटोरने में सक्षम किया जा रहा ।

Protocol

< p class = "jove_content" > सभी प्रोटोकॉल और प्रयोग वर्तमान यूरोपीय दिशानिर्देशों (2010/63/EU) के अनुसार थे और क्षेत्रीय प्राधिकारियों द्वारा अनुमोदित (Regierungspr & #228; sidium गिे & #223; en, MR 20/35 Nr .25/2015).

< p class = "jove_title" > 1. पशु

  1. घर पुरुष वयस्क Wistar चूहों (200-250 ग्राम) मानक प्रयोगशाला शर्तों के तहत 3-4 के समूहों में सर्जरी से पहले कम से एक सप्ताह के लिए अनुमति देने के लिए acclimatization.
  2. दो दिन सर्जरी के बाद, जोड़े में घर चूहों । आवरण उच्च एक्रिलिक ढक्कन के साथ एक पिंजरों । पारंपरिक धातु ग्रिड से बने ढक्कन से बचें प्रत्यारोपण अटक कर सकते हैं, जोखिम है कि वे क्षतिग्रस्त हो और/
< p class = "jove_title" > 2. स्टीरियोटैक्टिक सर्जरी

  1. सर्जरी शुरू करने से पहले, संगठित और निम्नलिखित उपकरणों और सामग्री तैयार:
    1. बाँझ कैंची से मिलकर बाँझ शल्य उपकरण प्राप्त करने, कुंद-अंत संदंश, spatulas, शल्य चिकित्सा कतरनी, चिकित्सकीय ड्रिल, और कपास कलियों । & #160;
    2. isoflurane, क्शयलोकाने, tramadol हाइडरोक्लॉराइड, dexpantenol आई साल्वे, 3% हाइड्रोजन पेरोक्साइड, povidone आयोडीन और ७०% इथेनॉल सहित दवाओं और रसायनों को प्राप्त करें ।
    3. स्टेनलेस स्टील शिकंजा, एक्रिलिक राल, पराबैंगनी गोंद और टोपी रक्षक सहित निर्धारण सामग्री प्राप्त करें ।
    4. एक microelectrode इकाई प्राप्त करते हैं, (i) एक रिकॉर्डिंग एकल इलेक्ट्रोड (क्वार्ट्ज ग्लास अछूता प्लेटिनम टंगस्टन microelectrode, शंकु टिप आकार के साथ, बाहरी व्यास: ८० & #181; एम, शंकु टिप, प्रतिबाधा पर 1 kHz: ५०० kOhm) या एक tetrode (क्वार्ट्ज ग्लास अछूता प्लैटिनम/4 कोर microelectrode, बाहरी व्यास: १०० & #181; एम, शंकु टिप, प्रतिबाधा पर 1 kHz: 500-800 kOhm); (ii) एक उत्तेजना इलेक्ट्रोड (प्लैटिनम/इरिडियम वायर (९०% प्लैटिनम, 10% इरिडियम), कोर व्यास १२५ & #181; m, आउटर व्यास १५० & #181; m, प्रतिबाधा & #60; 10 kOhm) एक संपर्क प्लेट से जुड़े और (iii) एक प्लैटिनम वायर संदर्भ इलेक्ट्रोड (शाफ्ट व्यास, १०० & #181; m; < सबल वर्ग = "xfig" > चित्रा 1a ).
    5. प्राप्त इलेक्ट्रोड धारक microelectrode इकाई के लिए पानी में घुलनशील गोंद से चिपके और पहले से कम 2 ज कार्यक्षमता के लिए परीक्षण किया (< मजबूत वर्ग = "xfig" > चित्रा 1b ).
    6. एक अवकलन एम्पलीफायर, एक मुख्य एम्पलीफायर और रिकॉर्डिंग के लिए एक bandpass फिल्टर एम्पलीफायर से मिलकर एक पारंपरिक सीमित प्रणाली प्राप्त करें.
    7. जैसे दस्ताने, हीटिंग पैड, सीरिंज, और शारीरिक खारा के रूप में अतिरिक्त सामग्री प्राप्त करते हैं ।
    8. प्राप्त घर पिंजरों (एल एक्स डब्ल्यू एक्स एच: ४२ cm x 26 cm x ३८ cm).
  2. सामा
    नोट: इलेक्ट्रोड आरोपण स्टीरियोटैक्टिक संज्ञाहरण के तहत एक पारंपरिक isoflurane सर्जरी के दौरान किया जाता है ।
    1. सुनिश्चित करें कि प्रयोगकर्ता दस्ताने, सर्जिकल मास्क, और लैब कोट पहने हुए है ।
    2. आरंभ संज्ञाहरण एक प्रेरण चैंबर में पशु रखने (isoflurane 4-5%, ऑक्सीजन प्रवाह 1 L/मिन, अवधि ~ 5 मिनट).
      3. गहरी संज्ञाहरण की पुष्टि करने के लिए संदंश के साथ सजगता (पूंछ और पैर की अंगुली सजगता) के नुकसान के लिए
    3. परीक्षण ।
    4. एक संज्ञाहरण मुखौटा में पशु की जगह सिर स्टीरियोटैक्टिक फ्रेम के ऊपरी incisor बार के आसपास तय की और संज्ञाहरण समायोजित (isoflurane 2-3%, ऑक्सीजन प्रवाह 0.7-0.8 L/
