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자유롭게 수영하는 금붕어의 뇌에서 세포 외 신경 신호를 기록하기위한 새로운 무선 기술이 제시됩니다. 기록 장치는 두 개의 테트로데스, 마이크로 드라이브, 신경 데이터 로거 및 방수 케이스로 구성됩니다. 데이터 로거와 커넥터를 제외한 모든 부품은 맞춤 제작됩니다.
물고기는 모든 척추 동물의 대부분을 구성하지만 물고기 행동을 지배하는 신경 메커니즘은 대부분 알 수없는 남아있다. 자유롭게 움직이는 물고기에서 뇌 활동을 기록하는 능력은 상당히 물고기 행동의 신경 기초에 연구를 진행합니다. 또한, 뇌의 기록 위치를 정밀하게 제어하는 것은 물고기 뇌의 영역에서 조정 된 신경 활동을 연구하는 데 중요합니다. 여기서는 자유롭게 수영하는 물고기의 뇌에서 무선으로 기록하는 기술을 제시하면서 기록 위치의 깊이를 제어합니다. 이 시스템은 마이크로 드라이브 제어 테트로드에 의해 기록 위치를 조정할 수있는 새로운 수성 호환 임플란트와 관련된 신경 로거를 기반으로합니다. 시스템의 기능은 금붕어의 텔렌세팔론에서 녹음을 통해 설명된다.
물고기는 척추동물의 가장 크고 가장 다양한 그룹이며, 다른 척추동물과 마찬가지로 탐색, 사교, 수면, 사냥 등과 같은 복잡한 인지 능력을 발휘합니다. 그럼에도 불구 하 고, 물고기 행동을 지배 하는 신경 메커니즘 은 대부분 알 수 없는 남아.
지난 수십 년 동안, 고정 된 물고기에서 세포 외 기록은 주로 행동1,2의신경 기초의 다른 측면을 조사하기 위해 구현되었습니다. 이 기술은 일부 감각 시스템에 적합하지만, 고정화 동물에서 불가능하지 않은 경우 행동의 신경 기초의 전체 스펙트럼의 조사는 어렵다. 첫 번째 발전은 테더 드 수영 물고기3,4의Mauthner 세포에서 녹음을 포함. 그러나 Mauthner 셀은 불균형적으로 크고 몇 mV만큼 높게 갈 수있는 기록 된 동작 전위 진폭은 기록을 용이하게합니다. 나중에 Canfield 등은물고기5의 말레전성에서 기록하기 위해 테더된 동물을 사용할 때 개념 증명을 설명했습니다. 물고기에서 신경 활동을 기록 하기 위한 또 다른 최근 기술은 칼슘 이미징 (오거와 드 폴라비에야6에의해 리뷰를 참조, 그리고 Vanwalleghem외. 7). 이 기술은 피부와 두개골이 애벌레 단계 동안 투명하기 때문에 얼룩말 유충과 함께 사용하기 위해 개발되었다. 그러나 이 기술은 개발 의 후반 단계에서 복잡한 행동을 연구하는 데 사용할 수 없습니다.
여기에서, 우리는 자유롭게 수영 물고기의 두뇌에서 세포 외 신경 활동을 기록하기위한 새로운 기술을 제시한다. 이것은 Vinepinsky 외8에설명 된 프로토콜의 수정 된 버전입니다. 주요 혁신은 수술 후 전극의 위치를 제어 할 수 있게하는 마이크로 드라이브의 추가입니다. 이 기술은 마이크로 드라이브를 통해 신경 데이터 로거에 연결된 테트로데스 세트를 사용하여 금붕어의 말살망에서 기록하도록 설계되었습니다. 전체 설정은 무선이며 물고기의 두개골에 고정되어 있습니다. 시스템의 특정 무게는 물고기가 자유롭게 수영 할 수있는 작은 플로를 추가하여 물 특정 무게에 균등화됩니다.
이 기술은 온보드 메모리 장치에 신호를 증폭, 디지털화 및 저장하는 신경 데이터 로거를 사용합니다. 로거 원격 분석 시스템은 레코딩을 시작하고 중지하고 비디오 카메라와 동기화하는 데 사용됩니다. 이 프로토콜에서는 마이크로드라이브와 함께 방수 상자에 내장된 16채널 신경 로거가 사용됩니다.
