Kablosuz, Vivo içinde kayıt ve fareler serbestçe davranışlar içinde sinirsel aktivite uyarılması için çift yönlü arayüzü

Bu çalışmanın genel amacı, serbest davranan sıçanlarda çok kanallı nöral kayıtlar ve stimülasyon gerçekleştirmek için telemetrik, çift yönlü bir cihaz geliştirmekti. Bu yeni cihaz, beyin aktivasyon kalıpları ve davranış arasındaki nedensel ilişkiler gibi davranışsal sinirbilim alanındaki temel soruları yanıtlamaya yardımcı olabilir. Telemetrik sistemi doğrulamak için, hedef nöroyapı olarak inferior colliculus'u seçiyoruz, çünkü elektriksel stimülasyonu ile açık bir davranışsal tepki ortaya çıkarılabilir.

İnferior colliculus'un elektriksel stimülasyonunun, sıçanlarda uyanıklık, donma ve kaçış davranışı gibi şartlı korku benzeri davranışsal tepkiler ortaya çıkardığı yaygın olarak bilinmektedir. Bu kadar açık ve net bir davranışı ortaya çıkarabilmenin telemetrik sistemimiz için gerçek bir meydan okuma sağlayacağını varsaydık. Entegre telemetrik sistem, stereotaksik cerrahi sırasında implante edilecek bir kafa aşaması, pil, alıcı ve bir mikroelektrot ünitesinden oluşur.

Burada, tek elektrot, tetrode, stimülasyon elektrodu, elektrot fiber bağlantı kartı, esnek bağlantı kabloları, topraklama kablosu, konektör kartı, TWS için erkek veya dişi konektör, ön amplifikatöre bağlı TWS mikroelektrot ünitesi ve stereotaksik bir çerçeveye takmak için tutucudan oluşan, tarafımızca geliştirilen tamamen entegre, kablosuz bir sistem gösterilmektedir. Bu işleme başlamak için, kulak çubukları ve üst kesici çubuk kullanarak hayvanın kafasını stereotaktik aparata sabitleyin ve yatay olarak hizalayın. Ardından, cerrahi makas veya makas kullanarak cerrahi alanı tıraş edin ve kafa derisini povidon iyot ile sterilize edin.

Hipotermiyi önlemek için hayvanın altına bir ısıtma yastığı yerleştirin ve kurumasını önlemek için gözünü dekspantenol ile tedavi edin. Daha sonra cerrahi bölgenin ortasına Ksilokain enjekte edin. Daha sonra kafatasını ortaya çıkarmak için neşter ile küçük bir kesi yapın.

Cildi nazikçe ayırın ve kalan dokuyu çıkarın. Ardından, hidrojen peroksit kaplı pamuklu çubuklar kullanarak kafatasını dikkatlice temizleyin. Daha sonra, paslanmaz çelik vidaların sabitlenmesi için kafatasında dört küçük delik açın.

Bunu takiben, elektrot ünitesinin sabitlenmesi için hedef alanın üzerinde kafatasında yaklaşık yedi milimetrelik bir delik açın. Mikroelektrot ünitesini ve elektrot tutucuyu ön amplifikatöre bağlayın. stereotaktik mikromanipülatöre bağlı. Pamuk tomurcukları ile herhangi bir kanı emdirin.

Ardından, uçlar hedef alana ulaşana kadar mikroelektrot ünitesini dikey olarak tanıtın. Topraklama kablosunu paslanmaz çelik vidalar boyunca ve derinin altına yerleştirin. Bundan sonra, elektrodu, hedef yapıdaki aktif nöronların bir bölgesine ulaşana kadar mikromanipülatör ile dikkatlice ayarlayın.

Bu arada, ani artış aktivitesini izleyin ve ani sıralama için uygun sinyal-gürültü oranıyla sinirsel aktiviteyi tespit edin. Daha sonra mikroelektrot ünitesini ultraviyole yapıştırıcı ile kafatasına sabitleyin. Vidaları ve topraklama kablosunu akrilik reçine ile kapatın.

Bundan sonra, mikroelektrot ünitesini elektrot tutucusundan ayırın. Temas plakasını ve küçük kabloları akrilik reçine ile kaplayın. Brad'i stereotaktik çerçeveden dikkatlice çıkarın ve ön amplifikatörü mikroelektrot ünitesinden çıkarın.

Ardından, implante edilen mikroelektrot ünitesine kapak korumasını bağlayın ve yalnızca deneysel prosedürler sırasında bağlantısını kesin. Hayvan refahını izleyin ve deneylerin sonuna kadar her gün bir puan cetveli doldurun. İyileşmeye izin vermek için fareleri ameliyattan sonra en az bir gün boyunca ev kafesinde ayrı ayrı tutun ve ardından fareleri çiftler halinde barındırın.

Tek kafesler yüksek akrilik kapaklarla kapatılmalıdır. Metal ızgaradan yapılmış geleneksel kapaklardan kaçının, çünkü implantlar zamanla sıkışabilir ve hasar görebilir veya dengesiz hale gelebilir. TWS yazılımını açın ve alıcı-vericiyi bilgisayarın USB bağlantı noktasına bağlayın.

Alıcı-verici, hayvanın beş metre yukarısına yerleştirilebilir. Alıcı-verici ile hayvan kafası aşaması arasına metal bir engel getirilmediğinde, TWS çok çeşitli davranışsal görevlere uygulanabilir. Pili başın üst kısmına bağlayın.

