Method Article

Eşzamanlı Optogenetik Modülasyon ve Elektriksel Nöral Kayıt için Optrode Dizisi

DOI:

10.3791/63460

⸱

September 1st, 2022

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Electronic and Electrical Engineering, Ewha Womans University, 2Graduate Program in Smart Factory, Ewha Womans University, 3Department of Electrical and Computer Engineering, Seoul National University, 4Graduate School of Engineering Practice, Seoul National University, 5Department of Brain and Cognitive Sciences, Ewha Womans University

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Burada, ışık iletimi için optik fiberlere ve nöral kayıt için bir elektrot dizisine sahip bir optrode sisteminin üretim yöntemini sunuyoruz. Channelrhodopsin-2'yi eksprese eden transgenik farelerle yapılan in vivo deneyler, eşzamanlı optogenetik stimülasyon ve elektrofizyolojik kayıt için sistemin fizibilitesini göstermektedir.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Son on yılda, optogenetik, seçici nöral modülasyon veya izleme konusundaki benzersiz kabiliyeti nedeniyle nöral sinyallemenin araştırılması için önemli bir araç haline gelmiştir. Spesifik nöronal hücre tipleri, opsin proteinlerini eksprese etmek için genetik olarak değiştirilebildiğinden, optogenetik, seçilen nöronların optik stimülasyonunu veya inhibisyonunu sağlar. Optogenetik için optik sistemde çeşitli teknolojik gelişmeler olmuştur. Son zamanlarda, optogenetik stimülasyon veya inhibisyona verilen nöral yanıtları eşzamanlı olarak izlemek için ışık iletimi için optik dalga kılavuzunun elektrofizyolojik kayıt ile birleştirilmesi önerilmiştir. Bu çalışmada, gömülü çok kanallı elektrotlarla implante edilebilir bir optrode dizisi (2x2 optik fiber) geliştirilmiştir.

Işık kaynağı olarak ışık yayan bir diyot (LED) kullanıldı ve optik fiberlerin ucunda yeterli ışık gücü sağlamak için mikrofabrikasyon bir mikrolens dizisi entegre edildi. Optrode dizi sistemi, tek kullanımlık parçayı ve yeniden kullanılabilir parçayı içerir. Tek kullanımlık kısım optik fiberlere ve elektrotlara sahipken, yeniden kullanılabilir kısım ışık kontrolü ve nöral sinyal işleme için LED ve elektronik devrelere sahiptir. İmplante edilebilir optrod dizi sisteminin yeni tasarımı, optrode implantasyon cerrahisi, optogenetik ışık stimülasyonu ve elektrofizyolojik nöral kayıt prosedürüne ek olarak eşlik eden videoda tanıtılmıştır. İn vivo deneylerin sonuçları, farelerin hipokampal uyarıcı nöronlarından gelen ışık uyaranları tarafından uyandırılan zaman kilitli nöral sivri uçları başarıyla gösterdi.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Nöral aktiviteyi kaydetmek ve kontrol etmek, beynin bir sinir ağında ve hücresel seviyelerde nasıl çalıştığını anlamak için gereklidir. Geleneksel elektrofizyolojik kayıt yöntemleri, bir mikropipet kullanılarak yama kelepçesi 1,2,3,4 ve mikronöral elektrotlar 5,6,7,8 kullanılarak hücre dışı kaydı içerir. Bir nöromodülasyon yöntemi olarak, elektriksel stimülasyon, nöronal hücrelerin doğrudan veya dolaylı depolar....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Hayvan bakımı ve cerrahi prosedürler, Ewha Womans Üniversitesi'ndeki Kurumsal Hayvan Bakımı ve Kullanımı Komitesi (IACUC) tarafından onaylanmıştır (no. 20-029).

