بناء Hyperdrive تيترودي متعددة محسنة لتسجيل العصبية على نطاق واسع في التصرف الفئران
Summary
نقدم تشييد hyperdrive 3D-للطباعة مع ثمانية عشر تيتروديس قابل للتعديل بشكل مستقل. ويهدف hyperdrive لتسجيل نشاط الدماغ في التصرف بحرية الفئران على مدى فترة عدة أسابيع.
Abstract
رصد أنماط النشاط لعدد كبير من السكان من الخلايا العصبية على مدى أيام عديدة في الحيوانات مستيقظا أسلوب قيمة في مجال نظم علم الأعصاب. واحد العناصر الرئيسية لهذا الأسلوب يتكون من وضع دقيق لأقطاب متعددة في مناطق الدماغ المنشودة والحفاظ على استقرارها. هنا، يمكننا وصف بروتوكول لتشييد hyperdrive 3D-للطباعة، التي تشمل ثمانية عشر تيتروديس قابل للتعديل بشكل مستقل، ومصممة خصيصا في فيفو خارج الخلية تسجيل العصبية في التصرف بحرية الفئران. تيتروديس يعلق على ميكرودريفيس يمكن أما فردياً متقدمة في مناطق متعددة في الدماغ على طول المسار، أو يمكن استخدامها لوضع مجموعة أقطاب في مساحة أصغر. تيتروديس متعددة تسمح بفحص المتزامن ل action potentials من بين العشرات من الخلايا العصبية الفردية، فضلا عن الإمكانات الميدانية المحلية من السكان من الخلايا العصبية في الدماغ خلال السلوك النشط. وبالإضافة إلى ذلك، يوفر التصميم ل 3D أبسط صياغة البرامج التي يمكن تعديلها بسهولة للاحتياجات التجريبية المختلفة.
Introduction
في مجال نظم علم الأعصاب، دراسة العلماء يرتبط العصبية الكامنة وراء العمليات الإدراكية مثل الملاحة الفضائية، والذاكرة، وعملية صنع القرار. لهذه الأنواع من الدراسات، من الضروري مراقبة نشاط العديد من الخلايا العصبية الفردية من خلال سلوك الحيوانات. العقود الماضية، بذلت اثنين تقدما هاما لتلبية احتياجات التجريبية للتسجيل خارج الخلية العصبية في الحيوانات الصغيرة1،،من23. الأول هو وضع تيترودي، مجموعة من أربعة ميكروويريس المستخدمة لتسجيل النشاط العصبي للخلايا العصبية في وقت واحد1،،من24. ستريك إشارة تفاضلية للنشاط عبر أربع قنوات تيترودي يسمح لعزل نشاط الخلايا العصبية الفردية من العديد من الخلايا في وقت واحد مسجل5. وبالإضافة إلى ذلك، يسمح الطابع المرن ميكروويريس قدر أكبر من الاستقرار تيترودي التقليل من تشريد النسبي بين تيترودي وسكان الخلية المستهدفة. تيتروديس الآن تستخدم على نطاق واسع بدلاً من قطب واحد للعديد من الدراسات الدماغ في الأنواع المختلفة، بما فيها القوارض1،،من26،7من الرئيسات، والحشرات8. الثانية كان وضع hyperdrive يحمل تيتروديس المنقولة بصورة مستقلة متعددة، مما يسمح للرصد المتزامن للنشاط العصبي من السكان أكبر من الخلايا العصبية من عدة مواقع تسجيل3، 910،،،من1112.
ويقتصر توافر جهاز تسجيل متعدد تيترودي موثوقة وميسورة للحيوانات الصغيرة. Hyperdrive الكلاسيكية، وضعت في البداية بروس مكناوغتون من13، وقد استخدمت بنجاح لتسجيلات العصبية في التصرف بحرية الفئران في مختبرات كثيرة في الماضي عقدين9،،من1014، 15. بيد لأسباب تقنية، المكونات الأصلية اللازمة لبناء محرك الأقراص مكناوغتون الآن من الصعب جداً الحصول على ولا تتوافق مع واجهات اقتناء البيانات تحسن مؤخرا. يتطلب تصميم جيدا المقبولة الأخرى hyperdrive ميكرودريفيس يكون على حدة يدوياً، مما يمكن أن يسفر عن نتائج غير متناسقة وتستهلك وقتاً كبيرا12. من أجل تسجيل النشاط العصبي من مختلف المناطق من الدماغ في الفئران يتصرف، قمنا بتطوير hyperdrive جديدة باستخدام تقنية ستيريوليثوجرافيك. سعينا لتلبية المتطلبات التالية: (1) يجب أن تسمح التشرد دقيقة من تيتروديس في المخ hyperdrive الجديدة وتوفير تسجيل مستقر من المناطق المستهدفة متعددة؛ (2) hyperdrive الجديدة يجب أن تكون متوافقة مع نظام كويككليب المغناطيسي وضعت مؤخرا للسماح باتصال سهلة؛ و (3) يمكن استنساخها hyperdrive الجديدة بدقة مع مواد متوفرة بسهولة. هنا، نحن نقدم تقنية لبناء hyperdrive 3D-للطباعة التي تحتوي على ثمانية عشر تيتروديس منقولة بشكل مستقل، استناداً إلى تصميم مكناوغتون. في البروتوكول، ويصف لنا تفاصيل عملية تصنيع hyperdrive الجديدة، التي نحن استخدمت بنجاح إلى السجل إمكانات العمل واحد-العصبية والإمكانات الميدانية المحلية من كورتيسيس انتورهينال بوسترهينال والانسي على مدى أسابيع في بحرية تتصرف الجرذان أثناء المهام مساحات العلف الطبيعي.
