Vi præsenterer opbygningen af en 3D-printable hyperdrive med atten uafhængigt justerbare Tetroder. Hyperdrive er designet til at registrere hjerneaktivitet i frit opfører rotter over en periode på flere uger.
Overvåge aktivitet mønstre af en stor population af neuroner over mange dage i vågen dyr er en værdifuld teknik inden for systemer neurovidenskab. Et nøgleelement i denne teknik består af den præcise placering af flere elektroder ind i ønskede hjerneregioner og vedligeholdelse af deres stabilitet. Her, beskriver vi en protokol til opførelse af en 3D-printable hyperdrive, som omfatter atten uafhængigt justerbare Tetroder, og er specielt designet til in vivo ekstracellulære neurale optagelse i frit opfører rotter. Tetroder knyttet til microdrives kan enten individuelt rykkede ind i flere områder af hjernen langs sporet, eller kan bruges til at placere en række elektroder ind i et mindre område. Flere Tetroder tillader samtidig behandling af action potentials fra snesevis af individuelle neuroner, samt lokale felt potentialer fra populationer af neuroner i hjernen under aktiv adfærd. Designet indeholder desuden for enklere 3D udarbejdelse software, der kan let ændres til forskellige eksperimentelle behov.
Inden for systemer neurovidenskab studere forskerne de neurale korrelerer underliggende kognitive processer såsom rumlige navigation, hukommelse og beslutningstagning. For disse typer af undersøgelser er det kritisk at overvåge aktiviteten af mange individuelle neuroner i dyrs adfærd. I de seneste årtier, er der sket to vigtige fremskridt til at imødekomme de eksperimenterende i ekstracellulær neurale optagelse i små dyr1,2,3. Først var udviklingen af triode, et bundt af fire microwires bruges til at registrere neurale aktivitet af neuroner samtidig1,2,4. Differenssignalkorrektioner amplituder af aktivitet på tværs af de fire kanaler i en triode tillader til isolering af enkelte neuron aktivitet fra mange samtidig indspillede celler5. Desuden giver den fleksible karakter af microwires større stabilitet af triode minimere den relative forskydning mellem triode og celle målpopulationen. Tetroder er nu almindeligt anvendt i stedet for en enkelt elektrode for mange hjerne undersøgelser i forskellige arter, herunder gnavere1,2,6, primater7og insekter8. Andet var udviklingen af et hyperdrive transporterer flere uafhængigt bevægelig Tetroder, som giver mulighed for samtidig overvågning af neurale aktivitet fra større populationer af neuroner fra flere optagelse steder3, 9,10,11,12.
Tilgængeligheden af en pålidelig og overkommelig flere triode optageenhed til små dyr er begrænset. Den klassiske hyperdrive, oprindeligt udviklet af Bruce McNaughton13, held har været anvendt til neurale optagelser i frit opfører rotter i mange laboratorier i sidste to årtier9,10,14, 15. men af tekniske årsager, de originale komponenter skulle bygge McNaughton drev er nu meget vanskeligt at opnå og er ikke kompatible med for nylig forbedret data erhvervelse grænseflader. Andre godt accepteret udformningen af hyperdrive kræver microdrives at være individuelt håndlavede, som kunne give inkonsistente resultater og forbruge betydelig tid12. For at registrere neurale aktivitet fra forskellige områder af hjernen i opfører rotter, udviklede vi en ny hyperdrive ved hjælp af stereolithographic teknologi. Vi har søgt at opfylde følgende krav: (1) de nye hyperdrive skal give præcise forskydning af Tetroder i hjernen og give stabil optagelse fra flere destinationsområderne; (2) de nye hyperdrive skal være forenelig med den magnetiske quickclip system for nylig udviklet giver mulighed for nem tilslutning; og (3) den nye hyperdrive kan gengives præcist med let tilgængelige materialer. Her give vi en teknik til at opbygge 3D-printable hyperdrive indeholdende atten uafhængigt bevægelige Tetroder, baseret på McNaughton design. I protokollen, vi beskrive detaljerne i opdigte oparbejde af den nye hyperdrive, som vi har anvendt med succes til at optage single-neuron handling potentialer og lokale felt potentialer fra postrhinal og mediale entorhinal cortex over uger i et frit opfører sig rotte under naturlige fouragering opgaver.
Her, beskriver vi processen med at konstruere en nyudviklet hyperdrive består af atten uafhængigt bevægelige Tetroder. Drevet kan være fremstillet af overkommelige dele købt på mange tilgængelige isenkræmmere, kombineret med komponenter lavet af stereolithographic udskrivning. Hyperdrive kan implanteres kronisk på en rotte kraniet ved hjælp af standard kirurgiske procedurer og er i stand til at optage ekstracellulære neurale aktivitet, mens dyret udfører forskellige adfærdsmæssige opgaver.
<p class="jov…The authors have nothing to disclose.
Vi takker Moser Lab på Kavli Institute for systemer neurovidenskab og Center for Neural Computation, norsk University of Science and Technology, for den kroniske neurale optagelse procedurer i rotter. Dette arbejde blev støttet af NIH grant R21 NS098146, Human Frontier Science Program langsigtede Fellowship LT000211/2016-L L. sk.
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 |