Method Article
이 프로토콜은 자유롭게 움직이는 마우스에서 두 개의 뇌 영역에서 9개의 독립적으로 조정 가능한 테트로데스와 하나의 조정 가능한 광실리콘 프로브를 이식할 수 있는 하이브리드 마이크로드라이브 어레이의 구성을 설명합니다. 또한 광실리콘 프로브를 여러 목적으로 안전하게 회수하고 재사용하는 방법이 입증되었다.
다중 지역 신경 기록은 다중 두뇌 지구 사이 정밀한 기간 상호 작용을 이해하는 중요한 정보를 제공할 수 있습니다. 그러나 기존의 마이크로 드라이브 설계는 단일 또는 다중 영역에서 한 유형의 전극만 사용하여 단일 단위 또는 깊이 프로파일 레코딩의 수율을 제한합니다. 그것은 또한 수시로 표적 통로 및/또는 세포 모형 특정 활동을 표적으로 하는 광유전학 공구와 전극 기록을 결합하는 기능을 제한합니다. 여기에 제시된 하이브리드 마이크로드라이브 어레이는 자유롭게 마우스를 이동하여 수율을 최적화하고 마이크로드라이브 어레이의 제조 및 재사용에 대한 설명을 제시합니다. 현재 디자인은 자유롭게 움직이는 마우스에서 동시에 두 개의 서로 다른 뇌 영역에 이식 된 9 개의 테트로데스와 하나의 광 실리콘 프로브를 사용합니다. 테트로데스 와 광실리콘 프로브는 뇌의 등쪽 축을 따라 독립적으로 조절할 수 있어 단위 및 진동 활동의 수율을 극대화합니다. 이 마이크로 드라이브 어레이는 또한 장거리 신경 회로의 지역 또는 세포 유형 별 반응 및 기능을 조사하기 위해 광, 광유전학 적 조작을 중재하는 설정을 통합합니다. 또한, 광실리콘 프로브는 각 실험 후에 안전하게 회수및 재사용할 수 있다. 마이크로 드라이브 어레이는 3D 인쇄 부품으로 구성되어 있기 때문에 다양한 설정을 수용하기 위해 마이크로 드라이브의 디자인을 쉽게 수정할 수 있습니다. 먼저 설명된 마이크로드라이브 어레이의 설계및 광섬유를 광유전학 실험을 위한 실리콘 프로브에 부착하는 방법, 이어서 테트로드 번들의 제조 및 마우스 뇌에 어레이의 이식이 있다. 광유전학 적 자극과 결합 된 국소 필드 전위 및 단위 스파이크의 기록은 자유롭게 움직이는 마우스에서 마이크로 드라이브 어레이 시스템의 타당성을 보여줍니다.
신경 활동이 학습 및 기억과 같은 인지 과정을 어떻게 지원하는지 이해하는 것이 중요합니다. 인지 작업의 근간이 되는 신경 활동의 역학을 해명하기 위해, 마이크로드라이브 어레이1,2,3의도움으로 동물에게 자유롭게 움직이는 대규모 세포외 전기생리학이 진행되고 있다. 4. 지난 2 년 동안, 마이크로 드라이브 배열의 여러 유형은 쥐에 대한여러 뇌 영역으로 전극을 이식하기 위해 개발되었다 5,6,7,8 및마우스9, 10개 , 11세 , 12. 그럼에도 불구하고, 현재의 마이크로 드라이브 설계는 일반적으로 여러 프로브 유형의 사용을 허용하지 않기 때문에 연구원은 특정 이점과 한계가있는 단일 전극 유형을 선택해야합니다. 예를 들어, tetrode 배열은 등쪽 해마 CA11,13과같은 인구 밀도가 높은 뇌 영역에 적합하며 실리콘 프로브는 해부학 적 연결을 연구하기위한 더 나은 기하학적 프로필을 제공합니다14 , 15.