    5. फिक्स और क्षैतिज संरेखित करें पशु & #39; एस कान सलाखों और ऊपरी incisor पट्टी का उपयोग स्टीरियोटैक्टिक तंत्र में सिर ।
    6. सर्जिकल कतरनी या एक कैंची का उपयोग शल्य क्षेत्र दाढ़ी और povidone आयोडीन के साथ निष्फल ।
    7. एक हीटिंग पैड पर पशु जगह हाइपोथर्मिया को रोकने और dexpantenol आंख साल्वे के साथ आंखों का इलाज करने के लिए उंहें सुखाने से रोकने के ।
    8. क्शयलोकाने (0.3-0.4 मिलीलीटर, चमड़े के नीचे, एस॰सी॰) सर्जिकल क्षेत्र के केंद्र में इंजेक्षन ।
      9. सजगता के नुकसान के लिए
    9. टेस्ट फिर से.
    10. एक छोटा सा चीरा (१.५ सेमी) शल्य क्षेत्र के बीच में एक स्केलपेल के साथ खोपड़ी बेनकाब करने के लिए बनाते हैं । त्वचा धीरे अलग और संदंश, कैंची, और रंग.
      11. का उपयोग कर अवशिष्ट ऊतक को हटाने
    11. ध्यान से हाइड्रोजन पेरोक्साइड लेपित कपास कलियों का उपयोग खोपड़ी साफ ।
    12. ड्रिल 4-5 स्टेनलेस स्टील शिकंजा के निर्धारण के लिए खोपड़ी में छोटे छेद (४.७ मिमी).
    13. microelectrode इकाई/इलेक्ट्रोड धारक को एम्पलीफायर से कनेक्ट करें और स्टीरियोटैक्टिक micromanipulator को संलग्न करें (< सुदृढ वर्ग = "xfig" > चित्रा 1b and 1C ).
    14. एक छेद ड्रिल (लगभग 7 मिमी) लक्ष्य क्षेत्र के ऊपर खोपड़ी में प्रयोग किया जाता जानवर के अनुसार एक ब्रेन एटलस से निर्देशांक का उपयोग कर । वर्तमान अध्ययन में, इलेक्ट्रोड अवर colliculus के उद्देश्य से युक्तियाँ निम्न निर्देशांक का उपयोग करते हुए, संदर्भ के रूप में सेवारत bregma के साथ स्थिति: पूर्वकाल/पीछे, & #8722; ८.८ mm; औसत दर्जे का/पार्श्व, १.५ मिमी; और पृष्ठीय/ventral, ३.५ mm < सुप वर्ग = "xref" > 14 .
    15. कपास कलियों के साथ किसी भी रक्त को अवशोषित ।
    16. ऊर्ध्व microelectrode इकाई परिचय जब तक इलेक्ट्रोड युक्तियां लक्ष्य क्षेत्र तक पहुंचने ।
    17. स्टेनलेस स्टील शिकंजा और त्वचा के नीचे के साथ जमीन केबल की स्थिति ।
    18. मॉनिटर स्पाइक गतिविधि और ध्यान से लक्ष्य संरचना में सक्रिय ंयूरॉंस के एक क्षेत्र तक पहुंचने और एक संकेत करने वाली शोर अनुपात के साथ तंत्रिका गतिविधि का पता लगाने जब तक micromanipulator के साथ इलेक्ट्रोड की स्थिति को समायोजित छंटाई ।
    19. पराबैंगनी गोंद के साथ खोपड़ी के लिए microelectrode इकाई को ठीक करें और एक्रिलिक राल के साथ संपर्क प्लेट और शिकंजा कवर ।
    20. (1 मिलीलीटर आईएफसआई) और tramadol (25 मिलीग्राम/किलोग्राम, एस॰सी॰) निर्जलीकरण को रोकने के लिए और पोस्ट ऑपरेटिव analgesia, क्रमशः सुनिश्चित इंजेक्षन ।
    21. एक पानी में लथपथ ब्रश का उपयोग इलेक्ट्रोड धारक से microelectrode इकाई डिस्कनेक्ट.
    22. रोक संज्ञाहरण, ध्यान से स्टीरियोटैक्टिक फ्रेम से चूहे को हटा दें । microelectrode इकाई से संवर्धक डिस्कनेक्ट कर ᱶ ।
    23. microelectrode इकाई प्रत्यारोपित और यह केवल प्रायोगिक प्रक्रियाओं के दौरान डिस्कनेक्ट पर टोपी संरक्षण कनेक्ट ।
    24. सर्जरी के बाद दूसरे दिन से घर-पिंजरे में जोड़े में जानवरों को रखें ।
    25. संभव घाव संक्रमण, शरीर के वजन, स्वास्थ्य की स्थिति, और सर्जरी के बाद 7 दिनों की अवधि के लिए सामान्य व्यवहार के लिए दैनिक जानवरों की निगरानी । इस वसूली अवधि के बाद, vivo इलेक्ट्रोफिजियोलॉजी और व्यवहार प्रयोगों में प्रदर्शन.
      नोट: सर्जिकल प्रक्रिया 60-90 मिनट के बीच रहता है । सर्जरी के दौरान, पूंछ झटका सजगता लगातार निगरानी की जानी चाहिए और संज्ञाहरण समायोजित, यदि आवश्यक हो तो ।
< p class = "jove_title" > 3. में Vivo इलेक्ट्रोफिजियोलॉजी

