Impianto di silicio cronica sonde e registrazione delle cellule ippocampali posto in un apparato di tapis roulant arricchito
Summary
Vengono descritti i diversi passi per impiantare microleve cronica e registrare posto cellule nei topi che vengono fissati a testa in esecuzione su un apparato di tapis roulant cue-arricchita.
Abstract
Un requisito importante per comprendere la funzione del cervello è l’identificazione del comportamento e l’attività delle cellule correla. Punte in silicio sono avanzati elettrodi per registrazioni elettrofisiologiche su larga scala dell’attività neuronale, ma le procedure per il loro impianto cronica sono ancora poco sviluppate. L’attività delle cellule ippocampali posto è noto per correlare con la posizione di un animale nell’ambiente, ma i meccanismi di fondo sono ancora poco chiari. Per studiare le cellule posto, qui descriviamo un insieme di tecniche che vanno dalla fabbricazione dei dispositivi per sonda di silicio cronica gli impianti per il monitoraggio delle attività di campo posto in un apparato di tapis roulant cue-arricchita. Un micro-drive e un cappello sono costruiti da raccordo e fissare insieme le parti in plastica stampata in 3D. Una sonda di silicio è montata su micro-unità, pulita e rivestita con la tintura. Un primo intervento chirurgico viene eseguito per correggere il cappello sul cranio di un mouse. Piccoli punti di riferimento sono fabbricati e attaccate alla cintura di un tapis roulant. Il mouse è addestrato per eseguire testa-fisso sul tapis roulant. Un secondo intervento chirurgico viene eseguito per impiantare la sonda di silicio nell’ippocampo, seguendo quali segnali elettrofisiologici a banda larga sono registrati. Infine, la sonda di silicio è recuperata e pulita per il riutilizzo. L’analisi dell’attività delle cellule posto in tapis roulant rivela una diversità di meccanismi di campo, delineando il beneficio dell’approccio.
Introduction
Punte in silicio presentano diversi vantaggi per registrazioni elettrofisiologiche, compreso il fatto che essi sono progettati con profili taglienti, riducendo al minimo il danno tissutale e che essi presentano un layout preciso di densamente registrazione siti1, 2,3,4. Essi sono utilizzati per studiare i vari sistemi in specie differenti, compreso gli esseri umani3,5,6, con diversi approcci1,7. Ancora, il loro uso ricorrente è ancora relativamente limitato a causa del loro costo, fragilità e il fatto che i metodi utili per gli esperimenti cronici mancano8. Gli avanzamenti recenti nella tecnologia di stampa 3D hanno reso possibile la progettazione personalizzata di dispositivi come micro-Drive e testa-piastre per consentire una più facile gestione di questi elettrodi delicati. In una prima fase, descriveremo come costruire e utilizzare un insieme di strumenti che abbiamo sviluppato per l’impianto di silicone cronica sonde14.
Mentre le cellule di posizione sono in genere studiate usando gli animali liberi di muoversi in esecuzione in labirinti, recentemente essi sono stati studiati anche in ambienti virtuali15 e tapis roulant apparatii9 (Figura 1A). Questi metodi sperimentali offrono il vantaggio che gli animali possono essere testa-trattenuto, rendendo l’uso di microscopio 2 fotoni15, patch-clamp16e optrode9,10,11 tecniche più facile, oltre a fornire maggiore controllo sul comportamento animale e stimoli ambientali12. In una seconda fase, vi presentiamo le procedure per la formazione di topi e registrare l’attività delle cellule di posto in un apparato di tapis roulant.
Protocol
Representative Results
Discussion
Registrazione cronica dell’attività neuronale è fondamentale per comprendere i processi neurali quali campi posto hippocampal. Il nostro approccio per eseguire cronica silicio sonda implantantation si distingue da altri metodi7,18,19,20 dal fatto che è relativamente semplice recuperare il pacchetto di elettrodo a alla fine dell’esperimento. Mentre le cellule posto in genere vengono studiate …
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo lavoro è stato supportato da Korea Institute of Science e tecnologia programma istituzionale (n. progetti 2E26190 e 2E26170) e la 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
- Schjetnan, A. G., Luczak, A. Recording large-scale neuronal ensembles with silicon probes in the anesthetized rat. J Vis Exp. (56), (2011).
- Buzsaki, G. Large-scale recording of neuronal ensembles. Nat Neurosci. 7 (5), 446-451 (2004).
- 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).
- Csicsvari, J., et al. Massively parallel recording of unit and local field potentials with silicon-based electrodes. J Neurophysiol. 90 (2), 1314-1323 (2003).
- Hochberg, L. R., et al. Neuronal ensemble control of prosthetic devices by a human with tetraplegia. Nature. 442 (7099), 164-171 (2006).
- 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).
- Vandecasteele, M., et al. Large-scale recording of neurons by movable silicon probes in behaving rodents. J Vis Exp. (61), e3568 (2012).
- Kipke, D. R., et al. Advanced neurotechnologies for chronic neural interfaces: new horizons and clinical opportunities. J Neurosci. 28 (46), 11830-11838 (2008).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Lewicki, M. S. A review of methods for spike sorting: the detection and classification of neural action potentials. Network. 9 (4), R53-R78 (1998).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Ziv, Y., et al. Long-term dynamics of CA1 hippocampal place codes. Nat Neurosci. 16 (3), 264-266 (2013).
- Danielson, N. B., et al. Distinct Contribution of Adult-Born Hippocampal Granule Cells to Context Encoding. Neuron. 90 (1), 101-112 (2016).
- 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).
- 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).
