Hybrid Micro drive system med genvindes opto-Silicon Probe og tetrode for dual-site high density optagelse i frit bevægende mus

Neuroscience

Your institution must subscribe to JoVE's Neuroscience section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

 

Summary

Denne protokol beskriver opførelsen af en hybrid Micro drive array, der tillader implantation af ni uafhængigt justerbare tetrodes og en justerbar opto-silicium sonde i to hjerneområder i frit bevægende mus. Også påvist er en metode til sikkert at inddrive og genbruge opto-silicium sonde til flere formål.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations | Reprints and Permissions

Osanai, H., Kitamura, T., Yamamoto, J. Hybrid Microdrive System with Recoverable Opto-Silicon Probe and Tetrode for Dual-Site High Density Recording in Freely Moving Mice. J. Vis. Exp. (150), e60028, doi:10.3791/60028 (2019).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Multi regionale neurale optagelser kan give vigtige oplysninger for at forstå samspillet mellem flere hjerneområder. Konventionelle mikrodrev design tillader dog ofte kun brug af én type elektrode til at optage fra enkelte eller flere regioner, hvilket begrænser udbyttet af optagelser af enkelt enhed eller dybde profil. Det begrænser også ofte evnen til at kombinere elektrode optagelser med optogenetiske værktøjer til at målrette pathway og/eller celletype specifik aktivitet. Præsenteret her er en hybrid Micro drive array for frit bevægende mus til at optimere udbyttet og en beskrivelse af dens fabrikation og genbrug af Micro drive array. Det nuværende design beskæftiger ni tetrodes og en opto-silicium sonde implanteret i to forskellige hjerneområder samtidigt i frit bevægende mus. Den tetrodes og opto-silicium sonde er uafhængigt justerbar langs dorsoventral akse i hjernen for at maksimere udbyttet af enheden og oscillatoriske aktiviteter. Denne Micro drive array indeholder også en opsætning for lys, medierende optogenetisk manipulation til at undersøge de regionale-eller celletype-specifikke svar og funktioner af langtrækkende neurale kredsløb. Desuden kan opto-silicium-sonden sikkert genvindes og genbruges efter hvert eksperiment. Da Micro drive-matrixen består af 3D-udskrevne dele, kan designet af mikrodrev nemt ændres, så de passer til forskellige indstillinger. Først beskrevet er designet af Micro drive array og hvordan man Fastgør den optiske fiber til en silicium sonde til optogenetik eksperimenter, efterfulgt af fabrikation af tetrode bundt og implantation af array i en mus hjerne. Optagelsen af lokale felt potentialer og Enhed spiking kombineret med optogenetisk stimulation også demonstrere gennemførlighed af Micro drive array system i frit bevægelige mus.

Introduction

Det er afgørende at forstå, hvordan neuronal aktivitet understøtter kognitiv proces, såsom læring og hukommelse, ved at undersøge, hvordan forskellige hjerneregioner dynamisk interagerer med hinanden. At belyse dynamikken i neurale aktivitet underliggende kognitive opgaver, storstilet ekstracellulær Elektrofysiologi er blevet gennemført i frit bevægende dyr ved hjælp af Micro drive arrays1,2,3, 4. I de sidste to årtier, flere typer af Micro drive array er blevet udviklet til at implantat elektroderne i flere hjerneregioner for rotter5,6,7,8 og mus9, 10 , 11 , 12. ikke desto mindre tillader nuværende mikrodrev design generelt ikke brug af flere sonde typer, hvilket tvinger forskerne til at vælge en enkelt elektrodetype med specifikke fordele og begrænsninger. For eksempel, tetrode arrays fungerer godt for tætbefolkede hjerneområder såsom dorsale hippocampus1,13, mens silicium sonder giver en bedre geometrisk profil til at studere anatomiske forbindelser14 , 15.

Tetrodes og silicium sonder bruges ofte til in vivo kronisk optagelse, og hver har sine egne fordele og ulemper. Tetrodes har vist sig at have betydelige fordele i en bedre enkelt enhed isolation end enkelt elektroder16,17, foruden omkostningseffektivitet og mekanisk stivhed. De giver også højere udbytter af enkelt enhed aktiviteter, når de kombineres med Micro drives8,18,19,20. Det er vigtigt at øge antallet af samtidigt indspillede neuroner for at forstå funktionen af neurale kredsløb21. For eksempel er der behov for et stort antal celler for at undersøge små populationer af funktionelt heterogene celletyper såsom tidsrelaterede22 eller belønning, der koder23 celler. Meget højere cellenumre er nødvendige for at forbedre afkodnings kvaliteten af Spike sekvenser13,24,25.

Tetrodes har imidlertid en ulempe i at registrere rumligt fordelte celler, såsom i cortex eller thalamus. I modsætning til tetrodes kan silicium sonder give rumlig fordeling og interaktion af lokale felt potentialer (lfps) og spiking aktiviteter i en lokal struktur14,26. Multi-Shank silicium sonder yderligere øge antallet af optagelsessteder og tillade optagelse på tværs af enkelt eller tilstødende strukturer27. Men sådanne arrays er mindre fleksible i placeringen af elektrode steder i forhold til tetrodes. Desuden er komplekse Spike sortering algoritmer kræves i high-density sonder at udtrække oplysninger om handlings potentialer af tilstødende kanaler til at spejle de data, der er erhvervet af tetrodes28,29,30. Derfor er det samlede udbytte af enkelt enheder ofte mindre end tetrodes. Desuden er silicium sonder ufordelagtige på grund af deres skrøbelighed og høje omkostninger. Valget af tetrodes vs. Silicon sonder afhænger således af formålet med optagelsen, hvilket er et spørgsmål om, hvorvidt det er prioriteret at opnå et højt udbytte af enkelt enheder eller rumprofilering på optagelses stederne.

Ud over at optage neurale aktivitet, optogenetisk manipulation er blevet en af de mere kraftfulde værktøjer i neurovidenskab til at undersøge, hvordan specifikke celletyper og/eller veje bidrager til neurale kredsløb funktioner13,31, 32af33. Optogenetiske eksperimenter kræver dog yderligere overvejelse i Micro drive array design for at fastgøre fiber stikket til stimulerings lyskilder34,35,36. Ofte kræver tilslutning af fiberoptik en relativ stor kraft, hvilket kan føre til en mekanisk forskydning af sonden i hjernen. Derfor er det ikke en triviel opgave at kombinere en implantabelt udstyr optisk fiber til konventionelle Micro drive arrays.

Af ovennævnte grunde, forskere er forpligtet til at optimere udvælgelsen af typen af elektrode eller at implantatet en optisk fiber afhængigt af formålet med optagelsen. For eksempel anvendes tetrodes til at opnå højere enheds udbytte i hippocampus1,13, mens silicium sonder anvendes til at undersøge laminar dybde profilen af kortikale områder, såsom mediale entorhinal cortex (MEC)37. I øjeblikket er der indberettet mikrodrev til samtidig implantation af Tetroder og silicium sonder for rotter5,11. Det er dog yderst udfordrende at implantere flere Tetroder og silicium sonder i mus på grund af vægten af mikrodrev, begrænset plads på muse hovedet, og rumlige krav til at designe mikrodrevet til at ansætte forskellige sonder. Selv om det er muligt at implantatet silicium sonder uden et mikrodrev, denne procedure tillader ikke justering af sonden og sænker succesraten for silicium-Probe Recovery12,38. Desuden, optogenetiske eksperimenter kræver yderligere overvejelser i Micro drive array design. Denne protokol demonstrerer, hvordan man konstruerer og implantat et Micro drive array til kronisk optagelse i frit bevægende mus, som tillader implantation af ni selvstændigt justerbare tetrodes og en justerbar opto-silicium sonde. Denne Micro drive array letter også optogenetiske eksperimenter og nyttiggørelse af silicium sonde.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Alle metoder, der er beskrevet her er blevet godkendt af den institutionelle dyrepleje og brug udvalg (IACUC) af University of Texas Southwestern Medical Center.