  1. उपकरण और सामा
    नोट: Electrophysiological रिकॉर्डिंग और उत्तेजना TWS का उपयोग किया जाता है ।
    1. एक एकीकृत एम्पलीफायर और कनेक्टेड बैटरी (चार रिकॉर्डिंग चैनलों के साथ एक सिर मंच प्राप्त करते हैं; एनालॉग रिकॉर्डिंग इनपुट रेंज: 0-12 एमवी पीके-pk; उत्तेजना आउटपुट: & #177; ६२५ & #181; a; एल एक्स डब्ल्यू एक्स एच: 24 मिमी x 22 मिमी x 12 मिमी; वजन: बैटरी के बिना 6 जी, बैटरी के साथ 12 जी; बैटरी चल रहा है 1 घंटे तक का समय) । यह सिर मंच एक लघु multipole कनेक्टर के माध्यम से प्रत्यारोपित microelectrode इकाई से सीधे जुड़े होने के लिए उपयुक्त है (< मजबूत वर्ग = "xfig" > चित्रा 2 ).
    2. एक बैटरी प्राप्त (लिथियम आयन संचयक, 3.7-4.2 V डीसी, २३० mAh, 27 मिमी x 20 मिमी x 6 मिमी, 1 घंटे आपरेशन समय) सिर मंच के शीर्ष पर घुड़सवार (< मजबूत वर्ग = "xfig" > चित्रा 2c ). यदि आवश्यक उपयोग प्रतिस्थापन rechargeable बैटरी लगभग २.५ h ऑपरेशन समय के लिए ४५० mA की क्षमता के साथ । बैटरी से कनेक्टेड होने के दौरान यह सुनिश्चित करें कि सिर के चरण में एक हरी बत्ती आती है ।
    3. प्राप्त एक ट्रांसीवर (रिसीवर ट्रांसमीटर) मानक यूएसबी पोर्ट के माध्यम से एक पर्सनल कंप्यूटर से जुड़ा है और 5 मीटर तक के लिए वायरलेस आपरेशन की अनुमति देता है (< मजबूत वर्ग = "xfig" > चित्रा 2E ).
    4. विद्युत उत्तेजना और तंत्रिका गतिविधि की रिकॉर्डिंग के लिए TWS सॉफ्टवेयर के साथ एक पर्सनल कंप्यूटर प्राप्त करें (< सबल वर्ग = "xfig" > चित्रा ३ र < सुदृढ वर्ग = "xfig" > चित्रा ४ ).
    5. एक सीमित एम्पलीफायर और एक डेटा अधिग्रहण सर्जरी के दौरान इस्तेमाल किया प्रणाली प्राप्त (आइटम 2.1.5 देखें) रिकॉर्डिंग के लिए, और उत्तेजना के लिए एक उत्तेजना जनरेटर, आदेश में TWS के efficaciousness की तुलना करने के लिए एक सप्ताह के सर्जरी के बाद जाग चूहों.
      नोट: विद्युत उत्तेजना प्रदान की जाती है और एकल ंयूरॉंस से extracellular गतिविधि दोनों प्रणालियों का उपयोग कर एक ही प्रत्यारोपित microelectrode इकाई से दर्ज की गई है । उत्तेजना मानकों (वर्तमान तीव्रता, नाड़ी और आवृत्ति) लक्षित मस्तिष्क क्षेत्र के अनुसार प्रत्येक जानवर के लिए समायोजित किया जाना चाहिए । वर्तमान अध्ययन में, एक 150-250 & #181; a, २५०० हर्ट्ज वर्तमान अवर colliculus को उत्तेजित करने के लिए इस्तेमाल किया गया था.
  2. व्यवहार परख
    नोट: एक बार कोई धातु बाधा ट्रांसीवर और पशु सिर मंच के बीच शुरू की है, TWS व्यवहार कार्यों का एक व्यापक सेट के लिए लागू है । अनुकरणीय व्यवहार परीक्षण के रूप में, यह सामान्य व्यवहार गतिविधि की माप के लिए खुले मैदान में इस्तेमाल किया गया था और उन्नत प्लस भूलभुलैया पर, कुतर में चिंता की तरह व्यवहार का आकलन करने के लिए एक मानक परीक्षण < सुप वर्ग = "xref" > १५ . एक वीडियो कैमरा खुले मैदान के ऊपर केंद्र और व्यवहार रिकॉर्डिंग के लिए ऊंचा प्लस भूलभुलैया रखा गया था ।
    1. व्यवहार परीक्षण से पहले, लगातार तीन दिनों (5 मिनट प्रत्येक दिन) पर प्रत्येक जानवर संभाल । इससे पहले प्रत्येक हैंडलिंग अवधि microelectrode इकाई पहले प्रत्यारोपित करने के लिए बैटरी के साथ सिर मंच कनेक्ट । हैंडलिंग के दौरान किसी भी रिकॉर्डिंग या उत्तेजना का प्रदर्शन न करें ।
    2. खुला मैदान
      1. खुले मैदान के केंद्र में चूहा जगह (४० cm x ४० cm x ४० cm; लाल बत्ती ~ 30 लक्स) और यह तंत्रिका रिकॉर्डिंग के तहत कम से कम 5 मिनट के लिए उपकरण का पता लगाने के लिए अनुमति देते हैं ।
      2. सीमा से बच-ंयूनतम वर्तमान तीव्रता उत्पादन चल रहा है या कूद निर्धारित करते हैं । वर्तमान अध्ययन में, एक उच्च आवृत्ति २५०० हर्ट्ज उत्तेजना उद्धार (पल्स चौड़ाई: १०० & #181; s; नाड़ी अंतराल: १०० & #181; s) अवर colliculus को 1 मिनट के अंतराल में 20-50 & #181 द्वारा वर्तमान तीव्रता में वृद्धि; एक कदम जब तक चूहों से बच व्यवहार दिखाई दिया ।
      3. अपने घर पिंजरे में चूहा वापस, खुले मैदान साफ (०.१% एसिटिक एसिड समाधान) और यह सूखी ।
        नोट: आदेश में पारंपरिक सीमित प्रणाली के साथ TWS की उत्तेजना प्रभावकारिता की तुलना करने के लिए ऊपर वर्णित प्रक्रिया दोनों प्रणालियों का उपयोग किया गया था ।
    3. ऊंचा प्लस भूलभुलैया
      नोट: इन प्रयोगों में इस्तेमाल किया प्लस भूलभुलैया ग्रे एक्रिलिक का बना था और दो खुले हथियार (५० सेमी लंबी एक्स 10 सेमी चौड़ा) और दो बंद हथियार (५० सेमी लंबी एक्स 10 सेमी चौड़ा, ४० सेमी उच्च दीवारों के साथ) शामिल है कि एक केंद्रीय पीएलए से विस्तारित tform ऊंचा ५० cm ऊपर तल < सुप class = "xref" > 16 .
      1. प्लस के केंद्र में चूहा जगह-भूलभुलैया एक खुले हाथ की ओर का सामना करना पड़ और यह स्वतंत्र रूप से 5 min.
        2. के दौरान जारी रिकॉर्डिंग के तहत उपकरण का पता लगाने की अनुमति
      2. में प्रविष्टियों की संख्या रिकॉर्ड है, और एक 5 मिनट की अवधि में खुले और बंद हथियार में बिताया समय है ।
      3. अपने घर पिंजरे में चूहा वापस, साफ (०.१% एसिटिक एसिड समाधान) और प्रत्येक परीक्षण से पहले भूलभुलैया सूखी ।
    4. छिड़काव और प्रोटोकॉल
      1. Anesthetize xylazine/ketamine (१५० मिलीग्राम/किग्रा और १०० मिलीग्राम/किग्रा, क्रमशः; आईएफसआई) के साथ चूहे
      2. उत्तेजना केबल को प्रत्यारोपित इलेक्ट्रोड इकाई कनेक्ट और विद्युत उत्तेजना लागू करें (वर्तमान तीव्रता ५० & #181; A, पल्स चौड़ाई: १०० & #181; s; पल्स अंतराल: १०० & #181; s) के दौरान ९० एस आदेश इलेक्ट्रोड टिप के आसपास एक छोटे घावों का उत्पादन करने के लिए.
      3. पनि उत्तेजना केबल और perfuse शारीरिक खारा के साथ बाईं निलय के माध्यम से पशु ०.१ एम सोडियम फॉस्फेट बफर में 4% paraformaldehyde की २०० मिलीलीटर द्वारा पीछा किया, पीएच ७.३ (एक विस्तृत विवरण के लिए संदर्भ देखें < सुप वर्ग = "xref" > १७ ).
      4. को हटाने और उसे 4 ज के लिए विसर्जित करने पर ताजे निर्धारण में 4 & #176; ग.
      5. सुनिश्चित करें कि मुख्य cryostat कक्ष का तापमान-20 & #176; C.
      6. सूखी बर्फ पर दिमाग फ्रीज और ५० में उंहें काट & #181; एम धारावाहिक राज्याभिषेक वर्गों एक cryostat.
        7. का उपयोग कर इलेक्ट्रोड युक्तियों की स्थिति का पता लगाने के क्रम में cresylviolet के साथ वर्गों दाग
      7. , Paxinos और वाटसन द्वारा एटलस के अनुसार < सुप वर्ग = "xref" > १४ .

