Implantation av kronisk Silicon sonder och inspelning av hippocampus plats celler i en berikad löpband apparat
Summary
Vi beskriver de olika stegen implantat kronisk kisel sonder och protokollföra plats celler i möss som är löpande huvud-fast på en cue-berikad löpband apparatur.
Abstract
En viktig förutsättning för att förstå hjärnans funktion är identifiering av beteende och cellernas aktivitet korrelerar. Silicon sonder är avancerade elektroder för storskaliga elektrofysiologiska inspelning av neuronal aktivitet, men förfarandena för sin kroniska implantation är fortfarande underutvecklad. Aktiviteten i hippocampus plats celler är känt att korrelera med djurets ställning i miljön, men de bakomliggande mekanismerna är fortfarande oklart. För att undersöka platsen celler, beskriver här vi en uppsättning tekniker som sträcker sig från tillverkning av enheter för kronisk kisel sonden implantat till övervakningen av plats fältet aktivitet i en cue-berikad löpband apparatur. En mikro-enhet och en hatt är byggda av montering och infästning tillsammans 3D-tryckt plastdelar. En silicon sond är monterad på mikro-enhet, rengöras och belagd med färgämne. En första operation utförs för att fixa hatten på skallen av en mus. Små sevärdheter är fabricerade och fäst bältet av ett löpband. Musen är utbildad att köra huvud-fast på löpbandet. En andra operation utförs för att implantatet kisel sonden i hippocampus, efter som bredband elektrofysiologiska signalerar registreras. Slutligen är kisel sonden återvinns och rengöras för återanvändning. Analysen av plats cellsaktivitet i löpbandet avslöjar en mångfald av fältet mekanismer, beskriver nyttan av metoden.
Introduction
Silicon sonder presentera flera fördelar för elektrofysiologiska recordings, inklusive det faktum att de är utformade med vassa profiler att minimera vävnadsskada och att de presenterar en exakt layout av tätt packade inspelning platser1, 2,3,4. De används för att studera olika system i olika arter, inklusive människor3,5,6, med olika metoder1,7. Men är deras återkommande användning fortfarande relativt begränsad på grund av deras kostnader, skörhet och det faktum att praktiska metoder för kronisk experiment saknar8. Senaste framstegen inom 3D tryckteknik har gjort möjligt anpassad utformning av enheter såsom mikro-enheter och huvudplåtar att tillåta en enklare hantering av dessa känsliga elektroder. I ett första steg kommer vi att beskriva hur att bygga och använda en uppsättning verktyg som vi har utvecklat för implantation av kronisk kisel sonder14.
Medan plats celler studeras normalt använda fritt rörliga djur kör i labyrinter, nyligen undersöktes de också i virtuella miljöer15 och löpband apparatii9 (figur 1A). Dessa experimentella metoder erbjuder fördelen att djur kan vara huvud-hindrade, att göra användningen av 2-foton Mikroskop15, patch-clamp16och optrode9,10,11 tekniker lättare, förutom att ge ökad kontroll på djurs beteende och miljö cues12. I ett andra steg kommer vi att presentera förfarandena för utbildning möss och registrerar plats cellsaktivitet i en löpband apparatur.
Protocol
Representative Results
Discussion
Kronisk inspelning av neuronal aktivitet är avgörande för att förstå neurala processer såsom Hippocampus placera fält. Vår metod att utföra kronisk kisel sond implantantation skiljer sig från andra metoder7,18,19,20 genom det faktum att det är relativt enkelt att återställa elektrod paketet på slutet av experimentet. Medan plats celler studeras normalt i fritt rörliga villkor, l?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Detta arbete stöds av i Korea Institute of Science och Technology institutionella Program (projekt nr 2E26190 och 2E26170) och den Human Frontier Science Program (RGY0089/2012).
Materials
| Silicon Probe | Neuronexus | Buzsabi32 | Recording electrode |
| Recording system | Intantech | RHD2132/RHD2000 | |
| 3D printer | Asiga | Pico Plus 27 | High resolution printer for micro-drive |
| 3D printer | Stratasys | Mojo | Lower resolution printer for hat components |
| Stereotaxic apparatus | Kopf | Model 963 | |
| Binocular microscope | Leica | M60 | |
| Treadmill apparatus | We build them |
Riferimenti
- Schjetnan, A. G., Luczak, A. Recording large-scale neuronal ensembles with silicon probes in the anesthetized rat. J Vis Exp. (56), (2011).
- Buzsaki, G. Large-scale recording of neuronal ensembles. Nat Neurosci. 7 (5), 446-451 (2004).