1. præparater af Micro drive array dele

  1. Udskrive Micro drive array dele ved hjælp af en 3D-printer ved hjælp af dental model harpiks (figur 1a, B). Sørg for, at tykkelsen af individuelle 3D-udskrevne lag er mindre end 50 μm for at holde de små huller på de trykte dele klare og levedygtige.
    Bemærk: Micro drive-arrayet består af fem dele (figur 1c): (1) hoveddelen af Micro drive-matrixen, som omfatter ni Micro drive-skruer til tetrodes og en skrue til en silicium-sonde (figur 1ca-d). Koordineringen af tetrode bundt og hul til opto-silicium-sonden i bunden afhænger af målhjerne områdets koordinater (figur 1Cd); 2) en shuttle til fastgørelse af en silicium sonde eller en optrode (figur 1Ce) (3) en sonde elektrisk tilslutnings beslag til at holde silikone sonde forbinderen (figur 1Cf); (4) en fiber ferrule holder, der klemmer til midterdelen af kroppen for at forhindre uønskede bevægelser af den implanterede opto-silicium sonde, når du tilslutter/fjerner et optisk fiber stik (figur 1Cg); og (5) en afskærmning kegle, der giver fysisk og elektrisk afskærmning til Micro drive array for stabil optagelse (figur 1Ch). Den samlede vægt af Micro drive array er 5,9 g, herunder afskærmning kegle (tabel 1). Hvis hullerne er tilstoppet i de trykte dele, bor hullerne ud med bore bits: #76 til de indvendige huller og #68 til de udvendige huller til tetrode-Micro drive-skruer, #71 til tetrode Micro drive-skrue supporter hul, og #77 til hullerne til styre stolperne i bunden af liget.
  2. Indsættelse af vejledning indlæg i Micro drive array krop.
    1. Skær 2 16 mm længder af 26-GA rustfrit stål wire. Skærp forsigtigt trådspidsen med en roterende slibemaskine.
    2. Sæt ledningerne ind i kroppens Bundhuller (figur 2a). Påfør en lille mængde cyanoacrylat lim i bunden af kroppen for at sikre guide stolperne.

2. opto-silicium sonde forberedelse

  1. Klargør mikrodrevets skrue til en silikone sonde.
    Bemærk: mikrodrevets skrue til silikone sonden består af en brugerdefineret skrue (300 μm pitch), der understøtter et støtterør og et L-Shape-rør (figur 2b).
    1. Forbered formen til Micro drive hovedet (figur 2c). For at konstruere formen skal du forberede det 3D-trykte plastik mønster i mikrodrevet (figur 2Ca). Hæld derefter flydende silikone gel efter at have gjort en tidsmæssig væg ved at sætte bånd rundt om mønsteret. Fjern luftbobler ved at ryste forsigtigt, vent, indtil den er helbredt, og fjern derefter silikone-gel-formen fra mønsteret (figur 2Cb).
    2. Skær 18 mm og 9,5 mm længder af 23 G rustfri tråd ved hjælp af en roterende slibemaskine. Skruc den øverste 2 – 3 mm af ledningerne med en roterende slibemaskine for at forbedre vedhæftningen af dental akryl.
    3. Tag en brugerdefineret skrue og anvende lille mængde silicium olie til at reducere friktion med Dental akryl. Sæt ledningerne og en Custom-skrue til formen.
    4. Hæld dental akryl i formen ved hjælp af en sprøjte til at eliminere luftbobler omkring ledningerne og skruerne. Luftboble forurening vil gøre mikrodrevet skrøbelig. Vent, indtil dental akryl er fuldt helbredt, og tag derefter mikrodrevets skruer ud af formen. Bøje 6 mm af den længere wire spids til en 60 ° vinkel ved hjælp af tænger.
    5. Kontroller kvaliteten af mikrodrevets skruer (f. eks. revner, luftbobler og friktion) for at rotere skruen. Hvis der er høj friktion, drej skruen, indtil de bliver glatte ved hjælp af en elektrisk skruetrækker med en tilpasset driver spids, som par med Micro drive skrue.
    6. Installer Micro drive-skruen i Micro drive-array-kroppen for at kontrollere, om den bevæger sig op og ned jævnt ved at dreje skruen. Gevind til skruen oprettes automatisk, når skruen indsættes i hullet i kroppen.
  2. Forbered shuttle (figur 3Aa).
    1. Skær to 5 mm længder af polyetheretherketon (Peek) slange ved hjælp af skarp saks. Justér rørene på begge sider af rumfærgen. Lim rørene og shuttle ved hjælp af epoxy.
    2. Påfør lille mængde silicium olie på styre stolperne. Kontroller kvaliteten af shuttle ved at indsætte på guide stolperne på Micro drive array kroppen. Sørg for, at rumfærgen bevæger sig jævnt uden overdreven friktion.
  3. Forbered en optorode (figur 3Ab). Dette trin kan springes over, hvis et optogenetisk eksperiment ikke er påkrævet.
    1. Kløver den optiske fiber til 21 mm i længden ved hjælp af en Ruby cutter. Grind fiber spidsen for at gøre spidsen flad og skinnende.
    2. Placer forsigtigt den optiske fiber på forsiden af silicium-sonden. Fiber spidsen er placeret 200 – 300 μm over toppen af elektrode stederne. Hold fibrene midlertidigt med transparent tape.
    3. Lim den optiske fiber til bunden af silicium-sonden ved hjælp af lille mængde epoxy. Vent mindst 5 timer, indtil epoxy er helbredt.
      Bemærk: det anbefales at montere den optiske fiber på samme side som elektrode stederne. Fastgørelse af fiber på bagsiden kan forhindre lys fra korrekt belysning af optagelsen sites.
  4. Fastgør rumfærgen til silikone sonden (figur 3Ac): Påfør en lille mængde epoxy på bagsiden af silikone-sondens bund. Fastgør den nederste del af rumfærgen til silicium-sondens bund, og hold forsigtigt i position i 2 – 3 minutter for at undgå dannelse af en kløft mellem shuttle og Silicon-probebase under indledende kur af epoxy. Vent mindst 5 timer, indtil epoxy er helt helbredt.
  5. Sæt forsigtigt transportrørene på hoved legemens styre stolper under mikroskopet (figur 3b). Under denne procedure, holde rillen af shuttle med fine pincet.
  6. Sæt Micro drive-skruen i skruehullet ved at dreje skruen. Sæt silikone sonden og Micro drive-skruen i ved at sætte spidsen af L-form ledningen ind i rillen på transport hovedet (figur 3c).
  7. Fastgør sonden elektriske forbindelses holder til Micro drive array-kroppen (figur 3D).
    1. Skær to #0 skruer til 3,5 mm gevindlængde. Grind tips til at fjerne Burrs.
    2. Placer sonde Binderen på kroppen. Placer silicium-sonde stikket i holderen.
    3. Fastgør silicium sonde stikket i holderen ved hjælp af epoxy, og sørg for ikke at lime det til Micro drive array kroppen for at give mulighed for inddrivelse procedure af silicium sonde. Sæt skruerne i for at holde sonden forbindende holder.
  8. Fastgør ferrule-holderen til opto-silicium-sonden og Micro drive array-kroppen (figur 3D).
    1. Skær to #0 skruer til 6 mm gevindlængde. Grind tips til at fjerne Burrs.
    2. Grind udvendigt på to #0 maskin skrue møtrikker for at lave små hex møtrikker med 2,5 – 3,0 mm udvendig diameter for at reducere vægten og rummet.
    3. Sæt skruerne i komponent A på holderen. Lim skruehovederne ved hjælp af epoxy.
    4. Påfør lille mængde silicium fedt til komponent A og B for at reducere friktion med kroppen. Indsæt komponent A i kroppen, derefter timeligt hold ved hjælp af inverse tweezers.
    5. Placer komponent B på komponent A-skruerne. Tråd de tilpassede nødder i skruerne. Brug tænger til at stramme møtrikkerne for at sikre, at ferrule-holderen sidder på kroppen.
    6. Indsæt fiber ferrule i rillen af fiber ferrule holderen (komponent B). Sørg for, at fiber ferrule stikker 4 – 5 mm ud fra holderen.
    7. Påfør en lille mængde epoxy mellem ferrule og holderen Groove. Vent, indtil epoxy er helbredt, og kontroller, at ferrule ikke bevæger sig. Tjek shuttle og ferrule holder for glat bevægelse ved at løsne møtrikkerne, før du tænder for Microdrive-skruen.
    8. Kontroller sondens arbejdsafstand. Sørg for, at sondespidsen trækkes helt ind i kroppen, når ferrule-holderen er i den øverste position, mens de stadig er forbundet med styre stolperne. Den maksimale arbejdsafstand bestemmes af længden af silikone sonden og målhjerne området.
    9. Hvis Micro drive-skruen er løs, skal du anvende lille mængde dental akryl omkring skruen for at tilføje flere tråde til støtte. Drej skruen for at kontrollere tæthed og stabilitet, når den er helbredt.

