Summary
Detta protokoll beskriver byggandet av en hybrid Microdrive array som möjliggör implantation av nio oberoende justerbara tetrodes och en justerbar OPTO-kisel sond i två hjärnregioner i fritt rörliga möss. Också visat är en metod för att säkert återhämta sig och återanvända OPTO-kisel sond för flera ändamål.
Abstract
Multiregionala neurala inspelningar kan ge viktig information för att förstå fina tidsskalan interaktioner mellan flera regioner i hjärnan. Konventionella Microdrive konstruktioner tillåter ofta endast användning av en typ av elektrod för att spela in från en eller flera regioner, vilket begränsar avkastningen av en enhet eller djup profil inspelningar. Det begränsar också ofta förmågan att kombinera elektrod inspelningar med optogenetiska verktyg för att rikta väg och/eller celltyp specifik aktivitet. Presenteras här är en hybrid Microdrive array för fritt rörliga möss för att optimera avkastningen och en beskrivning av dess tillverkning och återanvändning av Microdrive array. Den nuvarande designen sysselsätter nio tetrodes och en opto-kisel sond implanteras i två olika hjärnområden samtidigt i fritt rörliga möss. Den tetrodes och OPTO-Silicon sonden är oberoende justerbar längs dorsoventral axeln i hjärnan för att maximera avkastningen av enhet och oscillerande aktiviteter. Denna Microdrive Array innehåller också en uppsättning för ljus, medla optogenetisk manipulation för att undersöka den regionala-eller celltyp-specifika svar och funktioner av långväga neurala kretsar. Dessutom kan OPTO-silikonsonden säkert återvinnas och återanvändas efter varje experiment. Eftersom Microdrive-matrisen består av 3D-tryckta delar, kan utformningen av mikroenheter enkelt modifieras för att rymma olika inställningar. Först beskrivs är utformningen av Microdrive array och hur man fäster den optiska fiber till en kisel sond för optogenetik experiment, följt av tillverkning av tetrode bunt och implantation av matrisen i en mushjärna. Inspelningen av lokala fält potentialer och enhet tillsatta kombinerat med optogenetisk stimulering visar också genomförbarheten av Microdrive array system i fritt rörliga möss.
Introduction
Det är viktigt att förstå hur neuronala aktivitet stöder kognitiv process, såsom inlärning och minne, genom att undersöka hur olika hjärnregioner dynamiskt interagerar med varandra. För att belysa dynamiken i neurala aktiviteten underliggande kognitiva uppgifter, storskalig extracellulär elektrofysiologi har utförts i fritt rörliga djur med hjälp av Microdrive arrayer1,2,3, 4. Under de senaste två decennierna, flera typer av Microdrive array har utvecklats för att implantatet elektroder i flera regioner i hjärnan för råttor5,6,7,8 och möss9, 10 , elva , 12. icke desto mindre, nuvarande Microdrive konstruktioner i allmänhet inte tillåter användning av flera sond typer, tvingar forskarna att välja en enda elektrodtyp med specifika fördelar och begränsningar. Till exempel, tetrode matriser fungerar bra för tätbefolkade hjärnregioner såsom dorsala Hippocampus CA11,13, medan kisel sonder ger en bättre geometrisk profil för att studera anatomiska anslutningar14 , 15.
Tetroder och kisel sonder används ofta för in vivo kronisk inspelning, och varje har sina egna fördelar och nackdelar. Tetrodes har visat sig ha betydande fördelar i bättre enhets isolering än enstaka elektroder16,17, förutom kostnadseffektivitet och mekanisk styvhet. De ger också högre avkastning av enstaka enhet verksamhet i kombination med Microdrive-8,18,19,20. Det är viktigt att öka antalet samtidigt inspelade neuroner för att förstå funktionen av neurala kretsar21. Till exempel behövs ett stort antal celler för att undersöka små populationer av funktionellt heterogena celltyper såsom tidsrelaterade22 eller belöning kodning23 celler. Mycket högre cell nummer krävs för att förbättra avkodnings kvaliteten på Spike sekvenser13,24,25.
Tetrodes har dock en nackdel med att spela in rumsligt distribuerade celler, såsom i cortex eller thalamus. I motsats till tetrodes kan silikon sonder ge rumslig distribution och interaktion av lokala fält potentialer (lfps) och tillspikning verksamhet inom en lokal struktur14,26. Flera skaft silikon sonder ytterligare öka antalet inspelningsplatser och tillåta inspelning över enskilda eller angränsande strukturer27. Emellertid, sådana arrayer är mindre flexibla i placeringen av elektrod platser jämfört med tetrodes. Dessutom krävs komplexa Spike sortering algoritmer i hög densitet sonder för att extrahera information om åtgärder potentialer av angränsande kanaler för att spegla de data som förvärvats av tetrodes28,29,30. Därför är den totala avkastningen av enskilda enheter ofta mindre än tetrodes. Dessutom är kisel sonder ofördelaktiga på grund av sin bräcklighet och höga kostnader. Sålunda, valet av tetrodes vs Silicon sonder beror på syftet med inspelningen, vilket är en fråga om huruvida få en hög avkastning på enstaka enheter eller rumslig profilering på inspelningsplatser prioriteras.
Förutom att registrera neurala aktivitet har optogenetisk manipulation blivit en av de mer kraftfulla verktyg i neurovetenskap för att undersöka hur specifika celltyper och/eller vägar bidrar till neurala krets funktioner13,31, 32,33. Emellertid, optogenetiska experiment kräver ytterligare övervägande i Microdrive array design för att fästa fiber kontakten till stimulering ljuskällor34,35,36. Ofta kräver anslutning fiber-optik en relativt stor kraft, vilket kan leda till en mekanisk förskjutning av sonden i hjärnan. Därför är det inte en trivial uppgift att kombinera en implanable optisk fiber till konventionella Microdrive arrayer.
Av ovanstående skäl, forskare är skyldiga att optimera valet av vilken typ av elektrod eller att implantatet en optisk fiber beroende på syftet med inspelningen. Till exempel tetrodes används för att uppnå högre enhet avkastning i hippocampus1,13, medan kisel sonder används för att undersöka laminär djup profil av kortikala områden, såsom mediala entorhinal Cortex (MEC)37. För närvarande, Microdrive-för samtidig implantation av tetrodes och kisel sonder hade rapporterats för råttor5,11. Det är dock oerhört utmanande att implantatet flera tetroder och kisel sonder i möss på grund av vikten av mikroenheter, begränsat utrymme på mus huvudet, och rumsliga krav för utformningen av Microdrive att anställa olika sonder. Även om det är möjligt att implantatet kisel sonder utan en Microdrive, detta förfarande tillåter inte för justering av sonden och sänker framgångs graden av kisel-sond återhämtning12,38. Dessutom kräver optogenetiska experiment ytterligare överväganden i Microdrive array design. Detta protokoll visar hur man konstruerar och implantat en Microdrive array för kronisk inspelning i fritt rörliga möss, vilket möjliggör implantation av nio oberoende justerbara tetrodes och en justerbar OPTO-Silicon sond. Denna Microdrive array underlättar också optogenetiska experiment och återvinning av kisel sonden.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Alla metoder som beskrivs här har godkänts av den institutionella djuromsorg och användning kommittén (IACUC) vid University of Texas Southwestern Medical Center.
1. förberedelser av Microdrive array delar
- Skriv ut mikrodiskmatrisens delar med en 3D-skrivare som använder Dental modell harts (figur 1a, B). Se till att tjockleken på enskilda 3D-tryckta skikt är mindre än 50 μm för att hålla de små hålen på de tryckta delarna tydliga och livskraftiga.
