Summary

Implantatie van chronische Silicon sondes en opname van Hippocampal plaats cellen in een verrijkte loopband-apparaat

Published: October 11, 2017
doi:

Summary

We beschrijven de diverse stappen implantaat chronische silicon sondes en het optekenen van plaats cellen in muizen die running hoofd-gefixeerd op een loopband cue-verrijkt-apparaat zijn.

Abstract

Een belangrijke voorwaarde voor het begrijpen van de hersenfunctie is de identificatie van gedrag en cel activiteit correleert. Silicon sondes zijn geavanceerde elektroden voor grootschalige elektrofysiologische opname van neuronale activiteit, maar de procedures voor hun chronische implantatie nog steeds onderontwikkeld zijn. De activiteit van cellen van de hippocampal plaats te correleren met het dier positie in de omgeving is bekend, maar de onderliggende mechanismen zijn nog onduidelijk. Om te onderzoeken plaats cellen, beschrijven hier we een reeks technieken die variëren van de vervaardiging van apparaten voor chronische silicon sonde implantaten aan de opvolging van plaats veld activiteit in een cue-verrijkt loopband-apparaat. Een micro-station en een hoed zijn gebouwd door montage en bevestiging samen 3D-gedrukte plastic onderdelen. Een sonde silicium is gemonteerd op de micro-drive, schoongemaakt en bekleed met kleurstof. Een eerste operatie wordt uitgevoerd om te herstellen van de hoed op de schedel van een muis. Kleine monumenten zijn vervaardigd en aan de riem van een loopband. De muis is getraind om te draaien hoofd-vaste op de loopband. Een tweede operatie wordt uitgevoerd om het implantaat de silicium-sonde in de hippocampus, na welke breedband elektrofysiologische signalen zijn opgenomen. Ten slotte is de sonde silicon herstelde zich en gereinigd voor hergebruik. De analyse van de plaats cel activiteit in de loopband onthult een verscheidenheid van mechanismen van veld, waarin het voordeel van de aanpak.

Introduction

Silicon sondes presenteren verschillende voordelen voor elektrofysiologische opnamen, waaronder het feit dat ze zijn ontworpen met scherpe profielen minimaliseren van weefselschade en dat deze een nauwkeurige lay-out van dichtbevolkte verpakt opname sites1, 2,3,4. Ze worden gebruikt voor het bestuderen van verschillende systemen in verschillende soorten, waaronder mensen3,5,6, met uiteenlopende benaderingen1,7. Toch is hun terugkerende gebruik vanwege hun kosten, kwetsbaarheid en het feit dat handige methoden voor chronische experimenten8 ontbrekennog steeds relatief beperkt. Recente vooruitgang in 3D printing technologie hebben mogelijk gemaakt het aangepaste ontwerpen van apparaten zoals micro-schijven en hoofd-platen om een eenvoudiger behandeling van deze gevoelige elektroden. In een eerste stap beschrijven we hoe het bouwen en gebruiken van een set tools die we hebben ontwikkeld voor de inplanting van chronische silicon sondes14.

Terwijl plaats cellen zijn meestal bestudeerd met behulp van de vrij bewegende dieren uitgevoerd in doolhoven, werden onlangs ze ook onderzocht in virtuele omgevingen15 en loopband apparatii9 (figuur 1A). Deze experimentele methoden bieden het voordeel dat de dieren kunnen worden hoofd-gefixeerd, gebruik te maken van 2-foton microscoop15, patch-clamp16en optrode9,10,11 technieken gemakkelijker, naast het verstrekken van uitgebreide controle op dierlijk gedrag en milieu signalen12. In een tweede stap presenteren we de procedures voor de opleiding van muizen en opname plaats cel activiteit in een loopband-apparaat.

Protocol

alle methoden die worden beschreven door de Animal Care en gebruik Comité van het Korea Instituut voor wetenschap en technologie zijn goedgekeurd. 1. voorbereiding van de Micro-aandrijving en de elektrode monteren van de micro-aandrijving. Afdrukken de delen van de micro-drive (schuif, lichaam en shell) 14 met behulp van een high-resolution 3D-printer. Zorg ervoor dat de onderdelen geen defecten. Herstellen van de schui…

Representative Results

Een muis werd eerst opgeleid om uit te voeren op een twee meter lange riem verstoken van signalen (Figuur 1 c). Na de implantatie van de elektrode, een nieuwe band van dezelfde lengte maar presenteren 3 paren van signalen werd geïnstalleerd op de loopband, om het genereren van allocentric ruimtelijke vertegenwoordigingen12,14. Breedband signalen werden opgenomen op een sampling rate van 30.000 Hz, me…

Discussion

Chronische opname van neuronale activiteit is van cruciaal belang voor het begrijpen van neurale processen zoals velden hippocampal plaatsen. Onze aanpak voor het uitvoeren van chronische silicon sonde implantantation onderscheidt zich van andere methoden7,18,19,20 door het feit dat het relatief eenvoudig te herstellen van de elektrode pakket at het einde van het experiment. Terwijl plaats cell…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Dit werk werd gesteund door de Korea Instituut voor wetenschap en technologie in de institutionele programma (projecten nr. 2E26190 en 2E26170) en het 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