Registrazioni acute multi-elettrodo a unità singola dal tronco encefalico di topi fissati alla testa

Riepilogo

Questo protocollo descrive un metodo per ottenere registrazioni in vivo di singoli neuroni ad alta densità dal tronco encefalico di topi fissati alla testa. Questo approccio viene utilizzato per misurare l'attivazione del potenziale d'azione dei neuroni nel grigio periacqueduttale ventrolaterale - una regione del tronco encefalico inattiva durante il sonno REM (Rapid Eye Movement) - prima e durante l'anestesia generale.

Abstract

Le registrazioni basate su multielettrodi al silicio sono sempre più popolari per studiare l'attività neuronale alla risoluzione temporale dei potenziali d'azione in molte regioni del cervello. Tuttavia, la registrazione dell'attività neuronale da strutture caudali profonde come il tronco encefalico utilizzando sonde multicanale rimane impegnativa. Una preoccupazione significativa è trovare una traiettoria per l'inserimento della sonda che eviti i grandi vasi sanguigni, come il seno venoso sagittale superiore e il seno venoso trasverso. Ferire queste grandi vene può causare emorragie estese, danni al tessuto cerebrale sottostante e potenzialmente la morte. Questo approccio descrive il targeting delle strutture del tronco encefalico accoppiando le coordinate anteriori con un approccio angolato, consentendo alla sonda di registrazione di penetrare nel cervello al di sotto delle strutture vascolari ad alto rischio. Rispetto a un approccio strettamente verticale, l'approccio angolato massimizza il numero di regioni cerebrali che possono essere mirate. Utilizzando questa strategia, il grigio periacqueduttale ventrolaterale (vlPAG), una regione del tronco encefalico associata al sonno REM, può essere accessibile in modo riproducibile e affidabile per ottenere registrazioni multi-elettrodo a unità singola in topi fissati alla testa prima e durante l'anestesia con sevoflurano. La capacità di registrare l'attività neuronale nel vlPAG e nei nuclei circostanti con un'elevata risoluzione temporale è un passo avanti nel far progredire la comprensione della relazione tra sonno REM e anestesia.

Introduzione

Le registrazioni basate su multielettrodi al silicio stanno diventando sempre più popolari per misurare l'attività neuronale in molte regioni del cervello con risoluzione del potenziale d'azione singolo 1,2,3,4. Nell'ultimo decennio, la tecnologia di registrazione ad alta densità è cresciuta notevolmente. Gli attuali elettrodi di registrazione a base di silicio possono ospitare un numero elevato di canali, fibre ottiche e dispositivi di registrazione per elettrocorticografia (ECoG)

Protocollo

Tutti gli studi sono stati approvati dall'Institutional Animal Care and Use Committee dell'Università della Virginia (Charlottesville, Virginia). Sono stati utilizzati cinque topi maschi C57BL/6J, di età compresa tra 3 e 7 mesi, del peso di 25-30 g. I dettagli dei reagenti e delle attrezzature qui utilizzate sono elencati nella Tabella dei materiali.

1. Impianto della piastra e della cuffia

1. Realizzare una cuffia ECoG saldando un filo di acciaio inossidabile rivestito di perfluoroalcossi (PFA) a un connettore a 3 pin (Figura 2A).
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Discussione

I nuclei del tronco encefalico mediano funzioni fondamentali come la respirazione, la coscienza e il sonno 26,27,28. La posizione del tronco encefalico (profonda e posteriore) rappresenta una sfida nello studio della sua attività neuronale in vivo utilizzando tecniche standard. Qui viene presentato un approccio anteriore angolato per consentire la registrazione riproducibile di una sin.......

Materiali

Name	Company	Catalog Number	Comments
1024 channel RHD Recording Controller	Intan Technologies, Los Angeles, California, USA	C3008	Silicon probe recording; recording hardware and software
24 mm x 50 mm No. 1.5 VWR coverslip	VWR, Radnor, Pennsylvania, USA	48393-081	Histology
4% PFA in PBS	ThermoFisher Scientific, Waltham, Massachusetts, USA	J61899.AK	Histology; perfusion solution
C&B metabond	Patterson Dental, Richmond, Virginia, USA	powder: 5533559, quick base: 5533492, catalyst: 55335007	Headplate &Headset Implantation
C57/6J mice 4-6 weeks, males	The Jackson Laboratory, Bar Harbor, Maine, USA	000664
Capnomac Ultima	Datex, Helsinki, Finland	ULT-SVi-27-07	Gas Analyzer; discontinued; alternative gas analyzer can be purchased from Bionet America
CM-DiI	ThermoFisher Scientific, Waltham, Massachusetts, USA	V22888	Red fluorescent dye for coating of the silicon probe
Connector Header	DigiKey, Thief River Falls, Minnesota, USA	1212-1788-ND	ECoG Headset
DAPI Fluoromount-G	SouthernBiotech, Birmingham, Alabama, USA	0100-20	Histology
iBOND Universal	Patterson Dental, Richmond, Virginia, USA	044-1113	Headplate &Headset Implantation; for  securing stainless steel wires to the skull
Low toxicity silicon adhesive	World Precision Instruments, Sarasota, Florida, USA	KWIK-SIL	Headplate
Micro-Manipulator System	New Scale Technologies, Victor, New York, USA	Multi-Probe Manipulator: XYZ Stage Assembly: 06464-0000, MPM System Kit: 06267-3-0001, MPM-Platform-360, MPM ring for MPM Manual Arms, MPM_Ring-72 DEG: 06262-3-0000	Silicon probe recording; inserting the probe into the brain
Microprobes	UCLA, Los Angeles, California, USA	256 ANS, 64M	Discontinued; alternative silicon probes can be purchased from Neuropixels
Mineral Oil	Sigma Aldrich, Saint Luis, Missouri, USA	M8410-100ML	Silicon probe recording; preventing the tissue from drying during the recording
Normal saline	ThermoFisher Scientific, Waltham, Massachusetts, USA	Z1376	Headplate &Headset Implantation; preventing the brain from drying during the surgery
PFA-Coated Stainless Steel Wire-Diameter 0.008 in. coated with striped ends	A-M systems, Sequim, Washington, USA	791400	ECoG Headset & reference electrode for ECoG
Platinum wire 24AWG	World Precision Instruments, Sarasota, Florida, USA	PTP201	Reference electrode for the silicon probe recording
Shandon Colorfrost Plus microscope slides	ThermoFisher Scientific, Waltham, Massachusetts, USA	99-910-01	Histology
Stainless steel Headplate	Star Rapid, China	custom made part	Headplate &Headset Implantation; design available upon request
Stereotaxic apparatus	KOPF, Tujunga, California, USA	Model 940 Small Animal Stereotaxic Instrument with Digital Display Console	Headplate &Headset Implantation