普通狨猴层流皮层活动的电生理学

摘要

定制的微型驱动器能够通过线性硅阵列实现皮质记录位点的亚毫米级靶向。

摘要

狨猴因其光滑的皮质表面，为检查层流皮层回路提供了理想的模型，便于使用线性阵列进行记录。狨猴最近越来越受欢迎，因为它的神经功能组织与其他灵长类动物相似，而且在记录和成像方面具有技术优势。然而，由于体积小且缺乏作为解剖标志的脑回，该模型中的神经生理学带来了一些独特的挑战。使用定制的微型驱动器，研究人员可以将线性阵列放置控制到亚毫米级精度，并在记录日内在相同的视网膜定位位置可靠地记录。该协议描述了微驱动定位系统的分步构建和硅线性电极阵列的神经生理记录技术。通过精确控制整个记录会话中的电极位置，研究人员可以轻松地遍历皮层，根据其视网膜组织和记录神经元的调谐特性来识别感兴趣的区域。此外，使用这种层流阵列电极系统，可以应用电流源密度分析（CSD）来确定单个神经元的记录深度。该协议还演示了层流记录的示例，包括在 Kilosort 中分离的尖峰波形，这些波形跨越阵列上的多个通道。

引言

近年来，普通狨猴（Callithrix jacchus）作为研究大脑功能的模型迅速流行起来。这种日益普及的原因是狨猴光滑皮层的可及性，与人类和其他灵长类动物的神经功能组织的相似性，以及体积小、繁殖速度快¹。随着这种模式生物越来越受欢迎，适用于狨猴大脑的神经生理学技术得到了迅速发展。电生理学方法在神经科学中被广泛用于研究啮齿动物和灵长类动物皮层中单个神经元的活动，从而实现无与伦比的时间分辨率和位置访问。由于狨猴作为视觉神经科学模型的相对新颖性，清醒行为电生理学技术的优化仍在不断发展。先前的研究表明，在麻醉制剂中建立了稳健的电生理学方案²，早期觉醒行为神经生理学研究表明了单通道钨电极³ 的可靠性。近年来，研究人员已经确定了硅基微电极阵列在清醒行为神经生理学中的应用⁴。然而，狨猴由于大脑体积小且缺乏解剖学标志，因此提出了独特的目标挑战。该协议概述了如何构建和使用适用于狨猴的微型驱动器记录系统，该系统允许使用硅线性阵列记录大量神经元，同时产生最小的组织损伤。

与狨猴一起工作是一个挑战，因为与较大的灵长类动物相比，视觉皮层中视网膜图的比例较小。电极稍偏移 1 mm 即可导致图谱发生重大变化。此外，研究人员经常需要在记录会话之间改变电极的位置，以获得视觉皮层中更广泛的视网膜位置。目....

研究方案

实验程序遵循美国国立卫生研究院实验动物护理和使用指南。实验和行为程序的协议已获得罗切斯特大学机构动物护理和使用委员会的批准。

1. 包含用于记录的电极的微型驱动器的结构（图 1）

注意：定制的 X-Y 载物台包含多通道线性硅阵列，允许对记录站点进行亚毫米级目标定位。

1. 收集 图 1 中概述的所有微型驱动器部件。使用透明丙烯腈丁二烯苯乙烯 （ABS） 塑料 3D 打印定制零件。这包括保护套、底座、X 载物台和 Y 载物台。3D 零件的设计可在线获取 （https://marmolab.bcs.rochester.edu/resources.html）。此外，收集电极、塑料矩形平台、网格、显微操纵器、钢管和六个不锈钢螺钉（螺钉尺寸：00）。
   1. 使用带有金刚石砂轮切割附件的旋转工具，以 1 mm x 1 mm 的孔间距切割出 4 mm x 3 mm x 3 mm 的塑料网格截面。
   2. 使用环氧树脂将小切口网格部分固定到 Y 形载物台的顶部。然后，用螺钉将微型驱动器安装在该网格上。在其底部添加环氧树脂以提高稳定性。
   3. 将小型 3D 打印矩形平台连接到带有环氧树脂的 28 G 钢管上。这将在以后的步骤中用于固定硅....

讨论

目前有几种方法（例如慢性、半慢性、急性）可用于在非人灵长类动物中进行神经生理学实验。普通狨猴因其体型小且缺乏作为解剖标志的脑回，对神经生理学实验提出了独特的挑战。这要求研究人员使用神经生理学标志，如感兴趣区域的视网膜和调谐特性来识别记录目标。因此，在最初绘制皮质区域时，可能需要每天调整电极位置。目前狨猴神经生理学的制剂通常使用半慢性探针定位，这不允?.......

