Dieses Protokoll beschreibt die Konstruktion eines Hybrid-Mikroantriebs-Arrays, das die Implantation von neun unabhängig einstellbaren Tetroden und einer einstellbaren Opto-Silizium-Sonde in zwei Hirnregionen in frei beweglichen Mäusen ermöglicht. Ebenfalls demonstriert ist eine Methode zur sicheren Wiederherstellung und Wiederverwendung der Opto-Silizium-Sonde für mehrere Zwecke.
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Methodenartikel
Hybrid Microdrive System mit wiederherstellbarer Opto-Silikon-Sonde und Tetrode für Dual-Site High Density Recording in frei beweglichen Mäusen
In diesem Artikel
Zusammenfassung
Zusammenfassung
Multiregionale neuronale Aufnahmen können wichtige Informationen liefern, um Interaktionen zwischen mehreren Hirnregionen zu verstehen. Herkömmliche Microdrive-Designs erlauben jedoch oft nur die Verwendung einer Elektrode, um aus einzelnen oder mehreren Regionen aufzunehmen, wodurch die Ausbeute von Einzel- oder Tiefenprofilaufzeichnungen begrenzt wird. Es schränkt auch oft die Fähigkeit ein, Elektrodenaufnahmen mit optogenetischen Werkzeugen zu kombinieren, um Wege und/oder zelltypspezifische Aktivität zu zielen. Hier wird ein Hybrid-Mikrodrive-Array für frei bewegliche Mäuse zur Optimierung der Ausbeute und eine Beschreibung ihrer Herstellung und Wiederverwendung des Microdrive-Arrays vorgestellt. Das aktuelle Design verwendet neun Tetrodes und eine Opto-Silizium-Sonde, die in zwei verschiedenen Gehirnbereichen gleichzeitig in frei bewegliche Mäuse implantiert werden. Die Tetroden und die Opto-Silizium-Sonde sind unabhängig entlang der dorsoventralen Achse im Gehirn einstellbar, um die Ausbeute von Einheiten- und Oszillatoraktivitäten zu maximieren. Dieses Microdrive-Array enthält auch eine Einrichtung für Licht, die optogenetische Manipulation vermittelt, um die regional- oder zelltypspezifischen Reaktionen und Funktionen von langräumigen neuronalen Schaltkreisen zu untersuchen. Darüber hinaus kann die Opto-Silizium-Sonde nach jedem Experiment sicher zurückgewonnen und wiederverwendet werden. Da das Microdrive-Array aus 3D-gedruckten Teilen besteht, kann das Design von Microdrives einfach an verschiedene Einstellungen angepasst werden. Zuerst wird das Design des Microdrive-Arrays beschrieben und wie die optische Faser an eine Siliziumsonde für Optogenetik-Experimente befestigt wird, gefolgt von der Herstellung des Tetro-Bündels und der Implantation des Arrays in ein Maushirn. Die Erfassung lokaler Feldpotentiale und Unit Spiking in Kombination mit optogenetischer Stimulation zeigen auch die Machbarkeit des Microdrive-Array-Systems bei frei beweglichen Mäusen.
Einleitung
Es ist wichtig zu verstehen, wie neuronale Aktivität kognitive Prozesse unterstützt, wie Lernen und Gedächtnis, indem sie untersuchen, wie verschiedene Gehirnregionen dynamisch miteinander interagieren. Um die Dynamik der neuronalen Aktivität, die kognitiven Aufgaben zugrunde liegt, zu klären, wurde eine groß angelegte extrazelluläre Elektrophysiologie bei frei beweglichen Tieren mit Hilfe von Microdrive-Arrays1,2,3, 4. In den letzten zwei Jahrzehnten wurden verschiedene Arten von Mikroantriebs-Arrays entwickelt,um E....
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Protokoll
Alle hier beschriebenen Methoden wurden vom Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) des University of Texas Southwestern Medical Center genehmigt.
1. Vorbereitung von Microdrive-Array-Teilen
- Drucken Sie die Microdrive-Arrayteile mit einem 3D-Drucker mit Zahnmodellharz (Abbildung 1A,B). Stellen Sie sicher, dass die Dicke der einzelnen 3D-gedruckten Schichten weniger als 50 m beträgt, um die kleinen Löcher auf den bedruckten Teilen klar und lebensfähig zu halten.
HINWEIS: Das Microdrive-Array besteht aus fünf Teilen (Abbildung1C): (1) der Hauptkörper des Microdrive-Arrays....
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Ergebnisse
Das Microdrive-Array wurde innerhalb von 5 Tagen erstellt. Der Zeitplan der Mikroantriebsvorbereitung ist in Tabelle 2beschrieben. Mit diesem Mikroantrieb wurden neun Tetroden und eine Siliziumsonde in das Hippocampus CA1 bzw. MEC der Maus implantiert [21 Wochen alt/29 g Körpergewicht männlich pOxr1-Cre (C57BL/6 Hintergrund)]. Diese transgene Maus drückt Cre in MEC-Schicht III Pyramidenneuronen aus. Die Maus wurde 10 Wochen vor dem Elektrodenimplantat mit 200 nL AAV5-DIO-ChR2-YFP (Titer: 7,7 x 1012<.......
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Diskussion
Das Protokoll zeigt, wie ein hybrides Mikroantriebs-Array zu konstruieren und zu implantieren, das die Aufzeichnung neuronaler Aktivitäten aus zwei Gehirnbereichen mit unabhängigen einstellbaren Tetroden und einer Siliziumsonde in frei verhaltenden Mäusen ermöglicht. Es zeigt auch optogenetische Experimente und die Wiederherstellung der Siliziumsonde nach Experimenten. Während die verstellbare Siliziumsonde33 oder die Opto-Silizium-Sonde 36-Implantation zuvor bei Mäusen nachgewiesen wurde, hat die.......