- Suner, S., Fellows, M. R., Vargas-Irwin, C., Nakata, G. K., Donoghue, J. P. Reliability of signals from a chronically implanted, silicon-based electrode array in non-human primate primary motor cortex. IEEE Trans Neural Syst Rehabil Eng. 13 (4), 524-541 (2005).
- Csicsvari, J., et al. Massively parallel recording of unit and local field potentials with silicon-based electrodes. J Neurophysiol. 90 (2), 1314-1323 (2003).
- Hochberg, L. R., et al. Neuronal ensemble control of prosthetic devices by a human with tetraplegia. Nature. 442 (7099), 164-171 (2006).
- Okun, M., Lak, A., Carandini, M., Harris, K. D. Long Term Recordings with Immobile Silicon Probes in the Mouse Cortex. PLoS One. 11 (3), e0151180 (2016).
- Vandecasteele, M., et al. Large-scale recording of neurons by movable silicon probes in behaving rodents. J Vis Exp. (61), e3568 (2012).
- Kipke, D. R., et al. Advanced neurotechnologies for chronic neural interfaces: new horizons and clinical opportunities. J Neurosci. 28 (46), 11830-11838 (2008).
- Royer, S., et al. Control of timing, rate and bursts of hippocampal place cells by dendritic and somatic inhibition. Nat Neurosci. 15 (5), 769-775 (2012).
- Boyden, E. S., Zhang, F., Bamberg, E., Nagel, G., Deisseroth, K. Millisecond-timescale genetically targeted optical control of neural activity. Nat Neurosci. 8 (9), 1263-1268 (2005).
- 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. Eur J Neurosci. 31 (12), 2279-2291 (2010).
- Geiller, T., Fattahi, M., Choi, J. S., Royer, S. Place cells are more strongly tied to landmarks in deep than in superficial CA1. Nat Commun. 8, 14531 (2017).
- Ylinen, A., et al. Sharp wave-associated high-frequency oscillation (200 Hz) in the intact hippocampus: network and intracellular mechanisms. J Neurosci. 15 (1 Pt 1), 30-46 (1995).
- Battaglia, F. P., Sutherland, G. R., McNaughton, B. L. Local sensory cues and place cell directionality: additional evidence of prospective coding in the hippocampus. J Neurosci. 24 (19), 4541-4550 (2004).
- Hazan, L., Zugaro, M., Buzsaki, G. Klusters, NeuroScope, NDManager: a free software suite for neurophysiological data processing and visualization. J Neurosci Methods. 155 (2), 207-216 (2006).
- Kadir, S. N., Goodman, D. F., Harris, K. D. High-dimensional cluster analysis with the masked EM algorithm. Neural Comput. 26 (11), 2379-2394 (2014).
- Lewicki, M. S. A review of methods for spike sorting: the detection and classification of neural action potentials. Network. 9 (4), R53-R78 (1998).
- Battaglia, F. P., et al. The Lantern: an ultra-light micro-drive for multi-tetrode recordings in mice and other small animals. J Neurosci Methods. 178 (2), 291-300 (2009).
- Blumberg, M. S., Sokoloff, G., Tiriac, A., Del Rio-Bermudez, C. A valuable and promising method for recording brain activity in behaving newborn rodents. Dev Psychobiol. 57 (4), 506-517 (2015).
- Haiss, F., Butovas, S., Schwarz, C. A miniaturized chronic microelectrode drive for awake behaving head restrained mice and rats. J Neurosci Methods. 187 (1), 67-72 (2010).
- Dombeck, D. A., Khabbaz, A. N., Collman, F., Adelman, T. L., Tank, D. W. Imaging large-scale neural activity with cellular resolution in awake, mobile mice. Neuron. 56 (1), 43-57 (2007).
- Villette, V., Malvache, A., Tressard, T., Dupuy, N., Cossart, R. Internally Recurring Hippocampal Sequences as a Population Template of Spatiotemporal Information. Neuron. 88 (2), 357-366 (2015).
- Ziv, Y., et al. Long-term dynamics of CA1 hippocampal place codes. Nat Neurosci. 16 (3), 264-266 (2013).
- Danielson, N. B., et al. Distinct Contribution of Adult-Born Hippocampal Granule Cells to Context Encoding. Neuron. 90 (1), 101-112 (2016).
- Stark, E., Koos, T., Buzsaki, G. Diode probes for spatiotemporal optical control of multiple neurons in freely moving animals. J Neurophysiol. 108 (1), 349-363 (2012).
- Wu, F., et al. An implantable neural probe with monolithically integrated dielectric waveguide and recording electrodes for optogenetics applications. J Neural Eng. 10 (5), 056012 (2013).
