इस प्रोटोकॉल एक संकर microdrive सरणी है कि स्वतंत्र रूप से चलती चूहों में दो मस्तिष्क क्षेत्रों में नौ स्वतंत्र रूप से समायोज्य tetrodes और एक समायोज्य ऑप्टो-सिलिकॉन जांच के प्रत्यारोपण की अनुमति देता है के निर्माण का वर्णन करता है. यह भी प्रदर्शन सुरक्षित रूप से ठीक होने और कई प्रयोजनों के लिए ऑप्टो-सिलिकॉन जांच reusing के लिए एक विधि है।
बहु क्षेत्रीय तंत्रिका रिकॉर्डिंग कई मस्तिष्क क्षेत्रों के बीच ठीक timescale बातचीत को समझने के लिए महत्वपूर्ण जानकारी प्रदान कर सकते हैं. हालांकि, पारंपरिक microdrive डिजाइन अक्सर केवल एक या एकाधिक क्षेत्रों से रिकॉर्ड करने के लिए इलेक्ट्रोड का एक प्रकार के उपयोग की अनुमति, एकल इकाई या गहराई प्रोफ़ाइल रिकॉर्डिंग की उपज सीमित. यह भी अक्सर पथ को लक्षित करने के लिए optogenetic उपकरणों के साथ इलेक्ट्रोड रिकॉर्डिंग गठबंधन करने की क्षमता को सीमित करता है और / यहाँ प्रस्तुत स्वतंत्र रूप से चलती चूहों उपज और इसके निर्माण और microdrive सरणी के पुन: उपयोग का वर्णन करने के लिए एक संकर microdrive सरणी है. वर्तमान डिजाइन नौ tetrodes और एक ऑप्टो-सिलिकॉन जांच स्वतंत्र रूप से चलती चूहों में एक साथ दो अलग मस्तिष्क क्षेत्रों में प्रत्यारोपित कार्यरत हैं. Tetrodes और ऑप्टो-सिलिकॉन जांच इकाई और दोलन गतिविधियों की उपज को अधिकतम करने के लिए मस्तिष्क में डोर्सोवेन्ट्रोल अक्ष के साथ स्वतंत्र रूप से समायोज्य हैं। इस microdrive सरणी भी प्रकाश के लिए एक सेट अप शामिल, क्षेत्रीय या सेल प्रकार विशिष्ट प्रतिक्रियाओं और लंबी दूरी की तंत्रिका सर्किट के कार्यों की जांच करने के लिए optogenetic हेरफेर मध्यस्थता. इसके अलावा, ऑप्टो-सिलिकॉन जांच को प्रत्येक प्रयोग के बाद सुरक्षित रूप से पुनर्प्राप्त और पुन: उपयोग किया जा सकता है। क्योंकि microdrive सरणी 3 डी मुद्रित भागों के होते हैं, microdrives के डिजाइन आसानी से विभिन्न सेटिंग्स को समायोजित करने के लिए संशोधित किया जा सकता है. सबसे पहले वर्णित microdrive सरणी के डिजाइन और कैसे optogenetics प्रयोगों के लिए एक सिलिकॉन जांच करने के लिए ऑप्टिकल फाइबर संलग्न करने के लिए, tetrode बंडल के निर्माण और एक माउस मस्तिष्क में सरणी के प्रत्यारोपण के बाद है. स्थानीय क्षेत्र क्षमता और इकाई optogenetic उत्तेजना के साथ संयुक्त spiking की रिकॉर्डिंग भी स्वतंत्र रूप से चलती चूहों में microdrive सरणी प्रणाली की व्यवहार्यता का प्रदर्शन.
