We thank members of the Wilson lab for their helpful advice on the fabrication method.
This work was supported by the Simons Foundation, a NIH pathway to independence career award from the NINDS and a NARSAD Young Investigator Award (to M.M.H.) as well as grants from the NIH (to M.A.W.).

.1 כוונת תכנון <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> זהה את האזור במוח של הבחירה (גרעין הברכיתיים לרוחב (LGN, התלמוס חזותי)) על ידי גלילה דרך חלקי sagittal של אטלס מוח עכבר האלקטרוני. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בקואורדינטות / P (-2.3 - -2.7 מ&quot;מ), LGN הוא רחב ביותר. השתמש באזור זה כדי לתכנן תחתית הכונן (חתיכות תחתונה). הערה: סך של 8 אלקטרודות באופן עצמאי מטלטלין ניתן להשתמש כדי למקד את LGN (4-6 אלקטרודות יעשה את זה לLGN, 2-4 אלקטרודות מתווספות לקיזוז שגיאות השתלה, איור 1 א). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בSolidworks, לצייר סקיצה של גוף העיצוב (איור 1 ב) במישור הקדמי. לחץ סקיצה, ולאחר מכן להשתמש בשילוב של קווים ועקומים לצייר סקיצה שתכלול את קווי המתאר לחריצי בסיס כונן, ידיות וחצי פוליאמיד, כפי שמוצג. ודא שקווי המתאר אינו מכילים כל פערים פתוחים. לאחר מכן לחץ על היציאה סקיצה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בשלב בא, בחר את שניהם קדמי ומטוסים הנכונים, ולחץ על &quot;Create ציר &quot;. לאחר מכן, ליצור את מודל גוף עיצוב 3D ידי החלפה של קווי המתאר הסקיצה הכחולים המודגש (איור 1) 360 °. בתפריט התכונות, לחץ על &quot;סבב בוס / בסיס&quot;. בחר את קו האמצע כציר של מהפכה. בסעיף הפרמטרים, תחת כיוון 1 לחץ עיוור, ותחת זווית לבחור 360.00 מעלות. בסעיף קווי המתאר שנבחר, להבטיח כי הכחול מודגש קווי המתאר הוא אחד נבחר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צור polyimide אחד חצי חריץ על ידי מסתובב האדום מודגש קווי המתאר 13 ° (תרשים 1C, למעלה משמאל). צעדים זהים ל1.4 לעיל, פרט למפרט הזווית </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צור כונן אחד מטפל במסתובב מתאר הירוק 15 ° (תרשים 1C, ימני עליון). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צור ידית הכונן השנייה באמצעות פונקצית התבנית העגולה (איור 1 ג, שמאלי תחתון). בתפריט התכונות, לחץ על &quot;תבנית חוזר&quot;. בפרמטרים, לבחור את קו האמצע כציר של מהפכה. בחר 180.00 מעלות כמו הזווית, ו -2 כמספר מקרים. ודא שהידית הראשונה מסומנת תחת &quot;תכונות לתבנית&quot;. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צור שש עשרה polyimide חצי חריצים באמצעות פונקצית התבנית העגולה (איור 1 ג, שמאלי תחתון). לבצע תנועות דומות ל1.7, אבל בחר בחץ חריץ polyimide הראשון כ&quot; תכונות לתבנית &quot;. הזווית היא 22.5 ° ומספר מקרים הם 16 (הערה: זה רק 360 ° מחולק במספר הפעמים שאתה רוצה דפוס התכונה) </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צור מטוס חדש שעליו לצייר את קיבול polyimide. להשיג זאת על ידי לחיצה על &quot;הוספה&quot; בתפריט הראשי. לחץ על &quot;עיון גיאומטריה&quot;, בחר שני הצדדים של מחצית חריצי polyimide, ולאחר מכן לחץ על &quot;צור חדש מטוס&quot;; (1D איור, למעלה) </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צור קיבול הדיסק הקשיח הזעיר (חור הבורג, חור polyimides ורכבת נגד מומנט (1D איור, למטה). להשיג זאת על ידי יצירתסקיצה שמקיפה את כל התכונות הללו במישור החדש שנוצר ב1.9. שים לב כי למסילות נגד המומנט, להגדיר קו אמצע בין שני הצדדים של החריצים העליונים פוליאמיד. לאחר מכן, לצייר פסים נגד מומנט על ידי יצירת שני עיגולים בניצב לקו האמצע, מרכזיו הם 1 מלבד רדיוס, ולאחר מכן זמירה גובה האמצע. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בתפריט התכונות, לחץ על &quot;Extrude בוס / בסיס&quot; כדי ליצור את רכבת antitorque ולבחור extrude עיוור של 10 מ&quot;מ הולך כלפי מעלה ו2 מ&quot;מ הולך כלפי מטה. לחור הבורג וחור polyimide, לחץ על &quot;קיצוץ Extrude&quot;, ולבחור 6 מ&quot;מ עיוור, וכמה הודעות מולטימדיה הולכת כלפי מעלה לשניהם (איור 1E, משמאל). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> דפוס שקע מיקרו-כונן 16x, באמצעות המרכז כציר של מהפכה (22.5 °, 16 מקרים, מרווח שווה), (איור 1E, מימין) </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בחלק העליון של הידית, לצייר תיבת 3 מ&quot;מ x 3 מ&quot;מ מתחיל בקצה מרכז ידית הכונן, מול המרכזיxis. Extrude 2 מ&quot;מ זה כלפי מעלה באמצעות הפונקציה &quot;Extrude הבוס&quot;. לצייר עיגולים בקוטר של 1 מ&quot;מ במקומות שבהם ברגי EIB ימשיכו. אחר כך, להפוך את 1.5 מ&quot;מ &quot;Extrude Cut&quot; לעשות חור. ואז, דפוס התיבה וחור פעמיים באמצעות פונקצית חוזר התבנית (שכבת טקסט: 180 °, 2 מקרים, מרווח שווה, על ציר מרכזי). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בממדים (במילימטרים) באיור 1F לצייר סקיצה פיסה עליונה. השתמש &quot;Extrude הבוס / הבסיס&quot; לעשות מודל 3D שלו. הערה: לאחר השלבים הבאים עיצוב הכונן הוא מלא. גוף הכונן הפיזי נוצר בתהליך של stereolithography. ישנן מספר חברות המציעות הדפסת stereolithography מבוססת על קבצי STL. אנו ממליצים שירותים שיכולים להדפיס בפלסטיק קשיח (כגון Accura® 55), עם רזולוציה מינימאלית של לפחות 0.1 מ&quot;מ. </li></ol> 2 הכנת רכיבי הינע <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להוציא קטן(: &#39;. / 0116&#39; זהות / OD 0.0071 &#39;&#39;; קיר: 0.00225) נייר דבק דו צדדי על משטח שטוח ולחתוך את המספר הדרוש של 31 בצינורות polyimide G כ 8 סנטימטר (2A מספרים - 2B) . </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הנח את השכבה הראשונה של צינורות מדריך על הקלטת דו צדדית, דואג למקום צינורות מדריך קרובים ככל האפשר לזה בקלטת. להספיג כמות קטנה של דבק דק, cyanoacrylate מעל השכבה של polyimides. (איור 2 ג) </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> במהירות להוציא שכבה שנייה של polyimides (איור 2 ד). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צור מציין מיקום סיב אופטי באמצעות צינורית 26 G. ודא שזה משומן באמצעות חומר סיכה על בסיס טפלון לפני שהתאגד בהרכבה (איור 2E). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> החל קו של 4-5 מ&quot;מ אפוקסי באורך בניצב לחבילת polyimide (איור 2F). לאחר אפוקסי להתקשות (2-3 hr), להסיר את הסרט מהשכבה ורי התחתוןpoxy הצד השני. לאחר אפוקסי להתקשות שוב, צינורית G 26 ניתן להסיר ולבנות לחתוך באמצע באמצעות סכין גילוח (איור 2G), וכתוצאה מכך שתי מטריצות polyimide, כל אחד מהם יכול לשמש להינע אחד (איור 2H). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להדפיס את תבנית קונוס על גיליון נייר שקיפות ולחתוך גיליון מקביל כבד רדיד אלומיניום החובה (איורים 3 א - 3 ג). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> למרוח שכבה של אפוקסי נייר האלומיניום וליישם את נייר השקיפות במהירות. באמצעות חפץ כבד או מסמרת עץ, להחליק את אפוקסי, כך שהוא מופץ (3D איור) באופן שווה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חותך את תבנית קונוס ומהדק יחד באמצעות קליפ תנין. לבסוף, להשתמש בטיפה נוספת של אפוקסי להדביק באופן קבוע החתיכות (איור 3E). </li></ol> .3 הרכבה סופית של Microdrive <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צרף את EIB לגוף הכונן, והכנס את צינורית G 26 באמצעות מטריצת צינור מדריך polyimide. יישר את מטריצת polyimide עם גוף הכונן באמצעות חור סיבים האופטי בEIB כדי להבטיח שצינורות המדריך הם בניצב לEIB ואפוקסי המטריצה ​​לגוף כונן טיפול כדי לוודא ששום אפוקסי זורם לתוך צינורות המדריך או ל גוף כונן (איורים 4 א - 4C). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מפה כל צינור מדריך במטריצת polyimide לסוגר מקביל על הקיר הפנימי של גוף הכונן. להחליק טבעת קטנה של 33 polyimide G על כל צינור מדריך ולתוך המסגרת ולהחיל כמות קטנה של דבק cyanoacrylate להדביק צינור אחד מדריך. (4D מספרים - 4E) לבסוף, אפוקסי כל המנגנון לקיר הפנימי של גוף הכונן ולחתוך את polyimides כך שהם בולטים מעט מעל (4F המספרים - 4G) שפה הפנימית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לבנות הרכבה דיסק קשיחה זעירה על ידי הצבת אחד המותאם אישית-bברגי uilt דרך החור במרכז של פיסה עליונה ואחריו אחד של 5 מעיינות מ&quot;מ. חלק את החור החיצוני של פיסה העליונה על אחת מהמסילות, ובעדינות לנהוג הבורג. כונן את הבורג עד האביב מגיע זה אורך דחוס מינימום. (4H מספרים - 4I) חזור על תהליך זה עבור כל רכבת / דיסק קשיח זעיר (איור 4J). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כוון את מערך הכונן הפוך ולקחת תמונה של מטריצת צינור מדריך. תמונה זו תשמש כדי למפות את המיקום של צינור המדריך המתאים לכל אחד דיסק קשיח זעיר (איור 4K). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנס צינור polyimide (0.005 &#39;) לתוך צינור אחד מדריך מהחלק התחתון של בסיס הכונן. בואו צינור המוביל להאריך 1-2 מ&quot;מ מהחלק העליון של הדיסק הקשיח זעיר מורד במלואו ולהקליט על תמונת הזהות של מיקרו הכונן המקביל. (איורים 4L - 4M) </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אפוקסי צינור polyimide לתמיכת הדיסק הקשיח הזעירה, נזהר שלא leאפוקסי לא לרוץ דרך הדיסק הקשיח הזעיר על האביב או בורג (האיורים 4N, 4P - 4Q). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מלא נמוך כל microdrives. לחתוך את כל צינורות polyimide את הסומק בחלק התחתון של מטריצת polyimide (איור 4O). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הר לוח ממשק אלקטרודה לבסיס הכונן באמצעות שני # 00-90 3/16 ברגים x &#39;(איור 4R). הערה: בשלב זה מערך הכונן מוכן להיות טעון עם stereotrodes או tetrodes. לפרטים על בניית tetrode וטעינה, אנא ראה 10. בסיס הכונן המודפס וmicrodrives תוכננו בSolidWorks 2011 תוכנת 3D CAD: הקישור להורדת קבצי SolidWorks. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר טעינה, להפוך את הכונן ובזהירות את חרוט המיגון על הכונן, כך שהחתיכה התחתונה בלבד בולטת. הצמד את חרוט המיגון ידי epoxying החרוט לגוף הכונן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר קונוס מצורף, רצועה באורך קטן שלחוט נירוסטה (.008 &#39;&#39; חשופה, 0.011 &#39;&#39; מצופה) וסיכה לEIB. לגרד את החלק של קונוס עם מחט הפנימי, אלומיניום ולהאריק את חוט הפלדה לקונוס באמצעות צבע כסף. ברגע שצבע הכסף התייבש, לחזק עם טיפה של אפוקסי. לחלופין, תיל הפלדה יכול ישירות להיות מחובר לקונוס עם טיפה של אפוקסי מוליך (MG כימיקלים, סארי, קנדה). </li></ol>

