A gran escala de grabación de las neuronas por medio de sondas de silicio móviles en comportarse roedores
Summary
Se describen métodos para la gran escala de grabación de múltiples unidades individuales y potencial del campo local en comportando los roedores con sondas de silicio. Unidad de fabricación, el apego de la sonda a la unidad y los procesos de implantación de la sonda se ilustran con suficiente detalle para facilitar la réplica.
Abstract
Un reto importante de la neurociencia es la vinculación de la conducta de la actividad colectiva de asambleas neuronales. Comprensión de las relaciones de insumo-producto de las neuronas y los circuitos requiere de métodos con la selectividad espacial y resolución temporal adecuada para el análisis mecanicista de los conjuntos neuronales en la conducta animal, es decir, la grabación de muestras representativa grandes de neuronas individuales aislados. Monitoreo conjunto de la actividad neuronal ha progresado notablemente en la última década en los animales pequeños y grandes cerebros, incluyendo seres humanos 1-11. De múltiples sitios de grabación con dispositivos basados en silicio son particularmente eficaces debido a su escalabilidad, de pequeño volumen y el diseño geométrico.
Aquí se describen los métodos para el registro de múltiples neuronas individuales y los potenciales de campo local en comportando los roedores, utilizando comercialmente disponibles de micro-mecanizado sondas de silicio con componentes accesorios hechos a medida. Hay dos opciones básicas fo la interconexión de las sondas de silicio a previos: placas de circuitos impresos y cables flexibles. Empresas proveedoras de la sonda ( http://www.neuronexustech.com/ ; http://www.sbmicrosystems.com/ ; http://www.acreo.se/ ) suelen proporcionar el servicio de enlace y entregar las sondas unidas a las placas de circuitos impresos o cables flexibles. Aquí, se describe la implantación de un vástago 4-, 32-sitio sonda conectada al cable flexible de poliimida, y montado sobre un microdrive movible. Cada paso de la preparación de la sonda, la construcción microdrive y la cirugía se ilustra de modo que el usuario final puede fácilmente replicar el proceso.
Protocol
Discussion
Esta película muestra el proceso de implantación de las sondas de silicio para la crónica a gran escala las grabaciones en la rata se comporta. Los pasos críticos para garantizar la calidad de grabación de la actividad neuronal se derivan de la fragilidad de tanto biológicas (tejido cerebral) y material técnico de silicio (la sonda). Especial cuidado se debe tomar durante la manipulación de la sonda para evitar cualquier contacto de rejones con cualquier remota "duro" de la superficie (por ejemplo, los…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Marie Curie de salida de Becas (FP/2007-2013 Unión Europea acuerdos de subvención # 221834 y 254780), JD McDonnell Foundation, NSF Grant SBE 0542013, los Institutos Nacionales de Salud Grant NS034994, Instituto Nacional de Salud Mental Grant MH5467 y el Instituto Médico Howard Hughes (Granja Janelia de Investigación del Campus de subvención).
Materials
| Name | Type | Company | Catalog Number | Comments |
| Silicon probe Buzsaki32, 4 shanks x 8 sites. Packaging: flexible polyamide cable | Material | NeuroNexus | Probe: buzsaki32 Packaging: HC32 |
Recording probe |
| Round Brass Screw, 00-90 x 1/2 Round Brass Screws | Material | JIMorris | R0090B500 | Drive part |
| Brass Hex Nut, 00-90 | Material | JIMorris | N0090B | Drive part |
| Brass C260 Strip, ASTM-B36 Thickness: 0.025″, Length: 12″, Width: 1/2″ |
Material | Small Parts | B000FMYU72 | Drive part |
| Connector Header, pitch 2mm, male, single row, straigt, 36 positions | Material | Digikey | 2163S-36-ND | Drive part |
| 2-part Sylgard silicon Elastomer | Material | World Precision Instruments | SYLG184 | To extra-insulate the probe |
| Decon Contrad 70 Liquid Detergent | Reagent | Fisher Scientific | 04-355 Decon Laboratories No.:1002 |
To clean the recording sites |
| Impedance Conditioning Module | Equipment | FHC Inc. | 55-70-0 | Impedance meter |
| niPOD – 32 channels | Equipment | Neuronexus | niPOD -32 | Impedance meter |
| Grip Cement Industrial Grade | Material | Caulk Dentsply | 675571 (powder) 675572 (solvent) |
Grip cement |
| 1,1′-dioctadecyl-3,3,3′,3′-tetramethylindocarbocyanine perchlorate (‘DiI’; DiIC18(3)) | Reagent | Invitrogen | D282 | To stain the probe track in the brain |
