Name: a wireless, bidirectional interface for in vivo recording and stimulation of neural activity in freely behaving rats
Uploaded: 2017-11-07T13:00:00
Duration: 10 min 41 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about A Wireless, Bidirectional Interface for In Vivo Recording and Stimulation of Neural Activity in Freely Behaving Rats at JoVE.com

هذا العمل كان يدعمها بحث منحة من "الاتحاد الألماني لرابطات البحوث الصناعية" (AiF؛ منح رقم: KF2780403JL3).

جميع البروتوكولات وتجارب تم وفقا للمبادئ التوجيهية الحالية لأوروبا (2010/63/الاتحاد الأوروبي) وأقرتها السلطات الإقليمية (غيسن Regierungspräsidium، والسيد 20/35 Nr.25/2015)-
 1-الحيوانات <ol><li>البيت الذكور البالغين ويستار (200-250 غم) في مجموعات من 3-4 تحت ظروف المختبر القياسية لمدة أسبوع واحد على الأقل قبل الجراحة للسماح للتأقلم.</li>
	<li>بعد يومين من جراحة، الفئران البيت في أزواج. تغطية الأقفاص واحد مع أغطية اﻷكريليك عالية. تجنب الأغطية التقليدية المصنوعة من شبكة معدنية حيث يزرع يمكن أن تتعثر، يزيد من خطر أن تصبح معطوب أو غير مستقرة على مر الزمن-</li>
</ol> 2. جراحة المناظير باستخدام الأشعة <ol><li>قبل بدء عملية جراحية، تنظيم وإعداد المعدات والمواد التالية: <ol><li>الحصول على المعدات الجراحية المعقمة يتألف من مقص العقيمة، الملقط نهاية بلانت، ملاعق، العمليات الجراحية لوس أنجليس كليبرز وحفر الأسنان، وبراعم القطن.</li> <li>الحصول على العقاقير والمواد الكيميائية بما في ذلك إيسوفلوراني، xylocaine، ترامادول هيدروكلوريد، مرهم العين ديكسبانتينول، فوق أكسيد الهيدروجين 3 ٪، البوفيدون من اليود و 70 في المائة من الإيثانول-</li>
		<li>الحصول على مواد التثبيت بما في ذلك المسامير الفولاذ المقاوم للصدأ، راتنج اﻷكريليك والغراء الأشعة فوق البنفسجية وحامي كاب-</li>
		<li>الحصول على وحدة ميكروليكترودي، تتألف من (ط) تسجيل قطب واحد (معزول زجاج الكوارتز ميكروليكترودي التنغستن البلاتين، مع تلميح مخروطية الشكل، القطر الخارجي: 80 ميكرومتر، نصيحة المخروطية، ومقاومة في كوم 1 كيلو هرتز: 500) أو تيترودي (زجاج الكوارتز معزول البلاتين/التنغستن 4 النوى ميكروليكترودي، القطر الخارجي: 100 ميكرومتر، تلميح المخروطية، مقاومة 1 كيلو هرتز: 500-800 كوم)؛ (ثانيا) تحفيز كهربائي (سلك البلاتين/ايريديوم (البلاتين 90%، 10% إريديوم) الأساسية قطرها 125 µm، القطر الخارجي 150 ميكرومتر، ومقاومة &#60; كوم 10) متصلاً لوحة الاتصال و (الثالث) قطب مرجع سلك البلاتين (رمح قطره 100 ميكرومتر؛ الشكل 1A).</li>
		<li>حامل القطب الحصول على لاصق مع الغراء للذوبان في الماء إلى وحدة ميكرويليكترودي واختبار للحصول على وظائف على الأقل 2 ح مقدما ( الشكل 1B).</li>
		<li>الحصول على نظام المربوطة تقليدية المكونة من المضخم التفاضلي، مكبر للصوت الرئيسي وممر الموجه تصفية مكبر للصوت للتسجيلات.</li>
		<li>الحصول على مواد إضافية، مثل القفازات، والتدفئة لوحة والمحاقن، والمحلول الملحي الفسيولوجي.</li>
		<li>الحصول على أقفاص منزلية (L x W x h: 42 سم × 26 سم × 38 سم).</li>
	</ol></li> <li>الداخلي ملاحظة: يتم زرع قطب كهربائي أثناء جراحة المناظير باستخدام الأشعة تقليدية تحت التخدير إيسوفلوراني.
