Summary

げっ歯類でのアクリル樹脂成形ベースヘッド固定法

Published: January 12, 2016
doi:

Summary

Traditional head fixation techniques have used metallic frames attached on the skull as an interface for head fixation apparatus. This protocol demonstrates a frameless, acrylic resin molding based head fixation technique for behavioral tasks in rodents.

Abstract

Head fixation is a technique of immobilizing animal’s head by attaching a head-post on the skull for rigid clamping. Traditional head fixation requires surgical attachment of metallic frames on the skull. The attached frames are then clamped to a stationary platform resulting in immobilization of the head. However, metallic frames for head fixation have been technically difficult to design and implement in general laboratory environment. In this study, we provide a novel head fixation method. Using a custom-made head fixation bar, head mounter is constructed during implantation surgery. After the application of acrylic resin for affixing implants such as electrodes and cannula on the skull, additional resins applied on top of that to build a mold matching to the port of the fixation bar. The molded head mounter serves as a guide rails, investigators conveniently fixate the animal’s head by inserting the head mounter into the port of the fixation bar. This method could be easily applicable if implantation surgery using dental acrylics is necessary and might be useful for laboratories that cannot easily fabricate CNC machined metal head-posts.

Introduction

頭部固定や頭の拘束は、剛性クランプ用の頭蓋骨上のフレームまたはプレートを取り付けることによって、動物の頭を固定化する技術です。技術は1-3目を覚まし動物および睡眠-覚醒サイクル 4の間juxtacellular標識のための神経記録の有無にかかわらず、正確な感覚刺激のための行動センシングを採用しています。また、 インビボでの脳イメージング5,6のために使用されます。今頭部固定技術は、神経科学と行動研究で一般的に使用されるツールです。

基本的には、従来の頭部固定は頭蓋骨6-8の上にメタルヘッド・ポストの外科用アタッチメントが必要です。添付ファイルは、その後、ヘッドの固定化の結果、静止プラットフォームにクランプされます。このような神経および/または光記録、脳回路の介入として覚醒した動物における神経生理学的研究は、脳イメージングは​​、歯科用アクリルを使用して移植手術を伴っています。そのため、それは、実験が必要であるときに、これらの実験室で頭部固定を実現するための簡単​​な作業です。フレームは軽量かつホームケージ内の動物の自然な行動を邪魔しない程度に小さくなるように設計する必要があります。静止プラットフォームにクランプする際にも機械的剛性を提供します。さらに、実験の目的に応じて、生体適合性を有しています。したがって、一般的な実験装置にかかる頭柱を設計し、製作することは技術的に困難です。

本研究では、新規な頭部固定方法は、金属ヘッドのポストを使用することなく、便利なクランプを介して機械的剛性を提供し、記載されています。この方法を用いることにより、ヘッドの固定は、移植手術は、通常、脳の研究のためにげっ歯類で行われる一般的な実験室の条件下で行うことができます。メタルヘッド・ポストはimplan中に行われたカスタムメイドの頭部固定バーと成形プロセスによって部分的に成形されたアクリル樹脂セメントに置き換えられますテーション手術。固定バーは、ニューラル記録プローブ、刺激電極として他のインプラント、との高い空間の互換性を提供します。また、それはネジ止めを除去することにより、固定プラットフォーム上の動物の頭をクランプする工程を簡素化します。私たちは前の行動の研究では、この方法を使用し、我々は、この方法は、実装が容易で実用的な実験9で便利であると結論しました。

Protocol

倫理の声明: この実験は、慶北大学校施設内動物管理使用委員会によって承認され、実験動物の管理と使用(国立衛生研究所、1996)のための案内に従って行きました。実験後、動物は、二酸化炭素の安楽死の下で屠殺しました。 ラット用頭部固定バーの1デザイン注:この手順は、固定バー設計のための一般的なガイドラインです。…

