Bygging av lokale feltpotensiale mikroelektroder for in vivo-opptak fra flere hjernestrukturer samtidig

Summary

Den nåværende protokollen beskriver byggingen av skreddersydde mikroelektrode arrays for å registrere lokale feltpotensialer in vivo fra flere hjernestrukturer samtidig.

Abstract

Forskere må ofte registrere lokale feltpotensialer (ALFPer) samtidig fra flere hjernestrukturer. Opptak fra flere ønskede hjerneregioner krever forskjellige mikroelektrode design, men kommersielt tilgjengelige mikroelektrode arrays tilbyr ofte ikke slik fleksibilitet. Her skisserer den nåværende protokollen den enkle utformingen av skreddersydde mikroelektrode arrays for å registrere AKU-er fra flere hjernestrukturer samtidig på forskjellige dybder. Dette arbeidet beskriver byggingen av de bilaterale kortikale, striatale, ventrolaterale thalamic og nigrale mikroelektroder som et eksempel. Det skisserte designprinsippet gir fleksibilitet, og mikroelektrodene kan modifiseres og tilpasses for å registrere AKU-er fra hvilken som helst struktur ved å beregne stereotaksiske koordinater og raskt endre konstruksjonen tilsvarende for å målrette forskjellige hjerneregioner i enten fritt bevegelige eller bedøvede mus. Mikroelektrodeenheten krever standardverktøy og -forsyninger. Disse tilpassede mikroelektrode-arrayene gjør det enkelt for undersøkere å designe mikroelektrode-arrayer i enhver konfigurasjon for å spore nevronaktivitet, og gir LFP-opptak med millisekunders oppløsning.

Introduction

Lokale feltpotensialer (AKU-er) er de elektriske potensialene som registreres fra det ekstracellulære rommet i hjernen. De genereres av ionkonsentrasjonsubalanser utenfor nevroner og representerer aktiviteten til en liten, lokalisert befolkning av nevroner, slik at de nøyaktig kan overvåke aktiviteten til en bestemt hjerneregion sammenlignet med makroskala EEG-registreringene¹. Som et estimat tilsvarer LFP-mikroelektrodene atskilt med 1 mm to helt forskjellige populasjoner av nevroner. Mens EEG-signal filtreres etter hjernevev, cerebrospinalvæske, hodeskalle, muskel og hud, er LFP-signal en pålitelig markør for lokal nevronaktivitet¹.

Forskere må ofte samtidig registrere AKU-er fra flere hjernestrukturer, men kommersielt tilgjengelige mikroelektrode arrayer tilbyr ofte ikke slik fleksibilitet. Her beskriver den nåværende protokollen fullt tilpassbare, lett konstruerte mikroelektroder for samtidig å registrere AKU-er fra ønsket hjerneregion på forskjellige dybder. Selv om AKU-er i stor grad har blitt brukt til å registrere nevronaktiviteten til en bestemt hjerneregion 2,3,4,5,6,7,8,9, tillater den nåværende enkle tilpassbare designen opptak av AKU-er fra flere overfladiske eller dype hjerneregioner ^11,12 . Protokollen kan også modifiseres for å konstruere ønsket mikroelektroderingsmatrise ved å bestemme stereotaksiske koordinater i hjerneregionene og montere matrisen tilsvarende. Disse mikroelektrodene med en samplingsfrekvens på 10 kHz og 60-70 kΩ motstand (2 cm lengde) lar oss registrere AKU-er med millisekundpresisjon. Dataene kan deretter forsterkes av en 16-kanals forsterker, filtreres (lavpass 1 Hz, høy pass 5 kHz) og digitaliseres.

Protocol

Det nåværende arbeidet er godkjent av University of Virginia Animal Care and Use Committee. C57Bl/6 mus av begge kjønn (7-12 uker) ble brukt til forsøkene. Dyrene ble opprettholdt på en 12 timers lys/12 timers mørk syklus og hadde ad libitum tilgang til mat og vann. 1. Microelectrode konstruksjon For å konstruere mikroelektrodene, bruk 50 μm (diameter) diamelbelagt nikkel-kromtråd (se Materialtabell). Tape den ene enden av ledningen…

Representative Results

I dette arbeidet ble LFP-mikroelektrodene brukt til å kartlegge anfallet spredt gjennom basal ganglia11. Samtidige LFP-opptak ble utført fra høyre premotorisk cortex (hvor anfallsfokuset var) og venstre VL, striatum og SNR (figur 4). Anfallsstart ble identifisert som avbøyning av spenningssporet minst dobbelt så stor grunnlinje (figur 4A, rød pil). Kraftspektrumplottet11 viser frekvensfordelinger for de regis…

Discussion

Historisk har mikroelektrode arrayer blitt mye brukt til å registrere nevronaktivitet fra en bestemt hjerneregion av interesse 2,3,4,5,6,7,8,9,13. Imidlertid tillater vår enkle mikroelektrode design opptak fra flere stru…

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