마이크로 드라이브 어셈블리는 마이크로 드라이브 자체와 마이크로 드라이브 하우징(그림 1A, B)의두 가지 주요 구성 요소에서 제작됩니다. 하우징은 마이크로드라이브와 테트로젠을 보유하며, 또한 두개골과 로거 박스 사이의 앵커역할을한다(도 1C). PVC 로거 박스는 기계 공정을 사용하여 제작되고 O-링(도1E-G, 보조 도 1, 보충 도2 및 3차원 [3D] 다이어그램에 대한 보충 도면 3참조)을 사용하여 밀봉됩니다. 한쪽 끝에서, 폴리스티렌 폼의 조각은 임플란트의 무게를 보상하고 부력 중립 임플란트와 물고기를 제공하기 위해 로거 상자에 부착된다. 프로토콜에 기재된 마이크로드라이브의 구성은 Vandecasteele등 9에 의해 제시된 절차를 따르며, 하우징에 마이크로드라이브를 부착하는 변형을 갖는다(도1A). 모든 주요 단계가 표시됩니다.
물고기 두개골을 준비하는 프로토콜에 기재된 절차는 Vinepinsky etal.8에 제시된 것과 유사하며 프로토콜에 간략하게 설명된다. 수술 후 하루, 물고기는 일반적으로 완전히 마취의 효과에서 회복하고 행동 실험에 대한 준비가되어 있습니다. 마이크로 드라이브 나사를 돌려 테트로드 위치를 조정할 수 있습니다. 나사는 전체 회전당 300 μm의 간격을 가지며 목표 뇌 위치에 도달 할 때까지 75 μm의 전진을 권장합니다. 적절한 뇌 아틀라스는 관심있는 특정 뇌 영역을 대상으로 상담해야합니다. 배터리 또는 메모리 카드 교체를 위해 물고기를 마취 할 때마다 전극 임피던스를 테스트하는 것이 좋습니다.
모든 수술 절차는 동물 복지에 관한 지역 윤리 위원회(예: IACUC)의 승인을 받아야 합니다.
1. 마이크로 드라이브 하우징 의 건설
2. 마이크로 드라이브의 건설
3. 테트로드 어레이 준비
4. 임플란트 조립
5. 마취 준비 — 1% MS-222 주식 솔루션
주의 사항: 마취 제제에는 발암 물질인 분말 MS-222의 사용이 포함됩니다. 따라서 5.2 단계와 5.3 단계는 장갑을 사용하여 화학 후드에서 수행해야합니다.
6. 물고기 두개골 준비
참고: 이 단계에서 물고기는 임플란트 수술을받을 준비가되어 있습니다. 수술 전에 모든 구성 요소와 소모품이 적절한 절차에 의해 멸균되었는지 확인하십시오. 이 단계에서는 물 밖으로 U 자형 물고기 홀더가 필요합니다. 이 프로토콜에서는 머리에서 꼬리까지 15cm 길이의 긴 금붕어에 맞는 알루미늄 홀더가 사용됩니다. 이 시스템은 아가미를 산소로 정중시키면서 물고기를 물 밖으로 내보올 수 있습니다. 자세한 내용은 비바인핀스키 외8을참조하십시오.
7. 프로브 이식
참고: 프로토콜의 마지막 단계를 완료하려면 뇌에 삽입되는 동안 임플란트를 제자리에 고정할 수 있는 조작자가 필요합니다.
녹음 세션 동안 금붕어는 사각 물 탱크에서 자유롭게 수레를 수레로, 말렌세팔론의 신경 활동은 기록되었습니다. 이 실험의 목표는 단 하나 세포의 신경 활동이 물고기의 행동을 결정하는 방법을 연구하는 것이었습니다. 이렇게 하려면 기록된 데이터에서 스파이크 활동을 식별해야 했습니다. 뇌 활동은 기록되는 동안 31,250 Hz에서 디지털화되었으며 데이터 로거에 의해 300...
