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Neuroscience

एकाधिक मस्तिष्क संरचनाओं से विवो रिकॉर्डिंग में एक साथ के लिए स्थानीय क्षेत्र संभावित Microelectrodes का निर्माण

Published: March 14, 2022 doi: 10.3791/63633
Automatic Translation
*1, *1, 1, 1, 1,2
1Department of Neurology, University of Virginia, 2UVA Brain Institute, University of Virginia
* These authors contributed equally

Summary

वर्तमान प्रोटोकॉल एक साथ कई मस्तिष्क संरचनाओं से विवो में स्थानीय क्षेत्र क्षमताओं को रिकॉर्ड करने के लिए कस्टम-निर्मित माइक्रोइलेक्ट्रोड सरणियों के निर्माण का वर्णन करता है।

Abstract

शोधकर्ताओं को अक्सर कई मस्तिष्क संरचनाओं से एक साथ स्थानीय क्षेत्र क्षमता (एलएफपी) रिकॉर्ड करने की आवश्यकता होती है। कई वांछित मस्तिष्क क्षेत्रों से रिकॉर्डिंग के लिए विभिन्न माइक्रोइलेक्ट्रोड डिजाइनों की आवश्यकता होती है, लेकिन व्यावसायिक रूप से उपलब्ध माइक्रोइलेक्ट्रोड सरणियां अक्सर इस तरह के लचीलेपन की पेशकश नहीं करती हैं। यहां, वर्तमान प्रोटोकॉल विभिन्न गहराई पर एक साथ कई मस्तिष्क संरचनाओं से एलएफपी रिकॉर्ड करने के लिए कस्टम-निर्मित माइक्रोइलेक्ट्रोड सरणियों के सीधे डिजाइन को रेखांकित करता है। यह काम एक उदाहरण के रूप में द्विपक्षीय कॉर्टिकल, स्ट्रिएटल, वेंट्रोलेटरल थैलेमिक और निग्राल माइक्रोइलेक्ट्रोड्स के निर्माण का वर्णन करता है। उल्लिखित डिजाइन सिद्धांत लचीलापन प्रदान करता है, और माइक्रोइलेक्ट्रोड्स को स्टीरियोटैक्सिक निर्देशांक की गणना करके किसी भी संरचना से एलएफपी रिकॉर्ड करने के लिए संशोधित और अनुकूलित किया जा सकता है और तदनुसार निर्माण को जल्दी से बदलने के लिए विभिन्न मस्तिष्क क्षेत्रों को लक्षित करने के लिए या तो स्वतंत्र रूप से चलती या एनेस्थेटिक चूहों में। माइक्रोइलेक्ट्रोड असेंबली को मानक उपकरण और आपूर्ति की आवश्यकता होती है। ये कस्टम माइक्रोइलेक्ट्रोड सरणियां जांचकर्ताओं को न्यूरोनल गतिविधि को ट्रैक करने के लिए किसी भी कॉन्फ़िगरेशन में माइक्रोइलेक्ट्रोड सरणियों को आसानी से डिजाइन करने की अनुमति देती हैं, जो मिलीसेकंड रिज़ॉल्यूशन के साथ एलएफपी रिकॉर्डिंग प्रदान करती हैं।

Introduction

स्थानीय क्षेत्र क्षमता (एलएफपी) मस्तिष्क में बाह्य कोशिकीय स्थान से दर्ज विद्युत क्षमताएं हैं। वे न्यूरॉन्स के बाहर आयन एकाग्रता असंतुलन द्वारा उत्पन्न होते हैं और न्यूरॉन्स की एक छोटी, स्थानीयकृत आबादी की गतिविधि का प्रतिनिधित्व करते हैं, जिससे मैक्रोस्केल ईईजी रिकॉर्डिंग1 की तुलना में एक विशिष्ट मस्तिष्क क्षेत्र की गतिविधि की सटीक निगरानी करने की अनुमति मिलती है। एक अनुमान के रूप में, 1 मिमी से अलग किए गए एलएफपी माइक्रोइलेक्ट्रोड न्यूरॉन्स की दो पूरी तरह से अलग-अलग आबादी के अनुरूप हैं। जबकि ईईजी सिग्नल को मस्तिष्क के ऊतकों, मस्तिष्कमेरु द्रव, खोपड़ी, मांसपेशियों और त्वचा द्वारा फ़िल्टर किया जाता है, एलएफपी सिग्नल स्थानीय न्यूरोनल गतिविधि1 का एक विश्वसनीय मार्कर है।

