Eşzamanlı Optogenetik Modülasyon ve Elektriksel Nöral Kayıt için Optrode Dizisi

Bu protokol, eşzamanlı optogenetik stimülasyon ve elektrofizyolojik kayıt için optrode sistemi üzerinde üretimi içerir. Önerilen LED tabanlı sistem, bir mikrolens dizisi aracılığıyla ışık bağlantısı verimliliğini artırır. Bir LED ışık kaynağı, bir lazer ışık kaynağından daha basit bir aydınlatma kurulumuna sahiptir, böylece sistem kablosuz sisteme kolayca uygulanabilir.

Optogenetik, nörolojik hastalıkların patolojisini ve tedavi mekanizmalarını anlamak için kullanılan bir yol tekniğidir. Optogenetik, omurilik yaralanması, epilepsi, Parkinson hastalığı ve Alzheimer hastalığının tedavisinde uygulanabilir. LED tabanlı cihazımız, düşük sistem karmaşıklığı, maliyet etkinliği ve düşük güç tüketimi gibi çeşitli avantajlarla kablosuz bir sistem olarak daha da uygulanabilir.

İlk olarak, 1,27 milimetrelik aralıklı dişi konektörü baş kademe ön amplifikatörüne bağlayın. LED'i 3D baskılı muhafazaya yerleştirin. Bir fotodiyot kullanarak optik fiber ucun ucundaki ışık yoğunluğunu ölçün.

Tungsten elektrotlarını ve optik fiberleri 15 dakika boyunca alkole batırın ve havayla kurutun. Kafa derisini tıraş edin ve anestezi uygulanan fareyi stereotaktik çerçeveye yerleştirin. Kafayı stereotaktik çerçeve içine yerleştirin ve kulak çubuklarını meatusun içine yerleştirin.

Stereotaktik çerçeveye gömülü termal ısıtma yastığını açın ve cerrahi prosedürler boyunca vücut ısısını 37 santigrat derecede tutun. Kesi çubuğunun yüksekliğini ayarlamak için kesi çubuğunu ayarlayın ve burun kelepçesini buruna doğru sıkın. Kuruluğu önlemek için gözleri petrol jölesi ile örtün.

Kafadaki cildi forsepslerle kaldırın, bir enjeksiyon boşluğu tutun ve kafa derisinin altına% 1 lidokain enjekte edin. Bir neşter ve ince makas kullanarak sagital bir kesi yapın. Cerrahi alanın görünürlüğünü genişletmek için kesilmiş cildi bir mikrokelepçe ile tutun.

Periosteumu pamuklu çubuklarla çıkarın. Kanama varsa, kan damarlarını kapatmak için bir bovie kullanarak kafatasını koterize edin. Kafatasını salinle temizleyin ve bir manipülatör kolu kullanarak kraniyotomi bölgelerini işaretleyin.

Beyinciğin üzerinde bir delik açın ve zemin için bir vida yerleştirin. Hassas bir vida kullanarak, topraklama vidasını beyinciğin tepesine ulaşana kadar 0,5 milimetre derinliğe yerleştirin. İşaretli alanı delin ve kafatasının bir parçasını forseps ile çıkarın.

26 gauge iğne ucunu saat yönünde 120 derecelik bir açıyla bükün ve iğnenin eğim tarafını yukarı bakacak şekilde yerleştirerek beyin bölgesini ortaya çıkarın. Optrode dizisini manipülatör koluna sabitleyin ve maruz kalan bölgeye yaklaşın. Optrode dizisini yavaşça takın ve topraklama vidasını sisteme bağlı gümüş kabloya bağlayın.

Kimyasalları beyinle doğrudan temastan korumak için maruz kalan beyin ile cihaz arasına jel köpük yerleştirin. Cihazı sabitlemek ve jel köpüğü örtmek için kafatasına diş çimentosunu dikkatlice uygulayın. Diş çimentosu tamamen sertleşmeden önce, diş çimentosuna tutturulmuşsa kafa derisini ayırın.

Sertleşmiş diş çimentosunu örtmek ve kafa derisini dikmek için kesilmiş cildi forseps ile çekin. Anestezi uygulanan fareyi stereotaktik çerçeveye yerleştirin. Işık darbesi tarifini 10 Hertz frekansında %4 görev döngüsüne ayarlayın.

Nöral kayıt sırasında ışık stimülasyonunu iki saniye boyunca ayarlayın. Plastik kapağı çıkarın ve ışık dağıtım sistemlerinin üst kısmını devrelerdeki yeniden kullanılabilir LED ile takın. Kafa aşaması preamplifikatörünü implante edilmiş beş pimli konektöre bağlayın.

Yazılımı açın ve yazılım filtrelerini ayarlayın. Ardından, amplifikatör örnekleme hızını tıklayın ve ayarlayın. Ardından bant genişliğini değiştir'i tıklayın.

Amplifikatör alt bant genişliğini ve amplifikatör üst bant genişliğini ayarlayın. Yazılım DAC High-Pass Filter'ı kontrol edin. Spike Scope'u açın ve voltaj eşiğini kullanarak nöral sinyalleri kontrol edin.

Stop and record (Durdur ve kaydet) seçeneğini tıklayın. MATLAB'ı kullanarak alınan verileri yükleyin ve ham verileri kontrol edin. Ardından dalga clust algoritmasını içeren spike sıralama kodunu çalıştırın.

Raster grafiğinde sıralanmış sivri uçları kontrol edin. Şimdi sivri uçları saymayı planlayın ve ışık stimülasyonu sırasında uyandırılan sivri uçları kontrol edin. Şekil, ortadaki periyotta iki saniyelik ışık da dahil olmak üzere kesin koşullara sahip tüm kaydedilmiş dalga formlarını göstermektedir.

Her ışık stimülasyon darbesini takiben uyandırılan bireysel nöral sivri uçların sayısı, iki saniye ve 0.2 saniyelik farklı zaman bölmelerine sahip taban çizgisine kıyasla önemli ölçüde artmıştır. Şekil, ışık stimülasyonu öncesinde, sırasında ve sonrasında her kanal için bir ani histogram göstermektedir. İç kısımdaki şekil, implante edilmiş optrode dizisinin yerini gösterir.

Ayrıca, yakınlaştırılmış versiyon 100 milisaniyelik bir zaman bölmesine sahip bir ani histogram gösterir. Mavi çubuk, yanıtı kaydetmek için LED ışığının yandığı süreyi temsil eder. LED sürüş akımı işleminden kaynaklanan artefakt gürültüsünü en aza indirmek için, sistem elektro sinyal yolu ile LED devresi arasında yeterli mesafeyi sağlayacak şekilde tasarlanmalıdır.

Önerilen LED tabanlı optrode sistemi, hayvanların davranışlarıyla ilgili çeşitli nöro sinyallemeyi araştırabilir, çünkü optogenetik stimülasyon sağlayabilir ve uyarılan nöro tepkileri kaydedebilir. Bir LED optrode dizisi, serbestçe hareket eden hayvan araştırmalarında kullanılabilen kablosuz optogenetik arayüzü ile uyumludur.