Name: implantation of chronic silicon probes and recording of hippocampal place cells in an enriched treadmill apparatus
Uploaded: 2017-10-11T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 59 s
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この作品は、韓国科学技術機関プログラム (プロジェクト号 2E26190 と 2E26170) とフロンティア科学人間 (RGY0089/2012 年) によって支えられました。

説明のすべてのメソッドは、動物愛護と韓国科学技術研究所の使用委員会によって承認されている。
 1 マイクロ ドライブと電極の準備 <ol><li>マイクロ ドライブを組立。。
	<ol><li>マイクロ ドライブ (スライダー、ボディ、およびシェル) の部分は印刷 14 高解像度 3 D プリンターを使用しています。部品には欠陥がない確認します</li>。
		<li>マイクロ ドライブ本体にネジ (000-120 x 1/4 サイズ) でスライダーを修正します</li>。
		<li>ナットをはんだ付け (000-120 000-120/64 16 進サイズ) ネジの先端にします</li>。
		<li>ネジを時計回りにスライダーを上または下に移動する反時計回りに回転します</li>。
		<li>(000-120 x 1/4 サイズ) ネジで本体にシェルを修正します</li>。
	</ol></li> <li>マイクロ ドライブにプローブを取り付けします。
	<ol><li>双眼顕微鏡の下の水平方向の位置にマイクロ ドライブを修正します</li>。
		<li>では、ゴム製の詰め物とフラットのワニ口クリップを使用して、慎重にピンセットで出荷のエンクロージャからプローブを切り離すにシリコン プローブのフレックス ケーブルをつかみます。マニピュレーターにワニ口クリップを修正します</li>。
		<li>の動きの方向に平行マイクロ ドライブ スライダーのシリコン プローブを置く、マニピュレーターを使用しています</li>。
		<li>は、歯科用セメントの滴を適用 (室温硬化アクリル歯科修復材料) スライダーにプローブを修正します。それがシフトしている場合は、プローブの位置を修正します。それは治療の非常に高速と電極の位置を再調整するが難しく、接着剤はお勧めできません</li>。
		<li>歯科用セメントと C ホルダー (コネクタ ホルダー) へのプローブのコネクタを修正します</li>。
	</ol></li> <li>クリーニングとプローブに染料を入れてします。
	<ol><li>修正マイクロ ドライブ/プローブ プローブ洗浄装置の群集。小さな発泡スポンジ (非滅菌綿棒) を回転 2 デバイスが備わっています。ギャップ調整はマニピュレーター</li>。
		<li>洗剤とスポンジを浸して</li>。
		<li>は、穏やかなタッチをできるように、スポンジの間ゆっくりプローブを上下に移動します。顕微鏡下でクリーニング プロセスを監視します</li>。
		<li>は、蒸留水でプローブをすすいでください。アルコールで殺菌のためのプローブを浸漬します</li>。
		<li>適用 Dil (脂溶性色素)、プローブのシャンクスの背中に泡綿棒を使用します。これは後の段階で脳のシャンク位置の可視化を許可します</li>。
	</ol></li> <li>帽子を組み立てる <ol><li>(ヘッド プレート、コネクタ ホルダーとキャップ) の帽子の部分は印刷 14 3 D プリンターを使用します。密封されたエンクロージャを形成する 3 つの部分が一緒に収まるです</li>。
		<li>ヘッド プレートと歯科用セメントと接着剤で修正のスロット ナッツ (M2 と 00-90 00-約/4 サイズ) を挿入します</li>。
		<li>キャップのスロットに洗濯機を挿入して、歯科用セメントで固定します</li>。