शोधकर्ताओं को अक्सर कई मस्तिष्क संरचनाओं से एलएफपी को एक साथ रिकॉर्ड करने की आवश्यकता होती है, लेकिन व्यावसायिक रूप से उपलब्ध माइक्रोइलेक्ट्रोड सरणियां अक्सर इस तरह के लचीलेपन की पेशकश नहीं करती हैं। यहां, वर्तमान प्रोटोकॉल पूरी तरह से अनुकूलन योग्य, आसानी से निर्मित माइक्रोइलेक्ट्रोड्स का वर्णन करता है ताकि विभिन्न गहराई पर किसी भी वांछित मस्तिष्क क्षेत्र से एलएफपी को एक साथ रिकॉर्ड किया जा सके। यद्यपि एलएफपी का उपयोग बड़े पैमाने पर एक विशिष्ट मस्तिष्क क्षेत्र 2,3,4,5,6,7,8,9 की न्यूरोनल गतिविधि को रिकॉर्ड करने के लिए किया गया है, वर्तमान आसान अनुकूलन योग्य डिजाइन किसी भी कई सतही या गहरे मस्तिष्क क्षेत्रों से एलएफपी रिकॉर्ड करने की अनुमति देता है 11,12 . प्रोटोकॉल को मस्तिष्क क्षेत्रों के स्टीरियोटैक्सिक निर्देशांक निर्धारित करके और तदनुसार सरणी को इकट्ठा करके किसी भी वांछित माइक्रोइलेक्ट्रोड सरणी का निर्माण करने के लिए भी संशोधित किया जा सकता है। 10 kHz नमूना दर और 60-70 kΩ प्रतिरोध (2 सेमी लंबाई) के साथ ये माइक्रोइलेक्ट्रोड हमें मिलीसेकंड परिशुद्धता के साथ LFPs रिकॉर्ड करने की अनुमति देते हैं। डेटा को तब 16-चैनल एम्पलीफायर द्वारा प्रवर्धित किया जा सकता है, फ़िल्टर किया जा सकता है (कम पास 1 हर्ट्ज, उच्च पास 5 किलोहर्ट्ज), और डिजिटाइज्ड।

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Protocol

वर्तमान कार्य वर्जीनिया पशु देखभाल और उपयोग समिति के विश्वविद्यालय द्वारा अनुमोदित है। दोनों लिंगों (7-12 सप्ताह) के C57Bl / 6 चूहों का उपयोग प्रयोगों के लिए किया गया था। जानवरों को 12 घंटे के प्रकाश / 12 घंटे के अंधेरे चक्र पर बनाए रखा गया था और भोजन और पानी के लिए विज्ञापन लिबिटम पहुंच थी।

