אלקטרופיזיולוגיה של פעילות קליפת המוח הלמינרית במרמוסט המשותף

המרמוסט הנפוץ (Callithrix jacchus) גדל במהירות בפופולריות כמודל לחקר תפקוד המוח בשנים האחרונות. הפופולריות הגוברת הזו נובעת מהנגישות של קליפת המוח החלקה של המרמוסט, הדמיון בארגון התפקודי העצבי עם בני אדם ופרימטים אחרים, והגודל הקטן וקצב הרבייה המהיר¹. ככל שאורגניזם מודל זה גדל בפופולריות, חלה התפתחות מהירה בטכניקות הנוירופיזיולוגיות המתאימות לשימוש במוח המרמוסט. שיטות אלקטרופיזיולוגיות נמצאות בשימוש נרחב במדעי המוח כדי לחקור את הפעילות של נוירונים בודדים בקליפת המוח של מכרסמים ופרימטים כאחד, וכתוצאה מכך רזולוציה זמנית חסרת תקדים וגישה למיקום. בשל החידוש היחסי של קוף המרמוסט כמודל של מדעי המוח החזותיים, האופטימיזציה של טכניקות אלקטרופיזיולוגיות של התנהגות ערה עדיין מתפתחת. מחקרים קודמים הראו ביסוס פרוטוקולים חזקים לאלקטרופיזיולוגיה בתכשירים מורדמים², ומחקרים נוירופיזיולוגיים מוקדמים המתנהגים ערים הראו את האמינות של אלקטודות טונגסטן חד-ערוציות³. בשנים האחרונות, חוקרים ביססו את השימוש במערכי מיקרואלקטרודות מבוססי סיליקון עבור נוירופיזיולוגיה של התנהגות ערה⁴. עם זאת, המרמוסט מציב אתגרי מיקוד ייחודיים בשל גודל המוח הקטן שלו והיעדר ציוני דרך אנטומיים. פרוטוקול זה מתאר כיצד לבנות ולהשתמש במערכת הקלטה מיקרו-דרייב המתאימה למרמוסט המאפשרת הקלטה של אוכלוסיות גדולות של נוירונים עם מערכים ליניאריים סיליקון תוך יצירת נזק מינימלי לרקמות.

העבודה עם המרמוסט מציבה אתגר בשל קנה המידה הקטן יותר של מפות רטינוטופיות בקליפת המוח הראייתית בהשוואה לפרימטים גדולים יותר. תזוזה קלה של האלקטרודות ב-1 מ”מ בלבד יכולה לגרום לשינויים משמעותיים במפות. יתר על כן, חוקרים לעתים קרובות צריכים לשנות את המיקום של האלקטרודות בין מפגשי ההקלטה כדי לקבל טווח רחב יותר של מיקומים רטינוטופיים בקליפת המוח הראייתית. התכשירים הסמי-כרוניים הנוכחיים אינם מאפשרים התאמה יומית של מיקום האלקטרודה או בדיוק מספיק כדי לכוון למיקומים ספציפיים בסקאלות תת-מילימטריות⁵. בהתחשב בכך, מערכת המיקרו-כונן המוצעת משתמשת בשלב אלקטרודות X-Y המרכיב מיקרו-כונן קל משקל לתא הקלטה ומאפשר מיקוד תת-מילימטרי של אתרים בקליפת המוח. רכיבי שלב X-Y הניתנים להזזה מאפשרים תנועה אנכית ואופקית של המערך הליניארי על מנת לחצות את אזורי קליפת המוח באופן שיטתי, הנדרש לזיהוי אזורי עניין (באמצעות רטינוטופיה ותכונות כוונון). במהלך הקלטות, החוקרים יכולים גם להתאים ידנית את שלב X-Y כדי להזיז את אתרי היעד בתוך האזור. זהו יתרון מרכזי על פני טכניקות חלופיות המשתמשות בתכשירי הקלטה כרוניים למחצה, שאין להם מנגנוני מיקוד אלקטרודות קלים.

המיקרו-כונן הוא כלי רב-תכליתי המאפשר חיבור של מערכי סיליקון שונים לצורך הורדה לתוך קליפת המוח. בפרוטוקול זה, גשושית מותאמת אישית עם שני מערכים ליניאריים של 32 ערוצים במרווחים של 200 מיקרומטר זה מזה שימשה לחקר מעגלים למינריים המשתרעים על עומק קליפת המוח. רוב השיטות לחקירת המעגלים העצביים בדרך כלל דוגמות את הפוטנציאלים החשמליים או יחידות בודדות בממוצע על פני כל שכבות קליפת המוח. עם זאת, מחקר שנערך לאחרונה חשף ממצאים מסקרנים על microcircuits למינרי קליפת המוח⁶. על ידי שימוש במיקרו-כונן, חוקרים יכולים להשתמש בבדיקות למינריות ולבצע התאמות עדינות לעומק ההקלטה כדי להבטיח דגימה מקיפה בכל השכבות.

מערכת זו יכולה להיבנות עם רכיבים זמינים מסחרית והיא שונה בקלות עבור טכניקות ניסוי שונות או גשושיות. היתרונות העיקריים של הכנה זו הם היכולת לשנות את מיקום ההקלטה X-Y בדיוק תת-מילימטרי ולשלוט בעומק ההקלטה בתוך קליפת המוח. פרוטוקול זה מציג הוראות שלב אחר שלב לבניית טכניקות הקלטה של מיקרו-כונן ונוירופיזיולוגיה בשלב X-Y.