Konstruktion av lokala fältpotentialmikroelektroder för in vivo-inspelningar från flera hjärnstrukturer samtidigt
Summary
Det nuvarande protokollet beskriver konstruktionen av skräddarsydda mikroelektrodmatriser för att registrera lokala fältpotentialer in vivo från flera hjärnstrukturer samtidigt.
Abstract
Forskare behöver ofta registrera lokala fältpotentialer (LFP) samtidigt från flera hjärnstrukturer. Inspelning från flera önskade hjärnregioner kräver olika mikroelektrodkonstruktioner, men kommersiellt tillgängliga mikroelektrodmatriser erbjuder ofta inte sådan flexibilitet. Här beskriver det nuvarande protokollet den enkla utformningen av skräddarsydda mikroelektrodmatriser för att spela in LFP från flera hjärnstrukturer samtidigt på olika djup. Detta arbete beskriver konstruktionen av de bilaterala kortikala, striatala, ventrolaterala talamiska och nitrala mikroelektroderna som ett exempel. Den skisserade designprincipen erbjuder flexibilitet, och mikroelektroderna kan modifieras och anpassas för att spela in LFP från vilken struktur som helst genom att beräkna stereotaxiska koordinater och snabbt ändra konstruktionen i enlighet därefter för att rikta in sig på olika hjärnregioner i antingen fritt rörliga eller bedövade möss. Mikroelektrodaggregatet kräver standardverktyg och tillbehör. Dessa anpassade mikroelektrodmatriser gör det möjligt för utredare att enkelt designa mikroelektrodmatriser i vilken konfiguration som helst för att spåra neuronal aktivitet, vilket ger LFP-inspelningar millisekunders upplösning.
Introduction
Lokala fältpotentialer (LFP) är de elektriska potentialer som registreras från det extracellulära utrymmet i hjärnan. De genereras av jonkoncentrationsobalanser utanför neuroner och representerar aktiviteten hos en liten, lokaliserad population av neuroner, vilket gör det möjligt att exakt övervaka aktiviteten i en specifik hjärnregion jämfört med makroskala EEG-inspelningarna1. Som en uppskattning motsvarar LFP-mikroelektroderna separerade med 1 mm två helt olika populationer av neuroner. Medan EEG-signalen filtreras av hjärnvävnad, cerebrospinalvätska, skalle, muskler och hud, är LFP-signalen en pålitlig markör för lokal neuronal aktivitet1.
Forskare behöver ofta samtidigt registrera LFP från flera hjärnstrukturer, men kommersiellt tillgängliga mikroelektrodmatriser erbjuder ofta inte sådan flexibilitet. Här beskriver det nuvarande protokollet helt anpassningsbara, lätt konstruerade mikroelektroder för att samtidigt spela in LFP från önskad hjärnregion på olika djup. Även om LFP i stor utsträckning har använts för att registrera den neuronala aktiviteten i en specifik hjärnregion 2,3,4,5,6,7,8,9, tillåter den nuvarande enkla anpassningsbara designen inspelning av LFP från alla flera ytliga eller djupa hjärnregioner 11,12 . Protokollet kan också modifieras för att konstruera vilken önskad mikroelektrodmatris som helst genom att bestämma stereotaxiska koordinater för hjärnregionerna och montera matrisen i enlighet därav. Dessa mikroelektroder med en samplingsfrekvens på 10 kHz och 60-70 kΩ motstånd (2 cm längd) gör att vi kan spela in LFP med millisekundprecision. Data kan sedan förstärkas av en 16-kanals förstärkare, filtreras (lågt pass 1 Hz, högpass 5 kHz) och digitaliseras.
Protocol
Representative Results
Discussion
Historiskt sett har mikroelektrodmatriser använts i stor utsträckning för att registrera neuronal aktivitet från en specifik hjärnregion av intresse 2,3,4,5,6,7,8,9,13. Vår enkla mikroelektroddesign möjliggör dock …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Detta arbete stöddes av National Institute of Health (RO1 NS120945, R37NS119012 till JK) och UVA Brain Institute.
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).