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
1/4 Hp burr drill bit	McMaster & Carr	Cat# 43035A32	Carbide Bur with 1/4" Shank Diameter, Rounded Cylinder Head, trade Number SC-1, single Cut(https://www.mcmaster.com/products/bur-bits/burs-7/?s=1%2F4%22+bur+bits)
1x1mm Crist Grid	Crist Instruments	1 mm x 1 mm Grid	https://www.cristinstrument.com/products/implant-intro/grids
91% isopropyl alcohol	Medline	N/A	https://www.medline.com/product/Medline-Isopropyl-Rubbing-Alcohol/Bulk-Alcohol/Z05-PF03807?question=91%25%20isopropyl%20alcohol
Acquisition Board	Open-Ephys	N/A	https://open-ephys.org/acquisition-system/eux9baf6a5s8tid06hk1mw5aafjdz1
Bacitracin Ointment	Medline: Cosette Pharmaceuticals Inc	N/A	https://www.medline.com/product/Bacitracin-Ointment/Antibiotics/Z05-PF86957?question=bacitr
Blunt straight Forceps	Medline	N/A	https://www.medline.com/category/Central-Sterile/Surgical-Instruments/Forceps/Z05-CA16_02_20/products
Bone wax	Medline	ETHW31G	https://www.medline.com/product/Ethicon-Bone-Wax/Bone-Wax/Z05-PF61528?question=bonewax
C&B Metabond Quick Adhesive Cement System	Parkell, Inc.	SKU: S380	https://www.parkell.com/C-B-Metabond-Quick-Adhesive-Cement-System
Clavamox	MWI Animal Health	N/A
Contact lens solution	Bausch and lomb		Various sources available
Custom Printed 3D printed parts	ProtoLab		https://marmolab.bcs.rochester.edu/resources.html
DB25-G2 25 Pin Male Plug Port Signal Connector	Various Sources	DB25-G2 25	DB25-G2 25 Pin Male Plug Port Signal 2 Row Terminal Breakout Board Screw Nut Connector
diamond saw attachement for dremmel	Dremmel	545 Diamond Wheel	https://www.dremel.com/us/en/p/545-26150545ab
Digitizing Head-stages	Intan	RHD 32channel (Part #C3314)	https://intantech.com/RHD_headstages.html?tabSelect=RHD32ch&yPos=120.80 000305175781
EDOT	Sigma Aldrich	Product # 483028	https://www.sigmaaldrich.com/US/en/product/aldrich/483028
Helping Hands	Harbor Freight	N/A	https://www.harborfreight.com/helping-hands-60501.html
Hook Electrical Clips	Various Sources	N/A	Hook test Cable wires
Interface Cables (RHD 3-ft (0.9 m) ultra thin SPI cable)	Intan	Part #C3213	https://intantech.com/RHD_SPI_cables.html
Lab jack	Various Sources	N/A	https://www.amazon.com/Stainless-Steel-Scissor-Stand-Platform/dp/B07T8FM85H/ref=asc_df_B07T8FM85H/?tag=&linkCode=df0&hvadid=366343 827267&hvpos=&hvnetw=g&hvrand =2036619536500717246&hvpone =&hvptwo=&hvqmt=&hvdev=c&hv dvcmdl=&hvlocint=&hvlocphy=900 5674&hvtargid=pla-795933567991& ref=&adgrpid=71496544770&th=1
Meloxicam	MWI Animal Health	N/A
Micro-drive	Crist Instrument	3-NRMD	https://www.cristinstrument.com/products/microdrives/miniature-microdrive-3-nrmd
Multi-channel linear silicon arrays with 64 channel connector	NeuroNexus	A1x32-5mm-25-177	https://www.neuronexus.com/products/electrode-arrays/up-to-10-mm-depth/
NanoZ Omentics Adapter- 32 Channel	NeuraLynx	ADPT-NZ-N2T-32	https://neuralynx.com/hardware/adpt-nz-n2t-32
NanoZ System	Plexon	NanoZ Impedence Tester	https://plexon.com/products/nanoz-impedance-tester/
Narishige Micromanipulator	Narishige	Stereotaxic Micromanipulator	https://usa.narishige-group.com/
Open-Ephys GUI	Open-Ephys		https://open-ephys.org/
Polyimide Tubing (OD(in): 0.021 / ID(in) 0.018 )	Various Sources (Chamfr)	Chamfr Cat#HPC01895	https://chamfr.com/sellers/teleflex-medical-oem-llc/
Primate Chair	Custom made by University of Rochester Machine Shop	Designs online	https://marmolab.bcs.rochester.edu/resources.html
Poly(sodium 4-styrenesulfonate) (PSS)	Sigma Aldrich	Product # 243051	https://www.sigmaaldrich.com/US/en/product/aldrich/243051
RHD USB Interface board	Intan	RHD2000 Evaluation Board Version 1.0	https://intantech.com/RHD_USB_interface_board.html
Silastic gel	World Precision Instuments	# KWIK-SIL	Low Toxicity Silicone Adhesive ((https://www.wpiinc.com/kwik-sil-low-toxicity-silicone-adhesive)
Slow release buprenorphine	Compounding Pharmacy
Stainless steel wire 36 gauge	McMaster & Carr	Cat# 6517K11	Round Bend-and-Stay Multipurpose 304 Stainless Steel Wire, Matte Finish, 1-Foot Long, 0.008" Diameter
Stanley 6-Piece Precision Screwdriver Set	Stanley	1.4mm flathead screwdriver	https://www.amazon.com/Stanley-Tools-6-Piece-Precision-Screwdriver/dp/B076621ZGC/ref=sr_1_3?crid=237VSK5FNFP9N&keywords= stanley+66-052&qid=1672764369&sprefix= stanley+66-052%2Caps%2C90&sr=8-3
Steel Screws	McMaster & Carr	type 00 stainless steel hex screws and 1/8” in length	https://www.mcmaster.com/
Steel Tube	McMaster & Carr	28 gauge stainless steel tubing	https://www.mcmaster.com/tubing/multipurpose-304-stainless-steel-6/id~0-055/
Superglue	Loctite	SuperGlue Gel Control	https://www.loctiteproducts.com/en/products/fix/super-glue/loctite_super_gluegelcontrol.html