Summary

Implantation af kronisk silicium sonder og optagelse af hippocampus sted celler i en beriget løbebånd apparater

Published: October 11, 2017
doi:

Summary

Vi beskriver de forskellige skridt at implantat kronisk silicium sonder og registrere sted cellerne i mus, der er running hoved-fast på en cue-beriget løbebånd apparater.

Abstract

En vigtig forudsætning for at forstå hjernefunktion er identifikation af adfærd og celleaktivitet korrelerer. Silicium sonder er avancerede elektroder til storstilet elektrofysiologiske optagelse af neuronal aktivitet, men procedurerne for deres kroniske implantation er stadig underudviklet. Aktiviteten af hippocampus sted celler er kendt for at korrelere med et dyr position i miljøet, men de underliggende mekanismer er stadig uklare. For at undersøge sted celler, beskriver her vi et sæt af teknikker der spænder fra fabrikation af enheder for kronisk silicium sonde implantater til overvågning af sted felt aktivitet i en cue-beriget løbebånd apparater. En mikro-drev og en hat er bygget af montering og fastgørelse sammen 3D-trykt plast dele. En silicium sonden er monteret på micro-drive, renset og belagt med farvestof. En første operation udføres for at løse hat på kraniet af en mus. Lille vartegn er fabrikeret og knyttet til bælte af et løbebånd. Musen er uddannet til at køre hoved-fast på løbebåndet. En anden kirurgi udføres for at implantat silicium sonden i hippocampus, efter hvilke bredbånd elektrofysiologiske signaler registreres. Endelig, silicium sonden kan genvindes og renses til genbrug. En analyse af sted celleaktivitet i løbebånd afslører en mangfoldighed af feltet mekanismer, skitserer gavn af tilgangen.

Introduction

Silicium sonder præsentere flere fordele for elektrofysiologiske optagelser, herunder det faktum at de er designet med skarpe profiler minimere vævsskader og at de giver en præcis layout af tætpakkede optagelse websteder1, 2,3,4. De bruges til at studere forskellige systemer i forskellige arter, herunder mennesker3,5,6, med forskellige tilgange1,7. Men deres tilbagevendende brug er stadig relativt begrænset på grund af deres omkostninger, skrøbelighed, og det faktum, at praktiske metoder for kronisk eksperimenter der mangler8. De seneste fremskridt i 3D udskrivning teknologi har muliggjort den brugerdefinerede udformningen af enheder såsom mikro-drev og hoved-plader til at tillade en lettere håndtering af disse fine elektroder. I et første skridt, vil vi beskrive, hvordan man kan opbygge og bruge et sæt værktøjer, som vi har udviklet for implantation af kronisk silicium sonder14.

Mens sted celler er typisk studerede ved hjælp af frit flytte dyr kører i labyrinter, for nylig blev de også undersøgt i virtuelle miljøer15 og løbebånd apparatii9 (figur 1A). Disse eksperimentelle metoder giver den fordel, at dyr kan være hoved-tilbageholdende, at gøre brug af 2-foton mikroskop15, patch-clamp16og optrode9,10,11 teknikker lettere, ud over at give øget kontrol på dyrs adfærd og miljømæssige stikord12. I et andet trin, vil vi præsentere procedurerne for uddannelse mus og optagelse sted celleaktivitet i et løbebånd apparater.

Protocol

alle beskrevne metoder er blevet godkendt af Animal Care og brug Udvalget af Korea Institute of Science og Technology. 1. forberedelse af Micro-drev og elektrode montage micro-drive. Udskrive dele af mikro-drev (slider, krop og shell) 14 ved hjælp af en høj opløsning 3D printer. Sørg for at delene har ingen defekter. Fix skyderen i selve micro-drev med en skrue (størrelse 000-120 x 1/4). Lodde en møtrik …

Representative Results

En mus blev først uddannet til at køre på en to meter lang bælte stikord (figur 1 c). Efter elektrode implantation, en ny bælte af samme længde, men præsentere 3 par stikord blev installeret på løbebånd, for at generere allocentric rumlige repræsentationer12,14. Bredbånd signaler blev optaget på en samplingfrekvens på 30.000 Hz, ved hjælp af en 250-kanals optagelse system (forstærker b…

Discussion

Kronisk optagelse af neuronal aktivitet er afgørende for at forstå neurale processer såsom hippocampus sted felter. Vores tilgang til at udføre kronisk silicium sonden implantantation adskiller sig fra andre metoder7,18,19,20 ved, at det er relativt enkelt at inddrive pakken elektrode på forsøgets afslutning. Mens sted celler er typisk studerede i frit flytte betingelser, løbebånd appar…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Dette arbejde blev støttet af Korea Institute of Science og Technology institutionelle Program (projekter No. 2E26190 og 2E26170) og Human Frontier Science Program (RGY0089/2012).

