Summary

Construcción de un hiperimpulsor mejorado del tetrodo múltiples de grabación Neural a gran escala en comportarse ratas

Published: May 09, 2018
doi:

Summary

Presentamos la construcción de un hiperimpulsor 3D imprimibles con dieciocho tetrodos independientemente ajustables. El hiperimpulsor está diseñado para registrar la actividad cerebral en comportarse libremente las ratas durante un período de varias semanas.

Abstract

Monitoreo de los patrones de actividad de una gran población de neuronas durante muchos días en animales despiertos es una técnica valiosa en el campo de la neurociencia de sistemas. Un componente clave de esta técnica consiste en la colocación precisa de múltiples electrodos en regiones cerebrales deseadas y el mantenimiento de su estabilidad. Aquí, describimos un protocolo para la construcción de un hiperimpulsor 3D imprimible, que incluye dieciocho tetrodos independientemente ajustables y está diseñado específicamente para en vivo grabación extracelular neuronal en comportarse libremente las ratas. Los tetrodos a los microdrives o pueden ser avanzados individualmente en varias regiones del cerebro a lo largo de la pista, o pueden utilizarse para colocar una matriz de electrodos en un área más pequeña. Los tetrodos múltiples permiten un examen simultáneo de action potentials de docenas de neuronas individuales, así como potenciales de campo local de las poblaciones de neuronas en el cerebro durante el comportamiento activo. Además, el diseño proporciona 3D más sencillo elaborar software que puede modificarse fácilmente para diferentes necesidades experimentales.

Introduction

En el campo de la neurociencia de sistemas, los científicos estudian los correlatos neurales subyacentes a los procesos cognitivos como la navegación espacial, memoria y toma de decisiones. Para este tipo de estudios, es fundamental para monitorear la actividad de muchas neuronas individuales en comportamiento animal. En las últimas décadas, se hicieron dos importantes avances para satisfacer las necesidades experimentales de grabación extracelular neuronal en animales pequeños1,2,3. Primero fue el desarrollo de la tetrodo, un paquete de cuatro microhilos utilizada para registrar la actividad neuronal de neuronas simultáneamente1,2,4. Las amplitudes de señal diferencial de actividad a través de los cuatro canales de un tetrodo permite el aislamiento de la actividad de neuronas individuales de muchas células simultáneamente registrado5. Además, la naturaleza flexible de los microhilos permite una mayor estabilidad de la tetrodo minimizando el desplazamiento relativo entre el tetrodo y la población celular. Tetrodos ahora son ampliamente utilizados en lugar de un electrodo individual para muchos estudios del cerebro en varias especies, incluyendo roedores1,2,6, primates7y8de insectos. En segundo lugar el desarrollo de un hiperimpulsor llevaba tetrodos independientemente móviles múltiples, que permite el monitoreo simultáneo de la actividad neural de grandes poblaciones de neuronas de grabación de múltiples localizaciones3, 9,10,11,12.

La disponibilidad de un dispositivo de grabación multi-tetrodo fiable y asequible para los pequeños animales es limitada. El hiperimpulsor clásico, desarrollado inicialmente por Bruce McNaughton13, se ha utilizado con éxito para grabaciones neurales en comportarse libremente las ratas en muchos laboratorios en las últimos dos décadas9,10,14, 15. sin embargo, por razones técnicas, los componentes originales necesarios para construir la unidad de McNaughton ahora son muy difíciles de conseguir y no son compatibles con interfaces de adquisición de datos recientemente mejorada. El otro diseño bien aceptado de hiperimpulsor requiere los microdrives para individualmente handcrafted, que podría producir resultados inconsistentes y consumir mucho tiempo12. Para grabar la actividad de los nervios de varias regiones del cerebro en ratas comportarse, hemos desarrollado un nuevo hiperimpulsor stereolithographic tecnología. Intentamos satisfacer los siguientes requisitos: (1) el nuevo hiperimpulsor debe permitir desplazamiento preciso de tetrodos en el cerebro y proporcionar grabación estable de varias regiones de destino; (2) el hiperimpulsor nuevo debe ser compatible con el sistema quickclip magnético desarrollado recientemente para permitir la conexión fácil; y (3) el nuevo hiperimpulsor puede ser reproducido con exactitud con materiales fácilmente disponibles. Presentamos una técnica para construir el hiperimpulsor para imprimir 3D que contiene dieciocho tetrodos independientemente móviles, basados en el diseño de McNaughton. En el protocolo, se describen los detalles del proceso de fabricación del nuevo hiperimpulsor, que hemos utilizado con éxito para registros potenciales de acción de la solo-neurona y los potenciales de campo local de las cortezas entorrinal postrhinal y medial durante semanas en una libre rata de comportarse durante las tareas de forrajeo naturales.

