Electrophysiology of Laminar Cortical Activity in the Common Marmoset

마모셋(Callithrix jacchus)은 최근 몇 년 동안 뇌 기능을 연구하는 모델로 빠르게 인기를 얻고 있습니다. 이러한 인기의 증가는 마모셋의 매끄러운 피질의 접근성, 인간 및 다른 영장류와의 신경 기능 조직의 유사성, 작은 크기와 빠른 번식 속도¹ 때문입니다. 이 모델 유기체의 인기가 높아짐에 따라 마모셋 뇌에 사용하기에 적합한 신경 생리학적 기술이 급속히 발전했습니다. 전기 생리학 방법은 설치류와 영장류의 피질에서 단일 뉴런의 활동을 연구하기 위해 신경 과학에서 널리 사용되어 비교할 수 없는 시간 해상도와 위치 액세스를 제공합니다. 마모셋 원숭이가 시각 신경 과학의 모델로서 상대적으로 참신하기 때문에 깨어 있는 행동 전기 생리학 기술의 최적화는 여전히 진화하고 있습니다. 이전 연구에서는 마취 제제2에서 전기생리학을 위한 강력한 프로토콜의 확립을 보여주^{었으며, 초기} 각성 행동 신경생리학 연구는 단일 채널 텅스텐 선택극물³의 신뢰성을 보여주었다. 최근 몇 년 동안 연구자들은 깨어 있는 신경 생리학을 위한 실리콘 기반 미세 전극 어레이의 사용을 확립했습니다⁴. 그러나 마모셋은 뇌 크기가 작고 해부학적 랜드마크가 없기 때문에 독특한 표적 지정 문제를 제기합니다. 이 프로토콜은 실리콘 선형 어레이를 사용하여 조직 손상을 최소화하면서 대규모 뉴런 집단을 기록할 수 있는 마모셋에 적합한 마이크로 드라이브 기록 시스템을 구성하고 사용하는 방법을 간략하게 설명합니다.

마모셋을 다루는 것은 더 큰 영장류에 비해 시각 피질의 망막 지도의 규모가 작기 때문에 도전이 됩니다. 전극을 1mm만 조금만 이동해도 맵이 크게 바뀔 수 있습니다. 더욱이, 연구자들은 시각 피질에서 더 넓은 범위의 망막 위치를 얻기 위해 기록 세션 사이의 전극 배치를 변경해야 하는 경우가 많습니다. 현재의 반만성 제제는 매일 또는 서브 밀리미터 스케일에서 특정 위치를 표적으로 삼을 수 있을 만큼 충분히 정밀하게 전극 위치를 조정할 수 없다⁵. 이를 염두에 두고, 제안된 마이크로 드라이브 시스템은 경량 마이크로 드라이브를 기록 챔버에 장착하고 피질 부위의 서브 밀리미터 표적화를 허용하는 X-Y 전극 스테이지를 활용합니다. 이동 가능한 X-Y 단계 구성 요소는 피질 영역을 체계적으로 횡단하기 위해 선형 어레이의 수직 및 수평 이동을 허용하며, 이는 관심 영역을 식별하는 데 필요합니다(망막도 및 튜닝 특성을 통해 ). 녹화 세션 전반에 걸쳐 연구원은 X-Y 스테이지를 수동으로 조정하여 해당 영역 내에서 대상 부위를 이동할 수도 있습니다. 이는 쉬운 전극 표적화 메커니즘을 갖지 않는 반만성 기록 제제를 사용하는 대체 기술에 비해 주요 이점입니다.

마이크로 드라이브는 피질로 낮추기 위해 다양한 실리콘 어레이를 장착할 수 있는 다목적 도구입니다. 이 프로토콜에서는 200μm 간격으로 두 개의 32채널 선형 어레이가 있는 맞춤형 프로브를 사용하여 피질 깊이에 걸쳐 있는 층류 회로를 조사했습니다. 신경 회로를 조사하는 대부분의 방법은 일반적으로 대뇌 피질의 모든 층에 걸쳐 평균화된 전위 또는 단일 단위를 샘플링합니다. 그러나 최근의 연구는 대뇌 피질의 층류 미세회로(cortical laminar microcircuits)⁶에 대한 흥미로운 발견을 밝혀냈다. 마이크로 드라이브를 활용하여 연구원들은 층류 프로브를 사용하고 기록 깊이를 미세 조정하여 모든 레이어에서 포괄적인 샘플링을 보장할 수 있습니다.

이 시스템은 상업적으로 이용 가능한 구성 요소로 구성할 수 있으며 다양한 실험 기술 또는 프로브에 맞게 쉽게 수정할 수 있습니다. 이 준비의 주요 장점은 밀리미터 미만의 정밀도로 X-Y 기록 위치를 변경하고 피질 내에서 기록의 깊이를 제어할 수 있다는 것입니다. 이 프로토콜은 X-Y 스테이지 마이크로 드라이브 및 신경 생리학 기록 기술을 구성하기 위한 단계별 지침을 제공합니다.