स्वतंत्र रूप से तैराकी मछली में चल Tetrodes द्वारा न्यूरॉन्स की वायरलेस इलेक्ट्रोफिजियोलॉजिकल रिकॉर्डिंग
Summary
स्वतंत्र रूप से तैराकी सुनहरी के मस्तिष्क से बाह्य तंत्रिका संकेतों की रिकॉर्डिंग के लिए एक उपन्यास वायरलेस तकनीक प्रस्तुत की है। रिकॉर्डिंग डिवाइस दो टेरोड्स, एक माइक्रोड्राइव, एक तंत्रिका डेटा लॉगर, और एक वाटरप्रूफ मामले से बना है। डेटा लॉगर और उसके कनेक्टर को छोड़कर सभी भाग कस्टम-मेड हैं।
Abstract
मछली व्यवहार को नियंत्रित करने वाले तंत्रिका तंत्र ज्यादातर अज्ञात रहते हैं, हालांकि मछली सभी कशेरुकी के बहुमत का गठन करती है। स्वतंत्र रूप से चलती मछली से मस्तिष्क गतिविधि रिकॉर्ड करने की क्षमता मछली व्यवहार के तंत्रिका आधार पर अनुसंधान काफी आगे बढ़ना होगा । इसके अलावा, मस्तिष्क में रिकॉर्डिंग स्थान का सटीक नियंत्रण मछली मस्तिष्क में क्षेत्रों में समन्वित तंत्रिका गतिविधि का अध्ययन करने के लिए महत्वपूर्ण है। यहां, हम एक तकनीक है कि स्वतंत्र रूप से तैराकी मछली के मस्तिष्क से वायरलेस रिकॉर्ड जबकि रिकॉर्डिंग स्थान की गहराई के लिए नियंत्रित पेश करते हैं । यह प्रणाली एक उपन्यास जल-संगत प्रत्यारोपण से जुड़े एक तंत्रिका लॉगर पर आधारित है जो माइक्रोड्राइव नियंत्रित टेरोड्स द्वारा रिकॉर्डिंग स्थान को समायोजित कर सकता है। सिस्टम की क्षमताओं को सुनहरी के टेलेएन्सेफलन से रिकॉर्डिंग के माध्यम से सचित्र किया जाता है।
Introduction
मछली कशेरुकी का सबसे बड़ा और सबसे विविध समूह है, और अन्य कशेरुकी की तरह वे जटिल संज्ञानात्मक क्षमताओं जैसे नेविगेट, सामाजिक, सो, शिकार आदि का प्रदर्शन करते हैं। फिर भी, मछली व्यवहार को नियंत्रित करने वाले तंत्रिका तंत्र अज्ञात अधिकांश भाग के लिए रहते हैं।
पिछले कुछ दशकों में, स्थिर मछली से बाहित रिकॉर्डिंग मुख्य रूप से व्यवहार1,2के तंत्रिका आधार के विभिन्न पहलुओं की जांच करने के लिए लागू किया गया है । हालांकि यह तकनीक कुछ संवेदी प्रणालियों के लिए उपयुक्त है, लेकिन स्थिर जानवरों में असंभव नहीं तो व्यवहार के तंत्रिका आधार के पूर्ण स्पेक्ट्रम की जांच मुश्किल है। पहली प्रगति में सीमित तैराकी मछली3,4की मौथनर कोशिकाओं से रिकॉर्डिंग शामिल थी । हालांकि, मौथनर कोशिकाएं असंगत रूप से बड़ी हैं और रिकॉर्ड की गई कार्रवाई संभावित आयाम हैं, जो कुछ एमवी के रूप में उच्च जा सकते हैं, रिकॉर्डिंग की सुविधा प्रदान करते हैं। बाद में, कैनफील्ड एट अल ने मछली5के टेलेएन्सेफलन से रिकॉर्ड करने के लिए एक सीमित जानवर का उपयोग करते समय अवधारणा का एक सबूत बताया। मछली से तंत्रिका गतिविधि रिकॉर्ड करने के लिए एक और हालिया तकनीक कैल्शियम इमेजिंग है (ओर्गर और डी पोलाविजा6द्वारा समीक्षादेखें, और वंवलेहेम एट अल7)। इस तकनीक को जेब्राफिश लार्वा के साथ उपयोग के लिए विकसित किया गया था क्योंकि लार्वा चरण के दौरान त्वचा और खोपड़ी पारदर्शी होती है। हालांकि, इस तकनीक का उपयोग विकास के बाद के चरणों में जटिल व्यवहार का अध्ययन करने के लिए नहीं किया जा सकता है।
यहां, हम स्वतंत्र रूप से तैराकी मछली के दिमाग से बाह्य तंत्रिका गतिविधि रिकॉर्डिंग के लिए एक उपन्यास तकनीक पेश करते हैं। यह विनपिनस्की एट अल8में वर्णित प्रोटोकॉल का एक संशोधित संस्करण है। मुख्य नवाचार एक माइक्रोड्राइव का जोड़ है जो सर्जरी के बाद इलेक्ट्रोड की स्थिति को नियंत्रित करना संभव बनाता है। तकनीक को माइक्रोड्राइव के माध्यम से तंत्रिका डेटा लॉगर से जुड़े टेरोड्स के एक सेट का उपयोग करके गोल्डफिश के टेलेएन्सेफेलोन से रिकॉर्डिंग के लिए डिज़ाइन किया गया है। पूरा सेटअप वायरलेस है और मछली की खोपड़ी के लिए लंगर डाले । सिस्टम का विशिष्ट वजन एक छोटा सा फ्लोट जोड़कर पानी-विशिष्ट वजन के बराबर है जो मछली को स्वतंत्र रूप से तैरने की अनुमति देता है।