	<ol><li>ضمان أن المجرب يرتدي القفازات والقناع الجراحي ومعطف المعمل.</li>
		<li>الشروع في وضع الحيوان في دائرة التعريفي للتخدير (إيسوفلوراني 4-5%، تدفق الأوكسجين 1 لتر في الدقيقة، ومدة دقيقة ~ 5).</li>
		<li>اختبار لفقدان ردود الفعل (ردود الفعل الذيل وتو) مع الملقط لتأكيد التخدير العميق.</li>
		<li>رأس من الحيوانات في قناع تخدير ثابتة حول شريط القاطعة العلوية من الإطار المناظير باستخدام الأشعة وضبط التخدير (إيسوفلوراني 2-3 ٪، تدفق الأوكسجين 0.7 0.8 L/دقيقة).</li>
		<li>إصلاح وأفقيا محاذاة الحيوان &#39; الرأس s في الجهاز المناظير باستخدام الأشعة باستخدام أشرطة الإذن وشريط القاطعة العليا</li>
		<li>يحلق الحقل الجراحي باستخدام مقص جراحي أو مقص وتعقيم مع اليود البوفيدون.</li>
		<li>وضع الحيوان على وسادة تدفئة لمنع انخفاض حرارة الجسم وعلاج العيون مع مرهم العين ديكسبانتينول لمنعها من التجفيف.</li>
		<li>حقن xylocaine (0.3-0.4 مل، تحت الجلد، الليبي) في وسط ميدان الجراحية.</li>
		<li>اختبار لفقدان ردود الفعل مرة أخرى-</li>
		<li>إجراء شق صغير (1.5 سم) مع مشرط في وسط ميدان العمليات الجراحية لفضح الجمجمة. فصل الجلد بلطف وإزالة الأنسجة المتبقية باستخدام ملقط ومقص ملعقة.</li>
		<li>بعناية تنظيف الجمجمة باستخدام براعم القطن المغلفة بيروكسيد الهيدروجين.</li>
		<li>حفر ثقوب صغيرة 4-5 (4.7 مم) في الجمجمة لتثبيت مسامير الفولاذ المقاوم للصدأ.</li>
		<li>الاتصال صاحب وحدة/القطب ميكروليكترودي المضخم وإرفاق ميكرومانيبولاتور المناظير باستخدام الأشعة ( الشكل 1B وج 1)-</li>
		<li>حفر حفرة (حوالي 7 مم) في الجمجمة فوق المنطقة المستهدفة باستخدام الإحداثيات من أطلس الدماغ وفقا للحيوانات المستخدمة. في هذه الدراسة، وضع نصائح القطب تهدف إلى والاكيميه أدنى باستخدام الإحداثيات التالية، مع بريجما بوصفه المرجع: الأمامي/الخلفي، &#8722; 8.8 مم؛ الآنسي/الجانبي، 1.5 مم؛ والظهريه/البطني، 3.5 مم 14-</li>
		<li>استيعاب أي الدم مع براعم القطن-</li>
		<li>إدخال وحدة ميكروليكترودي عمودياً حتى نصائح القطب تصل إلى المنطقة المستهدفة.</li>
		<li>ضع الكابل الأرضي على طول مسامير الفولاذ المقاوم للصدأ وتحت الجلد.</li>
		<li>رصد ارتفاع النشاط وعناية ضبط موضع القطب مع ميكرومانيبولاتور حتى وصلت إلى منطقة الخلايا العصبية نشطة في بنية الهدف وكشف النشاط العصبي مع نسبة الإشارة إلى الضوضاء مناسبة لفرز سبايك.</li>
		<li>إصلاح الوحدة ميكروليكترودي في الجمجمة مع الغراء الأشعة فوق البنفسجية وتغطية لوحة الاتصال ومسامير مع راتنج اﻷكريليك.</li>
		<li>حقن المحلول الملحي الفسيولوجي (1 مل القائمة) وترامادول (25 ملغ/كغ، الليبي) منع الجفاف وضمان التسكين بعد العمليات الجراحية، على التوالي.</li>
		<li>قطع اتصال وحدة ميكرويليكترودي من صاحب قطب كهربائي باستخدام فرشاة مبللة بالمياه-</li>
		بعناية إزالة <li>إيقاف التخدير، الفئران من الإطار المناظير باستخدام الأشعة. قطع المضخم ميكرويليكترودي unit.</li>
		<li>وقطع أنه أثناء الإجراءات التجريبية فقط الاتصال بحماية الغطاء عن وحدة ميكرويليكترودي مزروع.</li>
		<li>الحفاظ الحيوانات في أزواج في المنزل-القفص من اليوم الثاني بعد العملية الجراحية.</li>
		<li>مراقبة الحيوانات يوميا لممكن الجرح بالعدوى ووزن الجسم والحالة الصحية والسلوك العام لمدة 7 أيام بعد الجراحة. بعد هذا فترة الاسترداد، نفذ في فيفو الكهربية والتجارب السلوكية. 
		ملاحظة: العملية الجراحية ويستمر ما بين 60-90 دقيقة. يجب أثناء الجراحة، ورصد ردود الفعل نفض الغبار الذيل بشكل مستمر والتخدير تعديلها، إذا لزم الأمر.</li>
	</ol></li></ol> 3. في فيفو الكهربية <ol><li>المعدات وإجراء ملاحظة: تتم التسجيلات الكهربية والتحفيز باستخدام توس.
	<ol><li>الحصول على مرحلة رأس مع المضخم المتكاملة وبطارية متصلة (تسجيل أربع قنوات؛ وبث تسجيل نطاق الإدخال: 0-12 أم كيه-pk؛ وتحفيز الإخراج: ±625 µA؛ L x W x h: 24 ملم × 22 ملم × 12 ملم؛ الوزن: 6 ز دون بطارية، 12 غراما مع البطارية؛ وقت تشغيل البطارية تصل إلى 1 ح). هذه المرحلة الرأس مناسبة للاتصال مباشرة بوحدة ميكروليكترودي مزروع عن طريق رابط مولتيبول مصغرة ( الشكل 2).</li>
		<li>الحصول على بطارية (ليثيوم أيون اللاسلكي، 3.7 4.2 V DC، 230 ماه، 27 ملم × 20 ملم × 6 مم، وقت عملية ح 1) محمولة على رأس مرحلة الرأس ( الشكل 2). إذا لزم الأمر استخدام استبدال البطارية القابلة لإعادة الشحن بقدرة 450 mA لحوالي 2.5 ح وقت العملية. تأكد من أن ضوء الأخضر يأتي في مرحلة الرأس أثناء توصيل البطارية لإجرائه.</li>
		<li>الحصول على جهاز الإرسال واستقبال (متلقي-مرسل) متصل بجهاز كمبيوتر الشخصي عبر منفذ USB القياسي ويسمح لتشغيل اللاسلكي ليصل إلى 5 م ( الشكل 2E).</li>
		<li>الحصول على جهاز كمبيوتر شخصي مع برامج توس للتحفيز الكهربائي وتسجيل النشاط العصبي ( الشكل 3 و الشكل 4 </قوي>).</li>
		<li>الحصول المضخم المربوطة ونظام حيازة بيانات المستخدمة أثناء الجراحة (انظر البند 2.1.5) للتسجيلات، ومولد حافزا للتحفيز، من أجل مقارنة افيكاسيوسنيس توس في مستيقظا الجرذان أسبوع بعد الجراحة- 
		ملاحظة: يتم توفير التحفيز الكهربائي ويتم تسجيل النشاط خارج الخلية من الخلايا العصبية واحد من نفس وحدة ميكروليكترودي مزروع باستخدام كلا النظامين. ينبغي تعديل المعلمات التحفيز (الكثافة الحالية والنبض والتردد) لكل الحيوانات وفقا للدماغ المنطقة المستهدفة. واستخدمت في هذه الدراسة، µA 150-250، الحالي هرتز 2500 لتحفيز والاكيميه أدنى.</li>
	</ol></li> <li>Assays السلوكية ملاحظة: متى يتم عرض أي حاجز معدني بين الجهاز المرسل المستقبل ومرحلة رأس الحيوان، توس لا ينطبق على مجموعة واسعة من المهام السلوكية. كالاختبارات السلوكية المثالية، استخدمت في حقل مفتوح لقياس النشاط السلوكية العامة وعلى ارتفاع زائد المتاهة، اختبار قياسية لتقييم السلوك مثل القلق في القوارض 15. كاميرا فيديو تم وضعها مركزياً فوق حقل مفتوح ومرتفعة بالإضافة إلى متاهة لتسجيلات السلوكية.
