Строительство Улучшенный мульти тетрод Hyperdrive для крупномасштабных нейронных записи в себя крысы
Summary
Мы представляем строительство 3D-печати hyperdrive восемнадцать независимо регулируемый tetrodes. Hyperdrive предназначен для записи активности мозга в свободно себя крыс в течение нескольких недель.
Abstract
Мониторинг активности модели большое количество нейронов в течение многих дней в спать животных весьма полезен в области нейробиологии систем. Одним из ключевых компонентов этой техники состоит из точного размещения нескольких электродов в желаемой мозга и поддержания их стабильности. Здесь мы описываем протокол для строительства 3D-печати hyperdrive, которая включает в себя восемнадцать независимо регулируемый tetrodes и разработан специально для в vivo внеклеточного нейронных записи в свободно себя крыс. Tetrodes, придает диски Microdrive либо индивидуально расширенный на несколько областей мозга, вдоль дорожки, или может использоваться для размещения массива электродов в меньшей площади. Несколько tetrodes позволяют одновременное рассмотрение action potentials из десятков отдельных нейронов, а также местных потенциалов поля из популяций нейронов в мозгу во время активного поведения. Кроме того конструкция предусматривает простой 3D разработки программного обеспечения, которые могут быть легко изменены для различных экспериментальных потребностей.
Introduction
В области систем нейробиологии ученые изучают нейронные корреляты, лежащие в основе когнитивных процессов, таких как пространственной навигации, память и принятия решений. Для этих типов исследований важно отслеживать деятельность многих отдельных нейронов во время поведение животных. За последние десятилетия два важных достигнуты для нужд экспериментальной внеклеточного нейронных записи в мелких животных1,2,3. Сначала было развитие тетрод, пучок четыре микропроводов, используемый для записи нейронной активности нейронов одновременно1,2,4. Дифференциальный сигнал амплитуд деятельности по четырем каналам тетрод позволяет для изоляции отдельных нейрон активности от многих одновременно зарегистрированных клетки5. Кроме того гибкий характер микропроводов позволяет большей стабильности тетрод, минимизации относительное смещение между тетрод и целевой популяции клеток. Tetrodes в настоящее время широко используются вместо одного электрода для многих исследования мозга в различных видов, включая грызунов1,2,6, приматы7и8насекомых. Во-вторых развития hyperdrive перевозил несколько независимо движимого tetrodes, который позволяет одновременный мониторинг нейронной активности от больших популяций нейронов из нескольких записи расположения3, 910,,,1112.
Наличие надежных и доступных мульти тетрод записывающее устройство для мелких животных ограничен. Классический hyperdrive, первоначально разработанный Брюс McNaughton13, успешно используется для нейронных записей в свободно себя крыс в многих лабораториях в последние два десятилетия9,10,14, 15. Однако, по техническим причинам, оригинальные компоненты, необходимые для построения МакНотон диск в настоящее время очень трудно получить и не совместимы с интерфейсами приобретение недавно улучшенных данных. Другой хорошо признанных дизайн hyperdrive требует диски Microdrive, чтобы быть индивидуально ручной работы, которая может выдать противоречивые результаты и потребляют значительное время12. Для записи нейронной активности из различных регионов мозга в поведения крыс, мы разработали новый hyperdrive с использованием stereolithographic технологии. Мы стремились удовлетворять следующим требованиям: (1) новый hyperdrive должны позволяют точное перемещение tetrodes в мозге и стабильная запись из нескольких целевых регионов; (2 новый hyperdrive должны быть совместимы с системой магнитного quickclip, недавно разработанных позволяют легко подключения; и (3) новые hyperdrive могут быть точно воспроизведены с материалами легко доступны. Здесь мы предоставляем технику для создания 3D-печати hyperdrive, содержащие восемнадцать самостоятельно движимого tetrodes, основанный на МакНотон дизайн. В протоколе, мы описываем подробности процесса изготовления новых hyperdrive, который мы использовали успешно записывать потенциалы действия одного нейрона и местных потенциалов поля от postrhinal и медиальный entorhinal коре недель в свободно поведение крыс во время естественных нагула задач.
Protocol
Representative Results
Discussion
Здесь мы описываем процесс построения недавно разработанных hyperdrive состоит из восемнадцати самостоятельно движимого tetrodes. Привода могут быть построены из доступных частей, приобрести во многих магазинах доступны оборудования, в сочетании с компонентами, созданные stereolithographic печати. Hyp…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Мы благодарим Moser лаборатории в институте Кавли систем неврологии и центр для нейронных вычислений, Норвежский университет науки и техники, для хронической нейронных записи процедуры в крыс. Эта работа была поддержана гранта NIH R21 NS098146 и человека пограничной науки программы долгосрочных стипендий LT000211/2016-L для L. Lu.
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).
