Enregistrement électrophysiologique sans fil des neurones par les tetrodes mobiles dans les poissons nageant librement

Les poissons sont le groupe de vertébrés le plus grand et le plus diversifié, et comme les autres vertébrés, ils présentent des capacités cognitives complexes telles que la navigation, la socialisation, le sommeil, la chasse, etc. Néanmoins, les mécanismes neuronaux régissant le comportement des poissons restent pour la plupart inconnus.

Au cours des dernières décennies, les enregistrements extracellulaires de poissons immobilisés ont principalement été mis en œuvre pour étudier différents aspects de la base neuronale du comportement^1,2. Bien que cette technique soit appropriée pour certains systèmes sensoriels, l’étude du spectre complet de la base neuronale du comportement est difficile, voire impossible chez les animaux immobilisés. Les premières avancées ont consisté à enregistrer à partir des cellules Mauthner des poissons nageurs attachés^3,4. Cependant, les cellules Mauthner sont disproportionnellement grandes et les amplitudes potentielles d’action enregistrées, qui peuvent aller aussi haut que quelques mV, facilitent l’enregistrement. Plus tard, Canfield et coll. ont décrit une preuve de concept lors de l’utilisation d’un animal attaché pour enregistrer à partir du téencéphale du poisson⁵. Une autre technique récente pour enregistrer l’activité neuronale des poissons est l’imagerie calcique (voir les commentaires de Orger et de Polavieja⁶, et Vanwalleghem et al.,⁷). Cette technique a été développée pour une utilisation avec des larves de poissons zèbres parce que la peau et le crâne sont transparents pendant le stade larvaire. Cependant, cette technique ne peut pas être utilisée pour étudier des comportements complexes dans les stades ultérieurs du développement.

Ici, nous présentons une nouvelle technique pour enregistrer l’activité neuronale extracellulaire du cerveau des poissons nageant librement. Il s’agit d’une version modifiée du protocole décrit dans Vinepinsky et al.⁸. La principale innovation est l’ajout d’un microdrive qui permet de contrôler la position des électrodes après la chirurgie. La technique est conçue pour l’enregistrement à partir du ténencéphale de poissons rouges à l’aide d’un ensemble de tétrodes qui sont connectés à un enregistreur de données neuronales via un microdrive. L’ensemble de la configuration est sans fil et ancré au crâne du poisson. Le poids spécifique du système est égalisé au poids spécifique à l’eau en ajoutant un petit flotteur qui permet aux poissons de nager librement.

La technique est basée sur l’utilisation d’un enregistreur de données neuronales qui amplifie, numérise et stocke le signal dans un dispositif de mémoire embarqué. Le système de télémétrie des enregistreurs est utilisé pour démarrer et arrêter les enregistrements, et pour la synchronisation avec la caméra vidéo. Dans ce protocole, un enregistreur neuronal de 16 canaux est utilisé, intégré dans une boîte imperméable à l’eau avec le microdrive.

L’assemblage de micropropulsion est fabriqué à partir de deux composants principaux : le microdrive lui-même et le boîtier de micropropulsion (Figure 1A,B). Le boîtier contient le microdrive et les tétrodes, et agit également comme l’ancre entre le crâne et la boîte de bûcherons (Figure 1C). La boîte d’enregistreur en PVC est fabriquée à l’aide d’un procédé machine et est scellée à l’aide d’un anneau O(figure 1E-G, voir aussi La figure supplémentaire 1, la figure 2 supplémentaireet la figure 3 supplémentaire pour un diagramme tridimensionnel [3D]). À une extrémité, un morceau de mousse de polystyrène est fixé à la boîte d’enregistreur pour compenser le poids de l’implant et fournir au poisson un implant neutre en flottabilité. La construction du microdrive décrit dans le protocole suit la procédure présentée par Vandecasteele et al.9 avec une modification pour attacher le microdrive au boîtier (Figure 1A). Toutes les étapes majeures sont présentées.

La procédure décrite dans le protocole pour préparer le crâne de poisson est semblable à celle présentée dans Vinepinsky et autres⁸ et est décrite brièvement dans le protocole. Un jour après la chirurgie, les poissons sont normalement complètement récupérés des effets de l’anesthésie et sont prêts pour les expériences comportementales. Notez que l’emplacement du tétrode peut être ajusté en tournant la vis microdrive. La vis a un espacement de 300 m par rotation complète et un avancement de 75 m est recommandé jusqu’à ce que l’emplacement du cerveau cible soit atteint. Un atlas cérébral approprié devrait être consulté pour cibler la région spécifique du cerveau d’intérêt. Il est conseillé de tester l’entrave à l’électrode chaque fois que le poisson est anesthésié pour le remplacement de la batterie ou de la carte mémoire.