Representative Results

TWS तकनीकी डाटा

वायरलेस प्रणाली 4 स्वतंत्र रिकॉर्डिंग चैनल और 1 उत्तेजना चैनल प्रदान करता है । Extracellular गतिविधि रिकॉर्डिंग एकल कोर इलेक्ट्रोड द्वारा उठाया और वायरलेस प्रणाली के उच्च प्रतिबाधा संकेत इनपुट के लिए पारित किया गया था. दर्ज की गई संकेत पहले एक एसी-युग्मित, अंतर इनपुट एम्पलीफायर और bandpass फ़िल्टर (फिक्स्ड सिग्नल बैंडविड्थ, ५०० हर्ट्ज द्वारा x200) था... 5 kHz) केवल बहु इकाई गतिविधि रिकॉर्ड करने के लिए, क्योंकि वर्तमान अध्ययन में मुख्य ब्याज इकाई गतिविधि और नहीं स्थानीय क्षेत्र क्षमता रिकॉर्ड करने के लिए किया गया था । एकीकृत प्रोग्राम लाभ मुख्य एम्पलीफायर सॉफ्टवेयर-चार रिकॉर्डिंग चैनलों (x1, x2, x4, x8, x16, x32, x64) के लिए समायोज्य लाभ प्रदान करता है । वायरलेस प्रणाली की पूरी संकेत श्रृंखला x200, x400, x800, x1600, x3200, x6400 और x12800 के समग्र लाभ मूल्यों की पेशकश की । प्रवर्धन और छानने के बाद, एनालॉग सिग्नल एक उच्च आवृत्ति वाहक पर संग्राहक और २.४-२.५ गीगा वाद बैंड का उपयोग कर एक रेडियो ट्रांसीवर द्वारा प्रेषित डिजिटल कनवर्टर करने के लिए एक एनालॉग द्वारा डिजीटल किया गया था. संचरण पथ के दूसरी ओर एक ही ट्रांसीवर प्रकार का उपयोग किया गया था । यह दूसरा ट्रांसीवर एक पर्सनल कंप्यूटर से एक यूएसबी पोर्ट के जरिए जुड़ा हुआ था । संचरण पथ द्वि के लिए इस्तेमाल किया गया दिशात्मक डेटा संचरण के लिए पशु से कंप्यूटर और इसके विपरीत extracellular रिकॉर्ड संकेतों को भेजने के लिए संकेत प्रवर्धन और कंप्यूटर से पशु को उत्तेजना के लिए नियंत्रण मापदंडों ।

TWS का उपयोग करना, यह सफलतापूर्वक बहु इकाई मस्तिष्क गतिविधि रिकॉर्ड और अवर colliculus उत्तेजक जबकि चूहे स्वतंत्र रूप से खुले मैदान में घूम रहा था द्वारा पशुओं के व्यवहार को संशोधित करने के लिए संभव था । ट्रांसीवर पशु से दूर 5 मीटर के लिए रखा गया था और एक यूएसबी पोर्ट के माध्यम से कंप्यूटर से जुड़ा था ( चित्रा 2देखें). दर्ज संकेत गुणों की तुलना सीमित और वायरलेस प्रणाली के साथ झुकेंगे चित्रा 5में प्रदर्शन किया है । TWS रिकॉर्ड बहु इकाई गतिविधि एक वायर्ड रिकॉर्डिंग सिस्टम के रूप में एक समान संकेत गुणवत्ता के साथ । माइक्रो उत्तेजित करने वाला एक सच वायरलेस उत्तेजित करता है कि अद्यतन वास्तविक समय में उत्तेजना मानकों, यानी उत्तेजना संकेत है, जिनके मापदंडों TWS सॉफ्टवेयर के साथ परिभाषित कर रहे हैं के लिए पारित किया जाता है उत्तेजना इलेक्ट्रोड सिर मंच से जुड़े कुछ के भीतर मिसेज़ उत्तेजना बटन धकेलने के बाद. इसलिए, यह जानवर पिंजरे से बाहर ले बिना उत्तेजना मापदंडों को बदलने के लिए संभव था । इस सुविधा का लाभ है कि एक उत्तेजना प्रयोगों के लिए समय कम कर सकते हैं ।