यह कैसे न्यूरॉन गतिविधि संज्ञानात्मक प्रक्रिया का समर्थन करता है समझने के लिए महत्वपूर्ण है, इस तरह के सीखने और स्मृति के रूप में, जांच कैसे विभिन्न मस्तिष्क क्षेत्रों गतिशील रूप से एक दूसरे के साथ बातचीत द्वारा. संज्ञानात्मक कार्यों अंतर्निहित तंत्रिका गतिविधि की गतिशीलता को स्पष्ट करने के लिए, बड़े पैमाने पर extracellular इलेक्ट्रोफिजियोलॉजी microdrive सरणियों की सहायता से स्वतंत्र रूप से चलती जानवरों में आयोजित किया गया है1,2,3, 4. पिछले दो दशकों में, कई प्रकार के माइक्रोड्राइव सरणी को चूहों के लिए कई मस्तिष्क क्षेत्रों में इलेक्ट्रोड लगाने के लिए विकसित किया गया है5,6,7,8 और चूहों9, 10 , 11 , 12. फिर भी, वर्तमान microdrive डिजाइन आम तौर पर कई जांच प्रकार के उपयोग के लिए अनुमति नहीं है, शोधकर्ताओं को विशिष्ट लाभ और सीमाओं के साथ एक भी इलेक्ट्रोड प्रकार का चयन करने के लिए मजबूर. उदाहरण के लिए, टेट्रोड सरणियां घनी आबादी वाले मस्तिष्क क्षेत्रों जैसे पृष्ठीय हिप्पोकैम्पस सीए11,13के लिए अच्छी तरह से काम करती हैं, जबकि सिलिकॉन जांच शारीरिक कनेक्शन14 का अध्ययन करने के लिए एक बेहतर ज्यामितीय प्रोफ़ाइल देती है , 15.
Tetrodes और सिलिकॉन जांच अक्सर विवो पुरानी रिकॉर्डिंग में के लिए उपयोग किया जाता है, और प्रत्येक अपने फायदे और नुकसान है. Tetrodes लागत प्रभावशीलता और यांत्रिक कठोरता के अलावा एकल इलेक्ट्रोड16,17की तुलना में बेहतर एकल इकाई अलगाव में महत्वपूर्ण लाभ के लिए सिद्ध किया गया है. वे माइक्रोड्राइव8,18, 19,20के साथ संयुक्त होने पर एकल इकाई गतिविधियों की अधिक पैदावार भी प्रदानकरतेहैं . तंत्रिका परिपथों21के प्रकार्य को समझने के लिए एक साथ अभिलेखित न्यूरॉन्स की संख्या में वृद्धि करना आवश्यक है। उदाहरण के लिए, समय से संबंधित22 या इनाम कोडिंग23 कोशिकाओं जैसे कार्यात्मक विषमांगी सेल प्रकारों की छोटी आबादी की जांच करने के लिए बड़ी संख्या में कोशिकाओं की आवश्यकता होती है। स्पाइक अनुक्रमों13,24,25की डिकोडिंग गुणवत्ता में सुधार करने के लिए बहुत अधिक कोशिका संख्याओं की आवश्यकता होती है .
Tetrodes, हालांकि, इस तरह के प्रांतस्था या thalamus में के रूप में स्थानिक रूप से वितरित कोशिकाओं, रिकॉर्डिंग में एक नुकसान है। टेट्रोड के विपरीत, सिलिकॉन जांच स्थानिक वितरण और स्थानीय क्षेत्र क्षमता (एलएफपी) की बातचीत और एक स्थानीय संरचना14,26के भीतर spiking गतिविधियों प्रदान कर सकते हैं। मल्टी-शैंक सिलिकॉन जांच आगे रिकॉर्डिंग साइटों की संख्या में वृद्धि और एकल या पड़ोसी संरचनाओं27भर में रिकॉर्डिंग की अनुमति देते हैं। तथापि, ऐसी सरणियाँ टेट्रोडों की तुलना में इलेक्ट्रोड स्थलों की स्थिति में कम लचीली होती हैं। इसके अलावा, जटिल स्पाइक छँटाई एल्गोरिदम उच्च घनत्व जांच में आवश्यक हैं tetrodes द्वारा प्राप्त डेटा दर्पण के लिए पड़ोसी चैनलों की कार्रवाई क्षमता के बारे में जानकारी निकालने के लिए28,29,30. इसलिए, एकल इकाइयों की समग्र उपज अक्सर टेट्रोड से कम होती है। इसके अलावा, सिलिकॉन जांच उनकी कमजोरी और उच्च लागत के कारण हानिकारक हैं। इस प्रकार, tetrodes बनाम सिलिकॉन जांच का चुनाव रिकॉर्डिंग के उद्देश्य पर निर्भर करता है, जो कि क्या रिकॉर्डिंग साइटों पर एकल इकाइयों या स्थानिक रूपरेखा की एक उच्च उपज प्राप्त करने की एक सवाल है प्राथमिकता है.