테트로데스와 실리콘 프로브는 생체 내 만성 기록에 자주 사용되며 각각 고유한 장점과 단점이 있습니다. Tetrodes는 비용 효율성 및 기계적 강성 외에도 단일 전극16,17보다더 나은 단일 장치 절연에서 상당한 이점을 갖는 것으로 입증되었습니다. 또한 마이크로 드라이브8,18,19,20과결합 할 때 단일 단위 활동의 높은 수율을 제공합니다. 신경 회로의 기능을 이해하기 위해 동시에 기록된 뉴런의 수를 늘리는 것이 필수적이다21. 예를 들면, 많은 수의 세포는 시간 관련22 또는 보상 코딩23 세포와 같은 기능적으로 이질적인 세포 모형의 작은 인구를 조사하기 위하여 필요합니다. 훨씬 더 높은 셀 번호는 스파이크 서열13,24,25의디코딩 품질을 향상시키는 데 필요합니다.
그러나 테트로드는 피질이나 시상과 같이 공간적으로 분포된 세포를 기록하는 데 단점이 있다. 테트로데스와 는 달리, 실리콘 프로브는 로컬구조(14,26)내에서 로컬 필드 전위(LFP) 및 스파이크 활동의 공간 분포 및 상호작용을 제공할 수 있다. 다중 생크 실리콘 프로브는 기록 사이트의 수를 더욱 증가시키고 단일또는 인접 구조물(27)에 걸쳐 기록을 허용한다. 그러나 이러한 어레이는 테로데스에 비해 전극 부지의 위치 지정에서 덜 유연하다. 또한, 복잡한 스파이크 정렬 알고리즘은 테트로데스28,29,30에의해 획득된 데이터를 미러링하기 위해 인접 채널의 동작 전위정보에 대한 정보를 추출하기 위해 고밀도 프로브에 요구된다. 따라서 단일 단위의 전체 수율은 종종 테트로데스보다 적습니다. 또한 실리콘 프로브는 취약성과 높은 비용으로 인해 불리합니다. 따라서, 테트로데스 대 실리콘 프로브의 선택은 기록의 목적에 따라 달라지며, 이는 기록 사이트에서 단일 단위 또는 공간 프로파일링의 높은 수율을 얻는 것이 우선순위에 있는지의 문제이다.
신경 활동을 기록하는 것 외에도 광유전학적 조작은 특정 세포 유형 및/또는 경로가 신경 회로 기능에 어떻게 기여하는지 조사하는 신경 과학에서 더 강력한 도구 중 하나가 되었습니다13,31, 32,33. 그러나 광유전학적 실험은 자극 광원34,35,36에섬유 커넥터를 부착하기 위해 마이크로 드라이브 어레이 설계에서 추가적인 고려가 필요하다. 종종 광섬유를 연결하려면 상대적으로 큰 힘이 필요하며, 이는 뇌의 프로브의 기계적 변화로 이어질 수 있습니다. 따라서 이식형 광섬유를 기존의 마이크로드라이브 어레이에 결합하는 것은 사소한 일이 아닙니다.
위의 이유로, 연구원은 전극의 유형 선택을 최적화하거나 기록의 목적에 따라 광섬유를 이식해야합니다. 예를 들어 테트로드는 해마1,13에서더 높은 단위 수율을 달성하기 위해 사용되며, 실리콘 프로브는 내측 내측 피질(MEC)37과같은 피질 영역의 층상 깊이 프로파일을 조사하는 데 사용된다. 현재, 테트로데스와 실리콘 프로브의 동시 이식을 위한 마이크로드라이브는 랫트5,11에대해 보고되었다. 그러나 마이크로 드라이브의 무게, 마우스 헤드의 제한된 공간 및 다른 프로브를 사용하기 위해 마이크로 드라이브를 설계하기위한 공간 요구 사항으로 인해 마우스에 여러 테트로데스 및 실리콘 프로브를 이식하는 것은 매우 어렵습니다. 마이크로 드라이브없이 실리콘 프로브를 이식 할 수 있지만,이 절차는 프로브의 조정을 허용하지 않으며 실리콘 프로브 회수(12,38)의성공률을 낮춥습니다. 또한 광유전학 적 실험은 마이크로 드라이브 어레이 설계에서 추가적인 고려 사항이 필요합니다. 이 프로토콜은 자유롭게 움직이는 마우스에서 만성 기록을 위한 마이크로드라이브 어레이를 구성하고 이식하는 방법을 보여 주며, 이를 통해 독립적으로 조절 가능한 9개의 테트로데스와 1개의 조정 가능한 광실리콘 프로브를 이식할 수 있습니다. 이 마이크로 드라이브 어레이는 또한 실리콘 프로브의 광유전학 적 실험 및 회수를 용이하게합니다.
