स्वतंत्र रूप से चलने वाले चूहों में मल्टीचैनल एक्स्ट्रासेल्युलर रिकॉर्डिंग
Summary
प्रोटोकॉल मोटर कॉर्टेक्स (एमसी) में बाह्य रिकॉर्डिंग की पद्धति का वर्णन करता है ताकि स्वतंत्र रूप से चलने वाले जागरूक चूहों में बाह्य इलेक्ट्रोफिजियोलॉजिकल गुणों को प्रकट किया जा सके, साथ ही स्थानीय क्षेत्र क्षमता (एलएफपी) और स्पाइक्स के डेटा विश्लेषण को प्रकट किया जा सके, जो रुचि के नेटवर्क तंत्रिका गतिविधि अंतर्निहित व्यवहार के मूल्यांकन के लिए उपयोगी है।
Abstract
प्रोटोकॉल का उद्देश्य सहज और / या विशिष्ट व्यवहार के साथ इलेक्ट्रोफिजियोलॉजिकल संकेतों को सहसंबंधित करके विशिष्ट कार्यों को करने वाले चूहों में न्यूरोनल फायरिंग और नेटवर्क लोकल फील्ड पोटेंशियल (एलएफपी) के गुणों को उजागर करना है। यह तकनीक इन व्यवहारों को अंतर्निहित न्यूरोनल नेटवर्क गतिविधि का अध्ययन करने में एक मूल्यवान उपकरण का प्रतिनिधित्व करती है। लेख मुक्त रूप से चलने वाले जागरूक चूहों में इलेक्ट्रोड आरोपण और परिणामस्वरूप बाह्य रिकॉर्डिंग के लिए एक विस्तृत और पूर्ण प्रक्रिया प्रदान करता है। अध्ययन में माइक्रोइलेक्ट्रोड सरणियों को प्रत्यारोपित करने, मल्टीचैनल सिस्टम का उपयोग करके मोटर कॉर्टेक्स (एमसी) में एलएफपी और न्यूरोनल स्पाइकिंग संकेतों को कैप्चर करने और बाद में ऑफ़लाइन डेटा विश्लेषण के लिए एक विस्तृत विधि शामिल है। जागरूक जानवरों में मल्टीचैनल रिकॉर्डिंग का लाभ यह है कि स्पाइकिंग न्यूरॉन्स और न्यूरोनल उपप्रकारों की एक बड़ी संख्या प्राप्त और तुलना की जा सकती है, जो एक विशिष्ट व्यवहार और संबंधित इलेक्ट्रोफिजियोलॉजिकल संकेतों के बीच संबंधों के मूल्यांकन की अनुमति देता है। विशेष रूप से, मल्टीचैनल बाह्य कोशिकीय रिकॉर्डिंग तकनीक और वर्तमान अध्ययन में वर्णित डेटा विश्लेषण प्रक्रिया को चूहों के व्यवहार में प्रयोगों का संचालन करते समय अन्य मस्तिष्क क्षेत्रों पर लागू किया जा सकता है।
Introduction
स्थानीय क्षेत्र क्षमता (एलएफपी), बाह्य संकेतों का एक महत्वपूर्ण घटक, न्यूरॉन्स की बड़ी आबादी की सिनैप्टिक गतिविधि को दर्शाता है, जो कईव्यवहारों के लिए तंत्रिका कोड बनाता है। न्यूरोनल गतिविधि द्वारा उत्पन्न स्पाइक्स को एलएफपी में योगदान करने के लिए माना जाता है और तंत्रिका कोडिंग2 के लिए महत्वपूर्ण हैं। स्पाइक्स और एलएफपी में परिवर्तन कई मस्तिष्क रोगों, जैसे अल्जाइमर रोग, साथ ही भय आदि जैसी भावनाओं को मध्यस्थ करने के लिए साबित हुए हैं। यह ध्यान देने योग्य है कि कई अध्ययनों ने इस बात पर प्रकाश डाला है कि स्पाइकगतिविधि जानवरों में जागृत और एनेस्थेटाइज्ड अवस्थाओं के बीच काफी भिन्न होती है। यद्यपि एनेस्थेटाइज्ड जानवरों में रिकॉर्डिंग अत्यधिक परिभाषित कॉर्टिकल सिंक्रनाइज़ेशन राज्यों में न्यूनतम कलाकृतियों के साथ एलएफपी का आकलन करने का अवसर प्रदान करती है, लेकिन परिणाम जागृत विषयों 6,7,8 में पाए जाने वाले परिणामों से कुछ हद तक भिन्न होते हैं। इस प्रकार, मस्तिष्क में प्रत्यारोपित इलेक्ट्रोड का उपयोग करके जागृत मस्तिष्क अवस्था में विभिन्न रोगों में लंबे समय के पैमाने और बड़े स्थानिक तराजू पर तंत्रिका गतिविधि का पता लगाना अधिक सार्थक है। यह पांडुलिपि शुरुआती लोगों के लिए माइक्रो-ड्राइव सिस्टम बनाने के बारे में जानकारी प्रदान करती है और रिकॉर्डिंग और विश्लेषण शुरू करने के लिए तेज और सीधे तरीके से स्पाइक और एलएफपी संकेतों की गणना के लिए सामान्य सॉफ्टवेयर का उपयोग करके पैरामीटर सेट करती है।