3. klargøring af tetrode

Bemærk: denne procedure svarer til tidligere offentliggjorte artikler8,19,20,39.

  1. Klargør mikrodrevets skruer til tetrode. Mikrodrevet til en tetrode består af en Special bearbejdet skrue og en 23 G slange (figur 2b). Denne fremgangsmåde svarer til afsnit 2,1.
  2. Lav et bundt af 30 G rustfri stålrør, der har en 5,5 mil ledning indeni. I dette tilfælde blev der anvendt i alt 9 30 G slange (otte plade-tetrodes og en referenceelektrode).
  3. Tråd 30 G bundt fra bunden af drevet krop, og fastgør dem med 20 G tyndvæggede slange til hoved kroppen. Trim bunden af bundtet med en roterende kværn til at gøre spidsen selv og flush. Trim den øverste del af de 30 G rør med en roterende slibemaskine, således at 30 G røret stikker ud omkring 0,5 mm fra hoveddelen.
  4. Indlæs 5,5 mil polyimid isolerende rør i 30 G slangen. Forbered tetrode ledninger og indlæse dem i en 32-kanals elektrisk interface Board (EIB). Kontroller den elektriske forbindelse med impedans-testeren før den endelige præcisionsskæring.
  5. Lavere elektrode spids impedans til 250 – 350 kΩ med gold plating løsning. Fix alle tetrodes med superlim.
  6. Fyld overdreven afstand mellem polyimid tube og tetrode med mineralolie til forsegling og smøring. Send jordledningen til EIB.
    Bemærk: Hvis det er nødvendigt, kan den optiske fiber integreres langs tetrode ledninger12.

4. fastgørelse af afskærmnings keglen

  1. Mal sølv konduktiv afskærmning maling på indersiden af den trykte kegle. Placer Micro drive array indersiden af keglen (figur 3E).
  2. Skær to #0 skruer til 3,5 mm gevindlængde. Fastgør skruerne uden for keglen for at holde Micro drive-arrayet på plads.
  3. Påfør sølv maling omkring skruehovedet for elektrisk tilslutning af afskærmnings keglen med elektrisk jord. Kontroller den elektriske forbindelse mellem jordledningen og keglen. Påfør en lille mængde epoxy mellem mikrodrevet array krop og afskærmning kegle til sikkert vedhæfte kroppen.
    Bemærk: en anden måde at forberede afskærmnings keglen på er at bruge aluminiums tape40 (figur 3F). Forbered først mønster papiret til afskærmnings keglen efter at have klæbt aluminiumsfolie på papiret (figur 3Fa). Rul derefter papiret og Fastgør det til Micro drive-kroppen ved hjælp af en lille mængde cyanoacrylatlim (figur 3Fb). Vægten af denne kegle er 0,72 g og den samlede vægt af Micro drive array er reduceret til 4,7 g (tabel 1).

5. implantat kirurgi

Bemærk: denne procedure er ændret fra tidligere offentliggjorte artikler18,39,41 for dual-site implantation. Sørg for, at dyrets vægt er over 25 g for Micro drive-implantatet for hurtigere helbredelse efter operationen.

  1. Under forberedelse
    1. For at forberede en jord skrue, fastgør sølv ledningen til en kranie skrue og anvende sølv maling. Fastgør derefter en guld stift til den modsatte side af ledningen ved hjælp af sølv maling.
    2. Forbered drev holder adapteren til at holde Micro drive array til en Stereotaktisk enhed. Fastgør en mandlig forbinder til en rustfri håndtag ved hjælp af epoxy. Sørg for, at tilpasningen af connecter og rustfri håndtag er lige.
    3. I tilfælde af, at der er behov for histologisk bekræftelse efter optagelsen, anvendes di-I på tetroderne eller bagsiden af silicium-sonden38.
    4. Sænk silicium-sonden ned for at være den ønskede dybde. Løsn møtrikkerne på ferrule-holderen ved hjælp af tænger, Sænk silicium-sonden (opto-Silicon Probe) ved at dreje silikone-sondens Micro drive-skrue, og fastgør derefter møtrikkerne for at sikre ferrule-holderen. Når der implanteringtetrodes i hippocampus-området, og en silicium-sonde i MEC, er afstanden mellem tetrode kanyle og silicium-sondens spids 3 – 4 mm.
  2. Indstil den bedøvede mus (0,8% – 1,5% isofluran) i en stereotaxisk enhed. Den bedøvelses tilstand af musen er bekræftet ved fravær af tå-knivspids refleks. Påfør klar salve til øjnene for at forhindre tørring. Dæk øjnene med et stykke folie for at beskytte mod stærk kirurgisk lys eksponering.
  3. Desinficer musens hovedbund med jod og isopropanol efter barbering af pels. Lav en 1.5-2,0 cm indsnit i hovedbunden ved hjælp af standard kirurgisk saks, og fjern vævet over kraniet ved hjælp af vatpinde efter subkutant påføring af lidocain.
  4. Justér muse hovedet med stereotaksisk-værktøjet. Sørg for, at højdeforskellen mellem bregma og lambda er mindre end 100 μm. Bestem placeringen af craniotomi ved hjælp af et Atlas, og Markér disse steder med en steriliseret blyant.
  5. Anker kraniets skruer (0,8 mm diameter, 0,200 mm gevind pitch) ved at rotere dem 1,5 drejninger (0,3 mm) på kraniet, ved hjælp af kirurgiske pincet og en skruetrækker efter boring 8-11 huller i kraniet ved hjælp af 0,5 mm bore bit.
    Bemærk: 2 – 4 huller i frontal kraniet, 2 – 3 huller i hver side af parietal kraniet, og 1 – 2 huller i interparietalknoglen kraniet foreslås.
  6. Fastgør jord skruen til hullet ved at dreje den en tur (0,2 mm) efter boring af et hul i interparietalknoglen knogle. Sørg for, at dette hul ikke trænger gennem knoglen ind i hjernen sagen; ellers vil cerebellare signaler kontaminere optagelsen. Kontrollér, at impedansen er mindre end 20 kΩ ved 1 kHz mellem jord skruen og kraniets skruer ved hjælp af en impedans måler.
    Bemærk: større impedans vil medføre indførelse af bevægelses artefakter under optagelsen.
  7. Udfør kraniotomi på de markerede steder. Dura kan lades intakt i mus.
  8. Forbind den mandlige nål på jord skruen og Micro drive-systemets jordforbindelse. Kontrollér tilslutningsmulighederne ved hjælp af impedans måleren ved at måle mellem jord skruen og afskærmningen.
  9. Indstil Micro drive array til adapteren, sæt den til stereotaksisk enheden, og sænk langsomt silicium sonden indtil den ønskede dybde. Sørg for, at tetrode bundter er placeret over hjerne overfladen, men stadig inde i Micro drive-arrayet, når silicium-sonden indsættes i hjernen (figur 4a).
  10. Anvend forsigtigt silicium fedtet for at forsegle arealet af silicium sonden og tetrode bundtet (figur 4b). Put en lille mængde silicium fedt på spidsen af en 20 G nål og anvende fedtet omkring sonder ved hjælp af nålen. Gentag indtil silicium fedt fuldstændigt dækker området omkring sonden, så dental akryl ikke flyder på eller under elektroderne/sonderne. Vær omhyggelig med ikke at lade fedtet røre elektrode stederne, ellers vil det dramatisk øge impedansen af optagelsen sites.
  11. Påfør dental akryl at fastsætte Micro drive array til forankring skruer i kraniet.
    Bemærk: det anbefales at anvende dental akryl i tre lag for at undgå overdreven varme produceret under hærdning af akryl.
  12. Fjern adapteren fra Micro drive-systemet omhyggeligt. Injicér 1 mL PBS subkutant for at forhindre dehydrering. Injicér 5 mg/kg meloxicam subkutant som en analgetisk behandling.
  13. Dæk silicium-Probe stikket af et stykke tape for at forhindre snavs i at komme ind i de elektriske tilslutninger. Dæk Micro drive array ved hjælp af en plastik paraffin film og tape det på plads.
  14. Giv passende analgetisk behandling i 3 dage (f. eks. subkutane injektioner af 2 mg/kg meloxicam én gang dagligt). Lad 3 – 5 dage til nyttiggørelse, før du starter tetrode justering. Den implanterede mus efter restitutionsperioden er vist i figur 4c.

