自由移动小鼠的多通道细胞外记录

摘要

该协议描述了运动皮层（MC）中细胞外记录的方法，以揭示自由移动的有意识小鼠的细胞外电生理特性，以及局部场电位（LFP）和尖峰的数据分析，这对于评估网络神经活动的潜在行为是有用的。

摘要

该协议旨在通过将电生理信号与自发和/或特定行为相关联来揭示神经元放电和网络局部场电位（LFP）在执行特定任务的行为小鼠中的特性。该技术代表了研究这些行为背后的神经元网络活动的宝贵工具。本文提供了在自由移动的清醒小鼠中进行电极植入和随后的细胞外记录的详细而完整的程序。该研究包括植入微电极阵列的详细方法，使用多通道系统捕获运动皮层 （MC） 中的 LFP 和神经元脉冲信号，以及随后的离线数据分析。在有意识的动物中多通道记录的优点是可以获得和比较更多脉冲神经元和神经元亚型，从而可以评估特定行为与相关电生理信号之间的关系。值得注意的是，本研究中描述的多通道细胞外记录技术和数据分析程序在行为小鼠中进行实验时可以应用于其他大脑区域。

引言

局部场电位 （LFP） 是细胞外信号的重要组成部分，反映了大量神经元的突触活动，这些神经元构成了多种行为的神经代码¹。神经元活动产生的尖峰被认为有助于 LFP，并且对神经编码很重要².棘峰和 LFP 的改变已被证明可以介导多种脑部疾病，例如阿尔茨海默病，以及恐惧等情绪^3,4。值得注意的是，许多研究都强调，动物清醒和麻醉状态之间的尖峰活性显着不同⁵.尽管麻醉动物的记录提供了一个机会，可以在高度定义的皮质同步状态下以最小的伪影评估 LFP，但结果在一定程度上与清醒受试者 ^6,7,8 中的结果不同。因此，使用植入大脑的电极在清醒的大脑状态下检测各种疾病在长时间尺度和大空间尺度上的神经活动更有意义。本手稿为初学者提供了有关如何制作微型驱动系统并使用通用软件设置参数的信息，以快速直接的方式计算尖峰和LFP信号，以便开始记录和分析。

尽管脑功能的非侵入性记录，例如使用脑电图 （EEG） 和从头皮记录的事件相关电位 （ERP），已广泛用于人类和啮齿....

研究方案

所有小鼠均在商业上获得，并在室温为22-25°C和相对湿度为50%-60%的情况下，在12小时光照/ 12小时黑暗循环（当地时间上午08：00点亮）中维持。小鼠可以获得持续的食物和水供应。所有实验均按照华南师范大学《实验动物护理与使用指南》进行，并经机构动物伦理委员会批准。以3-5月龄雄性C57BL/6J小鼠为研究对象。

1.微型驱动系统总成

1. 使用两个支架和一个固定可移动微型驱动器的螺钉连接两块计算机设计的板，并将连接器连接到一块板上（图 1A，Bi-iii）。通过拧动螺钉（0.5 毫米/圈）驱动微型驱动器。
2. 确保微型驱动器可以携带两组八根导管（~3 cm 长，~50 μm 内径，~125 μm 外径）用于 MC 区域的每一侧，然后将其切割成相同的长度（至少 15 mm;图1Biv，v）。
3. 切割 16 根直径为 35 μm 的镍铬线（~5 cm 长），然后将它们依次装入导管中，然后涂上胶水固定它们（图 1Bi、vi、vii）。
4. 剥去电线绝缘层，按照通道图将每根裸露的电线依次缠绕到连接器的....

讨论

在自由移动的小鼠中，多通道记录被认为是神经科学研究中的一项有用技术，但对于初学者来说，记录和分析信号仍然相当具有挑战性。在本研究中，我们提供了制造微驱动系统和进行电极植入的简化指南，以及 通过 尖峰分选软件和神经生理学数据分析软件捕获和分析电信号的简化程序。

鉴于定制微驱动系统的质量极大地有助于在自由移动的小鼠 14、^15<.......