एक TWS सॉफ्टवेयर विशेष रूप से एक ग्राफिकल यूजर इंटरफेस (चित्रा 3 और चित्रा 4) के माध्यम से वायरलेस प्रणाली (उदाहरण के लिए रिकॉर्डिंग और उत्तेजना) के सभी सुविधाओं के नियंत्रण की अनुमति के लिए डिज़ाइन किया गया था । सूक्ष्म उत्तेजना के लिए, एक उत्तेजना संकेत है कि TWS सॉफ्टवेयर के ग्राफिकल यूजर इंटरफेस का उपयोग कर विकसित किया गया था । TWS के उत्तेजित एक प्रभारी संतुलित निरंतर वर्तमान उत्तेजना मोड में इस्तेमाल किया गया था । उत्तेजना पैटर्न लगातार वर्तमान उत्तेजक सिर मंच वायरलेस इकाई में एकीकृत करने के लिए wirelessly भेजा गया था । उत्तेजना वर्तमान एक काम ब्याज के लक्ष्य में रखा microelectrode के बीच लागू किया गया था (उदाहरण के लिए वर्तमान अध्ययन में अवर colliculus के लिए) और एक बड़ा दूर काउंटर इलेक्ट्रोड कि जमीन या TWS के संदर्भ इलेक्ट्रोड के रूप में सेवा की । उत्तेजना इलेक्ट्रोड प्रतिबाधा और लगातार वर्तमान उत्तेजक के वोल्टेज अनुपालन के आधार पर, यह ± ६२५ µA की एक अधिक से अधिक उत्तेजना वर्तमान सीमा का उपयोग करने के लिए संभव है, हालांकि एक बहुत कम वर्तमान दहलीज वर्तमान प्रयोगों में आवश्यक था. यहां, biphasic चार्ज संतुलित निरंतर वर्तमान उत्तेजना चोटी धाराओं के साथ ३०० µA तक इस्तेमाल किया गया था । biphasic उत्तेजना के मामले में, पहली पल्स शारीरिक प्रभाव और दूसरी नाड़ी आम तौर पर विद्युत उत्तेजना के दौरान होने वाली प्रक्रियाओं को रिवर्स के रूप में वापस लेने के लिए प्रयोग किया जाता है18। TWS सिर मंच आपूर्ति वास्तविक समय उत्तेजना TWS सॉफ्टवेयर के ग्राफिकल यूजर इंटरफेस के माध्यम से निर्धारित पैटर्न ( चित्रा 4देखें).

TWS सॉफ्टवेयर तीन मुख्य वर्गों में विभाजित है: एक (i) रिकॉर्डिंग और उत्तेजना, एक (द्वितीय) उत्तेजना के लिए सभी विकल्पों की स्थापना के साथ उत्तेजना जनरेटर खिड़की के लिए नियंत्रण के साथ मुख्य खिड़की संकेत मापदंडों और एक (iii) पुनरावृत्ति के लिए रिप्लेर खिड़की रिकॉर्ड की गई डेटा फ़ाइलें । मुख्य विंडो उपयोगकर्ता के लिए 4 रिकॉर्डिंग चैनलों के रिकॉर्ड किए गए संकेतों को प्रदर्शित करने के लिए अनुमति देता है, सभी चैनलों के लिए लाभ सेट और प्रदर्शित संकेतों की रिकॉर्डिंग शुरू/ सिग्नल डेटा कंप्यूटर हार्ड डिस्क पर किसी फ़ाइल में संग्रहीत होते हैं । फ़ाइल पथ कॉन्फ़िगरेशन मेनू में सेट किया गया है । रिकॉर्डिंग मापदंडों के अलावा, मुख्य विंडो शुरू करने और उत्तेजना प्रक्रिया को रोकने के लिए अनुमति देता है । पशु मस्तिष्क में उत्तेजना इलेक्ट्रोड के माध्यम से पारित किया जाता है कि लगातार उत्तेजना वर्तमान मुख्य विंडो स्क्रीन पर वास्तविक समय में प्रदर्शित किया जाता है । उत्तेजना संकेत के मापदंडों पूर्व उत्तेजना पैरामीटर सेटिंग्स विंडो में समायोजित कर रहे हैं । यह मोनो या biphasic उत्तेजना पल्स गाड़ियों को परिभाषित करने के लिए और उदाहरण के लिए पल्स चौड़ाई, नाड़ी आयाम, दालों के बीच समय, आदि के लिए सभी आमतौर पर इस्तेमाल उत्तेजना नाड़ी मापदंडों सेट करने के लिए संभव है (विवरण के लिए चित्रा 4देखें). उत्तेजना पल्स समारोह से परिणाम है कि पूर्व चयनित पैरामीटर मूल्यों उत्तेजना जनरेटर विंडो में एक ग्राफिक प्रदर्शन में दिखाया गया है ।

TWS सॉफ्टवेयर प्रयोज्य पहलुओं के अनुसार डिजाइन किया गया था । सॉफ्टवेयर की उपयोगिता के लिए एक आवश्यक कारक है वायरलेस उत्तेजना की चिकनी प्रगति की गारंटी/रिकॉर्डिंग प्रयोग और एक सुरक्षित और आरामदायक काम कर वातावरण । यह प्रयोग की reproducibility को सुधारने में भी मदद करता है ।

एकल इकाई रिकॉर्डिंग डेटा और बिजली उत्तेजना

Extracellular बहु इकाई गतिविधि TWS और एक पारंपरिक सीमित रिकॉर्डिंग प्रणाली का उपयोग कर ही प्रत्यारोपित इलेक्ट्रोड से अवर colliculus में दर्ज क्रमिक था. चित्रा 5 प्रतिनिधि कच्चे डेटा दोनों प्रणालियों का उपयोग कर दर्ज की गई दिखाता है, जबकि पशु स्वतंत्र रूप से एक खुले मैदान में जा रहा था । संकेतों की प्रत्यक्ष तुलना समान स्पाइक waveforms और शोर का स्तर (चित्र 5 ए और 5B) का पता चलता है. स्पाइक फार्म का एक प्रदर्शन एक ' और बी ' में दर्शाया गया है ।

