Mehrkanalige extrazelluläre Aufzeichnung bei frei beweglichen Mäusen

Das lokale Feldpotential (LFP), ein wichtiger Bestandteil extrazellulärer Signale, spiegelt die synaptische Aktivität großer Populationen von Neuronen wider, die den neuronalen Code für mehrere Verhaltensweisen bilden¹. Spikes, die durch neuronale Aktivität erzeugt werden, tragen zum LFP bei und sind wichtig für die neuronale Kodierung². Es wurde nachgewiesen, dass Veränderungen in Spikes und LFPs verschiedene Gehirnerkrankungen wie Alzheimer sowie Emotionen wie Angst usw. ^{vermitteln.3,4}. Es ist erwähnenswert, dass viele Studien gezeigt haben, dass sich die Spike-Aktivität bei Tieren signifikant zwischen wachem und anästhesiertem Zustand unterscheidet⁵. Obwohl Aufzeichnungen in anästhesierten Tieren die Möglichkeit bieten, LFPs mit minimalen Artefakten in hochdefinierten kortikalen Synchronisationszuständen zu beurteilen, unterscheiden sich die Ergebnisse bis zu einem gewissen Grad von dem, was bei wachen Probanden zu finden ist ^6,7,8. Daher ist es sinnvoller, neuronale Aktivität über lange Zeitskalen und große räumliche Skalen bei verschiedenen Erkrankungen im Wachzustand des Gehirns mit Hilfe von Elektroden zu erfassen, die in das Gehirn implantiert werden. Dieses Manuskript enthält Informationen für Anfänger, wie man das Mikroantriebssystem herstellt und die Parameter mit gängiger Software einstellt, um die Spike- und LFP-Signale schnell und unkompliziert zu berechnen, um mit der Aufzeichnung und Analyse zu beginnen.

Obwohl die nicht-invasive Aufzeichnung von Gehirnfunktionen, wie z. B. durch die Verwendung von Elektroenzephalogrammen (EEGs) und ereigniskorrelierten Potentialen (ERPs), die von der Kopfhaut aufgezeichnet werden, in großem Umfang in Studien an Menschen und Nagetieren eingesetzt wurde, haben EEG- und ERP-Daten geringe räumliche und zeitliche Eigenschaften und können daher nicht die präzisen Signale erfassen, die durch die nahe gelegene dendritische synaptische Aktivität in einem bestimmten Hirnareal erzeugt^{werden 1}. Derzeit kann durch die Nutzung der Mehrkanalaufzeichnung bei bewussten Tieren die neuronale Aktivität in den tieferen Schichten des Gehirns chronisch und progressiv aufgezeichnet werden, indem ein Mikroantriebssystem während mehrerer Verhaltenstests in das Gehirn von Primaten oder Nagetieren implantiert wird 1,2,3,4,5,6,7,8,9 . Kurz gesagt, Forscher können ein Mikroantriebssystem konstruieren, das für die unabhängige Positionierung der Elektroden oder Tetroden verwendet werden kann, um verschiedene Teile des Gehirns anzusprechen^10,11. Zum Beispiel beschrieben Chang et al. Techniken zur Aufzeichnung von Spikes und LFPs bei Mäusen durch Zusammenbau eines leichten und kompakten Mikroantriebs¹². Darüber hinaus sind mikrobearbeitete Siliziumsonden mit kundenspezifischen Zubehörkomponenten für die Aufzeichnung mehrerer einzelner Neuronen und LFPs in Nagetieren während Verhaltensaufgaben¹³ kommerziell erhältlich. Obwohl verschiedene Konstruktionen für die Montage von Mikroantriebssystemen verwendet wurden, haben diese in Bezug auf die Komplexität und das Gewicht des gesamten Mikroantriebssystems immer noch begrenzten Erfolg. Zum Beispiel zeigten Lansink et al. ein mehrkanaliges Mikroantriebssystem mit einer komplexen Struktur für die Aufzeichnung aus einer einzelnen Gehirnregion¹⁴. Sato et al. berichteten über ein Mehrkanal-Mikroantriebssystem, das eine automatische hydraulische Positionierungsfunktion¹⁵ aufweist. Die Hauptnachteile dieser Mikroantriebssysteme sind, dass sie für Mäuse zu schwer sind, um sich frei zu bewegen, und für Anfänger schwer zu montieren sind. Obwohl sich die mehrkanalige extrazelluläre Aufzeichnung als geeignete und effiziente Technologie zur Messung der neuronalen Aktivität bei Verhaltenstests erwiesen hat, ist es für Anfänger nicht einfach, die von dem komplexen Mikroantriebssystem erfassten Signale aufzuzeichnen und zu analysieren. Angesichts der Tatsache, dass es schwierig ist, den gesamten Betriebsprozess der mehrkanaligen extrazellulären Aufzeichnung und Datenanalyse in frei beweglichen Mäusen in Gang zu bringen^16,17, stellt dieser vorliegende Artikel vereinfachte Richtlinien vor^, um den detaillierten Prozess der Herstellung des Mikroantriebssystems unter Verwendung allgemein verfügbarer Komponenten und Einstellungen vorzustellen; Die Parameter in der gängigen Software zur schnellen und unkomplizierten Berechnung der Spike- und LFP-Signale werden ebenfalls bereitgestellt. Darüber hinaus kann sich die Maus in diesem Protokoll durch die Verwendung eines Heliumballons frei bewegen, was dazu beiträgt, das Gewicht der Kopfbühne und des Mikroantriebssystems auszugleichen. Im Allgemeinen beschreiben wir in der vorliegenden Studie, wie man auf einfache Weise ein Mikroantriebssystem aufbauen und die Prozesse der Aufzeichnung und Datenanalyse optimieren kann.