| Stainless Steel Machine Screw, Binding Head, Slotted Drive, #00-90, 1/8″ | Material | Small Parts | MX-0090-02B | Ground and reference screws |
| Magnet wire, 20G, nylon-polyurethane coating, MW80 | Material | Small Parts | B000IJYRP2 | Ground and reference wire |
| Stainless Steel Machine Screw, Binding Head Slotted Drive, #000-120, 1/16″ | Material | Small Parts | MX-000120-01B | Anchor screws |
| N-3 All purpose Flux Liquid | Reagent | La-Co (Markal) | 23512 | Allows to solder stainless-steel |
| MicroGrid Precision Expanded Copper | Material | Dexmet | 3 CU6-050 FA | Copper mesh for on-head Faraday cage |
| C&B-METABOND Quick! Cement System – Dentin Activator | Material | Parkell | S380 | |
| C&B-METABOND Quick! Cement System – Dental cement | Material | Parkell | S380 | |
| Sharp point tungsten needle and holder | Tool | Roboz Surgical instruments | RS-6064 and RS-6061 | To make the hook to lift the dura |
| Carbide Bur HP 1/4 | Tool | Henry Schein | 9990013 | |
| Paraffin (Granules) | Material | Fisher Scientific | P31-500 | |
| Mineral Oil, Light (NF/FCC) | Material | Fisher Scientific | O121-1 | |
| GC ELECTRONICS 10-114 2-Part Epoxy Adhesive | Material | Newark | 00Z416 | |
| Type 1 LITZ 21 AWG 40/36 Red Single Polyurethane-Nylon (MW80-C) TO 0.041″+/-0.002″ OD | Material | New England Wire Technologies Corporation | N28-36E-400-2 | To make the cable between the headstage and the amplifier |
| 32-channel Very Large Scale Integration headstage, 20x gain | Equipment | Plexon | HST/32V-G20 | Headstage |
References
- Buzsáki, G. High-frequency network oscillation in the hippocampus. Science. 256, 1025-1027 (1992).
- Wilson, M. A., McNaughton, B. L. Dynamics of the hippocampal ensemble code for space. Science. 261, 1055-1058 (1993).
- Buzsáki, G. Large-scale recording of neuronal ensembles. Nat. Neurosci. 7, 446-451 (2004).
- Buzsáki, G. Visualizing Large-Scale Patterns of Activity in the Brain: Optical and Electrical Signals. Society for Neuroscience. , (2004).
- Nicolelis, M. A. L. . Methods for Neural Ensemble Recordings. , (2008).
- Hatsopoulos, N. G., Donoghue, J. P. The science of neural interface systems. Annu. Rev. Neurosci. 32, 249-266 (2009).
- Battaglia, F. P. The Lantern: an ultra-light micro-drive for multi-tetrode recordings in mice and other small animals. J. Neurosci. Methods. 178, 291-300 (2009).
- Kloosterman, F., Davidson, T. J. Micro-drive Array for Chronic in vivo Recording: Drive Fabrication. J. Vis. Exp. 26, e1094-e1094 (2009).
- Nguyen, D. P., Layton, S. P. Micro-drive Array for Chronic in vivo Recording: Tetrode Assembly. J. Vis. Exp. (26), e1098-e1098 (2009).
- Haiss, F., Butovas, S., Schwarz, C. A miniaturized chronic microelectrode drive for awake behaving head restrained mice and rats. J. Neurosci. Methods. 187, 67-72 (2010).
- Cerf, M. On-line, voluntary control of human temporal lobe neurons. Nature. 467, 1104-1108 (2010).
- Kohn, D. F. Anesthesia and Analgesia in Laboratory Animals. American College of Laboratory Animal Medicine. series, (1997).
- Schjetnan, A. G. P., Luczak, A. Recording Large-scale Neuronal Ensembles with Silicon Probes in the Anesthetized Rat. J. Vis. Exp. (56), e3282-e3282 (2011).
- Paxinos, G., Watson, C. The Rat Brain. Stereotaxic Coordinates. , (1982).
- Harris, K. D. Accuracy of tetrode spike separation as determined by simultaneous intracellular and extracellular measurements. J. Neurophysiol. 84, 401-414 (2000).
- Hazan, L., Zugaro, M., Buzsáki, G. Klusters, NeuroScope, NDManager: a Free Software Suite for Neurophysiological Data Processing and Visualization. J. Neurosci. Methods. 155, 207-216 (2006).
- Kipke, D. R. Advanced neurotechnologies for chronic neural interfaces: new horizons and clinical opportunities. J. Neurosci. 28, 11830-11838 (2008).
- Csicsvari, J. Massively parallel recording of unit and local field potentials with silicon-based electrodes. J. Neurophysiol. 90, 1314-1323 (2003).
- Sodagar, A. M., Wise, K. D., Najafi, K. A fully integrated mixed-signal neural processor for implantable multichannel cortical recording. IEEE Trans. Biomed. Eng. 54, 1075-1088 (2007).
- O’Connor, D. H., Huber, D., Svoboda, K. Reverse engineering the mouse brain. Nature. 461, 923-929 (2009).
- Boyden, E. S. Millisecond-timescale, genetically targeted optical control of neural activity. Nat. Neurosci. 8, 1263-1268 (2005).
- Zhang, F. Circuit-breakers: optical technologies for probing neural signals and systems. Nat. Rev. Neurosci. 8, 577-581 (2007).
- Royer, S. 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, 2279-2291 (2010).
