Name: a procedure for implanting organized arrays of microwires for single-unit recordings in awake, behaving animals
Uploaded: 2014-02-14T14:15:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about A Procedure for Implanting Organized Arrays of Microwires for Single-unit Recordings in Awake, Behaving Animals at JoVE.com

Este estudio fue apoyado por el Instituto Nacional sobre el Abuso de Drogas concede DA 006886 (MOW) y DA 032270 (DJB).

El mayor cuidado se debe tomar para mantener las condiciones de asepsia (como se describe en la Guía para el Cuidado y Uso de Animales de Laboratorio 9), mientras que la preparación y la realización del procedimiento siguiente. El siguiente protocolo se encuentra en cumplimiento de la Guía para el Cuidado y Uso de Animales de Laboratorio, y ha sido aprobado por el Cuidado de Animales y el empleo Comisión Institucional de la Universidad de Rutgers. Se estima que los procedimientos subsiguientes requerirá...

<ol>
	<li>Carter, M., Shieh, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Electrophysiology In: Guide to research techniques in neuroscience. , (2009).</li><li>Aston-Jones, G., Siggins, G. R., Kupfer, D., Bloom, F. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Electrophysiology. In: Psychopharmacology: The Fourth Generation of Progress. , (1995).</li><li>Root, D. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Differential+roles+of+ventral+pallidum+subregions+during+cocaine+self-administration+behaviors.">Differential roles of ventral pallidum subregions during cocaine self-administration behaviors.</a> J. Comp. Neurol. 521 (3), 558-588 (2013).</li><li>Cardin, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dissecting+local+circuits+in+vivo:+integrated+optogenetic+and+electrophysiology+approaches+for+exploring+inhibitory+regulation+of+cortical+activity.">Dissecting local circuits in vivo: integrated optogenetic and electrophysiology approaches for exploring inhibitory regulation of cortical activity.</a> (3-4), 106-103 (2012).</li><li>Ma, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Amphetamine's+dose-dependent+effects+on+dorsolateral+striatum+sensorimotor+neuron+firing.">Amphetamine's dose-dependent effects on dorsolateral striatum sensorimotor neuron firing.</a> Behav. Brain Res. , (2013).</li><li>Ghitza, U. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Persistent+cue-evoked+activity+of+accumbens+neurons+after+prolonged+abstinence+from+self-administered+cocaine.">Persistent cue-evoked activity of accumbens neurons after prolonged abstinence from self-administered cocaine.</a> J. Neurosci. 23 (19), 7239-7245 (2003).</li><li>Tang, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Changes+in+activity+of+the+striatum+during+formation+of+a+motor+habit.">Changes in activity of the striatum during formation of a motor habit.</a> Eur. J. Neurosci. 25 (4), 1212-1227 (2007).</li><li>Tang, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dose+and+rate-dependent+effects+of+cocaine+on+striatal+firing+related+to+licking.">Dose and rate-dependent effects of cocaine on striatal firing related to licking.</a> J. Pharmacol. Exp. Ther. 324 (2), 701-713 (2008).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=National+Research+Council.">National Research Council.</a> Guide for the Care and Use of Laboratory Animals: Eighth Edition. , (2011).</li><li>Fabbricatore, A. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrophysiological+evidence+of+mediolateral+functional+dichotomy+in+the+rat+accumbens+during+cocaine+self-administration:+tonic+firing+patterns.">Electrophysiological evidence of mediolateral functional dichotomy in the rat accumbens during cocaine self-administration: tonic firing patterns.</a> Eur. J. Neurosci. 30 (12), 2387-2400 (2009).</li><li>Root, D. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Slow+phasic+and+tonic+activity+of+ventral+pallidal+neurons+during+cocaine+self-administration.">Slow phasic and tonic activity of ventral pallidal neurons during cocaine self-administration.</a> Synapse. 66 (2), 106-127 (2012).</li><li>Root, D. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid-phasic+activity+of+ventral+pallidal+neurons+during+cocaine+self-administration.">Rapid-phasic activity of ventral pallidal neurons during cocaine self-administration.</a> Synapse. 64 (9), 704-713 (2010).</li><li>Tang, C. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Decreased+firing+of+striatal+neurons+related+to+licking+during+acquisition+and+overtraining+of+a+licking+task.">Decreased firing of striatal neurons related to licking during acquisition and overtraining of a licking task.</a> J. Neurosci. 29 (44), 12952-12961 .</li><li>Paxinos, G., Watson, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The Rat Brain in Stereotaxic Coordinates. , (1997).</li></ol>

