TD Drive:行動および睡眠ラットにおけるマルチエリア電気生理学的記録のためのパラメトリックなオープンソースインプラント

要約

ここでは、現在最大10の分布した脳領域に同時に対称的な両側ワイヤー電極記録が可能なTD Driveという、ラット用のユニークな3Dプリント可能なインプラントを紹介します。

要約

複数の脳領域間の複雑な相互作用は、脳に起因するほとんどの機能の根底にあります。学習のプロセスと、記憶の形成と統合は、脳全体の機能的接続性に大きく依存する2つの例です。さらに、半球の類似性や相違点を調査することは、これらのマルチエリア相互作用と密接に関連しています。したがって、これらの複雑なプロセスをさらに解明しようとする電気生理学的研究は、複数の場所で同時に、そしてしばしば二国間で脳活動を記録することに依存しています。ここで紹介するのは、TD Driveと名付けられたラット用の3Dプリント可能なインプラントで、対称的な両側のワイヤー電極記録が可能で、現在、最大10の分布した脳領域に同時に配置されています。オープンソースの設計は、パラメトリック設計の原則を使用して作成されており、見込みユーザーは、記録電極位置の前後座標や中外側座標などの高レベルのパラメータを調整するだけで、ドライブ設計をニーズに合わせて簡単に適応させることができます。インプラントの設計は、さまざまなタスクを実行したn = 20匹のLister Hoodedラットで検証されました。このインプラントは、テザー睡眠記録とオープンフィールド記録(オブジェクト探索)だけでなく、2つの異なる商用録音システムとヘッドステージを使用した大きな迷路での無線録音にも対応していました。したがって、ここでは、新しい電気生理学的インプラントの適応可能な設計と組み立てを示し、迅速な準備と埋め込みを容易にします。

概要

覚醒と睡眠の間の脳の相互作用は多領域性であるため、進行中の生理学的プロセスを徹底的に研究することは困難です。機能的MRI(fMRI)や機能的超音波(fUS)などのアプローチでは、脳全体から脳活動をサンプリングすることができます^が1,2、神経血管結合を利用して血行動態活動から脳活動を推測するため、時間分解能^{が制限されます2}。また、fMRIでは、研究対象をMRIスキャナーにセットする必要があり、自由に動く動物での実験は禁止されています。単一光子または多光子イメージングによるカルシウムダイナミクスの光学イメージングにより、数百のニューロンの細胞種特異的な同時記録が可能になります³。しかし、Miniscope³のようなヘッドマウント顕微鏡は、自由に動く行動を可能にしますが、通常は無傷の脳⁴の表面皮質領域をイメージングすることに限定されています。皮質上の視野の直径は1mm程度ですが、これらのヘッドマウント顕微鏡のスペース要件により、特に隣接する領域を対象とすることが難しくなる可能性があります。したがって、覚醒時と睡眠時のマルチエリアの脳ダイナミクスを正確に捉えるためには....

プロトコル

本研究は、オランダ中央委員会(CCD)によって承認され、動物実験法(プロトコルコード:2020-0020-006および2020-0020-010)に従って実施されました。到着時に9〜12週のオスのLister Hoodedラットを使用しました。プロトコールで使用される試薬と機器は、 材料表に記載されています。ドライブ構築プロセスの手順については、 補足図 1 および 補足図 2 を参照してください。

1. 3Dモデルと電極インターフェースボード(EIB)データの調整と作成

1. Autodesk Fusion でドライブ本体の設計を開きます。[変更] タブの [パラメータの変更] をクリックします。最初の記録位置の座標を調整するには、前後座標を anteroPosteriorSite1 に、中外側座標を medioLateralSite1 に入力します。ガイドチューブや電極の穴の径は、diameterSite1を調整することで調整できます。記録位置2と3についても繰り返して、モデル設計が自動的に....

ディスカッション

本稿では、自由に動くラットの左右対称マルチエリアワイヤー電極記録用の適応性インプラントを紹介します。

あらかじめ定義されたパラメータを変更することでインプラントを簡単に調整できることが、TD Driveを開発した動機の1つでした。パラメータの変更に対する柔軟性を最大限に高めることを目指す一方で、パラメータ間の関係に内在す?.......

資料

Name	Company	Catalog Number	Comments
0.5 mm drill bit	McMaster	2951A38
1.27 mm pitch interconnected SIP/DIP socket (Mill-Max)	Mouser Electronic	575-003101	For essembling and connection of EEG & GND screws
5 minute epoxy	Bison	Commercially available	regular off-the-shelf epoxy
cyanoacrylate glue	Loctite		Super Glue-3
EEG wire	Science Products GmbH	7SS-2T
Electrode wire	Science Products GmbH	NC7620F
Ethanol	LC		For standard pre-operative sterilization procedure of drive
Fine forceps (5)	FST	91150-20	For wire bundle preperation and handling
Form 3B	Formlabs		3D printer used to 3D print the self-printed parts of the TD drive
Gold pins (small)	Neuralynx, Inc.	9885	Attachment of electorde wires to EIB board
Ground wire	Science Products GmbH	SS-3T/A
High-density connector	LabMaker GmbH/Omnetics	A79026-001
Lister Hodded rats	Charles River Laboratories	Crl:LIS	we used male rats, 9-12 weeks of age at arrival
M1 brass insert	AliExpress	Commercially available	https://aliexpress.com/item/33047616164.html
M1 tap	McMaster	2504A33
M1x16 screw	Bossard	1096613
M1x3 stainless steel screws	Screws and More	84213_14985
M2.5x5 polyimide screws	Screws and more	7985PA25S_50
mineral oil	McMaster	1244K14
Nail polish	Etos	Commercially available	For color coding EEG and GND wires
painter's tape	Gamma	Commercially available	For wire bundle preperation
Pin vise	McMaster	8455A16
plotting paper	Canson	Commercially available	For wire bundle preperation
polyimide tubes	Amazon / Small Parts	TWPT-0159-30-50	AWG, 0.0159" ID, 0.0219" OD, 0.0030" Wall, 30" Length
RHD 32-channel headstage with accelerometer	Intan Technologies, LLC	C3324	For tethered recordings in the sleepbox
RHD 3-ft (0.9 m) standard SPI cables	Intan Technologies, LLC	C3203	From commutator to headstage
RHD 6-ft (1.8 m) standard SPI cables	Intan Technologies, LLC	C3206	From OpenEphys box to commutator
Slip Ring with Flange	Adafruit	1196	Commutator: 22 mm diameter, 12 wires
Solder flux	Griffon S-39 50 ml	Commercially available	For soldering EEG & GND screws
soldering paste	Amazon	B08CBZ5HC5
stainless steel M2 nut	McMaster	93935A305
Tethered recording setup	OpenEphys	Acquasition Board
Wireless recording logger	SpikeGadgets	miniLogger 32	For wireless recordings in the task
Wireless recording setup	SpikeGadgets	Main Control Unit (MCU) incl. breakout board and RF transceiver	For wireless recordings in the task