بناء أقطاب كهربائية دقيقة محلية محتملة المجال للتسجيلات في الجسم الحي من هياكل دماغية متعددة في وقت واحد
Summary
يصف هذا البروتوكول بناء صفائف الأقطاب الكهربائية الدقيقة المصممة خصيصا لتسجيل إمكانات المجال المحلي في الجسم الحي من هياكل دماغية متعددة في وقت واحد.
Abstract
غالبا ما يحتاج الباحثون إلى تسجيل إمكانات المجال المحلي (LFPs) في وقت واحد من العديد من هياكل الدماغ. يتطلب التسجيل من مناطق الدماغ المرغوبة المتعددة تصميمات مختلفة للأقطاب الكهربائية الدقيقة ، ولكن صفائف الأقطاب الكهربائية الدقيقة المتاحة تجاريا غالبا ما لا توفر مثل هذه المرونة. هنا ، يحدد البروتوكول الحالي التصميم المباشر لمصفوفات الأقطاب الكهربائية الدقيقة المصممة خصيصا لتسجيل LFPs من هياكل دماغية متعددة في وقت واحد على أعماق مختلفة. يصف هذا العمل بناء الأقطاب الكهربائية الثنائية القشرية والمخططة والبطنية الجانبية والكهربائية الدقيقة كمثال. يوفر مبدأ التصميم المحدد المرونة ، ويمكن تعديل الأقطاب الكهربائية الدقيقة وتخصيصها لتسجيل LFPs من أي هيكل عن طريق حساب الإحداثيات المجسمة وتغيير البناء بسرعة وفقا لذلك لاستهداف مناطق الدماغ المختلفة في الفئران التي تتحرك بحرية أو تخديرها. يتطلب تجميع microelectrode أدوات ولوازم قياسية. تسمح صفائف الأقطاب الكهربائية الدقيقة المخصصة للمحققين بتصميم صفائف microelectrode بسهولة في أي تكوين لتتبع النشاط العصبي ، مما يوفر تسجيلات LFP بدقة مللي ثانية.
Introduction
إمكانات المجال المحلي (LFPs) هي الإمكانات الكهربائية المسجلة من الفضاء خارج الخلية في الدماغ. يتم إنشاؤها بواسطة اختلالات تركيز الأيونات خارج الخلايا العصبية وتمثل نشاط مجموعة صغيرة وموضعية من الخلايا العصبية ، مما يسمح بمراقبة نشاط منطقة معينة من الدماغ بدقة مقارنة بتسجيلات EEG على نطاق واسع1. كتقدير ، تتوافق الأقطاب الكهربائية الدقيقة LFP المفصولة ب 1 مم مع مجموعتين مختلفتين تماما من الخلايا العصبية. في حين يتم ترشيح إشارة EEG بواسطة أنسجة المخ والسائل الدماغي الشوكي والجمجمة والعضلات والجلد ، فإن إشارة LFP هي علامة موثوقة للنشاط العصبي المحلي1.
غالبا ما يحتاج الباحثون إلى تسجيل LFPs في وقت واحد من العديد من هياكل الدماغ ، ولكن صفائف الأقطاب الكهربائية الدقيقة المتاحة تجاريا غالبا ما لا توفر مثل هذه المرونة. هنا ، يصف البروتوكول الحالي الأقطاب الكهربائية الدقيقة القابلة للتخصيص بالكامل وسهلة البناء لتسجيل LFPs في وقت واحد من أي منطقة دماغية مرغوبة على أعماق مختلفة. على الرغم من أن LFPs قد استخدمت على نطاق واسع لتسجيل النشاط العصبي لمنطقة معينة في الدماغ2،3،4،5،6،7،8،9 ، فإن التصميم الحالي السهل القابل للتخصيص يسمح بتسجيل LFPs من أي مناطق دماغية سطحية أو عميقة متعددة11,12 . يمكن أيضا تعديل البروتوكول لبناء أي مصفوفة ميكروكترود مرغوبة من خلال تحديد الإحداثيات المجسمة لمناطق الدماغ وتجميع المصفوفة وفقا لذلك. تسمح لنا هذه الأقطاب الكهربائية الدقيقة ذات معدل أخذ العينات 10 كيلو هرتز ومقاومة 60-70 kΩ (طول 2 سم) بتسجيل LFPs بدقة مللي ثانية. يمكن بعد ذلك تضخيم البيانات بواسطة مضخم صوت مكون من 16 قناة ، وتصفيته (تمرير منخفض 1 هرتز ، وتمرير مرتفع 5 كيلو هرتز) ، ورقمنت.
