بناء صالحة ميكرودريفي للتسجيلات العصبية المزمنة في الفئران يتصرفون استيقظ
Summary
يوصف تصميم وتجميع ميكرودريفيس لفي التسجيلات الكهربية في الجسم الحي من إشارات الدماغ من الماوس. عن طريق ربط حزم مسرى مكروي لشركات الطيران دريفبل قوي، وهذه التقنيات تسمح للتسجيلات العصبية طويلة الأمد ومستقرة. تصميم خفيف الوزن يسمح للأداء السلوكي غير مقيد من قبل حيوان التالية غرس محرك الأقراص.
Abstract
دولة من بين الفن التسجيلات الكهربية من أدمغة الحيوانات تتصرف بحرية تسمح للباحثين لدراسة في وقت واحد امكانات الحقل المحلي (LFPs) من السكان من الخلايا العصبية وإمكانات العمل من الخلايا الفردية، كما يشارك الحيوان في تجريبيا المهام ذات الصلة. ميكرودريفيس مزروع مزمنة تسمح للتسجيلات الدماغ لتستمر على مدى فترات من عدة أسابيع. محركات المنمنمة ومكونات خفيفة الوزن تسمح لهذه التسجيلات على المدى الطويل أن يحدث في الثدييات الصغيرة، مثل الفئران. باستخدام tetrodes، والتي تتكون من حزم مضفر بإحكام من أربعة أقطاب في كل سلك والتي يبلغ قطرها 12.5 ميكرون، فمن الممكن لعزل الخلايا العصبية نشطة من الناحية الفسيولوجية في مناطق الدماغ سطحية مثل القشرة الدماغية، الحصين الظهرية، ومرفد، فضلا كما مناطق أعمق مثل المخطط واللوزة. وعلاوة على ذلك، هذا الأسلوب يؤمن استقرارا، عالية الدقة التسجيلات العصبية كما يتم الطعن في الحيوان مع VARIEتاي من المهام السلوكية. يصف هذا المخطوط العديد من التقنيات التي تم الأمثل لتسجيل من مخ الفأر. الأول، وتبين لنا كيفية تلفيق tetrodes، تحميلها في أنابيب دريفبل، والذهب لوحة النصائح الخاصة بهم من أجل الحد من مقاومة بهم من MΩ إلى مجموعة أوم. الثاني، وتبين لنا كيفية بناء الجمعية ميكرودريفي مخصصة لنقل وتحريك tetrodes عموديا، مع استخدام مواد غير مكلفة. ثالثا، نقدم لك مجموعة من الخطوات لتجميع ميكرودريفي المتاحة تجاريا (Neuralynx VersaDrive) التي تم تصميمها لتحمل tetrodes المنقولة بشكل مستقل. وأخيرا، فإننا نقدم نتائج ممثل امكانات الحقل المحلية وإشارات وحدة واحدة تم الحصول عليها في مرفد الظهرية من الفئران. هذه التقنيات يمكن تعديلها بسهولة لاستيعاب أنواع مختلفة من صفائف الكهربائي ومخططات تسجيل في مخ الفأر.
Introduction
استخدام تقنية مسرى مكروي لتسجيل الاشارات العصبية خارج الخلية في الجسم الحي لديها تقليد طويل وقيمتها في علم الأعصاب 1، 2. القدرة على تسجيل النشاط الكهربائي من العديد من مناطق الدماغ في الحيوانات تتصرف بحرية، مع ذلك، وهي تقنية أكثر حداثة التي أصبحت شائعة على نحو متزايد مع حزم البرمجيات لاقتناء وتحليل وتمييز الاشارات العصبية يصبح أكثر تطورا وسهلة الاستخدام 3، 4. وقد واكب التقدم التكنولوجي على الجانب البرمجيات من خلال تخفيضات في الوزن وكبيرة الحجم من الأجهزة القابلة للزرع، والتي تم تقليصها بما فيه الكفاية لتسجيل في الثدييات الصغيرة، مثل الفئران. باستخدام مكونات خفيفة الوزن (ومعظمهم من البلاستيك)، والباحثين قادرون على بناء ميكرودريفيس التي تسمح لتحديد المواقع المستقلة من الأقطاب الكهربائية أو tetrodes لاستهداف مجموعة واسعة من مناطق الدماغ 5-7. هياكل الدماغ حتى العميقة، مثلاللوزة (6) والمخطط 5، ويمكن أن تستهدف بشكل روتيني مع اختيار لالمسمار حملة طويلة بشكل مناسب. هذه التقنيات تسجيل تسمح للباحثين للحصول على إشارات العصبية عالية الدقة وتكون في التسجيل مع النشاط الكهربائي للخلايا العصبية واحدة سجلت داخل الخلية 8، 9. باستخدام هذه الأنواع من ميكرودريفيس، لقد سجلت بنجاح وحدات واحد من الفئران لمدة تصل إلى شهرين بعد زرع 10. وبالإضافة إلى ذلك، فقد أدت طبيعة خفيفة من الأجهزة (حوالي 1.5-2.0 ز) في أداء السلوكية التي هي مماثلة لالفئران غير مزروع في العديد من المهام السلوكية. على وجه الخصوص، وقد أثبتنا أن الفئران مزروع يحمل الأداء العادي في الرواية كائن مهمة الاعتراف (10) ومهمة ووضع وجوه (بيانات غير منشورة).