	</ol></li></ol> 2。帽子の頭蓋骨固定用手術 手術に使用されるすべてのツールは、オートクレーブに入れることによってあらかじめ滅菌されています。乾熱ビーズ デバイスを使用 forto 滅菌が汚れて、手術中に滅菌する必要がありますツール。
<ol><li>は、麻酔の開始のための 4% にイソフルランのレベルを設定します。5 分間麻酔チャンバーにマウスを入れて</li>
	<li>脳定位固定装置でマウスをインストールします</li>。
	<li>は、1.5-2% にイソフルラン レベルを減らします。動物状態、呼吸数、に応じて手術中にレベルを調整し、体の温度 20</li>。
	<li>目に眼軟膏を適用します</li>。
	<li>頭皮を剃る清潔消毒剤 (iodopovidone) の動物の頭に。手術のすべての手順で無菌状態を維持します</li>。
	<li>頭皮下注射ブピバカイン (1 mg/kg)。カットし、その端の頭蓋骨を公開する高級はさみを使用してマウスの頭の頭頂部の皮膚の一部を削除します。きれいにし、手術中に出血を制御する生理食塩水と止血スポンジを使用します</li>。
	<li>骨膜スクレーパー ツールを使用してを削除します</li>。
	<li>スカル 21 参照点を見つける: 前、ラムダ、冠状断、矢状縫合。頭を調整 &#39; 前とラムダ点は同じ高さで、その矢状軸角度の s.</li>
	<li>は、参照と地上の電極の頭蓋骨の 2 つの穴 (~0.5 mm 径) をドリルします。ラムダの尾 1 mm と 1 mm の穴を約する必要があります</li>。
	<li>地面と参照電極 (サイズ 000-120 000-120/16 ミニチュア ステンレス鋼ねじピン コネクタに線結合) を挿入します</li>。
	<li>適用紫外線 (UV) 頭蓋の象牙質の活性剤を接合し UV ライト 45 60 s. を適用</li>
	<li>は、頭蓋骨の端に歯科用セメントの層を適用します。肌とマウスの毛にセメントを感染を避けるためです</li>。
	<li>は固定装置用マニピュレーターにヘッド プレートを修正し、頭蓋骨の上に配置します。ゆっくりヘッド プレートを下げるまでには若干、頭蓋骨を触れるし、頭蓋骨との接合部で歯科用セメントを適用します。15 分のための歯科用セメント治療をしましょう</li>
	<li>は、麻酔を削除します。コネクタ ホルダーとキャップ ヘッド プレートを固定します。Ketaprofen の皮下注射を与えた後、檻の中でマウスを置く 5 mg/カット</li>
	<li>は、ketaprofen の皮下注射を与える 2 つの次の日、痛みの兆候を慎重にモニターの 5 mg/kg。マウスは通常 20-40 分以内麻酔から目覚めます。帽子インプラントは比較的光 (3.34 g)、マウス、ホーム ケージの端に自分の頭を持ち上げ、迷路で実行、登るにトラブルのないような</li>。
</ol> 3。行動トレーニング <ol><li>後 7 日の手術後の回復期間は、1 日あたり 1 mL の水の制限を開始します</li>。
	トレッドミル ベルトをするため <li>はベルベットの生地 (1-2 m で 5 cm) の部分をカットし、ホット接着剤を使用して小物を修正します。マウスの動きを妨害しないためにベルトの端に建てられたオブジェクトをアタッチします</li>。
	<li>2 つの端を一緒に縫合してトレッドミルの車輪でベルトを修正します</li>。
	<li>頭固定プレートのスロットにヘッド プレートの 2 本のネジを差し込んで締めて、トレッドミルで頭固定マウスをインストールします</li>。
	<li>頭拘束水の報酬のためのトレッドミル上で実行するマウスのトレーニング開始。なめるポートを介して水報酬を提供します。当初は、1 日 3 回、10 分間トレッドミル上にマウスを置く</li>。
	<li>マウスの頭固定するために使用を取得します (~ 3 日) 後で通常ベルトを移動を開始すると増加、トレーニング期間の 30 分。2 〜 3 週間後いくつかのマウスは 30 分 (ベルトの完全な回転をする試み) で 100 以上の試験を実行します</li>。
	<li>記録実験のための最高の行動パフォーマンスを示すマウスを選択します</li>。