이 프로토콜은 자유롭게 수영 금붕어의 말살망에 tetrode 배열을 이식에 관련된 단계를 자세히 설명합니다. 이 기술은 뇌의 테트로드 위치를 조정할 수있는 마이크로 드라이브와 함께 최대 16 채널에서 획득 한 신호를 증폭하고 기록하는 신경 로거를 구현합니다. 마이크로 드라이브는 기록을 최적화하기 위해 뇌의 위치를 조정할 수 있습니다.
이 프로토콜은 다른 뇌 영역(유사?...
저자는 공개 할 것이 없다.
우리는 나추움 울라노프스키와 울라노프스키 연구소의 모든 도움에 감사드립니다. 또한, 우리는 도움이 기술 지원을 탈 노보 플랑 스키 - Tzur에 감사드립니다. 우리는 이스라엘 과학 재단의 재정적 지원을 감사하게 생각합니다 - 첫 번째 프로그램 (부여 번호 281/15), 네게브의 벤 구리온 대학의 농업, 생물학 및 인지 로봇 이니셔티브를 통해 헬름슬리 자선 신탁.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
0.7 mm round drill bits | Compatible with the drill. | ||
15-blade Scalpel | Sigma-Aldrich | ||
16 channel PCB board | Neurlynx | EIB-16 | |
1X3M phillips flat head screws | Stainless steel. Any type. | ||
1X3M phillips round head screws | Stainless steel. Any type. | ||
27 cm X 19 cm X 1 mm brass plate | See Figure 2 | ||
2X6M phillips flat head screws | Stainless steel. Any type. | ||
3140 RTV coating | Dow Crowning | 2767996 | |
75 µm Silver wire | A-M Systems | ||
Brass machine screws #00-90 | 947-1006 | ||
Brass plates 7.5mm X 2.5mm X 0.6mm | A 3D drawing is provided. See supplementary 1 | ||
Coated Tungsten wire 25µm | California Fine Wire Company | 5000160 | Depending on the appication the tetrodes can be fabricated from any type of wire. Popular wires are nicrome wires that can be found with lower diameters (eg. A-M systems, 762000) |
Coated Tungsten wire 50µm | A-M Systems | 795500 | Can be replaced with any other wire with low impedance |
Cyanoacrilic glue | |||
Dental Burnisher | ComDent UK | Any small sterille stainless-still tool will do. | |
Dental cement - GCFujiPLUS | GC | 431011 | Other dental cements would probably will work as well although we have never tried any other. |
Dental drill or nail polish drill | Dental drills are expensive, a nail polish drill can be a cheap replacement. | ||
Drill bit #65 | 947-65 | ||
Fast curing epoxy | Any 5 minutes curing epoxy can be used here. | ||
Logger box with O-ring sealing | A 3D drawing is provided. See supplementary 1-3. The box should be machine fabricated (do not use 3D printers). Use transperant material, to be able to see the indicator LEDs on the logger. | ||
Motorized turning device | Custom made as described in "open ephys" website. Can also be purchusaed from neurolynx ("Tetrode Spinner 2.0") or bulit by other means. | ||
Mouselog-16 Neural logger | Deuteron Technologies Ltd | There are several neural loggers available on the market, including: SpikeGadget (UH32 32channels) and Neurologger 2/2A/2B of Alexei Vyssotski. It should be noted that weight is not a major contraint since it can be counterbalanced with floating Styrofoam | |
MS-222 | Sigma Aldrich | E10521 | Ethtl 3-aminobenzoate methanesulfonate 98% |
Nano-Z plating | White Matter LLC | The nano-Z can be bought from several supllieres. Any impedance meter can be used, e.g. IMP-1 / 6662 / 2788, BAK Electronics. | |
PCB pins | Neurlynx | Neuralynx EIB Pins | |
Polymide tubing 250µm | A-M Systems | 822000 | |
Rechargable battery | 3.7 Lipo battery, 370 mAh. Holds about 6 hours of recording. Smaller or larger battries can be used to reduce the weight or extend recording time. | ||
Silicone tubing 0.64 mm | A-M Systems | 806100 | |
Stainless steel 1.5 mm | A-M Systems | 846000 | |
Sudium Bicarbonate | Sigma Aldrich | S9625 | |
Tap #00-90 | 947-1301 | ||
Vaseline | Any type of soft petroleum skin protectant can be used here. |
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