6. genvinding af silicium-sonden (figur 4D)

  1. Injicer ketamin (75 mg/kg) og dexmedetomidin (1 mg/kg) anæstetika intraperitonealt og bekræftet fravær af tå-knivspids refleks. Fix den bedøvede mus ved direkte perfusing 4% PARAFORMALDEHYD gennem hjertet ved hjælp af en hætte. Kirurgiske metoder for gnavere er beskrevet tidligere42.
  2. Løsn møtrikkerne på ferrule-holderen ved hjælp af en PLIER. Derefter forsigtigt flytte den til toppen af kroppen ved at dreje justeringsskruen til fuldt trække silicium-sonde mod indersiden af Micro drive array krop. Fastgør møtrikkerne for at holde sonden i den øverste position.
  3. Tag musen hjernen ud fra bunden ved at krakning kraniet fra siden. Micro drive array er nu adskilt fra dyret.
  4. Fjern den L-formede Micro drive-skrue, der driver silicium-sonden. Løsn og tag møtrikkerne på ferrule-holderen ud med tang. Tag en af ferrule-indehaverens komponent A.
  5. Skru Probe tilslutnings holderen af, og Løsn den fra drev huset. Kontroller, at Probe tilslutnings holderen kan komme ud af Micro drive-array-kroppen.
  6. Hold den øverste del af shuttle med pincet, og skub forsigtigt silicium-Probe-samlingen ud fra Micro drive-systemet.
  7. Rengør sondespidsen med kontaktlinse renser (først med enzymet, derefter 3% hydrogenperoxid) i mindst 1 dag. Tør forsigtigt elektrodespidsen af med isopropanol-puder under mikroskopet. Opbevar sonden i en statisk-fri opbevaringsboks.
    Bemærk: holderen til shuttle-og Probe stikket forbliver fastgjort til silikone sonden og kan genbruges i den næste implantation.
    Bemærk: nogle silicium sonder er ikke tåleligt med hydrogenperoxid. I dette tilfælde skal du bruge kontaktlinse opløsningen, der kun indeholder proteolytisk enzym.
  8. At genbruge Micro drive array krop til den næste operation, fjerne dental akryl ved hjælp af en kombination af fine-tip øvelser og Nippers. Derefter genvinde kraniet-skruer ved at fordybe den fjernede dental akryl i acetone. Bemærk, at acetone vil opløse plastikdele af Micro drive array.
  9. Fjern epoxy mellem mikrodrevets krop og afskærmnings keglen ved hjælp af en skalpel.
    Bemærk: ingen yderligere dele skal udskrives igen til den næste operation, hvis mikrodrevet ikke er brudt.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Micro drive-arrayet blev konstrueret inden for 5 dage. Tidslinjen for klargøring af mikrodrev er beskrevet i tabel 2. Ved hjælp af dette mikrodrev blev der implanteret ni Tetroder og en silicium sonde i den hippocampale karosseri og MEC af musen [21 uger gamle/29 g legemsvægt mandlige pOxr1-CRE (C57BL/6 baggrund)], hhv. Denne Transgene mus udtrykker CRE i MEC lag III pyramideformede neuroner. Musen blev injiceret med 200 nL af AAV5-DIO-ChR2-YFP (titer: 7,7 x 1012 GC/ml) i MEC 10 uger før elektrode implantatet. LFPs blev indspillet ved hjælp af et low-pass filter (1-500 Hz), og spiking enheder blev detekteret ved hjælp af en High-Pass Filter (0,8-5 kHz). Let stimulation (λ = 450 nm) blev udført ved hjælp af en 1 MS pulsbredde på 10,6 mW intensitet målt i slutningen af fiber stikket. Reference elektroden til tetrode optagelsen blev anbragt i den hvide substans ved hjælp af en dedikeret tetrode ledning. Referencen til Silicon Probe optagelsen blev indstillet som den øverste kanal af sonden.

Efter justering af tetrode blev adfærds præstationen testet på et lineært spor (figur 5a) og i et åbent felt (figur 5b). I begge eksperimenter, musen udforskes frit for ~ 30 min (figur 5AA, b, c; Figur 5Ba, b, c). De elektrofysiologiske signaler blev registreret uden svær bevægelses relateret støj gennem hele indspilnings sessionen (figur 5ad, e; Figur 5 BD, e). Dernæst blev let stimulation udført på MEC for at stimulere MEC Layer III neuroner, der projiceres til43 (figur 6a). Spontane spiking aktiviteter (figur 6b, C) og lfps (figur 6d) blev indspillet fra tetrodes og silicium sonde, når musen sov. LFPs registreret i tetrodes viste store ripple aktiviteter, hvilket tyder på, at alle tetrodes var placeret i nærheden af den 1-pyramidale cellelag. Lys-inducerede Responsive aktiviteter blev først observeret i MEC, efterfulgt af i Carnot med 13-18 MS latency (figur 6E).

