Registrazione extracellulare multicanale in topi che si muovono liberamente

Il potenziale di campo locale (LFP), una componente importante dei segnali extracellulari, riflette l’attività sinaptica di grandi popolazioni di neuroni, che formano il codice neurale per comportamenti multipli¹. Si ritiene che i picchi generati dall’attività neuronale contribuiscano alla LFP e siano importanti per la codifica neurale². È stato dimostrato che le alterazioni dei picchi e delle LFP mediano diverse malattie cerebrali, come il morbo di Alzheimer, così come le emozioni come la paura, ^ecc.3,4. Vale la pena notare che molti studi hanno evidenziato che l’attività dei picchi differisce significativamente tra gli stati di veglia e quelli anestetizzati negli animali⁵. Sebbene le registrazioni in animali anestetizzati offrano l’opportunità di valutare LFP con artefatti minimi in stati di sincronizzazione corticale altamente definiti, i risultati differiscono in una certa misura da quelli che possono essere trovati nei soggetti svegli ^6,7,8. Pertanto, è più significativo rilevare l’attività neurale su lunghe scale temporali e grandi scale spaziali in varie malattie in uno stato cerebrale sveglio utilizzando elettrodi impiantati nel cervello. Questo manoscritto fornisce informazioni per i principianti su come realizzare il sistema di micro-drive e impostare i parametri utilizzando un software comune per calcolare i segnali spike e LFP in modo rapido e semplice al fine di avviare la registrazione e l’analisi.

Sebbene la registrazione non invasiva delle funzioni cerebrali, ad esempio utilizzando elettroencefalogrammi (EEG) e potenziali correlati agli eventi (ERP) registrati dal cuoio capelluto, sia stata ampiamente utilizzata negli studi sull’uomo e sui roditori, i dati EEG e ERP hanno basse proprietà spaziali e temporali e, quindi, non possono rilevare i segnali precisi prodotti dall’attività sinaptica dendritica vicina all’interno di una specifica area cerebrale¹. Attualmente, sfruttando la registrazione multicanale negli animali coscienti, l’attività neurale negli strati più profondi del cervello può essere registrata cronicamente e progressivamente impiantando un sistema di micro-drive nel cervello di primati o roditori durante test comportamentali multipli 1,2,3,4,5,6,7,8,9 . In breve, i ricercatori possono costruire un sistema di micro-drive che può essere utilizzato per il posizionamento indipendente degli elettrodi o dei tetrodi per colpire diverse parti del cervello^10,11. Ad esempio, Chang et al. hanno descritto le tecniche per registrare picchi e LFP nei topi assemblando un micro-drive leggero e compatto¹². Inoltre, sono disponibili in commercio sonde al silicio microlavorate con componenti accessori realizzati su misura per la registrazione di più singoli neuroni e LFP nei roditori durante compiti comportamentali¹³. Sebbene siano stati utilizzati vari design per l’assemblaggio di sistemi di microazionamento, questi hanno ancora un successo limitato in termini di complessità e peso dell’intero sistema di microazionamento. Ad esempio, Lansink et al. hanno mostrato un sistema di micro-drive multicanale con una struttura complessa per la registrazione da una singola regione del cervello¹⁴. Sato et al. hanno riportato un sistema di microazionamento multicanale che visualizza una funzione di posizionamento idraulico automatico¹⁵. I principali svantaggi di questi sistemi di microazionamento sono che sono troppo pesanti per consentire ai topi di muoversi liberamente e sono difficili da montare per i principianti. Sebbene la registrazione extracellulare multicanale abbia dimostrato di essere una tecnologia adatta ed efficiente per misurare l’attività neurale durante i test comportamentali, non è facile per i principianti registrare e analizzare i segnali acquisiti dal complesso sistema di micro-drive. Dato che è difficile avviare l’intero processo operativo della registrazione extracellulare multicanale e dell’analisi dei dati in topi che si muovono liberamente^16,17, questo articolo presenta linee guida semplificate per introdurre il processo dettagliato di realizzazione del sistema di micro-drive utilizzando componenti e impostazioni comunemente disponibili; vengono inoltre forniti i parametri presenti nei comuni software per il calcolo dei segnali spike e LFP in modo rapido e diretto. Inoltre, in questo protocollo, il mouse può muoversi liberamente grazie all’uso di un palloncino ad elio, che contribuisce a compensare il peso dell’headstage e del sistema di micro-drive. In generale, nel presente studio, descriviamo come costruire facilmente un sistema di micro-azionamento e ottimizzare i processi di registrazione e analisi dei dati.