</ol> 4。シリコン プローブの注入 <ol><li>麻酔下マウスを配置します</li>。
	<li>は、ヘッド プレートを固定することによって、脳定位固定装置にマウスをインストールします。生理食塩水で頭蓋骨の表面をきれいにします</li>。
	<li>脳定位固定装置のマーカーを見つける: 前、ラムダ、冠状断、矢状縫合。挿入の点までの距離を測定し、それをマーク</li>
	<li>は、薄いと透明になるまで慎重に骨をドリルします。湿らせ、生理食塩水できれいに掘削中です</li>。
	<li>は、間伐の骨と精密力を用いた硬膜問題を慎重に取り外しますps のすべての時間を生理食塩水で濡れている脳の表面を維持します</li>。
	<li>は、固定装置用のマニピュレーター、マイクロ ドライブ/シリコン プローブ群集を修正します。シリコン プローブ、開頭のすぐ上をもたらします。ヘッド プレートにシリコン プローブ コネクタ ホルダーのネジします</li>。
	<li>では、録音アンプと接地/基準電極を接続します。電磁ノイズの影響から保護するためにアルミ箔でマウスをシールドします。脳の電気的活動を監視する記録システムを起動します</li>。
	<li>は、マニピュレーターを使用して脳にシリコン プローブをゆっくりと挿入します。電気信号、マニピュレーターの旅の距離、およびプローブのシャンクスを継続的にチェック (彼らは、脳の貫通を確認してください)。ユニットの活動は、下にある白質は比較的サイレント皮質に表示されます。ユニットの活動には、シャンクの海馬の錐体層に触れるときが再び表示されます。この時点から、シリコン プローブ 200 μ m を撤回 (錐体層にシャンクを戻すためにマイクロ ドライブを次の日使用).</li>
	<li>骨ワックスと鉱物油の混合物で、脳の表面を覆うです</li>。
	<li>は、歯科用セメントを使用してヘッド プレートにマイクロ ドライブを修正します。15 分のための歯科用セメント治療をしましょう。固定装置用のマニピュレーターからマイクロ ドライブを切断し、キャップをつける</li>。
	<li>は、そのケージに戻ってにマウスを置くし、ketaprofen の皮下注射 5 mg/kg。痛みの兆候を確認します。この手術は、最初の 1 つよりもはるかに少ない侵襲とマウスが 45 分以内通常アクティブ後彼らが麻酔からウェイク アップ。ただし、マウス シリコン プローブが脳内を安定させる必要があると、全体の 1 日を回復することです</li>。
</ol> 5。記録 <ol><li>インストール マウス ヘッド固定トレッドミルで。帽子時価ベースの株主を削除</li>
	<li>録音アンプを接続し、録音を開始します</li>。
	<li>海馬の錐体層にシリコン プローブを移動するマイクロ ドライブを使用して、最初の日に。ネジの反時計回りにターンごとにシャンクス 200 μ m より深い移動します。ゆっくりとすねの位置を調整 (20 ~ 50 μ m ずつ) リップル振動 13 とユニット活動が表示されるまで</li>。
	<li>次の日にシャンク位置を調整、ベルトの上にマウスが実行されている間に海馬の活動を記録する前に ~ 1 h を待ちます。数日間の良好な記録信号品質を維持するためにハード オブジェクトを削除し、マウスから天井を低 &#39; ハード面にバンプを帽子チャンスを最小限に抑えるため s ケージ</li>。
</ol> 6。プローブを回復する <ol><li>麻酔下マウスを配置します</li>。
	<li>は、ヘッド プレートを固定することによって、脳定位固定装置にマウスをインストールします。帽子時価ベースの株主を削除</li>
	<li>は、マイクロ ドライブの真上固定装置用のマニピュレーターをもたらします。マニピュレーターにマイクロ ドライブを修正します。ヘッド プレートからコネクタ ホルダーを外します。シェルとマイクロ ドライブの本体を接続するネジを削除します</li>。
	<li>の背後にあるシェル部分を残して固定装置用のマニピュレーターを持つマイクロ ドライブ/シリコン プローブ群集をゆっくり引き上げて双眼顕微鏡監修します</li>。
	<li>洗浄装置とシリコン プローブをきれいします</li>。
</ol>

<ol>
	<li>Schjetnan, A. G., Luczak, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recording+large-scale+neuronal+ensembles+with+silicon+probes+in+the+anesthetized+rat.">Recording large-scale neuronal ensembles with silicon probes in the anesthetized rat.</a> J Vis Exp. (56), (2011).</li><li>Buzsaki, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Large-scale+recording+of+neuronal+ensembles.">Large-scale recording of neuronal ensembles.</a> Nat Neurosci. 7 (5), 446-451 (2004).</li><li>Suner, S., Fellows, M. R., Vargas-Irwin, C., Nakata, G. K., Donoghue, J. 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著者が明らかに何もありません。

神経の慢性的な録音は海馬場所フィールドなど神経プロセスを理解することにとって重要です。慢性的なシリコン プローブ implantantation を実行へのアプローチがで電極パッケージを回復する比較的簡単だという事実によって他の方法7,18,19,20から自分自身を区別します。実験終了。場所細胞が通常...

シリコン プローブの電気生理学的記録、彼らは組織の損傷や彼らが密集サイト1、録音の正確なレイアウトを提示する最小限に抑えるシャープなプロファイル設計されているという事実を含むいくつかの利点を提示します。 2,3,4。種、人間3,5,6、多様なアプローチ1,7を含む様々 なシステムの研究に使用されます。まだの反復使用は、コスト、脆弱性、および慢性的な実験のための便利なメソッドが8を欠けている事実のためまだ比較的限られています。3 D 印刷技術の最近の進歩は、これらのデリケートな電極の取り扱いを簡単にできるようにヘッド プレート マイクロ ドライブなどのデバイスのカスタム設計に可能にしました。最初のステップで構築し、慢性的なシリコン プローブ14術の開発したツールのセットを使用する方法を説明します。
場所細胞は通常、迷路の実行している自由に動く動物を用いて調べた、間最近彼らも調べた仮想環境15とトレッドミル apparatii9 (図 1 a)。これらの実験方法は、動物の頭-拘束可能、optrode9,10、11パッチ ・ クランプの16、2 光子励起顕微鏡15の活用利点を提供します。動物の行動と環境手がかりの12の拡張コントロールを提供することに加えて、簡単テクニック。2 番目のステップでは、マウスをトレーニングとトレッドミル装置の場所細胞の活動を記録の手順を紹介します。

<table><tbody><tr><td>Silicon Probe</td><td>Neuronexus</td><td>Buzsabi32</td><td>Recording electrode</td></tr><tr><td>Recording system</td><td>Intantech</td><td>RHD2132/RHD2000</td><td></td></tr><tr><td>3D printer</td><td>Asiga</td><td>Pico Plus 27</td><td>High resolution printer for micro-drive</td></tr><tr><td>3D printer</td><td>Stratasys</td><td>Mojo</td><td>Lower resolution printer for hat components</td></tr><tr><td>Stereotaxic apparatus</td><td>Kopf</td><td>Model 963</td><td></td></tr><tr><td>Binocular microscope</td><td>Leica</td><td>M60</td><td></td></tr><tr><td>Treadmill apparatus</td><td></td><td></td><td>We build them</td></tr></tbody></table>

implantation of chronic silicon probes and recording of hippocampal place cells in an enriched treadmill apparatus

脳の機能を理解するための重要な前提条件は挙動の同定と細胞活性の相関します。シリコン プローブ、神経活動の大規模な電気生理学的記録用電極を高度な彼らの慢性的な注入の手順がまだ未発達。環境で動物の位置に関連付ける海馬場所細胞の活動が知られているが、根本的なメカニズムはまだ明確ではないです。場所細胞を調べるためには、ここで我々 は慢性的なシリコン プローブのデバイスの作製からキュー濃縮トレッドミル装置の場所フィールド活動の監視にインプラント技術のセットをについて説明します。マイクロ ドライブと帽子は、フィッティングとプラスチック部品の 3 D プリントを一緒に固定して構築されます。シリコン プローブ マイクロ ドライブにマウントされているが、洗浄、染料でコーティングします。最初手術を実行して、マウス頭蓋の帽子を修正します。目印を作製し、トレッドミルのベルトに接続されています。頭固定を実行するマウスを訓練トレッドミルで。2 番目の手術が次のブロード バンド電気生理学的信号を記録、海馬におけるシリコン プローブをインプラントに実行されます。最後に、シリコン プローブを回収し、再利用のためきれいです。トレッドミルの場所細胞の活動の分析では、アプローチのメリットをまとめた場所フィールド メカニズムの多様性を明らかにします。

マウスは最初キュー (図 1) に欠けている 2 メートルの長いベルト上で、訓練されました。次の電極注入、同じ長さの新しいベルトが、キューの 3 つのペアを提示は、呈示空間表現12,14を生成するために、トレッドミルにインストールされました。広帯域信号が 250 チャンネル録音システム (アンプ基板?...

