Implantering av kronisk Silicon sonder og opptak av hippocampus sted celler i et beriket tredemølle apparat
Summary
Vi beskriver forskjellige trinnene til implantatet kronisk silisium sonder og registrere sted celler i mus som topp-fast på en stikkordet-beriket tredemølle apparater.
Abstract
En viktig forutsetning for å forstå hjernefunksjon er identifikasjonen av atferd og celle aktivitet samsvarer. Silisium sonder er avanserte elektroder for store elektrofysiologiske opptak neuronal aktivitet, men deres kronisk implantasjon prosedyrer er fortsatt underutviklet. Aktiviteten til hippocampus sted celler er kjent for å korrelere med et dyrs posisjon i miljøet, men de underliggende mekanismene er fortsatt uklart. For å undersøke stedet celler, beskriver her vi et sett av teknikker som spenner fra fabrikasjon av enheter for kronisk silisium sonde implantater til overvåking av sted-feltet aktivitet i en kø-beriket tredemølle apparater. En mikro-stasjon og en lue bygges ved montering og festing sammen 3D-trykt plastdeler. En silisium-sonde er montert på mikro-stasjonen, renset og belagt med fargestoff. En første operasjon utføres for å rette hatten på skallen med musen. Liten landemerker er fabrikkert og knyttet til beltet av en tredemølle. Musen er opplært til å kjøre hodet-fast på tredemølle. En andre kirurgi utføres for å implantatet silisium sonden prefiks, etter hvilke bredbånd elektrofysiologiske signaler er registrert. Endelig er silisium sonden gjenvunnet og renset for gjenbruk. Analyse av sted celle aktivitet i tredemøllen avslører et mangfold av sted-feltet mekanismer, skisserte fordelen av tilnærming.
Introduction
Silisium sonder presentere flere fordeler elektrofysiologiske opptak, inkludert det faktum at de er utformet med skarpe profiler minimere skade på vev og som de presenterer en presis utformingen av tett pakket opptak nettsteder1, 2,3,4. De brukes til å studere ulike systemer i ulike arter, inkludert mennesker3,5,6, med ulike tilnærminger1,7. Likevel er tilbakevendende bruken fortsatt relativt begrenset på grunn av deres kostnader, skjørhet og det faktum at praktiske metoder for kronisk eksperimenter mangler8. Nylige fremskritt innen 3D trykking teknologien har gjort mulig tilpasset utforming av enheter som mikro-stasjoner og hodet-plater tillate en enklere håndtering av disse delikate elektroder. I et første skritt, vil vi beskrive hvordan du bygger og bruke et sett med verktøy som vi har utviklet for implantering av kronisk silisium sonder14.
Mens sted cellene behandles vanligvis bruke fritt flytte dyr kjører i labyrinter, var nylig de også undersøkt i virtuelle miljøer15 og tredemølle apparatii9 (figur 1A). Disse eksperimentelle metoder tilbyr fordelen at dyr kan hodet-dempes, gjør bruk av 2-fotonet mikroskop15, patch-klemme16og optrode9,10,11 teknikker enklere, i tillegg til å tilby forbedret kontroll på dyr atferd og miljømessig stikkordene12. Under det andre trinnet, vil vi presentere prosedyrer for trening mus og innspillingen sted celle aktivitet i en tredemølle apparater.
Protocol
Representative Results
Discussion
Kronisk opptak av neuronal aktivitet er avgjørende for å forstå nevrale prosesser for eksempel hippocampus sted. Vår tilnærming til utføre kronisk silisium sonde implantantation skiller seg fra andre metoder7,18,19,20 av det faktum at det er relativt enkelt å gjenopprette elektrode pakken på slutten av eksperimentet. Mens sted cellene behandles vanligvis fritt flytte forhold, tredemøll…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbeidet ble støttet av Korea-instituttet for vitenskap og teknologi institusjonelle Program (prosjekter nr. 2E26190 og 2E26170) og menneskelige Frontier Science programmet (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).
