一种用于多区域体内记录的灵活方便的电生理光导的综合方法

摘要

我们开发了一种简化且经济高效的电极制造方法，并在自由移动的小鼠中跨多个区域进行信号记录。利用光遗传学，以及多区域电生理学和钙信号记录，能够在癫痫发作点燃模型中揭示跨区域的神经元活动。

摘要

癫痫是一种神经系统疾病，其特征是涉及多个大脑区域的同步异常放电。局灶性病变促进癫痫信号通过相关的神经回路传播。因此， 来自 关键大脑区域的局部场电位 （LFP） 的体内记录对于破译参与癫痫发作传播的电路至关重要。然而，目前的电极制造和植入方法缺乏灵活性。在这里，我们提出了一种方便的设备，专为跨多个区域的电生理记录（LFP 和脑电图 [EEG]）而设计。此外，我们将光遗传学操作和钙信号传导记录与 LFP 记录无缝集成。在癫痫发作期间，在几个单独的区域观察到强劲的出院后，并伴有钙信号的增加。本研究中使用的方法为大脑不同区域的同步神经记录提供了一种方便灵活的策略。它通过提供对涉及这些疾病的多个区域的神经特征的见解，具有推进神经系统疾病研究的潜力。

引言

癫痫是一种常见的神经系统疾病，其特征是反复发作，表现为抽搐、感觉障碍和意识丧失¹。癫痫的病理生理机制很复杂，涉及多个相互关联的大脑区域 ^2,3。神经影像学的最新进展揭示了涉及癫痫的大规模网络 ^4,5。然而，对癫痫产生和传播的复杂电路和网络机制的理解仍然有限，部分原因是多区域神经记录技术的应用不足⁶。因此，开发一种灵活的集成方法，能够同时监测不同大脑区域的神经活动势在必行。

进行电生理记录以捕获癫痫发作并确定癫痫⁷ 的存在。除了记录电生理活动外，癫痫研究中越来越强调特定神经群的精确钙活性 ^8,9。钙指示剂合成和各种探针设计的进步促使研究人员采用纤维光度法来捕获大脑内神经元活动和神经物质的变化^10,11。检测....

研究方案

该方案获得了复旦大学动物护理和使用委员会的批准，并按照美国国立卫生研究院《实验动物护理和使用指南》制定的指南和规定进行。采取了所有可能的措施来最大限度地减少本研究中使用的动物数量。执行每个步骤所需的时间包含在相应的步骤中。

1. 电极的制备（图 1）

1. 剪下适当长度的钨丝 （~20 mm） 并烧掉一端的绝缘层，露出钨丝 （1.6-2 mm）。将导线的另一端弯曲成“L”形（参见 图 1A，~1 分钟）
2. 小心地将钨丝的“L”端放在光纤上（参见 图 1B，~1 分钟）。
   注意： 钨丝应比光纤尖端长 0.2-0.4 毫米。
3. 蘸一滴粘合剂并将其涂抹在光纤和钨丝的界面上（参见 图 1C，~1 分钟）。由于液体的表面张力，钨丝会附着在光纤上。
4. 将胶粘剂涂抹一次，然后让其干燥。然后，涂上第二层。这将进一步收紧钨丝和光纤之间的粘合（参见 图 1C，~1 分钟）。
   注意：在应用过....

讨论

在这里，我们采用了一种自制的 optrode 装置来跨多个区域 进行体内 神经信号记录。该系统同时进行光遗传学刺激、钙信号记录和电生理记录的可行性已得到验证。本文描述的电极制备方法是高效且具有成本效益的。根据实验设计，我们可以记录来自相关大脑区域的信号。光的策略安排允许从大脑的多个区域提取丰富的信息。多模态检测范式的整合为剖析错综复杂?.......

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
8-32 adapter	Plexon	Custom ordered	Connect the female connector and headstage
AAV-CaMKIIα-ChrimsonR-mcherry	Taitool Bioscience	S0371-9	4 x 1012 VG/mL
AAV-hsyn-Gcamp6m	Taitool Bioscience	S0471-9	4 x 1012 VG/mL
DAPI	Sigma	236276	Titered 1:500
Dental Cement	New Century Dental	430205
Electrophysiological recordings system	Plexon	Omniplex
Enameled wire	N/A	Custom ordered	Diameter = 0.2 mm
Female connector	N/A	Custom ordered	1.25 mm pitch
Glue	Loctite	45282
Laser	Changchun New Industries	BH81563	635 nm
MATLAB	MathWorks	R2021b
Microdrill	RWD	78001
Multichannel fiber photometry	ThinkerTech	FPS-SS-MC-LED
Optical fiber	Xi'an Bogao	L-200UM	Select the appropriate fiber length based on the depth of the targeted brain regions.
PFA-Coated Tungsten wire	A-M System	795500	Bare 0.002"; Coated 0.0040"
Power meter	Thorlabs	PM100D
Stereotaxic Fxrame	RWD	68807
Tissue adhesive	3M	1469SB