Summary

Implantación de sondas de silicio crónica y grabación de las células Hippocampal del lugar en un aparato de cinta enriquecido

Published: October 11, 2017
doi:

Summary

Describimos los pasos diversas sondas de silicio crónica del implante y registrar lugar células en ratones que son cabeza de funcionamiento fijo en un aparato de cinta enriquecida con cue.

Abstract

Un requisito importante para la comprensión de la función cerebral es la identificación del comportamiento y correlaciona la actividad de la célula. Sondas de silicona son avanzadas electrodos para grabación electrofisiológica a gran escala de la actividad neuronal, pero los procedimientos para su implantación crónica son todavía subdesarrollados. La actividad de las células hippocampal del lugar se sabe que correlacionan con la posición de un animal en el medio ambiente, pero los mecanismos subyacentes no están claros todavía. Para investigar las células de lugar, aquí se describe un conjunto de técnicas que van desde la fabricación de dispositivos para la sonda de silicona crónica implantes para el monitoreo de la actividad de campo lugar en un aparato de cinta enriquecida con cue. Una unidad de micro y un sombrero son construidos por el montaje y sujeción a impreso en 3D las piezas de plástico. Una sonda de silicona es montada en la unidad de micro, limpiada y cubierta con el tinte. Una primera cirugía se realiza para fijar el sombrero sobre el cráneo de un ratón. Pequeños hitos son fabricados y a la banda de una caminadora. El ratón está capacitado para funcionar cabeza fijada en la caminadora. Se realiza una segunda cirugía para implantar la sonda de silicona en el hipocampo, después de que las señales electrofisiológicas banda ancha se registran. Finalmente, la sonda de silicona es recuperada y limpiada para su reutilización. El análisis de la actividad de la célula de lugar en la cinta revela una diversidad de mecanismos de campo, que el beneficio del enfoque.

Introduction

Sondas de silicio presentan varias ventajas para las grabaciones electrofisiológicas, incluido el hecho de que están diseñados con perfiles agudos reduciendo al mínimo daño tisular y que presentan un diseño preciso de densamente grabación sitios1, 2,3,4. Se utilizan para el estudio de diferentes sistemas en diferentes especies, incluyendo seres humanos3,5,6, con diversos enfoques1,7. Sin embargo, su uso recurrente es todavía relativamente limitado debido a su costo, fragilidad y el hecho de que carecen de métodos convenientes para los experimentos crónica8. Los avances recientes en tecnología de impresión 3D han hecho posible el diseño personalizado de dispositivos tales como unidades de micro y las placas de la cabeza para permitir un más fácil manejo de estos delicados electrodos. En un primer paso, se describe cómo crear y utilizar un conjunto de herramientas que hemos desarrollado para la implantación de sondas de silicio crónica14.

Mientras que las células de lugar típicamente se estudian libremente mover animales en laberintos, recientemente ellos también investigaron en entornos virtuales15 y en cinta de correr apparatii9 (figura 1A). Estos métodos experimentales ofrecen la ventaja de que los animales pueden cabeza-restringida, el uso de 2 fotones microscopio15, abrazadera del remiendo16y optrode9,10,11 técnicas más fáciles, además de proporcionar mejor control sobre el comportamiento animal y señales ambientales12. En un segundo paso, vamos a presentar los procedimientos de formación de ratones y grabar la actividad de células de lugar en un aparato de cinta de correr.

Protocol

todos los métodos descritos han sido aprobados por la Comisión de uso del Instituto Coreano de ciencia y tecnología y de cuidado Animal. 1. preparación de la unidad de Micro y electrodo montar la micro unidad. Imprimir las partes de la unidad de micro (control deslizante, cuerpo y shell) 14 usando una impresora 3D de alta resolución. Asegúrese de que las partes tienen ningunos defectos. Fijar el deslizador en el cu…

Representative Results

Un ratón primero fue entrenado para correr en una correa larga de dos metros sin señales (figura 1). Después de la implantación de electrodos, una correa nueva de la misma longitud pero que presentan 3 pares de señales se instaló en la caminadora, para generar allocentric representaciones espaciales12,14. Se registraron señales de banda ancha a una velocidad de muestreo de 30.000 Hz, usando un …

Discussion

Crónica registro de la actividad neuronal es fundamental para entender procesos de los nervios tales como campos de hippocampal del lugar. Nuestro enfoque para realizar implantantation de sonda de silicona crónica se distingue de otros métodos7,18,19,20 por el hecho de que es relativamente simple recuperar el paquete de electrodos en al final del experimento. Mientras que células de lugar t…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Este trabajo fue apoyado por el Instituto Coreano de ciencia y tecnología programa institucional (proyectos Nº 2E26190 y 2E26170) y el programa de ciencia de frontera humana (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).
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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).

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