Eine integrierte Methode zur Herstellung flexibler und komfortabler elektrophysiologischer Optroden für die In-vivo-Aufzeichnung in mehreren Regionen

Zusammenfassung

Wir haben einen vereinfachten und kostengünstigen Ansatz für die Elektrodenherstellung entwickelt und Aufzeichnungen von Signalen über mehrere Regionen hinweg in frei beweglichen Mäusen durchgeführt. Die Verwendung der Optogenetik in Verbindung mit der Multiregionen-Elektrophysiologie und der Kalziumsignalaufzeichnung ermöglichte die Aufdeckung neuronaler Aktivitäten über Regionen hinweg im Anfallskindling-Modell.

Zusammenfassung

Epilepsie ist eine neurologische Störung, die durch synchronisierte abnormale Entladungen gekennzeichnet ist, an denen mehrere Gehirnregionen beteiligt sind. Fokale Läsionen erleichtern die Ausbreitung epileptischer Signale durch assoziierte neuronale Schaltkreise. Daher ist die in vivo Aufzeichnung des lokalen Feldpotentials (LFP) aus den kritischen Hirnregionen unerlässlich, um die Schaltkreise zu entschlüsseln, die an der Anfallsausbreitung beteiligt sind. Den derzeitigen Methoden zur Elektrodenherstellung und -implantation mangelt es jedoch an Flexibilität. Hier stellen wir ein handliches Gerät vor, das für elektrophysiologische Aufzeichnungen (LFPs und Elektroenzephalographie [EEG]) über mehrere Regionen hinweg konzipiert wurde. Darüber hinaus haben wir die optogenetische Manipulation und die Aufzeichnung von Kalziumsignalen nahtlos mit der LFP-Aufzeichnung integriert. Robuste Nachentladungen wurden während epileptischer Anfälle in mehreren verschiedenen Regionen beobachtet, begleitet von einer zunehmenden Kalziumsignalisierung. Der in dieser Studie verwendete Ansatz bietet eine bequeme und flexible Strategie für synchrone neuronale Aufzeichnungen über verschiedene Regionen des Gehirns hinweg. Es birgt das Potenzial, die Forschung zu neurologischen Erkrankungen voranzutreiben, indem es Einblicke in die neuronalen Profile mehrerer Regionen bietet, die an diesen Erkrankungen beteiligt sind.

Einleitung

Epilepsie ist eine häufige neurologische Erkrankung, die durch wiederkehrende Anfälle gekennzeichnet ist, die sich als Krämpfe, Sensibilitätsstörungen und Bewusstlosigkeit äußern¹. Die pathophysiologischen Mechanismen, die der Epilepsie zugrunde liegen, sind komplex und betreffen mehrere miteinander verbundene Hirnregionen ^2,3. Jüngste Fortschritte in der Neurobildgebung haben Licht auf die großräumigen Netzwerke geworfen, die an Epilepsie beteiligt sind ^4,5. Das Verständnis der komplizierten Sc....

Protokoll

Dieses Protokoll wurde vom Animal Care and Use Committee der Fudan-Universität genehmigt und gemäß den Richtlinien und Vorschriften des National Institutes of Health Guide for Care and Use of Laboratory Animals durchgeführt. Es wurden alle möglichen Maßnahmen ergriffen, um die Anzahl der in dieser Studie verwendeten Tiere zu minimieren. Die Zeit, die für die Durchführung der einzelnen Schritte benötigt wird, ist in den jeweiligen Schritten enthalten.

1. Vorbereitung der Elektroden (Abbildung 1)

1. Schneiden Sie eine geeignete Länge des W....

Diskussion

Hier haben wir ein selbstgebautes optrode-Gerät zur in vivo neuronalen Signalaufzeichnung über mehrere Regionen hinweg eingesetzt. Die Machbarkeit dieses Systems für die gleichzeitige optogenetische Stimulation, Kalziumsignalaufzeichnung und elektrophysiologische Aufzeichnung wurde validiert. Das hierin beschriebene Elektrodenvorbereitungsverfahren ist effizient und kostengünstig. Dem Versuchsdesign zufolge konnten wir Signale aus relevanten Hirnregionen aufzeichnen. Die str.......

Materialien

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