<ol>
	<li>Boyden, E. S., Zhang, F., Bamberg, E., Nagel, G., Deisseroth, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Millisecond-timescale,+genetically+targeted+optical+control+of+neural+activity.">Millisecond-timescale, genetically targeted optical control of neural activity.</a> Nat Neurosci. 8, 1263-1268 (2005).</li><li>Fenno, L., Yizhar, O., Deisseroth, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+development+and+application+of+optogenetics.">The development and application of optogenetics.</a> Annu Rev Neurosci. 34, 389-412 (2011).</li><li>Alexander, G. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Remote+control+of+neuronal+activity+in+transgenic+mice+expressing+evolved+G+protein-coupled+receptors.">Remote control of neuronal activity in transgenic mice expressing evolved G protein-coupled receptors.</a> Neuron. 63, 27-39 (2009).</li><li>Halassa, M. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Selective+optical+drive+of+thalamic+reticular+nucleus+generates+thalamic+bursts+and+cortical+spindles.">Selective optical drive of thalamic reticular nucleus generates thalamic bursts and cortical spindles.</a> Nat Neurosci. 14, 1118-1120 (2011).</li><li>Tsien, J. Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Subregion-+and+cell+type-restricted+gene+knockout+in+mouse+brain.">Subregion- and cell type-restricted gene knockout in mouse brain.</a> Cell. 87, 1317-1326 (1996).</li><li>Nestler, E. J., Hyman, S. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Animal+models+of+neuropsychiatric+disorders.">Animal models of neuropsychiatric disorders.</a> Nat Neurosci. 13, 1161-1169 (2010).</li><li>Collins, P. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Grand+challenges+in+global+mental+health.">Grand challenges in global mental health.</a> Nature. 475, 27-30 (2011).</li><li>Wilson, M. A., McNaughton, B. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamics+of+the+hippocampal+ensemble+code+for+space.">Dynamics of the hippocampal ensemble code for space.</a> Science. 261, 1055-1058 (1993).</li><li>Wilson, M. A., McNaughton, B. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reactivation+of+hippocampal+ensemble+memories+during+sleep.">Reactivation of hippocampal ensemble memories during sleep.</a> Science. 265, 676-679 (1994).</li><li>Nguyen, D. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Micro-drive+array+for+chronic+in+vivo+recording:+tetrode+assembly.">Micro-drive array for chronic in vivo recording: tetrode assembly.</a> J Vis Exp. (26), (2009).</li></ol>

יש לי המחברים אין לחשוף.