Figure 1
Figur 1: Oversigt for Micro drive array. A) en skelet visning af Micro drive-systemet, fra tetrode-siden (a) og silicium-Probe-siden (b). (B) et reelt billede af det belastede Micro drive-array, set fra tetrode-siden (A) og fra silicium-Probe-siden (b). Micro drive-arrayet placeres på Jig-scenen i panel (b). (C) individuelle 3D-printede Micro drive array dele. (a-d) Micro drive array krop, set fra fire forskellige vinkler (a: tetrode sidevisning; b: silicium-Probe sidevisning; c: Top View; d: bund visning). En forstørret visning af den stiplede linje i panel (c) er vist i figur 2a. (e) shuttle, som holder og tillader justering af silicium-Probe. En silikone sonde er fastgjort på den stiplede linje i panel (e). f) sonde Binderen, som har en 32-kanals silikone-sonde-forbindende. (g) fiber ferrule indehaveren, som holder en optisk fiber ferrule at forhindre fra bevægelsen af sonden, når du tilslutter/frakoble fiber stikket med lyskilden. Denne del består af to komponenter: [panel (g) og komponenter A og B]. h) den trykte afskærmnings kegle, som giver fysisk og elektrisk afskærmning, når den males med ledende materiale. Kegle vinduet giver mulighed for at se indersiden af strukturen under mikrodrev array forberedelse, som i sidste ende er dækket af et stykke tape eller 3D-trykt materiale. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 2
Figur 2: forberedelse af guide-stillinger og Micro drive skruer på hoveddelen. A) vejledning efter tilberedning. (a) forstørret visning af det mikrodrev array-legeme, der er vist i figur 1Cc. (b) guide efter indsættelse i hullerne i kroppen. B) mikrodrevets skrue design. a) Microdrive-skruen til en silicium sonde, som består af en brugerdefineret skrue med 300 μm pitch, understøttende rør og L-form rør. (b) Microdrive-skruen til en tetrode, som består af en brugerdefineret 160 μm pitch-skrue og 30 G rustfri styre slange. (C) fremstilling af det øverste stykke af Micro drive-skruer: (a) forberedelse af 3D-trykte mønstre af anti-skimmel til Microdrive-skrue. Billedet viser et mønster for silikone-Probe Micro drive-skrue. (b) formen fremstillet ved hjælp af anti-skimmel mønster (a) og silicium-gummimateriale. Samlet Micro drive-skruer produceres ved at indsætte brugerdefinerede skruer og ledninger/rør, og hælde dental akryl i hver brønd. Indsæt: forstørret visning af brøndene af formen. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 3
Figur 3: mikrodrev array assembly. A) klargøring af en opto-silicium-sonde. a) fastgørelse af to plast førings slanger til rumfærgen. b) limning af den optiske fiber til silicium-sonden. c) fastgørelse af rumfærgen til opto-silicium-sonden. I dette billede er den nederste del af rumfærgen (stiplede linje) fastgjort til silicium-sondens base [bagsiden af (b)]. Shuttle og silikone sonde skaft skal være parallelt. B) isætningen af opto-Silicon Probe-shuttle-enheden i styre-stolperne på Micro drive-array-kroppen. C) den relative placering af silikone-sonde-mikrodrevet, når sonden er helt tilbagetrukket ind i kroppen (a), og når den er placeret ved den laveste i driv legemet (b). L-form Wire er indsat i rillen på shuttle. D) en eksploderet visning af fiber ferrule-holderen og Probe tilslutnings holderen. (E) afskærmning kegle fastgjort. Det ledende materiale er malet inde i keglen. F) alternativ afskærmnings kegle med papir og aluminiums tape. a) et mønster papir. b) en fast monteret alternativ afskærmnings kegle, som reducerer 1,1 g vægt i forhold til den 3D-trykte version. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 4
Figur 4: tætning af sonder under kirurgi og genvinding af silicium-sonden. (A) Micro drive array og mus kraniet efter kraniotomi, før påføring af silicium-fedt. Silicium-sonden indsættes omkring 2 mm i hjernen på dette tidspunkt. (B) anvendelse af silicium-fedt rundt om silicium-Probe og tetrode bundter for at beskytte sonder fra dental akryl. C) den kronisk implanterede mus efter restitutionsperioden, når musen går (a), grooming (b), og når den er sluttet til optage kablet med Counter-Balancing remskive system (C). D) den genvundne silicium sonde før (a) og efter (b) nedsænkning i renseopløsningen. Det biologiske væv i (a) fjernes efter rensningsprocessen (b). Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 5
Figur 5: eksempler på samtidig tetrode/Silicon-Probe optagelse i hippocampus carbid og mediale entorhinal cortex (MEC) fra opfører musen. A) optagelse på det lineære spor. a) det lineære spor, der anvendes til omspolingen. (b) Forløbskurver for mus udforskning for ~ 30 min på sporet. (c) adfærdsmæssige præstationer på det lineære spor. (d-e) Repræsentative LFP-optagelser fra tetrode (d) og silicium-sonden (e). B) optagelse i det åbne felt. a) det åbne felt kammer, der anvendes til omspolingen. (b) Forløbskurver for mus udforskning for ~ 30 min i kammeret. (c) adfærdsmæssige præstationer i det åbne felt. (d, e) Repræsentative LFP-optagelser fra tetrode (d) og silicium-sonden (e). LED er fastgjort til hoved forstærkeren for at optage musens positioner. Det lineære spor og det åbne kammer er forbundet med den elektriske jord for at reducere elektrostatisk støj. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 6
Figur 6: repræsentative resultater af samtidige optagelser i a-og MEC-og optogenetisk stimulation. A) ekspression af AAV5-Dio-CHR2-yfp efter 4 ugers injektion. MEC Layer III pyramideformede neuroner, der projicere deres axoner fra dorsale MEC til dorsale Carnot. Stiplede linjer: ori, stratum Oriens; Pry, stratum pyramidale; rad, stratum radiatum; mol, stratum lacunosum molekylulare. B) repræsentativ Spike optagelse fra en af tetrodes. a) 2D-klynge fremskrivninger af pigge optaget fra tetrode. (b) eksempler på den gennemsnitlige Spike bølgeform af tre klynger, som er angivet med stiplede linjer i (a). C) repræsentativ Spike optagelse fra en af silicium-Probe elektrode stederne. a) 2D-klynge fremskrivninger af hovedkomponenterne i Spike. (b) eksempler på den gennemsnitlige Spike bølgeform af tre klynger. Spike klynger (Pink og grøn) er adskilt fra støj klynger (blå). Klyngerne i (B, C) beregnes ved hjælp af KlustaKwik software. D) spor af spontane lfps, der samtidig registreres fra tetroderne i carbid (a) og silicium SONDEN i MEC (b). Sorte pile indikerer den tetrode, der er vist i (B) og silicium-Probe elektrode, som vist i (C). E) LFP-respons på pulserende optisk stimulation (10,6 MW, 1 MS; udfyldt rødt pilespids) fra tetroderne i carbid (a) og silicium SONDE i MEC (b). Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

gram/en Antallet sum [gram]
hoved legeme 1,25 1 1,25
Shuttle 0,04 1 0,04
sonde tilslutnings beslag 0,19 1 0,19
fiber ferrule holder 0,1 1 0,1
afskærmning kegle 1,82 1 1,82 (0,72) *
ledende pasta 0,2 1 0,2
maskine skrue (#00, 2 mm), til at holde EIB 0,05 2 0,1
maskin skrue (#0-80, 3,5 mm) 0,06 4 0,24
maskin skrue (#0-80, 6mm) 0,09 2 0,18
Møtrik 0,03 2 0,06
Micro drive (tetrode) 0,05 9 0,45
mikrodrev (silicium sonde) 0,29 1 0,29
silikone sonde 0,28 1 0,28
elektrisk interface Board 0,6 1 0,6
Samlede 5,8 (4,7) *

Tabel 1: individuel vægt for hver mikrodrev-array-del. Den samlede vægt af Micro drive array var 5,9 g efter fastgørelse af beskyttende kegle med epoxy (* i tilfælde af at bruge en alternativ afskærmning kegle ved hjælp af en papir og aluminium tape).