Registros extracelulares representan una técnica experimental de gran alcance que puede incorporarse en casi cualquier preparación experimental en la neurociencia. Cables que han sido implantados en matrices organizados pueden ser rastreados como sus ejes pasan a través del cerebro y en su región diana (Figura 5A). Cuando se crea una lesión pequeña, post-experimental en la punta no aislada microhilo para crear un pequeño depósito de hierro del alambre de acero inoxidable, se puede marcar con pre...

Los registros electrofisiológicos permiten a los científicos para examinar las propiedades eléctricas de las células biológicas. En el sistema nervioso central, donde los impulsos eléctricos sirven como un mecanismo de señalización, estas grabaciones son de particular importancia para la comprensión de la función neural 1-2. Durante las grabaciones de una sola unidad de comportarse animales, un microelectrodo que se ha insertado en el cerebro es capaz de registrar los cambios en la generación de una neurona de potenciales de acción en el tiempo. Mientras que muchas técnicas permiten una para registrar la actividad cerebral, de una sola unidad de electrofisiología es uno de los métodos más precisos, permitiendo la resolución a nivel de la neurona individual. Cuando se desea un alto grado de especificidad espacial, microhilos se pueden utilizar para apuntar a los sub-conjuntos de núcleos o células dentro de la Brain3 discretas. Grabaciones de una sola unidad también se benefician de una alta resolución temporal como grabaciones son exactas a nivel de microsegundos. Y, in vivo unagrabaciones vigilia permiten interacciones circuitos intactos, con el medio natural de aferentes y eferentes proyecciones, química sistémica y las influencias hormonales, y los parámetros fisiológicos. Las señales nerviosas se derivan de la entrada sensorial, comportamientos motores, el procesamiento cognitivo, la neuroquímica / farmacología, o alguna combinación. En consecuencia, la segregación de los motores, cognitivos, sensoriales y químicas influencias requiere experimentos bien diseñados con riesgos y controles efectivos que permitan la evaluación de cada una de las influencias mencionadas. Con todo, las grabaciones en comportarse animales permiten experimentadores para observar la integración de múltiples fuentes de información dentro de un circuito de funcionamiento y para derivar un modelo más completo de la función del circuito. Grabaciones de una sola unidad también sufren de un número de desventajas de las cuales cualquier experimentador debe ser consciente. En primer lugar, las grabaciones pueden ser difíciles de llevar a cabo. De hecho, las propiedades de thamplificadores headstage e y los microhilos implantados que permiten la especificidad espacial y temporal en estas grabaciones también hace grabaciones susceptibles a la influencia de las señales eléctricas extraños (es decir, &quot;de ruido&quot; eléctrica). En consecuencia, la capacidad de solucionar problemas en un sistema electrofisiológico requiere una comprensión técnica bien desarrollada de principios y aparatos electrofisiológicos. También es importante tener en cuenta que, bajo ciertas circunstancias, las señales eléctricas registradas en grabaciones extracelulares pueden representar la suma de múltiples señales neuronales. Además, la generalización de la actividad de una sola unidad de actividad de la población dentro de una región objetivo a menudo puede ser limitado por el grado de heterogeneidad celular dentro de la región de destino (pero ver Cardin 4). Por ejemplo, los electrodos pueden estar sesgados hacia la grabación de las neuronas de salida de alta amplitud en lugar de otras células. La interpretación de las grabaciones de una sola unidad se incrementamediante la combinación de grabaciones con otras técnicas, incluyendo, pero no limitado a, eléctrica (ortodrómica o antidrómica), estimulación química (por ejemplo, iontoforética o receptor de diseñador) o optogenético 4, inactivaciones neuronales temporales, exámenes sensoriomotoras 5, procedimientos de desconexión, o inmunohistoquímica 3. En el protocolo que sigue vamos a enumerar los materiales y los pasos necesarios para implantar una matriz microhilo organizada en la rata (aunque el protocolo puede ser adaptado para su uso en otras especies). El procedimiento y el estilo de arreglos fijos utilizados en nuestro laboratorio han demostrado ser fiable para grabaciones longitudinal y pueden sostener grabaciones de la misma neurona durante más tiempo con un mes de 6-8. Esto hace que este procedimiento ideal para examinar las respuestas fásicas a los estímulos experimentales, cambios plásticos en las respuestas neuronales o mecanismos de aprendizaje y motivación.

<table>
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Table 1. List of Surgical Materials</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gauze</td>
			<td>Fisher (MooreBrand)</td>
			<td>19-898-144</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cotton Swabs</td>
			<td>Fisher (Puritan)</td>
			<td>S304659</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nembutal (Pentobarbital)</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>P3761</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Atropine Methyl Nitrate</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>A0382</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Baytril (Enrofloxacin)</td>
			<td>Butler Shein (Bayer)</td>
			<td>1040007</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ketamine Hydrochloride</td>
			<td>Butler Shein</td>
			<td>SKU# 023061</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Betadine (Povidone-Iodine)</td>
			<td>Fisher (Perdue)</td>
			<td>19-066452&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stereotax</td>
			<td>Kopf</td>
			<td>Model 900</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cauterizing Tool</td>
			<td>Stoelting</td>
			<td>59017</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dissecting Microscope</td>
			<td>Nikon</td>
			<td>SMZ445</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dental Drill</td>
			<td>Buffalo</td>
			<td>37800</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bacteriostatic Saline</td>
			<td>Bulter Schein</td>
			<td>8973</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Jewlers Skrews</td>
			<td>Stoelting</td>
			<td>51457</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microwire Array</td>
			<td>Microprobes</td>
			<td>Custom (Flexible)</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ground Wire</td>
			<td>Omnetics</td>
			<td>Custom Plug</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dental Acrylic</td>
			<td>Fisher (BAS)</td>
			<td>50-854-402</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Absorbable Sutures</td>
			<td>Fisher (Ethicon)</td>
			<td>NC0258473</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Puralube (Opthalamic Ointment/Lubricant)</td>
			<td>Fisher (Henry Schein)</td>
			<td>008897</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Table 2. List of Surgical Instruments</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2x Microforceps</td>
			<td>George Tiemann &#38; Co.</td>
			<td>#160-57</td>
			<td>Multi-use (e.g. clearing debris in skull window)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2x Forceps</td>
			<td>George Tiemann &#38; Co.</td>
			<td>#160-93</td>
			<td>Multi-use (e.g. tying sutures)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>6x Hemostats</td>
			<td>George Tiemann &#38; Co.</td>
			<td>#105-1125</td>
			<td>Clamp and open incision</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1x Small scissors</td>
			<td>George Tiemann &#38; Co.</td>
			<td>#105-411</td>
			<td>Cut sutures after tying</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1x Tissue forceps</td>
			<td>George Tiemann &#38; Co.</td>
			<td>#105-222</td>
			<td>Holding tissue while suturing</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1x Needle holder</td>
			<td>George Tiemann &#38; Co.</td>
			<td>#105-1259</td>
			<td>Holding suture needle</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1x Scalpel holder (with #11 blade)</td>
			<td>George Tiemann &#38; Co.</td>
			<td>#105-80 (w/ #105-71 blade)</td>
			<td>Making skull incision</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1x # 22 Scalpel blade</td>
			<td>George Tiemann &#38; Co.</td>
			<td># 160-381</td>
			<td>Shaving scalp</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1x Surgical Spatula</td>
			<td>George Tiemann &#38; Co.</td>
			<td>#160-718</td>
			<td>Scraping skull to clear tissue on skull</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Machine/Jewelers Screws</td>
			<td>Various</td>
			<td>N/A</td>
			<td>0/80 x 1/8&#8221;</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Table 3. List of Equipment for Recording Electrophysiological Signals</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microwire Array &#38; Connector</td>
			<td>Micro Probe, Inc. (Gaithersburg, MD)</td>
			<td>&#160;N/A</td>
			<td>Cranially implanted in target recording region. Arrays are customized based on desired wire spacing, length, etc.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>(Part No. Based on array characteristics)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Unity-Gain Harness/Headstage</td>
			<td>M.B. Turnkey Designs (Hillsborough, NJ)</td>
			<td>Proj 1200</td>
			<td>Initial amplification of neural signal; allows for propagation of small neural signals.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Commutator (&#38; Optional Fluid Swivel)</td>
			<td>Plastics One, Inc. (Roanoke, VA)</td>
			<td>SL18C</td>
			<td>Allows animals to freely rotate while propagating electrical signal to preamp</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pre-Amplifier</td>
			<td>M.B. Turnkey Designs (Hillsborough, NJ)</td>
			<td>Proj 1198</td>
			<td>Differentially amplifies neural signals against a reference electrode.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Filter &#38; Amplifier</td>
			<td>M.B. Turnkey Designs (Hillsborough, NJ)</td>
			<td>Proj 1199</td>
			<td>Band-pass filters and further amplifies the differentially amplified signal.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acquisition Computer</td>
			<td>EnGen (Phoenix, AZ)</td>
			<td>N/A (Custom Build)</td>
			<td>Runs software and hardware for behavioral and neural data acquisition.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>A/D Card&#160;</td>
			<td>Data Translation (Marlboro, MA)</td>
			<td>DT-3010</td>
			<td>Digitizes neural signals for computer sampling.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Digital I/O Card</td>
			<td>Measurement Computing (Norton, MA)</td>
			<td>PCI CTR-05</td>
			<td>Acquires behavioral inputs and outputs</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a procedure for implanting organized arrays of microwires for single-unit recordings in awake, behaving animals