여기에 설명 된 모든 방법은 텍사스 사우스 웨스턴 의료 센터의 기관 동물 관리 및 사용위원회 (IACUC)에 의해 승인되었습니다.
1. 마이크로 드라이브 어레이 부품 의 준비
2. 광 실리콘 프로브 준비
3. 테트로드 준비
참고: 이 절차는 이전에 게시된문서 8,19,20,39와유사합니다.
4. 차폐 콘 부착
5. 임플란트 수술
참고 : 이 절차는 이중 사이트 이식에 대한 이전에 게시 된 기사18,39,41에서 수정됩니다. 수술 후 빠른 회복을 위해 마이크로 드라이브 임플란트의 경우 동물의 무게가 25g을 초과해야 합니다.
6. 실리콘 프로브 회수(그림 4D)
마이크로 드라이브 어레이는 5 일 이내에 구성되었습니다. 마이크로 드라이브 준비의 타임 라인은 표2에 설명되어 있습니다. 이 마이크로드라이브를 사용하여, 9개의 테트로데스 및 1개의 실리콘 프로브를 마우스의 해마 CA1 및 MEC[21주 령/29 g 체중 남성 pOxr1-Cre(C57BL/6 배경)]에 각각 이식하였다. 이 형질전환 마우스는 MEC 층 III 피라미드 뉴런에서 Cre를 발현한다. 마우스를 AAV5-DIO-ChR2-YFP(7.7 x 1012 gc/mL)의 200 nL로 전극 임플란트 10주 전에 MEC에 주입하였다. LFP는 로우 패스 필터(1-500 Hz)를 사용하여 기록하였고, 하이패스 필터(0.8-5 kHz)를 사용하여 스파이크 유닛을 검출하였다. 광 자극(λ = 450 nm)은 섬유 커넥터의 끝에서 측정된 10.6 mW 강도에서 1 ms 펄스 폭을 사용하여 수행하였다. 테트로드 기록을 위한 기준 전극은 전용 테트로드 와이어를 사용하여 백색 물질에 배치되었다. 실리콘 프로브 기록에 대한 레퍼런스는 프로브의 상부 채널로서 설정되었다.
테트로드 조정 후, 동작 성능은 선형 트랙(도5A)및 개방 필드(도5B)에서테스트하였다. 두 실험에서 마우스는 ~ 30 분 동안 자유롭게 탐색했습니다 (그림5Aa, b,c; 그림 5Ba, b,c). 전기 생리학적 신호는 기록 세션 전반에 걸쳐 심한 운동 관련 잡음 없이 성공적으로 기록되었다(그림5Ad, e; 그림 5 Bd,e). 다음으로, MEC에서 MEC층 III 뉴런을 CA143(도 6A)에투영하여 광 자극을 수행하였다. 자발적인 스파이크 활동(도6B,C) 및 LFP(도6D)는마우스가 자고 있을 때 테로데스 및 실리콘 프로브로부터 기록되었다. 테트로디에 기록된 LFP는 큰 잔물결 활동을 보였으며, 이는 모든 테트로드가 CA1 피라미드 형 세포 층 부근에 위치했다는 것을 시사한다. MEC에서 먼저 광 유도 반응성 활동이 관찰되었고, CA1에서 13-18 ms 대기 시간(도6E)이뒤따랐다.
그림 1: 마이크로드라이브 어레이 개요. (a) 테트로드 측(a) 및 실리콘 프로브 측(b)으로부터 마이크로드라이브 어레이의 골격 보기. (b) 로드된 마이크로드라이브 어레이의 실제 이미지로, 테트로드 측(a)과 실리콘 프로브 측(b)으로부터 바라보았다. 마이크로드라이브 어레이는 패널(b)의 지그 스테이지에 배치된다. (C) 개별 3D 인쇄 마이크로 드라이브 어레이 부품. (a-d) 마이크로 드라이브 어레이 본체는 네 가지 각도에서 볼 수 있습니다 (a : tetrode 측면보기; b : 실리콘 프로브 측면 보기; c : 상단보기; d : 아래쪽보기). 패널(c)의 파선 확대 뷰는 그림 2A에나와 있습니다. (e) 실리콘 프로브를 잡고 조정할 수 있는 셔틀. 실리콘 프로브는 패널(e)의 파선에 부착됩니다. (f) 32채널 실리콘 프로브 커넥터를 보유한 프로브 커넥터 홀더. (g) 광섬유 커넥터를 광원으로 연결/분리할 때 프로브의 움직임을 방지하기 위해 광섬유 페룰을 보유하는 광섬유 페룰 홀더. 이 부품은 [패널(g)]과 구성요소 A및 B의 두 가지 구성요소로 구성됩니다. (h) 전도성 재료로 페인팅 할 때 물리적 및 전기 차폐를 제공하는 인쇄 된 차폐 콘. 원뿔 창을 사용하면 마이크로 드라이브 어레이 준비 중에 구조 내부를 볼 수 있으며, 이는 결국 테이프 또는 3D 인쇄 재료로 덮여 있습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 2: 본체에 가이드 포스트 및 마이크로 드라이브 나사 준비. (A) 가이드 후 준비. (a) 그림 1Cc에표시된 마이크로드라이브 어레이 본체의 확대보기. (b) 몸의 구멍에 삽입 후 가이드. (B) 마이크로 드라이브 나사 설계. (a) 실리콘 프로브용 마이크로드라이브 나사로 300 μm 피치 맞춤형 나사, 지지 튜브 및 L자형 튜브로 구성됩니다. (b) 160 μm 피치 사용자 정의 나사와 30G 스테인레스 가이드 튜브로 구성된 tetrode용 마이크로 드라이브 나사. (C) 마이크로 드라이브 나사의 상단 부분의 제조 : (a) 마이크로 드라이브 나사에 대한 안티 몰드의 3D 인쇄 패턴의 준비. 그림은 실리콘 프로브 마이크로 드라이브 나사에 대한 패턴을 보여줍니다. (b) 금형 방지 패턴 (a) 및 실리콘 고무 소재를 사용하여 만들어진 금형. 조립 된 마이크로 드라이브 나사는 사용자 정의 나사와 와이어 / 튜브를 삽입하고 각 우물에 치과 아크릴을 부어 생산됩니다. 인세트: 금형 웰의 확대뷰. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 3: 마이크로드라이브 어레이 어셈블리. (A) 광실리콘 프로브의 제조. (a) 두 개의 플라스틱 가이드 튜브를 셔틀에 부착합니다. (b) 실리콘 프로브에 광섬유를 접착시킨다. (c) 광실리콘 프로브에 셔틀을 부착한다. 이 사진에서, 셔틀의 하단 부분(파선)은 실리콘 프로브의 베이스[b의 뒤쪽]에 부착된다. 셔틀과 실리콘 프로브 생크는 병렬로 있어야 합니다. (B) 광실리콘 프로브 셔틀 어셈블리를 마이크로드라이브 어레이 본체의 가이드 포스트에 로딩합니다. (c) 실리콘 프로브 마이크로드라이브의 상대적 위치는 프로브가 완전히 체내로 후퇴될 때 (a) 및 구동 본체(b)에서 가장 낮은 위치에 위치할 때이다. L 자형 와이어는 셔틀의 홈에 삽입됩니다. (D) 광섬유 페룰 홀더와 프로브 커넥터 마운트의 분해 뷰입니다. (E) 차폐 원뿔이 부착되어 있습니다. 전도성 재료는 원뿔 내부에 그려집니다. (F) 종이와 알루미늄 테이프를 사용하여 다른 차폐 콘. (a) 패턴 용지. (b) 3D 프린팅 버전에 비해 1.1 g의 무게를 줄이는 부착된 대체 차폐 원뿔입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 4: 수술 중 프로브를 밀봉하고 실리콘 프로브를 회수합니다. (A) 실리콘 그리스를 적용하기 전에 개두술 후 마이크로 드라이브 어레이와 마우스 두개골. 실리콘 프로브는 이 때 뇌에 약 2mm 삽입됩니다. (B) 치과 아크릴로부터 프로브를 보호하기 위해 실리콘 프로브 및 tetrode 번들 주위에 실리콘 그리스를 적용합니다. (c) 만성적으로 이식된 마우스는 회복 기간 이후에, 마우스가 걷고 있을 때(a), 그루밍(b), 및 카운터 밸런싱 풀리 시스템(c)과 함께 기록 케이블에 연결될 때. (d) 회수된 실리콘 프로브는 (a) 및 (b) 세척용액에 침지하기 전과 후이다. (a)의 생물학적 조직은 세정 과정(b) 후에 제거된다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
도 5: 행동 마우스로부터해내 내측 내측 피질(MEC)에서 동시 테트로드/실리콘 프로브 기록의 예. (A) 선형 트랙에 기록. (a) 리코딩에 사용되는 선형 트랙입니다. (b) 트랙에서 ~ 30 분 동안 마우스 탐색의 궤적. (c) 선형 트랙의 동작 성능입니다. (d-e) 대표적인 LFP 기록은 테트로드(d) 및 실리콘 프로브(e)로부터의 기록이다. (B) 열린 필드에 기록합니다. (a) 리코딩에 사용되는 개방 필드 챔버. (b) 챔버에서 ~30 분 동안 마우스 탐사의 궤적. (c) 열린 필드의 행동 성능. (d,e) 대표적인 LFP 기록은 테트로드(d) 및 실리콘 프로브(e)로부터의 기록이다. LED는 마우스의 위치를 기록하기 위해 헤드 앰프에 부착됩니다. 선형 트랙과 오픈 필드 챔버는 전기 접지와 연결되어 정전기 소음을 줄입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
도 6: CA1 및 MEC 및 광유전학 적 자극에서동시 기록의 대표적인 결과. (A) 주입 4주 후 AAV5-DIO-ChR2-YFP의 발현. MEC 층 III 등가 MEC에서 등등 CA1에 그들의 축세포를 투영하는 피라미드 형 뉴런. 파선: 오리, 지층 오리엔스; 캐, 지층 피라미드; 라드, 지층 라디에이터럼; 몰, 지층 lacunosum 분자. (B) 대표 스파이크 테트로데스 중 하나에서 기록. (a) tetrode에서 기록된 스파이크의 2D 클러스터 프로젝션. (b) (a)에서 파선으로 표시되는 3개의 클러스터의 평균 스파이크 파형의 예. (C) 실리콘 프로브 전극 사이트 중 하나에서 대표적인 스파이크 기록. (a) 스파이크 주 성분의 2D 클러스터 프로젝션. (b) 3개의 클러스터의 평균 스파이크 파형의 예. 스파이크 클러스터(분홍색 및 녹색)는 노이즈 클러스터(파란색)와 분리됩니다. (B,C)의 클러스터는 KlustaKwik 소프트웨어를 사용하여 계산됩니다. (D) CA1(a)의 테트로데스와 MEC(b)의 실리콘 프로브로부터 동시에 기록된 자발적 LFP의 트레이스. 검은 색 화살표는 (C)에 도시된 (B) 및 실리콘 프로브 전극 부지에 도시된 테트로드를 나타낸다. (E) MEC(b)의 CA1(a) 및 실리콘 프로브의 테트로데스로부터 펄스 광학 자극(10.6 mW, 1 ms; 채워진 적색 화살촉)에 대한 LFP 반응. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그램 / 하나 | 수 | 합계 [그램] | ||
본체 | 1.25 | 1 | 1.25 | |
셔틀 | 0.04 | 1 | 0.04 | |
프로브 커넥터 마운트 | 0.19 | 1 | 0.19 | |
섬유 페룰 홀더 | 0.1 | 1 | 0.1 | |
차폐 콘 | 1.82 | 1 | 1.82 | (0.72)* |
전도성 페이스트 | 0.2 | 1 | 0.2 | |
기계 나사 (#00, 2mm), EIB를 보유 | 0.05 | 2 | 0.1 | |
기계 나사 (#0-80, 3.5 mm) | 0.06 | 4 | 0.24 | |
기계 나사 (#0-80, 6mm) | 0.09 | 2 | 0.18 | |
너트 | 0.03 | 2 | 0.06 | |
마이크로 드라이브 (테트 로드) | 0.05 | 9 | 0.45 | |
마이크로 드라이브 (실리콘 프로브) | 0.29 | 1 | 0.29 | |
실리콘 프로브 | 0.28 | 1 | 0.28 | |
전기 인터페이스 보드 | 0.6 | 1 | 0.6 | |
총 | 5.8 | (4.7)* |
표 1: 각 마이크로드라이브 어레이 부품의 개별 중량. 마이크로 드라이브 어레이의 총 중량은 에폭시로 보호 콘을 고정 한 후 5.9 g이었습니다 (*종이 및 알루미늄 테이프를 사용하여 대체 차폐 콘을 사용하는 경우).
절차 | 시간 |
마이크로 드라이브 준비 | |
3D 부품 인쇄 | 1일 |
옵트로드 준비 | |
마이크로 드라이브 헤드용 금형 준비 | 1일* |
마이크로 드라이브 헤드 준비 | 3 시간 |
광섬유 부착 | 3 시간 |
셔틀 부착 | 3 시간 |
테트로드 준비 | |
마이크로 드라이브 헤드용 금형 준비 | 1일* |
마이크로 드라이브 헤드 준비 | 3 시간 |
테트로드 와이어 로딩 | 1일 |
차폐 콘 부착 | |
페인팅 차폐 페인트 | 하룻밤* |
마이크로 드라이브 본체에 부착 | 3 시간 |
* 이러한 절차는 병렬로 수행 할 수 있습니다 |
표 2: 마이크로드라이브 준비의 타임라인입니다. 실리콘 고무 /치과 아크릴 / 에폭시를 경화하고 tetrode 와이어를적재하는 3D 부품 인쇄는 총 4-5 일 동안 마이크로 드라이브 어레이 준비 시간의 대부분을 차지합니다.
보조 파일: 보조 파일에는 .sldprt 및 .stl 형식모두에서 5개의 마이크로드라이브 부품의 3D 모델 데이터가 포함됩니다. 원래 3D 모델 파일은 소프트웨어 Solidworks2003으로 만들어졌습니다. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
이 프로토콜은 독립적으로 조정 가능한 테트로데스와 자유롭게 행동하는 마우스에서 실리콘 프로브를 사용하여 두 뇌 영역에서 신경 활동을 기록할 수 있는 하이브리드 마이크로드라이브 어레이를 구성하고 이식하는 방법을 보여줍니다. 또한 실험 후 광유전학 적 실험 및 실리콘 프로브의 회수를 보여줍니다. 조정 가능한 실리콘 프로브33 또는 광실리콘 프로브36 이식은 이전에 마우스에서 입증되었지만, 이 프로토콜은 동시 테트로드 어레이 및 광실리콘 프로브 이식에 분명한 이점을 제공하여 유연성을 제공합니다. 이식된 프로브 유형의 선택. 이식된 프로브의 종류는 다중 생크 프로브27,44 또는 초밀도 Neuropixels 21,45와같은 실험의 목표에 따라 전환될 수 있다. 이식 7의 조정 및 각도는 필요에 따라 3D 객체 설계 단계에서 용이하게 수정될수 있다. 예를 들어, 이중 부위 또는 삼중 부위 기록은 해마46,내측 피질47,전두엽 피질48,편도체49와같은 기억 관련 뇌 구조전반에 걸친 학습 작업 중에 가능합니다. 피질50을cingulate .
성공적인 임플란트 및 기록을 위한 몇 가지 중요한 절차가 있습니다. 실리콘 기반 프로브의 취약성으로 인해 조립 중에 마이크로드라이브 어레이에 대한 기계적 진동이나 충격을 최소화해야 합니다. 예를 들어, 실리콘 프로브를 마이크로드라이브 어레이에 로딩하기 전에 드릴을 사용하여 막힌 구멍을 여는 작업이 완료되어야 합니다. 또한 마이크로 드라이브 어레이 시공 및 임플란트 수술 중 각 단계의 접지 연결을 신중하게 확인하여 기록된 데이터의 안정성을 보장해야 합니다. 지면에 대한 불안정하거나 임피던스 연결이 발생하여 레코딩 세션 중에 큰 소음과 모션 관련 아티팩트가 발생합니다. 안정적인 기록을 위해, 뇌 조직이 임플란트 수술에 의해 부정적인 영향을 받고 있기 때문에 전극 드리프트를 피하기 위해 수술 후 1-2 주를 기다리는 것이 좋습니다. 그러나 실리콘 프로브의 신호 품질은 이전 경험에 기초하여 외과 적 외상으로부터 1-2 주 후에 회복됩니다. 다른 마우스에 의해 이식 된 마이크로 드라이브 어레이의 손상을 방지하기 위해 단일 하우징을 사용하는 것이 좋습니다. 광유전학 실험의 경우, 대부분의 실리콘 프로브는 광자극(51)에반응하여 사진 아티팩트를 유도하는 반면, 다른 프로브는 사진 아티팩트(52)를 최소화하도록 설계되어 있습니다(사진 아티팩트가 감소되어 있습니다) 시판되는 실리콘 프로브).
