Summary

Bau Microdrive Arrays für chronische Neural Recordings in Awake benimmt Mäuse

Published: July 05, 2013
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Summary

Die Konstruktion und Montage von Mikroantriebe für in vivo elektrophysiologischen Aufnahmen von Gehirn Signale von der Maus beschrieben. Durch das Anbringen Mikroelektroden Bundles robust fahrbare Träger erlauben diese Techniken für die langfristige und stabile neuronale Aufnahmen. Das leichte Design ermöglicht uneingeschränkte Verhaltensleistung durch das Tier folgende Laufwerk Implantation.

Abstract

State-of-the-art elektrophysiologischen Ableitungen aus den Gehirnen von frei lebenden Tier den Forschern erlauben, gleichzeitig zu untersuchen lokalen Feldpotentiale (LFPs) aus Populationen von Neuronen und Aktionspotentiale von einzelnen Zellen, wie das Tier greift in experimentell relevanten Aufgaben. Chronisch implantierten Kleinstantrieben ermöglichen Gehirn Aufnahmen über einen Zeitraum von mehreren Wochen dauern. Miniaturisierte Antriebe und Leichtbau-Komponenten erlauben für diese langfristige Aufnahmen in kleinen Säugetieren, wie Mäusen auftreten. Durch die Verwendung Tetroden, die aus dicht geflochtenen Bündeln von vier Elektroden in der jeder Draht einen Durchmesser von 12,5 um bestehen, ist es möglich, physiologisch aktiven Neuronen in oberflächlichen Hirnregionen wie der Großhirnrinde, dorsalen Hippocampus und subiculum isolieren, sowie als tiefere Regionen wie dem Striatum und der Amygdala. Darüber hinaus gewährleistet diese Technik stabil, high-fidelity neuronalen Aufnahmen als das Tier mit einem Sorten in Frage gestellt wirdty von Verhaltens-Aufgaben. Dieses Manuskript beschreibt verschiedene Techniken, die optimiert wurden, um aus dem Gehirn der Maus aufzeichnen. Zuerst zeigen wir, wie man Tetroden herzustellen, laden Sie sie in fahrbaren Rohre und Gold-Platte ihre Tipps, um ihre Impedanz von MOhm reduzieren kOhm Bereich. Zweitens zeigen wir, wie Sie eine benutzerdefinierte Microdrive Montage zum Tragen und Bewegen der Tetroden vertikal, mit dem Einsatz von kostengünstigen Materialien zu konstruieren. Drittens zeigen wir die Schritte zur Montage eines handelsüblichen Microdrive (Neuralynx VersaDrive) die entworfen, um unabhängig bewegliche Tetroden tragen wird. Schließlich präsentieren wir repräsentative Ergebnisse der lokalen Feldpotentiale und Single-Unit-Signale in der dorsalen subiculum von Mäusen erhalten. Diese Techniken können leicht modifiziert werden, um verschiedene Arten von Elektroden-Arrays und Aufzeichnungsschemata im Gehirn der Maus unterzubringen.

Introduction

Die Nutzung der Mikroelektroden-Technik zum Aufzeichnen extrazelluläre neuronale Signale in vivo hat eine lange und geschätzte Tradition in der Neurowissenschaft 1, 2. Die Fähigkeit, elektrische Aktivität von vielen Hirnregionen in frei lebenden Tier aufzunehmen ist allerdings eine neuere Technologie, die immer häufiger als der Software-Pakete für die Erfassung, Analyse und Diskriminierung von neuronalen Signalen wird immer ausgefeilter und benutzerfreundlicher 3, 4. Die technologischen Fortschritte auf der Software-Seite sind auch durch Reduzierung des Gewichts und der Großteil der implantierbare Geräte, die festgelegt wurden, ausreichend für die Aufnahme in kleine Säugetiere wie Mäuse skaliert begleitet. Durch die Verwendung von leichten (meist aus Kunststoff)-Komponenten, sind die Forscher in der Lage, die für Kleinstantrieben unabhängige Positionierung der Elektroden oder Tetroden, um eine Vielzahl von Hirnregionen 5-7 gezielt erlauben konstruieren. Selbst tiefe Strukturen des Gehirns, wie derAmygdala 6 und das Striatum 5, kann routinemäßig mit der Auswahl eines entsprechend langen Antriebsschraube ausgerichtet sein. Diese Aufnahmetechnik Forschern erlauben, High-Fidelity-neuronale Signale zu erhalten und sind im Register mit der elektrischen Aktivität einzelner Neurone aufgezeichnet intrazellulär 8, 9. Mit diesen Arten von Mikroantriebe, haben wir erfolgreich ein-Einheiten von Mäusen aufgezeichnet für bis zu zwei Monate nach der Implantation 10. Darüber hinaus hat die leichte Art der Geräte (ca. 1,5-2,0 g) in Verhaltensleistung, die vergleichbar mit nicht-implantierten Mäuse in vielen Verhaltensstörungen Aufgaben geführt. Insbesondere haben wir gezeigt, dass Mäuse implantiert normale Leistung zeigen in dem Roman Objekterkennung Aufgabe 10 und dem Objekt Platz Task (unveröffentlichte Daten).

