Construction d’un Hyperdrive tétrode multi amélioré pour un enregistrement neuronaux à grande échelle en comportement des Rats
Summary
Nous présentons la construction d’un hyperdrive 3D-imprimable avec dix-huit tétrodes réglables indépendamment. L’hyperdrive est conçu pour enregistrer l’activité cérébrale en comportement librement des rats sur une période de plusieurs semaines.
Abstract
Surveiller les patrons d’activité d’une importante population de neurones au cours de plusieurs jours chez l’animal éveillé est une technique dans le domaine des neurosciences des systèmes. Un élément clé de cette technique consiste le positionnement précis des électrodes multiples dans les régions du cerveau désiré et le maintien de leur stabilité. Nous décrivons ici un protocole pour la construction d’un hyperdrive 3D-imprimable, qui comprend dix-huit tétrodes réglables séparément et qui est spécialement conçue pour in vivo enregistrement neuronal extracellulaire en comportement librement des rats. Les tétrodes attachés aux microdrives peuvent soit être individuellement avancés dans plusieurs régions du cerveau le long de la piste, ou peuvent être utilisés pour placer un tableau des électrodes dans une zone plus petite. Les tétrodes multiples permettent l’examen simultané d’action potentials de quelques dizaines de neurones individuels, ainsi que les potentiels de champs locaux de populations de neurones dans le cerveau au cours de comportement actif. En outre, la conception fournit pour la 3D plus simple rédaction des logiciels qui peuvent facilement être modifiés pour différents besoins expérimentaux.
Introduction
Dans le domaine des neurosciences des systèmes, les scientifiques étudient les corrélats neurones sous-tendant les processus cognitifs tels que la navigation spatiale, la mémoire et prise de décision. Pour ces types d’études, il est essentiel de surveiller l’activité de neurones individuels nombreux pendant le comportement animal. Ces dernières décennies, deux progrès importants ont été réalisés pour répondre aux besoins expérimentaux pour enregistrement neuronal extracellulaire en petits animaux1,2,3. Tout d’abord le Θlaboration de la tétrode, un faisceau de quatre microfils utilisé pour enregistrer l’activité neurale des neurones simultanément1,2,4. Les amplitudes de signal différentiel d’activité à travers les quatre canaux d’une tétrode permet l’isolement de l’activité de neurones individuels de plusieurs cellules simultanément enregistré5. En outre, la souplesse de la microfils permet une plus grande stabilité de la tétrode réduisant au minimum le déplacement relatif entre la tétrode et la population de cellules cibles. Tétrodes sont maintenant largement utilisés au lieu d’une seule électrode pour de nombreuses études de cerveau chez diverses espèces, y compris les rongeurs1,2,6, primates7et insectes8. Deuxièmement l’élaboration d’un hyperdrive transportait des tétrodes indépendamment mobiles multiples, qui permet le contrôle simultané de l’activité neuronale de plus grandes populations de neurones provenant de plusieurs emplacements d’enregistrement3, 9,10,11,12.
La disponibilité d’un appareil d’enregistrement multi-tétrode fiable et abordable pour les petits animaux est limitée. L’hyperdrive classique, initialement développé par Bruce McNaughton13, a été utilisée avec succès pour des enregistrements neurones en comportement librement des rats dans nombreux laboratoires dans les dernières deux décennies9,10,14, 15. Toutefois, pour des raisons techniques, les composants originaux nécessaires pour construire le lecteur McNaughton sont désormais très difficiles à obtenir et ne sont pas compatibles avec les interfaces d’acquisition de données récemment améliorée. L’autre conception bien acceptée d’hyperdrive nécessite les microdrives d’être individuellement à la main, qui pourrait donner des résultats incohérents et consomment beaucoup de temps,12. Afin d’enregistrer l’activité neurale provenant de diverses régions du cerveau chez les rats se comporter, nous avons développé un nouvel hyperdrive utilisant la technologie stéreolithographie. Nous avons cherché à satisfaire aux exigences suivantes : (1) l’hyperdrive nouvelle doit permettre un déplacement précis des tétrodes dans le cerveau et fournir enregistrement stable de plusieurs régions cibles ; (2) l’hyperdrive nouvelle doit être compatible avec le système quickclip magnétiques récemment mis au point pour permettre une connexion facile ; et (3) le nouveau hyperdrive peut être fidèlement reproduit avec des matériaux facilement disponibles. Ici, nous fournissons une technique pour la construction de l’hyperdrive 3D-imprimable contenant dix-huit tétrodes indépendamment mobiles, basées sur la conception de McNaughton. Dans le protocole, nous décrivons les détails du processus de fabrication de l’hyperdrive nouvelle, que nous avons utilisée avec succès à des potentiels d’action simples-neurone Records et potentiels de champs locaux du cortex entorhinal postrhinal et médial au cours des semaines dans un librement se comporter de rat au cours des tâches de recherche de nourriture naturelles.
Protocol
Representative Results
Discussion
Nous décrivons ici le processus de construction d’un hyperdrive nouvellement développé composé de dix-huit tétrodes indépendamment mobiles. Le lecteur peut être construit de pièces abordables achetées dans de nombreux magasins de matériel disponibles, combinées avec les composants créés par stéreolithographie impression. L’hyperdrive peut être chroniquement implanté sur le crâne d’un rat à l’aide de procédures chirurgicales standards et est capable d’enregistrer l’activité neuronale extrac…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Nous remercions le laboratoire Moser au Kavli Institute for neurosciences des systèmes et Centre Neural Computation, Norwegian University of Science and Technology, pour la chronique neural recensant des procédures chez le rat. Ce travail a été soutenu par les NIH grant NS098146 R21 et humaine Frontier Science programme à long terme bourse LT000211/2016-L à 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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