마이크로 드라이브 어레이 (5.9 g)의 무게는 이전 기사12,53에설명 된 일반적인 마이크로 드라이브보다 무겁습니다. 및 견과류: ~22%). 임플란트 수술에 25g(~2-3개월 된 C57BL/6 마우스54,55)의무게를 가진 마우스를 사용하는 것이 좋습니다. 이러한 이유로,이 마이크로 드라이브 배열은 청소년 마우스를위한 최선의 해결책이 아닐 수 있습니다. 마우스 의 체중의 5 %-10 %인 장치는 종종 임플란트12,56 (이57에대한 지원 게시 된 데이터가 없지만)에 대해 용납되도록 유도되지만,이 마이크로 드라이브 어레이는 체중의 ~ 24 %의 무게를 가합니다. 25 g 마우스 (~19% 아래에 설명 된 대체 콘을 사용 하는 경우).
그러나, 이식된 성인 마우스는 자유롭게 움직이고 홈 케이지에서 뛰어다닐 수 있었습니다. 유사한 마이크로드라이브 어레이 중량(~4.5 g)으로 이식된 마우스는 식품 제한13,17하에서도행동 태스크(linear maze task)를 수행하는 것으로 이전에 나타났다. 무게의 단점은 중대 밸런싱시스템(18,34,58 또는 헤드포스트 시스템59)이 마이크로드라이브 어레이를 지원하기 때문에 기록 시 문제가 되지 않는다. 또한, 마이크로 드라이브 어레이의 총 중량은 높이를 낮추거나 차폐 콘의 두께를 줄이고 더 작은 나사를 활용하기 위해 설계를 수정하여 줄일 수 있습니다.
현재 3D 프린팅 재료를 사용하여 차폐 원뿔의 두께를 ~0.3 mm (현재 두께 ~ 0.6 mm)까지 줄일 수 있습니다. 테트로드 와이어가 여전히 덮일 수 있는 한 원뿔 높이를 ~5mm 줄일 수 있습니다. tetrode 와이어의 노출은 전선의 파손및 장기 기록의 실패를 초래할 것이다. 대안적으로, 종이 및 알루미늄 테이프를 사용하여 차폐 콘의 제조는 원뿔 중량을 ~0.7 g (총 중량의 ~ 15 %로 감소시킬 수 있습니다; 원래 마이크로 드라이브 어레이의 총 중량에서 20 % 감소); 하지만, 이들은 체력과 트레이드 오프. 또한 마이크로 드라이브의 크기(전류 차폐 원뿔: 4.2 x 4.0 x 2.6 cm = 주요 축 x 마이너 축 x 높이)는 동물 케이지 의 상단에서 제공되는 경우 식품 및 물 접근에 장애물이 될 수 있습니다. 케이지 바닥이나 측벽에서 제공되는 한 마이크로 드라이브는 먹기, 음주, 손질, 양육 또는 중첩60과같은 마우스의 자연적인 행동을 방해하지 않습니다.
결론적으로, 이 마이크로 드라이브 프로토콜은 장거리 신경 회로의 역학과 기능을 이해하기 위해 자유롭게 움직이는 마우스의 여러 뇌 영역에서 녹음할 수 있는 유연한 선택을 연구원에게 제공합니다.
저자는 공개 할 것이 없다.