פרוטוקול זה מתאר את תהליך בניית מערך דיסק קשיח זעיר קל במיוחד למיקוד אזורים במוח בודד או מרובים בעכבר. לאחר השלבים הסופיים של הבנייה, ההינע מוכן להיות מושתל תוך שימוש בטכניקות השתלה כירורגית סטנדרטית ומודבק לגולגולת של העכבר עם מלט שיניים. השתלת הודעה, יכולה כל אחד להיות מתקדמת אלקטרודות באופן עצמאי באמצעות מברג קטן, בזמן שהעכבר מרוסן על ידי יד. המרחק לפי תור שכל התקדמות אלקטרודה נקבעה על ידי גובה הצליל של הבורג. שימוש בברגים בהפניה כאן מקדם כל אלקטרודה כ 150 מ&quot;מ בכל תור, אם כי מחצית והרבע סיבובים עשויות לשמש לרזולוציה גבוהה יותר. הממדים של הסקיצה באיור 1 לקבוע את הגודל הכולל של השתל, ולכן, דרך ברורה לגודל שתלי bidirectionally היא לשנות את הממדים שבסקיצה קריטית. בנוסף, האורך דואר של הברגים ניתן להאריך למקד מבנים מוחיים עמוקים יותר. אנו ממליצים בהתאמה אישית ברגי טיטניום, כמו אלה הם קלים ופחות שבירים יותר מפלדה. שים לב שמסילות antitorque צריכים לשנות את קנה מידה באופן ליניארי עם אורך הבורג, ובשלב זה אנחנו לא קבענו את האורך המקסימאלי שבו ניתן להדפיס את המבנים האלה. כדי למקד את האזורים במוח מרובים, את הצורה של החתיכה התחתונה יכולה להיות שונה. התוספת של המנקים ידועים בגודל (עובי 200 מיקרומטר), יכולה לספק מפרידי דרושים בין polyimides מיקוד מבנים מוחיים נפרדים (לדוגמא, היפוקמפוס וקליפת מוח הקדם חזיתית). אלה יכולים להיות כלולים בצעדי ההרכבה חתיכה התחתון, ולאחר מכן נותקו לאחר אפוקסי מתקשה. מגבלה גדולה של העיצוב הזה היא התלות שלה בתוכנת קניינית (Solidworks במקרה זה). פיתוח עתידי של תוכנות קוד פתוחות המספקות ממשקי משתמש ידידותיים תורם לעיצוב ציוד כזה עם backg הנדסה המינימליתעגול יהיה יתרון עצום לקהילת מדעי המוח. שיטה זו מספקת מספר יתרונות על פני שיטות קיימות. ראשית, העיצוב הוא פשוט, תלוי במעט מאוד סקיצות (איור 1). שנית, זה קל במיוחד, אין צורך בדבק דנטלי או חומר כבד להיכנס להרכבה שלה. בסך הכל, הוא שוקל סביב 1.7 g - כמעט שליש מהמשקל של שתלים זמינים המסחרית של פונקציונליות דומה. שלישית, זה לא דורש ציוד מיוחד כדי להפוך את - גוף השתל ניתן 3D מודפס ממקורות מרובים (לדוגמא approto.com, אבל יש כמה אחרים); הברגים יכולים להיות מותאם אישית עשו (לדוגמא antrinonline.com); המעיינות זמינות מסחרי (לדוגמא leesprings.com); וכתוצאה מכך תהליך ההרכבה כולה יכול לקרות ביום. לבסוף, שתלים אלה היו בשימוש כדי להקליט מאזורים במוח מרובים במהלך ליקוט טבעי, משימות התנהגותיות מובנים ושינה (איור5). יישומים עתידיים של שיטה זו כוללים יישום יכולת ההרחבה שלה. סביר להניח כי השתל וניתן לשנות bidirectionally פשוט על ידי שינוי 1) בגודל של הסקיצה באיור 1 ו, 2) מספר קיבול דיסק הקשיח הזעיר (1D איור) בדוגמת. לדוגמא, ניתן לשנות אותו כלפי מטה לשיא מעכברים מתנהגים בחופשיות בשלב מוקדם בהתפתחות, וטפס כלפי מעלה כדי להקליט מחולדות, ארנבות, חמוסים ופרימטים אולי לא אנושיים. מילה אחרונה היא להזכיר לקורא שקריטי ליישום מוצלח של השיטה שתוארה הוא אב טיפוס לכל שינויים שהם ליישם ל.stl עיצוב קבצים המצורפים. הקורא יבחין, למשל, שהעיצוב המצורף מכיל רכבת &quot;דמות 8&quot; antitorque. זה היה העיצוב הטוב ביותר אפשרי בהתחשב במגבלה של הדפסת 3D, כפי שהוא נדרש לעתים קרובות שאנחנו לקדוח חורים אלה. לאחר אותו להיות מעגל, היה compיציבות romise, אבל יש לזה להיות מרובע או צורת זווית תגביל את היכולת לתקן את פגמי הדפסת 3D על ידי קידוח.

יש musculus Mus, בשל tractability הגנטי שלו, הפך למודל של בעלי החיים שבה נקטה פיזיולוגים המעוניינים בנתיחה ברמת Microcircuit של נוירונים גנטיים מזוהים ובחקירת מודלים של עכברים של מחלה אנושית במהירות. לדוגמא, המבוא האחרון של כלים גנטיים סיבתי, כגון מפעילים גנטיים optogenetic והכימיים אפשר experimentalists כדי לבדוק את הנחיצות והסתפקות של מעגלים עצביים שזוהו בהתנהגות 1-4. הזמינות רחבה של קווי רקומביננטי מהונדסים מנהל התקן של עכבר (Cre-קווים), הגבירה את הקלות הניסיונית שבו תת נוירון ממוקדים, והוסיף לערכו של העכבר לניסויים אלה 5. כמו כן, מסכי גנטיים ועמותות רחבות הגנום של הפרעות נוירולוגיות ופסיכיאטריות נפוצות הקלו על זיהוי גורמי סיכון גנטיים למחלה במוח 6,7. התפתחויות אלה, בשילוב עם הגידולארגז כלים למניפולציה גנטית והנדסת הגנום בעכברים, הפכו אותו לאורגניזם מועדף על דוגמנות מחלה אנושית. השילוב של מודלים של מחלות וכלים גנטיים סיבתי מספק הזדמנות חסרת תקדים להבנת מחלה במוח וזיהוי מטרות ברמת מעגל להתערבויות. כדי לנצל באופן מלא על כלים המולקולריים אלה ולקבל תובנות לגבי תפקוד Microcircuit בבריאות ובחוליים, זה חיוני לבני זוגם מוצא במידע פיסיולוגי של פעילות המוח. באופן אידיאלי, הניסוי יהיה מסוגל לעקוב אחר מספר רב של תאי עצב, תוך שמירה על הרזולוציה התא בודדת. תאי, הקלטות רבות אלקטרודה בבעלי חיים מתנהגים באופן חופשי מספקות הזדמנות כזו; עם זאת, השימוש בטכנולוגיה זו בעכבר היה מוגבל. כדי להקליט ממטרות קטנות (לדוגמא, שכבת CA1 בהיפוקמפוס), השימוש באלקטרודות להתאמה הוא הכרחית כתנועות קטנות באלקטרודות הקלטה הבאות surgicהשתלת אל תעשה את זה בלתי אפשרי לשמור על יציבות הקלטת 8,9. באופן מסורתי, השיטות שכבר מועסקות לעבור אלקטרודות בתוך המוח להטיל מגבלות משקל בעת שימוש בעכבר, מה שהופך את אתגר להקלטה כמה מספר גדול של נוירונים עם התנהגות באורגניזם זה. כאן, שיטות הם הציגו לבודת מערכים זעירים, קלים במיוחד, microelectrode כי הם בנפרד להתאמה אישית לאזור במוח להיות ממוקד, optogenetics תואם, בקלות ובהורכבו מחלקים זמינים מסחרי. כל &quot;דיסק קשיח זעיר&quot; בתוך &quot;ההינע&quot; רבת אלקטרודה מנצל מנגנון קפיץ ובורג לקדם את האלקטרודה ורכבת פלסטיק, שנבנה אל תוך גוף ההינע, כדי לנטרל מומנט מהבורג. ראשית, התהליך של עיצוב הגוף וmicrodrives הינע בתכנית CAD להדפסת 3D מתואר. על ידי עיצוב גופי הינע המותאמיםלמבנים ספציפיים, אפשר להגדיל את הדיוק של מיקוד ולהגדיל את התשואה של ההכנה נוספת. שנית, תהליך הייצור מתואר בפירוט, שבו המערך רב האלקטרודה והורכב ביד מחלקים שהם זמינים באופן מסחרי. נעשתה שימוש בטכניקה זו, בהצלחה, כדי להקליט מהרכבים של תאי עצב בהיפוקמפוס, תלמוס וקליפת המוח בבעלי החיים מתנהגים באופן חופשי במהלך ליקוט טבעי ומשימות אופרנטית.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="618">
	<tbody>
		<tr height="41">
			<td height="41" style="height:41px;width:169px;">Part Name</td>
			<td style="width:131px;">Manufacturer&#160;</td>
			<td style="width:143px;">Catalogue # (if applicable)</td>
			<td style="width:176px;">Part Description</td>
		</tr>
		<tr height="81">
			<td height="81" style="height:81px;width:169px;">Microdrive screws</td>
			<td style="width:131px;">Antrin</td>
			<td style="width:143px;"></td>
			<td style="width:176px;">Half Circle .6UNM Titanium Screws. 8mm thread. 9mm length from under head.&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:169px;">Tap-ease</td>
			<td style="width:131px;">AGS CO.</td>
			<td style="width:143px;">#TA2</td>
			<td style="width:176px;">Tapping Grease</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:169px;">Microdrives</td>
			<td style="width:131px;"></td>
			<td style="width:143px;"></td>
			<td style="width:176px;">See .STL file</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:169px;">Drive Body</td>
			<td style="width:131px;"></td>
			<td style="width:143px;"></td>
			<td style="width:176px;">See .STL file</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="81" rowspan="4" style="height:81px;width:169px;">Outer Polyimide Guide Tube</td>
			<td rowspan="4" style="width:131px;">Minvasive Components&#160;&#160;</td>
			<td rowspan="4" style="width:143px;">IWG Item # 72113300022-012</td>
			<td style="width:176px;">Length:12&#8217;&#8217;,&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:176px;">ID:.0071&#8217;&#8217;,&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:176px;">OD:.0116&#8217;&#8217;,&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:176px;">WALL:.00225&#8217;&#8217;</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="81" rowspan="4" style="height:81px;width:169px;">Inner Polyimide Guide Tube</td>
			<td rowspan="4" style="width:131px;">Minvasive Components&#160;</td>
			<td rowspan="4" style="width:143px;">IWG Item # 72113900001-012</td>
			<td style="width:176px;">Length: 12&#8217;&#8217;,&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:176px;">ID:.0035&#8217;&#8217;,&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:176px;">OD:.0055&#8217;&#8217;,&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:176px;">WALL:.001&#8217;&#8217;</td>
		</tr>
		<tr height="41">
			<td height="41" style="height:41px;width:169px;">Grounding Wire</td>
			<td style="width:131px;">A-M Systems, Inc.</td>
			<td style="width:143px;">&#160;Catalog # 791900</td>
			<td style="width:176px;">.008&#39;&#39; Bare, .011&#39;&#39; Coated</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:169px;"></td>
			<td style="width:131px;"></td>
			<td style="width:143px;"></td>
			<td style="width:176px;"></td>
		</tr>
		<tr height="41">
			<td height="41" style="height:41px;width:169px;">Tri-Flow&#160;</td>
			<td style="width:131px;"></td>
			<td style="width:143px;"></td>
			<td style="width:176px;">Teflon based lubricant - Aerosol</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="181" rowspan="5" style="height:181px;width:169px;">Microdrive Springs</td>
			<td rowspan="5" style="width:131px;">Lee Spring</td>
			<td rowspan="5" style="width:143px;">Part # CB0050B 07 E</td>
			<td style="width:176px;">Outside Diameter: 1.016 mm</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:176px;">Hole Diameter: 1.193 mm</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:176px;">Wire Diameter: 0.127 mm</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:176px;">Free Length 10.160 mm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:176px;">Solid Length 3.581 mm</td>
		</tr>
		<tr height="59">
			<td height="80" rowspan="2" style="height:80px;width:169px;"><a name="RANGE!A24">Z-poxy 5 Minute</a></td>
			<td rowspan="2" style="width:131px;">Pacer Technology (Zap)</td>
			<td rowspan="2" style="width:143px;">PT37</td>
			<td rowspan="2" style="width:176px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:169px;">&#160;Silver Paint</td>
			<td style="width:131px;">&#160;GC Electronics</td>
			<td style="width:143px;">&#160;Part #: 22-023</td>
			<td style="width:176px;">Silver Print II</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="41" rowspan="2" style="height:41px;width:169px;"></td>
			<td rowspan="2" style="width:131px;">Tri-Flow&#160;</td>
			<td align="right" rowspan="2" style="width:143px;">20009</td>
			<td rowspan="2" style="width:176px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
		</tr>
		<tr height="59">
			<td height="100" rowspan="3" style="height:100px;width:169px;">26 Gauge Hypodermic Tube - Stainless Steel</td>
			<td rowspan="3" style="width:131px;">Small Parts&#160;</td>
			<td rowspan="3" style="width:143px;">HTXX-26T-12-10</td>
			<td style="width:176px;">Length: 12&#8217;&#8217;</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:176px;">ID: .012&#8217;&#8217;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:176px;">OD: .018&#8217;&#8217;</td>
		</tr>
		<tr height="41">
			<td height="41" style="height:41px;width:169px;">EIB screws</td>
			<td style="width:131px;">Component Supply Co.</td>
			<td style="width:143px;">MX-0090-03SP</td>
			<td style="width:176px;">#00-90 x 3/16&#8217;&#8217;</td>
		</tr>
		<tr height="41">
			<td height="41" style="height:41px;width:169px;">Fine Scissors - Toughcut</td>
			<td style="width:131px;">Fine Science Tools</td>
			<td style="width:143px;">14058-09</td>
			<td style="width:176px;">22mm</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:169px;">Transparency Paper</td>
			<td style="width:131px;">3M</td>
			<td style="width:143px;">PP2500</td>
			<td style="width:176px;"></td>
		</tr>
		<tr height="41">
			<td height="41" style="height:41px;width:169px;">Aluminum Foil</td>
			<td style="width:131px;">Reynold&#39;s Wrap Heavy Duty</td>
			<td style="width:143px;"></td>
			<td style="width:176px;">Extra Thick</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

