コモンマーモセットにおける層状皮質活動の電気生理学

要約

特注のマイクロドライブにより、リニアシリコンアレイで皮質記録部位をサブミリメートルでターゲティングすることができます。

要約

マーモセットモンキーは、皮質表面が滑らかであるため、層状皮質回路を調べるのに理想的なモデルであり、線形アレイによる記録が容易です。マーモセットは、他の霊長類と同様の神経機能構成と、記録とイメージングの技術的利点により、最近人気が高まっています。しかし、このモデルの神経生理学は、サイズが小さく、解剖学的ランドマークとしての回がないために、いくつかのユニークな課題を提起します。特注のマイクロドライブを使用することで、研究者はリニアアレイの配置をサブミリメートルの精度で操作し、記録日数にわたって同じ網膜異所を標的とした場所で確実に記録することができます。このプロトコルは、マイクロドライブ位置決めシステムの段階的な構築と、シリコン線形電極アレイによる神経生理学的記録技術について説明します。記録セッション全体で電極の配置を正確に制御することで、研究者は皮質を簡単に横断し、網膜の組織と記録されたニューロンのチューニング特性に基づいて関心のある領域を特定できます。また、この層状アレイ電極系を用いて、電流源密度分析(CSD)を適用し、個々のニューロンの記録深度を求めることができる。このプロトコルは、アレイ上の複数のチャネルにまたがるキロソートで分離されたスパイク波形を含む層流記録の例も示しています。

概要

コモンマーモセット(Callithrix jacchus)は、近年、脳機能を研究するためのモデルとして急速に人気が高まっています。この人気の高まりは、マーモセットの平滑皮質へのアクセスのしやすさ、神経機能構成がヒトや他の霊長類と類似していること、および小型で繁殖速度が速いことによるものです¹。このモデル生物の人気が高まるにつれ、マーモセットの脳での使用に適した神経生理学的手法が急速に発展してきました。電気生理学法は、げっ歯類と霊長類の両方の皮質における単一のニューロンの活動を研究するために神経科学で広く使用されており、比類のない時間分解能と位置アクセスをもたらします。マーモセットモンキーは視覚神経科学のモデルとして比較的目新しいため、覚醒行動の電気生理学技術の最適化はまだ発展途上です。これまでの研究で、麻酔製剤における電気生理学の堅牢なプロトコルの確立が示され²、早期覚醒行動神経生理学の研究により、シングルチャネルタングステンエレクト^{ードの信頼性}が示されています3。近年、研究者たちは、覚醒行動神経生理学のためのシリコンベースの微小電極アレイの使用を確立しました⁴。しかし、マーモセットは脳のサイズが小さく、解剖学的ランドマークがないため、独自の標的設定の課題があります。このプロトコルは、組織の損傷を最小限に抑えながら、シリコン....

プロトコル

実験手順は、National Institutes of Health Guide for the Care and Use of Laboratory Animals(国立衛生研究所の実験動物のケアと使用に関するガイド)に従った。実験的および行動的手順のプロトコルは、ロチェスター大学の施設動物管理および使用委員会によって承認されました。

1. 記録用電極を内蔵したマイクロドライブの構成(図1)

注:マルチチャンネルリニアシリコンアレイを保持する特注のX-Yステージにより、記録部位のサブミリメートルのターゲット設定が可能です。

1. 図1に概説されているすべてのマイクロドライブ部品を集めます。透明なアクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS)プラスチックを使用して、カスタムパーツを3Dプリントします。これには、保護スリーブ、ベース、Xステージ、Yステージが含まれます。3D パーツの設計は、オンライン (https://marmolab.bcs.rochester.edu/resources.html) で入手できます。さらに、電極、プラスチック製の長方形のプラットフォーム、グリッド、マイクロマニピュレーター、スチールチューブ、および6本のステンレス鋼ネジ(....

ディスカッション

現在、ヒト以外の霊長類で神経生理学実験を行うために、いくつかの方法(例えば、慢性、半慢性、急性)が利用可能である。一般的なマーモセットは、サイズが小さく、解剖学的ランドマークとしての回がないため、神経生理学実験に独自の課題をもたらします。このため、研究者は網膜形成や関心領域のチューニング特性などの神経生理学的ランドマークを使用して、記録ターゲットを特?.......

資料

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