استخدام ميكرودريفيس بالإضافة إلى tetrodes متعددة يسمح للباحثين لرصد وتحليل النشاط العصبي في مستوى الشبكةفي حين تم تسجيل أيضا من عدة وحدات واحد داخل الدماغ. تسجيل مع هذه tetrodes ديها العديد من المزايا الرئيسية لأغراض تحديد الهوية وحدة ويمكن اكتساب درجة عالية من الدقة والتمييز من عدة وحدات واحد 11. ونحن تصف كيفية تصنيع والذهب لوحة حزم tetrode ثم تحميل في وقت لاحق لهم في ناقلات القطب دريفبل. نوع واحد من محرك الناقل وصفنا متاح تجاريا والآخر هو بسيط، ولكن قابلة للتوسيع بسهولة، تصميم محرك الأقراص الذي يمكن أن تستوعب عدة شركات والترتيبات tetrode بدون استثمارات كبيرة من الموارد.
Protocol
Representative Results
Discussion
وصفناها مجموعة من التقنيات لبناء ميكرودريفيس خفيفة وصغيرة لتسجيل وحدة خارج الخلية ونشاط محتمل الميدانية في الفئران. من خلال بناء ميكرودريفيس المخصصة مع قواعد صنعت من زجاج الاكريليك (ميتاكريليت الميثيل)، جوهر النظام يمكن تكييفها بسهولة لمحركات متعددة و لاستهداف مج?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
نشكر دانيال كاربي لمساعدته والمساهمات في وقت مبكر لهذا المشروع. كما نشكر وكريشيا نوفوا للحصول على المساعدة لها مع الأعمال الفنية والصور. وأيد هذا العمل من قبل المعاهد الوطنية للصحة / NIAID برنامج المنح 5P01AI073693-03.
Materials
| Name of Reagent/Material | Company | Catalog Number | Comments |
| 0.0005″ (12.5 μM) diameter Platinum-Iridium wire | California Fine Wire | CFW#100-167 | HML VG insulated www.calfinewire.com |
| 0.002″ (50 μM) diameter Stableohm 675 wire | California Fine Wire | CFW# 100-188 | HML insulated Ni-Cr |
| polyamide tubing | Polymicro Technologies | 1068150020 | 99 micron I.D., 166 micron O.D. www.polymicro.com |
| brass guides | World Plastics Inc | 3.3 x 6.6 mm | |
| Delrin blocks | World Plastics Inc | 3.13 x 2.5 mm | |
| Fillister head brass screws | J.I. Morris Co. | 00-90 x 1/2 | drive screw www.jimorrisco.com |
| hex brass nuts | J.I. Morris Co. | 00-90 | |
| Fillister head brass screws | J.I. Morris Co. | 000-120 x 3/32 | EIB mount and ground screw |
| plexiglass acrylic | Canal Street Plastics | 5 mm thick, clear, www.cpcnyc.com | |
| cyanoacrylate | Krazy Glue | 2 g tube | |
| electronic interface board | Neuralynx | EIB-18 | www.neuralynx.com |
| non-cyanide gold solution | SIFCO | SIFCO 5355 | www.sifcoasc.com |
| VersaDrive 4 | Neuralynx | four tetrode model | |
| tetrode assembly station | Neuralynx | ||
| motorized tetrode spinner | Neuralynx | tetrode spinner 2.0 | |
| VersaDrive jig | Neuralynx | ||
| soldering iron | Radio Shack | 64-2802B | www.radioshack.com |
| nanoZ | Neuralynx | ||
| small bit drill/driver | Ram Products | Rampower 35 | with footpedal controller, www.ramprodinc.com |
| drill bits | Small Parts, Inc. | 3/32″ bits, www.smallpartsinc.com | |
| dissecting microscope | Olympus | SZ-60 | www.olympusamerica.com |
| heat gun | Alphawire | Fit gun 3 | use setting “1” only, www.alphawire.com |
| 26 AWG copper wire | Arcor Electronics | F26 | for ground wires, www.arcorelectronics.com |
| soldering flux | Eagle | 2 oz, #205 | |
| 0.02″ diameter solder | Kester | 24-6337-0010 | www.kester.com |
| benchtop vise | Vacu-Vise | Model 300 | |
| fiber optic light | Nikon | MKII | dual light arms, www.nikon.com |
| 5-min epoxy | Allied Electronics | 25 ml, www.alliedelec.com | |
| fine tweezers | Roboz Surgical Instrument Co. | RS-4907, RS-5010 | INOX material, www.roboz.com |
| micro dissecting scissors | Roboz Surgical Instrument Co. | RS-5880 |
Table 1. Materials and reagents used for constructing tetrodes and microdrives.