Obs: Microdrive-matrisen består av fem delar (figur 1c): (1) huvuddelen av Microdrive-matrisen, som innehåller nio Microdrive-skruvar för tetrodes och en skruv för en kisel sond (figur 1ca-d). Samordningen av tetrode-bunten och hålet för OPTO-silikonsonden i botten beror på mål hjärn områdets koordinater (figur 1Cd). (2) en shuttle för att fästa en kisel sond eller optrod (figur 1Ce); (3) en sond elektrisk connecter fäste för att hålla kisel sonden connecter (figur 1Cf); (4) en fiber kontakt förtennad hållare som klämmorna till mitten delen av kroppen för att förhindra oönskade rörelser av implanterade OPTO-kisel sond vid pluggning/dra ur en optisk fiber kontakt (figur 1cg); och (5) en avskärmning kon som ger fysiska och elektriska avskärmning till Microdrive array för stabil inspelning (figur 1Ch). Den totala vikten av Microdrive array är 5,9 g, inklusive avskärmning konen (tabell 1). Om hålen är igensatta i de tryckta delarna, borra ut hålen med hjälp av borrkronor: #76 för de inre hålen och #68 för de yttre hålen för tetrode-Microdrive skruvar, #71 för tetrode Microdrive-skruv supporter hål, och #77 för hålen för guide-stolpar på botten av kroppen. - Insättning av guide inlägg i Microdrive array kroppen.
- Skär 2 16 mm längder av 26-ga rostfri ståltråd. Slipa försiktigt tråd topparna med en roterande slipmaskin.
- För in trådarna i kroppens bottenhål (figur 2A). Applicera en liten mängd cyanoakrylatlim i botten av kroppen för att säkra styr stolparna.
2. OPTO-silikon sond beredning
- Förbered Microdrive-skruven för en kisel sond.
Obs: Microdrive-skruven för kisel sonden består av en anpassad skruv (300 μm pitch), stöd för ett stöttör och en L-form tub (figur 2b).- Förbered formen för Microdrive huvudet (figur 2C). För att konstruera mögel, förbereda 3D-tryckt plast mönster av Microdrive (figur 2Ca). Sedan, Häll flytande silikongel efter att ha gjort en temporala vägg genom att sätta band runt mönstret. Ta bort luftbubblor genom att skaka försiktigt, vänta tills det är botad, ta sedan bort silikon-Gel mögel från mönstret (figur 2Cb).
- Skär 18 mm och 9,5 mm längder av 23 G rostfri tråd med hjälp av en roterande slipmaskin. Roughen topp 2-3 mm av trådarna med en roterande slipmaskin för att förbättra vidhäftning av Dental akryl.
- Ta en anpassad skruv och tillämpa liten mängd av kisel olja för att minska friktionen med Dental akryl. Ställ kablarna och en anpassad skruv till mögel.
- Häll Dental akryl i formen med hjälp av en spruta för att eliminera luftbubblor runt trådarna och skruvarna. Luftbubbla kontaminering kommer att göra Microdrive bräcklig. Vänta tills Dental akryl är helt botad, sedan ta av Microdrive skruvarna från mögel. Böj 6 mm av den längre tråd spetsen till en 60 ° vinkel med hjälp av tång.
- Kontrollera kvaliteten på mikrodrivskruvarna (t. ex. sprickor, luftbubblor och friktion) för att rotera skruven. Om det finns hög friktion, rotera skruven tills de blir släta med hjälp av en elektrisk skruv förare med en anpassad förare spets, som par med Microdrive skruven.
- Installera Microdrive skruven i Microdrive array kroppen för att kontrollera om det rör sig upp och ner smidigt genom att vrida skruven. Trådar för skruven skapas automatiskt när du sätter in skruven i hålet i kroppen.
- Förbered skytteln (figur 3Aa).
- Skär två 5 mm längder av polyetereterketon (PEEK) slangar med vassa saxar. Rikta in rören på båda sidor av skytteln. Limma rören och shuttle med epoxi.
- Applicera en liten mängd kisel olja på styr stolparna. Kontrollera kvaliteten på skytteln genom att sätta på styr stolpar av Microdrive array kroppen. Se till att skytteln rör sig smidigt utan överdriven friktion.
- Förbered en optorode (figur 3Ab). Det här steget kan hoppas över om ett optogenetic experiment inte krävs.
- Klyva den optiska fibern till 21 mm i längd med hjälp av en rubinfräs. Slipa fiber spetsen för att göra spetsen platt och glänsande.
- Placera försiktigt den optiska fibern på framsidan av kisel sonden. Fiber spetsen är placerad 200 – 300 μm över toppen av elektrod platserna. Håll fibern tillfälligt med genomskinlig tejp.
- Limma den optiska fibern till basen av kisel sonden med liten mängd epoxi. Vänta minst 5 h tills epoxin är helt botad.
Anmärkning: det rekommenderas att fästa den optiska fiber på samma sida som elektroden platser. Fästa fiber på baksidan kan hindra ljuset från att korrekt belysa inspelningsplatser.
- Fäst skytteln på kisel sonden (figur 3Ac): Applicera en liten mängd epoxi på bak bilden av kisel sondens bas. Fäst den nedre delen av skytteln till kisel sond bas, och försiktigt hålla i läge för 2-3 min för att undvika bildandet av en lucka mellan skyttel och kisel sond bas under initial härdning av epoxin. Vänta minst 5 h tills epoxin är helt botad.
- Sätt försiktigt in pendel rören på styr stolparna i huvud kroppen under mikroskopet (figur 3b). Under detta förfarande, håll spåret av Shuttle med fin pincett.
- Sätt i Microdrive-skruven i skruvhålet genom att vrida skruven. Engagera kisel sonden och Microdrive-skruven genom att sätta in spetsen på L-form tråden i spåret av Shuttle huvudet (figur 3c).
- Anslut sonden Electrical connecter-hållaren till mikrodiskens array Body (figur 3D).
- Skär två #0 skruvar till 3,5 mm gänglängd. Slipa tipsen för att ta bort grader.
- Placera sonden connecter på kroppen. Placera den elektriska kontakten för silikon sonden i hållaren.
- Säkra silikon sonden kontakten i hållaren med epoxi, och se till att inte limma fast den på Microdrive array kroppen för att möjliggöra återvinning förfarandet av kisel sonden. Sätt i skruvarna för att hålla sondens anslutnings hållare.
- Fäst Ferrule-hållaren på OPTO-Silicon sonden och Microdrive array Body (figur 3D).
- Skär två #0 skruvar till 6 mm gänglängd. Slipa tipsen för att ta bort grader.
- Slipa utsidan av två #0 maskinskruv nötter att göra små hex nötter med 2.5-3.0 mm ytterdiameter för att minska vikt och utrymme.
- Sätt i skruvarna i komponent A på hållaren. Limma skruvhuvudena med epoxi.
- Applicera liten mängd kisel fett på komponent A och B för att minska friktionen med kroppen. Sätt in komponent A i kroppen, sedan temporally hålla med omvänd pincett.
- Placera komponent B på komponent A: s skruvar. Trä de anpassade muttrarna i skruvarna. Använd tång för att dra åt muttrarna för att säkra kontakt förtennad hållaren på kroppen.
- Sätt fiber hylsa i spåret av fiber kontakt förtennad innehavaren (komponent B). Se till att fiber Hylen fastnar 4 – 5 mm ut från hållaren.
