בנייה של מערכי Microdrive להקלטות עצביות כרוניות בעכברים מתנהגים ערים
Summary
התכנון וההרכבה של microdrives בקלטות אלקטרו vivo של אותות מוח של העכבר מתואר. על ידי הצמדת צרורות microelectrode לספקי driveable חסונים, טכניקות אלה יאפשרו להקלטות עצביות ארוכת טווח ויציבים. העיצוב קל משקל מאפשר ביצועי התנהגות בלתי מוגבל על ידי השתלת הדיסק הבאה של בעלי החיים.
Abstract
קלטות אלקטרו מדינה-of-the-art ממוחותיהם של בעלי חיים המתנהגים באופן חופשי תאפשר לחוקרים לבחון בו זמנית פוטנציאל בתחום מקומי (LFPs) מאוכלוסיות של תאי עצב ואת פוטנציאל פעולה מתאי בודדים, כמו בעלי החיים עוסק במשימות בניסוי רלוונטיות. microdrives המושתל כרוני לאפשר להקלטות במוח שעבר מעל לתקופות של מספר שבועות. כוננים זעירים ורכיבים קלים לאפשר להקלטות ארוכות טווח אלה להתרחש ביונקים קטנים, כגון עכברים. באמצעות tetrodes, שמורכב מצרורות קלועות הדוק של ארבע אלקטרודות שבו יש לכל חוט בקוטר של 12.5 מיקרומטר, אפשר לבודד תאי עצב פעיל מבחינה פיזיולוגית באזורים השטחיים של מוח, כגון קליפת מוח, בהיפוקמפוס הגבי, וsubiculum, כמו גם כאזורים עמוקים יותר כגון הסטריאטום ובאמיגדלה. יתר על כן, בטכניקה זו מבטחת הקלטות עצביות יציבות, באיכות גבוהה כמו בעלי החיים הוא אתגר עם varieטיי של משימות התנהגותיות. כתב יד זה מתאר כמה שיטות שמוטבו כדי להקליט ממוח העכבר. ראשית, אנו מראים כיצד לפברק tetrodes, לטעון אותם לתוך צינורות driveable, וזהב, צלחת העצות שלהם על מנת להפחית את העכבה שלהם מMΩ לטווח KΩ. שנית, אנו מראים כיצד לבנות הרכבה Microdrive מותאמת אישית לביצוע והעברת tetrodes אנכי, עם השימוש בחומרים זולים. שלישית, אנו מציגים את השלבים להרכבת Microdrive זמין מסחרי (Neuralynx VersaDrive) שנועד לשאת tetrodes באופן עצמאי מטלטלין. לבסוף, אנו מציגים תוצאות מייצגות של פוטנציאל בתחום מקומי ואותות המתקבלים יחידה אחת בsubiculum הגב של עכברים. יכולות להיות שונה בטכניקות אלה בקלות כדי להתאים לסוגים שונים של מערכי אלקטרודה וערכות הקלטה במוח העכבר.
Introduction
השימוש בטכניקת microelectrode להקלטת אותות עצביים תאיים in vivo יש מסורת ארוכת שנים ומוערכת במדעי המוח 1, 2. היכולת להקליט פעילות חשמלית מאזורים רבים במוח בבעלי חיים מתנהגים באופן חופשי, עם זאת, טכנולוגיה חדשה יותר שהופכת נפוצה יותר ויותר כחבילות התוכנה לרכישה, הניתוח והאפליה של אותות עצביים הופכת להיות יותר מתוחכם וידידותי למשתמש 3, 4. ההתקדמות הטכנולוגית בצד התוכנה יש גם מלווה בירידה במשקל וחלק הארי של מכשירים להשתלה, שקוצץ במידה מספקת להקלטה ביונקים קטנים, כגון עכברים. על ידי שימוש בפלסטיק (בעיקר) מרכיבים קלים, חוקרים מסוגלים לבנות microdrives המאפשרים למיצוב עצמאי של אלקטרודות או tetrodes למקד מגוון רחב של אזורים במוח 5-7. מבנים מוחיים אפילו עמוקים, כגוןהאמיגדלה 6 וסטריאטום 5, יכולות להיות ממוקד באופן שגרתי עם מבחר של בורג נסיעה ארוך כראוי. טכניקות הקלטה אלו מאפשרים לחוקרים לקבל אותות עצביים באיכות גבוהה ונמצאות בלהירשם עם את הפעילות החשמלית של תאי עצב בודדים נרשמו intracellularly 8, 9. שימוש בסוגי microdrives אלה, יש לנו נרשמו הצלחה יחידה יחידות מעכברים לתקופה של עד חודשים לאחר השתלת 10. בנוסף, הטבע קל של המכשירים (כ 1.5-2.0 גר ') הביא לביצועי התנהגות שדומה לעכברים שאינם מושתלים במשימות התנהגותיות רבות. בפרט, יש לנו הראו כי עכברים מושתלים להציג ביצועים נורמלי במשימת זיהוי אובייקט רומן 10 והמשימה מקום האובייקט (נתונים שלא פורסמו).
השימוש בmicrodrives מצמידים tetrodes מרובים מאפשר לחוקרים לעקוב ולנתח פעילות עצבית ברמת הרשתגם בעת הקלטה מ-יחידות בודדות מרובות בתוך המוח. יש הקלטה עם tetrodes אלה יש מספר יתרונות עיקריים למטרות זיהוי יחידה ומאפשרת רכישת הדיוק הגבוהה ואפליה של יחיד יחידות מרובות 11. אנו מתארים כיצד לפברק וחבילות tetrode זהב צלחת ואז לאחר מכן לטעון אותם לתוך ספקי אלקטרודה driveable. סוג אחד של מנשא כונן שאנו מתארים הוא זמין באופן מסחרי, והשני הוא עיצוב פשוט, אבל להרחבה בקלות, כונן שיכול להכיל מספר רב של ספקים והסדרי tetrode ללא השקעה משמעותית של משאבים.
Protocol
Representative Results
Discussion
יש לנו תאר קבוצה של טכניקות לבניית microdrives קל וקומפקטי להקלטה של יחידה ופעילות תאית פוטנציאל שדה בעכברים. על ידי בניית microdrives מותאם אישית עם בסיסים עצבו מזכוכית אקרילית (מתיל), ניתן להתאים את מערכת הליבה בקלות למספר כוננים ולמיקוד של מגוון רחב של אזורים עצביים. יש לנ…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
אנו מודים דניאל קארפי לעזרה והתרומות מוקדמות לפרויקט הזה שלו. אנו מודים גם לוקרסיה Novoa על סיועה ביצירות אמנות ותמונות. עבודה זו נתמכה על ידי NIH / NIAID תכנית מענק 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.
References
- 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).