Pil bağlıyken baş kısmında yeşil bir ışığın yandığından emin olun. Ardından kafa aşamasını doğrudan implante edilmiş mikroelektroda bağlayın. Örnek davranış testleri olarak, genel davranışsal aktivitenin ölçümü için açık alanı ve sıçanlarda kaygı benzeri davranışları değerlendirmek için standart bir test olan yükseltilmiş artı labirenti kullanıyoruz.

Açık alan tahlili için, fareyi açık alanın ortasına yerleştirin. Farenin cihazı en az beş dakika keşfetmesine izin verin. Ana bilgisayarı telemetrik sisteme bağlamak için bağlantı düğmesine basın.

Durum çevrimdışı'dan çevrimiçi'ne değişmelidir. Uyaran parametresi ayar menüsünü seçin. Stimülasyon deneyinize göre stimülasyon jeneratörü parametrelerini seçin.

Örneğin, darbe genliği bir, darbe genliği iki, darbe frekansı ve tren frekansı. Tüm stimülasyon parametreleri gerekli değerlere ayarlanmışsa, fareyi Uyaran Başlat'a getirin ve Uyaran Başlat düğmesine basın. Fare işaretçisini Grafik Başlat Ekranı düğmesine getirin.

Stimülasyon sinyalini görüntüleyecek grafikleri seçmek için fare imlecini Grafik Görünümü menüsüne getirin. Yükseltilmiş artı labirent tahlili için, bu deneylerde kullanılan artı labirent gri akrilikten yapılmıştır ve zeminden 50 santimetre yükseklikte merkezi bir platformdan uzanan iki açık kol ve iki kapalı koldan oluşur. Hızı merkeze ve açık bir kola bakacak şekilde labirente yerleştirin.

Cihazı beş dakika boyunca serbestçe keşfetmesine izin verin. Ana bilgisayarı telemetrik sisteme bağlamak için bağlantı düğmesine basın. Durum çevrimdışı'dan çevrimiçi'ne değişmelidir.

İletişim gücü ve kalan pil kapasitesi, sol üst köşedeki yeşil çubukla görüntülenir. Grafik seçeneklerini görmek için yapılandırma menüsüne basın. Kaydedilen verilerin saklanması gereken dosya adını ve yolunu girmek için dosya yolu menüsünü seçin.

Dosya adını ve yolunu kaydetmek için kaydet'e basın. Dört kayıt kanalının algılanan sinyallerinin görüntülenmesini başlatmak için ekranı başlat düğmesine basın. Kaydedilen sinyallerin henüz saklanmadığına dikkat edin.

Entegre TWS kafa aşamasının kazancını seçin. Yeşil oka basarak ses monitörünü başlatın ve arka plan gürültüsünü azaltmak ve kaydedilen ani artışları akustik olarak görüntülemek için kaydırıcıyla bir sinyal eşiği seçin. Kayıt menüsündeki kırmızı kayıt düğmesine basın.

Kayıt düğmesine basıldığında, kaydedilen sinyal sabit diskte saklanır. Kaydedilen sinyal sağ tarafta sürekli olarak görüntülenir. Burada, inferior kollikulusa implante edilmiş tek bir bipolar kayıt elektrotu ile TWS'nin kayıt performansı gösterilmektedir.

Daha sonra, kafa aşamasını implante edilmiş mikroelektrot ünitesinden ayırın ve kapak korumasını bağlayın. Bunu takiben, fareyi ev kafesine geri koyun. Hücre dışı çok birimli aktivite, TWS ve konvansiyonel bağlı bir kayıt sistemi kullanılarak aynı implante elektrottan inferior kollikulusta art arda kaydedildi.

Bu şekil, hayvan açık bir alanda serbestçe hareket ederken her iki sistem kullanılarak kaydedilen temsili ham verileri göstermektedir. Burada, sinyallerin doğrudan karşılaştırılması, benzer ani dalga formlarını ve gürültü seviyelerini göstermektedir. Burada serbest hareket eden hayvanlarda elektrofizyolojik ve davranışsal çalışmalar için kablosuz kayıt ve stimülasyon sistemimizi sunduk.

Yaklaşımımızın mevcut olanlara göre çeşitli avantajları vardır. İlk olarak, bu sistem tek bir portatif kafa aşaması kullanır. Bir ön amplifikatör ve şarj edilebilir bir pil ile tutar.

Baş aşaması hafif ve kompakttır, pil dahil 12 gram ağırlığındadır. İkincisi, hayvanlar tarafından iyi tolere edildi ve bunun için hayvanın hareketliliğini kısıtlamadığı için bağlı sistemin yerini almak için kullanılabilir. Üçüncüsü, nöral aktivitenin eşzamanlı çift yönlü kaydı ve uyarılması yoluyla, bu sistem belirli beyin aktivasyon kalıpları ve davranışları arasındaki nedensel ilişkileri değerlendirmek için gelişmiş bir araç sağlar.

Son olarak, konvansiyonel stereotaksik cerrahi sırasında kolayca implante edilebilen, kronik olarak implante edilebilir bir mikroelektrot ünitesi geliştirdik. Bu videoyu izledikten sonra, mikroelektrot ünitesinin nasıl implante edileceğini ve elektriksel stimülasyon ve hücre dışı nöral kayıtların nasıl gerçekleştirileceğini iyi anlamış olmalısınız. Telemetrik sistem, beyin stimülasyon mekanizmalarını araştırmak için yararlı bir araçtır.

Telemetrik sistem, tanımlanmış nöral devrelerdeki elektriksel aktivitenin belirli davranış biçimlerini nasıl ürettiğini araştırmak için geniş bir davranış testleri seti ile birleştirilebilen önemli bir araçtır, sinirbilim için temel bir arayıştır.