	<ol><li>قبل الاختبار السلوكية، والتعامل مع كل الحيوانات على ثلاثة أيام متتالية (5 دقائق كل يوم). قبل كل فترة معالجة الاتصال مرحلة الرأس مع البطارية إلى وحدة ميكروليكترودي قبل زرعها. لا يؤدون أي تسجيل أو التحفيز أثناء المناولة.</li>
		<li>فتح الحقل <ol><li>وضع الفئران في وسط ميدان مفتوح (40 سم × 40 سم × 40 سم؛ والأحمر الضوء Lux ~ 30) ويسمح لها باستكشاف الجهاز لمدة 5 دقائق على الأقل تحت تسجيل العصبية.</li>
			<li>تحديد عتبة الهروب-الحد الأدنى كثافة الحالية المنتجة لتشغيل أو القفز. في هذه الدراسة، تقديم حفز هرتز 2500 عالية تردد (نبض العرض: المايكروثانيه 100؛ والفاصل الزمني لنبض: المايكروثانيه 100) إلى والاكيميه أقل شأنا في فواصل زمنية 1 دقيقة زيادة كثافة الحالية من 20-50 µA الهروب الخطوات حتى الفئران أظهرت السلوك.</li>
			<li>تعود الفئران إلى قفصة المنزل وتنظيف حقل مفتوح (0.1% حمض الخليك الحل) والجاف لإجرائه. 
			ملاحظة: من أجل مقارنة فعالية التحفيز توس مع النظام التقليدي المربوطة الإجراءات المذكورة أعلاه تم إجراء استخدام كلا النظامين.</li>
		</ol></li> <li>مرتفعة بالإضافة إلى متاهة ملاحظة: زائد-المتاهة المستخدمة في هذه التجارب كانت مصنوعة من اﻷكريليك الرمادي ويتألف من اثنين بأذرع مفتوحة (50 سم طويلة × 10 سم) وهما إغلاق الأسلحة (50 سم طويلة × 10 سم، مع جدران عالية 40 سم) التي امتدت من جيش التحرير الشعبي الصيني مركزي تفورم ارتفاع 50 سم فوق الطابق 16.
		<ol><li>وضع الفئران في وسط مواجهة المتاهة زائد نحو ذراع مفتوحة والسماح لها بحرية استكشاف الجهاز قيد التسجيل المستمر خلال 5 كحد أدنى</li>
			<li>عدد الإدخالات في سجل، والوقت الذي يقضيه في الأسلحة مفتوحة ومغلقة على مدى فترة 5 دقائق-</li>
			<li>تعود الفئران إلى قفصة المنزل، نظيفة (0.1% حمض الخليك الحل) وجاف المتاهة قبل كل test.</li>
		</ol></li> <li>نضح وعلم الأنسجة <ol><li>تخدير الفئران مع إكسيلازيني/الكيتامين (150 مغ/كغ و 100 مغ/كغ، على التوالي؛ القائمة)-</li>
			<li>توصيل وحدة القطب مزروع بكبل التحفيز وتطبيق التحفيز الكهربائي (الحالي كثافة 50 µA، وعرض النبض: المايكروثانيه 100؛ والفاصل الزمني لنبض: المايكروثانيه 100) خلال 90 s من أجل إنتاج آفة صغيرة حول تلميح القطب.</li>
			افصل كبل التحفيز <li>ونتخلل الحيوان عن طريق البطين الأيسر مع المحلول الملحي الفسيولوجي تليها 200 مل بارافورمالدهيد 4% في م 0.1 فوسفات الصوديوم العازلة، 7.3 درجة الحموضة (للحصول على وصف تفصيلي راجع مرجع 17 ).</li>
			<li>إزالة الدماغ وتزج من أجل ح 4 في مثبت الطازجة في 4 ° C.</li>
			<li>التأكد من درجة حرارة الغرفة كريوستات الرئيسي في-20 درجة مئوية.</li>
			<li>تجميد العقول على الثلج الجاف، وقطع منها إلى 50 ميكرومتر المسلسل الاكليلية مقاطع باستخدام كريوستات.</li>
			<li>وصمة عار المقاطع مع كريسيلفيوليت من أجل تحديد مواقف نصائح القطب، طبقاً للأطلس ب أوضح وواطسون 14-</li>
		</ol>
		</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol>
	<li>Rao, R. P., Mielke, F., Bobrov, E., Brecht, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vocalization-whisking+coordination+and+multisensory+integration+of+social+signals+in+rat+auditory+cortex.">Vocalization-whisking coordination and multisensory integration of social signals in rat auditory cortex.</a> Elife. 3, e03185 (2014).</li><li>Tseng, W. T., Yen, C. T., Tsai, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+bundled+microwire+array+for+long-term+chronic+single-unit+recording+in+deep+brain+regions+of+behaving+rats.">A bundled microwire array for long-term chronic single-unit recording in deep brain regions of behaving rats.</a> J. Neurosci. Methods. 201 (2), 368-376 (2011).</li><li>Ball, D., 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=Rodent+scope:+a+user-configurable+digital+wireless+telemetry+system+for+freely+behaving+animals.">Rodent scope: a user-configurable digital wireless telemetry system for freely behaving animals.</a> PLoS One. 9 (2), e89949 (2014).</li><li>Chien, C. N., Jaw, F. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Miniature+telemetry+system+for+the+recording+of+action+and+field+potentials.">Miniature telemetry system for the recording of action and field potentials.</a> J. Neurosci. Methods. 147 (1), 68-73 (2005).</li><li>Hawley, E. S., Hargreaves, E. L., Kubie, J. L., Rivard, B., Muller, R. U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Telemetry+system+for+reliable+recording+of+action+potentials+from+freely+moving+rats.">Telemetry system for reliable recording of action potentials from freely moving rats.</a> Hippocampus. 12 (4), 505-513 (2002).</li><li>Alam, M., Chen, X., Fernandez, 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+low-cost+multichannel+wireless+neural+stimulation+system+for+freely+roaming+animals.">A low-cost multichannel wireless neural stimulation system for freely roaming animals.</a> J. Neural. Eng. 10 (6), 066010 (2013).</li><li>Xu, S., Talwar, S. K., Hawley, E. S., Li, L., Chapin, J. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+multi-channel+telemetry+system+for+brain+microstimulation+in+freely+roaming+animals.">A multi-channel telemetry system for brain microstimulation in freely roaming animals.</a> J. Neurosci Methods. 133 (1-2), 57-63 (2004).</li><li>Angotzi, G. N., Boi, F., Zordan, S., Bonfanti, A., Vato, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+programmable+closed-loop+recording+and+stimulating+wireless+system+for+behaving+small+laboratory+animals.">A programmable closed-loop recording and stimulating wireless system for behaving small laboratory animals.</a> Sci. Rep. 4, 5963 (2014).</li><li>Ativanichayaphong, T., He, J. W., Hagains, C. E., Peng, Y. B., Chiao, 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+combined+wireless+neural+stimulating+and+recording+system+for+study+of+pain+processing.">A combined wireless neural stimulating and recording system for study of pain processing.</a> J. Neurosci. Methods. 170 (1), 25-34 (2007).</li><li>Ye, X., 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=A+portable+telemetry+system+for+brain+stimulation+and+neuronal+activity+recording+in+freely+behaving+small+animals.">A portable telemetry system for brain stimulation and neuronal activity recording in freely behaving small animals.</a> J. Neurosci. Methods. 174 (2), 186-193 (2008).</li><li>Brand&#227;o, M. L., Tomaz, C., Le&#227;o-Borges, P. C., Coimbra, N. C., Bagri, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Defense+reaction+induced+by+microinjections+of+bicuculline+into+the+inferior+colliculus.">Defense reaction induced by microinjections of bicuculline into the inferior colliculus.</a> Physiol Behav. 44, 361-365 (1988).</li><li>Brand&#227;o, M. L., Melo, L. L., Cardoso, S. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanisms+of+defense+in+the+inferior+colliculus.">Mechanisms of defense in the inferior colliculus.</a> Behav Brain Res. 58, 49-55 (1993).</li><li>Melo, L. L., Cardoso, S. H., Brand&#227;o, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Antiaversive+action+of+benzodiazepines+on+escape+behavior+induced+by+electrical+stimulation+of+the+inferior+colliculus.">Antiaversive action of benzodiazepines on escape behavior induced by electrical stimulation of the inferior colliculus.</a> Physiol Behav. 51, 557-562 (1992).</li><li>Paxinos, G., Watson, P. <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. , (2007).</li><li>Walf, A. A., Frye, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+use+of+the+elevated+plus+maze+as+an+assay+of+anxiety-related+behavior+in+rodents.">The use of the elevated plus maze as an assay of anxiety-related behavior in rodents.</a> Nat. Protoc. 2 (2), 322-328 (2007).</li><li>Pellow, S., Chopin, P., File, S. E., Briley, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Validation+of+open:closed+arm+entries+in+an+elevated+plus-maze+as+a+measure+of+anxiety+in+the+rat.">Validation of open:closed arm entries in an elevated plus-maze as a measure of anxiety in the rat.</a> J Neurosci Methods. 14, 149-167 (1985).</li><li>Gage, G. J., Kipke, D. R., Shain, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Whole+animal+perfusion+fixation+for+rodents.">Whole animal perfusion fixation for rodents.</a> J. Vis. Exp. (65), e3564 (2012).</li><li>Merrill, D. R., Bikson, M., Jefferys, J. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrical+stimulation+of+excitable+tissue:+design+of+efficacious+and+safe+protocols.">Electrical stimulation of excitable tissue: design of efficacious and safe protocols.</a> J Neurosci Methods. 141, 171-198 (2005).</li><li>Ewing, S. G., Porr, B., Riddell, J., Winter, C., Grace, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=SaBer+DBS:+A+fully+programmable,+rechargeable,+bilateral,+charge-balanced+preclinical+microstimulator+for+long-term+neural+stimulation.">SaBer DBS: A fully programmable, rechargeable, bilateral, charge-balanced preclinical microstimulator for long-term neural stimulation.</a> J Neurosci Methods. 213, 228-235 (2013).</li></ol>

توماس أوفه مؤلفين وتوماس ساشا هم أصحاب "توماس تسجيل شركة محدودة"، الذي يقوم بتطوير المنتجات المستخدمة في هذه الدراسة والمتعلقة بموضوع البحث العامة المبينة في هذه الورقة. وبالإضافة إلى ذلك، يتلقى "هويل ديرك المؤلف" المشارك الدخل من "توماس تسجيل شركة محدودة". فقد يستفيد ماليا من هذا الظرف إذا كانت الشركة ناجحة في تسويق منتجاتها التي تتعلق بهذا البحث. تسجيل "توماس" والمعدات المستخدمة في هذه الدراسة خصص لقسم العلوم العصبية السلوكية والتجريبية وعلم النفس البيولوجي-فيليبس جامعة ماربورغ دون أي تهمة.

هنا، قدم نظام تسجيل وتنشيط لاسلكية متاحة على نطاق واسع للدراسات الكهربية والسلوكية في الانتقال بحرية الحيوانات. تم التحقق من توس في فحوصات السلوكية باستخدام والاكيميه أدنى كهيكل نموذجي. وقد نهج توس العديد من المزايا الموجودة. أولاً، أن النظام يستخدم محمولة توس رئيس-مرحلة واحدة مزودة المضخم وبطارية قابلة لإعادة الشحن، مما يسمح لتسجيلات طويلة الأجل مستقرة ليصل إلى 1 ح مع البطارية نفسها وبعد العمليات اللاسلكية لتصل إلى 5 م. ثانيا، ومرحلة الرأس توس الضوء، والاتفاق، وتزن 12 ز بما في ذلك الضرب، وقد وضعت لمنع الفئران من إزالة مرحلة الرأس ومضغ الأسلاك. كان جيد التحمل بالحيوانات منذ أي تأثير على مرجع السلوكية animal´s مع ودون توس لوحظ المرحلة الرأس، مما يجعل النظام المنطبق على مجموعة واسعة من المهام السلوكية. وثالثاً، يحيل النظام في الوقت الحقيقي. رابعا، من خلال تسجيل ثنائي الاتجاه المتزامنة وحفز النشاط العصبي، يوفر النظام أداة متطورة لتقييم العلاقات السببية بين أنماط التنشيط محددة من الدماغ والسلوك، وبالتالي التغلب على أوجه القصور نظم أحادي الاتجاه. هذه الميزة يجعل الأسلوب قيمة خاصة في ميدان تحفيز الدماغ العميق، الذي عادة ما يتطلب دقة التقييم والرصد، وتعديل معلمات التحفيز خلال التجارب السلوكية الطويلة الأجل. أخيرا، قد وضعت وحدة ميكروليكترودي القابلة للغرس مزمنة مع تسجيل متكامل والتحفيز والقطب المرجعية التي يمكن أن تكون بسهولة زرعها أثناء عملية جراحية ستيريوتاكسيك تقليدية. من وجهة النظر هذه، هو توس نظام لاسلكي متكامل مما يزيد من إمكانية تكرار نتائج تجارب التنشيط والتسجيل. جودة التسجيل توس أبدى لتكون مشابهة لجودة التسجيل حققت مع نظام تسجيل سلكي متاحة تجارياً (انظر الشكل 5).
ومن المعروف على نطاق واسع أن التحفيز الكهربائي والاكيميه أقل شأنا في الفئران يتسبب واضحة سلوك الهروب تتميز بتشغيل أو القفز، الذي يحاكي ردود فعل الخوف انتزع بالتحديات البيئية11،12، 13. كان الناجمين عن هذا السلوك في هذه الدراسة عن طريق تنشيط والاكيميه رديئة باستخدام نظام المربوطة التقليدية أو توس. من أجل اختبار فعالية التحفيز توس، قورنت عتبات الهروب – الحد الأدنى الحالي كثافة إنتاج قيد التشغيل أو القفز – استخدام كلا النظامين. الفئران في مرحلة الرأس توس قادرة على تشغيل بسرعة، والقفز والتسلق بالخروج من حقل مفتوح، عرض أي سلوك الهروب نموذجي، مع قدر أكبر من حرية الحركة. الأهم من ذلك، عتبات الهروب كانت مماثلة مقارنة بالنظام التقليدي المربوطة. معا، استخدم نموذج نوعا من تحدي لاختبار قدرة توس، الذي كان يتقن بطريقة خالية من المتاعب.
توس أيضا مناسب لتجارب التحفيز الكهربائي المزمن منذ وحدة ميكروليكترودي مزروع يسمح الاستخدام المزمن. توس يسمح تعديل معلمات التحفيز الحالية بدقة في طريقة للكشف عن دقة بالتردد ومقدار التحفيز الحالية التي فعالة للحصول على رد سلوكية. بالإضافة إلى ذلك، وحفز هذا الحيوان نفسه مع نفس العتبة الحالية بعد 3 أيام وقد أثارت نفس الاستجابة السلوكية المرجوة. وهذا يوحي بأن الأنسجة حول تلميح التحفيز الكهربائي تضررت لا بتحفيز الحالية التي عادة ما يتطلب زيادة تحفيز ستريك الحالية مع التحفيز المتكرر من أجل الحصول على نفس الاستجابة السلوكية.
وعلاوة على ذلك، فمن الممكن لتقليل الوقت تجريبية إلى حد كبير لأن توس الصغرى-مشجعا بتحديث معلمات التحفيز في الوقت الحقيقي عندما يتغير المجرب لهم في واجهة المستخدم الرسومية. أخرى المنبهات الكهربائية19 تستخدم للحاجة إلى البحث السريري لإعادة برمجتها لتحفيز المعلمة التحديث. في تلك الحالات، تمت برمجة الجهاز بالربط الحيوان عن طريق كبل لوحدة برمجة. هذا غير مطلوب عند استخدام في توس.