यद्यपि मस्तिष्क के कार्यों की गैर-इनवेसिव रिकॉर्डिंग, जैसे कि खोपड़ी से दर्ज इलेक्ट्रोएन्सेफलोग्राम (ईईजी) और घटना-संबंधी क्षमता (ईआरपी) का उपयोग करके, मानव और कृंतक अध्ययनों में बड़े पैमाने पर उपयोग किया गया है, ईईजी और ईआरपी डेटा में कम स्थानिक और अस्थायी गुण हैं और इस प्रकार, एक विशिष्टमस्तिष्क क्षेत्र के भीतर आस-पास के डेंड्राइटिक सिनैप्टिक गतिविधि द्वारा उत्पादित सटीक संकेतों का पता नहीं लगाया जा सकता है।. वर्तमान में, जागरूक जानवरों में मल्टीचैनल रिकॉर्डिंग का लाभ उठाकर, मस्तिष्क की गहरी परतों में तंत्रिका गतिविधि को कई व्यवहार परीक्षणों के दौरान प्राइमेट्स या कृन्तकों के दिमाग में एक माइक्रो-ड्राइव सिस्टम प्रत्यारोपित करके क्रोनिक और उत्तरोत्तर दर्ज किया जा सकता है 1,2,3,4,5,6,7,8,9 . संक्षेप में, शोधकर्ता एक माइक्रो-ड्राइव सिस्टम का निर्माण कर सकते हैं जिसकाउपयोग मस्तिष्क के विभिन्न हिस्सों को लक्षित करने के लिए इलेक्ट्रोड या टेट्रोड्स की स्वतंत्र स्थिति के लिए किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, चांग एट अल ने एक हल्के और कॉम्पैक्ट माइक्रो-ड्राइव12 को इकट्ठा करके चूहों में स्पाइक्स और एलएफपी रिकॉर्ड करने की तकनीकों का वर्णन किया। इसके अलावा, कस्टम-निर्मित सहायक घटकों के साथ माइक्रो-मशीनसिलिकॉन जांच व्यावसायिक रूप सेव्यवहार कार्यों के दौरान कृन्तकों में कई एकल न्यूरॉन्स और एलएफपी को रिकॉर्ड करने के लिए उपलब्ध हैं। यद्यपि माइक्रो-ड्राइव सिस्टम को इकट्ठा करने के लिए विभिन्न डिजाइनों का उपयोग किया गया है, फिर भी पूरे माइक्रो-ड्राइव सिस्टम की जटिलता और वजन के मामले में इन्हें सीमित सफलता मिली है। उदाहरण के लिए, लैंसिंक एट अल ने एकल मस्तिष्क क्षेत्र14 से रिकॉर्डिंग के लिए एक जटिल संरचना के साथ एक मल्टीचैनल माइक्रो-ड्राइव सिस्टम दिखाया। सातो एट अल ने एक मल्टीचैनल माइक्रो-ड्राइव सिस्टम की सूचना दी जो एक स्वचालित हाइड्रोलिक पोजिशनिंग फ़ंक्शन15 प्रदर्शित करता है। इन माइक्रो-ड्राइव सिस्टम के मुख्य नुकसान यह है कि वे चूहों के लिए स्वतंत्र रूप से स्थानांतरित करने के लिए बहुत भारी हैं और शुरुआती लोगों के लिए इकट्ठा करना मुश्किल है। यद्यपि मल्टीचैनल एक्स्ट्रासेल्युलर रिकॉर्डिंग को व्यवहार परीक्षणों के दौरान तंत्रिका गतिविधि को मापने के लिए एक उपयुक्त और कुशल तकनीक के रूप में दिखाया गया है, लेकिन शुरुआती लोगों के लिए जटिल माइक्रो-ड्राइव सिस्टम द्वारा प्राप्त संकेतों को रिकॉर्ड करना और विश्लेषण करना आसान नहीं है। यह देखते हुए कि मल्टीचैनल एक्स्ट्रासेल्युलर रिकॉर्डिंग की पूरी ऑपरेशन प्रक्रिया को प्राप्त करना मुश्किल है और डेटा विश्लेषण स्वतंत्र रूप से चलने वाले चूहों16,17 में शुरू किया गया है, यह वर्तमान लेख आमतौर पर उपलब्ध घटकों और सेटिंग्स का उपयोग करके माइक्रो-ड्राइव सिस्टम बनाने की विस्तृत प्रक्रिया को पेश करने के लिए सरलीकृत दिशानिर्देश प्रस्तुत करता है; स्पाइक और एलएफपी संकेतों को तेज और सीधे तरीके से गणना करने के लिए सामान्य सॉफ्टवेयर में पैरामीटर भी प्रदान किए जाते हैं। इसके अतिरिक्त, इस प्रोटोकॉल में, माउस हीलियम गुब्बारे के उपयोग के कारण स्वतंत्र रूप से आगे बढ़ सकता है, जो हेडस्टेज और माइक्रो-ड्राइव सिस्टम के वजन को कम करने में योगदान देता है। आम तौर पर, वर्तमान अध्ययन में, हम वर्णन करते हैं कि आसानी से माइक्रो-ड्राइव सिस्टम का निर्माण कैसे करें और रिकॉर्डिंग और डेटा विश्लेषण की प्रक्रियाओं को अनुकूलित करें।
Protocol
Representative Results
Discussion