Representative Results

このヘッドの固定方法は、ラットとマウスの両方に適用可能です。合計8匹のラットは、内側前脳束に電極を刺激する二国間の注入を受けました。それらのうち4については、カスタマイズされたタングステンワイヤ電極(マイクロドライブ)を追加的にM1前肢領域( 図2C)に移植しました。マウスについて(N = 2)は、4つのステンレス鋼ワイヤ電極を、前頭/後頭部皮質領域に移植…

Discussion

This protocol demonstrates a simple and convenient head fixation method using materials at hand. For physically successful head fixation, the first critical steps during surgery is to rinse and dry the skull surface clearly before applying the dental adhesive resin cement. Second, this method does not uses screws implanting under temporal muscles and only depends on the screws on the skull, their perpendicular implantation against the surface of skull rim is crucial10. This reduces the possibility of accidenta…

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

This research was supported by Basic Science Research Program through the NRF funded by the Ministry of Education, Science and Technology (2010-0022362) and (2012R1A2A2A02046812).

Materials

Dental acrylic resin Lang Dental Manufacturing Ortho-Jet to make molded mounter
Paraffin film Bemis Parafilm to prevent adhesion of acrylic resin to the bar
Dental adhesive Sun Medical Super-Bond C&B to bond between acrylic resin and skull
Plexglass or other acrylic plate to make fixation bar and box platform
Cyanoacrylate to bond acrylic plates

Riferimenti

  1. Mayrhofer, J. M., et al. Novel two-alternative forced choice paradigm for bilateral vibrotactile whisker frequency discrimination in head-fixed mice and rats. J Neurophysiol. 109, 273-284 (2013).
  2. Bryant, J. L., Roy, S., Heck, D. H. A technique for stereotaxic recordings of neuronal activity in awake, head-restrained mice. J Neurosci Methods. 178, 75-79 (2009).
  3. Ollerenshaw, D. R., et al. Detection of tactile inputs in the rat vibrissa pathway. J Neurophysiol. 108, 479-490 (2012).
  4. Lee, M. G., Manns, I. D., Alonso, A., Jones, B. E. Sleep-wake related discharge properties of basal forebrain neurons recorded with micropipettes in head-fixed rats. J Neurophysiol. 92, 1182-1198 (2004).
  5. Lutcke, H., et al. Optical recording of neuronal activity with a genetically-encoded calcium indicator in anesthetized and freely moving mice. Front Neural Circuits. 4, 9 (2010).
  6. Dombeck, D. A., Khabbaz, A. N., Collman, F., Adelman, T. L., Tank, D. W. Imaging large-scale neural activity with cellular resolution in awake, mobile mice. Neuron. 56, 43-57 (2007).
  7. Kimura, R., et al. Reinforcing operandum: rapid and reliable learning of skilled forelimb movements by head-fixed rodents. Journal of neurophysiology. 108, 1781-1792 (2012).
  8. Hadlock, T., Kowaleski, J., Mackinnon, S., Heaton, J. T. A novel method of head fixation for the study of rodent facial function. Experimental neurology. 205, 279-282 (2007).
  9. Roh, M., Jang, I. S., Lee, M. G. Push-in Head Restraining Apparatus for Intracranial Self Stimulation Tasks in Rats. Korean J Physiol Pharmacol. 18, 103-108 (2014).
  10. Schwarz, C., et al. The head-fixed behaving rat–procedures and pitfalls. Somatosensory & motor research. 27, 131-148 (2010).
  11. Guo, Z. V., et al. Procedures for Behavioral Experiments in Head-Fixed Mice. PLoS ONE. 9, (2014).
  12. Osborne, J. E., Dudman, J. T. RIVETS: a mechanical system for in vivo and in vitro electrophysiology and imaging. PLoS One. 9, e89007 (2014).

Play Video

Citazione di questo articolo
Roh, M., Lee, K., Jang, I., Suk, K., Lee, M. Acrylic Resin Molding Based Head Fixation Technique in Rodents. J. Vis. Exp. (107), e53064, doi:10.3791/53064 (2016).

View Video