चूंकि चूहों ने सर्जरी के बाद TWS हेड स्टेज को हटाने का प्रयास नहीं किया और बाद के दिनों के दौरान यह मान लिया गया कि इससे उनकी हरकतों में काफी दखल नहीं हुआ और उन्हें असुविधा का कारण नहीं माना गया । इस प्रकार, TWS, चूहों की सीमित रिकॉर्डिंग में एक आम समस्या का उपयोग करके ऐसे हटाने और connectors और केबलों के चबाने के रूप में बचा लिया गया था । दरअसल, TWS सिर मंच के साथ चूहों को खुले मैदान और अधिक भूलभुलैया (एस का पता लगाने में सक्षम थेee मूवी 1) प्रदर्शन सामांय क्रॉसिंग, पालन और सौंदर्य व्यवहार ।

इसके अतिरिक्त, उत्तेजना मापदंडों TWS या पारंपरिक सीमित प्रणाली के साथ इस्तेमाल किया ही व्यवहार के परिणाम पैदा, यहां व्यवहार से बच । १०० µA से शुरू, उत्तेजना वर्तमान आयाम कदम से कदम बढ़ गया था जब तक भागने दहलीज-न्यूनतम वर्तमान तीव्रता उत्पादन चल रहा है या कूद-पहुँच गया था और भागने व्यवहार में भाग लिया था. 4 चूहों की व्यक्तिगत भागने की दहलीज दोनों प्रणालियों का उपयोग करते समय समान थे (चित्रा 5C).

Figure 1
चित्र 1: TWS microelectrode युनिट आहे. (1) रिकॉर्डिंग एकल इलेक्ट्रोड/tetrode, (2) उत्तेजना इलेक्ट्रोड, (3) इलेक्ट्रोड फाइबर कनेक्शन बोर्ड, (4) लचीला कनेक्शन केबल, (5) जमीन तार, (6) कनेक्टर बोर्ड, (7) पुरुष या महिला कनेक्टर के लिए TWS सिस्टम (A); TWS microelectrode इकाई से जुड़े (8) और धारक (9); (B) किसी stereotaxic फ़्रेम (C) से अनुलग्न किए जाने के लिए तैयार । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 2
चित्र 2 : TWS सिर मंच के शीर्ष दृश्य घुड़सवार मॉड्यूल (एक) बिजली की आपूर्ति के बिना । कुल आयाम: ऊंचाई १२.५ मीटर, गहराई 24 मिमी (१९.३ मिमी + 4.7 मिमी), चौड़ाई २२.१ मिमी, वजन: ५.९६ g. नीचे देखें (B) इलेक्ट्रोड इकाई कनेक्टर दिखा रहा है; संचय शक्ति की आपूर्ति, ऊंचाई 9 मिमी, गहराई 26 मिमी, चौड़ाई 20 मिमी, वजन 6 जी (ग); इस परीक्षण के लिए इस्तेमाल किया TWS घटकों का एक सिंहावलोकन: (1) सिर मंच इकाई संचयक के साथ पशु ´ एस खोपड़ी पर घुड़सवार, (2) ट्रांसीवर इकाई कंप्यूटर यूएसबी पोर्ट से जुड़ा है, (3) TWS सॉफ्टवेयर (डी); एक चूहे की तस्वीर आज़ादी से चलती है और microelectrode इकाई से जुड़ा TWS सिर मंच दिखा पहले प्रत्यारोपित (ई) और TWS सॉफ्टवेयर दिखा अनुकरणीय दर्ज संकेतों (एफ) । TWS सिर मंच आपूर्ति वास्तविक समय उत्तेजना TWS सॉफ्टवेयर के ग्राफिकल यूजर इंटरफेस के माध्यम से निर्धारित पैटर्न । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 3
चित्रा 3: TWS सॉफ्टवेयर ग्राफिकल यूजर इंटरफेस, स्क्रीन रिकॉर्डिंग. एक एकल द्विध्रुवी रिकॉर्डिंग इलेक्ट्रोड के साथ TWS की रिकॉर्डिंग प्रदर्शन, अवर colliculus में प्रत्यारोपित, स्क्रीन पर दर्शाया गया है. कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 4
चित्र 4: TWS सॉफ़्टवेयर ग्राफ़िकल यूज़र इंटरफ़ेस. उत्तेजना स्क्रीन (एक) और उत्तेजना पैरामीटर निर्दिष्टीकरण (ख). उत्तेजना संकेत पैरामीटर (C) जैसे पल्स चौड़ाई (PxW), पल्स आयाम (PxA), अंतर पल्स देरी (आइपीडी), दालों के बीच समय (TBP), ट्रेन प्रति पल्स (PPT) और ट्रेनों के बीच समय (TBT) TWS सॉफ्टवेयर ग्राफिकल यूजर इंटरफेस के माध्यम से समायोज्य रहे हैं. कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 5
चित्र 5 : एक बहु-इकाई संकेत के बीच गुणात्मक तुलना TWS (a) और एक वायर्ड रिकॉर्डिंग सेटअप (B) के साथ extracellularly दर्ज की गई । दोनों रिकॉर्डिंग एक ही TWS microelectrode यूनिट (प्रतिबाधा 0.5 mohm) अवर colliculus में प्रत्यारोपित से प्राप्त की गई. दो रिकॉर्डिंग इलेक्ट्रोड संपर्कों के बीच अक्षीय दूरी लगभग ४०० µm था. वायर्ड प्रणाली और TWS की रिकॉर्डिंग बैंडविड्थ समान थे (५०० हर्ट्ज... 5 khz), संकेतों ४० khz (वायर्ड सिस्टम) और ३२ khz (TWS) के साथ नमूना थे. दोनों प्रणालियों एक समान संकेत गुणवत्ता के साथ बहु इकाई गतिविधि दर्ज की गई । TWS और वायर्ड रिकॉर्डिंग्स के बीच गोलीबारी की दरों में कोई स्पष्ट अंतर नहीं है । दोनों रिकॉर्डिंग से ंयूरॉन की कार्रवाई संभावित तरंग एक ' और ' बी में दिखाए जाते हैं । इसी तरह उत्तेजना मापदंडों 4 चूहों के लिए आवश्यक बच दहलीज तक पहुंचने के लिए एक सीमित प्रणाली (टीएस) या TWS (सी) का उपयोग कर रहे थे । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Movie
चलचित्र 1: प्लस भूलभुलैया परीक्षण के दौरान सामान्य खोजपूर्ण व्यवहार का प्रदर्शन एक अनुकरणीय चूहा. TWS पशु परीक्षण तंत्र में उलझ हो रही तारों के बिना खुले और बंद हथियार दर्ज करने के लिए अनुमति देता है, अभी तक यह छोटे और पर्याप्त प्रकाश इतना है कि यह केवल न्यूनतम कार्य में ही हस्तक्षेप करता है. इस वीडियो को देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें । (डाउनलोड करने के लिए राइट-क्लिक करें.)