फ्री-मूविंग चूहों में मल्टीचैनल रिकॉर्डिंग को तंत्रिका विज्ञान के अध्ययन में एक उपयोगी तकनीक माना गया है, लेकिन शुरुआती लोगों के लिए संकेतों को रिकॉर्ड करना और विश्लेषण करना अभी भी काफी चुनौतीपूर्ण ?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस काम को चीन के राष्ट्रीय प्राकृतिक विज्ञान फाउंडेशन (31871170, 32170950 और 31970915), गुआंग्डोंग प्रांत के प्राकृतिक विज्ञान फाउंडेशन (2021 ए 1515010804 और 2023 ए 1515010899), गुआंग्डोंग प्राकृतिक विज्ञान फाउंडेशन फॉर मेजर कल्टीवेशन प्रोजेक्ट (2018बी030336001) और गुआंग्डोंग ग्रांट: मस्तिष्क विकारों के उपचार के लिए प्रमुख प्रौद्योगिकियों (2018 बी030303001) से अनुदान द्वारा समर्थित किया गया था।
Materials
| 2.54 mm pin header | YOUXIN Electronic Co., Ltd. | 1 x 5 | Applying for the movable micro-drive which can slide on its stulls. |
| Adobe Illustrator CC 2017 | Adobe | N/A | To optimize images from GraphPad. |
| BlackRock Microsystems | Blackrock Neurotech | Cerebus | This systems includes headsatge, DA convert, amplifier and computer. |
| Brass nut | Dongguan Gaosi Technology Co., Ltd. | M0.8 brass nut | The nut fixes the position of screw. |
| Brass screw | Dongguan Gaosi Technology Co., Ltd. | M0.8 x 11 mm brass screw | A screw that hold the movable micro-drive. |
| C57BL/6J | Guangdong Zhiyuan Biomedical Technology Co., LTD. | N/A | 12 weeks of age. |
| Centrifuge tube | Biosharp | 15 mL; BS-150-M | To store mice brain with sucrose sulutions. |
| Conducting paint | Structure Probe, Inc. | 7440-22-4 | To improve the lead-connecting quality between connector pins and Ni-wires. |
| Conductive copper foil tape | 3M | 1181 | To reduce interferenc. |
| Connector | YOUXIN Electronic Co., Ltd. | 2 x 10P | To connect the headtage to micro-drive system. |
| DC Power supply | Maisheng | MS-305D | A power device for electrolytic lesion. |
| Dental cement | Shanghai New Century Dental Materials Co., Ltd. | N/A | To fix the electrode arrays on mouse's skull after finishing the implantation. |
| Digital analog converter | Blackrock | 128-Channel | A device that converts digital data into analog signals. |
| Epoxy resin | Alteco | N/A | To cover pins. |
| Excel | Microsoft | N/A | To summarize data after analysis. |
| Eye scissors | JiangXi YuYuan Medical Equipment Co.,Ltd. | N/A | For surgery or cutting the Ni-chrome wire. |
| Fine forceps | JiangXi YuYuan Medical Equipment Co.,Ltd. | N/A | For surgery. |
| Forceps | JiangXi YuYuan Medical Equipment Co.,Ltd. | N/A | For surgery or assembling the mirco-drive system. |
| Freezing microtome | Leica | CM3050 S | Cut the mouse’s brain into slices |
| Fused silica capillary tubing | Zhengzhou INNOSEP Scientific Co., Ltd. | TSP050125 | To serve as the guide tubes for Ni-chrome wires. |
| Glass microelectrode | Sutter Instrument Company | BF100-50-10 | To mark the desired locations for implantation using the filled ink. |
| GraphPad Prism 7 | GraphPad Software | N/A | To analyze and visualize the results. |
| Guide-tube | Polymicro technologies | 1068150020 | To load Ni-chrome wires. |