Protocol
Representative Results
Discussion
تاريخيا ، تم استخدام صفائف الأقطاب الكهربائية الدقيقة على نطاق واسع لتسجيل النشاط العصبي من منطقة معينة في الدماغ ذات أهمية2،3،4،5،6،7،8،9،<sup cl…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
تم دعم هذا العمل من قبل المعهد الوطني للصحة (RO1 NS120945 ، R37NS119012 إلى JK) ومعهد UVA للدماغ.
Materials
| Amplifier 16-Channel | A-M Systems | Model 3600 | Amplifier |
| Cranioplasty cement | Coltene | Perm Reeline/Repair Resin Type II Class I Shade – Clear | Cement to hold microelectrodes |
| Cryostat Microtome | Precisionary | CF-6100 | To slice brain |
| Diamel-coatednickel-chromium wire | Johnson Matthey Inc. | 50 µm | Microelectrode wire |
| Dremel | Dremel | 300 Series | To drill holes in mouse skull |
| Epoxy | CEC Corp | C-POXY 5 | Fast setting adhesive |
| Hemostat | Any | To hold the headset | |
| Forceps | Any | To hold microelectrodes | |
| Light microscope | Nikon | SMZ-10 | To see alignment |
| Ohmmeter | Any | To measurre resistance | |
| Pins (Headers and matching Sockets) | Mill-Max | Interconnects, 833 series, 2 mm grid gull wing surface mount headers and sockets | To attach microelectrodes to |
| Polymicro Tubing Kit | Neuralynx | ID 100 ± 04 µm, OD 164 ± 06 µm, coating thickness 12 µm | Glass tubes |
| Pulse Stimulator | A-M Systems | Model 2100 | To mark the microelectrode location at the end of the recordings |
| Scissors | Any | To cut microelectrodes | |
| Superglue | Gorilla | Adhesive | |
| Thick wire 0.008 in. – 0.011 in. | A-M Systems | 791900 | Tick wire to hold the microelectrode array |
| Thin wire 0.005 in. – 0.008 in. | A-M Systems | 791400 | Thin wire for reference and ground |
References
- Buzsáki, G., Anastassiou, C. A., Koch, C. The origin of extracellular fields and currents-EEG, ECoG, LFP and spikes. Nature Reviews Neuroscience. 13, 407-420 (2012).
- Hubel, D. H., Wiesel, T. N. Receptive fields of single neurones in the cat’s striate cortex. The Journal of Physiology. 148 (3), 574-591 (1959).
- O’Keefe, J. Place units in the hippocampus of the freely moving rat. Experimental Neurology. 51 (1), 78-109 (1976).
- Fyhn, M., Molden, S., Witter, M. P., Moser, E. I., Moser, M. B. Spatial representation in the entorhinal cortex. Science. 305 (5688), 1258-1264 (2004).
- Buzsáki, G. Large-scale recording of neuronal ensembles. Nature Neuroscience. 7, 446-451 (2004).
- Buckmaster, P. S., Edward Dudek, F. In vivo intracellular analysis of granule cell axon reorganization in epileptic rats. Journal of Neurophysiology. 81 (2), 712-721 (1999).
- Driscoll, N., et al. Multimodal in vivo recording using transparent graphene microelectrodes illuminates spatiotemporal seizure dynamics at the microscale. Communications Biology. 4, 1-14 (2021).
- Roy, D. S., et al. Memory retrieval by activating engram cells in mouse models of early Alzheimer’s disease. Nature. 531, 508-512 (2016).
- Igarashi, K. M., Lu, L., Colgin, L. L., Moser, M. B., Moser, E. I. Coordination of entorhinal-hippocampal ensemble activity during associative learning. Nature. 510, 143-147 (2014).
- Gage, G. J., Kipke, D. R., Shain, W. Whole animal perfusion fixation for rodents. Journal of Visualized Experiments. (65), e3564 (2012).
- Brodovskaya, A., Shiono, S., Kapur, J. Activation of the basal ganglia and indirect pathway neurons during frontal lobe seizures. Brain. 144 (7), 2074-2091 (2021).
- Ren, X., Brodovskaya, A., Hudson, J. L., Kapur, J. Connectivity and neuronal synchrony during seizures. The Journal of Neuroscience. 41 (36), 7623-7635 (2021).
- Chang, E. H., Frattini, S. A., Robbiati, S., Huerta, P. T. Construction of microdrive arrays for chronic neural recordings in awake behaving mice. Journal of Visualized Experiments. (77), e50470 (2013).
