Protokollen beskriver metodikken for ekstracellulær registrering i motorbarken (MC) for å avsløre ekstracellulære elektrofysiologiske egenskaper i fritt bevegelige bevisste mus, samt dataanalysen av lokale feltpotensialer (LFP) og pigger, noe som er nyttig for å evaluere nettverksnevral aktivitet som ligger til grunn for atferd av interesse.
Protokollen tar sikte på å avdekke egenskapene til nevronfyring og nettverkslokale feltpotensialer (LFP) i atferdsmus som utfører spesifikke oppgaver ved å korrelere de elektrofysiologiske signalene med spontan og / eller spesifikk oppførsel. Denne teknikken representerer et verdifullt verktøy for å studere den nevrale nettverksaktiviteten som ligger til grunn for disse atferdene. Artikkelen gir en detaljert og komplett prosedyre for elektrodeimplantasjon og påfølgende ekstracellulært opptak i frittbevegelige bevisste mus. Studien inkluderer en detaljert metode for implantering av mikroelektrodearrayene, fangst av LFP og neuronale spikingsignaler i motorbarken (MC) ved hjelp av et flerkanalssystem, og den påfølgende offline dataanalysen. Fordelen med flerkanalsopptak hos bevisste dyr er at et større antall spiking neuroner og neuronale subtyper kan oppnås og sammenlignes, noe som gjør det mulig å evaluere forholdet mellom en bestemt oppførsel og tilhørende elektrofysiologiske signaler. Spesielt kan den flerkanals ekstracellulære opptaksteknikken og dataanalyseprosedyren beskrevet i denne studien brukes på andre hjerneområder når man utfører eksperimenter med å oppføre mus.
Det lokale feltpotensialet (LFP), en viktig komponent i ekstracellulære signaler, gjenspeiler den synaptiske aktiviteten til store populasjoner av nevroner, som danner nevralkoden for flere atferd1. Spikes generert av nevronaktivitet anses å bidra til LFP og er viktige for nevral koding2. Endringer i pigger og LFP har vist seg å formidle flere hjernesykdommer, som Alzheimers sykdom, samt følelser som frykt, etc.3,4. Det er verdt å merke seg at mange studier har fremhevet at piggaktivitet er betydelig forskjellig mellom våken og bedøvet tilstand hos dyr5. Selv om opptak i bedøvede dyr gir en mulighet til å vurdere LFP-er med minimale artefakter i høyt definerte kortikale synkroniseringstilstander, avviker resultatene til en viss grad fra det som finnes hos våkne personer 6,7,8. Dermed er det mer meningsfylt å oppdage nevral aktivitet over lange tidsskalaer og store romlige skalaer i ulike sykdommer i en våken hjernetilstand ved hjelp av elektroder implantert i hjernen. Dette manuskriptet gir informasjon til nybegynnere om hvordan man lager mikrostasjonssystemet og stiller inn parametrene ved hjelp av vanlig programvare for å beregne pigg- og LFP-signalene på en rask og grei måte for å få opptaket og analysen i gang.
Selv om ikke-invasiv registrering av hjernefunksjoner, for eksempel ved bruk av elektroencefalogrammer (EEG) og hendelsesrelaterte potensialer (ERP) registrert fra hodebunnen, har blitt brukt mye i humane og gnagerstudier, har EEG- og ERP-data lave romlige og tidsmessige egenskaper og kan derfor ikke oppdage de nøyaktige signalene som produseres av nærliggende dendritisk synaptisk aktivitet innenfor et bestemt hjerneområde1. For tiden, ved å dra nytte av flerkanalsopptak hos bevisste dyr, kan nevral aktivitet i de dypere lagene i hjernen registreres kronisk og gradvis ved å implantere et mikrodrivsystem i hjernen til primater eller gnagere under flere atferdstester 1,2,3,4,5,6,7,8,9 . Kort fortalt kan forskere konstruere et mikrodrivsystem som kan brukes til uavhengig posisjonering av elektrodene eller tetrodene for å målrette mot forskjellige deler av hjernen10,11. For eksempel beskrev Chang et al. teknikker for å registrere pigger og LFP-er i mus ved å montere en lett og kompakt mikrostasjon12. I tillegg er mikromaskinerte silisiumprober med skreddersydde tilbehørskomponenter kommersielt tilgjengelige for