Procedurer Tid
forberedelse af mikrodrev
udskrivning af 3D-dele 1 dag
Klargøring af optrode
Forbered formen til Micro drive hovedet 1 dag *
Forberedelse af mikrodrev hoved 3 h
Fastgørelse af en optisk fiber 3 h
Fastgørelse af en shuttle 3 h
forberedelse af tetrode
Forbered formen til Micro drive hovedet 1 dag *
Fremstilling af mikrodrev hoveder 3 h
Lastning af tetrode ledninger 1 dag
Fastgørelse af afskærmnings keglen
Maleri afskærmning maling Overnatning
Fastgørelse til Micro drive-kroppen 3 h
* denne procedure kan udføres parallelt

Tabel 2: tidslinjen for forberedelsen af mikrodrevet. Den 3D-dele udskrivning, venter på hærdning silikone gummi/dental akryl/epoxy, og lastning af tetrode ledninger tage størstedelen af tiden af Micro drive array forberedelse, i alt 4-5 dage.

Supplerende filer: De supplerende filer omfatter 3D-model data af fem Micro drive-dele i både. sldprt-og. STL-format. De oprindelige 3D-model filer blev oprettet med softwaren Solidworks2003. Venligst klik her for at downloade denne fil.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Protokollen demonstrerer, hvordan man konstruerer og implanterer et hybrid Micro drive-array, der tillader optagelse af neurale aktiviteter fra to hjerneområder ved hjælp af uafhængige justerbare Tetroder og en silicium-sonde i frit at opføre mus. Det viser også optogenetiske eksperimenter og genopretning af silicium sonde efter eksperimenter. Mens justerbar silikone sonde33 eller opto-silicon Probe36 implantation tidligere er påvist i mus, har denne protokol klare fordele i den samtidige tetrode array og opto-Silicon Probe implantation for at give fleksibel valg af implanterede sonde typer. Typen af implanteret sonde kan skiftes afhængigt af formålet med forsøget, såsom multi-Shank sonder27,44 eller ultra-density neuropixels21,45. Koordineringen og vinklen af implantation7 kan nemt ændres på 3D-objektdesign fase efter behov. For eksempel, Dual-site eller endda Triple-site optagelse er muligt under læring opgaver på tværs hukommelse-relaterede hjernestrukturer, såsom hippocampus46, entorhinal cortex47, præfrontal cortex48, amygdala49, og cingulate cortex50.

Der er flere kritiske procedurer for vellykket implantat og optagelse. På grund af den skrøbelige silicium-baserede sonder bør eventuelle mekaniske vibrationer eller påvirkninger af mikrodrevet array minimeres under montering. For eksempel skal åbning af tilstoppede huller ved hjælp af en boremaskine være færdig, før du indlæser silicium sonde i Micro drive array. Også, det bør understreges at omhyggeligt kontrollere jordforbindelsen i hvert trin under Micro drive array konstruktion og implantat kirurgi for at sikre stabiliteten af de registrerede data. Ustabile eller højimpedans forbindelser til jorden forårsager tunge støj-og bevægelses relaterede artefakter under indspilnings sessionen. For stabile optagelser anbefales det at vente 1-2 uger efter operationen for at undgå elektrode drift, fordi hjernevæv påvirkes negativt af implantatoperationen. Signalkvaliteten på silicium-sonden genvinder dog efter 1-2 uger fra det kirurgiske traume baseret på tidligere erfaringer. Det anbefales at bruge enhus for at forhindre beskadigelse af det implanterede mikrodrev array af andre mus. For optogenetiske eksperiment, er det vigtigt at bemærke, at de fleste silicium-sonder fremkalde foto-artefakter som reaktion på lys-stimuleringer51, mens andre er designet til at minimere foto-artefakter52 (der er foto-artefakt reduceret silicium-sonder, som er kommercielt tilgængelige).

Vægten af Micro drive array (5,9 g) er tungere end de typiske mikrodrev, der er beskrevet i tidligere artikler12,53, primært på grund af Micro drive array krop (~ 21% af den samlede vægt), afskærmning kegle (~ 31%), og metaldele (skruer og nødder: ~ 22%). Det anbefales at bruge mus med vægte på over 25 g (~ 2-3 måneder gammel for C57BL/6 mus54,55) til implantat kirurgi, fordi mus med passende kropsvægt tendens til at inddrive tidligere. Af denne grund kan dette Micro drive array ikke være den bedste løsning for unge mus. Mens enheder, der er 5%-10% af musens legemsvægt ofte guidet til at blive tolereret for implantater12,56 (selv om der ikke er nogen understøttende offentliggjorte data for denne57), denne Micro drive array vejer ~ 24% af kropsvægten af 25 g mus (~ 19% ved brug af den alternative kegle, der er beskrevet nedenfor).

Men de implanterede voksne mus var i stand til frit at bevæge sig rundt og hoppe rundt i hjemmet bure. Mus implanteret med en lignende Micro drive array vægt (~ 4,5 g) har tidligere vist sig at udføre den adfærdsmæssige opgave (lineær labyrint opgave) selv under fødevare restriktion13,17. Ulempen ved vægt er ikke et problem under optagelsen, som et modvægts balancerings system18,34,58 eller headpost system59 vil understøtte Micro drive array. Desuden kan den samlede vægt af Micro drive array reduceres ved at sænke højden eller reducere tykkelsen af afskærmningen kegle og modificere designet til at udnytte mindre skruer.

Ved hjælp af den nuværende 3D-udskrivning materiale, kan tykkelsen af afskærmningen kegle reduceres op til ~ 0,3 mm (fra den nuværende tykkelse på ~ 0,6 mm). Kegle højden kan reduceres ~ 5 mm, så længe tetrode ledninger stadig kan dækkes. Eksponering af tetrode ledninger vil resultere i brud på ledningerne og svigt i den langsigtede optagelse. Alternativt, forberedelse af afskærmningen kegle ved hjælp af papir og aluminium tape kan reducere kegle vægt til ~ 0,7 g (~ 15% af den samlede vægt; reduceret 20% fra den samlede vægt af den oprindelige Micro drive array); selv om disse er en afvejning med den fysiske styrke. Desuden er størrelsen af mikrodrevet (nuværende afskærmning kegle: 4,2 x 4,0 x 2,6 cm = større akse x mindre akse x højde) kan være en hindring for mad og vand adgang, hvis de er tilvejebragt fra toppen af dyret bur. Så længe de leveres på burgulvet eller fra sidemuren, forstyrrer mikrodrevet ikke den naturlige opførsel af mus, såsom at spise, drikke, pleje, opdræt eller indlejring60.

Afslutningsvis, denne Micro drive protokol giver forskerne fleksible valg til optagelse fra flere hjerneområder i frit bevægende mus for at forstå dynamikken og funktionerne i langsigtede neurale kredsløb.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne har intet at afsløre.