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Implantation of Chronic Silicon Probes and Recording of Hippocampal Place Cells in an Enriched Treadmill Apparatus

我々 は、慢性シリコン プローブをインプラントしてキュー濃縮トレッドミル装置の実行の頭固定されているマウスの場所細胞を記録するための多様な手順を説明します。

慢性的なシリコン プローブと豊かなトレッドミル装置海馬場所細胞の記録

An important requisite for understanding brain function is the identification of behavior and cell activity correlates. Silicon probes are advanced ...

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Neuroscience

12.6K ビュー.  Korea Institute of Science and Technology. 我々 は、慢性シリコン プローブをインプラントしてキュー濃縮トレッドミル装置の実行の頭固定されているマウスの場所細胞を記録するための多様な手順を説明します。

ビデオ: Implantation of Chronic Silicon Probes and Recording of Hippocampal Place Cells in an Enriched Treadmill Apparatus

Recording Large-scale Neuronal Ensembles with Silicon Probes in the Anesthetized Rat

Large scale electrophysiological recordings from neuronal ensembles offer the opportunity to investigate how the brain orchestrates the wide variety of behaviors from the spiking activity of its neurons. One of the most effective methods to monitor spiking activity from a large number of neurons in multiple local neuronal circuits simultaneously is by using silicon electrode arrays1-3.
Action potentials produce large transmembrane voltage changes in the vicinity of cell somata. These output signals can be measured by placing a conductor in close proximity of a neuron. If there are many active (spiking) neurons in the vicinity of the tip, the electrode records combined signal from all of them, where contribution of a single neuron is weighted by its 'electrical distance'. Silicon probes are ideal recording electrodes to monitor multiple neurons because of a large number of recording sites (+64) and a small volume. Furthermore, multiple sites can be arranged over a distance of millimeters, thus allowing for the simultaneous recordings of neuronal activity in the various cortical layers or in multiple cortical columns (Fig. 1). Importantly, the geometrically precise distribution of the recording sites also allows for the determination of the spatial relationship of the isolated single neurons4. Here, we describe an acute, large-scale neuronal recording from the left and right forelimb somatosensory cortex simultaneously in an anesthetized rat with silicon probes (Fig. 2).

Extracellular recordings of neuronal activity using silicon probes in the anesthetized rat will be described. This technique allows information to be obtained across multiple brain areas from more than 100 neurons simultaneously. It provides information with single cell resolution about neuronal ensembles dynamics in multiple local circuits.

麻酔ラットのシリコンプローブで大規模なニューロンアンサンブルの録音

Large scale electrophysiological recordings from neuronal ensembles offer the opportunity to investigate how the brain orchestrates the wide variety of ...

神経科学

Large-scale Recording of Neurons by Movable Silicon Probes in Behaving Rodents

A major challenge in neuroscience is linking behavior to the collective activity of neural assemblies. Understanding of input-output relationships of neurons and circuits requires methods with the spatial selectivity and temporal resolution appropriate for mechanistic analysis of neural ensembles in the behaving animal, i.e. recording of representatively large samples of isolated single neurons. Ensemble monitoring of neuronal activity has progressed remarkably in the past decade in both small and large-brained animals, including human subjects1-11. Multiple-site recording with silicon-based devices are particularly effective because of their scalability, small volume and geometric design.
Here, we describe methods for recording multiple single neurons and local field potential in behaving rodents, using commercially available micro-machined silicon probes with custom-made accessory components. There are two basic options for interfacing silicon probes to preamplifiers: printed circuit boards and flexible cables. Probe supplying companies (<a href="http://www.neuronexustech.com/" >http://www.neuronexustech.com/</a>; <a href="http://www.sbmicrosystems.com/">http://www.sbmicrosystems.com/</a>; <a href="http://www.acreo.se/">http://www.acreo.se/</a>) usually provide the bonding service and deliver probes bonded to printed circuit boards or flexible cables. Here, we describe the implantation of a 4-shank, 32-site probe attached to flexible polyimide cable, and mounted on a movable microdrive. Each step of the probe preparation, microdrive construction and surgery is illustrated so that the end user can easily replicate the process.

We describe methods for large-scale recording of multiple single units and local field potential in behaving rodents with silicon probes. Drive fabrication, probe attachment to the drive and probe implantation processes are illustrated in sufficient details for easy replication.

