Summary

Storskala opptak av nevroner med bevegelige Silicon Sonder i oppfører Gnagere

Published: March 04, 2012
doi:

Summary

Vi beskriver metoder for storskala opptak av flere enkle enheter og lokale feltet potensial i å opptre gnagere med silisium sonder. Drive fabrikasjon, sonde tilknytning til stasjonen og probe implantasjon prosesser er illustrert i tilstrekkelige detaljer for enkel replikering.

Abstract

En hovedutfordring i nevrovitenskap er knytte atferd til den kollektive aktiviteten nevrale forsamlinger. Forståelse av input-output relasjoner av nerveceller og kretser krever metoder med den romlige selektivitet og tidsmessig oppløsning hensiktsmessig for mekanistisk analyse av nevrale ensembler i oppfører dyret, dvs. opptak av representativ store prøver av isolerte single nerveceller. Ensemble overvåking av neuronal aktivitet har kommet bemerkelsesverdig i det siste tiåret i både små og store-brained dyr, inkludert mennesker 1-11. Flere stedet opptak med silisium-baserte enheter er spesielt effektive på grunn av sin skalerbarhet, lite volum og geometriske design.

Her beskriver vi metoder for registrering flere single nevroner og lokale feltet potensial i å oppføre seg gnagere, bruke kommersielt tilgjengelige mikro-maskinerte silisium prober med skreddersydde individuelle behov. Det finnes to grunnleggende alternativer feller grensesnitt silisium sonder til preamplifiers: trykte kretskort og fleksible kabler. Probe forsyne bedrifter ( http://www.neuronexustech.com/ , http://www.sbmicrosystems.com/ ; http://www.acreo.se/ ) gir vanligvis den bonding service og levere prober bundet til kretskort eller fleksible kabler. Her beskriver vi implantasjon av en 4-shank, 32-site probe koblet til fleksibel polyimid kabel, og montert på en bevegelig Microdrive. Hvert trinn av sonden forberedelse, er Microdrive konstruksjon og operasjon illustrert slik at sluttbruker kan lett gjenskape prosessen.

Protocol

1. Byggingen av Microdrive Alle stasjoner er laget av de samme grunnleggende elementer: en bevegelig del, som bærer elektroden og en fast del, som er forankret til skallen. En ideell Microdrive lar glatt, men lenge nok reise av elektroden i flere små skritt, er solid nok til å hindre utilsiktet bevegelse av elektroden, lett å manipulere av eksperimentator uten å forstyrre dyrets oppførsel, liten i størrelse og lett i vekt. Som et resultat av disse konkurrerende krav, ulike stasjoner sui…

Discussion

Denne filmen illustrerer implantasjonsprosedyren av silisium prober for kroniske storskala opptak i oppføre rotte. Kritiske skritt for å sikre kvalitet opptak av neuronal aktivitet oppstår fra skjørheten i både biologisk (hjernevev) og tekniske (silisium probe) materialer. Spesiell forsiktighet bør utvises ved håndtering av sonden for å unngå enhver kontakt med skankene med noen eksternt "hard" overflate (for eksempel, ville Shanks brekke om man prøvde å implantere dem i hjernen uten å fjerne dura)…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Marie Curie International Outgoing Fellowship (EUs FP/2007-2013 tilskuddsavtalene # 221834 og 254780), JD McDonnell Foundation, NSF Grant 0542013 SBE, National Institutes of Health Grant NS034994, National Institute of Mental Health Grant MH5467 og Howard Hughes Medical Institute (Janelia Farm Forskning Campus stipend).

Materials

Name Tipo Company Catalog Number Comments
Silicon probe Buzsaki32, 4 shanks x 8 sites. Packaging: flexible polyamide cable Material NeuroNexus Probe: buzsaki32
Packaging: HC32
Recording probe
Round Brass Screw, 00-90 x 1/2 Round Brass Screws Material JIMorris R0090B500 Drive part
Brass Hex Nut, 00-90 Material JIMorris N0090B Drive part
Brass C260 Strip, ASTM-B36
Thickness: 0.025″, Length: 12″, Width: 1/2″
Material Small Parts B000FMYU72 Drive part
Connector Header, pitch 2mm, male, single row, straigt, 36 positions Material Digikey 2163S-36-ND Drive part
2-part Sylgard silicon Elastomer Material World Precision Instruments SYLG184 To extra-insulate the probe
Decon Contrad 70 Liquid Detergent Reagent Fisher Scientific 04-355
Decon Laboratories
No.:1002
To clean the recording sites
Impedance Conditioning Module Equipment FHC Inc. 55-70-0 Impedance meter
niPOD – 32 channels Equipment Neuronexus niPOD -32 Impedance meter
Grip Cement Industrial Grade Material Caulk Dentsply 675571 (powder)
675572 (solvent)
Grip cement
1,1′-dioctadecyl-3,3,3′,3′-tetramethylindocarbocyanine perchlorate (‘DiI’; DiIC18(3)) Reagent Invitrogen D282 To stain the probe track in the brain
Stainless Steel Machine Screw, Binding Head, Slotted Drive, #00-90, 1/8″ Material Small Parts MX-0090-02B Ground and reference screws
Magnet wire, 20G, nylon-polyurethane coating, MW80 Material Small Parts B000IJYRP2 Ground and reference wire
Stainless Steel Machine Screw, Binding Head Slotted Drive, #000-120, 1/16″ Material Small Parts MX-000120-01B Anchor screws
N-3 All purpose Flux Liquid Reagent La-Co (Markal) 23512 Allows to solder stainless-steel
MicroGrid Precision Expanded Copper Material Dexmet 3 CU6-050 FA Copper mesh for on-head Faraday cage
C&B-METABOND Quick! Cement System – Dentin Activator Material Parkell S380  
C&B-METABOND Quick! Cement System – Dental cement Material Parkell S380  
Sharp point tungsten needle and holder Tool Roboz Surgical instruments RS-6064 and RS-6061 To make the hook to lift the dura
Carbide Bur HP 1/4 Tool Henry Schein 9990013  
Paraffin (Granules) Material Fisher Scientific P31-500  
Mineral Oil, Light (NF/FCC) Material Fisher Scientific O121-1  
GC ELECTRONICS 10-114 2-Part Epoxy Adhesive Material Newark 00Z416  
Type 1 LITZ 21 AWG 40/36 Red Single Polyurethane-Nylon (MW80-C) TO 0.041″+/-0.002″ OD Material New England Wire Technologies Corporation N28-36E-400-2 To make the cable between the headstage and the amplifier
32-channel Very Large Scale Integration headstage, 20x gain Equipment Plexon HST/32V-G20 Headstage