Discussion

यहां, स्वतंत्र रूप से चलने वाले पशुओं में electrophysiological और व्यवहार अध्ययन के लिए एक व्यापक रूप से सुलभ वायरलेस रिकॉर्डिंग और उत्तेजना प्रणाली प्रस्तुत की गई । TWS व्यवहार परख में मांय किया गया है एक मॉडल संरचना के रूप में अवर colliculus का उपयोग कर । TWS दृष्टिकोण मौजूदा लोगों पर कई फायदे हैं । सबसे पहले, प्रणाली एक पोर्टेबल TWS सिर एक एम्पलीफायर और एक rechargeable बैटरी के साथ सुसज्जित मंच का उपयोग करता है, के लिए स्थिर दीर्घकालिक रिकॉर्डिंग की अनुमति 1 के लिए एक ही बैटरी और वायरलेस संचालन दूरी के साथ घंटे 5 एम । दूसरे, TWS सिर मंच है लाइट और कॉम्पैक्ट, वजन 12 जी बैटरी सहित, और सिर मंच को हटाने और तारों चबाने से चूहे को रोकने के लिए विकसित किया गया था । यह अच्छी तरह से जानवरों द्वारा सहन किया गया था के बाद से पशु ´ s व्यवहार की प्रदर्शनों पर कोई प्रभाव के साथ और बिना TWS सिर मंच मनाया गया, प्रणाली व्यवहार कार्यों का एक व्यापक सेट करने के लिए लागू कर रही है । तीसरा, प्रणाली वास्तविक समय में पहुंचाता है । चौथे, एक साथ द्वि-दिशा रिकॉर्डिंग और तंत्रिका गतिविधि की उत्तेजना के माध्यम से, प्रणाली विशिष्ट मस्तिष्क सक्रियण पैटर्न और व्यवहार के बीच कारण संबंधों का आकलन करने के लिए एक परिष्कृत उपकरण प्रदान करता है, इस प्रकार कमियों पर काबू पाने एकतरफ़ा प्रणालियों की । इस सुविधा के लिए विशेष रूप से गहरी मस्तिष्क उत्तेजना, जो आम तौर पर सटीक मूल्यांकन, निगरानी, और लंबी अवधि के व्यवहार प्रयोगों के दौरान उत्तेजना मापदंडों का समायोजन की आवश्यकता के क्षेत्र के लिए मूल्यवान विधि बनाता है । अंत में, एक लंबे समय से प्रत्यारोपित microelectrode इकाई एकीकृत रिकॉर्डिंग, उत्तेजना और संदर्भ इलेक्ट्रोड है कि आसानी से एक पारंपरिक stereotaxic सर्जरी के दौरान प्रत्यारोपित किया जा सकता है के साथ विकसित किया गया था । देखने के इस बिंदु से, TWS एक एकीकृत वायरलेस प्रणाली है जो उत्तेजना और रिकॉर्डिंग प्रयोगों के reproducibility बढ़ जाती है । TWS की रिकॉर्डिंग की गुणवत्ता एक व्यावसायिक रूप से उपलब्ध वायर्ड रिकॉर्डिंग सिस्टम के साथ प्राप्त रिकॉर्डिंग की गुणवत्ता के समान होना दिखाया गया था ( चित्र 5देखें) ।

यह व्यापक रूप से जाना जाता है कि चूहे में अवर colliculus की बिजली की उत्तेजना स्पष्ट भागने चल रहा है या कूद, कि पर्यावरण की चुनौतियों से11,12में भाग लेने के डर के लिए प्रतिक्रियाओं की नकल द्वारा विशेषता है, 13. इस व्यवहार अवर TWS या पारंपरिक सीमित प्रणाली का उपयोग colliculus उत्तेजक द्वारा वर्तमान अध्ययन में प्रेरित किया गया था । आदेश में TWS की उत्तेजना प्रभावकारिता का परीक्षण करने के लिए, भागने थ्रेसहोल्ड-न्यूनतम वर्तमान तीव्रता उत्पादन चल रहा है या कूद-दोनों प्रणालियों का उपयोग तुलना में थे. TWS सिर मंच के साथ चूहों जल्दी से चलाने में सक्षम हैं, कूद और खुले मैदान से बाहर चढ़ाई, अर्थात् प्रदर्शन ठेठ भागने व्यवहार, आंदोलन की अधिक से अधिक स्वतंत्रता के साथ । महत्वपूर्ण बात, भागने थ्रेसहोल्ड पारंपरिक tethered प्रणाली की तुलना में समान थे । एक साथ, एक जगह चुनौतीपूर्ण प्रतिमान TWS है, जो यह एक परेशानी मुक्त रास्ते में महारत हासिल की लचीलापन परीक्षण किया गया ।

TWS भी जीर्ण विद्युत उत्तेजना प्रयोगों के लिए अनुकूल है के बाद से microelectrode इकाई प्रत्यारोपित पुरानी उपयोग की अनुमति देता है । TWS उत्तेजना वर्तमान बहुत ठीक एक तरह से सही आवृत्ति और उत्तेजना वर्तमान जो एक व्यवहार प्रतिक्रिया को बढ़ाने के लिए प्रभावी है की राशि का पता लगाने में मानकों को समायोजित करने की अनुमति देता है । इसके अतिरिक्त, एक ही जानवर उसी वर्तमान दहलीज 3 दिन बाद और एक ही वांछित व्यवहार प्रतिक्रिया के साथ उत्तेजित किया गया था । यह पता चलता है कि उत्तेजना इलेक्ट्रोड टिप के आसपास के ऊतकों को उत्तेजना वर्तमान कि आम तौर पर दोहराया उत्तेजना के साथ वृद्धि की उत्तेजना वर्तमान आयाम के लिए एक ही व्यवहार प्रतिक्रिया को बढ़ाने के लिए की आवश्यकता है क्षतिग्रस्त नहीं था ।