Acknowledgments

Dette arbejde blev delvist støttet af Japan Society for fremme af videnskab oversøiske forskningsstipendier (HO), begavet forsker program (TK), Human Frontier Science program (TK), Brain Research Foundation (TK), Fakultets videnskab og teknologi erhvervelse og Retention program (TK), hjernen & Behavior Research Foundation (TK), og af Sumitomo Foundation Research Grant (JY), NARSAD Young Investigator Research Grant (JY). Vi takker W. Marks for værdifulde kommentarer og forslag under forberedelsen af manuskriptet.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
#00-90 screw J.I. Morris #00-90-1/8 EIB screws
#0-80 nut Small Parts B00DGB7CT2 brass nut for holding fiber ferrule holder
#0-80 screw Small Parts B000FMZ57G brass machine screw for probe connector mount, fiber ferrule holder, and shielding cone
22 Ga polyetheretherketone tubes Small Parts SLPT-22-24 for attaching to the shuttle, 0.025 inches inner diameter
23 Ga stainless tubing Small Parts HTX-23R for tetrode
23 Ga stainless wire Small Parts HTX-23R-24-10 for L-shape/support wire
26 Ga stainless wire Small Parts GWX-0200 for guide-posts
30 Ga stainless wire Small Parts HTX-30R for tetrode
3-D CAD software package Dassault Systèmes SolidWorks 2003
3D printer FormLab Form2
5.5mil polyimide insulating tubes HPC Medical 72113900001-012
aluminum foil tape Tyco Tyco Adhesives 617022 Aluminum Foil Tape for the alternative shielding cone
conductive paste YSHIELD HSF54 for shielding cone
customized screws for silicon-probe microdrive AMT UNM1.25-HalfMoon half-moon stainless screw, 1.5 mm diameter, 300 µm thread pitch
customized screws for tetrode microdrive AMT Yamamoto_0000-160_9mm slotted stainless screw, 0.5 mm diameter, 160 µm thread pitch, custom-made to order for our design
dental acrylic Stoelting 51459
dental model resin FormLab RS-F2-DMBE-02
Dremel rotary tool Dremel model 800 a grinder
drill bit Fine Science Tool 19007-05
electric interface board Neuralynx EIB-36-Narrow
epoxy Devcon GLU-735.90 5 minutes epoxy
eye ointment Dechra Puralube Ophthalmic Ointment to prevent mice eyes from drying during surgery
fiber polishing sheet Thorlabs LFG5P for polishing the optical fiber
fine tweezers Protech International 15-368 for loading/recovering the silicon probe
gold pins Neuralynx EIB Pins Small
ground wire A-M Systems 781500 0.010 inch bare silver wire
headstage preamp Neuralynx HS-36
impedance meter BAK electronics Model IMP-2 1 kHz testing frequency
mineral oil ZONA 36-105 for lubricating screws and wires
optical fiber Doric MFC_200/260-0.22_50mm_ZF1.25(G)_FLT
Recording system Neuralynx Digital Lynx 4SX
ruby fiber scribe Thorlabs S90R for cleaving the optical fiber
silicon grease Fine Science Tool 29051-45
silicon probe Neuronexus A1x32-Edge-5mm-20-177 Fig. 3, 4A, 4B, 5
silicon probe Neuronexus A1x32-6mm-50-177 Fig. 4C
silicon probe washing solution Alcon AL10078844 contact lens cleaner
silicone lubber Smooth-On Dragon Skin 10 FAST for preparation of microdrive mold
silver paint GC electronic 22-023 silver print II coating, used for ground wires
skull screw Otto Frei 2647-10AC 0.8 mm diameter, 0.200 mm thread pitch
standard surgical scissors ROBOZ RS-5880
stereotaxic apparatus Kopf Model 942
super glue Loctite LOC230992 for applying to guide-posts
surgical tweezers ROBOZ RS-5135
Tetrode Twister Jun Yamamoto TT-01
tetrode wires Sandvik PX000004

