자유롭게 움직이는 마우스의 다채널 세포외 기록

요약

이 프로토콜은 자유롭게 움직이는 의식이 있는 마우스의 세포외 전기생리학적 특성을 밝히기 위해 운동 피질(MC)에서 세포외 기록 방법론을 설명하고, 관심 행동의 기저에 있는 네트워크 신경 활동을 평가하는 데 유용한 국소전위(LFP) 및 스파이크의 데이터 분석을 설명합니다.

초록

이 프로토콜은 전기생리학적 신호를 자발적 및/또는 특정 행동과 연관시킴으로써 특정 작업을 수행하는 마우스에서 신경 세포 발화 및 네트워크 국소장 전위(LFP)의 특성을 밝히는 것을 목표로 합니다. 이 기술은 이러한 행동의 기초가 되는 뉴런 네트워크 활동을 연구하는 데 유용한 도구입니다. 이 논문은 자유롭게 움직이는 의식이 있는 마우스에서 전극 이식 및 그에 따른 세포외 기록에 대한 상세하고 완전한 절차를 제공합니다. 이 연구에는 미세 전극 어레이를 이식하고, 다중 채널 시스템을 사용하여 운동 피질(MC)에서 LFP 및 신경 세포 스파이크 신호를 캡처하고, 후속 오프라인 데이터 분석을 위한 자세한 방법이 포함됩니다. 의식이 있는 동물에서 다중 채널 기록의 장점은 더 많은 수의 스파이킹 뉴런과 뉴런 아형을 얻고 비교할 수 있어 특정 행동과 관련 전기생리학적 신호 간의 관계를 평가할 수 있다는 것입니다. 특히, 본 연구에서 기술한 다채널 세포외 기록 기법 및 데이터 분석 절차는 행동하는 마우스에서 실험을 수행할 때 다른 뇌 영역에도 적용될 수 있다.

서문

세포외 신호의 중요한 구성 요소인 국소전위(LFP)는 여러 행동에 대한 신경 코드를 형성하는 대규모 뉴런 집단의 시냅스 활동을 반영합니다¹. 신경 활동에 의해 생성된 스파이크는 LFP에 기여하는 것으로 간주되며 신경 코딩에 중요합니다². 스파이크와 LFP의 변화는 알츠하이머병과 같은 여러 뇌 질환과 두려움 등의 감정을 매개하는 것으로 입증되었습니다.^3,4. 많은 연구에서 동물의 스파이크 활동이 깨어 있는 상태와 마취된 상태 간에 유의한 차이가 있음을 강조했다는 점은 주목할 가치가 있다⁵. 마취된 동물에서의 기록은 고도로 정의된 피질 동기화 상태에서 최소한의 인공물로 LFP를 평가할 수 있는 기회를 제공하지만, 결과는 깨어 있는 피험자에서 발견될 수 있는 것과는 어느 정도 다르다 ^6,7,8. 따라서 뇌에 이식된 전극을 이용하여 각성 뇌 상태에서 각종 질환의 장시간 규모와 넓은 공간적 규모에 걸친 신....

프로토콜

모든 마우스는 상업적으로 수득하였고, 22-25°C의 실온 및 50%-60%의 상대 습도에서 12시간 빛/12시간 어두운 주기(현지 시간 08:00에 점등)로 유지하였다. 생쥐들은 먹이와 물을 지속적으로 공급받을 수 있었다. 모든 실험은 화남사범대학의 실험동물 관리 및 사용 지침에 따라 수행되었으며 기관 동물 윤리 위원회의 승인을 받았습니다. 생후 3-5개월 된 수컷 C57BL/6J 마우스를 실험에 사용하였다.

1. 마이크로 드라이브 시스템 조립

1. 이동식 마이크로 드라이브를 고정하는 나사와 두 개의 스툴을 사용하여 두 개의 컴퓨터 설계 기판을 연결하고 커넥터를 하나의 기판에 연결합니다(그림 1A, Bi-iii). 나사(0.5mm/원)를 비틀어 마이크로 드라이브를 구동합니다.
2. 마이크로 드라이브가 MC 영역의 각 측면에 대해 8개의 가이드 튜브(길이 ~3cm, 내경 ~50μm, 외경 ~125μm)로 구성된 두 세트를 운반할 수 있는지 확인한 다음 동일한 길이(최소 15mm; 그림 1Biv, v).
3. 직....

토론

자유롭게 움직이는 마우스의 다중 채널 기록은 신경 과학 연구에서 유용한 기술로 간주되어 왔지만 초보자가 신호를 기록하고 분석하는 것은 여전히 매우 어렵습니다. 본 연구에서는 마이크로 드라이브 시스템을 만들고 전극 이식을 수행하기 위한 간단한 지침과 스파이크 분류 소프트웨어 및 신경 생리학적 데이터 분석을 위한 소프트웨어를 통해 전기 신호를 캡처하고 분석하는 간단한 ?.......

