Head-Fixed Mice의 뇌간에서 발생한 급성 단일 단위 다중 전극 기록

요약

이 프로토콜은 머리가 고정된 마우스의 뇌간에서 생체 내 고밀도 단일 뉴런 기록을 얻는 방법을 설명합니다. 이 접근법은 전신 마취 전과 전신 마취 중에 REM(Rapid Eye Movement) 수면 중에 비활성화된 뇌간 영역인 복외측 수관 주위 회색에서 뉴런의 활동 전위 발화를 측정하기 위해 배포됩니다.

초록

실리콘 다중전극 기반 기록은 많은 뇌 영역에서 활동 전위의 시간적 해상도에서 신경 활동을 연구하는 데 점점 더 인기를 얻고 있습니다. 그러나 다중 채널 프로브를 사용하여 뇌간과 같은 깊은 꼬리 구조에서 신경 활동을 기록하는 것은 여전히 어려운 일입니다. 중요한 관심사는 상부 시상 정맥동 및 횡 정맥동과 같은 큰 혈관을 피하는 프로브 삽입을 위한 궤적을 찾는 것입니다. 이러한 큰 정맥을 손상시키면 광범위한 출혈, 기저 뇌 조직의 손상 및 잠재적으로 사망을 유발할 수 있습니다. 이 접근법은 전방 좌표를 각진 접근법과 결합하여 기록 프로브가 고위험 혈관 구조 아래의 뇌를 관통할 수 있도록 함으로써 뇌간 구조를 표적으로 하는 것을 설명합니다. 엄격한 수직적 접근법과 비교했을 때, 각진 접근법은 목표로 삼을 수 있는 뇌 영역의 수를 최대화합니다. 이 전략을 사용하면 REM 수면과 관련된 뇌간 영역인 vlPAG(ventrolateral periaqueductal gray)에 재현성 있고 신뢰할 수 있게 접근하여 세보플루란 마취 전과 마취 중에 머리 고정 마우스에서 단일 단위, 다중 전극 기록을 얻을 수 있습니다. 높은 시간 해상도로 vlPAG 및 주변 핵의 신경 활동을 기록하는 능력은 REM 수면과 마취 간의 관계에 대한 이해를 발전시키는 데 한 걸음 더 나아간 것입니다.

서문

실리콘 다전극 기반 기록은 단일 활동 전위 분해능 1,2,3,4로 많은 뇌 영역에서 신경 활동을 측정하기 위해 점점 더 대중화되고 있습니다. 지난 10년 동안 고밀도 녹음 기술은 상당히 성장했습니다. 현재의 실리콘 기반 기록 전극은 높은 채널 수, 광섬유 및 전기 피질 검사(ECoG) 기록 장치(^5,6)를 수용할 수 있습니다. 더욱이, 이들 전극의 만성 이식은 장기 기록(^7,8)을 가능하게 한다.

최근의 기술 발전에도 불구하고 다중 채널 프로브로 뇌간과 같은 깊은 꼬리 구조를 표적으로 삼는 것은 여전히 어려운 일입니다. vlPAG(ventrolateral periacqueductal gray)와 같은 뇌간 구조를 표적으로 삼을 때 한 가지 중요한 장....

프로토콜

모든 연구는 버지니아 대학교(버지니아 주 샬러츠빌)의 기관 동물 관리 및 사용 위원회(Institutional Animal Care and Use Committee)의 승인을 받았습니다. 3-7개월 된 25-30g의 수컷 C57BL/6J 마우스 5마리를 사용하였다. 여기에 사용된 시약 및 장비에 대한 자세한 내용은 재료 표에 나열되어 있습니다.

1. 헤드플레이트 및 헤드셋 이식

1. PFA(Perfluoroalkoxy) 코팅된 스테인리스강 와이어를 3핀 커넥터 헤더에 납땜하여 ECoG 헤드셋을 만듭니다(그림 2A).
2. 마우스 입체택시 아틀라스(¹⁷)를 기반으로 삽입 좌표를 식별한다. 피타고라스 정리를 사용하여 프로브 삽입의 각도와 깊이를 계산하는 것은(특히 문헌에 정보가 거의 없는 경우) 합리적인 시작점입니다(그림 1)¹⁸.
   참고: 궁극적으로 좌표는 시행착오를 통해 조정됩니다. vlPAG를 표적으로 ....