registrering av flere enkeltnevroner og LFP-er hos gnagere under atferdsoppgaver13. Selv om ulike design har blitt brukt til å sette sammen mikrodrivsystemer, har disse fortsatt begrenset suksess når det gjelder kompleksiteten og vekten til hele mikrodrivsystemet. For eksempel viste Lansink et al. et flerkanals mikrodrivsystem med en kompleks struktur for opptak fra en enkelt hjernegruppe14. Sato et al. rapporterte et flerkanals mikrodrivsystem som viser en automatisk hydraulisk posisjoneringsfunksjon15. De viktigste ulempene med disse mikrodrivsystemene er at de er for tunge til at mus kan bevege seg fritt og er vanskelige å montere for nybegynnere. Selv om flerkanals ekstracellulært opptak har vist seg å være en egnet og effektiv teknologi for måling av nevral aktivitet under atferdstester, er det ikke lett for nybegynnere å registrere og analysere signalene som er oppnådd av det komplekse mikrodrivsystemet. Gitt at det er vanskelig å få hele operasjonsprosessen til flerkanals ekstracellulær registrering og dataanalyse startet i fritt bevegelige mus16,17, presenterer denne denne artikkelen forenklede retningslinjer for å introdusere den detaljerte prosessen med å lage mikrodrivsystemet ved hjelp av allment tilgjengelige komponenter og innstillinger; Parametrene i den vanlige programvaren for å beregne pigg- og LFP-signalene på en rask og grei måte er også gitt. I tillegg, i denne protokollen, kan musen bevege seg fritt på grunn av bruk av en heliumballong, noe som bidrar til å utligne vekten av headstage og mikrodrivsystem. Generelt, i denne studien, beskriver vi hvordan du enkelt kan bygge et mikrodrivsystem og optimalisere prosessene for registrering og dataanalyse.
Flerkanalsopptak i frittgående mus har blitt ansett for å være en nyttig teknologi i nevrovitenskapsstudier, men det er fortsatt ganske utfordrende for nybegynnere å registrere og analysere signalene. I denne studien gir vi forenklede retningslinjer for å lage mikrodrivsystemer og utføre elektrodeimplantasjon, samt forenklede prosedyrer for å fange og analysere de elektriske signalene via piggsorteringsprogramvare og programvare for nevrofysiologisk dataanalyse.
Gitt at kvalite…
The authors have nothing to disclose.
Dette arbeidet ble støttet av tilskudd fra National Natural Science Foundation of China (31871170, 32170950 og 31970915), Natural Science Foundation of Guangdong Province (2021A1515010804 og 2023A1515010899), Guangdong Natural Science Foundation for Major Cultivation Project (2018B030336001) og Guangdong Grant: Key Technologies for Treatment of Brain Disorders (2018B030332001).
2.54 mm pin header | YOUXIN Electronic Co., Ltd. | 1 x 5 | Applying for the movable micro-drive which can slide on its stulls. |
Adobe Illustrator CC 2017 | Adobe | N/A | To optimize images from GraphPad. |
BlackRock Microsystems | Blackrock Neurotech | Cerebus | This systems includes headsatge, DA convert, amplifier and computer. |
Brass nut | Dongguan Gaosi Technology Co., Ltd. | M0.8 brass nut | The nut fixes the position of screw. |
Brass screw | Dongguan Gaosi Technology Co., Ltd. | M0.8 x 11 mm brass screw | A screw that hold the movable micro-drive. |
C57BL/6J | Guangdong Zhiyuan Biomedical Technology Co., LTD. | N/A | 12 weeks of age. |
Centrifuge tube | Biosharp | 15 mL; BS-150-M | To store mice brain with sucrose sulutions. |
Conducting paint | Structure Probe, Inc. | 7440-22-4 | To improve the lead-connecting quality between connector pins and Ni-wires. |
Conductive copper foil tape | 3M | 1181 | To reduce interferenc. |
Connector | YOUXIN Electronic Co., Ltd. | 2 x 10P | To connect the headtage to micro-drive system. |
DC Power supply | Maisheng | MS-305D | A power device for electrolytic lesion. |
Dental cement | Shanghai New Century Dental Materials Co., Ltd. | N/A | To fix the electrode arrays on mouse's skull after finishing the implantation. |