1. Microelectrode निर्माण

  1. माइक्रोइलेक्ट्रोड्स का निर्माण करने के लिए, 50 μm (व्यास) डायमेल-लेपित निकल-क्रोमियम तार का उपयोग करें ( सामग्री की तालिका देखें)। प्लेटफ़ॉर्म के पीछे तार के एक छोर को टेप करें और तार को प्लेटफ़ॉर्म पर निकटतम घुंडी के चारों ओर तीन बार लपेटें (चित्रा 1 ए, सी)।
    नोट: दो knobs (2 x 5 इंच) के साथ एक ऐक्रेलिक मंच यहाँ इस्तेमाल किया गया था, लेकिन किसी भी मंच का उपयोग किया जा सकता है।
    1. knobs के बीच दो छोरों बनाने के लिए सबसे दूर के दूसरे घुंडी के चारों ओर तार खिंचाव। तार को पहले घुंडी के चारों ओर तीन बार लपेटें ताकि तार को ठीक किया जा सके और प्लेटफ़ॉर्म के पीछे फिर से अंत को टेप किया जा सके।
      नोट: तारों को अलग करने के बाद (चरण 1.2-1.3.1), प्रत्येक पक्ष पर दो तार होने चाहिए (कुल मिलाकर चार तार, चित्रा 1 बी)।
  2. उनके चारों ओर लपेटे गए टेप के साथ तारों के नीचे तनाव सलाखों को रखें (चिपचिपा पक्ष ऊपर) (चित्रा 1 सी)।
    नोट: त्रिकोणीय ऐक्रेलिक टुकड़ों का उपयोग तनाव सलाखों के लिए किया गया था, जिसमें टेप उनके चारों ओर लपेटा गया था (तारों को संलग्न करने के लिए बाहर चिपचिपा पक्ष)। तनाव सलाखों के बाहर टेप का चिपचिपा पक्ष उनके बीच की दूरी को समायोजित करने के लिए तारों को जगह में रखेगा। तनाव सलाखों ~ 2.5 सेमी knobs से दूर होना चाहिए, और तारों ढीला नहीं होना चाहिए.
  3. एक माइक्रोस्कोप और ठीक संदंश का उपयोग करते हुए, तारों के बीच या तो 3 मिमी या 4.5 मिमी का अंतर बनाएं (कॉर्टिकल (सीटीएक्स) बनाने के लिए तारों के बीच 3 मिमी का अंतर - वेंट्रोलेटरल थैलेमिक नाभिक (वीएल) माइक्रोइलेक्ट्रोड्स; 4.5 मिमी का अंतर स्ट्रिएटल (एसटीआर) बनाने के लिए - निग्राल (एसएनआर) माइक्रोइलेक्ट्रोड) (चित्रा 1 बी)।
    1. यदि आवर्धन का उपयोग माइक्रोस्कोप पर किया जाता है, तो आवर्धन में अंतर और तारों के बीच की वास्तविक दूरी के लिए गणना और समायोजित करना सुनिश्चित करें।
      नोट: यदि माइक्रोइलेक्ट्रोड्स का निर्माण यहां उपयोग किए जाने वाले लोगों के अलावा अन्य संरचनाओं के लिए किया जाता है, तो तारों के बीच की दूरी को संरचनाओं के बीच स्टीरियोटैक्सिक दूरी पर समायोजित करने की आवश्यकता होती है। चित्रा 2 बी एक उदाहरण प्रदान करता है कि तारों को कैसे व्यवस्थित किया जाएगा; तदनुसार, अन्य संरचनाओं के लिए स्टीरियोटैक्सिक निर्देशांक को समायोजित किया जाना चाहिए।
  4. प्लास्टिक के चार छोटे टुकड़े काटें (0.5 मिमी मोटी) ~ 6 मिमी (चौड़ाई) x 3 मिमी (ऊंचाई) (चित्रा 1 सी)।
    नोट: किसी भी प्लास्टिक के टुकड़े का उपयोग तब तक किया जा सकता है जब तक कि वे 0.5 मिमी मोटे हों; यहां, वर्ग टयूबिंग का उपयोग किया गया था जिसमें पिन बेचे गए थे (पिन, सामग्री की तालिका देखें)। यदि एक अलग मोटाई का उपयोग किया जाता है, तो कृपया आवश्यक स्टीरियोटैक्सिक निर्देशांक को फिट करने के लिए प्लास्टिक के अधिक या कम टुकड़े जोड़ें।
  5. प्लास्टिक पर गोंद लागू करें ( सामग्री की तालिका देखें) और उन्हें तारों पर रखें (चित्रा 1 सी)। तार के बीच से प्लास्टिक के टुकड़े ~ 1.0 सेमी दूर रखें, जो तनाव बार से 1.0 सेमी दूर है। एक कपास झाड़ू के साथ superglue की अधिकता को हटा दें।
  6. सुपरग्लू सूखने के बाद, ठीक कैंची का उपयोग करके तारों को काटें, चित्र 1 सी में इंगित क्रम में।
  7. एक व्यावसायिक रूप से उपलब्ध किट का उपयोग करके चार 7 मिमी ग्लास ट्यूबों को काटें ( सामग्री की तालिका देखें) और इलेक्ट्रोड तारों को कांच की ट्यूबों में डालें जैसा कि चित्र 2 ए में इंगित किया गया है।
    1. कांच की ट्यूबों में वीएल और एसएनआर इलेक्ट्रोड जोड़े डालें।
      नोट: सर्जिकल आरोपण का समर्थन करने के लिए केवल गहरी संरचनाओं के लिए तारों को ग्लास ट्यूबों में डालने की आवश्यकता होती है। सुनिश्चित करें कि ग्लास ट्यूब में कॉर्टिकल इलेक्ट्रोड न डालें।
  8. उन्हें प्लास्टिक से जोड़ने के लिए ग्लास ट्यूबों के आधार पर गोंद रखें। गोंद सूखने तक कुछ समय प्रतीक्षा करें।
  9. एक स्केलपेल का उपयोग करके कांच की ट्यूबों और तारों को काटें जैसा कि तालिका 1 में दर्शाया गया है; सुनिश्चित करें कि microelectrodes की लंबाई सही हैं। यदि माइक्रोइलेक्ट्रोड्स विभिन्न संरचनाओं को लक्षित करते हैं, तो आवश्यक स्टीरियोटैक्सिक निर्देशांक के अनुसार काटने की दूरी को समायोजित करें।