Protocol
Representative Results
Discussion
هنا، يمكننا وصف عملية تشييد hyperdrive المطورة حديثا وتتألف من ثمانية عشر تيتروديس منقولة بشكل مستقل. يمكن بناؤها محرك الأقراص من أجزاء معقولة تم شراؤها في العديد من المتاجر المتوفرة، جنبا إلى جنب مع المكونات التي تم إنشاؤها بواسطة الطباعة ستيريوليثوجرافيك. يمكن أن تكون مزمنة مزروع على جمجمة …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
نشكر المختبر موسر في معهد كافلي لنظم علم الأعصاب ومركز على “حساب العصبية”، والجامعة النرويجية للعلوم والتكنولوجيا، المزمنة العصبية تسجيل الإجراءات في الفئران. المعاهد الوطنية للصحة منحة R21 NS098146 والبشرية الحدود العلوم البرنامج الطويلة الأجل زمالة LT000211/2016-L للأم لو أيد هذا العمل.
Materials
| Welding rod | Blue Demon | ER308L-035-01T | Stainless steel, 0.035" in diameter |
| Screw | McMaster | 91771A060 | Stainless steel, flat head, 0-80 thread, 5/8" in length |
| Screw | McMaster | 91772A051 | Stainless steel, pan head, 0-80 thread, 5/32" in length |
| Screw | McMaster | 92196A056 | Stainless steel, socket head, 0-80 thread, 5/16" in length |
| Screw | McMaster | 92196A055 | Stainless steel, socket head, 0-80 thread, 1/4" in length |
| Screw | McMaster | 95868A131 | Nylon, socket head, 2-56 thread, 3/16" in length, black |
| Screw nut | McMaster | 90730A001 | Stainless steel, narrow hex, 0-80 thread |
| Shoulder screw | McMaster | 90298A213 | Stainless steel, 8-32 thread, 3/16" in diameter, 1/4" in length |
| Cup screw | McMaster | 92313A105 | Stainless steel, 4-40 thread, 3/16" in length |
| Thumb screw | McMaster | 94323A592 | Nylon, 8-32 thread, 3/8" in length, black |
| Magnet | Apex | M3X1MMDI | Neodymium, 3 mm X 1 mm disc |
| Metal tubing | Small Parts | B00137QHNS | Stainless steel, 23 gauge, 0.0253" OD, 0.013" ID, 0.006" wall |
| Metal tubing | New England Small Tube | Custom-made | Stainless steel, 30 gauge, 0.012/0.0125" OD, 0.007/0.008" ID, full hard |
| Heat-shrink tubing | McMaster | 7856K72 | 0.09" ID before shrinking, blue |
| Silicone tubing | A-M Systems | 807300 | 0.040" ID, 0.085" OD |
| Polyimide tubing | A-M Systems | 823400 | 0.0045" ID, 0.0005" wall |
| Ground wire | A-M Systems | 791500 | 0.005" bare, 0.008" coated, half hard |
| Tetrode wire | California Fine Wire | Custom-made | 0.0007" in diameter, platinum-iridium (90%-10%), HML and VG coating |
| EIB | Neuralynx | EIB-72-QC-Large | |
| Gold pins | Neuralynx | large EIB pins | |
| Tap | Balax | 01302-000 | M1.2 thread size |
| Tap | McMaster | 2522A811 | 0-80 thread size, bottoming |
| Tap | McMaster | 2522A771 | 0-80 thread size, plug |
| Tap | McMaster | 26955A94 | 3/8"-24 thread size, bottoming |
| Tap | McMaster | 2522A713 | 2-56 thread size |
| Tap | McMaster | 2522A715 | 4-40 thread size |
| Tap | McMaster | 2522A718 | 8-32 thread size |
| Die | McMaster | 2576A457 | 3/8"-24 thread size, 1" OD |
| Drill bit | McMaster | 30585A82 | Wire gauge 65, 0.035" in diameter |
| Drill bit | McMaster | 30585A83 | Wire gauge 66, 0.033" in diameter |
| Drill bit | McMaster | 30585A87 | Wire gauge 70, 0.028" in diameter |
| Drill bit | McMaster | 30585A88 | Wire gauge 71, 0.026" in diameter |
| Drill bit | McMaster | 30585A91 | Wire gauge 73, 0.024" in diameter |
| Drill bit | McMaster | 8870A23 | 3/16" in diameter |
| Dremel disc | Wagner | 31M | Diamond coated, 22 mm in diameter, 0.17 mm in thickness |
| Steel wire | Precision Brand | 21212 | 0.012" in diameter, full hard |
| Steel wire | Precision Brand | 21007 | 0.007" in diameter, full hard |
| Steel wire | A-M Systems | 792700 | 0.003" in diameter, half hard |
| Super glue | Loctite | LT-40640 | # 406 |
| Super glue | Loctite | LT-41550 | # 415 |
| Dental acrylic powder | Teets | 223-3773 | Coral |
| Dental acrylic liquid | Teets | 223-4003 |
References
- O’Keefe, J., Recce, M. L. Phase relationship between hippocampal place units and the EEG theta rhythm. Hippocampus. 3 (3), 317-330 (1993).