Digital analog converter | Blackrock | 128-Channel | A device that converts digital data into analog signals. |
Epoxy resin | Alteco | N/A | To cover pins. |
Excel | Microsoft | N/A | To summarize data after analysis. |
Eye scissors | JiangXi YuYuan Medical Equipment Co.,Ltd. | N/A | For surgery or cutting the Ni-chrome wire. |
Fine forceps | JiangXi YuYuan Medical Equipment Co.,Ltd. | N/A | For surgery. |
Forceps | JiangXi YuYuan Medical Equipment Co.,Ltd. | N/A | For surgery or assembling the mirco-drive system. |
Freezing microtome | Leica | CM3050 S | Cut the mouse’s brain into slices |
Fused silica capillary tubing | Zhengzhou INNOSEP Scientific Co., Ltd. | TSP050125 | To serve as the guide tubes for Ni-chrome wires. |
Glass microelectrode | Sutter Instrument Company | BF100-50-10 | To mark the desired locations for implantation using the filled ink. |
GraphPad Prism 7 | GraphPad Software | N/A | To analyze and visualize the results. |
Guide-tube | Polymicro technologies | 1068150020 | To load Ni-chrome wires. |
Headstage | Blackrock | N/A | A tool of transmitting signals. |
Helium balloon | Yili Festive products Co., Ltd. | 24 inch | To offset the weight of headstage and micro-drive system. |
Ink | Sailor Pen Co.,LTD. | 13-2001 | To mark the desired locations for implantation. |
Iodine tincture | Guangdong Hengjian Pharmaceutical Co., Ltd. | N/A | To disinfect mouse's scalp. |
Lincomycin in Hydrochloride and Lidocaine hydrochloride gel | Hubei kangzheng pharmaceutical co., ltd. | 10g | A drug used to reduce inflammation. |
Meloxicam | Vicki Biotechnology Co., Ltd. | 71125-38-7 | To reduce postoperative pain in mice. |
Micromanipulators | Scientifica | Scientifica IVM Triple | For electrode arrays implantation. |
Microscope | Nikon | ECLIPSE Ni-E | Capture the images of brain sections |
nanoZ impedance tester | Plexon | nanoZ | To measure impedance or performing electrode impedance spectroscopy (EIS) for multichannel microelectrode arrays. |
NeuroExplorer | Plexon | NeuroExplorer | A tool for analyzing the electrophysiological data. |
NeuroExplorer | Plexon, USA | N/A | A software. |
Ni-chrome wire | California Fine Wire Co. | M472490 | 35 μm Ni-chrome wire. |
Offline Sorter | Plexon | Offline Sorter | A tool for sorting the recorded multi-units. |
PCB board | Hangzhou Jiepei Information Technology Co., Ltd. | N/A | Computer designed board. |
Pentobarbital | Sigma | P3761 | To anesthetize mice. |
Pentobarbital sodium | Sigma | 57-33-0 | To anesthetize the mouse. |
Peristaltic pump | Longer | BT100-1F | A device used for perfusion |
Polyformaldehyde | Sangon Biotech | A500684-0500 | The main component of fixative solution for fixation of mouse brains |
PtCl4 | Tianjin Jinbolan Fine Chemical Co., Ltd. | 13454-96-1 | Preparation for gold plating liquid. |
Saline | Guangdong Hengjian Pharmaceutical Co., Ltd. | N/A | To clean the mouse's skull. |
Silver wire | Suzhou Xinye Electronics Co., Ltd. | 2 mm diameter | Applying for ground and reference electrodes. |
Skull drill | RWD Life Science | 78001 | To drill carefully two small holes on mouse's skull. |
Stainless steel screws | YOUXIN Electronic Co., Ltd. | M0.8 x 2 | To protect the micro-drive system and link the ground and reference electrodes. |
Stereotaxic apparatus | RWD Life Science | 68513 | To perform the stereotaxic coordinates of bilateral motor cortex. |
Sucrose | Damao | 57-50-1 | To dehydrate the mouse brains after perfusion. |
Super glue | Henkel AG & Co. | PSK5C | To fix the guide tube and Ni-chrome wire. |
Temperature controller | Harvard Apparatus | TCAT-2 | To maintain mouse's rectal temperature at 37°C |
Tetracycline eye ointment | Guangdong Hengjian Pharmaceutical Co., Ltd. | N/A | To protect the mouse's eyes during surgery. |
Thread | Rapala | N/A | To link ballon and headstage. |
Vaseline | Unilever plc | N/A | To cover the gap between electrode arrays and mouse's skull. |