Referências

  1. Buzsáki, G. High-frequency network oscillation in the hippocampus. Science. 256, 1025-1027 (1992).
  2. Wilson, M. A., McNaughton, B. L. Dynamics of the hippocampal ensemble code for space. Science. 261, 1055-1058 (1993).
  3. Buzsáki, G. Large-scale recording of neuronal ensembles. Nat. Neurosci. 7, 446-451 (2004).
  4. Buzsáki, G. Visualizing Large-Scale Patterns of Activity in the Brain: Optical and Electrical Signals. Society for Neuroscience. , (2004).
  5. Nicolelis, M. A. L. . Methods for Neural Ensemble Recordings. , (2008).
  6. Hatsopoulos, N. G., Donoghue, J. P. The science of neural interface systems. Annu. Rev. Neurosci. 32, 249-266 (2009).
  7. Battaglia, F. P. The Lantern: an ultra-light micro-drive for multi-tetrode recordings in mice and other small animals. J. Neurosci. Methods. 178, 291-300 (2009).
  8. Kloosterman, F., Davidson, T. J. Micro-drive Array for Chronic in vivo Recording: Drive Fabrication. J. Vis. Exp. 26, e1094-e1094 (2009).
  9. Nguyen, D. P., Layton, S. P. Micro-drive Array for Chronic in vivo Recording: Tetrode Assembly. J. Vis. Exp. (26), e1098-e1098 (2009).
  10. Haiss, F., Butovas, S., Schwarz, C. A miniaturized chronic microelectrode drive for awake behaving head restrained mice and rats. J. Neurosci. Methods. 187, 67-72 (2010).
  11. Cerf, M. On-line, voluntary control of human temporal lobe neurons. Nature. 467, 1104-1108 (2010).
  12. Kohn, D. F. Anesthesia and Analgesia in Laboratory Animals. American College of Laboratory Animal Medicine. series, (1997).
  13. Schjetnan, A. G. P., Luczak, A. Recording Large-scale Neuronal Ensembles with Silicon Probes in the Anesthetized Rat. J. Vis. Exp. (56), e3282-e3282 (2011).
  14. Paxinos, G., Watson, C. The Rat Brain. Stereotaxic Coordinates. , (1982).
  15. Harris, K. D. Accuracy of tetrode spike separation as determined by simultaneous intracellular and extracellular measurements. J. Neurophysiol. 84, 401-414 (2000).
  16. Hazan, L., Zugaro, M., Buzsáki, G. Klusters, NeuroScope, NDManager: a Free Software Suite for Neurophysiological Data Processing and Visualization. J. Neurosci. Methods. 155, 207-216 (2006).
  17. Kipke, D. R. Advanced neurotechnologies for chronic neural interfaces: new horizons and clinical opportunities. J. Neurosci. 28, 11830-11838 (2008).
  18. Csicsvari, J. Massively parallel recording of unit and local field potentials with silicon-based electrodes. J. Neurophysiol. 90, 1314-1323 (2003).
  19. Sodagar, A. M., Wise, K. D., Najafi, K. A fully integrated mixed-signal neural processor for implantable multichannel cortical recording. IEEE Trans. Biomed. Eng. 54, 1075-1088 (2007).
  20. O’Connor, D. H., Huber, D., Svoboda, K. Reverse engineering the mouse brain. Nature. 461, 923-929 (2009).
  21. Boyden, E. S. Millisecond-timescale, genetically targeted optical control of neural activity. Nat. Neurosci. 8, 1263-1268 (2005).
  22. Zhang, F. Circuit-breakers: optical technologies for probing neural signals and systems. Nat. Rev. Neurosci. 8, 577-581 (2007).
  23. Royer, S. Multi-array silicon probes with integrated optical fibers: light-assisted perturbation and recording of local neural circuits in the behaving animal. Eur. J. Neurosci. 31, 2279-2291 (2010).
check_url/pt/3568?article_type=t

Play Video

Citar este artigo
Vandecasteele, M., M., S., Royer, S., Belluscio, M., Berényi, A., Diba, K., Fujisawa, S., Grosmark, A., Mao, D., Mizuseki, K., Patel, J., Stark, E., Sullivan, D., Watson, B., Buzsáki, G. Large-scale Recording of Neurons by Movable Silicon Probes in Behaving Rodents. J. Vis. Exp. (61), e3568, doi:10.3791/3568 (2012).

View Video