在麻醉大鼠的硅探头录制的大型神经元合唱

摘要

神经元的活动外的录音使用的麻醉大鼠硅探针进行说明。这种技术允许跨多个脑区的信息，来自100多个神经元同时获得。它提供了有关单细胞神经合奏在多个本地电路动态决议的信息。

摘要

从神经合奏的大型电生理记录提供了机会，以研究大脑如何协调各种各样的扣球从它的神经元活动的行为。同时监察扣球从大量的神经元在多个地方的神经回路活动的一个最有效的方法是通过使用硅^电极阵列1-3。

动作电位产生大量的跨膜电压的变化，在细胞somata附近。这些输出信号可以测量导体放置在一个神经元的接近。如果有许多活动（扣球）在针尖附近的神经元，电极记录其中，单个神经元的贡献是“电气距离”加权相结合的信号。硅探头是理想的记录电极监测，由于大量的记录点（64）和体积小的多个神经元。 Furthermo再次，多个站点可以被安排在一毫米的距离，从而使神经元的活动，同时在不同的皮质层或多个皮层柱的录音（图1）。更重要的是，记录点的几何精确分布，还可以隔离单个神经^元的4的空间关系的决心。在这里，我们描述的一种急性，大规模的左，右前肢同时在硅探针（图2）麻醉大鼠体感皮层神经元记录。

研究方案

1。手术前准备

1. 适当的类型和剂量的麻醉药麻醉大鼠。在这里，我们用乌拉坦（1.5克/公斤，Sigma - Aldrich公司有限公司，圣路易斯，密苏里州） - 准备为20％溶液稀释的聚氨酯20克在100毫升磷酸缓冲液（PBS），即动物将收到7.5 intraperitonealy聚氨酯解决方案（IP）的毫升/公斤。由于其剂量反应曲线，聚氨酯的总剂量分为四个应用程序，每个相隔约30分钟。之前的前两个聚氨酯的应用，动物麻醉与异氟醚在3-4％的浓度（每分钟2升氧气）管理，并维持在2％（高达每分钟2升氧气），以防止动物从越来越强调通过注射。在手术过程中，isofluorane（2％浓度的2分钟）的额外的管理，如果需要的话，可以使用。
2. 剃须沿切口部位（头背侧）皮草，以确保皮草不会污染伤口和足够的面积，可消毒切口周围站点。
3. 防腐用有机碘或洗必泰肥皂和消毒剂（乙醇），准备手术部位。
4. 准备硅探针（NeuroNexus技术，安阿伯，MI）。探头可以使用70％的乙醇，用蒸馏水冲洗消毒。如果需要的话，探头可涂防腐准备（如染料我，Invitrogen公司有限公司）用荧光标记，稍后揭示探头的位置，在组织学分析。要做到这一点，我们用一个小的和非常柔软的油漆刷和微妙的接触与染料的硅探头的背面。此过程应该始终做了一个显微镜，以确保探头不被损坏或弯曲。经常检查，确保染料不会阻止任何渠道。探头上留下任何残余染料可以用酒精后取出，用清水冲洗。
5. 硅electrodES护理：由于其体积小，硅探针是微妙的，非常容易打破，即使使用具有相当的保健。因此，我们建议监测潜在的危险，在所有的时间，如：（一）保持在一个适当指定的框的探针;（二）防止崩溃或删除处理时的探头;（三）确保固定，立体造以防止任何意外;（四）录制时，周围组织和/或血液可以连接到探头。因此，重要的是录制后取出探头时要小心。强烈建议使用PBS或生理盐水溶液的流量恒定（V）始终清洁录制后探头。要清洁探头，强烈建议他们淹没在液体酶清洗剂（波士顿，博士伦）几分钟。始终用蒸馏水冲洗探针，并返回他们自己的专用盒。根据我们的经验，足够的照顾，确保硅探针10多个实验的良好品质的录音。如果通道“获取嘈杂”，在使用过程中，应排除后续分析。我们发现，通道之间的串扰是最小的;因此，嘈杂的通道通常有其他渠道的信号影响很小。