Figure 1
चित्र 1: माइक्रोइलेक्ट्रोड निर्माण की योजनाबद्ध। (A) तारों के नीचे तनाव सलाखों के साथ प्लेटफ़ॉर्म पर तारों की स्थापना। (b) तारों के बीच का अंतर। (c) प्लास्टिक के चार टुकड़े तारों से चिपके हुए हैं। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Ctx Str VL SNR
AP (पूर्वकाल / 2.2 1.2 -1.3 -3.3
एमएल (औसत दर्जे का / 1.8 1.5 1 1.5
DV (पृष्ठीय/ 0.5 3.5 4 4.75
इलेक्ट्रोड लंबाई 4 4.75 5.25 6

तालिका 1: स्टीरियोटैक्सिक आरोपण निर्देशांक और माइक्रोइलेक्ट्रोड्स के आयाम।

2. Microelectrode सरणी विधानसभा

  1. लक्ष्य क्षेत्रों के वांछित क्रम में प्लास्टिक संलग्न करने के लिए गोंद का उपयोग करें। कॉर्टिकल, थैलेमिक, स्ट्रिएटल और निग्राल इलेक्ट्रोड के लिए एक उदाहरण चित्र 2 बी, सी में दिखाया गया है।
    1. Ctx-VL इलेक्ट्रोड जोड़ी चेहरा नीचे (इलेक्ट्रोड तारों के साथ पक्ष नीचे का सामना करना पड़ता है) और गोंद के साथ शीर्ष पर प्लास्टिक के दो 6 मिमी x 3 मिमी खाली टुकड़ों को कनेक्ट करें।
    2. प्लास्टिक के तीन टुकड़ों के शीर्ष पर, दूसरी Ctx-VL इलेक्ट्रोड जोड़ी को ऊपर की ओर सामना करने वाले इलेक्ट्रोड के साथ रखें (माइक्रोस्कोप का उपयोग करें और सुनिश्चित करें कि वीएल इलेक्ट्रोड संरेखित हैं)।
      नोट: द्विपक्षीय इलेक्ट्रोड का संरेखण (यहां, बाएं और दाएं वीएल इलेक्ट्रोड का संरेखण) वांछित द्विपक्षीय संरचनाओं को उचित रूप से लक्षित करने के लिए आवश्यक है।
    3. वीएल इलेक्ट्रोड से 2.0 मिमी दूर एसएनआर इलेक्ट्रोड के साथ शीर्ष पर एसएनआर इलेक्ट्रोड को संलग्न करने के लिए गोंद का उपयोग करें और कॉर्टिकल इलेक्ट्रोड से ~ 5.0 मिमी दूर (एसएनआर इलेक्ट्रोड तारों को ऊपर की ओर सामना करना पड़ता है)।
    4. चरण 2.1.3 को दोहराएँ। दूसरी तरफ के लिए (एसएनआर इलेक्ट्रोड तारों को माइक्रोइलेक्ट्रोड सरणी के बाहर सामना करना पड़ता है)।
  2. इलेक्ट्रोड को एक साथ बांधने के लिए प्लास्टिक के चारों ओर एपॉक्सी राल लागू करें। इलेक्ट्रोड पर epoxy राल डालने से बचें.
  3. एक मोटा तार लें और एक छोर पर एक लूप बनाएं। एपॉक्सी समाधान में लूप को डुबोएं और इसे प्लास्टिक पर रखें, यह सुनिश्चित करते हुए कि मोटा तार सपाट (चित्रा 2 डी) झूठ बोल रहा है ताकि अगले चरणों के लिए, इस तार को हैंडल के रूप में इस्तेमाल किया जा सके। तब तक प्रतीक्षा करें जब तक कि इलेक्ट्रोड पूरी तरह से सूख न जाएं।
  4. तारों को 2 सेमी तक काटें, जैसा कि चित्र 2E में दिखाया गया है।