- Applicera en liten mängd epoxi mellan hylskeln och hållarens spår. Vänta tills epoxin är helt botad och kontrollera att kontakt förtennad inte rör sig. Kontrollera Shuttle och kontakt förtennad hållaren för smidig rörelse genom att Lossa muttrarna innan du vrider Microdrive-skruven.
- Kontrollera avsondens arbetsavstånd. Se till att Sondspetsen helt dras in i kroppen när Ferrule-hållaren är på topp positionen medan pendel rören fortfarande är förknippade med styr stolparna. Den maximala arbets sträckan bestäms av längden på silikon sonden och mål hjärnregionen.
- Om Microdrive-skruven är lös, applicera liten mängd Dental akryl runt skruven för att lägga till fler trådar för stöd. När den är botad, Vrid skruven för att kontrollera täthet och stabilitet.
3. tetrode beredning
Anmärkningar: den här proceduren liknar tidigare publicerade artiklarna8,19,20,39.
- Förbered Microdrive skruvar för tetrode. Microdrive för en tetrode består av en egenbearbetad skruv och en 23 G slang (figur 2b). Denna procedur liknar avsnitt 2,1.
- Gör en bunt med 30 G rostfria stålrör som har en 5,5 mil tråd inuti. I detta fall användes sammanlagt 9 30 G slang (åtta inspelnings tetroder och en referenselektrod).
- Trä 30 G bunt från botten av enheten kroppen, och säkra dem med 20 G tunnväggiga slangar till huvud kroppen. Trimma botten av bunten med en roterande slipmaskin för att göra spetsen jämn och spola. Trimma den övre delen av 30 G-rören med en roterande slipmaskin så att 30 G-röret sticker ut ca 0,5 mm från huvud kroppen.
- Ladda 5,5 mil polyimid isolerande rör i 30 G slangen. Förbered tetrode trådar och ladda dem till en 32-kanals elektriskt gränssnitt ombord (EIB). Kontrollera den elektriska anslutningen med impedansprovaren innan Final precision cut.
- Undre elektrod spets impedans till 250 – 350 kΩ med guldpläteringslösning. Fix alla tetrodes med superlim.
- Fyll alltför stort gap mellan polyimidrör och tetrod med mineralolja för tätning och smörjning. Väg jordledningen till EIB.
Obs: om det behövs kan den optiska fibern integreras längs tetrode Wires12.
4. fästa skydds kon
- Måla silver ledande skärmning färg på insidan av den tryckta konen. Placera mikrodiskmatrisen inuti konen (figur 3E).
- Skär två #0 skruvar till 3,5 mm gänglängd. Fäst skruvarna från utsidan av konen för att hålla Microdrive array på plats.
- Applicera silver färg runt skruvhuvudet för att elektriskt ansluta avskärmnings kon med elektrisk jord. Kontrollera den elektriska anslutningen mellan jordtråden och konen. Applicera en liten mängd epoxi mellan Microdrive array Body och avskärmnings kon för att fästa kroppen på ett säkert sätt.
Obs: ett annat sätt att förbereda avskärmningen konen är att använda aluminium tejp40 (figur 3F). Först, Förbered mönstret papper för avskärmning konen efter stickning aluminiumfolie till papperet (figur 3Fa). Rulla sedan papperet och fäst det på Microdrive-kroppen med en liten mängd cyanoakrylatlim (figur 3Fb). Vikten av denna kon är 0,72 g och den totala vikten av Microdrive matrisen reduceras till 4,7 g (tabell 1).
5. implantatkirurgi
Anmärkningar: den här proceduren ändras från tidigare publicerade artiklar18,39,41 för dual-site implantation. Se till att djurets vikt är över 25 g för Microdrive-implantatet för snabbare återhämtning efter operationen.
- Förberedelse
- För att förbereda en jordskruv, fäst silvertråden till en skallskruv och tillämpa silver färg. Sedan, bifoga en guldnål till motsatt sida av tråden med silver färg.
- Förbered Drive Holding-adaptern för att hålla Microdrive-matrisen till en stereotaktisk enhet. Fäst en hane connecter till ett rostfritt handtag med epoxi. Se till att anpassningen av connecter och rostfritt handtag är rak.
- Om histologisk bekräftelse behövs efter inspelningen, applicera di-I på tetroderna eller baksidan av kisel sonden38.
- Sänk kisel sonden nedåt för att bli önskat djup. Lossa muttrarna på hylshållaren med hjälp av tänger, sänk kisel sonden (Opto-Silicon PROBE) genom att vrida silikonsonden Microdrive-skruv, och fäst sedan muttrarna för att fästa hylshållaren. När implantera tetrodes i hippocampus området CA1 och en kisel-sond i MEC, avståndet mellan tetrode kanyl och kisel-sond spets är 3-4 mm.
- Ställ den sövda musen (0,8% – 1,5% isofluran) i en stereotaxic-enhet. Den anestesi tillstånd av musen bekräftas av frånvaro av tå-nypa reflex. Applicera klar salva på ögonen för att förhindra torkning. Täck ögonen med en bit folie för att skydda mot stark kirurgisk ljus exponering.
- Desinficera musens hårbotten med jod och isopropanol efter rakning pälsen. Gör en 1,5-2,0 cm snitt i hårbotten med hjälp av standard kirurgisk sax, och ta bort vävnaden över skallen med bomullsvabb efter subkutant tillämpa lidokain.
- Rikta in mus huvudet med stereotaxic-verktyget. Se till att höjdskillnaden mellan bregma och lambda är mindre än 100 μm. Bestäm kraniotomi plats med hjälp av en Atlas och markera dessa platser med en steriliserad penna.
- Ankare skalle skruvarna (0,8 mm diameter, 0,200 mm gängstigning) genom att rotera dem 1,5 varv (0,3 mm) på skallen, med hjälp av kirurgisk pincett och en skruvmejsel efter borrning 8-11 hål i skallen med hjälp av 0,5 mm borrkronan.
Anmärkning: 2 – 4 hål i den främre skallen, 2 – 3 hål på vardera sidan av parietalskallen, och 1 – 2 hål i den interparietala skallen föreslås. - Fäst jordskruven i hålet genom att vrida den en sväng (0,2 mm) efter borrning ett hål i interparietala benet. Se till att detta hål inte tränga igenom benet i hjärnan fallet; annars kommer cerebellär signaler kontaminera inspelningen. Kontrollera att impedansen är mindre än 20 kΩ vid 1 kHz mellan jordskruven och skallskruvarna med hjälp av en impedansmätare.
Obs: större impedans kommer att orsaka införandet av rörelse artefakter under inspelningen. - Utför kraniotomi på de markerade platserna. Dura kan lämnas intakt i möss.
- Anslut den manliga nålen på jordskruven och Microdrive array ' s Ground Connector. Kontrollera anslutningen med hjälp av impedansmätaren genom att mäta mellan jordskruven och skärmningen.
- Ställ in Microdrive-matrisen på adaptern, Ställ in den på stereotaxic-enheten och sänk sakta kisel sonden tills önskat djup. Se till att tetrode buntarna placeras ovanför hjärn ytan men fortfarande inne i Microdrive array när kisel sonden sätts in i hjärnan (figur 4a).
