إجراء لغرس صالحة المنظمة من Microwires للتسجيلات واحدة وحدة في استيقظ، تتصرف الحيوانات
Summary
زرع صفائف نظمت من microwires للاستخدام في وحدة واحدة التسجيلات الكهربية يقدم عددا من التحديات التقنية. وصفت وسائل لأداء هذه التقنية والمعدات اللازمة. أيضا، يتم مناقشتها الاستخدام المفيد صفائف ميكروسلك المنظمة لتسجيل من المناطق الفرعية العصبية متميزة مع الانتقائية مكانية عالية.
Abstract
في التسجيلات الكهربية في الجسم الحي مستيقظا، يتصرف الحيوان توفير وسيلة قوية لفهم الإشارات العصبية على مستوى خلية واحدة. تقنية تسمح المجربون لدراسة زمنيا وإقليميا أنماط اطلاق محددة من أجل ربط امكانات العمل المسجلة مع السلوك الجارية. وعلاوة على ذلك، والتسجيلات وحدة واحدة يمكن أن تكون مجتمعة مع مجموعة كبيرة من التقنيات الأخرى من أجل إنتاج تفسيرات شاملة من وظيفة العصبية. في هذه المقالة، ونحن تصف التخدير والتحضير للميكروسلك زرع. في وقت لاحق، ونحن نعدد ما يلزم من المعدات والخطوات الجراحية بدقة لإدراج مجموعة ميكروسلك إلى بنية الهدف. أخيرا، نحن تصف بإيجاز المعدات المستخدمة لتسجيل كل من القطب الفردية في صفيف. صفائف ميكروسلك الثابتة وصفها ومناسبة تماما لزرع المزمنة والسماح للتسجيلات طولية من البيانات العصبية في أي تقريبا preparati السلوكيةعلى. نناقش تتبع مسارات الكهربائي لثلث المناصب ميكروسلك فضلا عن سبل الجمع بين زرع ميكروسلك مع تقنيات المناعى من أجل زيادة خصوصية التشريحية للنتائج المسجلة.
Introduction
التسجيلات الكهربية تسمح للعلماء لدراسة الخصائص الكهربائية للخلايا البيولوجية. في النظام العصبي المركزي، حيث تخدم نبضات كهربائية كآلية الإشارات، هذه التسجيلات ذات أهمية خاصة لفهم وظيفة العصبية 1-2. خلال تسجيلات وحدة واحدة في التصرف الحيوانات، ومسرى مكروي التي تم إدراجها في الدماغ قادر على تسجيل التغيرات في توليد الخلايا العصبية من إمكانات العمل مع مرور الوقت.
بينما العديد من التقنيات تسمح لأحد لتسجيل نشاط الدماغ، وحدة واحدة الكهربية هي واحدة من أكثر الوسائل دقة من خلال السماح القرار على مستوى الخلايا العصبية واحدة. عندما يتم المطلوب على درجة عالية من الدقة المكانية، ويمكن استخدامها لاستهداف microwires منفصلة نوى فرعية أو مجموعات من الخلايا داخل brain3. الاستفادة التسجيلات واحد وحدة أيضا من القرار الزماني يصل تسجيلات دقيقة على مستوى ميكروثانية. و، في الجسم الحي وتسجيلات أعقاب سماح سليمة التفاعلات الدائرة، مع الوسط الطبيعي من وارد وصادر التوقعات والكيميائية والتأثيرات الهرمونية الجهازية، والمعلمات الفسيولوجية. وتستمد الإشارات العصبية من المدخلات الحسية، والسلوكيات الحركية، وتجهيز المعرفية، الكيمياء العصبية / الصيدلة، أو الجمع بين بعض. وفقا لذلك، والفصل بين الحسية والحركية والمعرفية، والتأثيرات الكيميائية يتطلب تجارب مدروسة مع الحالات الطارئة والضوابط الفعالة التي قد تسمح لتقييم كل من التأثيرات المذكورة آنفا. الكل في الكل، والتسجيلات في التصرف الحيوانات تسمح المجربون لمراقبة التكامل بين مصادر متعددة للمعلومات داخل الدائرة تعمل واشتقاق نموذج أكثر شمولا وظيفة الدائرة.