Figure 2
चित्र 2: माइक्रोइलेक्ट्रोड निर्माण और आयाम। (A) तारों को कैंची से काटने के बाद बने इलेक्ट्रोड के चार जोड़े, जैसा कि चित्र 1C (Ctx-VL इलेक्ट्रोड के 2 जोड़े और Str-SNR इलेक्ट्रोड के 2 जोड़े) में दर्शाया गया है। कांच की ट्यूबों में गहरी संरचना इलेक्ट्रोड (वीएल और एसएनआर) डालें और प्लास्टिक (लाल डॉट्स) के लिए अपने आधारों को गोंद करें। (बी) शीर्ष दृश्य: (ए) से इलेक्ट्रोड जोड़े माइक्रोइलेक्ट्रोड कोर बनाने के लिए एक स्टैक में चिपके हुए हैं। लाल रेखाएं गोंद लाइनों को इंगित करती हैं। (c) (B) के सामने की ओर देखें। (d) मोटा तार माइक्रोइलेक्ट्रोड से जुड़ा हुआ था। (E) तारों को दर्शाए अनुसार वर्गीकृत किया गया है, और अलग-थलग सिरों को स्क्रैप किया जाता है और 2 सेमी में काटा जाता है। कृपया इस आकृति का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

3. हेडसेट के लिए Microelectrode कनेक्शन

  1. तारों को समूहीकृत करें जैसा कि चित्र 2E में इंगित किया गया है और एक स्केलपेल के साथ अलग-थलग सिरों के 1 मिमी को दूर करें।
  2. कॉर्टिकल इलेक्ट्रोड को मोड़ें जैसा कि चित्र 3A में दिखाया गया है। तारों को अलग करें जैसा कि चित्र 3B में दिखाया गया है। ठीक संदंश का उपयोग करते हुए, प्रत्येक तार के अंत में एक लूप बनाएं (चित्रा 3 बी)।
  3. एक हेमोस्टैट के साथ एक 10-पिन हेडसेट रखें ( सामग्री की तालिका देखें) और पिन (चित्रा 3 सी) पर फ्लक्स की न्यूनतम मात्रा को लागू करने के लिए कपास झाड़ू के लकड़ी के अंत का उपयोग करें। सुनिश्चित करें कि पिन के बीच शॉर्ट-सर्किट को रोकने के लिए पिन के बाहर फ्लक्स न डालें।
  4. एक कपास झाड़ू के लकड़ी के अंत का उपयोग करते हुए, तार छोरों पर फ्लक्स लागू करें।
  5. मिलाप तार loops करने के लिए 10 पिन हेडसेट के रूप में चित्रा 3C में दिखाया गया है. टांका लगाने के बाद, पिन के बीच शॉर्ट-सर्किट को रोकने के लिए हेडसेट को सुखाएं।
  6. संदर्भ और जमीन के तारों के लिए एक पतला तार (0.005-0.008 इंच) लें और एक छोर से प्लास्टिक को बंद कर दें। तार के दूसरे छोर पर एक लूप बनाएं।
  7. सोल्डर संदर्भ और जमीन के तारों के छीन लिया पक्ष उनके संबंधित पिन (चित्रा 3A, सी) के लिए.
  8. मोटे तार (चित्रा 2 डी) पर पकड़कर, माइक्रोइलेक्ट्रोड के चारों ओर क्रैनियोप्लास्टी सीमेंट लागू करें, खासकर जहां तार पिन से जुड़ते हैं। सीमेंट के साथ वास्तविक इलेक्ट्रोड सिरों को छूने से बचें।
  9. सीमेंट सूखने के बाद, कांच की ट्यूबों, स्ट्रिएटल माइक्रोइलेक्ट्रोड तारों और पूरे इलेक्ट्रोड के आधार पर एपॉक्सी राल डालें। epoxy राल के साथ वास्तविक इलेक्ट्रोड सिरों को छूने से बचें। तब तक प्रतीक्षा करें जब तक कि इलेक्ट्रोड पूरी तरह से सूख न जाएं।
  10. इलेक्ट्रोड तैयार हैं। माउस की खोपड़ी में छेद (आवश्यक स्टीरियोटैक्सिक निर्देशांक के अनुसार) एक दंत ड्रिल का उपयोग करके और खोपड़ी और उपयुक्त छेद का सामना करने वाले माइक्रोइलेक्ट्रोड्स के साथ हेडसेट को कम करके चित्रा 3 डी में दिखाए गए हेडसेट को प्रत्यारोपित करें। हेडसेट को आरोपण के दौरान समर्थन के लिए स्टीरियोटैक्सिक बांह से जोड़ा जा सकता है।

Figure 3
चित्र 3: माइक्रोइलेक्ट्रोड आरोपण। (A) कॉर्टिकल इलेक्ट्रोड को इंगित किए गए अनुसार मोड़ा जाता है। (बी) तारों को सिरों पर छोरों को बनाने के लिए अलग किया जाता है। (सी) फ्लक्स (लाल डॉट्स पर) और लूप किए गए तारों को 10-पिन हेडसेट पर मिलाया जाता है, यह सुनिश्चित करते हुए कि प्रत्येक तार अपने उपयुक्त पिन पर जाता है। (D) हेडसेट को LFPs रिकॉर्ड करने के लिए प्रत्यारोपित किया गया है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

4. रिकॉर्डिंग के बाद इलेक्ट्रोड स्थान चिह्नित

  1. LFP रिकॉर्डिंग के अंत में, एक घाव बनाने के लिए इलेक्ट्रोड युक्तियों पर एक वर्तमान लागू करके और माउस perfusing से पहले 30 मिनट के लिए इंतजार कर लक्ष्य क्षेत्र में इलेक्ट्रोड की सही स्थिति की पुष्टि करें।
    नोट: इलेक्ट्रोड युक्तियों के स्थान की पुष्टि करने के लिए घाव सेटिंग्स: एकल फट, 40 μA, 0.75 एमएस मोनोफैसिक वर्ग तरंग नाड़ी, 50 हर्ट्ज, 30 एस।
  2. आइसोफ्लुरेन के साथ चूहों को एनेस्थेटिक करें (जब तक कि माउस सो नहीं गया) और0.1 एम सोडियम फॉस्फेट बफर में 4% पैराफॉर्मेल्डिहाइड (पीएफए) के साथ 10 ट्रांसकार्डियल रूप से पार्फ्यूज़ करें। एक क्रायोस्टेट पर मस्तिष्क (40 μm मोटी) अनुभाग ( सामग्री की तालिका देखें) और DAPI (PBS में 0.02%) के साथ दाग। इलेक्ट्रोड टिप घावों की उपस्थिति से इलेक्ट्रोड के सही स्थान की पुष्टि करें जैसा कि चित्र 4 बी, सी में दिखाया गया है।
    नोट: isoflurane का प्रतिशत अलग-अलग संस्थान के दिशानिर्देशों का पालन करते हुए लागू करने की आवश्यकता है।

5. इलेक्ट्रोड प्रतिरोध को मापने

  1. इलेक्ट्रोड के प्रतिरोध को मापें और एक बहु-रेंज ओममीटर का उपयोग करके इलेक्ट्रोड के बीच शॉर्ट-सर्किट की जांच करें ( सामग्री की तालिका देखें)। प्रतिरोध पैमाने को R x 10,000 पर सेट करें, यह दर्शाता है कि सूचक में एक इकाई विक्षेपण 1 kΩ प्रतिरोध से मेल खाता है। 2 सेमी लंबे इलेक्ट्रोड में 60-70 kΩ प्रतिरोध होना चाहिए।
  2. दस अलग-अलग पिन लेकर हेडसेट को अनुकूलित करें ( सामग्री की तालिका देखें)। एक केबल में एक पतली, बहु फंसे तांबे के तार के साथ प्रत्येक पिन मिलाप.
    1. प्रेस-10-पिन डबल-पंक्ति संभोग सॉकेट (मिलान सॉकेट) में उनके संबंधित केबल पूंछ के साथ मिलाप पिन फिट करें। प्रेस-LFP हेडसेट में संभोग सॉकेट के खुले अंत पिन फिट. इस तरह, प्रत्येक एलएफपी इलेक्ट्रोड में असेंबली में एक नामित केबल तार होता है।
  3. प्रत्येक LFP इलेक्ट्रोड की नोक (जिसका प्रतिरोध मापा जाना है) को 0.9% NaCl खारा समाधान (रक्त में NaCl एकाग्रता) में डुबोएं। केबल तार अंत है कि LFP इलेक्ट्रोड से मेल खाती है ohmmeter के सकारात्मक टर्मिनल से कनेक्ट करें।
    1. खारे पानी में एक तरफ और दूसरे पक्ष को खुले छोर के रूप में एक तरफ के साथ एक कम प्रतिरोध (100 Ω) तार का उपयोग करें। कम प्रतिरोध तार के खुले छोर को ओममीटर सूचक की जमीन से कनेक्ट करें।
      नोट:: यह व्यवस्था परिपथ को पूरा करता है और ohmmeter सूचक के एक विक्षेपण संकेत देता है।
  4. सुनिश्चित करें कि हेडसेट पर किसी भी दो इलेक्ट्रोड के बीच कोई विद्युत कनेक्शन नहीं है। पेयरवाइज एलएफपी इलेक्ट्रोड के विद्युत इन्सुलेशन की जांच करें (जमीन: एक केबल एक इलेक्ट्रोड से मेल खाती है; सकारात्मक: एक और केबल दूसरे इलेक्ट्रोड से मेल खाती है)। इलेक्ट्रोड को छोड़ दें यदि इस मामले में कोई विक्षेपण देखा जाता है।