तंत्रिका गतिविधि रिकॉर्डिंग के अलावा, optogenetic हेरफेर तंत्रिका विज्ञान में अधिक शक्तिशाली उपकरणों में से एक बनगया है की जांच कैसे विशिष्ट सेल प्रकार और / 32,33. तथापि, ऑप्टोजेनेटिक प्रयोगों के लिए माइक्रोड्राइव सरणी डिजाइन में अतिरिक्त विचार करने की आवश्यकता होती है ताकि फाइबर कनेक्टर को उत्तेजना प्रकाश स्रोतों34,35,36से जोड़ा जा सके । अक्सर, फाइबर ऑप्टिक्स को जोड़ने के लिए एक अपेक्षाकृत बड़ी शक्ति की आवश्यकता होती है, जो मस्तिष्क में जांच के यांत्रिक बदलाव का कारण बन सकती है। इसलिए, यह पारंपरिक microdrive सरणियों के लिए एक प्रत्यारोपण ऑप्टिकल फाइबर गठबंधन करने के लिए एक तुच्छ काम नहीं है.
उपरोक्त कारणों के लिए, शोधकर्ताओं इलेक्ट्रोड के प्रकार के चयन का अनुकूलन करने के लिए या रिकॉर्डिंग के उद्देश्य के आधार पर एक ऑप्टिकल फाइबर प्रत्यारोपण करने के लिए आवश्यक हैं. उदाहरण के लिए टेट्रोड का उपयोग हिप्पोकैम्पस1,13में उच्च इकाई उपज प्राप्त करने के लिए किया जाता है , जबकि सिलिकॉन जांच का उपयोग कॉर्टिकल क्षेत्रों के स्तरीय गहराई प्रोफाइल की जांच करने के लिए किया जाता है , जैसे कि मध्य एन्टोरिनल कॉर्टेक्स (एमईसी )37. वर्तमान में, चूहों के लिए टेट्रोड और सिलिकॉन जांच के एक साथ प्रत्यारोपण के लिए माइक्रोड्राइव5,11की सूचना दी गई थी। हालांकि, यह microdrives के वजन की वजह से चूहों में कई tetrodes और सिलिकॉन जांच प्रत्यारोपण करने के लिए बेहद चुनौतीपूर्ण है, माउस सिर पर सीमित स्थान, और विभिन्न जांच को रोजगार के लिए microdrive डिजाइन करने के लिए स्थानिक आवश्यकताओं. हालांकि यह एक microdrive के बिना सिलिकॉन जांच प्रत्यारोपण करने के लिए संभव है, इस प्रक्रिया की जांच के समायोजन के लिए अनुमति नहीं देता है और सिलिकॉन जांच वसूली की सफलता दर को कम करतीहै 12,38. इसके अलावा, ऑप्टोजेनेटिक प्रयोगों को माइक्रोड्राइव सरणी डिजाइन में अतिरिक्त विचारों की आवश्यकता होती है। इस प्रोटोकॉल का निर्माण और स्वतंत्र रूप से चलती चूहों में पुरानी रिकॉर्डिंग के लिए एक microdrive सरणी प्रत्यारोपण करने के लिए कैसे दर्शाता है, जो नौ स्वतंत्र रूप से समायोज्य tetrodes और एक समायोज्य ऑप्टो-सिलिकॉन जांच के प्रत्यारोपण की अनुमति देता है. इस microdrive सरणी भी optogenetic प्रयोगों और सिलिकॉन जांच की वसूली की सुविधा.
प्रोटोकॉल दर्शाता है कि कैसे निर्माण और एक संकर microdrive सरणी है कि स्वतंत्र समायोज्य tetrodes और स्वतंत्र रूप से व्यवहार चूहों में एक सिलिकॉन जांच का उपयोग कर दो मस्तिष्क क्षेत्रों से तंत्रिका गतिविधियों की र?…
The authors have nothing to disclose.
इस काम के भाग में जापान सोसायटी द्वारा विज्ञान विदेशी अनुसंधान फैलोशिप के संवर्धन के लिए (HO), समाप्त विद्वान कार्यक्रम (TK), मानव फ्रंटियर विज्ञान कार्यक्रम (TK), मस्तिष्क अनुसंधान फाउंडेशन (TK), संकाय विज्ञान और प्रौद्योगिकी अधिग्रहण और प्रतिधारण कार्यक्रम (TK), मस्तिष्क और व्यवहार अनुसंधान फाउंडेशन (TK), और सुमितोमो फाउंडेशन रिसर्च ग्रांट (JY), NARSAD युवा अन्वेषक अनुसंधान अनुदान (JY) द्वारा. हम पांडुलिपि की तैयारी के दौरान बहुमूल्य टिप्पणियों और सुझावों के लिए डब्ल्यू मार्क्स धन्यवाद.