動作げっ歯類の可動シリコンプローブによるニューロンの大規模なレコーディング

A major challenge in neuroscience is linking behavior to the collective activity of neural assemblies. Understanding of input-output relationships of ...

Simultaneous Monitoring of Wireless Electrophysiology and Memory Behavioral Test as a Tool to Study Hippocampal Neurogenesis

Brainwaves amplitude obtained from electroencephalography (EEG) has been well-recognized as a basis for cognitive capacity, memory, and learning on animals and humans. Adult neurogenesis mechanism is also linked to memory and learning improvement. Traditionally, researchers used to assess learning and memory parameters in rodent models by behavioral tasks. Therefore, the simultaneous monitoring of behavioral changes and EEG is particularly interesting in correlating data between brain activity and task-related behaviors. However, most of the equipment required to perform both studies are either complex, expensive, or uses a wired setup network that hinders the natural animals&#8217; movement. In this study, EEG was recorded with a wireless electrophysiology device along with the execution of a novel object recognition task (NORT). The animal&#8217;s behavior was monitored simultaneously by a video tracking system. Both recordings were analyzed offline by their timestamps which were synched to link EEG signals with the animal&#8217;s actions. Subjects consist of adult Wistar rats after medium-term environmental enrichment treatment. Six skull screw electrodes were fixed in pairs on both hemispheres over frontal, central, and parietal regions and were referenced to an electrode located posterior of the nasal bone. NORT protocol consists of exposing the animal to two identical objects for 10 min. After 2 h and 24 h, one of the objects was replaced with a novel one. Exploration time for each object was monitored by a behavioral tracking software (BTS) and EEG data recording. The analysis of the EEG synced with behavioral data consists of estimations of alpha and beta relative band power and comparisons between novel object recognition versus familiar object exploration, between three experimental stages. In this manuscript, we have discussed electrodes manufacturing process, epidural electrodes implantation surgery, environmental enrichment protocol, NORT protocol, BTS setup, EEG &#8211; BTS coupling for simultaneous monitoring in real-time, and EEG data analysis based on automatic events detection.

The protocol presented here provides information on the simultaneous electroencephalography (EEG) and behavioral assessment in real-time. We have discussed all steps involved in this protocol as an attractive solution for researchers in many fields of neuroscience, particularly in learning and memory areas.

海馬神経新生研究ツールとしての無線電気生理学と記憶行動検査の同時モニタリング

Brainwaves amplitude obtained from electroencephalography (EEG) has been well-recognized as a basis for cognitive capacity, memory, and learning on ...

行動学

Recording Spatially Restricted Oscillations in the Hippocampus of Behaving Mice

The local field potential (LFP) emerges from ion movements across neural membranes. Since the voltage recorded by LFP electrodes reflects the summed electrical field of a large volume of brain tissue, extracting information about local activity is challenging. Studying neuronal microcircuits, however, requires a reliable distinction between truly local events and volume-conducted signals originating in distant brain areas. Current source density (CSD) analysis offers a solution for this problem by providing information about current sinks and sources in the vicinity of the electrodes. In brain areas with laminar cytoarchitecture such as the hippocampus, one-dimensional CSD can be obtained by estimating the second spatial derivative of the LFP. Here, we describe a method to record multilaminar LFPs using linear silicon probes implanted into the dorsal hippocampus. CSD traces are computed along individual shanks of the probe. This protocol thus describes a procedure to resolve spatially restricted neuronal network oscillations in the hippocampus of freely moving mice.

This protocol describes the recording of local field potentials with multi-shank linear silicon probes. Conversion of the signals using current source density analysis allows the reconstruction of local electrical activity in the mouse hippocampus. With this technique, spatially restricted brain oscillations can be studied in freely moving mice.

行動中マウスの海馬における振動を制限空間録音

The local field potential (LFP) emerges from ion movements across neural membranes. Since the voltage recorded by LFP electrodes reflects the summed ...