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Representative Results

इस काम में, एलएफपी माइक्रोइलेक्ट्रोड्स का उपयोग बेसल गैन्ग्लिया11 के माध्यम से फैली जब्ती को मैप करने के लिए किया गया था। एक साथ एलएफपी रिकॉर्डिंग दाएं प्रीमोटर कॉर्टेक्स (जहां जब्ती फोकस था) और बाएं वीएल, स्ट्रिएटम और एसएनआर (चित्रा 4) से किया गया था। जब्ती शुरू को कम से कम दो बार बेसलाइन (चित्रा 4 ए, लाल तीर) के वोल्टेज ट्रेस के विक्षेपण के रूप में पहचाना गया था। पावर स्पेक्ट्रम प्लॉट11 रिकॉर्ड किए गए LFPs (चित्रा 4A) के लिए आवृत्ति वितरण दिखाता है। जब्ती शुरुआत लेटेंसी (लाल सलाखों) मिलीसेकंड परिशुद्धता (चित्रा 4 ए) के साथ प्रत्येक संरचना के बीच तुलना की जा सकती है। इलेक्ट्रोड युक्तियों के स्थान को चिह्नित करने और पुष्टि करने के लिए रिकॉर्डिंग के अंत में एक वर्तमान नाड़ी लागू की गई थी, जिससे एक घाव बनता है (चित्रा 4 बी, सी)।

Figure 4
चित्रा 4: प्रतिनिधि LFP रिकॉर्डिंग. (A) एक जब्ती सही premotor प्रांतस्था और बाएं VL, striatum, और SNR से संबंधित शक्ति स्पेक्ट्रम के साथ LFP microelectrodes का उपयोग कर दर्ज किया गया था। लाल तीर जब्ती की शुरुआत को इंगित करता है। लाल क्षैतिज सलाखों प्रत्येक संरचना में जब्ती की शुरुआत देरी का संकेत देते हैं। मस्तिष्क योजनाबद्ध माइक्रोइलेक्ट्रोड्स (लाल डॉट्स) की स्थिति को दर्शाता है। (B, C) वीएल और एसएनआर में माइक्रोइलेक्ट्रोड युक्तियों के स्थान को चिह्नित करने के लिए रिकॉर्डिंग के बाद संरचनाओं को घायल कर दिया गया था। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

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Discussion

ऐतिहासिक रूप से, माइक्रोइलेक्ट्रोड सरणियों का उपयोग बड़े पैमाने पर ब्याज के एक विशिष्ट मस्तिष्क क्षेत्र से न्यूरोनल गतिविधि को रिकॉर्ड करने के लिए किया गया है 2,3,4,5,6,7,8,9,13। हालांकि, हमारे आसान microelectrode डिजाइन कई संरचनाओं से रिकॉर्डिंग की अनुमति देता है एक साथ11,12. यहां, कॉर्टिकल, थैलेमिक, स्ट्रिएटल और निग्राल माइक्रोइलेक्ट्रोड्स के निर्माण को एक उदाहरण के रूप में वर्णित किया गया है। जांचकर्ता आवश्यक स्टीरियोटैक्सिक दूरी की गणना करके और तदनुसार निर्माण को समायोजित करके किसी भी वांछित संरचना को फिट करने के लिए माइक्रोइलेक्ट्रोड डिज़ाइन को संशोधित कर सकते हैं।