자료

Name	Company	Catalog Number	Comments
2.54 mm pin header	YOUXIN Electronic Co., Ltd.	1 x 5	Applying for the movable micro-drive which can slide on its stulls.
Adobe Illustrator CC 2017	Adobe	N/A	To optimize images from GraphPad.
BlackRock Microsystems	Blackrock Neurotech	Cerebus	This systems includes headsatge, DA convert, amplifier and computer.
Brass nut	Dongguan Gaosi Technology Co., Ltd.	M0.8 brass nut	The nut fixes the position of screw.
Brass screw	Dongguan Gaosi Technology Co., Ltd.	M0.8 x 11 mm brass screw	A screw that hold the movable micro-drive.
C57BL/6J	Guangdong Zhiyuan Biomedical Technology Co., LTD.	N/A	12 weeks of age.
Centrifuge tube	Biosharp	15 mL; BS-150-M	To store mice brain with sucrose sulutions.
Conducting paint	Structure Probe, Inc.	7440-22-4	To improve the lead-connecting quality between connector pins and Ni-wires.
Conductive copper foil tape	3M	1181	To reduce interferenc.
Connector	YOUXIN Electronic Co., Ltd.	2 x 10P	To connect the headtage to micro-drive system.
DC Power supply	Maisheng	MS-305D	A power device for  electrolytic lesion.
Dental cement	Shanghai New Century Dental Materials Co., Ltd.	N/A	To fix the electrode arrays on mouse's skull after finishing the implantation.
Digital analog converter	Blackrock	128-Channel	A device that converts digital data into analog signals.
Epoxy resin	Alteco	N/A	To cover pins.
Excel	Microsoft	N/A	To summarize data after analysis.
Eye scissors	JiangXi YuYuan Medical Equipment Co.,Ltd.	N/A	For surgery or cutting the Ni-chrome wire.
Fine forceps	JiangXi YuYuan Medical Equipment Co.,Ltd.	N/A	For surgery.
Forceps	JiangXi YuYuan Medical Equipment Co.,Ltd.	N/A	For surgery or assembling the mirco-drive system.
Freezing microtome	Leica	CM3050 S	Cut the mouse’s brain into slices
Fused silica capillary tubing	Zhengzhou INNOSEP Scientific Co., Ltd.	TSP050125	To  serve as the guide tubes for Ni-chrome wires.
Glass microelectrode	Sutter Instrument Company	BF100-50-10	To mark the desired locations for implantation using the filled ink.
GraphPad Prism 7	GraphPad Software	N/A	To analyze and visualize the results.
Guide-tube	Polymicro technologies	1068150020	To load Ni-chrome wires.
Headstage	Blackrock	N/A	A tool of transmitting signals.
Helium balloon	Yili Festive products Co., Ltd.	24 inch	To offset the weight of headstage and micro-drive system.
Ink	Sailor Pen Co.,LTD.	13-2001	To mark the desired locations for implantation.
Iodine tincture	Guangdong Hengjian Pharmaceutical Co., Ltd.	N/A	To disinfect mouse's scalp.
Lincomycin in Hydrochloride and Lidocaine  hydrochloride gel	Hubei kangzheng pharmaceutical co., ltd.	10g	A drug used to reduce inflammation.
Meloxicam	Vicki Biotechnology Co., Ltd.	71125-38-7	To reduce postoperative pain in mice.
Micromanipulators	Scientifica	Scientifica IVM Triple	For electrode arrays implantation.
Microscope	Nikon	ECLIPSE Ni-E	Capture the images of brain sections
nanoZ impedance tester	Plexon	nanoZ	To measure impedance or performing electrode impedance spectroscopy (EIS) for multichannel microelectrode arrays.
NeuroExplorer	Plexon	NeuroExplorer	A tool for analyzing the electrophysiological data.
NeuroExplorer	Plexon, USA	N/A	A software.
Ni-chrome wire	California Fine Wire Co.	M472490	35 μm Ni-chrome wire.
Offline Sorter	Plexon	Offline Sorter	A tool for sorting the recorded multi-units.
PCB board	Hangzhou Jiepei Information Technology Co., Ltd.	N/A	Computer designed board.
Pentobarbital	Sigma	P3761	To anesthetize mice.
Pentobarbital sodium	Sigma	57-33-0	To anesthetize the mouse.
Peristaltic pump	Longer	BT100-1F	A device used for perfusion
Polyformaldehyde	Sangon Biotech	A500684-0500	The main component of fixative solution for fixation of mouse brains
PtCl4	Tianjin Jinbolan Fine Chemical Co., Ltd.	13454-96-1	Preparation for gold plating liquid.
Saline	Guangdong Hengjian Pharmaceutical Co., Ltd.	N/A	To clean the mouse's skull.
Silver wire	Suzhou Xinye Electronics Co., Ltd.	2 mm diameter	Applying for ground and reference electrodes.
Skull drill	RWD Life Science	78001	To drill carefully two small holes on mouse's skull.
Stainless steel screws	YOUXIN Electronic Co., Ltd.	M0.8 x 2	To protect the micro-drive system and link the ground and reference electrodes.
Stereotaxic apparatus	RWD Life Science	68513	To perform the stereotaxic coordinates of bilateral motor cortex.
Sucrose	Damao	57-50-1	To dehydrate the mouse brains  after perfusion.
Super glue	Henkel AG & Co.	PSK5C	To fix the guide tube and Ni-chrome wire.
Temperature controller	Harvard Apparatus	TCAT-2	To maintain mouse's rectal temperature at 37°C
Tetracycline eye ointment	Guangdong Hengjian Pharmaceutical Co., Ltd.	N/A	To protect the mouse's eyes during surgery.
Thread	Rapala	N/A	To link ballon and headstage.
Vaseline	Unilever plc	N/A	To cover the gap between electrode arrays and mouse's skull.