토론

뇌간 핵은 호흡, 의식 및 수면과 같은 기본 기능을 매개합니다 26,27,28. 뇌간의 위치(심부 및 후방)는 표준 기술을 사용하여 생체 내에서 신경 활동을 연구하는 데 어려움을 줍니다. 여기에서는 머리가 고정된 마우스에서 재현 가능한 단일 단위 기록을 허용하기 위해 각진 전방 접근법이 제시됩니.......

자료

Name	Company	Catalog Number	Comments
1024 channel RHD Recording Controller	Intan Technologies, Los Angeles, California, USA	C3008	Silicon probe recording; recording hardware and software
24 mm x 50 mm No. 1.5 VWR coverslip	VWR, Radnor, Pennsylvania, USA	48393-081	Histology
4% PFA in PBS	ThermoFisher Scientific, Waltham, Massachusetts, USA	J61899.AK	Histology; perfusion solution
C&B metabond	Patterson Dental, Richmond, Virginia, USA	powder: 5533559, quick base: 5533492, catalyst: 55335007	Headplate &Headset Implantation
C57/6J mice 4-6 weeks, males	The Jackson Laboratory, Bar Harbor, Maine, USA	000664
Capnomac Ultima	Datex, Helsinki, Finland	ULT-SVi-27-07	Gas Analyzer; discontinued; alternative gas analyzer can be purchased from Bionet America
CM-DiI	ThermoFisher Scientific, Waltham, Massachusetts, USA	V22888	Red fluorescent dye for coating of the silicon probe
Connector Header	DigiKey, Thief River Falls, Minnesota, USA	1212-1788-ND	ECoG Headset
DAPI Fluoromount-G	SouthernBiotech, Birmingham, Alabama, USA	0100-20	Histology
iBOND Universal	Patterson Dental, Richmond, Virginia, USA	044-1113	Headplate &Headset Implantation; for  securing stainless steel wires to the skull
Low toxicity silicon adhesive	World Precision Instruments, Sarasota, Florida, USA	KWIK-SIL	Headplate
Micro-Manipulator System	New Scale Technologies, Victor, New York, USA	Multi-Probe Manipulator: XYZ Stage Assembly: 06464-0000, MPM System Kit: 06267-3-0001, MPM-Platform-360, MPM ring for MPM Manual Arms, MPM_Ring-72 DEG: 06262-3-0000	Silicon probe recording; inserting the probe into the brain
Microprobes	UCLA, Los Angeles, California, USA	256 ANS, 64M	Discontinued; alternative silicon probes can be purchased from Neuropixels
Mineral Oil	Sigma Aldrich, Saint Luis, Missouri, USA	M8410-100ML	Silicon probe recording; preventing the tissue from drying during the recording
Normal saline	ThermoFisher Scientific, Waltham, Massachusetts, USA	Z1376	Headplate &Headset Implantation; preventing the brain from drying during the surgery
PFA-Coated Stainless Steel Wire-Diameter 0.008 in. coated with striped ends	A-M systems, Sequim, Washington, USA	791400	ECoG Headset & reference electrode for ECoG
Platinum wire 24AWG	World Precision Instruments, Sarasota, Florida, USA	PTP201	Reference electrode for the silicon probe recording
Shandon Colorfrost Plus microscope slides	ThermoFisher Scientific, Waltham, Massachusetts, USA	99-910-01	Histology
Stainless steel Headplate	Star Rapid, China	custom made part	Headplate &Headset Implantation; design available upon request
Stereotaxic apparatus	KOPF, Tujunga, California, USA	Model 940 Small Animal Stereotaxic Instrument with Digital Display Console	Headplate &Headset Implantation