Bir geliştirilmiş çoklu tetrot hiper motor yapımı fareler davranışlar içinde büyük ölçekli sinirsel kayıt için
Summary
Biz on sekiz bağımsız olarak ayarlanabilir tetrodes ile 3D yazdırılabilir bir hipersürücü inşaatı mevcut. Hiper-sürücüyü özgürce bir birkaç hafta boyunca fareler davranışlar içinde beyin etkinliklerini kaydetmek için tasarlanmıştır.
Abstract
Nöronlar büyük bir nüfus birçok gün uyanık hayvanlar içerisinde faaliyet şekillerinin izleme sistemleri Nörobilim alanında değerli bir tekniktir. Bu tekniğin bir anahtar bileşen istenen beyin bölgeleri içine birden çok elektrotlar kesin yerleşimini ve onların istikrar bakımından oluşur. Burada, on sekiz bağımsız olarak ayarlanabilir tetrodes içerir ve fareler serbestçe davranıyor in vivo hücre dışı sinir kayıt için özel olarak tasarlanmış bir 3D yazdırılabilir hipersürücü inşası için bir protokol açıklayın. Micro için bağlı tetrodes da tek tek parça boyunca birden çok beyin bölgeleri gelişmiş olabilir veya elektrotlar bir dizi daha küçük bir alanına yerleştirmek için kullanılır. Birden çok tetrodes etkin davranış sırasında beyinde action potentials bireysel nöronlar onlarca yanı sıra yerel alan potansiyelleri nöronların nüfus üzerinden eşzamanlı muayene için izin verir. Buna ek olarak, tasarımı farklı deneysel ihtiyaçları için kolayca değiştirilebilir yazılım hazırlanması için daha basit 3D sağlar.
Introduction
Sistemleri Nörobilim alanında, bilim adamları sinir ilişkilendirir Bilişsel süreçler mekansal kullan, bellek ve karar verme gibi temel eğitim. Bu tür çalışmalar için hayvan davranış sırasında birçok bireysel nöronlar etkinliğini izlemek için önemlidir. Geçtiğimiz on yıl içinde iki önemli gelişmeler küçük hayvan1,2,3hücre dışı sinir kayıt için deneysel ihtiyaçlarını karşılamak için yapılmıştır. İlk tetrot, dört microwires nöronlar sinirsel aktivite aynı anda kaydetmek için kullanılan bir bohça oldu1,2,4. Diferansiyel sinyal genlikleri faaliyet bir tetrot dört kanal genelinde bireysel nöron aktivitesi birçok aynı anda kaydedilen hücre5yalıtım sağlar. Ayrıca, microwires esnek doğası tetrot ve hedef hücre nüfus arasındaki göreceli öteleme minimize tetrot daha fazla istikrar sağlar. Tetrodes, çeşitli türler, kemirgenler1,2,6, primatlar7ve böcekler8de dahil olmak üzere birçok beyin araştırmaları şimdi yerine tek bir elektrot yaygın olarak kullanılmaktadır. İkinci bir hiper motor gelişimi taşıdığı birden çok bağımsız olarak hareketli tetrodes, hangi sinirsel aktivite nöronların birden çok kayıt konumları3, daha büyük nüfus üzerinden eşzamanlı izlenmesi için izin 9,10,11,12.
Küçük hayvanlar için güvenilir ve uygun fiyatlı çok tetrot kayıt cihazı kullanılabilirliği sınırlıdır. Başlangıçta Bruce McNaughton13tarafından geliştirilen klasik hiper sürücü başarıyla serbestçe fareler, son yirmi yılda9,10,–14, birçok laboratuvarlarında davranıyor sinirsel kayıtlarından kullanılmaktadır 15. ancak, teknik nedenlerden dolayı McNaughton sürücü oluşturmak için gereken özgün bileşenler şimdi elde etmek çok zordur ve son zamanlarda geliştirilmiş veri edinme arayüzleri ile uyumlu değildir. Hipersürücü de kabul edilen diğer tasarımını tek tek el işi için Micro tutarsız sonuçlar verir ve önemli ölçüde zaman12tüketmek gerekir. Sinirsel aktivite çeşitli beyin bölgelerinden de, davranışlar fareler kaydetmek için stereolithographic teknolojisini kullanan yeni bir hiper motor geliştirdi. Aşağıdaki gereksinimleri karşılamak Aranan: (1) yeni hiper tetrodes beyin kesin deplasman izin ve istikrarlı birden çok hedef bölgeleri; recording sağlamak (2) yeni hiper kolay bağlantıya izin vermek için son zamanlarda geliştirilen manyetik quickclip sistemi ile uyumlu olmalıdır; ve (3) yeni hiper-sürücü doğru bir şekilde kolayca kullanılabilir malzemeler ile çoğaltılabilir. Burada, biz bir teknik McNaughton tasarım dayalı on sekiz bağımsız olarak hareketli tetrodes içeren 3D yazdırılabilir Hiper-sürücüyü oluşturmak için sağlar. İletişim kuralında, biz biz başarıyla kayıt tek-nöron aksiyon potansiyelleri ve yerel alan potansiyelleri postrhinal ve medial entorhinal cortices hafta içinde kullanılan yeni hiper imalat sürecinin ayrıntıları açıklamak bir serbestçe sıçan doğal yiyecek görevleri sırasında davranıyor.
