Summary

Costruzione di un Hyperdrive multi-tetrodo migliorata per la registrazione su larga scala neurale nel comportarsi ratti

Published: May 09, 2018
doi:

Summary

Vi presentiamo la costruzione di un 3D-stampabile hyperdrive con diciotto tetrodi regolabili in modo indipendente. L’iperguida è progettato per registrare l’attività cerebrale a comportarsi liberamente ratti per un periodo di diverse settimane.

Abstract

I modelli di attività di una grande popolazione di neuroni per molti giorni in animali svegli il monitoraggio sono una tecnica importante nel campo della neuroscienza sistemiche. Una componente chiave di questa tecnica è costituito dal preciso posizionamento degli elettrodi multipli in regioni cerebrali desiderata e il mantenimento della loro stabilità. Qui, descriviamo un protocollo per la costruzione di un hyperdrive 3D-stampabile, che comprende diciotto tetrodi regolabili in modo indipendente ed è specificamente progettato per in vivo registrazione neurale extracellulare a comportarsi liberamente ratti. I tetrodi collegati i Microdrive singolarmente o possono essere avanzate nelle regioni multiple del cervello lungo la pista, o possono essere utilizzati per inserire una matrice di elettrodi in un’area più piccola. I tetrodi multiple consentono esame simultaneo di action potentials da decine di singoli neuroni, nonché potenziali di campo locale da popolazioni di neuroni nel cervello durante il comportamento attivo. Inoltre, la progettazione prevede 3D più semplice software che può essere facilmente modificato per diverse esigenze sperimentali di disegno.

Introduction

Nel campo della neuroscienza sistemiche, gli scienziati studiano i correlati neurali alla base di processi cognitivi quali navigazione spaziale, memoria e processi decisionali. Per questi tipi di studi, è fondamentale per monitorare l’attività di molti singoli neuroni durante il comportamento animale. Negli ultimi decenni, due importanti progressi per soddisfare le esigenze sperimentali per la registrazione extracellulare neurale in piccoli animali1,2,3. In primo luogo è stato lo sviluppo del tetrodo, un fascio di quattro microwires utilizzato per registrare l’attività neurale di neuroni simultaneamente1,2,4. Le ampiezze del segnale differenziale di attività attraverso i quattro canali di un tetrodo consente l’isolamento dell’attività di singoli neuroni da molte cellule contemporaneamente registrato5. Inoltre, la natura flessibile del microwires consente una maggiore stabilità del tetrodo riducendo al minimo lo spostamento relativo tra il tetrodo e la popolazione delle cellule bersaglio. Tetrodi ora sono ampiamente usati invece di un singolo elettrodo per molti studi di cervello in varie specie, tra cui roditori1,2,6, primati7e8di insetti. In secondo luogo lo sviluppo di un hyperdrive trasportava tetrodi indipendentemente mobili multiple, che consente il monitoraggio simultaneo di attività neurale da più grandi popolazioni di neuroni da più posizioni di registrazione3, 9,10,11,12.

La disponibilità di un dispositivo di registrazione multi-tetrodo affidabile e conveniente per piccoli animali è limitata. L’iperguida classico, inizialmente sviluppato da Bruce McNaughton13, è stato utilizzato con successo per le registrazioni neurale a comportarsi liberamente ratti in molti laboratori nel passato due decenni9,10,14, 15. Tuttavia, per motivi tecnici, i componenti originali necessari per costruire l’unità McNaughton ora sono molto difficili da ottenere e non sono compatibili con le interfacce di acquisizione dati recentemente migliorata. L’altro disegno ben accettato di hyperdrive richiede i Microdrive per essere individualmente fatti a mano, che potrebbe produrre risultati incoerenti e consumano consistente lasso di tempo12. Al fine di registrare l’attività neurale da varie regioni del cervello in ratti si comporta, abbiamo sviluppato una nuova iperguida utilizzando la tecnologia stereolithographic. Abbiamo cercato di soddisfare i seguenti requisiti: (1) la nuova iperguida deve consentire lo spostamento preciso del tetrodi nel cervello e fornire registrazione stabile da più aree della destinazione; (2) l’iperguida nuovo deve essere compatibile con il sistema magnetico quickclip recentemente sviluppato per consentire la facile connessione; e (3) l’iperguida nuovo possa essere riprodotte fedelmente con materiali facilmente disponibili. Qui, forniamo una tecnica per la costruzione dell’iperguida 3D-stampabile contenente diciotto tetrodi indipendentemente mobili, basati sul disegno McNaughton. Nel protocollo, descriviamo i dettagli del processo di fabbricazione dell’iperguida nuovo, che abbiamo usato con successo per registrare potenziali di azione di singoli neuroni e potenziali di campo locale dalle cortecce entorinale postrinale e mediale nelle settimane in un liberamente comportamento del ratto durante le attività di foraggiamento naturale.

Protocol

1. stereolitografia di modelli 3D Utilizzare tecniche stereolithographic per stampare le parti di hyperdrive e accessori. Ogni hyperdrive è composto da diciotto navette, diciotto navetta bulloni e uno ciascuno di tutti gli altri pezzi di plastica (Figura 1).Nota: Gli accessori non fanno parte dell’iperguida ma sono necessari per la costruzione di iperguida. 2. preparazione degli accessori (Figura 2). <s…

Representative Results

Abbiamo utilizzato un hyperdrive recentemente costruito per ottenere risultati di prova. L’unità era dotata di tetrodi costruiti da ø 17 µm (0,0007″), filo di polyimide-rivestito platino-iridio (90% – 10%). Le punte dei tetrodi erano placcate in platino nero soluzione per ridurre le impedenze elettrodo a tra 100 e 200 kΩ a 1 kHz. L’iperguida è stato impiantato 4,6 mm a sinistra della linea mediana e 0,5 mm anteriore il seno trasversale sul cranio di un 550 g, ratto maschio lungo Evan…

Discussion

Qui, descriviamo il processo di costruzione di una nuova concezione hyperdrive composto da diciotto tetrodi indipendentemente mobili. L’unità può essere costruito da conveniente pezzi acquistati presso molti negozi di hardware disponibile, combinati con componenti creati da stereolithographic stampa. L’iperguida possa essere cronicamente impiantato sul cranio di un topo utilizzando le procedure chirurgiche standard ed è in grado di registrare l’attività neurale extracellulare mentre l’animale esegue varie attività c…

Divulgations

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Ringraziamo il laboratorio Moser presso l’Istituto Kavli per neuroscienza sistemiche e centro per calcolo neurale, Università norvegese di scienza e tecnologia, per la cronica neurale procedure di registrazione in ratti. Questo lavoro è stato supportato da grant NIH NS098146 R21 e umano Frontier Science programma Long-Term Fellowship 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

References

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Citer Cet Article
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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