이 작품은 일본과학해외연구동호회(HO), 부여된 장학생프로그램(TK), 인간개척과학프로그램(TK), 뇌연구재단(TK), 교수과학기술취득, 보존 프로그램 (TK), 뇌 및 행동 연구 재단 (TK), 스미토모 재단 연구 보조금 (JY), 나르사드 젊은 조사자 연구 보조금 (JY). 원고를 준비하는 동안 귀중한 의견과 제안에 대해 W. Marks에 감사드립니다.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
#00-90 screw | J.I. Morris | #00-90-1/8 | EIB screws |
#0-80 nut | Small Parts | B00DGB7CT2 | brass nut for holding fiber ferrule holder |
#0-80 screw | Small Parts | B000FMZ57G | brass machine screw for probe connector mount, fiber ferrule holder, and shielding cone |
22 Ga polyetheretherketone tubes | Small Parts | SLPT-22-24 | for attaching to the shuttle, 0.025 inches inner diameter |
23 Ga stainless tubing | Small Parts | HTX-23R | for tetrode |
23 Ga stainless wire | Small Parts | HTX-23R-24-10 | for L-shape/support wire |
26 Ga stainless wire | Small Parts | GWX-0200 | for guide-posts |
30 Ga stainless wire | Small Parts | HTX-30R | for tetrode |
3-D CAD software package | Dassault Systèmes | SolidWorks 2003 | |
3D printer | FormLab | Form2 | |
5.5mil polyimide insulating tubes | HPC Medical | 72113900001-012 | |
aluminum foil tape | Tyco | Tyco Adhesives 617022 Aluminum Foil Tape | for the alternative shielding cone |
conductive paste | YSHIELD | HSF54 | for shielding cone |
customized screws for silicon-probe microdrive | AMT | UNM1.25-HalfMoon | half-moon stainless screw, 1.5 mm diameter, 300 µm thread pitch |
customized screws for tetrode microdrive | AMT | Yamamoto_0000-160_9mm | slotted stainless screw, 0.5 mm diameter, 160 µm thread pitch, custom-made to order for our design |
dental acrylic | Stoelting | 51459 | |
dental model resin | FormLab | RS-F2-DMBE-02 | |
Dremel rotary tool | Dremel | model 800 | a grinder |
drill bit | Fine Science Tool | 19007-05 | |
electric interface board | Neuralynx | EIB-36-Narrow | |
epoxy | Devcon | GLU-735.90 | 5 minutes epoxy |
eye ointment | Dechra | Puralube Ophthalmic Ointment | to prevent mice eyes from drying during surgery |
fiber polishing sheet | Thorlabs | LFG5P | for polishing the optical fiber |
fine tweezers | Protech International | 15-368 | for loading/recovering the silicon probe |
gold pins | Neuralynx | EIB Pins Small | |
ground wire | A-M Systems | 781500 | 0.010 inch bare silver wire |
headstage preamp | Neuralynx | HS-36 | |
impedance meter | BAK electronics | Model IMP-2 | 1 kHz testing frequency |
mineral oil | ZONA | 36-105 | for lubricating screws and wires |
optical fiber | Doric | MFC_200/260-0.22_50mm_ZF1.25(G)_FLT | |
Recording system | Neuralynx | Digital Lynx 4SX | |
ruby fiber scribe | Thorlabs | S90R | for cleaving the optical fiber |
silicon grease | Fine Science Tool | 29051-45 | |
silicon probe | Neuronexus | A1x32-Edge-5mm-20-177 | Fig. 3, 4A, 4B, 5 |
silicon probe | Neuronexus | A1x32-6mm-50-177 | Fig. 4C |
silicon probe washing solution | Alcon | AL10078844 | contact lens cleaner |
silicone lubber | Smooth-On | Dragon Skin 10 FAST | for preparation of microdrive mold |
silver paint | GC electronic | 22-023 | silver print II coating, used for ground wires |
skull screw | Otto Frei | 2647-10AC | 0.8 mm diameter, 0.200 mm thread pitch |
standard surgical scissors | ROBOZ | RS-5880 | |
stereotaxic apparatus | Kopf | Model 942 | |
super glue | Loctite | LOC230992 | for applying to guide-posts |
surgical tweezers | ROBOZ | RS-5135 | |
Tetrode Twister | Jun Yamamoto | TT-01 | |
tetrode wires | Sandvik | PX000004 |
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