وأخيراً، يتم إصلاح البطارية إلى أعلى من مرحلة توس الرأس ويربط كهربائياً إلى مرحلة الرأس عبر موصل مغناطيس دبابيس اثنين للتبادل السهل للبطارية. وميزة من خلال التجربة أنه من الممكن تغيير البطارية دون قطع مرحلة توس رئيس وحدة مزروع القطب، الذي أكثر راحة للحيوان. خلال هذه الدراسة استخدمنا بطارية وقت العملية التي فقط ح 1. في حالة التجربة وقتاً أطول من ح 1، من المستحسن أن يكون بطارية مشحونة إضافية متوفرة. يمكن توصيل توس استبدال البطاريات القابلة لإعادة الشحن مع قدرة mA (ط) 230 لوقت العملية ح 1 أو mA (ثانيا) 450 لحوالي 2.5 ح وقت العملية. كلا النوعين من بطاريات يمكن إعادة شحنها تماما في 15 دقيقة.
وباختصار، يصف هذه الدراسة العملية توس مصممة لحفز العصبية وتسجيل من التصرف بحرية الحيوانات الصغيرة. يتم تقديم مجموعة متكاملة تماما من الوحدة ميكروليكترودي القابلة للغرس، ومرحلة الرأس والمتلقي والبرمجيات كذلك. جودة التسجيل اللاسلكية والتحفيز مماثلة إلى أن من المربوطة تسجيل النظام مع الميزة كونها أكثر مريحة وخفيفة وآمنة للحيوان. ولذلك، يمكن استخدام توس ليحل محل النظام المربوطة بحيث أنه لا يقيد حركة الحيوان ويوفر طريقة مرنة للتحكم في تنشيط وتسجيل العصبية في ظل الظروف حيث نهج أخرى سيكون صعباً أو مستحيلاً. ولذلك، يمكن توس أداة هامة للتحقيق في نشاط كيف الكهربائية في الدوائر العصبية المعرفة يولد أشكالاً معينة من السلوك، مسألة أساسية في علم الأعصاب.

مسألة أساسية في علم الأعصاب نشاط كيف الكهربائية في الدوائر العصبية المعرفة يولد أشكالاً معينة من السلوك. في فيفو الكهربية تقنية قوية لمعالجة هذه المسألة، توفير أداة لتسجيل أو حفز النشاط الكهربائي في الدماغ بينما الحيوانات يؤدون مهام سلوكية معينة. بيد أن النظم الحالية كثيرا ما تعتمد على كابل مربوط التسجيلات1،2، يرجح أن تقييد التنقل ومنع التعبير الكامل عن مرجع السلوكية animal´s. وعلاوة على ذلك، تستخدم نظم أحادي الاتجاه الغالب، يسمح أما تسجيل3،،من45 أو التحفيز6،7 من النشاط العصبي، ولكن ليس في نفس الوقت أو نفس الهدف، مما يجعل من الصعب أن تشابك العلاقات السببية بين أنماط التنشيط محددة من الدماغ والسلوك. فقط بضع اللاسلكية، نظم ثنائية الاتجاه للأعمال التحضيرية في فيفو متوفرة حاليا. ومع ذلك، فعادة ما تكون ثقيلة (40-50 غرام)، وتتألف من المحمولة وحدتين منفصلتين، أي مرحلة رأس وعلى ظهره متصلة لطاقة البطارية على أساس العرض8،9،10، مما يجعلها أقل مرنة، ويزيد من خطر انقطاع الكابل مثلاً خلال الاستمالة السلوك الذاتي. أي من الأنظمة اللاسلكية المذكورة أعلاه تقدم وحدات ميكروليكترودي القابلة للغرس اكتساب مفهوم متكامل كاملة للنشاط العصبي أثناء السلوك اثولوجيكالي صالح كامل مع إمكانية تكرار نتائج عالية من الشروط التجريبية.
وهنا، هو عرض لاسلكية جديدة، الجهاز ثنائي الاتجاه للتسجيلات في فيفو وحفز النشاط العصبي في التصرف بحرية الفئران. نظام اللاسلكي توماس (توس) تعمل من خلال الإزالة رأس مرحلة واحدة التي يمكن أن تنقل نشاط متعدد القنوات باستخدام قنوات التسجيل المستقلة يصل إلى أربعة، ويمكن أن تكون مستهدفة لتحفيز المخ الكهربائية في الوقت الحقيقي. بالإضافة إلى ذلك، تم تطوير وحدة ميكروليكترودي القابلة للغرس مزمن متوافقة مع توس تسمح لتحفيز العصبية وتسجيل. ويرد أيضا واجهة مستخدم رسومية برمجيات توس، لتسجيل والتحفيز. تصف هذه الدراسة تنفيذ التحقق من الصحة و في فيفو للجهاز أكمله.
من أجل التحقق من صحة النظام توس اختير والاكيميه أدنى كبنية العصبية مستهدفة لأنه يمكن أثارت استجابة سلوكية علنية بأن التحفيز الكهربائي. فمن المعروف على نطاق واسع أن التحفيز الكهربائي من والاكيميه أدنى يتسبب غير المشروطة 'الخوف مثل' الاستجابة السلوكية في الفئران، مثل اليقظة ومواقف جانبية وشاملة من الخلف، وتجميد وسلوك الهروب (الطيران). يحاكي نمط الاستجابة هذه ردود فعل للخوف من مقولة بالتحديات البيئية، مثل تصور الأحداث الضارة أو هجوم أو تهديد لبقاء11،،من1213. كان من المفترض أن تكون قادرة على الحصول على مثل هذا سلوك واضحة ولا لبس فيها تقدم تحديا حقيقيا توس.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Thomas Wireless System (TWS) version 2.0</td>
			<td>Thomas RECORDING GmbH</td>
			<td>AN001165</td>
			<td>The Thomas Wireless System (TWS) version 2.0 is a portable multichannel telemetry system with laptop computer, a preinstalled Microsoft Windows operating system and TWS control software. The TWS includes: low noise 4 channel pre&#8211; and programmable main amplifier with fixed bandwidth, single channel constant&#8211;current stimulator for application of biphasic current pulses, software programmable micro stimulator, implantable connector system and a basic head stage unit for mounting to an animal. The system is delivered with a transceiver with USB port connection for laptops or desktop personal computers, the control software running under Microsoft operating system Windows. The TWS system can be used for extracellular neural stimulation and recording in freely behaving small animals (e.g. rats, guinea pigs). This system can be adapted to be used in larger animals (e.g. primates) as well.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Software for Thomas Wireless System (TWS)</td>
			<td>Thomas RECORDING GmbH</td>
			<td>inlcuded in AN001165</td>
			<td>The software for the Thomas wireless system is running under Microsoft Windows operating system and provides the graphical user interface (GUI) for the Thomas Wireless System (TWS). The TWS GUI offers complete control of the TWS functions 4 channel recording and 1 channel stimulation.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Implantable tetrode for recording (4 channels) and stimulation (single channel)</td>
			<td>Thomas RECORDING GmbH</td>
			<td>AN001132</td>
			<td>Implantable tetrode for recording (4 channels) and stimulation (single channel) for use with Thomas Wireless Systems (TWS). 