यह तकनीक एक तंत्रिका डेटा लॉगर के उपयोग पर आधारित है जो संकेत को ऑनबोर्ड मेमोरी डिवाइस में बढ़ाता, डिजिटाइज और स्टोर करता है। लॉगर टेलीमेट्री सिस्टम का उपयोग रिकॉर्डिंग को शुरू करने और रोकने के लिए और वीडियो कैमरे के साथ सिंक्रोनाइजेशन के लिए किया जाता है। इस प्रोटोकॉल में, एक 16 चैनल तंत्रिका लॉगर का उपयोग किया जाता है, जो माइक्रोड्राइव के साथ एक वाटरप्रूफ बॉक्स में एम्बेडेड है।
माइक्रोड्राइव असेंबली दो मुख्य घटकों से निर्मित है: माइक्रोड्राइव ही और माइक्रोड्राइव आवास(चित्रा 1ए, बी)। आवास माइक्रोड्राइव और टेरोड्स रखती है, और खोपड़ी और लॉगर बॉक्स(चित्रा 1सी)के बीच लंगर के रूप में भी कार्य करती है। पीवीसी लॉगर बॉक्स एक मशीन प्रक्रिया का उपयोग करके गढ़े जाते हैं और ओ-रिंग(चित्रा 1ई-जी)का उपयोग करके सील कर दिया जाता है, साथ ही पूरक चित्रा 1, अनुपूरक चित्र 2और तीन आयामी [3डी] आरेख के लिए अनुपूरक चित्र 3 भी देखें)। एक छोर पर, पॉलीस्टीरिन फोम का एक टुकड़ा लॉगर बॉक्स से जुड़ा हुआ है ताकि प्रत्यारोपण के वजन की भरपाई की जा सके और मछली को उछाल-तटस्थ प्रत्यारोपण के साथ प्रदान किया जा सके। प्रोटोकॉल में वर्णित माइक्रोड्राइव का निर्माण वनडेकास्टील एट अल द्वारा प्रस्तुत प्रक्रिया का पालन करता है।9 आवास(चित्रा 1ए)को माइक्रोड्राइव संलग्न करने के लिए एक संशोधन के साथ। सभी प्रमुख कदम प्रस्तुत किए जाते हैं।
मछली खोपड़ी तैयार करने के लिए प्रोटोकॉल में वर्णित प्रक्रिया Vinepinsky एट अल8 में प्रस्तुत एक के समान है और प्रोटोकॉल में संक्षेप में वर्णित है । सर्जरी के एक दिन बाद, मछली आम तौर पर संज्ञाहरण के प्रभाव से पूरी तरह से बरामद कर रहे है और व्यवहार प्रयोगों के लिए तैयार हैं । ध्यान रहे कि माइक्रोड्राइव स्क्रू को बदलकर टेट्रोरोड लोकेशन को एडजस्ट किया जा सकता है। पेंच पूर्ण रोटेशन प्रति 300 μm की एक अंतर है और 75 μm की उन्नति की सिफारिश की है जब तक लक्ष्य मस्तिष्क स्थान तक पहुंच गया है. ब्याज के विशिष्ट मस्तिष्क क्षेत्र को लक्षित करने के लिए एक उपयुक्त मस्तिष्क एटलस से परामर्श किया जाना चाहिए। हर बार मछली को बैटरी या मेमोरी कार्ड रिप्लेसमेंट के लिए एनेस्थेटाइज्ड करने पर इलेक्ट्रोड बाधा का परीक्षण करने की सलाह दी जाती है।
Protocol
Representative Results
Discussion
यह प्रोटोकॉल स्वतंत्र रूप से तैराकी सुनहरी के टेलेएन्सेफलन में एक टेटरोड सरणी प्रत्यारोपित करने में शामिल चरणों का विवरण देता है। यह तकनीक एक तंत्रिका लॉगर को लागू करती है जो एक माइक्रोड्राइव के साथ 1…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
हम उनकी सभी मदद के लिए नाचम उलावोवस्की और उलावोवस्की लैब के सदस्यों के आभारी हैं । इसके अलावा, हम सहायक तकनीकी सहायता के लिए ताल नोवोप्लैंस्की-Tzur के आभारी हैं । हम कृतज्ञता इसराइल विज्ञान फाउंडेशन से वित्तीय सहायता स्वीकार करते है-पहले कार्यक्रम (अनुदान संख्या 281/15), और हेल्मस्ले चैरिटेबल ट्रस्ट के माध्यम से कृषि, जैविक और संज्ञानात्मक रोबोटिक्स पहल बेन के Gurion विश्वविद्यालय Negev ।
Materials
| 0.7 mm round drill bits | Compatible with the drill. | ||