- Wilson, M. A., McNaughton, B. L. Dynamics of the hippocampal ensemble code for space. Science. 261 (5124), 1055-1058 (1993).
- Gothard, K. M., Skaggs, W. E., Moore, K. M., McNaughton, B. L. Binding of hippocampal CA1 neural activity to multiple reference frames in a landmark-based navigation task. J Neurosci. 16 (2), 823-835 (1996).
- Gray, C. M., Maldonado, P. E., Wilson, M., McNaughton, B. 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).
- Buzsaki, G. Large-scale recording of neuronal ensembles. Nat Neurosci. 7 (5), 446-451 (2004).
- Fyhn, M., Hafting, T., Witter, M. P., Moser, E. I., Moser, M. B. Grid cells in mice. Hippocampus. 18 (12), 1230-1238 (2008).
- Skaggs, W. E., et al. EEG sharp waves and sparse ensemble unit activity in the macaque hippocampus. J Neurophysiol. 98 (2), 898-910 (2007).
- Guo, P., Pollack, A. J., Varga, A. G., Martin, J. P., Ritzmann, R. E. Extracellular wire tetrode recording in brain of freely walking insects. J Vis Exp. (86), (2014).
- Knierim, J. J., McNaughton, B. L., Poe, G. R. Three-dimensional spatial selectivity of hippocampal neurons during space flight. Nat Neurosci. 3 (3), 209-210 (2000).
- Leutgeb, S., et al. Independent codes for spatial and episodic memory in hippocampal neuronal ensembles. Science. 309 (5734), 619-623 (2005).
- Lansink, C. S., et al. A split microdrive for simultaneous multi-electrode recordings from two brain areas in awake small animals. J Neurosci Methods. 162 (1-2), 129-138 (2007).
- Kloosterman, F., et al. Micro-drive array for chronic in vivo recording: drive fabrication. J Vis Exp. (26), (2009).
- . Google Patents Available from: https://www.google.com/patents/US5928143 (1999)
- Redish, A. D., et al. Independence of firing correlates of anatomically proximate hippocampal pyramidal cells. J Neurosci. 21 (5), RC134 (2001).
- Schmitzer-Torbert, N., Redish, A. D. Neuronal activity in the rodent dorsal striatum in sequential navigation: separation of spatial and reward responses on the multiple T task. J Neurophysiol. 91 (5), 2259-2272 (2004).
- Nguyen, D. P., et al. Micro-drive array for chronic in vivo recording: tetrode assembly. J Vis Exp. (26), (2009).
- Chang, E. H., Frattini, S. A., Robbiati, S., Huerta, P. T. Construction of microdrive arrays for chronic neural recordings in awake behaving mice. J Vis Exp. (77), e50470 (2013).
- Vandecasteele, M., et al. Large-scale recording of neurons by movable silicon probes in behaving rodents. J Vis Exp. (61), e3568 (2012).
- Siegle, J. H., et al. Chronically implanted hyperdrive for cortical recording and optogenetic control in behaving mice. Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc. 2011, 7529-7532 (2011).
- Brunetti, P. M., et al. Design and fabrication of ultralight weight, adjustable multi-electrode probes for electrophysiological recordings in mice. J Vis Exp. (91), e51675 (2014).
- . Google Patents Available from: https://www.google.com/patents/US4575330 (1986)
- Ludvig, N., Potter, P. E., Fox, S. E. Simultaneous single-cell recording and microdialysis within the same brain site in freely behaving rats: a novel neurobiological method. J Neurosci Methods. 55 (1), 31-40 (1994).