इसके अलावा, यह प्रयोगात्मक समय काफी कम करने के लिए संभव है क्योंकि TWS सूक्ष्म उत्तेजित करता है वास्तविक समय में पैरामीटर उत्तेजना अद्यतन जब experimenter उन्हें ग्राफिकल यूजर इंटरफेस में परिवर्तन. अंय विद्युत उत्तेजितताओं19 नैदानिक अनुसंधान के लिए इस्तेमाल उत्तेजना पैरामीटर अद्यतन के लिए reप्रोग्राम होना चाहिए । उन मामलों में, डिवाइस एक प्रोग्रामिंग यूनिट के लिए केबल के जरिए जानवर tethering द्वारा क्रमादेशित है. TWS का उपयोग करते समय यह आवश्यक नहीं है ।

अंत में, बैटरी TWS सिर मंच के शीर्ष करने के लिए तय हो गई है और बिजली बैटरी के आसान विनिमय के लिए एक दो पिन चुंबक संबंधक के माध्यम से सिर मंच से जुड़े । फायदा यह है कि प्रयोग के दौरान यह संभव है कि प्रत्यारोपित इलेक्ट्रोड इकाई, जो जानवर के लिए और अधिक आरामदायक है से TWS सिर मंच तोड बिना बैटरी बदल सकता है । वर्तमान अध्ययन के दौरान हमने एक बैटरी का उपयोग किया जिसका संचालन समय मात्र 1 एच. यदि experiment 1 h से अधिक समय लेता है, तो यह एक अतिरिक्त चार्ज बैटरी उपलब्ध करने के लिए अनुशंसित है । TWS की क्षमता के साथ प्रतिस्थापन rechargeable बैटरी के लिए जोड़ा जा सकता है (i) 1 h ऑपरेशन समय के लिए २३० ma या (ii) ४५० ma लगभग २.५ h आपरेशन समय के लिए । बैटरी के दोनों प्रकार के 15 मिनट में पूरी तरह से रीचार्ज किया जा सकता है ।

सारांश में, वर्तमान अध्ययन तंत्रिका उत्तेजना और रिकॉर्डिंग आज़ादी से छोटे जानवरों के व्यवहार के लिए बनाया गया TWS के आपरेशन का वर्णन है । प्रत्यारोपित microelectrode इकाई, सिर मंच, रिसीवर और सॉफ्टवेयर के एक पूरी तरह से एकीकृत सेट के रूप में अच्छी तरह से प्रस्तुत किया है । वायरलेस रिकॉर्डिंग और उत्तेजना की गुणवत्ता और अधिक आरामदायक, प्रकाश और जानवर के लिए सुरक्षित होने का लाभ के साथ सीमित रिकॉर्डिंग प्रणाली के समान है । इसलिए, TWS को सीमित प्रणाली की जगह के बाद से यह है पशु गतिशीलता को सीमित नहीं करता है और एक लचीला विधि के लिए उत्तेजना और तंत्रिकाओं पर नियंत्रण के लिए परिस्थितियों में जहां अंय दृष्टिकोण मुश्किल या असंभव होगा प्रदान करता है इस्तेमाल किया जा सकता है । इसलिए, TWS एक महत्वपूर्ण उपकरण की जांच करने के लिए कैसे परिभाषित तंत्रिका सर्किट में विद्युत गतिविधि व्यवहार के कुछ रूपों, तंत्रिका विज्ञान में एक मौलिक प्रश्न उत्पंन कर सकते हैं ।

Disclosures

सह लेखक Uwe थॉमस और Sascha थॉमस ' थॉमस रिकार्डिंग GmbH ' के मालिक हैं, जो इस अध्ययन में प्रयुक्त उत्पादों का विकास कर रहे हैं और इस समाचार पत्र में वर्णित सामान्य अनुसंधान विषय से संबंधित हैं. इसके अलावा सह लेखक कटारा Hoehl को "थॉमस रिकार्डिंग GmbH" से आय प्राप्त होती है । वे आर्थिक रूप से इस परिस्थिति से लाभ यदि कंपनी अपने उत्पादों है कि इस शोध से संबंधित है विपणन में सफल हो सकता है । इस अध्ययन में प्रयुक्त "थॉमस रिकॉर्डिंग" उपकरण किसी भी आरोप के बिना व्यवहार तंत्रिका विज्ञान, प्रयोगात्मक और जैविक मनोविज्ञान-Philipps Universität Marburg के विभाग को समर्पित किया गया था ।

Acknowledgments

यह काम जर्मन संघ औद्योगिक अनुसंधान संघों (एआईएफ; अनुदान संख्या: KF2780403JL3) से एक अनुदान अनुसंधान द्वारा समर्थित किया गया था ।

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.

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References

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व्यवहार अंक १२९ इलेक्ट्रोफिजियोलॉजी मस्तिष्क उत्तेजना मल्टीचैनल रिकॉर्डिंग द्वि-दिशात्मकता टेलीमेट्री व्यवहार वायरलेस उत्तेजना वायरलेस extracellular रिकॉर्डिंग
Vivo रिकॉर्डिंग और स्वतंत्र रूप से व्यवहार चूहों में तंत्रिका गतिविधि की उत्तेजना <em>में</em> के लिए एक वायरलेस, द्वि-दिशा इंटरफेस
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Melo-Thomas, L., Engelhardt, K. A.,… More

Melo-Thomas, L., Engelhardt, K. A., Thomas, U., Hoehl, D., Thomas, S., Wöhr, M., Werner, B., Bremmer, F., Schwarting, R. K. W. A Wireless, Bidirectional Interface for In Vivo Recording and Stimulation of Neural Activity in Freely Behaving Rats. J. Vis. Exp. (129), e56299, doi:10.3791/56299 (2017).

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