2。外科

1. 任何手术操作前，涂抹于眼睛表面的眼软膏。
2. 管理地塞米松5毫克/毫升皮下注射，以减少脑部发炎。
3. 修复的动物，在整个手术的立体框架。
4. 管理2％盐酸利多卡因肾上腺素（2-4毫克/千克稀释至0.5％溶液）在切口部位皮下切口前，以减少伤口出血和局部麻醉的潜在风险。
5. 通过头皮中线2厘米的切口，横向和取代皮肤暴露颅骨表面。
6. 清除头皮背筋膜，钝性分离和控制microcautery或用骨蜡止血。
7. 两个钻孔，重视动物接地和参考的头骨枕骨的小螺丝钉。参考螺丝必须与硬脑膜接触。为了减少在录音电气噪声，这是建议保留在任何时候都湿了螺丝。要做到这一点，一个小的丙烯酸障碍，周围的螺丝可以建造或螺丝可以用琼脂覆盖。
8. 在坐标相应的皮质和/或皮质下面积（S）的利息⁵ 1-2毫米直径的开颅手术。开颅手术（钻孔）期间需要使用压缩空气来消除骨粉。防止头骨温暖从钻井应用的PBS滴。第二次开颅手术，如果需要插入第二个探测器。在这段视频中，我们提出从两个皮质区同时录音，因此两个craniotomies。
9. 建立一个小的丙烯酸树脂屏障（如：郎牙科制造，有限责任公司，Wheeting，IL）的周边两个craniotomies为了保持PBS暴露硬脑膜上，防止它干燥。整个实验过程中不断应用PBS。
10. 打开硬脑膜问题都craniotomies。两面针（30半计）弯曲的提示（形成了钩），可用于该操作。
11. 将连接器的硅探针的立体manipulatiors。连接器连接到一个极点，才能有探头完全平行的立体操盘柄。这是至关重要的，以保持稳定的录音，并避免损坏探头。
12. 连接到硅探头的参考引脚的参考螺丝。为了减少电噪声，接地螺钉连接到：我）探头插头的接地;二）从录音设备的机箱接地;三）立体框架。
13. 将只是在软接触的硅探针的尖端。
14. 慢慢地引进日发送硅探头，并确保无阻力或弯曲，可以插入到大脑的硅探针的柄（图1及2）。
15. 仔细降低，直至达到所需的记录区域的探头。如果需要，加craniotomies顶部的PBS滴，以避免组织干燥。
16. 由于乌拉坦麻醉，只应使用终端程序，动物安乐死至少钠经口200mg/kg腹腔注射戊巴比妥稀释至不超过60毫克/毫升的浓度。其次是动物断头。

3。代表性的成果：

局部场电位和扣球活动的代表录音如图3A所示。硅探头记录后执行穗排序（歧视尖峰来自不同的神经元;图3B，C; ^6，7，8）提供调查涉及的神经元群活动的能力，我王等，以下过程：记忆和决策^{9 10，}可塑性强，刺激的，自发的活动编码^{11 12}和¹³个不同的药物的影响。

图1。答 ：一个使用一个单一的柄的硅探头的例子是叠加在重建神经元（S. ^坂田14提供）蒙太奇B.探头在每个8柄的四极配置的一个例子。C.原理图大鼠颅骨。绿色框表示在左，右的体感皮层的开颅手术的程度。

图2：与实验前额叶皮层和海马硅探针插入的一个例子。掉落的PBS覆盖了开颅手术，以保护暴露的BR泉干涸。以上位于小脑的两个螺丝将连接到地面和参考，分别。

图3。 A.图像显示500ms的有代表性的局部场电位（LFP）的电生理记录，从一个四极管（注：负电压绘制统筹）。插入显示-波形的尖峰B.二维单位从1四极管的功能空间集群的意见。每个集群从一个单一的单元（神经元）的尖峰。C.平均尖峰波形代表单位（颜色编码），在每一个单一的四极管的四个记录点 。D.波形能量（振幅），随着时间的推移峰值。注意：每个单元的相对恒定的能量值，这表明显示期的持续时间较稳定的记录。