			Recording tetrode specifications: tetrode fiber material: quartz glass insulated platinum tungsten fiber, tetrode fiber outer diameter: 100&#181;m, tip shape D, impedance 0.5-0.8MOHm; Reference electrode: tip shape: D; Impedance: 300-500kOhm; Material: quartzglass insulated platinum/tungsten; Stimulation electrode specification: fiber material: platinum/iridium, diameter: 125&#181;m, lacquer insulated, tip shape : D, impedance: &#60; 10kOhm, dimensions of the electrode can be specified by the end user</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Implantable microelectrode for recording (single channel) and stimulation (single channel)</td>
			<td>Thomas RECORDING GmbH</td>
			<td>AN001118</td>
			<td>Implantable microelectrode for recording (single channel) and stimulation (single channel) for use with Thomas Wireless Systems (TWS). 
			Recording electrode specifications: electrode fiber material: quartz glass insulated platinum tungsten fiber, electrode fiber outer diameter: 80&#181;m/250&#181;m (please specify), tip shape D, impedance 0.5-0.8MOHm; Reference electrode: tip shape: D; Impedance. 300-500kOhm; Material: quartzglass insulated platinum/tungsten; Stimulation electrode specification: fiber material: platinum/iridium, diameter: 125&#181;m, lacquer insulated, tip shape : D, impedance: &#60; 10kOhm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Holder for electrode implantation</td>
			<td>Thomas RECORDING GmbH</td>
			<td>AN000838</td>
			<td>Special bent metal rod for microelectrode implantation for standard electrode holders. The rod is used to hold an implantable electrode. The implantable electrode is fixed to the rod with special Thomas RECORDING water soluable glue (AN001080). (Electrode holder is not included)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Replacement accumulator power supply for the Thomas Wireless System (3,7V/230mAh)</td>
			<td>Thomas RECORDING GmbH</td>
			<td>AN001208</td>
			<td>Replacement rechargeable battery (accumulator) for Thomas Wireless System with a capacity of 230mA for approximately 1h operation time. (size: 27mm x 20mm x 6mm, weight app. 6g)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Replacement accumulator power supply for the Thomas Wireless System (3,7V/450mAh)</td>
			<td>Thomas RECORDING GmbH</td>
			<td>AN001209</td>
			<td>Replacement rechargeable battery (accumulator) for Thomas Wireless System with a capacity of 450mA for more than 1h operation time. (size: 48mm x 30mm x 4mm, weight app. 11g)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Accumulator charger for Thomas Wireless System (TWS) rechargable accumulator</td>
			<td>Thomas RECORDING GmbH</td>
			<td>AN001207</td>
			<td>Mains powered charger for the Thomas Wirless System (TWS) rechargable accumulators (AN001209 and AN001209)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Water soluble glue</td>
			<td>Thomas RECORDING GmbH</td>
			<td>AN001080</td>
			<td>Thomas RECORDING water soluble electrode glue is a specially selected product for use with implantable microelectrodes in neuroscientific research. Its unique properties ensure a rigid connection between electrode and mounting device although it is easily removable with warm water. The Thomas RECORDING water soluble electrode glue can be used out-of-the-box, without any time consuming preparation. Thomas RECORDING water soluble electrode glue is not harmful to humans, animals or the environment. Quantity: 1 box of 10 gramms</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Miniature differential preamplifier</td>
			<td>Thomas RECORDING GmbH</td>
			<td>AN000329</td>
			<td>The Miniature Differential Pre-Amplifier, Model MDPA-2 is a 2-channel, differential input preamplifier that is designed for low noise recordings from excitable tissue. It is intended for extracellular recording in conjunction with the implantation of implantable microelectrodes for freely moving animal appliactions with the Thomas Wireless System (TWS). The 2-Channel Miniature Differential Preamplifier (MDPA-2) is connected to the implantable microelectrodes for providing the initial tenfold amplification stage. Ideally Thomas RECORDING quartz glass insulated platinum/tungsten electrodes are used to yield optimal recording results with high signal amplitudes and low noise levels. The MDPA-2 has additional common ground and reference electrode inputs.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Connection cable</td>
			<td>Thomas RECORDING GmbH</td>
			<td>AN000330</td>
			<td>Connection cable to connect the Thomas Miniature differential preamplifier (MDPA-2) to a main amplifier and an accumulator power supply.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rechargeable power supply for the miniature preamplifier</td>
			<td>Thomas RECORDING GmbH</td>
			<td>AN000328</td>
			<td>Rechargeable accumulator power supply for the Miniature differential preamplifier (MDPA-2).</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Accumulator charger (US)</td>
			<td>Thomas RECORDING GmbH</td>
			<td>AN000167</td>
			<td>Accumulator charger for the power supply AN000328 (US mains power outlet conenctor)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Accumulator charger (EU)</td>
			<td>Thomas RECORDING GmbH</td>
			<td>AN000168</td>
			<td>Accumulator charger for the power supply AN000328 (EU mains power outlet connector)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Differential preamplifier/main amplifier/bandpass filter</td>
			<td>Thomas RECORDING GmbH</td>
			<td>AN000677</td>