उदाहरण के लिए, हमने पहले हिप्पोकैम्पस12 में लैमेलर और सेप्टोटेम्पोरल दिशा में एलएफपी रिकॉर्ड करने के लिए इन माइक्रोइलेक्ट्रोड सरणियों के डिजाइन को संशोधित किया है। एक 50 μm रिक्ति तार आसन्न इलेक्ट्रोड को अलग कर दिया गया क्योंकि सिग्नल के क्रॉस-संदूषण को रोकने के लिए हिप्पोकैम्पल लामिना के साथ दर्ज किए गए चार माइक्रोइलेक्ट्रोड। यद्यपि वे एकल-इकाई रिकॉर्डिंग नहीं थे, प्रत्येक इलेक्ट्रोड ने न्यूरॉन्स के एक छोटे समूह का प्रतिनिधित्व किया, जैसा कि सेल बॉडी से दूरी के एक समारोह के रूप में स्पाइक तरंग की परिवर्तनशीलता द्वारा इंगित किया गया था।

निर्माण के दौरान, उन गहरी संरचनाओं को लक्षित करने के लिए आरोपण सर्जरी के दौरान स्थिरता प्रदान करने के लिए ग्लास ट्यूबों में थैलेमिक और निग्राल माइक्रोइलेक्ट्रोड तारों का सम्मिलन आवश्यक था। आठ द्विपक्षीय माइक्रोइलेक्ट्रोड थे, जिनमें से चार में ग्लास ट्यूब (2 वीएल और 2 एसएनआर) थे, जो इंट्राक्रैनियल दबाव को बढ़ाने और मृत्यु दर में वृद्धि से पहले एक सीमा थी। आम तौर पर, कांच की ट्यूबों की आवश्यकता होती है जब वांछित सम्मिलन गहराई कम से कम 2 मिमी होती है।

इसके अलावा, 0.5 मिमी मोटी प्लास्टिक की आवश्यकता थी, जो इलेक्ट्रोड के बीच न्यूनतम दूरी को 0.5 मिमी तक सीमित करती थी, लेकिन अन्य प्लास्टिक का उपयोग किया जा सकता था। वर्तमान मामले में, प्लास्टिक को हेडसेट की प्रमुख धुरी के साथ रखा गया था। प्लास्टिक को हेडसेट अक्ष पर भी रखा जा सकता है जहां कई इलेक्ट्रोड में समान पूर्वकाल-पश्च (एपी) होता है लेकिन अलग-अलग औसत दर्जे का-पार्श्व (एमएल) निर्देशांक होता है। यह विधि विशिष्ट मस्तिष्क क्षेत्रों के लिए संभावित कॉन्फ़िगरेशन की एक विस्तृत श्रृंखला प्रदान करती है।

एक हेडसेट पर पिन की संख्या माइक्रोइलेक्ट्रोड्स की संख्या को सीमित करती है। 12 पिन युक्त एक हेडसेट एक वयस्क माउस सिर के पूर्वकाल-पीछे की सीमा को पूरी तरह से कवर करता है। टांका लगाने के दौरान प्रत्येक पिन को अन्य पिनों से अलग किया जाना चाहिए। इलेक्ट्रोड टर्मिनलों की प्रत्येक जोड़ी के लिए विद्युत अलगाव का परीक्षण करने के लिए एक ओममीटर और 0.9% खारे पानी की आवश्यकता थी। 12-पिन हेडसेट रिकॉर्डिंग को 10 क्षेत्रों तक सीमित करता है (2 जमीन और संदर्भ के लिए आरक्षित हैं)।

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Disclosures

लेखकों के पास खुलासा करने के लिए कुछ भी नहीं है।

Acknowledgments

इस काम को राष्ट्रीय स्वास्थ्य संस्थान (RO1 NS120945, R37NS119012 से JK) और UVA Brain Institute द्वारा समर्थित किया गया था।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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

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References

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तंत्रिका विज्ञान अंक 181
एकाधिक मस्तिष्क संरचनाओं से <em>विवो रिकॉर्डिंग में</em> एक साथ के लिए स्थानीय क्षेत्र संभावित Microelectrodes का निर्माण
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Brodovskaya, A., Shiono, S.,… More

Brodovskaya, A., Shiono, S., Batabyal, T., Williamson, J., Kapur, J. Construction of Local Field Potential Microelectrodes for in vivo Recordings from Multiple Brain Structures Simultaneously. J. Vis. Exp. (181), e63633, doi:10.3791/63633 (2022).

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