Hayvanlar davranmak, Awake Tek-birim Recordings Microwires Organize Dizileri implantasyon için Usulü
Summary
Tek ünite elektrofizyolojik kayıtlar kullanılmak üzere microwires organize dizileri implante teknik sorunlar bir dizi sunuyor. Bu teknik ve gerekli ekipman yerine getirilmesi için yöntemler tarif edilmiştir. Ayrıca, yüksek uzaysal seçicilik ile farklı nöral altbölgeler kayıt örgütlü mikrotel dizilerin faydalı kullanımı tartışılmıştır.
Abstract
Uyanık in vivo elektrofizyolojik kayıtları olarak davranmak hayvan tek hücre düzeyinde sinir sinyal anlamak için güçlü bir yöntem sağlar. Teknik deneyci devam eden davranış ile kaydedilen aksiyon potansiyelleri ilişkilendirmek için zamansal ve bölgesel spesifik ateş desenleri incelemek için olanak sağlar. Ayrıca, tek ünite kayıtları sinir işlevinin kapsamlı açıklamalar üretmek için diğer tekniklerin bir bolluk ile birleştirilebilir. Bu yazıda, Mikro implantasyon için anestezi ve hazırlanmasını tarif etmektedir. Daha sonra, biz gerekli ekipman ve doğru bir hedef yapısı içine bir mikrotel dizi eklemek için cerrahi adımlar numaralandırmak. Son olarak, kısaca dizideki her bir elektrot kayıt için kullanılan ekipman tanımlamak. Açıklanan sabit mikrotel diziler kronik emplantasyon için çok uygundur ve hemen hemen herhangi bir davranış preparatl nöral veri kayıtları uzunlamasına kılabilmektedirüzerinde. Biz mikrotel konumları yanı sıra kaydedilen sonuçların anatomik özgüllüğünü arttırmak amacıyla immunohistokimyasal teknikler ile mikrotel implantasyonu birleştirmek için yollar üçgen elektrot izlerinin tartışacağız.
Introduction
Elektrofizyolojik kayıtlar bilim adamları, biyolojik hücrelerin elektriksel özelliklerini incelemek için izin verir. Elektriksel uyarılar bir sinyal mekanizması olarak hizmet merkezi sinir sistemi içinde, bu kayıtlar sinir fonksiyonu 1-2 anlaşılması için özel bir önem taşımaktadır. Hayvanlar davranıyor tek birim kayıtları sırasında, beynin içine yerleştirilen bir Mikroelektrot zamanla aksiyon potansiyelleri bir nöronun nesil değişiklikleri kayıt yapabiliyor.
Birçok teknik bir beyin aktivitesini kaydetmek için izin verirken, tek ünite elektrofizyoloji tek nöron düzeyinde çözünürlük sağlayarak en hassas yöntemlerden biridir. Mekansal yüksek bir spesifite derecesi isteniyorsa, microwires ayrık alt çekirdek ya da brain3 içinde hücre toplulukları hedeflemek için kullanılabilir. Kayıtları mikrosaniye düzeyinde doğru olarak tek birim kayıtları da yüksek temporal çözünürlük yarar. Ve, bir in vivowake kayıtları afferent ve efferent projeksiyonlar, sistemik kimyasal ve hormonal etkiler, ve fizyolojik parametrelerin doğal çevre ile bozulmamış devre etkileşimleri sağlar. Sinir sinyalleri duyusal girdi motor davranışları, bilişsel işleme, nörokimyasal / farmakoloji, ya da bazı kombinasyonundan türetilmiştir. Bu duruma göre, duyusal, motor, bilişsel ve kimyasal etkilere ve segregasyon belirtilen etkilerin her değerlendirilmesi için izin verebilir etkili yükümlülükler ve kontrolleri ile iyi tasarlanmış deneyler gerekli kılmaktadır. Sonuçta, hayvanlar davranıyor kayıtları denemecileri işleyen bir devre içinde birden çok bilgi kaynaklarının entegrasyonunu gözlemlemek ve devre fonksiyonu daha kapsamlı bir model elde etmek için izin verir.
Tek birimli kayıtlar aynı zamanda herhangi bir deneyi bilmelidir ki dezavantajları bir karşı karşıyadır. Birincisi ve en önemlisi, kayıtları yapmak zor olabilir. Gerçekten de, th özelliklerie headstage yükselticiler ve bu kayıtları mekansal ve zamansal özgüllük için izin implante microwires de gereksiz elektrik sinyalleri (yani elektrikli "gürültü") etkisiyle kayıtları duyarlı hale getirir. Buna göre, bir elektrofizyolojik sistemi sorunları giderme yeteneği elektrofizyolojik ilke ve aparatının iyi gelişmiş bir teknik anlayış gerektirir. Belli koşullar altında, hücre dışı kayıtlarında kaydedilen elektriksel sinyaller birden fazla nöral sinyallerin toplamını temsil edebilir, dikkat etmek de önemlidir. Ayrıca, bir hedef bölge içinde popülasyon aktivitesine tek birim aktivitesi genellenebilirlik genellikle, hedef bölge içinde hücresel heterojenlik derecesi ile sınırlı (fakat Cardin 4) olabilir. Örneğin, elektrot diğer hücrelerin yerine yüksek genlikte bir çıkış nöronlar kayıt karşı önyargılı olabilir. Tek ünite kayıtların klanmas artardahil olmak üzere, diğer teknikler ile kombine kayıtları, ancak bunlarla sınırlı değildir göre, elektrik (veya ortodromik antidromic), kimyasal (örneğin, iyontoforetik veya tasarımcı reseptör) veya stimülasyon optogenetic 4, geçici sinir inactivations, sensorimotor incelemeleri 5, kesme işlemleri, 3 ya da immünohistokimya.
(Protokol diğer türlerde kullanılmak üzere uyarlanabilir de) sıçanda organize bir mikrotel dizi implant edilmesi için gerekli olan malzeme ve adımlar numaralandırma aşağıdaki protokolde. Laboratuvarımızda kullanılan sabit diziler prosedür ve stil boyuna kayıtları için güvenilir kanıtlamış ve bir aylık süre 6-8 aşkın süredir aynı nöron kayıtları devam edebilir. Bu deneysel uyaranlara, sinirsel tepkiler plastik değişiklikler, ya da öğrenme ve motivasyon mekanizmaları fazik yanıtları incelemek için bu prosedür idealdir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Ekstrasellüler kayıtları Nörobilimdeki neredeyse her deneysel hazırlık dahil edilebilir güçlü bir deney tekniği temsil eder. Kendi milleri (Şekil 5A) beyin aracılığıyla ve hedef bölgeye geçmek gibi organize dizilerde implante edilmiş teller izlenebilir. Küçük, post-deneysel lezyon paslanmaz çelik telden küçük bir demir depozito oluşturmak için noninsulated mikrotel ucunda oluşturulduğunda, biri tam bir çözüm kullanarak (tek ünite kaydedildi) yalıtılmamış mikrotel ucu…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma Uyuşturucu Ulusal Enstitüsü tarafından desteklenen DA 006886 (MOW) ve DA 032270 (DJB) verir.
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).