Referências
- Recce, M. L., O’Keefe, J. The tetrode: a new technique for multi-unit extracellular recording. Soc. Neurosci. Abstr. 15, 1250 (1989).
- O’Keefe, J., Recce, M. Phase relationship between hippocampal place units and the EEG theta rhythm. Hippocampus. 3, 317-330 (1993).
- Chen, G., Wang, L. P., Tsien, J. Z. Neural population-level memory traces in the mouse hippocampus. PLoS ONE. 4 (12), e8256 (2009).
- Buzsáki, G., Anastassiou, C. A., Koch, C. The origin of extracellular fields and currents — EEG, ECoG, LFP, and spikes. Nat. Rev. Neurosci. 13 (6), 407-420 (2012).
- Tort, A. B., Kramer, M. A., et al. Dynamic cross-frequency coupling of local field potential oscillations in rat striatum and hippocampus during performance of a T-maze task. Proc. Nat. Acad. Sci. U.S.A. 105 (51), 20517-20522 (2008).
- Seidenbecher, T., Laxmi, R., et al. Amygdalar and hippocampal theta rhythm synchronization during fear memory retrieval. Science. 301 (5634), 846-850 (2003).
- Yamamoto, J., Wilson, M. A. Large-scale chronically implantable precision motorized microdrive array for freely behaving animals. J. Neurophysiol. 100 (4), 2430-2440 (2008).
- Harris, K. D., Henze, D. A., et al. Accuracy of tetrode spike separation as determined by simultaneous intracellular and extracellular measurements. J. Neurophysiol. 84 (1), 401-414 (2000).
- Henze, D. A., Borhegyi, Z., et al. Intracellular features predicted by extracellular recordings in the hippocampus in vivo. J. Neurophysiol. 84 (1), 390-400 (2000).
- Chang, E. H., Huerta, P. T. Neurophysiological correlates of object recognition in the dorsal subiculum. Front. Behav. Neurosci. 6, 46 (2012).
- Gray, C. M., Maldonado, P. E., et al. Tetrodes markedly improve the reliability and yield of multiple single-unit isolation from multi-unit recordings in cat striate cortex. J. Neurosci. Methods. 63 (1-2), 43-54 (1995).
- O’Keefe, J., Dostrovsky, J. The hippocampus as a spatial map. Preliminary evidence from unit activity in the freely-moving rat. Brain Res. 34 (1), 171-175 (1971).
- Wilson, M. A., McNaughton, B. L. Dynamics of the hippocampal ensemble code for space. Science. 261 (5124), 1055-1058 (1993).
- Buzsáki, G. . Rhythms of the Brain. , (2006).
- McHugh, T. J., Blum, K. I., et al. Impaired hippocampal representation of space in CA1-specific NMDAR1 knockout mice. Cell. 87 (7), 1339-1349 (1996).
- Resnik, E., McFarland, J. M., et al. The effects of GluA1 deletion on the hippocampal population code for position. J. Neurosci. 32 (26), 8952-8968 (2012).
- Cacucci, F., Yi, M., et al. Place cell firing correlates with memory deficits and amyloid plaque burden in Tg2576 Alzheimer mouse model. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 105 (22), 7863-7868 (2008).
- Sigurdsson, T., Stark, K. L., et al. Impaired hippocampal-prefrontal synchrony in a genetic mouse model of schizophrenia. Nature. 464 (7289), 763-767 (2010).
- Engel, A. K., Moll, C. K., et al. Invasive recordings from the human brain: clinical insights and beyond. Nat. Rev. Neurosci. 6 (1), 35-47 (2005).
- Cash, S. S., Halgren, E., et al. The human K-complex represents an isolated cortical down-state. Science. 324 (5930), 1084-1087 (2009).