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
2.54 mm pin header	YOUXIN Electronic Co., Ltd.	1 x 5	Applying for the movable micro-drive which can slide on its stulls.
Adobe Illustrator CC 2017	Adobe	N/A	To optimize images from GraphPad.
BlackRock Microsystems	Blackrock Neurotech	Cerebus	This systems includes headsatge, DA convert, amplifier and computer.
Brass nut	Dongguan Gaosi Technology Co., Ltd.	M0.8 brass nut	The nut fixes the position of screw.
Brass screw	Dongguan Gaosi Technology Co., Ltd.	M0.8 x 11 mm brass screw	A screw that hold the movable micro-drive.
C57BL/6J	Guangdong Zhiyuan Biomedical Technology Co., LTD.	N/A	12 weeks of age.
Centrifuge tube	Biosharp	15 mL; BS-150-M	To store mice brain with sucrose sulutions.
Conducting paint	Structure Probe, Inc.	7440-22-4	To improve the lead-connecting quality between connector pins and Ni-wires.
Conductive copper foil tape	3M	1181	To reduce interferenc.
Connector	YOUXIN Electronic Co., Ltd.	2 x 10P	To connect the headtage to micro-drive system.
DC Power supply	Maisheng	MS-305D	A power device for  electrolytic lesion.
Dental cement	Shanghai New Century Dental Materials Co., Ltd.	N/A	To fix the electrode arrays on mouse's skull after finishing the implantation.
Digital analog converter	Blackrock	128-Channel	A device that converts digital data into analog signals.
Epoxy resin	Alteco	N/A	To cover pins.
Excel	Microsoft	N/A	To summarize data after analysis.
Eye scissors	JiangXi YuYuan Medical Equipment Co.,Ltd.	N/A	For surgery or cutting the Ni-chrome wire.
Fine forceps	JiangXi YuYuan Medical Equipment Co.,Ltd.	N/A	For surgery.
Forceps	JiangXi YuYuan Medical Equipment Co.,Ltd.	N/A	For surgery or assembling the mirco-drive system.
Freezing microtome	Leica	CM3050 S	Cut the mouse’s brain into slices
Fused silica capillary tubing	Zhengzhou INNOSEP Scientific Co., Ltd.	TSP050125	To  serve as the guide tubes for Ni-chrome wires.
Glass microelectrode	Sutter Instrument Company	BF100-50-10	To mark the desired locations for implantation using the filled ink.
GraphPad Prism 7	GraphPad Software	N/A	To analyze and visualize the results.
Guide-tube	Polymicro technologies	1068150020	To load Ni-chrome wires.
Headstage	Blackrock	N/A	A tool of transmitting signals.
Helium balloon	Yili Festive products Co., Ltd.	24 inch	To offset the weight of headstage and micro-drive system.
Ink	Sailor Pen Co.,LTD.	13-2001	To mark the desired locations for implantation.
Iodine tincture	Guangdong Hengjian Pharmaceutical Co., Ltd.	N/A	To disinfect mouse's scalp.
Lincomycin in Hydrochloride and Lidocaine  hydrochloride gel	Hubei kangzheng pharmaceutical co., ltd.	10g	A drug used to reduce inflammation.
Meloxicam	Vicki Biotechnology Co., Ltd.	71125-38-7	To reduce postoperative pain in mice.
Micromanipulators	Scientifica	Scientifica IVM Triple	For electrode arrays implantation.
Microscope	Nikon	ECLIPSE Ni-E	Capture the images of brain sections
nanoZ impedance tester	Plexon	nanoZ	To measure impedance or performing electrode impedance spectroscopy (EIS) for multichannel microelectrode arrays.
NeuroExplorer	Plexon	NeuroExplorer	A tool for analyzing the electrophysiological data.
NeuroExplorer	Plexon, USA	N/A	A software.
Ni-chrome wire	California Fine Wire Co.	M472490	35 μm Ni-chrome wire.
Offline Sorter	Plexon	Offline Sorter	A tool for sorting the recorded multi-units.
PCB board	Hangzhou Jiepei Information Technology Co., Ltd.	N/A	Computer designed board.
Pentobarbital	Sigma	P3761	To anesthetize mice.
Pentobarbital sodium	Sigma	57-33-0	To anesthetize the mouse.
Peristaltic pump	Longer	BT100-1F	A device used for perfusion
Polyformaldehyde	Sangon Biotech	A500684-0500	The main component of fixative solution for fixation of mouse brains
PtCl4	Tianjin Jinbolan Fine Chemical Co., Ltd.	13454-96-1	Preparation for gold plating liquid.
Saline	Guangdong Hengjian Pharmaceutical Co., Ltd.	N/A	To clean the mouse's skull.
Silver wire	Suzhou Xinye Electronics Co., Ltd.	2 mm diameter	Applying for ground and reference electrodes.
Skull drill	RWD Life Science	78001	To drill carefully two small holes on mouse's skull.
Stainless steel screws	YOUXIN Electronic Co., Ltd.	M0.8 x 2	To protect the micro-drive system and link the ground and reference electrodes.
Stereotaxic apparatus	RWD Life Science	68513	To perform the stereotaxic coordinates of bilateral motor cortex.
Sucrose	Damao	57-50-1	To dehydrate the mouse brains  after perfusion.
Super glue	Henkel AG & Co.	PSK5C	To fix the guide tube and Ni-chrome wire.
Temperature controller	Harvard Apparatus	TCAT-2	To maintain mouse's rectal temperature at 37°C
Tetracycline eye ointment	Guangdong Hengjian Pharmaceutical Co., Ltd.	N/A	To protect the mouse's eyes during surgery.
Thread	Rapala	N/A	To link ballon and headstage.
Vaseline	Unilever plc	N/A	To cover the gap between electrode arrays and mouse's skull.