February 14th, 2014
植入微丝的组织阵列中单个单元的电生理记录的使用存在许多技术上的挑战。方法来执行这种技术和必要的设备描述。此外,有益利用有组织的微丝阵列由不同的神经次区域具有高空间选择性记录进行了讨论。
该程序的总体目标是将微线阵列准确地植入目标大脑区域。这是通过首先精确测量和标记颅骨上的坐标来实现的,以便进行开颅手术。该程序的第二步是使用牙钻从颅骨中慢慢去除各层,以准确进行开颅手术。
第三步是定位微线阵列,使其正好穿过颅骨的界限并与颅骨齐平。最后一步是慢慢降低阵列,直到它到达目标。最终,结果可以显示植入了微线阵列。
使用该程序可以针对大脑的离散子区域并产生高神经产量,这可以通过纵向记录来保持。微线阵列使神经科学家能够检查具有高空间和时间特异性的单个神经元的放电模式,无论是单独使用还是与其他技术结合使用。来自 Microwire 阵列的单个单元记录提供了对大脑信息处理的洞察力。
记录行为过程中的神经信号对于理解大脑功能至关重要。我的实验室使用单单元电生理学来研究正常过程,如体位映射、运动学习,以及疾病过程,如帕金森病和药物成瘾。体内电生理学是一项高度专业化的技能,需要数年时间才能掌握。
该技术的视觉演示减少了充分进行手术所需的时间。用戊巴比妥麻醉动物后,给予阿托品、硝酸甲酯和青霉素以维持呼吸功能并防止感染。在必要时进行之前,使用尾部捏合试验验证麻醉状态。
交替注射氯胺酮、盐酸盐和戊巴比妥钠,以在整个手术过程中保持麻醉。接下来,使用 22 号手术刀刀片剃除头皮,然后使用聚维酮碘。使用四次皮下注射布比卡因对头皮进行局部麻醉。
等待 5 到 10 分钟,让局部麻醉剂生效。接下来,在眼睛上涂抹眼用润滑剂,并通过眼睛将动物固定在立体定位装置的耳杆和鼻夹中。将动物的头部置于大致水平的位置。
然后用手术刀沿着头皮的中线切开一个切口。切口必须从鼻骨的后部延伸到耳朵后面。使用解剖刮刀清除颅骨中所有剩余的组织,直到到达颅骨外侧嵴和颅骨后嵴。
使用大约六个止血钳将切口周围的皮肤拉回。然后清理头骨上的所有血迹并让它干燥,以便以后牙科丙烯酸可以粘附在上面。接下来,使用解剖显微镜,通过插入颅骨缝合线的交叉点来标记 BMA 和 lambda。
将牙科钻头等小尖头物体连接到立体定位臂上并降低它以确定 bgma 和 lambda 的背腹坐标。接下来,调整鼻夹,直到 bgma 和 lambda 的 DV 坐标彼此相差 100 微米以内。调平后,记录 bgma 的坐标以及鼻夹的位置。
仔细检查这些坐标,手术取决于它们。现在使用测量的坐标来计算开颅手术相对 torema 四个角的介质横向和前后坐标。使用计算结果,用涂有黑色墨水的尖头立体定位附件标记头骨上的角。
现在,通过删除一系列小层中的骨骼来钻出头骨窗口。首先在放置标记的窗口标记角上钻孔。接下来,连接角落并勾勒出窗口的轮廓。
最后,清除轮廓内的区域,直至硬脑膜的深度。孔必须斜切,在颅骨浅层以下加宽。使用微型镊子小心地去除颅骨窗内残留的骨屑、碎屑或硬脑膜。
这一点非常重要,因为碎片会在植入过程中损害阵列的完整性。清理后,必须用细菌静态盐水保持窗户湿润。对于手术的其余部分,通过标记放置五个颅骨螺钉和一根地线的位置来开始植入。
理想情况下,每个螺钉都应该位于不同的颅骨中。但是,这些位置不能干扰数组放置。接下来,为颅骨螺钉钻孔并将螺钉固定到位。
放下螺钉,直到显示三到四个螺纹的深度足以穿过颅骨的厚度。放置后,清理螺纹。现在为地线钻一个孔,并在一到两分钟内将电线慢慢降低到目标 DV 坐标中。使用牙科丙烯酸将金属丝固定到位。
接下来,在头骨螺钉的螺纹周围添加亚克力,以免它干燥。从地线或颅骨螺钉上去除任何多余的丙烯酸。让牙科丙烯酸干燥 15 分钟。
同时,将阵列连接到立体定位臂。调平数组并调整其方向,使其正好穿过 skull 窗口的边界。当亚克力干燥后,用生物盐水完全填充颅骨窗口。
然后降低数组,直到它在盐水中形成一个酒窝。此坐标用作数组的颅骨级别。使用此值可计算数组的最终 DV 坐标。
将阵列缓慢降低到最终的 dv。协调停止并等待几分钟。每移动一毫米,无菌盐水就会溶解阵列上的聚乙二醇,暂时保持导线的确认。
当阵列距离目标仅 1 毫米时,以 10 毫米的间隔将其更缓慢地降低到最终目的地。阵列就位后,让组织静置 5 分钟。其余部分后,涂抹更多盐水溶解剩余的钉子。
然后使用牙科丙烯酸将微丝粘合到位。添加多层亚克力,让它们 15 到 20 分钟硬化。接下来,用牙科丙烯酸树脂构建动物头部舞台的其余部分,以防颅骨螺钉接地线和微线连接器。
有关术后程序,请参阅文本协议。接下来,将动物从耳杆上取下,并将其放在干净的区域。经常观察动物,直到体温调节和运动恢复。
从麻醉中恢复后,将动物转移到单个住房中。监测动物的恢复情况 7 天或更长时间,并提供卡洛芬和 enro 注射。主治兽医推荐的氟沙星可以测量植入的微线阵列的神经放电与行为事件相关。
例如,在动物自行服用可卡因时,测量了第 32 个箱中显示的伏隔核中该细胞的强直放电。请注意,随着动物体内可卡因水平的增加,细胞会受到抑制。但是,电池会恢复到其原始发射速率。
随着可卡因的下降,自我管理的应急措施已经结束。在尝试此过程时,请务必记住检查颅骨窗口的精度并验证阵列的对齐情况,以确保目标精度。不要忘记 micro I 阵列特别脆弱,阵列的完整性对于正确植入至关重要。
患者和患者在处理擦除 Single 单元时应小心。记录可以与许多其他技术相结合,例如免疫组织化学或光遗传学。当这些组合与适当的行为范式相结合时,它们可以揭示对大脑功能复杂性的深刻见解。
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本文讨论了单位电生理记录的有组织微线阵列的植入。它概述了在目标脑区域准确放置这些阵列所涉及的技术挑战和方法。