Die Verwendung von Microdrives gekoppelt mehrere Tetroden ermöglicht es den Forschern zu überwachen und zu analysieren neuronale Aktivität auf der Netzebeneaber auch die Aufnahme von mehreren Single-Einheiten innerhalb des Gehirns. Recording mit diesen Tetroden hat mehrere große Vorteile für Einheit Zwecke der Identifizierung und ermöglicht die hohe Genauigkeit Erwerb und Diskriminierung von mehreren Single-Einheiten 11. Wir beschreiben, wie zu fabrizieren und Gold-Platte tetrode bündelt und anschließend laden Sie sie in fahrbaren Elektrode Träger. Eine Art von Antrieb Träger beschreiben wir im Handel erhältlich ist und das andere ist ein einfaches, aber leicht erweiterbar, Antriebskonzept, dass mehrere Träger und tetrode Regelungen ohne eine signifikante Investition von Ressourcen aufnehmen kann.

Protocol

1. Tetrode Fabrication Starten Sie durch mit isolierten 12,5 um (0,0005 ") Kerndurchmesser Platin-Iridium-Draht von California Fine Wire. Die Länge des Drahtes sollte auf die passende Länge für die Zielstruktur geschnitten werden. Beispielsweise den Draht auf mindestens 30 cm lang für die Ausrichtung der Rückenflosse subiculum oder Hippocampus. Falten Sie den Draht über in der Mitte, so dass es zwei parallele Drähte, die 15 cm lang sein wird sind. Hängen Sie den Mittelpunkt dieses Draht…

Representative Results

<p class="jove_content"> Nach Implantation der microdrive und Senken der Elektroden an die vorgesehenen Ziele Gehirn ein verstärktes Datenerfassungs-System, wie ein Neuralynx Lynx-8, zum Aufzeichnen neuronale Signale benötigt. Repräsentative neuronalen Aufnahmen von lokalen Feldpotentiale (LFPs) und Single-Unit-Aktionspotentiale (oft als "Spikes") von der Maus dorsal subiculum sind in gezeigt<strong> Abbildung 2</strong>. LFP-Signale wurden bei 3 kHz und Band-Pass zwischen 0,1-500 Hz gefiltert abgetastet (<strong> 2A</s…>

Discussion

Wir haben eine Reihe von Techniken zur Konstruktion leicht und kompakt microdrives für die Aufnahme von extrazellulärem Einheit und Feldpotential Aktivität bei Mäusen beschrieben. Durch den Aufbau von benutzerdefinierten Kleinstantrieben mit Basen aus Acrylglas (Methylmethacrylat) gestaltet, können die Core-System leicht für mehrere Laufwerke und für das Targeting von einer Vielzahl von neuronalen Regionen angepasst werden. Wir haben erfolgreich das System zur Aufzeichnung von mehreren Zielen und Gehirn mit grö?…

Offenlegungen

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Wir danken Daniel Carpi für seine Hilfe und frühen Beiträge zu diesem Projekt. Wir danken auch Lucrecia Novoa für ihre Unterstützung mit Kunstwerken und Bildern. Diese Arbeit wurde vom NIH / NIAID Programm Zuschuss 5P01AI073693-03 unterstützt.

Materials

Name of Reagent/Material Company Catalog Number Comments
0.0005″ (12.5 μM) diameter Platinum-Iridium wire California Fine Wire CFW#100-167 HML VG insulated www.calfinewire.com
0.002″ (50 μM) diameter Stableohm 675 wire California Fine Wire CFW# 100-188 HML insulated Ni-Cr
polyamide tubing Polymicro Technologies 1068150020 99 micron I.D., 166 micron O.D. www.polymicro.com
brass guides World Plastics Inc 3.3 x 6.6 mm
Delrin blocks World Plastics Inc 3.13 x 2.5 mm
Fillister head brass screws J.I. Morris Co. 00-90 x 1/2 drive screw www.jimorrisco.com
hex brass nuts J.I. Morris Co. 00-90
Fillister head brass screws J.I. Morris Co. 000-120 x 3/32 EIB mount and ground screw
plexiglass acrylic Canal Street Plastics 5 mm thick, clear, www.cpcnyc.com
cyanoacrylate Krazy Glue 2 g tube
electronic interface board Neuralynx EIB-18 www.neuralynx.com
non-cyanide gold solution SIFCO SIFCO 5355 www.sifcoasc.com
VersaDrive 4 Neuralynx four tetrode model
tetrode assembly station Neuralynx
motorized tetrode spinner Neuralynx tetrode spinner 2.0
VersaDrive jig Neuralynx
soldering iron Radio Shack 64-2802B www.radioshack.com
nanoZ Neuralynx
small bit drill/driver Ram Products Rampower 35 with footpedal controller, www.ramprodinc.com
drill bits Small Parts, Inc. 3/32″ bits, www.smallpartsinc.com
dissecting microscope Olympus SZ-60 www.olympusamerica.com
heat gun Alphawire Fit gun 3 use setting “1” only, www.alphawire.com
26 AWG copper wire Arcor Electronics F26 for ground wires, www.arcorelectronics.com
soldering flux Eagle 2 oz, #205
0.02″ diameter solder Kester 24-6337-0010 www.kester.com
benchtop vise Vacu-Vise Model 300
fiber optic light Nikon MKII dual light arms, www.nikon.com
5-min epoxy Allied Electronics 25 ml, www.alliedelec.com
fine tweezers Roboz Surgical Instrument Co. RS-4907, RS-5010 INOX material, www.roboz.com
micro dissecting scissors Roboz Surgical Instrument Co. RS-5880

Table 1. Materials and reagents used for constructing tetrodes and microdrives.

Referenzen

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Diesen Artikel zitieren
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, doi:10.3791/50470 (2013).

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