| 15-blade Scalpel | Sigma-Aldrich | ||
| 16 channel PCB board | Neurlynx | EIB-16 | |
| 1X3M phillips flat head screws | Stainless steel. Any type. | ||
| 1X3M phillips round head screws | Stainless steel. Any type. | ||
| 27 cm X 19 cm X 1 mm brass plate | See Figure 2 | ||
| 2X6M phillips flat head screws | Stainless steel. Any type. | ||
| 3140 RTV coating | Dow Crowning | 2767996 | |
| 75 µm Silver wire | A-M Systems | ||
| Brass machine screws #00-90 | 947-1006 | ||
| Brass plates 7.5mm X 2.5mm X 0.6mm | A 3D drawing is provided. See supplementary 1 | ||
| Coated Tungsten wire 25µm | California Fine Wire Company | 5000160 | Depending on the appication the tetrodes can be fabricated from any type of wire. Popular wires are nicrome wires that can be found with lower diameters (eg. A-M systems, 762000) |
| Coated Tungsten wire 50µm | A-M Systems | 795500 | Can be replaced with any other wire with low impedance |
| Cyanoacrilic glue | |||
| Dental Burnisher | ComDent UK | Any small sterille stainless-still tool will do. | |
| Dental cement – GCFujiPLUS | GC | 431011 | Other dental cements would probably will work as well although we have never tried any other. |
| Dental drill or nail polish drill | Dental drills are expensive, a nail polish drill can be a cheap replacement. | ||
| Drill bit #65 | 947-65 | ||
| Fast curing epoxy | Any 5 minutes curing epoxy can be used here. | ||
| Logger box with O-ring sealing | A 3D drawing is provided. See supplementary 1-3. The box should be machine fabricated (do not use 3D printers). Use transperant material, to be able to see the indicator LEDs on the logger. | ||
| Motorized turning device | Custom made as described in "open ephys" website. Can also be purchusaed from neurolynx ("Tetrode Spinner 2.0") or bulit by other means. | ||
| Mouselog-16 Neural logger | Deuteron Technologies Ltd | There are several neural loggers available on the market, including: SpikeGadget (UH32 32channels) and Neurologger 2/2A/2B of Alexei Vyssotski. It should be noted that weight is not a major contraint since it can be counterbalanced with floating Styrofoam | |
| MS-222 | Sigma Aldrich | E10521 | Ethtl 3-aminobenzoate methanesulfonate 98% |
| Nano-Z plating | White Matter LLC | The nano-Z can be bought from several supllieres. Any impedance meter can be used, e.g. IMP-1 / 6662 / 2788, BAK Electronics. | |
| PCB pins | Neurlynx | Neuralynx EIB Pins | |
| Polymide tubing 250µm | A-M Systems | 822000 | |
| Rechargable battery | 3.7 Lipo battery, 370 mAh. Holds about 6 hours of recording. Smaller or larger battries can be used to reduce the weight or extend recording time. | ||
| Silicone tubing 0.64 mm | A-M Systems | 806100 | |
| Stainless steel 1.5 mm | A-M Systems | 846000 | |
| Sudium Bicarbonate | Sigma Aldrich | S9625 | |
| Tap #00-90 | 947-1301 | ||
| Vaseline | Any type of soft petroleum skin protectant can be used here. |
References
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