يعاني واحد وحدة تسجيلات أيضا من عدد من المساوئ التي يجب أن تكون على علم أي مجرب. أولا وقبل كل شيء، يمكن أن يكون من الصعب التسجيلات لإجراء. في الواقع، خصائص اله مكبرات الصوت headstage وmicrowires مزروع التي تسمح للخصوصية المكانية والزمانية في هذه التسجيلات أيضا يجعل التسجيلات عرضة لتأثير الإشارات الكهربائية دخيلة (أي الكهربائية "الضوضاء"). وفقا لذلك، والقدرة على استكشاف مشكلات في نظام الكهربية يستلزم فهم التقنية متطورة من المبادئ الكهربية والأجهزة. من المهم أيضا أن نلاحظ أنه في ظل ظروف معينة، الإشارات الكهربائية المسجلة في التسجيلات خارج الخلية يمكن أن تمثل الجمع للإشارات العصبية متعددة. وعلاوة على ذلك، وتعميم النشاط وحدة واحدة إلى النشاط السكاني ضمن المنطقة المستهدفة في كثير من الأحيان يمكن أن تقتصر من قبل على درجة من التجانس الخلوية داخل المنطقة المستهدفة (ولكن انظر كاردان 4). على سبيل المثال، قد يكون متحيزا نحو أقطاب تسجيل الخلايا العصبية الناتج السعة العالية بدلا من الخلايا الأخرى. يتم زيادة تفسيرها من تسجيلات وحدة واحدةمن خلال الجمع بين التسجيلات مع غيرها من التقنيات بما في ذلك، ولكن ليس على سبيل الحصر، الكهربائية (سوي المسار أو معاكس للمسيرة) والكيميائية (مثل iontophoretic أو مصمم مستقبلات) أو optogenetic التحفيز 4، inactivations العصبية المؤقتة، والفحوص الحسية 5، إجراءات الانفصال، أو المناعية 3.
في البروتوكول الذي يلي سنقوم تعداد المواد والخطوات اللازمة لزرع مجموعة ميكروسلك نظمت في الفئران (على الرغم من أن البروتوكول يمكن تكييفها للاستخدام في الأنواع الأخرى). وقد أثبتت الإجراء وأسلوب المصفوفات الثابتة المستخدمة في المختبر لدينا موثوق بها للحصول على تسجيلات طولية ويمكن الحفاظ على تسجيلات من نفس الخلايا العصبية لأكثر من شهر واحد الساعة 6-8. هذا يجعل هذا الإجراء المثالي لدراسة الاستجابات للمؤثرات طوري التجريبية، والتغييرات في الاستجابات العصبية البلاستيك أو آليات التعلم والتحفيز.
Protocol
Representative Results
Discussion
تمثل التسجيلات خارج الخلية تقنية التجريبية القوية التي يمكن إدراجها في إعداد التجريبية تقريبا أي في علم الأعصاب. يمكن تتبع الأسلاك التي تم زرعها في صفائف منظم، كما مهاوي لهم بالمرور عبر الدماغ وإلى المنطقة المستهدفة (الشكل 5A). عندما يتم إنشاء، الآفة آخر تجر?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وأيد هذه الدراسة من قبل المعهد الوطني لتعاطي المخدرات يمنح DA 006886 (MOW) وDA 032270 (DJB).
Materials
| Table 1. List of Surgical Materials | |||
| Gauze | Fisher (MooreBrand) | 19-898-144 | |
| Cotton Swabs | Fisher (Puritan) | S304659 | |
| Nembutal (Pentobarbital) | Sigma Aldrich | P3761 | |
| Atropine Methyl Nitrate | Sigma Aldrich | A0382 | |
| Baytril (Enrofloxacin) | Butler Shein (Bayer) | 1040007 | |
| Ketamine Hydrochloride | Butler Shein | SKU# 023061 | |
| Betadine (Povidone-Iodine) | Fisher (Perdue) | 19-066452 | |
| Stereotax | Kopf | Model 900 | |
| Cauterizing Tool | Stoelting | 59017 | |
| Dissecting Microscope | Nikon | SMZ445 | |
| Dental Drill | Buffalo | 37800 | |
| Bacteriostatic Saline | Bulter Schein | 8973 | |
| Jewlers Skrews | Stoelting | 51457 | |
| Microwire Array | Microprobes | Custom (Flexible) | |
| Ground Wire | Omnetics | Custom Plug | |
| Dental Acrylic | Fisher (BAS) | 50-854-402 | |
| Absorbable Sutures | Fisher (Ethicon) | NC0258473 | |
| Puralube (Opthalamic Ointment/Lubricant) | Fisher (Henry Schein) | 008897 |
| Table 2. List of Surgical Instruments | |||
| 2x Microforceps | George Tiemann & Co. | #160-57 | Multi-use (e.g. clearing debris in skull window) |
| 2x Forceps | George Tiemann & Co. | #160-93 | Multi-use (e.g. tying sutures) |
| 6x Hemostats | George Tiemann & Co. | #105-1125 | Clamp and open incision |
| 1x Small scissors | George Tiemann & Co. | #105-411 | Cut sutures after tying |
| 1x Tissue forceps | George Tiemann & Co. | #105-222 | Holding tissue while suturing |
| 1x Needle holder | George Tiemann & Co. | #105-1259 | Holding suture needle |