design and fabrication of ultralight weight, adjustable multi-electrode probes for electrophysiological recordings in mice

מספר החקירות הפיזיולוגיות בmusculus העכבר, mus, חווה עליות אחרונות, במקביל לגידול בשיטות של גנטי מיקוד לנתיחה Microcircuit ודוגמנות מחלה. כניסתה של optogenetics, למשל, אפשרה למניפולציה דו כיוונית של נוירונים גנטיים מזוהים, ברזולוציה של זמן חסר תקדים. כדי לנצל את הכלים הללו ולקבל תובנות לגבי אינטראקציות דינמיות בין שבבי מוח, זה חיוני כי יש אחד את היכולת להקליט מהרכבים של נוירונים בעומק המוח של מכרסם קטן זה, בשתי הכנות-קבוע בראש ומתנהג באופן חופשי. כדי להקליט ממבנים עמוקים ושכבות תאים שונות דורש הכנה המאפשרת קידום מדויק של אלקטרודות לאזורים במוח רצויים. כדי להקליט הרכבים עצביים, יש צורך כי כל אלקטרודה להיות עצמאי מטלטלין, המאפשר הנסיין כדי לפתור תאים בודדים תוך השארת neighbאלקטרודות oring ללא הפרעה. לעשות את שניהם בעכבר מתנהג בחופשיות דורש כונן אלקטרודה שהוא קל משקל, עמיד, והתאמה אישית למיקוד מבנים ספציפיים במוח. טכניקה לעיצוב ובודה זעירה, במשקל האולטרה, מערכי אלקטרודה דיסק קשיחים זעירים, כי הם באופן אישי להתאמה אישית ובקלות הורכבה מחלקים זמינים מסחרי מוצגת. מכשירים אלו הם להרחבה בקלות ויכולים להיות מותאמים אישית כדי להיות ממוקד במבנה; זה כבר נעשה שימוש בהצלחה כדי להקליט מאזורי התלמוס וקליפת מוח בבעלי חיים מתנהגים באופן חופשי במהלך התנהגות טבעית.