En vivo registros electrofisiológicos en el despierto, comportándose animales proporcionan un poderoso método para comprender la señalización neuronal a nivel de una sola célula. La técnica permite que los experimentadores para examinar temporal y regionalmente patrones de descarga específicos con el fin de correlacionar los potenciales de acción grabado con el comportamiento en curso. Además, las grabaciones de una sola unidad se pueden combinar con una plétora de otras técnicas con el fin de producir explicaciones completas de la función neural. En este artículo se describe la anestesia y la preparación para la implantación de micro-hilo. Posteriormente, enumeramos los equipos necesarios y los pasos quirúrgicos para insertar correctamente una matriz micro-hilo en una estructura de destino. Por último, se describe brevemente el equipo utilizado para grabar desde cada electrodo individual en la matriz. Las matrices Microwire fijos descritos son muy adecuadas para la implantación crónica-y permiten grabaciones longitudinales de datos neurales en casi cualquier preparati del comportamientoen. Se discute el rastreo pistas de electrodos para triangular posiciones microhilo, así como maneras de combinar la implantación de micro-hilo con técnicas inmunohistoquímicas con el fin de aumentar la especificidad anatómica de los resultados registrados.

Una lista de los equipos utilizados por este laboratorio para la grabación de señales electrofisiológicas se puede encontrar en la Tabla 3. Tras la recuperación de la cirugía, unidades únicas son registradas por el taponamiento de headstage de ganancia unitaria en el conector implantado. Este headstage está conectado a través de un cable a un conmutador, que es capaz de rotación libre sin roturas en el registro electrofisiológico a través del uso de anillos deslizantes eléctricos. El conmuta...

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A Procedure for Implanting Organized Arrays of Microwires for Single-unit Recordings in Awake, Behaving Animals

La implantación de arreglos organizados de microhilos para su uso en una sola unidad los registros electrofisiológicos se presenta una serie de desafíos técnicos. Se describen los métodos para llevar a cabo esta técnica y el equipo necesario. Además, se discute el uso beneficioso de arrays microhilo organizados para grabar desde subregiones neuronales distintas con alta selectividad espacial.

Un procedimiento para la implantación de matrices Organizados de Microhilos para grabaciones de una sola unidad en Awake, Comportarse Animales

In vivo electrophysiological recordings in the awake, behaving animal provide a powerful method for understanding neural signaling at the single-cell ...

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Electrode Fabrication and Implantation in Aplysia californica for Multi-channel Neural and Muscular Recordings in Intact, Freely Behaving Animals

Electrode Fabrication and Implantation in Aplysia californica for Multi-channel Neural and Muscular Recordings in Intact, Freely Behaving Animals

Electrodo de fabricación e implantación de Aplysia californica Para grabaciones multi-canal neural y muscular en los animales intactos, libremente Comportarse

Recording from key nerves and muscles of Aplysia during feeding behavior allows us to study the patterns of neural control in an intact animal.  ...

Investigación

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