#00-90 screw | J.I. Morris | #00-90-1/8 | EIB screws |
#0-80 nut | Small Parts | B00DGB7CT2 | brass nut for holding fiber ferrule holder |
#0-80 screw | Small Parts | B000FMZ57G | brass machine screw for probe connector mount, fiber ferrule holder, and shielding cone |
22 Ga polyetheretherketone tubes | Small Parts | SLPT-22-24 | for attaching to the shuttle, 0.025 inches inner diameter |
23 Ga stainless tubing | Small Parts | HTX-23R | for tetrode |
23 Ga stainless wire | Small Parts | HTX-23R-24-10 | for L-shape/support wire |
26 Ga stainless wire | Small Parts | GWX-0200 | for guide-posts |
30 Ga stainless wire | Small Parts | HTX-30R | for tetrode |
3-D CAD software package | Dassault Systèmes | SolidWorks 2003 | |
3D printer | FormLab | Form2 | |
5.5mil polyimide insulating tubes | HPC Medical | 72113900001-012 | |
aluminum foil tape | Tyco | Tyco Adhesives 617022 Aluminum Foil Tape | for the alternative shielding cone |
conductive paste | YSHIELD | HSF54 | for shielding cone |
customized screws for silicon-probe microdrive | AMT | UNM1.25-HalfMoon | half-moon stainless screw, 1.5 mm diameter, 300 µm thread pitch |
customized screws for tetrode microdrive | AMT | Yamamoto_0000-160_9mm | slotted stainless screw, 0.5 mm diameter, 160 µm thread pitch, custom-made to order for our design |
dental acrylic | Stoelting | 51459 | |
dental model resin | FormLab | RS-F2-DMBE-02 | |
Dremel rotary tool | Dremel | model 800 | a grinder |
drill bit | Fine Science Tool | 19007-05 | |
electric interface board | Neuralynx | EIB-36-Narrow | |
epoxy | Devcon | GLU-735.90 | 5 minutes epoxy |
eye ointment | Dechra | Puralube Ophthalmic Ointment | to prevent mice eyes from drying during surgery |
fiber polishing sheet | Thorlabs | LFG5P | for polishing the optical fiber |
fine tweezers | Protech International | 15-368 | for loading/recovering the silicon probe |
gold pins | Neuralynx | EIB Pins Small | |
ground wire | A-M Systems | 781500 | 0.010 inch bare silver wire |
headstage preamp | Neuralynx | HS-36 | |
impedance meter | BAK electronics | Model IMP-2 | 1 kHz testing frequency |
mineral oil | ZONA | 36-105 | for lubricating screws and wires |
optical fiber | Doric | MFC_200/260-0.22_50mm_ZF1.25(G)_FLT | |
Recording system | Neuralynx | Digital Lynx 4SX | |
ruby fiber scribe | Thorlabs | S90R | for cleaving the optical fiber |
silicon grease | Fine Science Tool | 29051-45 | |
silicon probe | Neuronexus | A1x32-Edge-5mm-20-177 | Fig. 3, 4A, 4B, 5 |
silicon probe | Neuronexus | A1x32-6mm-50-177 | Fig. 4C |
silicon probe washing solution | Alcon | AL10078844 | contact lens cleaner |
silicone lubber | Smooth-On | Dragon Skin 10 FAST | for preparation of microdrive mold |
silver paint | GC electronic | 22-023 | silver print II coating, used for ground wires |
skull screw | Otto Frei | 2647-10AC | 0.8 mm diameter, 0.200 mm thread pitch |
standard surgical scissors | ROBOZ | RS-5880 | |
stereotaxic apparatus | Kopf | Model 942 | |
super glue | Loctite | LOC230992 | for applying to guide-posts |
surgical tweezers | ROBOZ | RS-5135 | |
Tetrode Twister | Jun Yamamoto | TT-01 | |
tetrode wires | Sandvik | PX000004 |