Aynı Anda Birden Çok Beyin Yapısından İn vivo Kayıtlar için Yerel Alan Potansiyeli Mikroelektrotlarının İnşası
Summary
Mevcut protokol, aynı anda birden fazla beyin yapısından in vivo olarak yerel alan potansiyellerini kaydetmek için özel yapım mikroelektrot dizilerinin yapımını açıklamaktadır.
Abstract
Araştırmacıların genellikle birkaç beyin yapısından aynı anda yerel alan potansiyellerini (LFP’ler) kaydetmeleri gerekir. İstenilen birden fazla beyin bölgesinden kayıt yapmak farklı mikroelektrot tasarımları gerektirir, ancak ticari olarak temin edilebilen mikroelektrot dizileri genellikle böyle bir esneklik sunmaz. Burada, mevcut protokol, LFP’leri aynı anda farklı derinliklerde birden fazla beyin yapısından kaydetmek için özel yapım mikroelektrot dizilerinin basit tasarımını özetlemektedir. Bu çalışmada bilateral kortikal, striatal, ventrolateral talamik ve nigral mikroelektrotların yapımına örnek olarak anlatılmaktadır. Özetlenen tasarım prensibi esneklik sunar ve mikroelektrotlar, stereotaksik koordinatları hesaplayarak ve yapıyı serbestçe hareket eden veya anestezi uygulanan farelerde farklı beyin bölgelerini hedeflemek için buna göre hızlı bir şekilde değiştirerek LFP’leri herhangi bir yapıdan kaydetmek için değiştirilebilir ve özelleştirilebilir. Mikroelektrot tertibatı standart alet ve sarf malzemeleri gerektirir. Bu özel mikroelektrot dizileri, araştırmacıların nöronal aktiviteyi izlemek için herhangi bir konfigürasyonda mikroelektrot dizilerini kolayca tasarlamalarına olanak tanır ve LFP kayıtlarını milisaniye çözünürlükte sağlar.
Introduction
Yerel alan potansiyelleri (LFP’ler), beyindeki hücre dışı alandan kaydedilen elektrik potansiyelleridir. Nöronların dışındaki iyon konsantrasyonu dengesizlikleri tarafından üretilirler ve küçük, lokalize bir nöron popülasyonunun aktivitesini temsil ederler ve makro ölçekli EEG kayıtlarına kıyasla belirli bir beyin bölgesinin aktivitesini tam olarak izlemeye izin verirler1. Bir tahmin olarak, 1 mm ile ayrılmış LFP mikroelektrotları, tamamen farklı iki nöron popülasyonuna karşılık gelir. EEG sinyali beyin dokusu, beyin omurilik sıvısı, kafatası, kas ve cilt tarafından filtrelenirken, LFP sinyali lokal nöronal aktivitenin güvenilir bir belirtecidir1.
Araştırmacıların genellikle LFP’leri birkaç beyin yapısından aynı anda kaydetmeleri gerekir, ancak ticari olarak temin edilebilen mikroelektrot dizileri genellikle böyle bir esneklik sunmaz. Burada, mevcut protokol, LFP’leri istenen herhangi bir beyin bölgesinden farklı derinliklerde aynı anda kaydetmek için tamamen özelleştirilebilir, kolayca oluşturulmuş mikroelektrotları tanımlamaktadır. LFP’ler, belirli bir beyin bölgesinin nöronal aktivitesini kaydetmek için yaygın olarak kullanılmasına rağmen 2,3,4,5,6,7,8,9, mevcut kolay özelleştirilebilir tasarım, LFP’lerin herhangi bir çoklu yüzeysel veya derin beyin bölgesinden kaydedilmesine izin verir 11,12 . Protokol ayrıca, beyin bölgelerinin stereotaksik koordinatlarını belirleyerek ve diziyi buna göre monte ederek istenen herhangi bir mikroelektrot dizisini oluşturmak için değiştirilebilir. 10 kHz örnekleme hızına ve 60-70 kΩ dirence (2 cm uzunluk) sahip bu mikroelektrotlar, LFP’leri milisaniye hassasiyetiyle kaydetmemizi sağlar. Veriler daha sonra 16 kanallı bir amplifikatör ile güçlendirilebilir, filtrelenebilir (düşük geçişli 1 Hz, yüksek geçişli 5 kHz) ve sayısallaştırılabilir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Tarihsel olarak, mikroelektrot dizileri, 2,3,4,5,6,7,8,9,13 ile ilgilenilen belirli bir beyin bölgesinden nöronal aktiviteyi kaydetmek için yaygın olarak kullanılmıştır. Bununla birlikte, kolay mikroelektrot tasar?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma Ulusal Sağlık Enstitüsü (RO1 NS120945, R37NS119012 to JK) ve UVA Beyin Enstitüsü tarafından desteklenmiştir.
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).
