동물 행동하자, 깨어있는 단일 단위 레코딩을위한 Microwires의 조직 된 배열을 주입하기위한 절차
Summary
하나의 단위 전기 생리학 녹음에 사용하기 위해 microwires의 조직 배열을 주입하는 기술 문제를 안겨준다. 이 기술과 필요한 장비를 수행하는 방법이 설명되어 있습니다. 또한, 높은 공간 선택과 별개의 신경 하위 영역에서 기록하는 조직 마이크로 와이어 어레이의 유익한 사용을 설명합니다.
Abstract
웨이크 생체 전기 생리 레코딩에서, 행동 동물은 단일 세포 수준에서 신경 신호 전달을 이해하기위한 강력한 방법을 제공한다. 이 기술은 실험자 지속적인 행동으로 기록 된 활동 전위의 상관 관계를하기 위해 시간적 지역적으로 특정 발화 패턴을 검사 할 수 있습니다. 또한, 단일 유닛 녹음은 신경 기능의 포괄적 인 설명을 생산하기 위해 다른 기술의 과다와 결합 될 수있다. 이 문서에서는, 우리는 마이크로 와이어 주입 마취 및 준비에 대해 설명합니다. 다음으로, 우리는 필요한 장비와 정확하게 표적 구조로 마이크로 와이어 어레이를 삽입하는 수술 단계를 열거. 마지막으로, 우리는 간단하게 배열의 각 전극에서 기록하는 데 사용되는 장비에 대해 설명합니다. 설명 고정 마이크로 와이어 어레이는 만성 이식에 적합하고 거의 모든 행동 preparati에 신경 데이터의 길이 녹음을 허용하는에. 우리는 마이크로 와이어의 위치뿐만 아니라 기록 된 결과의 해부학 적 특이성을 높이기 위해 면역 조직 화학 기술과 마이크로 와이어 주입을 결합하는 방법을 삼각 측량 전극 트랙을 추적에 대해 설명합니다.
Introduction
전기 생리학 기록은 과학자가 생물 세포의 전기적 특성을 검사 할 수 있습니다. 전기 신호가 신호 전달 메커니즘 역할 중추 신경계에서, 이들 기록은 신경 기능 1-2을 이해하는데 특히 중요하다. 동물 행동의 단일 유닛 녹음하는 동안 뇌에 삽입 된 미세 전극은 시간에 활동 전위의 신경 세포의 생성에 변경 사항을 기록 할 수 있습니다.
많은 기술이 하나가 뇌의 활동을 기록 할 수 있지만, 하나의 단위 전기 생리학은 단일 신경 세포 수준에서 해상도를 허용하여 가장 정확한 방법 중 하나입니다. 공간적 특이성 높은 수준이 요구 될 때, microwires 이산 서브 핵 또는 brain3 내의 셀들의 앙상블을 대상으로 사용될 수있다. 녹음이 마이크로 수준에서 정확한으로 단일 유닛 녹음도 높은 시간 해상도에서 혜택을 누릴 수 있습니다. 그리고, 생체항적 기록은 구 심성 및 원심성 돌기, 전신 화학, 호르몬의 영향, 그리고 생리 학적 매개 변수의 자연 환경에 그대로 회로의 상호 작용을 할 수 있습니다. 신경 신호는 감각 입력, 운동 행동,인지 처리, 신경 화학 / 약학, 또는 조합에서 파생됩니다. 따라서, 감각, 모터,인지 적, 화학적 영향의 분리는 상기 영향 각각의 평가를 허용 할 수 있습니다 효과적인 우발 채무와 컨트롤을 잘 생각 실험을 필요로한다. 모두 모두, 동물 행동의 기록은 실험자가 작동 회로 내에서 여러 정보 소스의 통합을 관찰하고 회로 기능의보다 포괄적 인 모델을 도출 할 수 있습니다.
단일 유닛 녹음은 모든 실험이 알고 있어야하는 단점의 숫자에서 고통. 먼저, 기록은 수행하기 어려울 수 있습니다. 사실, 일의 특성전자 headstage 앰프와이 음반에서 공간과 시간의 특이성을 허용 이식 microwires 또한 외부 전기 신호 (즉, 전기적 "노이즈")의 영향으로 기록이 취약합니다. 따라서, 전기 생리학 시스템의 문제를 해결하는 능력은 전기 생리학 원리와 장치의 잘 발달 된 기술의 이해를 필요로한다. 그것은 특정 상황에서, 세포 외 녹음에 기록 된 전기 신호가 여러 신경 신호의 합을 나타낼 수 있음을주의하는 것도 중요하다. 또한, 타겟 영역 내의 인구 액티비티 단일 유닛 활동의 일반화는 종종 타깃 영역 내의 세포 이질성의 정도에 의해 제한 (그러나 카르 4 참조) 할 수있다. 예를 들어, 전극은 다른 세포 대신에 높은 진폭 출력 뉴런을 기록 편중 될 수 있습니다. 단일 단위 기록의 해석 능력은 증가등 다른 기술과 레코딩을 결합, 이에 국한하지 않음으로써, 전기 (orthodromic 또는 antidromic), 화학 물질 (예를 들면 이온 도입 또는 디자이너 수용체) 또는 optogenetic 자극 4, 임시 신경 inactivations, 감각 검사 5, 분리 절차, 또는 면역 조직 화학 3.
(프로토콜이 다른 종에 사용하기 위해 적용 할 수 있지만) 우리는 쥐의 조직 마이크로 와이어 어레이를 이식하는 데 필요한 자료와 단계를 열거 할 다음 프로토콜. 우리 실험실에서 사용되는 고정 배열의 순서와 스타일은 길이 레코딩을위한 신뢰할 수있는 입증 된 1 개월의 시간이 6 ~ 8에 대해 동일한 신경 세포의 기록을 유지 할 수 있습니다. 이 실험 자극, 신경 반응에있는 플라스틱의 변화, 또는 학습과 동기 부여의 메커니즘 phasic 반응을 조사하기위한 절차에 이상적이다.
Protocol
Representative Results
Discussion
세포 외 기록은 신경 과학의 거의 모든 실험 준비에 통합 할 수있는 강력한 실험 기술을 나타냅니다. 자신의 샤프트는 (그림 5A) 뇌를 통해 자신의 목표 지역으로 통과하는 조직 배열에 이식 된 와이어를 추적 할 수 있습니다. 작은, 후 실험 병변은 스테인리스 와이어에서 작은 철의 예금을 만들 수의 noninsulated 마이크로 와이어의 끝 부분에 생성 될 때, 하나는 정확하게 솔루션을 사용 (…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
본 연구는 약물 남용에있는 국립 연구소에 의해 지원되었다 DA 006886 (MOW) 및 DA 032270 (DJB)가 부여합니다.
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
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