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Wilson, M. A., McNaughton, B. L. Dynamics of the hippocampal ensemble code for space. Science. 261, (5124), 1055-1058 (1993).
  2. Gothard, K. M., Skaggs, W. E., Moore, K. M., McNaughton, B. L. Binding of hippocampal CA1 neural activity to multiple reference frames in a landmark-based navigation task. The Journal of Neuroscience. 16, (2), 823-835 (1996).
  3. Keating, J. G., Gerstein, G. L. A chronic multi-electrode microdrive for small animals. Journal of Neuroscience Methods. 117, (2), 201-206 (2002).
  4. Winson, J. A compact micro-electrode assembly for recording from the freely moving rat. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology. 35, (2), 215-217 (1973).
  5. Michon, F., et al. Integration of silicon-based neural probes and micro-drive arrays for chronic recording of large populations of neurons in behaving animals. Journal of Neural Engineering. 13, (4), 046018 (2016).
  6. Lansink, C. S., et al. A split microdrive for simultaneous multi-electrode recordings from two brain areas in awake small animals. Journal of Neuroscience Methods. 162, (1-2), 129-138 (2007).
  7. Billard, M. W., Bahari, F., Kimbugwe, J., Alloway, K. D., Gluckman, B. J. The systemDrive: a Multisite, Multiregion Microdrive with Independent Drive Axis Angling for Chronic Multimodal Systems Neuroscience Recordings in Freely Behaving Animals. eNeuro. 5, (6), (2018).
  8. Kloosterman, F., et al. Micro-drive array for chronic in vivo recording: drive fabrication. Journal of Visualized Experiments. (26), (2009).
  9. Lu, P. L., et al. Microdrive with Two Independent Moveable Sets for Wide-Ranging, Multi-Site, Multi-Channel Brain Recordings. Journal of Medical and Biological Engineering. 34, (4), 341-346 (2014).
  10. Haiss, F., Butovas, S. A miniaturized chronic microelectrode drive for awake behaving head restrained mice and rats. Journal of Neuroscience Methods. 187, (1), 67-72 (2010).
  11. Headley, D. B., DeLucca, M. V., Haufler, D., Pare, D. Incorporating 3D-printing technology in the design of head-caps and electrode drives for recording neurons in multiple brain regions. Journal of Neurophysiology. 113, (7), 2721-2732 (2015).
  12. Voigts, J., Siegle, J. H., Pritchett, D. L., Moore, C. I. The flexDrive: an ultra-light implant for optical control and highly parallel chronic recording of neuronal ensembles in freely moving mice. Frontiers in Systems Neuroscience. 7, 8 (2013).
  13. Yamamoto, J., Tonegawa, S. Direct Medial Entorhinal Cortex Input to Hippocampal CA1 Is Crucial for Extended Quiet Awake Replay. Neuron. 96, (1), 217-227 (2017).
  14. Schomburg, E. W., et al. Theta phase segregation of input-specific gamma patterns in entorhinal-hippocampal networks. Neuron. 84, (2), 470-485 (2014).
  15. Fernandez-Ruiz, A., et al. Entorhinal-CA3 Dual-Input Control of Spike Timing in the Hippocampus by Theta-Gamma Coupling. Neuron. 93, (5), 1213-1226 (2017).
  16. Rey, H. G., Pedreira, C., Quian Quiroga, R. Past, present and future of spike sorting techniques. Brain Research Bulletin. 119, (Pt B), 106-117 (2015).
  17. Gray, C. M., Maldonado, P. E., Wilson, M., McNaughton, B. Tetrodes markedly improve the reliability and yield of multiple single-unit isolation from multi-unit recordings in cat striate cortex. Journal of Neuroscience Methods. 63, (1-2), 43-54 (1995).
  18. Yamamoto, J., Wilson, M. A. Large-scale chronically implantable precision motorized microdrive array for freely behaving animals. Journal of Neurophysiology. 100, (4), 2430-2440 (2008).
  19. Nguyen, D. P., et al. Micro-drive array for chronic in vivo recording: tetrode assembly. Journal of Visualized Experiments. (26), (2009).
  20. Lu, L., Popeney, B., Dickman, J. D., Angelaki, D. E. Construction of an Improved Multi-Tetrode Hyperdrive for Large-Scale Neural Recording in Behaving Rats. Journal of Visualized Experiments. (135), (2018).
  21. Jun, J. J., et al. Fully integrated silicon probes for high-density recording of neural activity. Nature. 551, (7679), 232-236 (2017).
  22. Pastalkova, E., Itskov, V., Amarasingham, A., Buzsaki, G. Internally generated cell assembly sequences in the rat hippocampus. Science. 321, (5894), 1322-1327 (2008).
  23. Gauthier, J. L., Tank, D. W. A Dedicated Population for Reward Coding in the Hippocampus. Neuron. 99, (1), 179-193 (2018).
  24. Davidson, T. J., Kloosterman, F., Wilson, M. A. Hippocampal replay of extended experience. Neuron. 63, (4), 497-507 (2009).
  25. Gerwinn, S., Macke, J., Bethge, M. Bayesian population decoding of spiking neurons. Frontiers in Computational Neuroscience. 3, 21 (2009).
  26. Sakata, S., Harris, K. D. Laminar structure of spontaneous and sensory-evoked population activity in auditory cortex. Neuron. 64, (3), 404-418 (2009).
  27. Csicsvari, J., et al. Massively parallel recording of unit and local field potentials with silicon-based electrodes. Journal of Neurophysiology. 90, (2), 1314-1323 (2003).
  28. Harris, K. D., Quiroga, R. Q., Freeman, J., Smith, S. L. Improving data quality in neuronal population recordings. Nature Neuroscience. 19, (9), 1165-1174 (2016).
  29. Hilgen, G., et al. Unsupervised Spike Sorting for Large-Scale, High-Density Multielectrode Arrays. Cell Reports. 18, (10), 2521-2532 (2017).
  30. Rossant, C., et al. Spike sorting for large, dense electrode arrays. Nature neuroscience. 19, (4), 634-641 (2016).
  31. Iseri, E., Kuzum, D. Implantable optoelectronic probes for in vivo optogenetics. Journal of Neural Engineering. 14, (3), 031001 (2017).
  32. Klapoetke, N. C., et al. Independent optical excitation of distinct neural populations. Nature Methods. 11, (3), 338-346 (2014).
  33. Yamamoto, J., Suh, J., Takeuchi, D., Tonegawa, S. Successful execution of working memory linked to synchronized high-frequency gamma oscillations. Cell. 157, (4), 845-857 (2014).
  34. Rangel Guerrero, D. K., Donnett, J. G., Csicsvari, J., Kovacs, K. A. Tetrode Recording from the Hippocampus of Behaving Mice Coupled with Four-Point-Irradiation Closed-Loop Optogenetics: A Technique to Study the Contribution of Hippocampal SWR Events to Learning. eNeuro. 5, (4), (2018).
  35. Liang, L., et al. Integrated and Quick-to-Assemble (SLIQ) Hyperdrives for Functional Circuit Dissection. Frontiers in Neural Circuits. 11, 8 (2017).
  36. Chung, J., Sharif, F., Jung, D., Kim, S., Royer, S. Micro-drive and headgear for chronic implant and recovery of optoelectronic probes. Scientific Reports. 7, (1), 2773 (2017).
  37. Quilichini, P., Sirota, A., Buzsaki, G. Intrinsic circuit organization and theta-gamma oscillation dynamics in the entorhinal cortex of the rat. The Journal of Neuroscience. 30, (33), 11128-11142 (2010).
  38. Sauer, J. F., Struber, M., Bartos, M. Recording Spatially Restricted Oscillations in the Hippocampus of Behaving Mice. Journal of Visualized Experiments. (137), (2018).
  39. Shikano, Y., Sasaki, T., Ikegaya, Y. Simultaneous Recordings of Cortical Local Field Potentials, Electrocardiogram, Electromyogram, and Breathing Rhythm from a Freely Moving Rat. Journal of Visualized Experiments. (134), (2018).
  40. Brunetti, P. M., et al. Design and fabrication of ultralight weight, adjustable multi-electrode probes for electrophysiological recordings in mice. Journal of Visualized Experiments. 91, (91), e51675 (2014).
  41. Battaglia, F. P., et al. The Lantern: an ultra-light micro-drive for multi-tetrode recordings in mice and other small animals. Journal of Neuroscience Methods. 178, (2), 291-300 (2009).
  42. Gage, G. J., Kipke, D. R., Shain, W. Whole animal perfusion fixation for rodents. Journal of Visualized Experiments. (65), (2012).
  43. Suh, J., Rivest, A. J., Nakashiba, T., Tominaga, T., Tonegawa, S. Entorhinal cortex layer III input to the hippocampus is crucial for temporal association memory. Science. 334, (6061), 1415-1420 (2011).
  44. Royer, S., et al. Multi-array silicon probes with integrated optical fibers: light-assisted perturbation and recording of local neural circuits in the behaving animal. The European Journal of Neuroscience. 31, (12), 2279-2291 (2010).
  45. Steinmetz, N. A., Koch, C., Harris, K. D., Carandini, M. Challenges and opportunities for large-scale electrophysiology with Neuropixels probes. Current Opinion in Neurobiology. 50, 92-100 (2018).
  46. Jones, M. W., Wilson, M. A. Theta rhythms coordinate hippocampal-prefrontal interactions in a spatial memory task. PLoS Biology. 3, (12), e402 (2005).
  47. Frank, L. M., Brown, E. N., Wilson, M. A. A comparison of the firing properties of putative excitatory and inhibitory neurons from CA1 and the entorhinal cortex. Journal of Neurophysiology. 86, (4), 2029-2040 (2001).
  48. Kitamura, T., et al. Eng and circuits crucial for systems consolidation of a memory. Science. 356, (6333), 73-78 (2017).
  49. McGaugh, J. L., Cahill, L., Roozendaal, B. Involvement of the amygdala in memory storage: interaction with other brain systems. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 93, (24), 13508-13514 (1996).
  50. Frankland, P. W., Bontempi, B., Talton, L. E., Kaczmarek, L., Silva, A. J. The involvement of the anterior cingulate cortex in remote contextual fear memory. Science. 304, (5672), 881-883 (2004).
  51. Mikulovic, S., et al. On the photovoltaic effect in local field potential recordings. Neurophotonics. 3, (1), 015002 (2016).
  52. Kuleshova, E. P. Optogenetics – New Potentials for Electrophysiology. Neuroscience and Behavioral Physiology. 49, (2), 169-177 (2019).
  53. Meng, E., Hoang, T. MEMS-enabled implantable drug infusion pumps for laboratory animal research, preclinical, and clinical applications. Advanced Drug Delivery Reviews. 64, (14), 1628-1638 (2012).
  54. Hu, S., et al. Dietary Fat, but Not Protein or Carbohydrate, Regulates Energy Intake and Causes Adiposity in Mice. Cell Metabolism. 28, (3), 415-431 (2018).
  55. Yang, Y., Smith, D. L. Jr, Keating, K. D., Allison, D. B., Nagy, T. R. Variations in body weight, food intake and body composition after long-term high-fat diet feeding in C57BL/6J mice. Obesity. 22, (10), 2147-2155 (2014).
  56. Morton, D. B., et al. Refinements in telemetry procedures. Seventh report of the BVAAWF/FRAME/RSPCA/UFAW Joint Working Group on Refinement, Part A. Laboratory Animals. 37, (4), 261-299 (2003).
  57. Lidster, K., et al. Opportunities for improving animal welfare in rodent models of epilepsy and seizures. Journal of Neuroscience Methods. 260, 2-25 (2016).
  58. Lin, L., et al. Large-scale neural ensemble recording in the brains of freely behaving mice. Journal of Neuroscience Methods. 155, (1), 28-38 (2006).
  59. Kislin, M., et al. Flat-floored air-lifted platform: a new method for combining behavior with microscopy or electrophysiology on awake freely moving rodents. Journal of Visualized Experiments. (88), e51869 (2014).
  60. Gaskill, B. N., Karas, A. Z., Garner, J. P., Pritchett-Corning, K. R. Nest building as an indicator of health and welfare in laboratory mice. Journal of Visualized Experiments. (82), 51012 (2013).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics