Порядок Имплантация с организованной Массивы Микропровода с одноместным-единицы Recordings в Пробудитесь, Ведя Животные
Summary
Имплантация организованных массивов микропроводков для использования в одно-единицы электрофизиологических записей представляет ряд технических проблем. Методы проведения эту технику и оборудование, необходимое описаны. Кроме того, полезно использование организованных массивов микропровода для записи с различных нейронных субрегионов с высоким пространственным селективности обсуждается.
Abstract
В естественных условиях электрофизиологических записей в активном, ведет себя животное обеспечивают мощный метод для понимания нейронной сигнализации на уровне одноклеточного. Методика позволяет экспериментаторы изучить во времени и на региональном уровне определенные шаблоны огневые того, чтобы соотнести записанные потенциалы действия с постоянной поведения. Кроме того, одного блока записи могут быть объединены с множеством других методов с целью получения комплексных объяснения нервной функции. В этой статье мы опишем анестезии и подготовку к микропроводов имплантации. Впоследствии мы перечислим необходимое оборудование и хирургические меры, чтобы точно вставить микропроволоки массив в целевой структуры. Наконец, мы кратко опишем оборудования, используемого для записи с каждого отдельного электрода в массиве. Фиксированные массивы MICROWIRE описанные хорошо подходит для хронической имплантации и позволяют продольных записи нейронных данных в почти любых поведенческих готона. Мы обсуждаем трассировки электродов песни в триангуляции MICROWIRE должности, а также способы комбинирования микропровода имплантации с иммуногистохимических методов с целью повышения анатомическую специфику записанных результатов.
Introduction
Электрофизиологические записи позволит ученым изучить электрические свойства биологических клеток. В центральной нервной системе, в которой электрические импульсы служить в качестве механизма передачи сигналов, эти записи имеют особое значение для понимания нейронной функции 1-2. Во время одного блока записей в себя животных, микроэлектрод, который был вставлен в мозг способен записывать изменения в поколение нейрона потенциалов действия во времени.
Хотя многие методы позволяют записывать активность мозга, один блок-электрофизиология является одним из наиболее точных методов, позволяя разрешение на одном уровне нейронов. Когда высокая степень пространственной специфичности желательно, микропровода могут быть использованы для целевой дискретные суб-ядер или ансамбли клеток в brain3. Одно-блок записи также извлечь выгоду из высоким временным разрешением, как записи точны на уровне микросекунд. И, в естественных условияхуслуга записи позволяют нетронутыми взаимодействия схемы, с естественной среде афферентных и эфферентных проекций, системного химических и гормональных влияний и физиологических параметров. Нервные сигналы получены от сенсорной информации, моторных поведения, когнитивной обработки, нейрохимии / фармакологии, или некоторой комбинации. Соответственно, разделение сенсорных, моторных, когнитивных и химическим воздействиям, требует хорошо продуманных экспериментов с эффективными обстоятельств и управления, которые могут позволить для оценки каждого из вышеупомянутых влияний. В целом, записи в себя животных позволяют экспериментаторы наблюдать интеграцию различных источников информации в рамках функционирующей цепи и для получения более полной модели функции схемы.
Одно-блок записи также страдают от ряда недостатков которой любой экспериментатор должен быть в курсе. В первую очередь, записи могут быть трудно провести. Действительно, свойства гое headstage усилители и имплантированные Микропровода, которые позволяют пространственной и временной специфичности в этих записей также делает записи подвержены влиянию посторонних электрических сигналов (т.е. электрический «шум»). Соответственно, способность устранять проблемы в электрофизиологических системы требует хорошо развитой технического понимания электрофизиологических принципов и аппарата. Важно также отметить, что при определенных обстоятельствах, записанные электрические сигналы в внеклеточных записи может представлять суммирование нескольких нейронных сигналов. Кроме того, Обобщаемость одной единицы активности на активность населения в пределах области-мишени часто может быть ограничена степенью неоднородности в сотовой области-мишени (но см. Cardin 4). Например, электроды могут быть смещены в сторону записи выходных нейронов высокой амплитуды вместо других клеток. Интерпретируемость одной единицы записи увеличиваетсяпутем объединения записи с другими методами, включая, но не ограничиваясь ими, электрические (ортодромном или Антидромная), химические (например, электрофореза или дизайнер рецептор) или optogenetic стимуляция 4, временные нервные inactivations, сенсомоторных осмотры 5, процедуры разъединения или иммуногистохимия 3.
В протоколе, который следует мы перечислим материалы и шаги, необходимые для имплантации организованной массив микропровода у крыс (хотя протокол может быть адаптирован для использования в других видах). Порядок и стиль основных массивов, используемых в нашей лаборатории доказали свою надежность для продольных записей и может выдержать записи одного и того же нейрона для течением времени один месяц 6-8. Это делает эту процедуру идеально подходит для изучения фазовые ответов на экспериментальных стимулов, пластиковые изменений в нервных реакций, или механизмов обучения и мотивации.
Protocol
Representative Results
Discussion
Внеклеточные записи представляют собой мощный экспериментальную технику, которые могут быть включены в почти любой экспериментальной подготовки в области неврологии. Провода, которые были имплантированы в организованных массивов можно отслеживать как их валы проходят через мозг и ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Это исследование было поддержано Национальным институтом по злоупотреблению наркотиками предоставляет Д.А. 006886 (MOW) и Д.А. 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).
