Construção de um Hyperdrive melhorado de multi Tetrode para gravação Neural em grande escala em comportar-se ratos
Summary
Apresentamos a construção de um hyperdrive 3D-printable com dezoito tetrodes independentemente ajustáveis. O hiperpropulsor é projetado para gravar a atividade cerebral em livremente se comportando ratos durante um período de várias semanas.
Abstract
Monitorar os padrões de atividade de uma grande população de neurônios ao longo de muitos dias em animais acordados é uma técnica valiosa no campo da neurociência de sistemas. Um componente chave desta técnica consiste no posicionamento preciso de vários eletrodos em regiões do cérebro desejada e a manutenção de sua estabilidade. Aqui, descrevemos um protocolo para a construção de um hyperdrive impressão 3D, que inclui dezoito tetrodes independentemente ajustáveis e destina-se especificamente na vivo extracelular neural gravação em livremente se comportando ratos. Os tetrodes anexadas para os microdrives também podem individualmente ser avançados em várias regiões do cérebro ao longo da trilha, ou podem ser usados para colocar uma matriz de eletrodos em uma área menor. Os Múltiplo tetrodes permitem a análise simultânea de action potentials de dezenas de neurônios individuais, bem como potenciais de campo local de populações de neurônios no cérebro durante o comportamento ativo. Além disso, o projeto prevê 3D mais simples elaboração de software que pode ser facilmente modificado para diferentes necessidades experimentais.
Introduction
No campo da neurociência de sistemas, os cientistas estudam as correlações neurais subjacentes a processos cognitivos como navegação espacial, memória e tomada de decisões. Para estes tipos de estudos, é fundamental para monitorar a atividade de muitos neurônios individuais durante o comportamento animal. Nas últimas décadas, dois importantes avanços foram feitos para atender às necessidades experimentais para extracelular neural gravação em pequenos animais,1,2,3. Primeiro foi o desenvolvimento do tetrode, um pacote de quatro microwires usado para gravar a atividade neural de neurônios simultaneamente1,2,4. As amplitudes de sinal diferencial de atividade através dos quatro canais de um tetrode permite o isolamento da atividade do neurônio individuais de muitas células gravadas simultaneamente5. Além disso, a natureza flexível do microwires permite maior estabilidade do tetrode minimizando o deslocamento relativo entre o tetrode e o populacao de celula alvo. Tetrodes agora são amplamente utilizados em vez de um único eletrodo para muitos estudos do cérebro em várias espécies, incluindo roedores1,2,6, primatas7e insetos8. Segundo o desenvolvimento de um hyperdrive transportava vários tetrodes móveis independente, o que permite o monitoramento simultâneo de atividade neural de maiores populações de neurônios de gravação múltiplas localizações3, 9,10,11,12.
A disponibilidade de um dispositivo de gravação multi tetrode confiável e acessível para pequenos animais é limitada. O hiperpropulsor clássico, inicialmente desenvolvido por Bruce McNaughton13, tem sido utilizado com sucesso para gravações neurais em livremente se comportando ratos em muitos laboratórios no passado duas décadas9,10,14, 15. no entanto, por razões técnicas, os componentes originais necessários para construir a unidade McNaughton agora são muito difíceis de obter e não são compatíveis com interfaces de aquisição de dados recentemente melhorada. O outro projeto bem aceito de hyperdrive requer os microdrives para handcrafted individualmente, que pode produzir resultados inconsistentes e consumir tempo substancial12. Para gravar a atividade neural de várias regiões do cérebro no comportamento de ratos, desenvolvemos um novo hiperdrive usando a tecnologia de stereolithographic. Nós procuramos satisfazer os seguintes requisitos: (1) o hiperpropulsor novo deve permitir deslocamento preciso dos tetrodes no cérebro e fornecer a gravação estável de várias regiões-alvo; (2) o hiperpropulsor novo deve ser compatível com o sistema magnético quickclip recentemente desenvolvido para permitir a fácil conexão; e (3) o hiperpropulsor novo pode ser reproduzido com precisão com materiais facilmente disponíveis. Aqui, nós fornecemos uma técnica para construir o hiperpropulsor 3D-printable contendo dezoito tetrodes móveis independente, baseados em cima do projeto McNaughton. O protocolo, descrevemos os detalhes do processo de fabricação do hiperpropulsor novo, o que temos usado com sucesso para registros único-neurônio potenciais de ação e potenciais de campo local dos córtices medial e postrhinal entorhinal durante semanas em um livremente comportando-se rato durante tarefas de forrageamento naturais.
Protocol
Representative Results
Discussion
Aqui, descrevemos o processo de construção de um hyperdrive recém-desenvolvido composto de dezoito tetrodes independente móveis. A unidade pode ser construída de partes acessíveis compradas em muitas lojas de hardware disponíveis, combinadas com componentes criados pela impressão de stereolithographic. O hiperpropulsor pode ser cronicamente implantado no crânio de um rato utilizando procedimentos cirúrgicos padrão e é capaz de gravar a atividade neural extracelular, enquanto o animal executa várias tarefas c…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Agradecemos o laboratório Moser no Kavli Institute de neurociência de sistemas e o centro para Computação Neural, Universidade Norueguesa de ciência e tecnologia, para a crônica neural gravando procedimentos em ratos. Este trabalho foi financiado pelo NIH grant R21 NS098146 e humano Frontier ciência programa a longo prazo Fellowship LT000211/2016-L 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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