בניית שתל היא תהליך שמתחיל עם העיצוב של הינע 3D מודפס (איור 1), שתמשיך לבנייה של יצירת תחתית (איור 2), קונוס המיגון (איור 3), ואת ההרכבה הסופית של ההינע, על ידי בנייה בודדת של microdrives (איור 4). צעדים אלה ואחריו טעינת microdrives עם אלקטרודות (ראה 10). בעקבות צעד זה, אפשר להשתמש בהתקנים אלה כדי להקליט מאזורים במוח מרובים. באיור 5, ירושלים עוקבת מהקלטה בו זמנית של הגרעין לרוחב הברכיתיים (LGN) וההיפוקמפוס (HPC) מוצגים. היציבות של היחידות בודדות שמוצגים באיור 5 הייתה יוצאת דופן, המציגה צורות גל עקביות לאורך קורס של מספר ימים. נוירונים אלה אושרו לLGN תאי עצב בכך שמגיב לגירוי אור דיודה, כפי שמוצג על ידיperistimulus היסטוגרמה זמן (PSTH) באיור 5 ג. באותו תכשיר זה, פוטנציאל שדה המקומי HPC נרשם כמדד למצב התנהגותי. עקבות אלו הראו אדוות חדות גל (איור 5D), במהלך quiescence התנהגות, עולות בקנה אחד עם המקור בהיפוקמפוס שלהם. <img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/51675/51675fig1highres.jpg" /> איור 1 עיצוב ההינע בSolidworks. א סכמטי של סעיף העטרה של מוח עכבר ב/ P קואורדינטות -2.3 - -2.7 מ&quot;מ מגבחת. ארבעה polyimides הבודד (300 מיקרומטר) נמשכים מעל לקליפת המוח, הממחיש את המיקוד של אזור LGN (אדום) עם אלקטרודות. ב סקיצה של גוף העיצוב. מסתובבות מתאר הכחול 180 ° תוצאות במודל 3D עיצוב גוף (הבלעה). ג תוספת של חריצי polyimide וכונן מטפלת לגוף העיצוב. מסתובב highl האדומהקווי המתאר ighted בB על ידי 13 ° תוצאות במחצית חריץ polyimide (למעלה משמאל). ידית כונן אחד מתווספת על ידי המסתובב מתאר הירוק בB על ידי 15 ° (למעלה מימין). הידית השנייה הוא הוסיף על ידי שימוש בפונקציה המעגלית הדפוס (משמאל למטה). אותה הפונקציה יכולה לשמש ליצירת 16 חריצי מחצית polyimide (מימין למטה). ד מטוס חדש יתווסף לעיצוב (למעלה), המאפשרים ליצור סקיצה חדשה לקיבול הדיסק הקשיח הזעיר, מורכבת מחור הבורג, polyimides חור ורכבת antitorque (תחתון). E. תכונות אלה יבוצעו לעיצוב באמצעות פונקציות החיתוך וextrude ויסבו 360 ליצור 16 קיבול. פ ממדים של הסקיצה פיסה העליונה (משמאל) ומודל 3D (מימין ). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51675/51675fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt= &quot;איור 2&quot; src = &quot;/ קבצים / ftp_upload / 51,675 / 51675fig2highres.jpg&quot; /&gt; איור 2 הכנת פיסת ההינע התחתונה. א צינור polyimide הראשון ממוקם על גבי קלטת דו צדדית. צינורות לאחר B. ממוקמים בנפרד, דואג למזער חלל בין צינורות. ג לאחר השכבה הראשונה היא לפריסתו , שכבה דקה של דבק cyanoacrylate מוחל ד שכבה שנייה של polyimides הוא הוסיף במהירות לפני שהדבק יבש. העליון א &#39;בצרור polyimides, צינורית G 26 נוספת כבעל מקום לסיבים האופטיים. F . כל המבנה קבוע ומאובטח עם ירידה של אפוקסי. ג לאחר ההסרה של הצינורית, המבנה ניתן לחתוך באמצע עם סכין גילוח, מניב שתי חתיכות תחתונה זהות. ח צפה על פני השטח החתך של מוגמר חתיכה תחתונה, הממחישה את שתי שורות כפולות של ארבעה polyimidesוהחור לסיבים האופטיים. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51675/51675fig2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 3" src="/files/ftp_upload/51675/51675fig3highres.jpg" /> איור 3 הרכבת ההינע. א מטריצת polyimide מוכנסת לתוך גוף הכונן, ומיושר עם לוח הממשק האלקטרוני (EIB) באמצעות צינורית 26 G. B. כמות קטנה של אפוקסי משמשת להדביק מטריצת polyimid ל גוף הכונן. ג היישום שני של אפוקסי ייתכן שיהיה צורך, לאחר שאפוקסי העודף יש dremeled שם תצוגת ד למעלה על גוף הכונן עם המטריצה ​​מוכנסת. E. שימוש חתיכה קטנה של 33 צינורות polyimide G, החיצוני צינורות מדריך מצורפים בחריצים המקביל של גוף הכונן. פ </strong&gt; צריכים להיות ממופים כל צינורות המדריך החיצוניים לרכבת, דואגים למזער את מתח בצינורות. ג אחרי כל צינורות המדריך החיצוניים ממופים, הם צריכים להיות מאובטחים עם אפוקסי ולחתוך בדיוק מעל השפה הפנימית. ה דיסק קשיח זעיר הרכבה, בהיקף של בורג שהותקן, אביב 5 מ&quot;מ וחתיכה עליונה צריכה להיות מורכבת והניחה על מעקה המקביל לאחת מצינורות המדריך. I. כל הרכבה דיסק קשיחה זעירה צריכה להיות דפוקה בזהירות לתוך גוף הכונן. J. לאחר הרכבה, כל צינור מדריך צריך דיסק קשיח זעיר מתאים תצוגת ק התחתונה של polyimide מטריצת L -.. M. צינורות Polyimide (0.005 &#39;) מוכנסים לתוך צינור כל מדריך חיצוני. נ כל צינור מדריך פנימי צריך להתאים בנוחות לתוך המזלג של זה מקביל דיסק קשיח זעיר. O. צינורות polyimide הפנימיים מחוברים עם אפוקסי לדיסק הקשיח הזעיר המקביל ולחתוך קצר ככל האפשר. לאחר כל צינורות המדריך הפנימיים הם epoxied, צינורות המדריך הפנימיים הבולטים מpolyimide המטריצה ​​יש לחתוך מיושרים עם שפת המטריצה. מבט מאקרו פ ההפוך של הכונן במהלך טעינת צינור מדריך הפנימית. מבט מקרו ש לראש הכונן במהלך טעינת צינור מדריך פנימית. ר &#39;התאסף הינע עם EIB המצורף, מוכן להיות טעון עם אלקטרודות באופן מלא. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51675/51675fig3large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 4" src="/files/ftp_upload/51675/51675fig4highres.jpg" /> . תבנית א &#39;קון איור 4 הכנת קונוס המיגון מודפסת על נייר שקיפות B -. ד. גיליון של נייר אלומיניום מודבק לתבנית באמצעות שכבה דקה של אפוקסי. ה &lt;<html> / Strong&gt; לאחר שחתך את התבנית, קונוס נוצר ודבוק יחד עם אפוקסי. <img alt="איור 5" src="/files/ftp_upload/51675/51675fig5highres.jpg" /> איור 5 הקלטות Multi-אתר באמצעות הינע האולטרה המשקל.. תמונה של עכבר מתנהג בחופשיות עם ההינע מושתל. דוגמאות B. של שתי יחידה אחת צורות גל הקלטות מהעכבר הזה. ג שמאל, סעיף עטרה של מוח העכבר המדגיש את הגרעין הברכיתיים לרוחב, שבו חלק מאלקטרודות הופחת. נכון, דוגמא peristimulus היסטוגרמות זמן (PSTHs) של שני תאי עצב LGN מיושרים לגירוי ויזואלי (פס צהוב). ד ימני, סעיף העטרה המדגיש את ההיפוקמפוס (HPC), שבו קבוצה נוספת של אלקטרודות הופחתה. נכון, דוגמא של הקלטת פוטנציאל שדה המקומי של אדווה בהיפוקמפוס (גולת כותרת אדומה). nt &quot;FO: לשמור-together.within-page =&quot; תמיד &quot;&gt; <img alt="איור 6" src="/files/ftp_upload/51675/51675fig6highres.jpg" /> סקירת איור 6 של רכיבי כונן. (משמאל) סקירה מקיפה של רכיבי הינע. איור (מימין) של na הרכבה דיסק קשיח זעירה בודדת.

Watch this Scientific Journal Video about Design and Fabrication of Ultralight Weight, Adjustable Multi-electrode Probes for Electrophysiological Recordings in Mice at JoVE.com

Design and Fabrication of Ultralight Weight, Adjustable Multi-electrode Probes for Electrophysiological Recordings in Mice

Understanding the neural substrates of behavior requires brain circuit ensemble recording. Because of its genetic tractability, the mouse offers a model for circuit dissection and disease mimicry. Here, a method of designing and fabricating miniaturized probes is described that is suitable for targeting deep brain structure in the mouse.

עיצוב וייצור של Ultralight משקל, בדיקות Multi-אלקטרודה מתכוונן לקלטות אלקטרו בעכברים

The number of physiological investigations in the mouse, mus musculus, has experienced a recent surge, paralleling the growth in methods of genetic ...

design-fabrication-ultralight-weight-adjustable-multi-electrode

Research

JoVE Journal

Neuroscience

17.5K Views.  New York University Langone Medical Center. Understanding the neural substrates of behavior requires brain circuit ensemble recording. Because of its genetic tractability, the mouse offers a model for circuit dissection and disease mimicry. Here, a method of designing and fabricating miniaturized probes is described that is suitable for targeting deep brain structure in the mouse.

