Özet

Construcción de Matrices Microdrive para grabaciones neuronales crónicas en Awake Ratones Behaving

Published: July 05, 2013
doi:

Özet

Se describe el diseño y montaje de microdrives en registros electrofisiológicos in vivo de las señales del cerebro del ratón. Uniendo paquetes de microelectrodos a los transportistas accionables resistentes, estas técnicas permiten grabaciones neuronales a largo plazo y estable. El diseño ligero permite un rendimiento conductual sin restricciones por el animal después de la implantación en coche.

Abstract

Registros electrofisiológicos State-of-the-art de los cerebros de los animales comportarse libremente permiten a los investigadores examinar simultáneamente los potenciales de campo locales (LFPs) de poblaciones de neuronas y los potenciales de acción de las células individuales, ya que el animal se dedica a experimentalmente tareas pertinentes. Microdrives crónicamente implantados permiten grabaciones del cerebro para durar por períodos de varias semanas. Unidades miniaturizados y componentes ligeros permiten estas grabaciones a largo plazo para los pequeños mamíferos, tales como ratones. Mediante el uso de tetrodos, que consisten en paquetes herméticamente trenzados de cuatro electrodos en el que cada cable tiene un diámetro de 12,5 micras, es posible aislar neuronas fisiológicamente activos superficiales en regiones del cerebro tales como la corteza cerebral, hipocampo dorsal, y subículo, así como regiones más profundas, tales como el cuerpo estriado y la amígdala. Además, esta técnica asegura, alta fidelidad grabaciones neuronales estables como el animal se enfrenta con una variedad de las tareas de comportamiento. Este manuscrito describe varias técnicas que han sido optimizados para grabar desde el cerebro del ratón. En primer lugar, se muestra cómo fabricar tetrodos, cargarlos en tubos accionables, y la placa de oro sus consejos con el fin de reducir su impedancia de mW a la gama kW. En segundo lugar, se muestra cómo construir un conjunto de microdrive personalizada para el transporte y movimiento de los tetrodos vertical, con el uso de materiales de bajo costo. En tercer lugar, se muestran los pasos para el montaje de un microdrive disponible comercialmente (Neuralynx VersaDrive) que está diseñado para llevar a tetrodos independientemente movibles. Finalmente, se presentan resultados representativos de los potenciales de campo locales y las señales de una sola unidad obtenidos en el subiculum dorsal de los ratones. Estas técnicas pueden ser fácilmente modificados para adaptarse a diferentes tipos de conjuntos de electrodos y los sistemas de registro en el cerebro del ratón.

Introduction

El uso de la técnica de microelectrodos para registrar las señales neuronales extracelulares in vivo tiene una larga tradición y se valora en neurociencia 1, 2. La capacidad para registrar la actividad eléctrica a partir de muchas regiones del cerebro en animales comportarse libremente es, sin embargo, una tecnología más reciente que se está volviendo cada vez más común como los paquetes de software para la adquisición, el análisis y la discriminación de las señales neurales se hace más sofisticada y fácil de usar 3, 4. Los avances tecnológicos en el lado de software también han ido acompañadas de reducciones en el peso y el volumen de los dispositivos implantables, que se han ampliado lo suficiente para grabar en pequeños mamíferos, como ratones. Mediante el uso de componentes ligeros (en su mayoría de plástico), los investigadores son capaces de construir microdrives que permiten el posicionamiento independiente de electrodos o tetrodos para apuntar una amplia variedad de regiones cerebrales 5-7. Incluso las estructuras cerebrales profundos, tales como laamígdala 6 y el cuerpo estriado 5, pueden ser dirigidos de forma rutinaria con la selección de un tornillo de accionamiento apropiadamente larga. Estas técnicas de grabación permiten a los investigadores para obtener señales neuronales de alta fidelidad y están en registro con la actividad eléctrica de las neuronas individuales registradas intracelularmente 8, 9. El uso de estos tipos de microdrives, hemos registrado con éxito las unidades individuales de los ratones de hasta dos meses después de la implantación 10. Además, la naturaleza de peso ligero de los dispositivos (aproximadamente 1,5-2,0 g) ha dado como resultado en el rendimiento de comportamiento que es comparable a los ratones no implantados en muchas tareas de comportamiento. En particular, hemos demostrado que los ratones implantados presentan el rendimiento normal en la novela tarea de reconocimiento de objetos 10 y el lugar tarea objeto (datos no publicados).

El uso de microdrives junto a varios tetrodos permite a los investigadores monitorear y analizar la actividad neuronal a nivel de redmientras que también se graba desde múltiples unidades individuales dentro del cerebro. Grabación con estos tetrodos tiene varias ventajas importantes para fines de identificación de la unidad y permite la adquisición de alta precisión y la discriminación de las múltiples unidades individuales 11. Se describe cómo fabricar y paquetes tetrodo oro placa y, posteriormente, a cargar en portaelectrodos accionables. Un tipo de soporte de la unidad que describimos está disponible comercialmente y el otro es un diseño simple, pero fácilmente ampliable, una unidad con capacidad para múltiples operadores y arreglos tetrodo sin una inversión significativa de recursos.

Protocol

1. Tetrode Fabrication Iniciar mediante el uso de aislantes 12,5 micras (0,0005 ") diámetro del núcleo de alambre de platino-iridio de California de alambre fino. La longitud del alambre debe ser cortado a la longitud apropiada para la estructura de destino. Por ejemplo, cortar el alambre a por lo menos 30 cm de largo para la orientación del subículo dorsal o hipocampo. Doble el alambre sobre en el centro de manera que hay dos alambres paralelos que serán 15 cm de longitud. Coloque el punt…

Representative Results

<p class="jove_content"> Después de implantar el microdrive y la reducción de los electrodos a los objetivos previstos cerebrales, un sistema de adquisición de datos amplificada, como por ejemplo un Neuralynx Lynx-8, que se necesita para grabar señales de los nervios. Grabaciones neuronales representativas de los potenciales de campo locales (LFPs) y los potenciales de acción de una sola unidad (a menudo denominados "picos") de la dorsal subiculum ratón se muestran en la<strong> Figura 2</strong>. LFP señales fueron mu…

Discussion

Hemos descrito un conjunto de técnicas para la construcción de microdrives ligeros y compactos para la grabación de la unidad extracelular y la actividad potencial de campo en ratones. Con la construcción de microdrives personalizados con bases Hecha de vidrio acrílico (metacrilato de metilo), el núcleo del sistema se puede adaptar fácilmente para múltiples unidades y para la orientación de una amplia gama de regiones neuronales. Hemos modificado con éxito el sistema de registro de múltiples dianas cerebrales…

Açıklamalar

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Damos las gracias a Daniel Carpi por su ayuda y los primeros aportes a este proyecto. También agradecemos a Lucrecia Novoa por su ayuda con las ilustraciones y las imágenes. Este trabajo fue apoyado por el NIH / NIAID subvención programa 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