Özet

بناء صالحة ميكرودريفي للتسجيلات العصبية المزمنة في الفئران يتصرفون استيقظ

Published: July 05, 2013
doi:

Özet

يوصف تصميم وتجميع ميكرودريفيس لفي التسجيلات الكهربية في الجسم الحي من إشارات الدماغ من الماوس. عن طريق ربط حزم مسرى مكروي لشركات الطيران دريفبل قوي، وهذه التقنيات تسمح للتسجيلات العصبية طويلة الأمد ومستقرة. تصميم خفيف الوزن يسمح للأداء السلوكي غير مقيد من قبل حيوان التالية غرس محرك الأقراص.

Abstract

دولة من بين الفن التسجيلات الكهربية من أدمغة الحيوانات تتصرف بحرية تسمح للباحثين لدراسة في وقت واحد امكانات الحقل المحلي (LFPs) من السكان من الخلايا العصبية وإمكانات العمل من الخلايا الفردية، كما يشارك الحيوان في تجريبيا المهام ذات الصلة. ميكرودريفيس مزروع مزمنة تسمح للتسجيلات الدماغ لتستمر على مدى فترات من عدة أسابيع. محركات المنمنمة ومكونات خفيفة الوزن تسمح لهذه التسجيلات على المدى الطويل أن يحدث في الثدييات الصغيرة، مثل الفئران. باستخدام tetrodes، والتي تتكون من حزم مضفر بإحكام من أربعة أقطاب في كل سلك والتي يبلغ قطرها 12.5 ميكرون، فمن الممكن لعزل الخلايا العصبية نشطة من الناحية الفسيولوجية في مناطق الدماغ سطحية مثل القشرة الدماغية، الحصين الظهرية، ومرفد، فضلا كما مناطق أعمق مثل المخطط واللوزة. وعلاوة على ذلك، هذا الأسلوب يؤمن استقرارا، عالية الدقة التسجيلات العصبية كما يتم الطعن في الحيوان مع VARIEتاي من المهام السلوكية. يصف هذا المخطوط العديد من التقنيات التي تم الأمثل لتسجيل من مخ الفأر. الأول، وتبين لنا كيفية تلفيق tetrodes، تحميلها في أنابيب دريفبل، والذهب لوحة النصائح الخاصة بهم من أجل الحد من مقاومة بهم من MΩ إلى مجموعة أوم. الثاني، وتبين لنا كيفية بناء الجمعية ميكرودريفي مخصصة لنقل وتحريك tetrodes عموديا، مع استخدام مواد غير مكلفة. ثالثا، نقدم لك مجموعة من الخطوات لتجميع ميكرودريفي المتاحة تجاريا (Neuralynx VersaDrive) التي تم تصميمها لتحمل tetrodes المنقولة بشكل مستقل. وأخيرا، فإننا نقدم نتائج ممثل امكانات الحقل المحلية وإشارات وحدة واحدة تم الحصول عليها في مرفد الظهرية من الفئران. هذه التقنيات يمكن تعديلها بسهولة لاستيعاب أنواع مختلفة من صفائف الكهربائي ومخططات تسجيل في مخ الفأر.

Introduction

استخدام تقنية مسرى مكروي لتسجيل الاشارات العصبية خارج الخلية في الجسم الحي لديها تقليد طويل وقيمتها في علم الأعصاب 1، 2. القدرة على تسجيل النشاط الكهربائي من العديد من مناطق الدماغ في الحيوانات تتصرف بحرية، مع ذلك، وهي تقنية أكثر حداثة التي أصبحت شائعة على نحو متزايد مع حزم البرمجيات لاقتناء وتحليل وتمييز الاشارات العصبية يصبح أكثر تطورا وسهلة الاستخدام 3، 4. وقد واكب التقدم التكنولوجي على الجانب البرمجيات من خلال تخفيضات في الوزن وكبيرة الحجم من الأجهزة القابلة للزرع، والتي تم تقليصها بما فيه الكفاية لتسجيل في الثدييات الصغيرة، مثل الفئران. باستخدام مكونات خفيفة الوزن (ومعظمهم من البلاستيك)، والباحثين قادرون على بناء ميكرودريفيس التي تسمح لتحديد المواقع المستقلة من الأقطاب الكهربائية أو tetrodes لاستهداف مجموعة واسعة من مناطق الدماغ 5-7. هياكل الدماغ حتى العميقة، مثلاللوزة (6) والمخطط ويمكن أن تستهدف بشكل روتيني مع اختيار لالمسمار حملة طويلة بشكل مناسب. هذه التقنيات تسجيل تسمح للباحثين للحصول على إشارات العصبية عالية الدقة وتكون في التسجيل مع النشاط الكهربائي للخلايا العصبية واحدة سجلت داخل الخلية 8، 9. باستخدام هذه الأنواع من ميكرودريفيس، لقد سجلت بنجاح وحدات واحد من الفئران لمدة تصل إلى شهرين بعد زرع 10. وبالإضافة إلى ذلك، فقد أدت طبيعة خفيفة من الأجهزة (حوالي 1.5-2.0 ز) في أداء السلوكية التي هي مماثلة لالفئران غير مزروع في العديد من المهام السلوكية. على وجه الخصوص، وقد أثبتنا أن الفئران مزروع يحمل الأداء العادي في الرواية كائن مهمة الاعتراف (10) ومهمة ووضع وجوه (بيانات غير منشورة).