Protocol
Representative Results
Discussion
Burada, on sekiz bağımsız olarak hareketli tetrodes oluşan yeni geliştirilen hiper sürücü oluşturma işlemini açıklar. Sürücünün uygun yerlerinden stereolithographic baskı tarafından oluşturulan bileşenleri ile birlikte birçok kullanılabilir donanım mağaza satın oluşturulabilir. Hiper-sürücüyü kronik standart cerrahi prosedürler kullanarak bir kafatası implante olması ve hayvan çeşitli davranış görevleri gerçekleştirirken ekstraselüler sinirsel aktivite kaydedebilen.
<p class="…Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Moser laboratuvar Kavli enstitüde sistemleri Nörobilim ve merkezi sinir hesaplama için teşekkür ediyoruz, neural Norveç Üniversitesi bilim ve teknoloji, kronik için yordamlar Rat kayıt. Bu eser NIH grant R21 NS098146 ve insan sınır bilim programı uzun vadeli bursu LT000211/2016-M’ye L. Lu tarafından desteklenmiştir.
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
- O’Keefe, J., Recce, M. L. Phase relationship between hippocampal place units and the EEG theta rhythm. Hippocampus. 3 (3), 317-330 (1993).
- Wilson, M. A., McNaughton, B. L. Dynamics of the hippocampal ensemble code for space. Science. 261 (5124), 1055-1058 (1993).
- Gothard, K. M., Skaggs, W. E., Moore, K. M., McNaughton, B. L. Binding of hippocampal CA1 neural activity to multiple reference frames in a landmark-based navigation task. J Neurosci. 16 (2), 823-835 (1996).
- Gray, C. M., Maldonado, P. E., Wilson, M., McNaughton, B. Tetrodes markedly improve the reliability and yield of multiple single-unit isolation from multi-unit recordings in cat striate cortex. J Neurosci Methods. 63 (1-2), 43-54 (1995).
- Buzsaki, G. Large-scale recording of neuronal ensembles. Nat Neurosci. 7 (5), 446-451 (2004).
- Fyhn, M., Hafting, T., Witter, M. P., Moser, E. I., Moser, M. B. Grid cells in mice. Hippocampus. 18 (12), 1230-1238 (2008).
- Skaggs, W. E., et al. EEG sharp waves and sparse ensemble unit activity in the macaque hippocampus. J Neurophysiol. 98 (2), 898-910 (2007).
- Guo, P., Pollack, A. J., Varga, A. G., Martin, J. P., Ritzmann, R. E. Extracellular wire tetrode recording in brain of freely walking insects. J Vis Exp. (86), (2014).
- Knierim, J. J., McNaughton, B. L., Poe, G. R. Three-dimensional spatial selectivity of hippocampal neurons during space flight. Nat Neurosci. 3 (3), 209-210 (2000).
- Leutgeb, S., et al. Independent codes for spatial and episodic memory in hippocampal neuronal ensembles. Science. 309 (5734), 619-623 (2005).
- Lansink, C. S., et al. A split microdrive for simultaneous multi-electrode recordings from two brain areas in awake small animals. J Neurosci Methods. 162 (1-2), 129-138 (2007).
- Kloosterman, F., et al. Micro-drive array for chronic in vivo recording: drive fabrication. J Vis Exp. (26), (2009).
- . Google Patents Available from: https://www.google.com/patents/US5928143 (1999)
- Redish, A. D., et al. Independence of firing correlates of anatomically proximate hippocampal pyramidal cells. J Neurosci. 21 (5), RC134 (2001).
- Schmitzer-Torbert, N., Redish, A. D. Neuronal activity in the rodent dorsal striatum in sequential navigation: separation of spatial and reward responses on the multiple T task. J Neurophysiol. 91 (5), 2259-2272 (2004).
- Nguyen, D. P., et al. Micro-drive array for chronic in vivo recording: tetrode assembly. J Vis Exp. (26), (2009).
- Chang, E. H., Frattini, S. A., Robbiati, S., Huerta, P. T. Construction of microdrive arrays for chronic neural recordings in awake behaving mice. J Vis Exp. (77), e50470 (2013).
- Vandecasteele, M., et al. Large-scale recording of neurons by movable silicon probes in behaving rodents. J Vis Exp. (61), e3568 (2012).
- Siegle, J. H., et al. Chronically implanted hyperdrive for cortical recording and optogenetic control in behaving mice. Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc. 2011, 7529-7532 (2011).
- Brunetti, P. M., et al. Design and fabrication of ultralight weight, adjustable multi-electrode probes for electrophysiological recordings in mice. J Vis Exp. (91), e51675 (2014).
- . Google Patents Available from: https://www.google.com/patents/US4575330 (1986)
- Ludvig, N., Potter, P. E., Fox, S. E. Simultaneous single-cell recording and microdialysis within the same brain site in freely behaving rats: a novel neurobiological method. J Neurosci Methods. 55 (1), 31-40 (1994).