Chronic Implantation of Multiple Flexible Polymer Electrode Arrays

Simultaneous recordings from large populations of individual neurons across distributed brain regions over months to years will enable new avenues of scientific and clinical development. The use of flexible polymer electrode arrays can support long-lasting recording, but the same mechanical properties that allow for longevity of recording make multiple insertions and integration into a chronic implant a challenge. Here is a methodology by which multiple polymer electrode arrays can be targeted to a relatively spatially unconstrained set of brain areas.
The method utilizes thin-film polymer devices, selected for their biocompatibility and capability to achieve long-term and stable&#160;electrophysiologic recording interfaces. The resultant implant allows accurate and flexible targeting of anatomically distant regions, physical stability for months, and robustness to electrical noise. The methodology supports up to sixteen serially inserted devices across eight different anatomic targets. As previously demonstrated, the methodology is capable of recording from 1024 channels. Of these, the 512 channels in this demonstration used for single neuron recording yielded 375 single units distributed across six recording sites. Importantly, this method also can record single units for at least 160 days.
This implantation strategy, including temporarily bracing each device with a retractable silicon insertion shuttle, involves tethering of devices at their target depths to a skull-adhered plastic base piece that is custom-designed for each set of recording targets, and stabilization/protection of the devices within a silicone-filled, custom-designed plastic case. Also covered is the preparation of devices for implantation, and design principles that should guide adaptation to different combinations of brain areas or array designs.

Described below is a method for implantation of multiple polymer electrode arrays across anatomically distant brain regions for chronic electrophysiological recording in freely moving rats. Preparation and surgical implantation are described in detail, with emphasis on design principles to guide adaptation of these methods for use in other species.

複数のフレキシブルポリマー電極アレイの慢性移植

Simultaneous recordings from large populations of individual neurons across distributed brain regions over months to years will enable new avenues of ...

Hybrid Microdrive System with Recoverable Opto-Silicon Probe and Tetrode for Dual-Site High Density Recording in Freely Moving Mice

Multi-regional neural recordings can provide crucial information to understanding fine-timescale interactions between multiple brain regions. However, conventional microdrive designs often only allow use of one type of electrode to record from single or multiple regions, limiting the yield of single-unit or depth profile recordings. It also often limits the ability to combine electrode recordings with optogenetic tools to target pathway and/or cell type specific activity. Presented here is a hybrid microdrive array for freely moving mice to optimize yield and a description of its fabrication and reuse of the microdrive array. The current design employs nine tetrodes and one opto-silicon probe implanted in two different brain areas simultaneously in freely moving mice. The tetrodes and the opto-silicon probe are independently adjustable along the dorsoventral axis in the brain to maximize the yield of unit and oscillatory activities. This microdrive array also incorporates a set-up for light, mediating optogenetic manipulation to investigate the regional- or cell type-specific responses and functions of long-range neural circuits. In addition, the opto-silicon probe can be safely recovered and reused after each experiment. Because the microdrive array consists of 3D-printed parts, the design of microdrives can be easily modified to accommodate various settings. First described is the design of the microdrive array and how to attach the optical fiber to a silicon probe for optogenetics experiments, followed by fabrication of the tetrode bundle and implantation of the array into a mouse brain. The recording of local field potentials and unit spiking combined with optogenetic stimulation also demonstrate feasibility of the microdrive array system in freely moving mice.

This protocol describes the construction of a hybrid microdrive array that allows implantation of nine independently adjustable tetrodes and one adjustable opto-silicon probe in two brain regions in freely moving mice. Also demonstrated is a method for safely recovering and reusing the opto-silicon probe for multiple purposes.

自由に動くマウスの二重部位高密度記録のための回収可能なオプトシリコンプローブとテトロードを備えたハイブリッドマイクロドライブシステム

Multi-regional neural recordings can provide crucial information to understanding fine-timescale interactions between multiple brain regions. However, ...

若年マウスの日常神経活動を記録するためのマイクロドライブインプラント

A Lightweight Drive Implant for Chronic Tetrode Recordings in Juvenile Mice

In vivo electrophysiology provides unparalleled insight into the sub-second-level circuit dynamics of the intact brain and represents a method of particular importance for studying mouse models of human neuropsychiatric disorders. However, such methods often require large cranial implants, which cannot be used in mice at early developmental time points. As such, virtually no studies of in vivo physiology have been performed in freely behaving infant or juvenile mice, despite the fact that a better understanding of neurological development in this critical window would likely provide unique insights into age-dependent developmental disorders such as autism or schizophrenia. Here, a micro-drive design, surgical implantation procedure, and post-surgery recovery strategy are described that allow for chronic field and single-unit recordings from multiple brain regions simultaneously in mice as they age from postnatal day 20 (p20) to postnatal day 60 (p60) and beyond, a time window roughly corresponding to the human ages of 2 years old through to adulthood. The number of recording electrodes and final recording sites can be easily modified and expanded, thus allowing flexible experimental control of the in vivo monitoring of behavior- or disease-relevant brain regions across development.