Video: Design and Fabrication of Ultralight Weight, Adjustable Multi-electrode Probes for Electrophysiological Recordings in Mice

Multi-electrode Array Recordings of Neuronal Avalanches in Organotypic Cultures

The cortex is spontaneously active, even in the absence of any particular input or motor output. During development, this activity is important for the migration and differentiation of cortex cell types and the formation of neuronal connections1. In the mature animal, ongoing activity reflects the past and the present state of an animal into which sensory stimuli are seamlessly integrated to compute future actions. Thus, a clear understanding of the organization of ongoing i.e. spontaneous activity is a prerequisite to understand cortex function. 
Numerous recording techniques revealed that ongoing activity in cortex is comprised of many neurons whose individual activities transiently sum to larger events that can be detected in the local field potential (LFP) with extracellular microelectrodes, or in the electroencephalogram (EEG), the magnetoencephalogram (MEG), and the BOLD signal from functional magnetic resonance imaging (fMRI). The LFP is currently the method of choice when studying neuronal population activity with high temporal and spatial resolution at the mesoscopic scale (several thousands of neurons). At the extracellular microelectrode, locally synchronized activities of spatially neighbored neurons result in rapid deflections in the LFP up to several hundreds of microvolts. When using an array of microelectrodes, the organizations of such deflections can be conveniently monitored in space and time. 
Neuronal avalanches describe the scale-invariant spatiotemporal organization of ongoing neuronal activity in the brain2,3. They are specific to the superficial layers of cortex as established in vitro4,5, in vivo in the anesthetized rat 6, and in the awake monkey7. Importantly, both theoretical and empirical studies2,8-10 suggest that neuronal avalanches indicate an exquisitely balanced critical state dynamics of cortex that optimizes information transfer and information processing.
In order to study the mechanisms of neuronal avalanche development, maintenance, and regulation, in vitro preparations are highly beneficial, as they allow for stable recordings of avalanche activity under precisely controlled conditions. The current protocol describes how to study neuronal avalanches in vitro by taking advantage of superficial layer development in organotypic cortex cultures, i.e. slice cultures, grown on planar, integrated microelectrode arrays (MEA; see also 11-14).

A robust way to study neuronal avalanches, i.e. scale-invariant spatio-temporal activity bursts, indicative of critical state dynamics in cortex. Avalanches emerge spontaneously in developing superficial layers of cultured cortex which allows for long-term measurements of the activity with planar integrated multi-electrode arrays (MEA) under precisely controlled conditions.

Multi-אלקטרודה מערך הקלטות של מפולות העצבית תרבויות Organotypic

The cortex is spontaneously active, even in the absence of any particular input or motor output.  During development, this activity is important for the ...

Design and Assembly of an Ultra-light Motorized Microdrive for Chronic Neural Recordings in Small Animals

The ability to chronically record from populations of neurons in freely behaving animals has proven an invaluable tool for dissecting the function of neural circuits underlying a variety of natural behaviors, including navigation1 , decision making 2,3, and the generation of complex motor sequences4,5,6. Advances in precision machining has allowed for the fabrication of light-weight devices suitable for chronic recordings in small animals, such as mice and songbirds. The ability to adjust the electrode position with small remotely controlled motors has further increased the recording yield in various behavioral contexts by reducing animal handling.6,7
 Here we describe a protocol to build an ultra-light motorized microdrive for long-term chronic recordings in small animals. Our design evolved from an earlier published version7, and has been adapted for ease-of use and cost-effectiveness to be more practical and accessible to a wide array of researchers. This proven design 8,9,10,11 allows for fine, remote positioning of electrodes over a range of ~ 5 mm and weighs less than 750 mg when fully assembled. We present the complete protocol for how to build and assemble these drives, including 3D CAD drawings for all custom microdrive components.

The design, fabrication and assembly of an ultra-light motorized microdrive is described. The device provides a cost-effective and easy-to-use solution for chronic recordings of single units in small behaving animals.

תכנון והרכבה של Microdrive קל במיוחד ממונע להקלטות עצביות כרוניות בבעלי חיים קטנים

The ability to chronically record from populations of neurons in freely behaving animals has proven an invaluable tool for dissecting the function of ...

Dual Electrophysiological Recordings of Synaptically-evoked Astroglial and Neuronal Responses in Acute Hippocampal Slices

Astrocytes form together with neurons tripartite synapses, where they integrate and modulate neuronal activity. Indeed, astrocytes sense neuronal inputs through activation of their ion channels and neurotransmitter receptors, and process information in part through activity-dependent release of gliotransmitters. Furthermore, astrocytes constitute the main uptake system for glutamate, contribute to potassium spatial buffering, as well as to GABA clearance. These cells therefore constantly monitor synaptic activity, and are thereby sensitive indicators for alterations in synaptically-released glutamate, GABA and extracellular potassium levels. Additionally, alterations in astroglial uptake activity or buffering capacity can have severe effects on neuronal functions, and might be overlooked when characterizing physiopathological situations or knockout mice. Dual recording of neuronal and astroglial activities is therefore an important method to study alterations in synaptic strength associated to concomitant changes in astroglial uptake and buffering capacities. Here we describe how to prepare hippocampal slices, how to identify stratum radiatum astrocytes, and how to record simultaneously neuronal and astroglial electrophysiological responses. Furthermore, we describe how to isolate pharmacologically the synaptically-evoked astroglial currents.

The preparation of acute brain slices from isolated hippocampi, as well as the simultaneous electrophysiological recordings of astrocytes and neurons in stratum radiatum during stimulation of schaffer collaterals is described. The pharmacological isolation of astroglial potassium and glutamate transporter currents is demonstrated.

קלטות אלקטרו כפולות של תגובות Astroglial ועצביות עוררו-synaptically בפרוסות ביפוקמפוס חריפות

Astrocytes form together with neurons tripartite synapses, where they integrate and modulate neuronal activity. Indeed, astrocytes sense neuronal inputs ...

Direct-current Stimulation and Multi-electrode Array Recording of Seizure-like Activity in Mice Brain Slice Preparation

Cathodal transcranial direct-current stimulation (tDCS) induces suppressive effects on drug-resistant seizures. To perform effective actions, the stimulation parameters (e.g., orientation, field strength, and stimulation duration) need to be examined in mice brain slice preparations. Testing and arranging the orientation of the electrode relative to the position of the mice brain slice are feasible. The present method preserves the thalamocingulate pathway to evaluate the effect of DCS on anterior cingulate cortex seizure-like activities. The results of the multichannel array recordings indicated that cathodal DCS significantly decreased the amplitude of the stimulation-evoked responses and duration of 4-aminopyridine and bicuculline-induced seizure-like activity. This study also found that cathodal DCS applications at 15 min caused long-term depression in the thalamocingulate pathway. The present study investigates the effects of DCS on thalamocingulate synaptic plasticity and acute seizure-like activities. The current procedure can test the optimal stimulation parameters including orientation, field strength, and stimulation duration in an in vitro mouse model. Also, the method can evaluate the effects of DCS on cortical seizure-like activities at both the cellular and network levels.

Studies have shown that cathodal transcranial direct-current stimulation can produce suppressive effects on drug-resistant seizures. In this study, an in vitro experimental setup was devised in which the direct-current stimulation and multielectrode array recording of seizure-like activity were evaluated in mice brain slice preparation. The direct-current stimulation parameters were evaluated.

גירוי ישיר שוטף הקלטת מערך רבה-אלקטרודה של פעילות כמו-תפיסת עכברי הכנת פרוסת המוח

Cathodal transcranial direct-current stimulation (tDCS) induces suppressive effects on drug-resistant seizures. To perform effective actions, the ...