Materials

Silicon Probe Neuronexus Buzsabi32 Recording electrode
Recording system Intantech RHD2132/RHD2000
3D printer Asiga Pico Plus 27 High resolution printer for micro-drive
3D printer Stratasys Mojo Lower resolution printer for hat components
Stereotaxic apparatus Kopf Model 963
Binocular microscope Leica M60
Treadmill apparatus We build them

Referências

  1. Schjetnan, A. G., Luczak, A. Recording large-scale neuronal ensembles with silicon probes in the anesthetized rat. J Vis Exp. (56), (2011).
  2. Buzsaki, G. Large-scale recording of neuronal ensembles. Nat Neurosci. 7 (5), 446-451 (2004).
  3. Suner, S., Fellows, M. R., Vargas-Irwin, C., Nakata, G. K., Donoghue, J. P. Reliability of signals from a chronically implanted, silicon-based electrode array in non-human primate primary motor cortex. IEEE Trans Neural Syst Rehabil Eng. 13 (4), 524-541 (2005).
  4. Csicsvari, J., et al. Massively parallel recording of unit and local field potentials with silicon-based electrodes. J Neurophysiol. 90 (2), 1314-1323 (2003).
  5. Hochberg, L. R., et al. Neuronal ensemble control of prosthetic devices by a human with tetraplegia. Nature. 442 (7099), 164-171 (2006).
  6. Okun, M., Lak, A., Carandini, M., Harris, K. D. Long Term Recordings with Immobile Silicon Probes in the Mouse Cortex. PLoS One. 11 (3), e0151180 (2016).
  7. Vandecasteele, M., et al. Large-scale recording of neurons by movable silicon probes in behaving rodents. J Vis Exp. (61), e3568 (2012).
  8. Kipke, D. R., et al. Advanced neurotechnologies for chronic neural interfaces: new horizons and clinical opportunities. J Neurosci. 28 (46), 11830-11838 (2008).
  9. Royer, S., et al. Control of timing, rate and bursts of hippocampal place cells by dendritic and somatic inhibition. Nat Neurosci. 15 (5), 769-775 (2012).
  10. Boyden, E. S., Zhang, F., Bamberg, E., Nagel, G., Deisseroth, K. Millisecond-timescale genetically targeted optical control of neural activity. Nat Neurosci. 8 (9), 1263-1268 (2005).
  11. Royer, S., et al. 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 (12), 2279-2291 (2010).
  12. Geiller, T., Fattahi, M., Choi, J. S., Royer, S. Place cells are more strongly tied to landmarks in deep than in superficial CA1. Nat Commun. 8, 14531 (2017).
  13. Ylinen, A., et al. Sharp wave-associated high-frequency oscillation (200 Hz) in the intact hippocampus: network and intracellular mechanisms. J Neurosci. 15 (1 Pt 1), 30-46 (1995).
  14. Battaglia, F. P., Sutherland, G. R., McNaughton, B. L. Local sensory cues and place cell directionality: additional evidence of prospective coding in the hippocampus. J Neurosci. 24 (19), 4541-4550 (2004).
  15. Hazan, L., Zugaro, M., Buzsaki, G. Klusters, NeuroScope, NDManager: a free software suite for neurophysiological data processing and visualization. J Neurosci Methods. 155 (2), 207-216 (2006).
  16. Kadir, S. N., Goodman, D. F., Harris, K. D. High-dimensional cluster analysis with the masked EM algorithm. Neural Comput. 26 (11), 2379-2394 (2014).
  17. Lewicki, M. S. A review of methods for spike sorting: the detection and classification of neural action potentials. Network. 9 (4), R53-R78 (1998).
  18. Battaglia, F. P., et al. The Lantern: an ultra-light micro-drive for multi-tetrode recordings in mice and other small animals. J Neurosci Methods. 178 (2), 291-300 (2009).
  19. Blumberg, M. S., Sokoloff, G., Tiriac, A., Del Rio-Bermudez, C. A valuable and promising method for recording brain activity in behaving newborn rodents. Dev Psychobiol. 57 (4), 506-517 (2015).
  20. Haiss, F., Butovas, S., Schwarz, C. A miniaturized chronic microelectrode drive for awake behaving head restrained mice and rats. J Neurosci Methods. 187 (1), 67-72 (2010).
  21. 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 (1), 43-57 (2007).
  22. Villette, V., Malvache, A., Tressard, T., Dupuy, N., Cossart, R. Internally Recurring Hippocampal Sequences as a Population Template of Spatiotemporal Information. Neuron. 88 (2), 357-366 (2015).
  23. Ziv, Y., et al. Long-term dynamics of CA1 hippocampal place codes. Nat Neurosci. 16 (3), 264-266 (2013).
  24. Danielson, N. B., et al. Distinct Contribution of Adult-Born Hippocampal Granule Cells to Context Encoding. Neuron. 90 (1), 101-112 (2016).
  25. Stark, E., Koos, T., Buzsaki, G. Diode probes for spatiotemporal optical control of multiple neurons in freely moving animals. J Neurophysiol. 108 (1), 349-363 (2012).
  26. Wu, F., et al. An implantable neural probe with monolithically integrated dielectric waveguide and recording electrodes for optogenetics applications. J Neural Eng. 10 (5), 056012 (2013).
check_url/pt/56438?article_type=t

Play Video

Citar este artigo
Sariev, A., Chung, J., Jung, D., Sharif, F., Lee, J., Kim, S., Royer, S. Implantation of Chronic Silicon Probes and Recording of Hippocampal Place Cells in an Enriched Treadmill Apparatus. J. Vis. Exp. (128), e56438, doi:10.3791/56438 (2017).

View Video