استخدام ميكرودريفيس بالإضافة إلى tetrodes متعددة يسمح للباحثين لرصد وتحليل النشاط العصبي في مستوى الشبكةفي حين تم تسجيل أيضا من عدة وحدات واحد داخل الدماغ. تسجيل مع هذه tetrodes ديها العديد من المزايا الرئيسية لأغراض تحديد الهوية وحدة ويمكن اكتساب درجة عالية من الدقة والتمييز من عدة وحدات واحد 11. ونحن تصف كيفية تصنيع والذهب لوحة حزم tetrode ثم تحميل في وقت لاحق لهم في ناقلات القطب دريفبل. نوع واحد من محرك الناقل وصفنا متاح تجاريا والآخر هو بسيط، ولكن قابلة للتوسيع بسهولة، تصميم محرك الأقراص الذي يمكن أن تستوعب عدة شركات والترتيبات tetrode بدون استثمارات كبيرة من الموارد.

Protocol

1. Tetrode تلفيق ابدأ باستخدام معزولة 12.5 ميكرون (0.0005 ") قطر الأساسية سلك البلاتين إيريديوم من كاليفورنيا سلك الجميلة. يجب أن تقطع طول السلك إلى طول مناسب للهيكل المستهدف، فعلى سبيل المثال، قطع الأسلاك إلى 30 سم على الأقل ?…

Representative Results

<p class="jove_content"> بعد غرس ميكرودريفي وخفض الأقطاب إلى الأهداف المقصودة الدماغ، ونظام الحصول على البيانات تضخيمها، مثل الحاجة Neuralynx الوشق-8، لتسجيل الاشارات العصبية. وتظهر التسجيلات العصبية ممثل امكانات الحقل المحلي (LFPs) وإمكانات العمل وحدة واحدة (غالبا ما يطلق عليه "المسامير") من مرفد الظهرية الماو?…

Discussion

وصفناها مجموعة من التقنيات لبناء ميكرودريفيس خفيفة وصغيرة لتسجيل وحدة خارج الخلية ونشاط محتمل الميدانية في الفئران. من خلال بناء ميكرودريفيس المخصصة مع قواعد صنعت من زجاج الاكريليك (ميتاكريليت الميثيل)، جوهر النظام يمكن تكييفها بسهولة لمحركات متعددة و لاستهداف مج?…

Açıklamalar

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

نشكر دانيال كاربي لمساعدته والمساهمات في وقت مبكر لهذا المشروع. كما نشكر وكريشيا نوفوا للحصول على المساعدة لها مع الأعمال الفنية والصور. وأيد هذا العمل من قبل المعاهد الوطنية للصحة / NIAID برنامج المنح 5P01AI073693-03.

Materials

Name of Reagent/Material Company Catalog Number Yorumlar
0.0005″ (12.5 μM) diameter Platinum-Iridium wire California Fine Wire CFW#100-167 HML VG insulated www.calfinewire.com
0.002″ (50 μM) diameter Stableohm 675 wire California Fine Wire CFW# 100-188 HML insulated Ni-Cr
polyamide tubing Polymicro Technologies 1068150020 99 micron I.D., 166 micron O.D. www.polymicro.com
brass guides World Plastics Inc 3.3 x 6.6 mm
Delrin blocks World Plastics Inc 3.13 x 2.5 mm
Fillister head brass screws J.I. Morris Co. 00-90 x 1/2 drive screw www.jimorrisco.com
hex brass nuts J.I. Morris Co. 00-90
Fillister head brass screws J.I. Morris Co. 000-120 x 3/32 EIB mount and ground screw
plexiglass acrylic Canal Street Plastics 5 mm thick, clear, www.cpcnyc.com
cyanoacrylate Krazy Glue 2 g tube
electronic interface board Neuralynx EIB-18 www.neuralynx.com
non-cyanide gold solution SIFCO SIFCO 5355 www.sifcoasc.com
VersaDrive 4 Neuralynx four tetrode model
tetrode assembly station Neuralynx
motorized tetrode spinner Neuralynx tetrode spinner 2.0
VersaDrive jig Neuralynx
soldering iron Radio Shack 64-2802B www.radioshack.com
nanoZ Neuralynx
small bit drill/driver Ram Products Rampower 35 with footpedal controller, www.ramprodinc.com
drill bits Small Parts, Inc. 3/32″ bits, www.smallpartsinc.com
dissecting microscope Olympus SZ-60 www.olympusamerica.com
heat gun Alphawire Fit gun 3 use setting “1” only, www.alphawire.com
26 AWG copper wire Arcor Electronics F26 for ground wires, www.arcorelectronics.com
soldering flux Eagle 2 oz, #205
0.02″ diameter solder Kester 24-6337-0010 www.kester.com
benchtop vise Vacu-Vise Model 300
fiber optic light Nikon MKII dual light arms, www.nikon.com
5-min epoxy Allied Electronics 25 ml, www.alliedelec.com
fine tweezers Roboz Surgical Instrument Co. RS-4907, RS-5010 INOX material, www.roboz.com
micro dissecting scissors Roboz Surgical Instrument Co. RS-5880