Protocol

1. estereolitografía de modelos 3D Utilice técnicas stereolithographic para imprimir el hiperimpulsor piezas y accesorios. Cada hiperimpulsor está compuesta por dieciocho lanzaderas, dieciocho traslados de pernos y cada uno de los otros pedazos de plástico (figura 1).Nota: Los accesorios no son parte del hiperimpulsor pero son necesarios para la construcción de un hiperimpulsor. 2. preparación de accesorios (figura 2</s…

Representative Results

Utilizamos un hiperimpulsor recién construido para obtener resultados de los ensayos. La unidad fue equipada con tetrodos de ø 17 μm (0,0007″), alambre recubierto de poliamida Platino-Iridio (90% – 10%). Las puntas de los tetrodos fueron plateadas en la solución de negro de platino para reducir la impedancia del electrodo a entre 100 y 200 kΩ a 1 kHz. El hiperimpulsor fue implantado 4,6 mm a la izquierda de la línea media y 0,5 mm anterior al sino transversal sobre el cráneo de un …

Discussion

Aquí, describimos el proceso de construcción de un hiperimpulsor desarrollado recientemente conformado por dieciocho tetrodos independientemente móviles. La unidad puede ser construida de piezas asequibles compradas en muchas tiendas de hardware disponibles, combinados con componentes creados por stereolithographic impresión. El hiperimpulsor puede ser crónicamente implantado en el cráneo de una rata utilizando procedimientos quirúrgicos estándar y es capaz de grabar actividad neuronal extracelular mientras que e…

Divulgaciones

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Agradecemos al laboratorio de Moser en el Instituto Kavli centro de Neurociencia de sistemas y computación neuronal, Universidad Noruega de ciencia y tecnología, para la crónica neuronal grabación procedimientos en ratas. Este trabajo fue apoyado por subvenciones de NIH NS098146 R21 y humano frontera ciencia programa a largo plazo becas LT000211/2016-L a L. Lu.

Materials

Welding rod Blue Demon ER308L-035-01T Stainless steel, 0.035" in diameter
Screw McMaster 91771A060 Stainless steel, flat head, 0-80 thread, 5/8" in length
Screw McMaster 91772A051 Stainless steel, pan head, 0-80 thread, 5/32" in length
Screw McMaster 92196A056 Stainless steel, socket head, 0-80 thread, 5/16" in length
Screw McMaster 92196A055 Stainless steel, socket head, 0-80 thread, 1/4" in length
Screw McMaster 95868A131 Nylon,  socket head, 2-56 thread, 3/16" in length, black
Screw nut McMaster 90730A001 Stainless steel, narrow hex,  0-80 thread
Shoulder screw McMaster 90298A213 Stainless steel, 8-32 thread, 3/16" in diameter, 1/4" in length
Cup screw McMaster 92313A105 Stainless steel, 4-40 thread, 3/16" in length
Thumb screw McMaster 94323A592 Nylon, 8-32 thread, 3/8" in length, black
Magnet Apex M3X1MMDI Neodymium, 3 mm X 1 mm disc
Metal tubing Small Parts B00137QHNS Stainless steel, 23 gauge, 0.0253" OD, 0.013" ID, 0.006" wall
Metal tubing New England Small Tube Custom-made Stainless steel, 30 gauge, 0.012/0.0125" OD, 0.007/0.008" ID, full hard
Heat-shrink tubing McMaster 7856K72 0.09" ID before shrinking, blue
Silicone tubing A-M Systems 807300 0.040" ID, 0.085" OD
Polyimide tubing A-M Systems 823400 0.0045" ID, 0.0005" wall
Ground wire A-M Systems 791500 0.005" bare, 0.008" coated, half hard
Tetrode wire California Fine Wire Custom-made 0.0007" in diameter, platinum-iridium (90%-10%), HML and VG coating
EIB Neuralynx EIB-72-QC-Large
Gold pins Neuralynx large EIB pins
Tap Balax 01302-000 M1.2 thread size
Tap McMaster 2522A811 0-80 thread size, bottoming
Tap McMaster 2522A771 0-80 thread size, plug
Tap McMaster 26955A94 3/8"-24 thread size, bottoming
Tap McMaster 2522A713 2-56 thread size
Tap McMaster 2522A715 4-40 thread size
Tap McMaster 2522A718 8-32 thread size
Die McMaster 2576A457 3/8"-24 thread size, 1" OD
Drill bit McMaster 30585A82 Wire gauge 65, 0.035" in diameter
Drill bit McMaster 30585A83 Wire gauge 66, 0.033" in diameter
Drill bit McMaster 30585A87 Wire gauge 70, 0.028" in diameter
Drill bit McMaster 30585A88 Wire gauge 71, 0.026" in diameter
Drill bit McMaster 30585A91 Wire gauge 73, 0.024" in diameter
Drill bit McMaster 8870A23 3/16" in diameter
Dremel disc Wagner 31M Diamond coated, 22 mm in diameter, 0.17 mm in thickness
Steel wire Precision Brand 21212 0.012" in diameter, full hard
Steel wire Precision Brand 21007 0.007" in diameter, full hard
Steel wire A-M Systems 792700 0.003" in diameter, half hard
Super glue Loctite LT-40640 # 406
Super glue Loctite LT-41550 # 415
Dental acrylic powder  Teets 223-3773 Coral
Dental acrylic liquid Teets 223-4003

Referencias

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Citar este artículo
Lu, L., Popeney, B., Dickman, J. D., Angelaki, D. E. Construction of an Improved Multi-Tetrode Hyperdrive for Large-Scale Neural Recording in Behaving Rats. J. Vis. Exp. (135), e57388, doi:10.3791/57388 (2018).

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