讨论

本文演示了如何使用硅电极阵列记录从人口众多，同时在多个皮层区的神经元（> 100）。为了在成功的手术和记录，应考虑以下问题：

1. 到所需区域的探头介绍：当插入脑组织中的探测器，它有可能造成相当大的损害。这可能会导致低质量的记录单位。为了避免这个问题，我们提出以下建议：（一）在一定程度的角度介绍了探头（推荐使用10度角）。通过这样做，可以减少所记录的神经元的树突状损害;（二）探针插入脑组织后，他们最初以更快的速度，每10-30秒（约50至100微米）降低，直到他们得到接近所需的记录。当探测目标区域约200微米，位置调整更慢（约imately 10微米，每2或3分钟）。
2. 稳定的录音：当探头在指定的区域是相当大的活​​动检测（在大多数的渠道鲜明尖峰）的，建议开始录制之前，等待约30分钟。这将使脑组织机械稳定的探针插入后，并确保一个更稳定的录音。
3. 脑脉动：偶尔可以看到大脑的脉动，可以显著降低录音的质量。在录音方面，一个小的开颅手术（只是足够的空间，以适应探头）可以减少大脑的脉动。如果有必要，枕大池可以被刺破。这样可以减少脑脊液压力和减少肿胀和脉动。
4. 硅探头配置：硅探头可以有多种形状和录制现场配置。例如，他们可以在不同的柄，柄的长度和厚度，并在记录点（;：www.neuronexustech.com看到如四极管与线性配置）的安排。一个特定的配置使用的探头选择取决于科学要回答的问题。例如，如果目标是记录在多个地点在一个特定的层（如在这些录音中提出）的神经元的人群，最好的选择是使用八柄和四极配置的探头。这允许多个单单位在每一个四极管和跨1.4毫米跨度8个地点的采样录音。另一个例子是，如果有人想研究在皮质层的活动传播，最好的选择是使用一个探头，一个柄定期分发的记录点，沿着这条柄，允许^同时录制多个皮质层14。

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
名称	公司	目录编号
聚氨酯	Sigma - Aldrich公司
磷酸盐缓冲液（PBS）
异氟醚	森	02241315
硅探针	NeuroNexus技术	采用4 × 2 - 春节 - 5MM - 150 - 200 - 312
染料我（18（3）介质隔离集成电路）	Invitrogen公司有限公司	617830
地塞米松5	Vetoquinol	0A0640B
眼膏	Vetoquinol	005165414
利多卡因盐酸肾上腺素的2％	Bimeda - MTC	00141984
立体定向框架	KOPF仪器	1430 - B
电极操纵器和支架	KOPF仪器	960
鼠耳，酒吧	KOPF仪器	1955年
大鼠适配器	KOPF仪器	920
麻醉面罩	KOPF仪器	906
解剖刀	Roboz手术仪器	RS - 9843
手术刀片	模范	0086
微解剖剪刀	Roboz手术仪器	RS - 5910
螺丝	古尔德Pasteners有限公司	14084701
止血钳	抢劫盎司手术仪器	RS - 7130 RS - 7211
30 ½表针	流式细胞 - 迪金森	305115
微电机控制	Foredom	HP4 - 917
解剖钳	Roboz手术仪器	RS - 5237
骨蜡	Lukens	M263500
压缩空气瓶	猎鹰安全产品，公司	50 - 10521C
酶法清洁	波士顿，博士伦	BAUSCH497628
蒸馏水
牙科丙烯酸粉末	郎牙科	1220
牙科丙烯酸液体	郎牙科	1404
数字山猫SX系统	Neuralynx公司	4SX - Z400
猎豹Softwere	Neuralynx公司
鳄鱼电缆