1. Bir optrode dizisinin hazırlanması (Şekil 1 ve Şekil 2)

  1. Optik fiberleri mikrolens dizisine takın.
    1. Optik fiberin pasivasyon kaplamasını çıkarın ve hassas bir optik fiber kırıcı kullanarak 5 mm uzunluğunda parçalara ayırın.
    2. Optik fiberi şeffaf UV reçinesine batırın ve optik fiberleri mikrolens dizisine yerleştirin.
    3. UV lambası kullana....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Optrode sistemi, hedef nöronları aktive etmek için yeterli ışık gücü sağlamak için başarıyla üretilmiştir. Tungsten elektrotlarının ince hizalaması, mikrofabrikasyon silikon yoluyla delikler yoluyla elde edilir. 50 mA akım uygulandığında optik fiber ucunda ölçülen ışık yoğunluğu 3,6 mW/mm2'dir . Mikrolens, ışık verimliliğini 3,13 dB artırdı. Işık bağlantısını geliştiren mikrolens dizisi nedeniyle, uygulanan akım, mikrolens dizi sistemi olmadan aynı ışık yoğunluğunu elde etmek için gereken akımın yaklaşık yarıs.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Eşzamanlı optogenetik stimülasyon ve elektrofizyolojik kayıt için sistemin fizibilitesi doğrulandı (Şekil 6). Işık stimülasyonu sırasındaki büyük sivri uçlar, ışık stimülasyonu ile aynı anda meydana gelen fotoelektrik eserlerdir (Şekil 6A). Bu, kırmızı kesikli dikdörtgendeki dalga formunun yakınlaştırılmış görünümünde açıktır (Şekil 6A). Şekil 6A'da gösterildiği gibi, fotoelektrik artefaktlar kaydedilen.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Yazarların açıklayacağı bir çıkar çatışması yoktur.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu araştırma, Kore Ulusal Araştırma Vakfı (NRF) aracılığıyla İnsanın Güçlendirilmesi için Yakınsak Teknoloji Ar-Ge Programı tarafından, Bilim ve BİT Bakanlığı (NRF-2019M3C1B8090805) tarafından finanse edilmiş ve Kore hükümeti (MSIT) tarafından finanse edilen Kore Ulusal Araştırma Vakfı (NRF) hibesi (no. 2019R1A2C1088909) tarafından desteklenmiştir. Seung-Hee Lee'nin KAIST, Daejeon, Kore'deki Biyolojik Bilimler Bölümü'ndeki laboratuvarına, transgenik fareleri nazik bir şekilde sağladıkları için teşekkür ederiz.

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
5 pimli KonnektörNW3HD127K1,27 mm (.050") aralık
BovieFine Science Tools(FST)18010-00Yüksek Sıcaklık Koter
Kiti Veri Toplama YazılımıIntan Technologies, LLCUSB Arabirim Kartı yazılımıRHD USB Arabirim Kartı ile çalışın
Dental ÇimentoLang Dental Manufacturing Company, Inc.1223CLRJet protez onarım paketinde Jet Sıvı ve toz kullanın
Dijital Manipülatör KolÇalma A.Ş.51904/51906Sol, Sağ her biri Dijital Manipülatör Kolu, 3 Eksenli, Eklenti
Jel KöpükCutanplastStandart (70*50*10 mm)Hemostatik etkiye sahip steril yeniden emilebilir jelatin sünger
Headstage PreamplifierIntan Technologies, LLCRHD 16 Kanallı Kayıt Headstages
Isıtma YastığıStoelting Co.53800RÇalgı Kemirgen Isıtıcı X1 Sıçan Isıtma Yastığı ile
LEDOSLONGB CS8PM1.13λ typ. 470 nm, Görüş açısı 80 ° C, İleri gerilim 2,85 V
MATLABMathWorks, Inc.R2019a
Mikro KelepçeSURGIWAY12-1002-04Düz tip, Tırtıklı ince DIEFFENBACH droite 3,5 cm
Fiber OptikThorlabs, Inc.FT200UMT0.39 NA, ø 200 &mikro; m Çekirdek Çok Modlu Optik Fiber, 300 - 1200 nm
PFA Kaplı Tungsten TelSistemiÖzel siparişedilen Çubuk tipi, & Oslash; 101.6 & mu; m (.004 ")
FotodiyotThorlabsS121C
güç ölçerThorlabs Inc.PM100D
Hassas baltaFITELS326Fiber dilimleyici aracı
PrizmaGraphPad5.01 sürümü
NeşterTüy ve ticaret;# 20100 mm uzunluğunda Neşter Saplı vida ile neşter bıçağı
Nasa Korepaslanmaz çelikçapı: 1,2 mm, uzunluk: 3 mm
Gümüş TelNilaco CorporationAG-401265& Oslash; 200 & mikro; m
Stereotaksik FxrameÇalma A.Ş.51500DDijital yeni standart stereotaksik, sıçan ve fare
sütürETHICONW9106sütür boyutu: 4-0, uzunluk: 75 cm, tel çapı: 4-0
VaselineUnilever PLCOrijinal% 100 saf petrol jeli
Wave_ClusN/AN/A
#C3314 için Yüksek OH https://github.com/csn-le/wave_clus

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Wang, Y., Liu, Y. Z., Wang, S. Y., Wang, Z. In vivo whole-cell recording with high success rate in anaesthetized and awake mammalian brains. Molecular Brain. 9 (1), 86(2016).
  2. Segev, A., Garcia-Oscos, F., Kourrich, S. Whole-cell patch-clamp r....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Optrode ArrayOptogenetic ModulationNeural RecordingOptical StimulationElectrophysiological RecordingLED Light SourceMicrolens ArrayStereotactic SurgerySpike SortingWireless Optogenetics

Related Articles