著者スポットライト:若年マウスの慢性四極管記録のための軽量ドライブインプラント  

Here, we describe a micro-drive design, surgical implantation procedure, and post-surgery recovery strategy that allow for chronic field and single-unit recordings from multiple brain regions simultaneously in juvenile and adolescent mice across a critical developmental window from postnatal day 20 (p20) to postnatal day 60 (p60) and beyond.

幼若マウスにおける慢性四尾行記録のための軽量駆動インプラント

In vivo electrophysiology provides unparalleled insight into the sub-second-level circuit dynamics of the intact brain and represents a method of ...

マーモセットの精密神経記録のためのX-Y電極ステージの開発

Electrophysiology of Laminar Cortical Activity in the Common Marmoset

The marmoset monkey provides an ideal model for examining laminar cortical circuits due to its smooth cortical surface, which facilitates recordings with linear arrays. The marmoset has recently grown in popularity due to its similar neural functional organization to other primates and its technical advantages for recording and imaging. However, neurophysiology in this model poses some unique challenges due to the small size and lack of gyri as anatomical landmarks. Using custom-built micro-drives, researchers can manipulate linear array placement to sub-millimeter precision and reliably record at the same retinotopically targeted location across recording days. This protocol describes the step-by-step construction of the micro-drive positioning system and the neurophysiological recording technique with silicon linear electrode arrays. With precise control of electrode placement across recording sessions, researchers can easily traverse the cortex to identify areas of interest based on their retinotopic organization and the tuning properties of the recorded neurons. Further, using this laminar array electrode system, it is possible to apply a current source density analysis (CSD) to determine the recording depth of individual neurons. This protocol also demonstrates examples of laminar recordings, including spike waveforms isolated in Kilosort, which span multiple channels on the arrays.

著者スポットライト:マーモセットでの正確な電極位置決めのためのマイクロドライブシステムの最適化

Custom-built micro-drives enable the sub-millimeter targeting of cortical recording sites with linear silicon arrays.

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

The marmoset monkey provides an ideal model for examining laminar cortical circuits due to its smooth cortical surface, which facilitates recordings with ...

慢性的なシリコンプローブと豊かなトレッドミル装置海馬場所細胞の記録

要約

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麻酔ラットのシリコンプローブで大規模なニューロンアンサンブルの録音

動作げっ歯類の可動シリコンプローブによるニューロンの大規模なレコーディング

海馬神経新生研究ツールとしての無線電気生理学と記憶行動検査の同時モニタリング

行動中マウスの海馬における振動を制限空間録音

複数のフレキシブルポリマー電極アレイの慢性移植

自由に動くマウスの二重部位高密度記録のための回収可能なオプトシリコンプローブとテトロードを備えたハイブリッドマイクロドライブシステム

幼若マウスにおける慢性四尾行記録のための軽量駆動インプラント

幼若マウスにおける慢性四尾行記録のための軽量駆動インプラント

幼若マウスにおける慢性四尾行記録のための軽量駆動インプラント

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

慢性的なシリコン プローブと豊かなトレッドミル装置海馬場所細胞の記録

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動作げっ歯類の可動シリコンプローブによるニューロンの大規模なレコーディング

海馬神経新生研究ツールとしての無線電気生理学と記憶行動検査の同時モニタリング

行動中マウスの海馬における振動を制限空間録音

複数のフレキシブルポリマー電極アレイの慢性移植

自由に動くマウスの二重部位高密度記録のための回収可能なオプトシリコンプローブとテトロードを備えたハイブリッドマイクロドライブシステム

幼若マウスにおける慢性四尾行記録のための軽量駆動インプラント

幼若マウスにおける慢性四尾行記録のための軽量駆動インプラント

幼若マウスにおける慢性四尾行記録のための軽量駆動インプラント

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

慢性的なシリコンプローブと豊かなトレッドミル装置海馬場所細胞の記録