| Headstage | Blackrock | N/A | A tool of transmitting signals. |
| Helium balloon | Yili Festive products Co., Ltd. | 24 inch | To offset the weight of headstage and micro-drive system. |
| Ink | Sailor Pen Co.,LTD. | 13-2001 | To mark the desired locations for implantation. |
| Iodine tincture | Guangdong Hengjian Pharmaceutical Co., Ltd. | N/A | To disinfect mouse's scalp. |
| Lincomycin in Hydrochloride and Lidocaine hydrochloride gel | Hubei kangzheng pharmaceutical co., ltd. | 10g | A drug used to reduce inflammation. |
| Meloxicam | Vicki Biotechnology Co., Ltd. | 71125-38-7 | To reduce postoperative pain in mice. |
| Micromanipulators | Scientifica | Scientifica IVM Triple | For electrode arrays implantation. |
| Microscope | Nikon | ECLIPSE Ni-E | Capture the images of brain sections |
| nanoZ impedance tester | Plexon | nanoZ | To measure impedance or performing electrode impedance spectroscopy (EIS) for multichannel microelectrode arrays. |
| NeuroExplorer | Plexon | NeuroExplorer | A tool for analyzing the electrophysiological data. |
| NeuroExplorer | Plexon, USA | N/A | A software. |
| Ni-chrome wire | California Fine Wire Co. | M472490 | 35 μm Ni-chrome wire. |
| Offline Sorter | Plexon | Offline Sorter | A tool for sorting the recorded multi-units. |
| PCB board | Hangzhou Jiepei Information Technology Co., Ltd. | N/A | Computer designed board. |
| Pentobarbital | Sigma | P3761 | To anesthetize mice. |
| Pentobarbital sodium | Sigma | 57-33-0 | To anesthetize the mouse. |
| Peristaltic pump | Longer | BT100-1F | A device used for perfusion |
| Polyformaldehyde | Sangon Biotech | A500684-0500 | The main component of fixative solution for fixation of mouse brains |
| PtCl4 | Tianjin Jinbolan Fine Chemical Co., Ltd. | 13454-96-1 | Preparation for gold plating liquid. |
| Saline | Guangdong Hengjian Pharmaceutical Co., Ltd. | N/A | To clean the mouse's skull. |
| Silver wire | Suzhou Xinye Electronics Co., Ltd. | 2 mm diameter | Applying for ground and reference electrodes. |
| Skull drill | RWD Life Science | 78001 | To drill carefully two small holes on mouse's skull. |
| Stainless steel screws | YOUXIN Electronic Co., Ltd. | M0.8 x 2 | To protect the micro-drive system and link the ground and reference electrodes. |
| Stereotaxic apparatus | RWD Life Science | 68513 | To perform the stereotaxic coordinates of bilateral motor cortex. |
| Sucrose | Damao | 57-50-1 | To dehydrate the mouse brains after perfusion. |
| Super glue | Henkel AG & Co. | PSK5C | To fix the guide tube and Ni-chrome wire. |
| Temperature controller | Harvard Apparatus | TCAT-2 | To maintain mouse's rectal temperature at 37°C |
| Tetracycline eye ointment | Guangdong Hengjian Pharmaceutical Co., Ltd. | N/A | To protect the mouse's eyes during surgery. |
| Thread | Rapala | N/A | To link ballon and headstage. |
| Vaseline | Unilever plc | N/A | To cover the gap between electrode arrays and mouse's skull. |
Referências
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