Whole-cell Patch-clamp Recordings for Electrophysiological Determination of Ion Selectivity in Channelrhodopsins

Over the past decade, channelrhodopsins became indispensable in neuroscientific research where they are used as tools to non-invasively manipulate electrical processes in target cells. In this context, ion selectivity of a channelrhodopsin is of particular importance. This article describes the investigation of chloride selectivity for a recently identified anion-conducting channelrhodopsin of Proteomonas sulcata via electrophysiological patch-clamp recordings on HEK293 cells. The experimental procedure for measuring light-gated photocurrents demands a fast switchable &#8211; ideally monochromatic &#8211; light source coupled into the microscope of an otherwise conventional patch-clamp setup. Preparative procedures prior to the experiment are outlined involving preparation of buffered solutions, considerations on liquid junction potentials, seeding and transfection of cells, and pulling of patch pipettes. The actual recording of current-voltage relations to determine the reversal potentials for different chloride concentrations takes place 24 h to 48 h after transfection. Finally, electrophysiological data are analyzed with respect to theoretical considerations of chloride conduction.

This article describes how the ion selectivity of channelrhodopsin is determined with electrophysiological whole-cell patch-clamp recordings using HEK293 cells. Here, the experimental procedure for investigating chloride selectivity of an anion-selective channelrhodopsin is demonstrated. However, the procedure is transferable to other channelrhodopsins of distinct selectivity.

תא שלם תיקון מהדק הקלטות עבור קביעת electrophysiological של יון סלקטיביות ב Channelrhodopsins

Over the past decade, channelrhodopsins became indispensable in neuroscientific research where they are used as tools to non-invasively manipulate ...

Electrophysiological Method for Whole-cell Voltage Clamp Recordings from Drosophila Photoreceptors

Whole-cell voltage clamp recordings from Drosophila melanogaster photoreceptors have revolutionized the field of invertebrate visual transduction, enabling the use of D. melanogaster molecular genetics to study inositol-lipid signaling and Transient Receptor Potential (TRP) channels at the single-molecule level. A handful of labs have mastered this powerful technique, which enables the analysis of the physiological responses to light under highly controlled conditions. This technique allows control over the intracellular and extracellular media; the membrane voltage; and the fast application of pharmacological compounds, such as a variety of ionic or pH indicators, to the intra- and extracellular media. With an exceptionally high signal-to-noise ratio, this method enables the measurement of dark spontaneous and light-induced unitary currents (i.e.&#160;spontaneous and quantum bumps) and macroscopic Light-induced Currents (LIC) from single D. melanogaster photoreceptors. This protocol outlines, in great detail, all the key steps necessary to perform this technique, which includes both electrophysiological and optical recordings. The fly retina dissection procedure for the attainment of intact and viable ex vivo isolated ommatidia in the bath chamber is described. The equipment needed to perform whole-cell and fluorescence imaging measurements are also detailed. Finally, the pitfalls in using this delicate preparation during extended experiments are explained.

Electrophysiological Method for Whole-cell Voltage Clamp Recordings from Drosophila Photoreceptors

Whole-cell recordings from Drosophila melanogaster photoreceptors enable the measurement of spontaneous dark bumps, quantum bumps, macroscopic responses to light, and current-voltage relationships under various conditions. In combination with D. melanogaster genetic manipulation tools, this method enables the study of the ubiquitous inositol-lipid signaling pathway and its target, the TRP channel.

שיטה אלקטרו-קולית לקולקציית מתח מלא<em&gt; תסיסנית</em&gt; פוטורספטורים

Whole-cell voltage clamp recordings from Drosophila melanogaster photoreceptors have revolutionized the field of invertebrate visual transduction, ...

Preparation of Acute Human Hippocampal Slices for Electrophysiological Recordings

Epilepsy affects about 1% of the world population and leads to a severe decrease in quality of life due to ongoing seizures as well as high risk for sudden death. Despite an abundance of available treatment options, about 30% of patients are drug-resistant. Several novel therapeutics have been developed using animal models, though the rate of drug-resistant patients remains unaltered. One of probable reasons is the lack of translation between rodent models and humans, such as a weak representation of human pharmacoresistance in animal models. Resected human brain tissue as a preclinical evaluation tool has the advantage to bridge this translational gap. Described here is a method for high quality preparation of human hippocampal brain slices and subsequent stable induction of epileptiform activity. The protocol describes the induction of burst activity during application of 8 mM KCl and 4-aminopyridin. This activity is sensitive to established AED lacosamide or novel antiepileptic candidates, such as dimethylethanolamine (DMEA). In addition, the method describes induction of seizure-like events in CA1 of human hippocampal brain slices by reduction of extracellular Mg2+ and application of bicuculline, a GABAA receptor blocker. The experimental set-up can be used to screen potential antiepileptic substances for their effects on epileptiform activity. Furthermore, mechanisms of action postulated for specific compounds can be validated using this approach in human tissue (e.g., using patch-clamp recordings). To conclude, investigation of vital human brain tissue ex vivo (here, resected hippocampus from patients suffering from temporal lobe epilepsy) will improve the current knowledge of physiological and pathological mechanisms in the human brain.

The presented protocol describes the transport and preparation of resected human hippocampal tissue with the ultimate goal to use vital brain slices as a preclinical evaluation tool for potential antiepileptic substances.

הכנת פרוסות היפוקמפוס אנושיות חריפות להקלטות אלקטרופיזיולוגיות

Epilepsy affects about 1% of the world population and leads to a severe decrease in quality of life due to ongoing seizures as well as high risk for ...

<meta charset="utf8"></head><body>שתל קוד פתוח לניטור אלקטרופיזיולוגי רב-אזורי בחולדות

The TD Drive: A Parametric, Open-Source Implant for Multi&#45;Area Electrophysiological Recordings in Behaving and Sleeping Rats

Intricate interactions between multiple brain areas underlie most functions attributed to the brain. The process of learning, as well as the formation and consolidation of memories, are two examples that rely heavily on functional connectivity across the brain. In addition, investigating hemispheric similarities and/or differences goes hand in hand with these multi-area interactions. Electrophysiological studies trying to further elucidate these complex processes thus depend on recording brain activity at multiple locations simultaneously and often in a bilateral fashion. Presented here is a 3D-printable implant for rats, named TD Drive, capable of symmetric, bilateral wire electrode recordings, currently in up to ten distributed brain areas simultaneously. The open-source design was created employing parametric design principles, allowing prospective users to easily adapt the drive design to their needs by simply adjusting high-level parameters, such as anterior-posterior and mediolateral coordinates of the recording electrode locations. The implant design was validated in n = 20 Lister Hooded rats that performed different tasks. The implant was compatible with tethered sleep recordings and open field recordings (Object Exploration) as well as wireless recording in a large maze using two different commercial recording systems and headstages. Thus, presented here is the adaptable design and assembly of a new electrophysiological implant, facilitating fast preparation and implantation.

<meta charset="utf8"></head><body>מחבר זרקור: פענוח זיכרון ולמידה באמצעות שתלים עצביים למחקרי מוח רב-אזוריים

Here, we present a unique, 3D-printable implant for rats, named TD Drive, capable of symmetric, bilateral wire electrode recordings, currently in up to ten distributed brain areas simultaneously.

כונן TD: שתל פרמטרי בקוד פתוח לרישומים אלקטרופיזיולוגיים רב-אזוריים בחולדות מתנהגים וישנים

Intricate interactions between multiple brain areas underlie most functions attributed to the brain. The process of learning, as well as the formation and ...