Table 1. Materials and reagents used for constructing tetrodes and microdrives.

Referanslar

  1. Recce, M. L., O’Keefe, J. The tetrode: a new technique for multi-unit extracellular recording. Soc. Neurosci. Abstr. 15, 1250 (1989).
  2. O’Keefe, J., Recce, M. Phase relationship between hippocampal place units and the EEG theta rhythm. Hippocampus. 3, 317-330 (1993).
  3. Chen, G., Wang, L. P., Tsien, J. Z. Neural population-level memory traces in the mouse hippocampus. PLoS ONE. 4 (12), e8256 (2009).
  4. Buzsáki, G., Anastassiou, C. A., Koch, C. The origin of extracellular fields and currents — EEG, ECoG, LFP, and spikes. Nat. Rev. Neurosci. 13 (6), 407-420 (2012).
  5. Tort, A. B., Kramer, M. A., et al. Dynamic cross-frequency coupling of local field potential oscillations in rat striatum and hippocampus during performance of a T-maze task. Proc. Nat. Acad. Sci. U.S.A. 105 (51), 20517-20522 (2008).
  6. Seidenbecher, T., Laxmi, R., et al. Amygdalar and hippocampal theta rhythm synchronization during fear memory retrieval. Science. 301 (5634), 846-850 (2003).
  7. Yamamoto, J., Wilson, M. A. Large-scale chronically implantable precision motorized microdrive array for freely behaving animals. J. Neurophysiol. 100 (4), 2430-2440 (2008).
  8. Harris, K. D., Henze, D. A., et al. Accuracy of tetrode spike separation as determined by simultaneous intracellular and extracellular measurements. J. Neurophysiol. 84 (1), 401-414 (2000).
  9. Henze, D. A., Borhegyi, Z., et al. Intracellular features predicted by extracellular recordings in the hippocampus in vivo. J. Neurophysiol. 84 (1), 390-400 (2000).
  10. Chang, E. H., Huerta, P. T. Neurophysiological correlates of object recognition in the dorsal subiculum. Front. Behav. Neurosci. 6, 46 (2012).
  11. Gray, C. M., Maldonado, P. E., et al. Tetrodes markedly improve the reliability and yield of multiple single-unit isolation from multi-unit recordings in cat striate cortex. J. Neurosci. Methods. 63 (1-2), 43-54 (1995).
  12. O’Keefe, J., Dostrovsky, J. The hippocampus as a spatial map. Preliminary evidence from unit activity in the freely-moving rat. Brain Res. 34 (1), 171-175 (1971).
  13. Wilson, M. A., McNaughton, B. L. Dynamics of the hippocampal ensemble code for space. Science. 261 (5124), 1055-1058 (1993).
  14. Buzsáki, G. . Rhythms of the Brain. , (2006).
  15. McHugh, T. J., Blum, K. I., et al. Impaired hippocampal representation of space in CA1-specific NMDAR1 knockout mice. Cell. 87 (7), 1339-1349 (1996).
  16. Resnik, E., McFarland, J. M., et al. The effects of GluA1 deletion on the hippocampal population code for position. J. Neurosci. 32 (26), 8952-8968 (2012).
  17. Cacucci, F., Yi, M., et al. Place cell firing correlates with memory deficits and amyloid plaque burden in Tg2576 Alzheimer mouse model. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 105 (22), 7863-7868 (2008).
  18. Sigurdsson, T., Stark, K. L., et al. Impaired hippocampal-prefrontal synchrony in a genetic mouse model of schizophrenia. Nature. 464 (7289), 763-767 (2010).
  19. Engel, A. K., Moll, C. K., et al. Invasive recordings from the human brain: clinical insights and beyond. Nat. Rev. Neurosci. 6 (1), 35-47 (2005).
  20. Cash, S. S., Halgren, E., et al. The human K-complex represents an isolated cortical down-state. Science. 324 (5930), 1084-1087 (2009).

Play Video

Bu Makaleden Alıntı Yapın
Chang, E. H., Frattini, S. A., Robbiati, S., Huerta, P. T. Construction of Microdrive Arrays for Chronic Neural Recordings in Awake Behaving Mice. J. Vis. Exp. (77), e50470, doi:10.3791/50470 (2013).

View Video