自由に泳ぐ魚における可動テトロデスによるニューロンの無線電気生理学的記録

魚は脊椎動物の最大かつ最も多様なグループであり、他の脊椎動物と同様に、ナビゲート、社交、睡眠、狩猟などの複雑な認知能力を示しています。それにもかかわらず、魚の挙動を支配する神経機構は、ほとんどの部分が未知のままである。

過去数十年間、固定化された魚からの細胞外記録は、主に^行動1、2の神経基盤の異なる側面を調査するために実施されてきた。この技術は一部の感覚系に適しているが、固定化動物では不可能でない場合には神経行動の全スペクトルの調査は困難である。最初の進歩は、つながれた水泳^魚3、4のモートナー細胞からの記録に関与した。しかし、Mauthner細胞は不均衡に大きく、記録された作用電位振幅は、数mVと同じくらい高く行くことができ、記録を容易にする。その後、Canfieldら、^魚5のテレンセファロンから記録するためにテザー動物を使用する際の概念実証について説明した。魚からの神経活動を記録するためのもう一つの最近の技術は、カルシウムイメージングです(オルガーとデポラビエ^ハ6によるレビューを参照してください、およびVanwalleghem^ら7)。この技術は、皮膚と頭蓋骨が幼虫の段階で透明であるため、ゼブラフィッシュ幼虫で使用するために開発されました。ただし、この手法を使用して、開発の後の段階で複雑な動作を学習することはできません。

ここでは、自由に泳ぐ魚の脳から細胞外神経活動を記録する新しい技術を提示する。これは、Vinepinsky et al.⁸で説明されているプロトコルの修正バージョンです。主な革新は外科後の電極の位置を制御することを可能にするマイクロドライブの付加である。この技術は、マイクロドライブを介してニューラルデータロガーに接続されたテトロデスのセットを使用して、金魚の脳波から記録するために設計されています。全体のセットアップはワイヤレスで、魚の頭蓋骨に固定されています。システムの特定の重量は魚が自由に泳ぐことを可能にする小さい浮遊物を加えることによって水特有の重量に等しくなされる。

この手法は、信号をオンボード メモリ デバイスで増幅、デジタル化、および格納するニューラル データ ロガーの使用に基づいています。ロガー テレメトリ システムは、録画の開始と停止、およびビデオ カメラとの同期に使用されます。このプロトコルでは、マイクロドライブと一緒に防水ボックスに埋め込まれた16チャンネルニューラルロガーが使用されます。

マイクロドライブ・アセンブリーは、マイクロドライブ自体とマイクロドライブ・ハウジング (図 1A,B)の 2 つの主要コンポーネントから製造されます。ハウジングはマイクロドライブとテトロデスを保持し、頭蓋骨とロガーボックスの間のアンカーとしても機能します(図1C)。PVCロガーボックスは機械プロセスを使用して製造され、Oリングを使用して密封されています(図1E-G、補足図1、補足図2、補足図3(3D)図も参照)。一方の端で、インプラントの重量を補償し、浮力中性インプラントを魚に提供するために、ポリスチレンフォームの一部がロガーボックスに取り付けられています。プロトコルに記載されたマイクロドライブの構築は、Vandecasteele^ら9によって提示された手順に従い、マイクロドライブをハウジングに取り付ける変更を伴う(図1A)。すべての主要な手順が表示されます。

魚の頭蓋骨を調製するためのプロトコルに記載された手順は、Vinepinsky et^{al. 8}に提示されたものと同様であり、プロトコルで簡単に説明される。手術の翌日、魚は通常麻酔の効果から完全に回復し、行動実験の準備ができています。テトロードの位置は、マイクロドライブのネジを回すことによって調整できることに注意してください。ねじの全回転あたり300μmの間隔があり、目標の脳位置に達するまで75μmの進歩が推奨される。適切な脳アトラスは、対象の特定の脳領域をターゲットに相談する必要があります。魚がバッテリーまたはメモリカードの交換のために麻酔されるたびに電極インピーダンスをテストすることをお勧めします。