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Offenlegungen
Die Autoren haben nichts zu verraten.
Danksagungen
Diese Arbeit wurde teilweise von der Japan Society for the Promotion of Science Overseas Research Fellowships (HO), Endowed Scholar Program (TK), Human Frontier Science Program (TK), Brain Research Foundation (TK), Faculty Science and Technology Acquisition und Retention Program (TK), Brain & Behavior Research Foundation (TK) und von The Sumitomo Foundation Research Grant (JY), NARSAD Young Investigator Research Grant (JY). Wir danken W. Marks für wertvolle Kommentare und Anregungen bei der Erstellung des Manuskripts.
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Materialien
| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| #00-90 Schraube | J.I. Morris | #00-90-1/8 | EIB-Schrauben |
| #0-80 Mutter | Kleinteile | B00DGB7CT2 | Messingmutter zum Halten des Faserklemmenhalters |
| #0-80 Schraube | Kleinteile | B000FMZ57G | Messingmaschinenschraube für Sondensteckerhalterung, Faserhülsenhalter und Abschirmkegel |
| 22 Ga Polyetheretherketonrohre | Kleinteile | SLPT-22-24 | zur Befestigung am Shuttle, 0,025 Zoll Innendurchmesser |
| 23 Ga Edelstahlschlauch | Kleinteile | HTX-23R | für Tetrode |
| 23 Ga Edelstahl | Kleinteile | HTX-23R-24-10 | für L-Form/Stützdraht |
| 26 Ga Edelstahl | Draht Kleinteile | GWX-0200 | für Führungspfosten |
| 30 Ga Edelstahl | Draht Kleinteile | HTX-30R | für Tetrode |
| 3D-CAD-Softwarepaket | Dassault Systè mes | SolidWorks 2003 | |
| 3D-Drucker | FormLab | Form2 | |
| 5,5 mil Polyimid-Isolierrohre | HPC Medical | 72113900001-012 | |
| Aluminiumfolienband | Tyco | Tyco Adhesives 617022 Aluminiumfolienband | für die alternative Abschirmkegel |
| leitfähige Paste | YSHIELD | HSF54 | für Abschirmkegel |
| kundenspezifische Schrauben für Silizium-Sonde microdrive | AMT | UNM1.25-HalfMoon | halbmond Edelstahlschraube, 1,5 mm Durchmesser, 300 & micro; m Gewindesteigung |
| Sonderschrauben für tetrode microdrive | AMT | Yamamoto_0000-160_9mm | Edelstahl-Schlitzschraube, 0,5 mm Durchmesser, 160 & micro; m Gewindesteigung, Sonderanfertigung auf Bestellung für unser Design |
| Dentalacryl | Stoelting | 51459 | |
| Dentalmodell Harz | FormLab | RS-F2-DMBE-02 | |
| Dremel Rotationswerkzeug | Dremel | Modell 800 | ein |
| Schleifer Bohrer | Fine Science Tool | 19007-05 | |
| elektrische Schnittstellenplatine | Neuralynx | EIB-36-Narrow | |
| Epoxy | Devcon | GLU-735.90 | 5 Minuten Epoxid-Augensalbe |
| Dechra | Puralube Ophthalmic Salbe | , um das Austrocknen von Mäuseaugen während der Operation zu verhindern | |
| Faserpolierblatt | Thorlabs | LFG5P | zum Polieren der optischen Faser |
| Feinpinzette | Protech International | 15-368 | zum Laden/Bergen der Silikonsonde |
| gold Stifte | Neuralynx | EIB Pins Kleiner | |
| Erdungsdraht | A-M Systems | 781500 | 0,010 Zoll blanker Silberdraht |
| Kopfbühnenvorverstärker | Neuralynx | HS-36 | |
| Impedanzmessgerät | BAK Elektronik | Modell IMP-2 | 1 kHz Prüffrequenz |
| Mineralöl | ZONA | 36-105 | zur Schmierung von Schrauben und Drähten |
| Lichtwellenleiter | Doric | MFC_200/260-0.22_50mm_ZF1.25(G)_FLT | |
| Aufzeichnungssystem | Neuralynx | Digital Lynx 4SX | |
| Rubinfaserritzer | Thorlabs | S90R | zum Spalten der optischen Faser |
| Silikonfett | Fine Science Tool | 29051-45 | |
| Silikonsonde | Neuronexus | A1x32-Edge-5mm-20-177 | Abb. 3, 4A, 4B, 5 |
| Silikonsonde | Neuronexus | A1x32-6mm-50-177 | Abb. 4C |
| Silikonsonde Waschlösung | Alcon | AL10078844 | Kontaktlinsenreiniger |
| Silikonschmierer | Smooth-On Dragon | Skin 10 FAST | zur Vorbereitung von Mikroantriebsform |
| Silberfarbe | GC electronic | 22-023 | Silberdruck II Beschichtung, verwendet für Erdungsdrähte |
| Schädelschraube | Otto Frei | 2647-10AC | 0,8 mm Durchmesser, 0,200 mm Gewindesteigung |
| Standard-OP-Schere | ROBOZ | RS-5880 | |
| stereotaktisches Gerät | Kopf | Modell 942 | |
| Sekundenkleber | Loctite | LOC230992 | zum Auftragen auf Führungspfosten |
| chirurgische Pinzette | ROBOZ | RS-5135 | |
| Tetrode Twister | Jun Yamamoto | TT-01 | |
| Tetroden-Drähte | Sandvik | PX000004 |
Referenzen
- 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 refere....
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Nachdrucke und Genehmigungen