| 1x Scalpel holder (with #11 blade) | George Tiemann & Co. | #105-80 (w/ #105-71 blade) | Making skull incision |
| 1x # 22 Scalpel blade | George Tiemann & Co. | # 160-381 | Shaving scalp |
| 1x Surgical Spatula | George Tiemann & Co. | #160-718 | Scraping skull to clear tissue on skull |
| Machine/Jewelers Screws | Various | N/A | 0/80 x 1/8” |
| Table 3. List of Equipment for Recording Electrophysiological Signals | |||
| Microwire Array & Connector | Micro Probe, Inc. (Gaithersburg, MD) | N/A | Cranially implanted in target recording region. Arrays are customized based on desired wire spacing, length, etc. |
| (Part No. Based on array characteristics) | |||
| Unity-Gain Harness/Headstage | M.B. Turnkey Designs (Hillsborough, NJ) | Proj 1200 | Initial amplification of neural signal; allows for propagation of small neural signals. |
| Commutator (& Optional Fluid Swivel) | Plastics One, Inc. (Roanoke, VA) | SL18C | Allows animals to freely rotate while propagating electrical signal to preamp |
| Pre-Amplifier | M.B. Turnkey Designs (Hillsborough, NJ) | Proj 1198 | Differentially amplifies neural signals against a reference electrode. |
| Filter & Amplifier | M.B. Turnkey Designs (Hillsborough, NJ) | Proj 1199 | Band-pass filters and further amplifies the differentially amplified signal. |
| Acquisition Computer | EnGen (Phoenix, AZ) | N/A (Custom Build) | Runs software and hardware for behavioral and neural data acquisition. |
| A/D Card | Data Translation (Marlboro, MA) | DT-3010 | Digitizes neural signals for computer sampling. |
| Digital I/O Card | Measurement Computing (Norton, MA) | PCI CTR-05 | Acquires behavioral inputs and outputs |
References
- Carter, M., Shieh, J. C. . Electrophysiology In: Guide to research techniques in neuroscience. , (2009).
- Aston-Jones, G., Siggins, G. R., Kupfer, D., Bloom, F. E. . Electrophysiology. In: Psychopharmacology: The Fourth Generation of Progress. , (1995).
- Root, D. H., et al. Differential roles of ventral pallidum subregions during cocaine self-administration behaviors. J. Comp. Neurol. 521 (3), 558-588 (2013).
- Cardin, J. A. Dissecting local circuits in vivo: integrated optogenetic and electrophysiology approaches for exploring inhibitory regulation of cortical activity. (3-4), 106-103 (2012).
- Ma, S., et al. Amphetamine’s dose-dependent effects on dorsolateral striatum sensorimotor neuron firing. Behav. Brain Res. , (2013).
- Ghitza, U. E., et al. Persistent cue-evoked activity of accumbens neurons after prolonged abstinence from self-administered cocaine. J. Neurosci. 23 (19), 7239-7245 (2003).
- Tang, C., et al. Changes in activity of the striatum during formation of a motor habit. Eur. J. Neurosci. 25 (4), 1212-1227 (2007).
- Tang, C., et al. Dose and rate-dependent effects of cocaine on striatal firing related to licking. J. Pharmacol. Exp. Ther. 324 (2), 701-713 (2008).
- . National Research Council. Guide for the Care and Use of Laboratory Animals: Eighth Edition. , (2011).
- Fabbricatore, A. T., et al. Electrophysiological evidence of mediolateral functional dichotomy in the rat accumbens during cocaine self-administration: tonic firing patterns. Eur. J. Neurosci. 30 (12), 2387-2400 (2009).
- Root, D. H., et al. Slow phasic and tonic activity of ventral pallidal neurons during cocaine self-administration. Synapse. 66 (2), 106-127 (2012).
- Root, D. H., et al. Rapid-phasic activity of ventral pallidal neurons during cocaine self-administration. Synapse. 64 (9), 704-713 (2010).
- Tang, C. C., et al. Decreased firing of striatal neurons related to licking during acquisition and overtraining of a licking task. J. Neurosci. 29 (44), 12952-12961 .
- Paxinos, G., Watson, C. . The Rat Brain in Stereotaxic Coordinates. , (1997).