- Applicera försiktigt kisel fettet för att täta arean av kisel sonden och tetrode-bunten (figur 4b). Sätt en liten mängd av kisel fettet på spetsen av en 20 G nål och applicera fettet runt sonderna med hjälp av nålen. Upprepa tills silikon fettet helt täcker området runt sonden så att Dental akryl inte flyter på eller under elektroderna/sonderna. Var noga med att inte låta fettet röra elektroden platser, annars kommer det att dramatiskt öka impedansen av inspelningsplatser.
- Applicera Dental akryl för att fixera Microdrive-arrayen till förankrings skruvarna i skallen.
Anmärkning: det rekommenderas att tillämpa Dental akryl i tre skikt för att undvika överdriven värme som produceras under härdning av akryl. - Ta försiktigt bort adaptern från Microdrive-matrisen. Injicera 1 mL PBS subkutant för att förhindra uttorkning. Injicera 5 mg/kg meloxikam subkutant som en analgetisk behandling.
- Täck silikon sonden kontakten med en bit tejp för att förhindra att smuts från att komma in i de elektriska anslutningarna. Täck Microdrive array med hjälp av en plast paraffin film och tejpa den på plats.
- Administrera lämplig analgetisk behandling i 3 dagar (t. ex. subkutana injektioner av 2 mg/kg meloxikam en gång per dag). Tillåt 3 – 5 dagar för återställning innan du påbörjar justeringen av tetrode. Den implanterade musen efter återhämtningsperioden visas i figur 4c.
6. återställning av kisel sonden (figur 4D)
- Injicera ketamin (75 mg/kg) och dexmedetomidin (1 mg/kg) anestetika intraperitonealt och bekräftade frånvaron av tå-nypa reflex. Fäst den sövda musen genom att direkt parfymera 4% PARAFORMALDEHYD genom hjärtat med hjälp av en huva. Kirurgiska metoder för gnagare beskrivs tidigare42.
- Lossa mutterhållarens muttrar med en böjare. Sedan försiktigt flytta den till toppen av kroppen genom att vrida justerskruven för att helt dra in kisel sonden mot insidan av Microdrive array kroppen. Fäst muttrarna för att hålla sonden i det övre läget.
- Ta musen hjärnan ut från botten genom att knäcka skallen från sidan. Microdrive-matrisen är nu separerad från djuret.
- Ta helt bort den L-formade Microdrive-skruven som driver kisel sonden. Lossa och ta ut muttrarna på hylshållaren med en tång. Ta ut komponent A i kontakt förtennad-hållaren.
- Skruva loss proppen Connector fästet och lossa från enheten kroppen. Kontrollera att avsökningen Connector fästet kan lossas från Microdrive array kroppen.
- Håll den övre delen av skytteln med pincett, sedan försiktigt Skjut silikon sond församling ut från Microdrive array.
- Rengör Sondspetsen med kontaktlins rengörare (först med enzym, sedan 3% väteperoxid) under minst 1 dag. Torka försiktigt av elektrod spetsen med isopropanol Pads under mikroskopet. Förvara sonden i en statisk-fri förvaringsbox.
Anmärkning: pendel-och sond fästet förblir fäst vid kisel sonden och kan återanvändas vid nästa implantation.
Obs: vissa kisel sonder är inte tolerabla med väteperoxid. Använd i så fall endast kontaktlins lösningen som endast innehåller proteolytiskt enzym. - För att återanvända Microdrive array kroppen för nästa operation, ta bort Dental akryl med en kombination av fin-Tip borrar och nippers. Sedan återvinna dödskalle skruvarna genom att doppa den borttagna Dental akryl i aceton. Observera att aceton kommer att lösa upp plastdelar av Microdrive array.
- Ta bort epoxin mellan Microdrive kroppen och avskärmning konen med en skalpell.
Obs: inga ytterligare delar behöver skrivas ut igen för nästa operation om Microdrive inte bryts.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Microdrive-matrisen konstruerades inom 5 dagar. Tidslinjen för Microdrive beredning beskrivs i tabell 2. Med hjälp av denna Microdrive, nio tetrodes och en kisel sond implanterades i hippocampus CA1 och MEC av musen [21 vecka gammal/29 g kroppsvikt hane pOxr1-CRE (C57BL/6 bakgrund)], respektive. Denna transgena mus uttrycker CRE i MEC lager III pyramidala nervceller. Musen injicerades med 200 nL av AAV5-DIO-ChR2-YFP (titer: 7,7 x 1012 GC/ml) in i MEC 10 veckor före elektrod implantatet. Lfps spelades in med en lågpassfilter (1-500 Hz), och tillsatta enheter upptäcktes med hjälp av en högpassfilter (0.8-5 kHz). Ljus stimulering (λ = 450 nm) utfördes med en 1 MS pulsbredd på 10,6 mW intensitet mätt i slutet av fiber kontakten. Referenselektroden för tetrodinspelningen placerades i den vita materian med hjälp av en dedikerad tetrodtråd. Referensen för inspelningen av kisel sonden har angetts som den översta kanalen för sonden.
Efter justering av tetrode testades beteende prestanda på ett linjärt spår (figur 5a) och i ett öppet fält (Figur 5b). I båda experimenten utforskade musen fritt för ~ 30 min (figur 5AA, b, c; Figur 5Ba, b, c). De elektrofysiologiska signalerna spelades in utan allvarliga rörelserelaterade störningar under inspelningssessionen (figur 5AD, e; Figur 5 BD, e). Nästa, ljus stimulering utfördes på MEC att stimulera MEC Layer III nervceller som projektet till CA143 (figur 6a). Spontana spiknings aktiviteter (figur 6B, C) och lfps (figur 6d) spelades in från tetrodes och kisel sonden när musen sov. LFPs registreras i tetrodes visade stora rippel verksamhet, vilket tyder på att alla tetrodes var placerade i närheten av CA1 pyramidal cellskikt. Ljus-inducerad lyhörd aktiviteter observerades först i MEC, följt av i CA1 med 13-18 MS latens (figur 6E).
Bild 1: översikt över Microdrive-matris. A ) en skelett bild av Microdrive-matrisen, från tetrode-sidan (a) och kisel sond sidan (b). B) en verklig bild av den laddade Microdrive-matrisen, sedd från tetrode-sidan (a) och från kisel sondens sida (b). Microdrive-matrisen placeras på jiggen i panel (b). (C) enskilda 3D-tryckta Microdrive array delar. (a-d) Den Microdrive array kroppen, sedd från fyra olika vinklar (a: tetrode sidovy; b: Silicon-PROBE sidovy; c: uppifrån, d: botten bild). En förstorad bild av den streckade linjen i panelen (c) visas i figur 2A. (e) skytteln, som rymmer och möjliggör justering av kisel sonden. En kisel sond fästs vid den streckade linjen i panel (e). (f) sonden-connecter, som har en 32-kanals Silicon-PROBE connecter. (g) fiber kontakt förtennad innehavaren, som innehar en optisk fiber hylsa för att förhindra från förflyttning av sonden när du kopplar/kopplar bort fiber kontakten med ljuskällan. Denna del består av två komponenter: [panel (g) och komponenter A och B]. h den tryckta avskärmnings kon som ger fysisk och elektrisk avskärmning när den är målad med elektriskt ledande material. Konen fönster tillåter möjligheten att se insidan av strukturen under Microdrive array förberedelse, som så småningom täcks av en bit tejp eller 3D-tryckt material. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 2: beredning av styr stolpar och Microdrive-skruvar på huvud kroppen. A) vägledning efter beredning. (a) förstorad bild av den mikrodisk mat ris kropp som visas i figur 1Cc. (b) vägledning efter insättning i hålen i kroppen. (B) Microdrive-skruv konstruktioner. (a) Microdrive-skruv för en kisel sond, som består av en 300 μm pitch anpassad skruv, stödjande rör, och L-form röret. (b) Microdrive-skruven för en tetrode, som består av en 160 μm pitch anpassad skruv och 30 G rostfritt styr rör. (C) tillverkning av den övre delen av Microdrive-skruvar: (a) beredning av 3D-tryckta mönster av anti-mögel för Microdrive-skruv. Bilden visar ett mönster för kisel sonden Microdrive-skruv. b) formen som framställs med hjälp av antimögel-mönstret (a) och silikon gummimaterial. Monterade Microdrive-skruvar produceras genom att sätta in anpassade skruvar och ledningar/rör, och hälla Dental akryl i varje brunn. Infällt: förstorade syn på brunnar i mögel. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.
Bild 3: Microdrive array församling. A) beredning av en opto-silikonsond. (a) fästa två plast styr rör till skytteln. b) limning av den optiska fibern till kisel sonden. c) fästa pendelbussen till OPTO-silikonsonden. I denna bild är den nedre delen av skytteln (streckad linje) ansluten till kisel sonden bas [baksidan av (b)]. Skytteln och silikonprobshanken bör vara parallellt. (B) lastning OPTO-Silicon sond Shuttle församlingen i Guide-inlägg av Microdrive array kroppen. C) den relativa positionen för mikrodrivningen av kisel sonden när sonden är helt tillbakadragen i kroppen (a) och när den är placerad på den lägsta i driv kroppen (b). L-Shape Wire sätts in i spåret på skytteln. (D) en Sprängskiss av fiber hylshållaren och sond kontaktarfästet. (E) skydds kon monterad. Det ledande materialet är målat inuti konen. F alternativa avskärmnings kon med hjälp av en pappers-och aluminiumtejp. a) ett mönsterpapper. b en bifogad alternativ avskärmnings kon som reducerar 1,1 g vikt jämfört med den 3D-tryckta versionen. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 4: tätning av sonderna under kirurgi och återvinning av kisel sonden. (A) den Microdrive array och mus skalle efter kraniotomi, innan du applicerar kisel-fett. Kisel sonden sätts in ca 2mm i hjärnan vid denna tidpunkt. (B) applicering av kisel fett runt kisel sonden och tetrodbuntarna för att skydda sonderna från Dental akryl. C) den kroniskt implanterade musen efter återhämtningsperioden, när musen går (a), grooming (b), och när den är ansluten till inspelnings kabeln med motbalanserande remskiva (c). D) den återvunna kisel sonden före (a) och efter (b) nedsänkning i rengöringslösningen. De biologiska vävnaderna i (a) avlägsnas efter reningsprocessen (b). Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 5: exempel på samtidig inspelning av tetrode/Silicon-PROBE i hippocampus CA1 och medial entorhinal Cortex (MEC) från beter musen. (A) inspelning på det linjära spåret. a) det linjära spår som används för omkodning. (b) Trajectories av musen prospektering för ~ 30 min på spåret. c) beteendemässig prestanda på det linjära spåret. (d-e) Representativa LFP-inspelningar från tetrode (d) och kisel sonden (e). (B) inspelning i det öppna fältet. a) den öppna fält kammare som används för omkodning. (b) Trajectories av mus utforskning för ~ 30 min i kammaren. c) beteendemässig prestation på det öppna fältet. (d, e) Representativa LFP-inspelningar från tetrode (d) och kisel sonden (e). LED är anslutet till huvud förstärkaren för att spela in musens positioner. Det linjära spåret och den öppna fält kammaren ansluts med den elektriska marken för att reducera elektrostatisk brus. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 6: representativa resultat av samtidiga inspelningar i CA1-och MEC-och optogenetisk stimulering. A) uttryck för AAV5-Dio-CHR2-yfp efter 4 veckors injektion. MEC Layer III pyramidala nervceller som projicera sina axoner från dorsala MEC till dorsala CA1. Streckade linjer: Ori, stratum Oriens; PRY, stratum pyramidale; rad, stratum radiatum; MOL, stratum lacunosum moleculare. B) representativ Spike-inspelning från en av tetroderna. (a) 2D-klusterprojektioner av spikar inspelade från tetrode. (b) exempel på den genomsnittliga spik vågformen av tre kluster, som indikeras med streckade linjer i (a). C) representativ insamling av Spike från en av elektrod platserna för kisel sonden. (a) 2D-klusterprojektioner av Spike-huvudkomponenter. (b) exempel på den genomsnittliga Spike vågformen av tre kluster. Spike-kluster (rosa och grönt) separeras från brus kluster (blå). Kluster i (B, C) beräknas med hjälp av KlustaKwik programvara. D) spår av spontana lfps som samtidigt registrerats från tetroderna i CA1 (a) och kisel sonden i MEC (b). Svarta pilar indikerar tetrode som visas i (B) och kisel sond elektrod plats som visas i (C). E) LFP-svar på pulsad optisk stimulering (10,6 MW, 1 MS, fylld röd pilspets) från tetroderna i CA1 (a) och kisel sond i MEC (b). Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.
| gram/en | Nummer | Sum [gram] | ||
| huvudorgan | 1,25 | 1 | 1,25 | |
| Transfer | 0,04 | 1 | 0,04 | |
| sond connecter fäste | 0,19 | 1 | 0,19 | |
| fiber kontakt förtennad hållare | 0,1 | 1 | 0,1 | |
| avskärmning kon | 1,82 | 1 | 1,82 | (0,72) * |
| ledande pasta | 0,2 | 1 | 0,2 | |
| maskinskruv (#00, 2 mm), för att hålla EIB | 0,05 | 2 | 0,1 | |
| maskinskruv (#0-80, 3,5 mm) | 0,06 | 4 | 0,24 | |
| maskinskruv (#0-80, 6mm) | 0,09 | 2 | 0,18 | |
| Mutter | 0,03 | 2 | 0,06 | |
| Microdrive (tetrode) | 0,05 | 9 | 0,45 | |
| Microdrive (kisel sond) | 0,29 | 1 | 0,29 | |
| kisel sond | 0,28 | 1 | 0,28 | |
| elektriskt gränssnittskort | 0,6 | 1 | 0,6 | |
| Totala | 5,8 | (4,7) * | ||
Tabell 1: individuell vikt för varje Microdrive-arraydel. Den totala vikten av Microdrive array var 5,9 g efter fastställande av skyddande konen med epoxi (* vid användning av en alternativ avskärmning kon med hjälp av ett papper och aluminium tejp).
| Förfaranden | Tid |
| Microdrive förberedelse | |
| utskrift av 3D-delar | 1 dag |
| Optrode förberedelse | |
| Förbered mögel för Microdrive Head | 1 dag * |
| Microdrive Head förberedelse | 3 h |
| Fästa en optisk fiber | 3 h |
| Fästa en shuttle | 3 h |
| tetrode beredning | |
| Förbered mögel för Microdrive Head | 1 dag * |
| Microdrive huvuden förberedelse | 3 h |
| Lastning tetrode trådar | 1 dag |
| Fästa skydds kon | |
| Målning avskärmning färg | övernattning |
| Fästa på Microdrive kroppen | 3 h |
| * Detta förfarande kan genomföras parallellt | |
Tabell 2: tidslinjen för förberedelse av Microdrive. Den 3D-delar utskrift, väntar på härdning av silikon gummi/Dental akryl/epoxi, och lastning av tetrode ledningar ta majoriteten av tiden för Microdrive array förberedelse, totalt 4-5 dagar.
Kompletterande filer: Tilläggsfilerna innehåller 3D-modelldata för fem Microdrive-delar i både. SLDPRT-och. stl-format. De ursprungliga 3D-modellfilerna skapades med programvaran Solidworks2003. Vänligen klicka här för att ladda ner denna fil.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Protokollet visar hur man konstruerar och implantat en hybrid Microdrive array som möjliggör inspelning av neurala aktiviteter från två hjärnområden med hjälp av oberoende justerbara tetrodes och en kisel-sond i fritt beter möss. Det visar också optogenetiska experiment och återvinning av kisel sonden efter experiment. Även justerbar kisel sond33 eller OPTO-kisel sond36 implantation har tidigare visats hos möss, detta protokoll har tydliga fördelar i den samtidiga tetrode array och OPTO-kisel sond implantation för att ge flexibla Val av implanterade sond typer. Den typ av implanterad sond kan kopplas beroende på syftet med experimentet, såsom multi-skaft sonder27,44 eller Ultra-densitet neuropixels21,45. Koordineringen och vinkeln för implantation7 kan enkelt modifieras vid 3D-objektdesignstadiet efter behov. Till exempel, dual-site eller ens Triple-site inspelning är möjligt under inlärnings uppgifter över minnesrelaterade hjärnstrukturer, såsom Hippocampus46, entorhinal cortex47, prefrontala cortex48, amygdala49, och cingulum cortex50.
Det finns flera kritiska procedurer för lyckad implantat och inspelning. På grund av bräckligheten hos silikonbaserade sonder bör alla mekaniska vibrationer eller stötar på Microdrive-matrisen minimeras under monteringen. Till exempel, att öppna igensatta hål med hjälp av en borr bör vara klar innan du laddar kisel sonden i Microdrive array. Dessutom bör det betonas att noggrant kontrollera mark anslutningen i varje steg under Microdrive array konstruktion och implantatkirurgi för att säkerställa stabiliteten i de inspelade data. Instabila eller hög impedans anslutningar till marken orsaka tung brus och rörelse relaterade artefakter under inspelningen sessionen. För stabila inspelningar rekommenderas att vänta 1-2 veckor efter operationen för att undvika elektrod drift eftersom hjärnvävnaden påverkas negativt av implantat operationen. Emellertid, signalkvalitet på kisel sonden återvinner efter 1-2 veckor från kirurgisk trauma baserat på tidigare erfarenhet. Det rekommenderas att använda Single-Housing för att förhindra skador på den implanterade Microdrive array av andra möss. För det optogenetiska experimentet, är det viktigt att notera att de flesta kisel-sonder inducera foto-artefakter som svar på ljus-stimulations51, medan andra är utformade för att minimera foto artefakter52 (det finns foto-artefakt minskas silikon-sonder som är kommersiellt tillgängliga).
Vikten av Microdrive array (5,9 g) är tyngre än de typiska mikrodiskar som beskrivs i tidigare artiklar12,53, främst på grund av Microdrive array kroppen (~ 21% av den totala vikten), avskärmning kon (~ 31%), och metalldelar (skruvar och nötter: ~ 22%). Det rekommenderas att använda möss med vikter över 25 g (~ 2-3 månader gammal för C57BL/6 möss54,55) för implantatkirurgi, eftersom möss med adekvat kroppsvikter tenderar att återhämta sig tidigare. Av denna anledning, denna Microdrive array kan vara inte den bästa lösningen för juvenila möss. Medan enheter som är 5%-10% av musens kroppsvikt ofta styrs för att tolereras för implantat12,56 (även om det inte finns några stödjande publicerade data för denna57), väger denna Microdrive array ~ 24% av kroppsvikten av 25 g möss (~ 19% vid användning av den alternativa konen som beskrivs nedan).
Men de implanterade vuxna möss kunde fritt flytta runt och hoppa runt i hemmet burar. Möss implanteras med en liknande Microdrive array vikt (~ 4,5 g) har tidigare visat sig utföra den beteendemässiga uppgiften (linjär labyrint uppgift) även under livsmedels begränsning13,17. Nackdelen med vikt är inte ett problem under inspelningen, som en motvikt balanseringssystem18,34,58 eller headpost system59 kommer att stödja Microdrive array. Dessutom kan den totala vikten av Microdrive array minskas genom att sänka höjden eller minska tjockleken på avskärmning konen och modifiera designen för att använda mindre skruvar.
Med det aktuella 3D-utskriftsmaterialet kan tjockleken på avskärmnings kon reduceras till ~ 0,3 mm (från den nuvarande tjockleken på ~ 0,6 mm). Kon höjden kan minskas ~ 5 mm så länge tetrode trådarna fortfarande kan täckas. Exponering av tetrode ledningar kommer att resultera i brott på trådarna och fel i den långsiktiga inspelningen. Alternativt kan beredning av avskärmning konen med papper och aluminium tejp minska konen vikt till ~ 0,7 g (~ 15% av den totala vikten; minskat 20% från den totala vikten av den ursprungliga Microdrive array); även om dessa är en avvägning med den fysiska styrkan. Dessutom är storleken på Microdrive (nuvarande avskärmning Cone: 4,2 x 4,0 x 2,6 cm = Major Axis x minor axel x höjd) kan vara ett hinder för mat och vattentillgång om de tillhandahålls från toppen av djur buren. Så länge de tillhandahålls på bur golvet eller från sidoväggen, stör Microdrive inte naturliga beteenden av möss, såsom äta, dricka, grooming, uppfödning, eller häckande60.
Sammanfattningsvis, detta Microdrive protokollet ger forskare med flexibla val för inspelning från flera hjärnområden i fritt rörliga möss för att förstå dynamiken och funktioner i lång räckvidd neurala kretsar.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Författarna har inget att avslöja.
Acknowledgments
Detta arbete stöddes delvis av Japan Society för främjande av vetenskap utomeuropeiska forskningsstipendier (HO), begåvad Scholar program (TK), Human Frontier Science program (TK), hjärnforskning Foundation (TK), fakultet vetenskap och teknik förvärv och Retention program (TK), hjärnan & beteende Research Foundation (TK), och av Sumitomo Foundation Research Grant (JY), NARSAD Young prövarens Research Grant (JY). Vi tackar W. Marks för värdefulla kommentarer och förslag under utarbetandet av manuskriptet.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| #00-90 screw | J.I. Morris | #00-90-1/8 | EIB screws |
| #0-80 nut | Small Parts | B00DGB7CT2 | brass nut for holding fiber ferrule holder |
| #0-80 screw | Small Parts | B000FMZ57G | brass machine screw for probe connector mount, fiber ferrule holder, and shielding cone |
| 22 Ga polyetheretherketone tubes | Small Parts | SLPT-22-24 | for attaching to the shuttle, 0.025 inches inner diameter |
| 23 Ga stainless tubing | Small Parts | HTX-23R | for tetrode |
| 23 Ga stainless wire | Small Parts | HTX-23R-24-10 | for L-shape/support wire |
| 26 Ga stainless wire | Small Parts | GWX-0200 | for guide-posts |
| 30 Ga stainless wire | Small Parts | HTX-30R | for tetrode |
| 3-D CAD software package | Dassault Systèmes | SolidWorks 2003 | |
| 3D printer | FormLab | Form2 | |
| 5.5mil polyimide insulating tubes | HPC Medical | 72113900001-012 | |
| aluminum foil tape | Tyco | Tyco Adhesives 617022 Aluminum Foil Tape | for the alternative shielding cone |
| conductive paste | YSHIELD | HSF54 | for shielding cone |
| customized screws for silicon-probe microdrive | AMT | UNM1.25-HalfMoon | half-moon stainless screw, 1.5 mm diameter, 300 µm thread pitch |
| customized screws for tetrode microdrive | AMT | Yamamoto_0000-160_9mm | slotted stainless screw, 0.5 mm diameter, 160 µm thread pitch, custom-made to order for our design |
| dental acrylic | Stoelting | 51459 | |
| dental model resin | FormLab | RS-F2-DMBE-02 | |
| Dremel rotary tool | Dremel | model 800 | a grinder |
| drill bit | Fine Science Tool | 19007-05 | |
| electric interface board | Neuralynx | EIB-36-Narrow | |
| epoxy | Devcon | GLU-735.90 | 5 minutes epoxy |
| eye ointment | Dechra | Puralube Ophthalmic Ointment | to prevent mice eyes from drying during surgery |
| fiber polishing sheet | Thorlabs | LFG5P | for polishing the optical fiber |
| fine tweezers | Protech International | 15-368 | for loading/recovering the silicon probe |
| gold pins | Neuralynx | EIB Pins Small | |
| ground wire | A-M Systems | 781500 | 0.010 inch bare silver wire |
| headstage preamp | Neuralynx | HS-36 | |
| impedance meter | BAK electronics | Model IMP-2 | 1 kHz testing frequency |
| mineral oil | ZONA | 36-105 | for lubricating screws and wires |
| optical fiber | Doric | MFC_200/260-0.22_50mm_ZF1.25(G)_FLT | |
| Recording system | Neuralynx | Digital Lynx 4SX | |
| ruby fiber scribe | Thorlabs | S90R | for cleaving the optical fiber |
| silicon grease | Fine Science Tool | 29051-45 | |
| silicon probe | Neuronexus | A1x32-Edge-5mm-20-177 | Fig. 3, 4A, 4B, 5 |
| silicon probe | Neuronexus | A1x32-6mm-50-177 | Fig. 4C |
| silicon probe washing solution | Alcon | AL10078844 | contact lens cleaner |
| silicone lubber | Smooth-On | Dragon Skin 10 FAST | for preparation of microdrive mold |
| silver paint | GC electronic | 22-023 | silver print II coating, used for ground wires |
| skull screw | Otto Frei | 2647-10AC | 0.8 mm diameter, 0.200 mm thread pitch |
| standard surgical scissors | ROBOZ | RS-5880 | |
| stereotaxic apparatus | Kopf | Model 942 | |
| super glue | Loctite | LOC230992 | for applying to guide-posts |
| surgical tweezers | ROBOZ | RS-5135 | |
| Tetrode Twister | Jun Yamamoto | TT-01 | |
| tetrode wires | Sandvik | PX000004 |
References
- Wilson, M. A., McNaughton, B. L. Dynamics of the hippocampal ensemble code for space. Science. 261 (5124), 1055-1058 (1993).
- Gothard, K. M., Skaggs, W. E., Moore, K. M., McNaughton, B. L. Binding of hippocampal CA1 neural activity to multiple reference frames in a landmark-based navigation task. The Journal of Neuroscience. 16 (2), 823-835 (1996).
- Keating, J. G., Gerstein, G. L. A chronic multi-electrode microdrive for small animals. Journal of Neuroscience Methods. 117 (2), 201-206 (2002).
- Winson, J. A compact micro-electrode assembly for recording from the freely moving rat. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology. 35 (2), 215-217 (1973).
- Michon, F., et al. Integration of silicon-based neural probes and micro-drive arrays for chronic recording of large populations of neurons in behaving animals. Journal of Neural Engineering. 13 (4), 046018 (2016).
- Lansink, C. S., et al. A split microdrive for simultaneous multi-electrode recordings from two brain areas in awake small animals. Journal of Neuroscience Methods. 162 (1-2), 129-138 (2007).
- Billard, M. W., Bahari, F., Kimbugwe, J., Alloway, K. D., Gluckman, B. J. The systemDrive: a Multisite, Multiregion Microdrive with Independent Drive Axis Angling for Chronic Multimodal Systems Neuroscience Recordings in Freely Behaving Animals. eNeuro. 5 (6), (2018).
- Kloosterman, F., et al. Micro-drive array for chronic in vivo recording: drive fabrication. Journal of Visualized Experiments. (26), (2009).
- Lu, P. L., et al. Microdrive with Two Independent Moveable Sets for Wide-Ranging, Multi-Site, Multi-Channel Brain Recordings. Journal of Medical and Biological Engineering. 34 (4), 341-346 (2014).
- Haiss, F., Butovas, S. A miniaturized chronic microelectrode drive for awake behaving head restrained mice and rats. Journal of Neuroscience Methods. 187 (1), 67-72 (2010).
- Headley, D. B., DeLucca, M. V., Haufler, D., Pare, D. Incorporating 3D-printing technology in the design of head-caps and electrode drives for recording neurons in multiple brain regions. Journal of Neurophysiology. 113 (7), 2721-2732 (2015).
- Voigts, J., Siegle, J. H., Pritchett, D. L., Moore, C. I. The flexDrive: an ultra-light implant for optical control and highly parallel chronic recording of neuronal ensembles in freely moving mice. Frontiers in Systems Neuroscience. 7, 8 (2013).
- Yamamoto, J., Tonegawa, S. Direct Medial Entorhinal Cortex Input to Hippocampal CA1 Is Crucial for Extended Quiet Awake Replay. Neuron. 96 (1), 217-227 (2017).
- Schomburg, E. W., et al. Theta phase segregation of input-specific gamma patterns in entorhinal-hippocampal networks. Neuron. 84 (2), 470-485 (2014).
- Fernandez-Ruiz, A., et al. Entorhinal-CA3 Dual-Input Control of Spike Timing in the Hippocampus by Theta-Gamma Coupling. Neuron. 93 (5), 1213-1226 (2017).
- Rey, H. G., Pedreira, C., Quian Quiroga, R. Past, present and future of spike sorting techniques. Brain Research Bulletin. 119 (Pt B), 106-117 (2015).
- Gray, C. M., Maldonado, P. E., Wilson, M., McNaughton, B. Tetrodes markedly improve the reliability and yield of multiple single-unit isolation from multi-unit recordings in cat striate cortex. Journal of Neuroscience Methods. 63 (1-2), 43-54 (1995).
- Yamamoto, J., Wilson, M. A. Large-scale chronically implantable precision motorized microdrive array for freely behaving animals. Journal of Neurophysiology. 100 (4), 2430-2440 (2008).
- Nguyen, D. P., et al. Micro-drive array for chronic in vivo recording: tetrode assembly. Journal of Visualized Experiments. (26), (2009).
- Lu, L., Popeney, B., Dickman, J. D., Angelaki, D. E. Construction of an Improved Multi-Tetrode Hyperdrive for Large-Scale Neural Recording in Behaving Rats. Journal of Visualized Experiments. (135), (2018).
- Jun, J. J., et al. Fully integrated silicon probes for high-density recording of neural activity. Nature. 551 (7679), 232-236 (2017).
- Pastalkova, E., Itskov, V., Amarasingham, A., Buzsaki, G. Internally generated cell assembly sequences in the rat hippocampus. Science. 321 (5894), 1322-1327 (2008).
- Gauthier, J. L., Tank, D. W. A Dedicated Population for Reward Coding in the Hippocampus. Neuron. 99 (1), 179-193 (2018).
- Davidson, T. J., Kloosterman, F., Wilson, M. A. Hippocampal replay of extended experience. Neuron. 63 (4), 497-507 (2009).
- Gerwinn, S., Macke, J., Bethge, M. Bayesian population decoding of spiking neurons. Frontiers in Computational Neuroscience. 3, 21 (2009).
- Sakata, S., Harris, K. D. Laminar structure of spontaneous and sensory-evoked population activity in auditory cortex. Neuron. 64 (3), 404-418 (2009).
- Csicsvari, J., et al. Massively parallel recording of unit and local field potentials with silicon-based electrodes. Journal of Neurophysiology. 90 (2), 1314-1323 (2003).
- Harris, K. D., Quiroga, R. Q., Freeman, J., Smith, S. L. Improving data quality in neuronal population recordings. Nature Neuroscience. 19 (9), 1165-1174 (2016).
- Hilgen, G., et al. Unsupervised Spike Sorting for Large-Scale, High-Density Multielectrode Arrays. Cell Reports. 18 (10), 2521-2532 (2017).
- Rossant, C., et al. Spike sorting for large, dense electrode arrays. Nature neuroscience. 19 (4), 634-641 (2016).
- Iseri, E., Kuzum, D. Implantable optoelectronic probes for in vivo optogenetics. Journal of Neural Engineering. 14 (3), 031001 (2017).
- Klapoetke, N. C., et al. Independent optical excitation of distinct neural populations. Nature Methods. 11 (3), 338-346 (2014).
- Yamamoto, J., Suh, J., Takeuchi, D., Tonegawa, S. Successful execution of working memory linked to synchronized high-frequency gamma oscillations. Cell. 157 (4), 845-857 (2014).
- Rangel Guerrero, D. K., Donnett, J. G., Csicsvari, J., Kovacs, K. A. Tetrode Recording from the Hippocampus of Behaving Mice Coupled with Four-Point-Irradiation Closed-Loop Optogenetics: A Technique to Study the Contribution of Hippocampal SWR Events to Learning. eNeuro. 5 (4), (2018).
- Liang, L., et al. Integrated and Quick-to-Assemble (SLIQ) Hyperdrives for Functional Circuit Dissection. Frontiers in Neural Circuits. 11, 8 (2017).
- Chung, J., Sharif, F., Jung, D., Kim, S., Royer, S. Micro-drive and headgear for chronic implant and recovery of optoelectronic probes. Scientific Reports. 7 (1), 2773 (2017).
- Quilichini, P., Sirota, A., Buzsaki, G. Intrinsic circuit organization and theta-gamma oscillation dynamics in the entorhinal cortex of the rat. The Journal of Neuroscience. 30 (33), 11128-11142 (2010).
- Sauer, J. F., Struber, M., Bartos, M. Recording Spatially Restricted Oscillations in the Hippocampus of Behaving Mice. Journal of Visualized Experiments. (137), (2018).
- Shikano, Y., Sasaki, T., Ikegaya, Y. Simultaneous Recordings of Cortical Local Field Potentials, Electrocardiogram, Electromyogram, and Breathing Rhythm from a Freely Moving Rat. Journal of Visualized Experiments. (134), (2018).
- Brunetti, P. M., et al. Design and fabrication of ultralight weight, adjustable multi-electrode probes for electrophysiological recordings in mice. Journal of Visualized Experiments. 91 (91), e51675 (2014).
- Battaglia, F. P., et al. The Lantern: an ultra-light micro-drive for multi-tetrode recordings in mice and other small animals. Journal of Neuroscience Methods. 178 (2), 291-300 (2009).
- Gage, G. J., Kipke, D. R., Shain, W. Whole animal perfusion fixation for rodents. Journal of Visualized Experiments. (65), (2012).
- Suh, J., Rivest, A. J., Nakashiba, T., Tominaga, T., Tonegawa, S. Entorhinal cortex layer III input to the hippocampus is crucial for temporal association memory. Science. 334 (6061), 1415-1420 (2011).
- Royer, S., et al. Multi-array silicon probes with integrated optical fibers: light-assisted perturbation and recording of local neural circuits in the behaving animal. The European Journal of Neuroscience. 31 (12), 2279-2291 (2010).
- Steinmetz, N. A., Koch, C., Harris, K. D., Carandini, M. Challenges and opportunities for large-scale electrophysiology with Neuropixels probes. Current Opinion in Neurobiology. 50, 92-100 (2018).
- Jones, M. W., Wilson, M. A. Theta rhythms coordinate hippocampal-prefrontal interactions in a spatial memory task. PLoS Biology. 3 (12), e402 (2005).
- Frank, L. M., Brown, E. N., Wilson, M. A. A comparison of the firing properties of putative excitatory and inhibitory neurons from CA1 and the entorhinal cortex. Journal of Neurophysiology. 86 (4), 2029-2040 (2001).
- Kitamura, T., et al. Eng and circuits crucial for systems consolidation of a memory. Science. 356 (6333), 73-78 (2017).
- McGaugh, J. L., Cahill, L., Roozendaal, B. Involvement of the amygdala in memory storage: interaction with other brain systems. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 93 (24), 13508-13514 (1996).
- Frankland, P. W., Bontempi, B., Talton, L. E., Kaczmarek, L., Silva, A. J. The involvement of the anterior cingulate cortex in remote contextual fear memory. Science. 304 (5672), 881-883 (2004).
- Mikulovic, S., et al. On the photovoltaic effect in local field potential recordings. Neurophotonics. 3 (1), 015002 (2016).
- Kuleshova, E. P. Optogenetics – New Potentials for Electrophysiology. Neuroscience and Behavioral Physiology. 49 (2), 169-177 (2019).
- Meng, E., Hoang, T. MEMS-enabled implantable drug infusion pumps for laboratory animal research, preclinical, and clinical applications. Advanced Drug Delivery Reviews. 64 (14), 1628-1638 (2012).
- Hu, S., et al. Dietary Fat, but Not Protein or Carbohydrate, Regulates Energy Intake and Causes Adiposity in Mice. Cell Metabolism. 28 (3), 415-431 (2018).
- Yang, Y., Smith, D. L. Jr, Keating, K. D., Allison, D. B., Nagy, T. R. Variations in body weight, food intake and body composition after long-term high-fat diet feeding in C57BL/6J mice. Obesity. 22 (10), 2147-2155 (2014).
- Morton, D. B., et al. Refinements in telemetry procedures. Seventh report of the BVAAWF/FRAME/RSPCA/UFAW Joint Working Group on Refinement, Part A. Laboratory Animals. 37 (4), 261-299 (2003).
- Lidster, K., et al. Opportunities for improving animal welfare in rodent models of epilepsy and seizures. Journal of Neuroscience Methods. 260, 2-25 (2016).
- Lin, L., et al. Large-scale neural ensemble recording in the brains of freely behaving mice. Journal of Neuroscience Methods. 155 (1), 28-38 (2006).
- Kislin, M., et al. Flat-floored air-lifted platform: a new method for combining behavior with microscopy or electrophysiology on awake freely moving rodents. Journal of Visualized Experiments. (88), e51869 (2014).
- Gaskill, B. N., Karas, A. Z., Garner, J. P., Pritchett-Corning, K. R. Nest building as an indicator of health and welfare in laboratory mice. Journal of Visualized Experiments. (82), 51012 (2013).