			<td>TREC AC Main Amplifier (LabAmp-03) is a single-channel, differential main amplifier for neurophysiological applications (e.g. extracellular recording with microelectrodes). This Instrument is designed to work with the miniature Differential Pre-Amplifier, Model MDPA-2. The single channel of the LabAmp-03 contains a high-gain, low-noise differential amplifier stage followed by low frequency and high-frequency filters. The amplifier has two different filter amplifiers, a single unit activity (SUA) filter &#8211;amplifier and a local field potential (LFP) filter amplifier, both are connected parallel in the signal path. Record Mode offers two levels of signal gain (x10, x100) in a first stage and 4 additional levels (x5, x10, x25 and x50) in a final amplifier stage. Each amplifier has different bandpass characteristics for single unit activity (SUA) 500Hz&#8230;20kHz and local field potentials (LFP) 0,1Hz&#8230;140Hz. An audio monitor and a window discriminator is integrated in the device. The LabAmp-03 has an integrated audio monitor with loudspeaker. This unit provides audio reproduction of electrophysiological signals. The unit combines an audio amplifier in a compact, rugged package. This is especially suited to monitoring neural firing and muscle contractions. The audio monitor input is internally connected to the SUA-Filter amplifier output. The LabAmp-03 is delivered with external power supply for a mains power operation voltage range of 100-240V AC/50-60Hz.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>USB Oscilloscope</td>
			<td>Thomas RECORDING GmbH</td>
			<td>AN001096</td>
			<td>USB PC Oszilloskop, 2 Kanal. This 2-channel PC oscilloscope is perfect suitable for mobile use on a laptop and permanent installation in control cabinets, industrial equipment and many other applications where a small, lightweight and powerful oscilloscope is required. This oscilloscope is connected to the signal output of the main amplifier is for display of recorded extracellular activity during the implanation of the implantable microelectrodes for the Thomas Wireless System (TWS). The user can acquire the measurement data over the several data-interfaces directly on the PC with includes PC software.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stimulus generator</td>
			<td>Multichannel Systems</td>
			<td>STG3008-FA</td>
			<td>Stimulus Generator for Current (STG) and Voltage Driven Stimulation fulfill three functions: current driven stimulation, voltage driven stimulation, controlling and timing. The STG is available with 2, 4 or 8 independet output channels. Featuring integrated isolation units for each output channel, the STG is able to provide any arbitrary waveform.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cap protector for the electrode</td>
			<td>Thomas RECORDING GmbH</td>
			<td>AN001193</td>
			<td>Protective cap for implantable electrode unit for the Thomas Wireless System</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Surgical equipment</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Scissors, blunt-end forceps, spatulas, surgical clippers, dental drill, and cotton buds</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Drugs and chemicals</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Isoflurane, xylocaine, tramadol hydrochloride (Tramadol-CT, AbZ-Pharma GmbH, Ulm, Germany), dexpantenol eye salve (Bepanthen, Bayer AG, Leverkusen, Germany), 3% hydrogen peroxide, povidone-Iodine (Betaisodona, Mundipharma GmbH, Limburg, Germany) and 70% ethanol;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fixation material including</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Stainless steel screws (BN650 M1.2x5; 4.7 mm ), acrylic resin (Paladur, Heraeus Holding GmbH, Hanau, Germany), ultraviolet glue (Cyberbond U3300, Cyberbond Europe GmbH, Germany) and cap protector (Thomas Recording GmbH, Giessen, Germany);</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Additional material</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Gloves, heating pad, syringes, and physiological saline.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Small Animal Stereotaxic Instrument (SASI)</td>
			<td>Thomas RECORDING GmbH</td>
			<td>AN000287</td>
			<td>The model should be chosen according to the animal (rat, guinea pig, monkeys, etc) used in the study</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Video camera</td>
			<td>EverFocus</td>
			<td></td>
			<td>EverFocus, model: EQ150</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Open field</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Made of transparent or gray acrylic, having round shape measuring 40x40x40cm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Elevated plus maze</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Made of gray acrylic and consisted of two open arms (50 cm long x 10 cm wide) and two closed arms (50 cm long x 10 cm wide, with 40 cm high walls) that extended from a central platform elevated 50 cm above the floor.</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a wireless, bidirectional interface for in vivo recording and stimulation of neural activity in freely behaving rats

في فيفو الكهربية تقنية قوية للتحقيق في العلاقة بين نشاط الدماغ والسلوك في نطاق ميلي ثانية وميكرومتر. ومع ذلك، الأساليب الحالية تعتمد في الغالب على تسجيلات كبل المربوطة أو فقط استخدام نظم أحادي الاتجاه، تسمح بتسجيل أو التحفيز للنشاط العصبي، ولكن ليس في نفس الوقت أو في نفس الهدف. هنا، لاسلكية جديدة، الجهاز ثنائي الاتجاه لتسجيل القنوات المتعددة المتزامنة وحفز النشاط العصبي في التصرف بحرية الجرذان وصف. ويعمل النظام من خلال مرحلة رأس محمولة واحدة أن ينقل نشاط مسجل ويمكن أن تكون مستهدفة في الوقت الحقيقي لتحفيز المخ استخدام برمجيات متعددة على أساس القياس. مرحلة الرأس مجهز المضخم وبطارية قابلة لإعادة الشحن، السماح تسجيلات طويلة الأجل مستقرة أو التحفيز ليصل إلى 1 حاء الأهم من ذلك، مرحلة الرأس هو الميثاق، ويزن 12 ز (بما في ذلك البطارية) وبالتالي له تأثير ضئيل على animal´s مرجع السلوكية، مما يجعل الطريقة التي تنطبق على مجموعة واسعة من المهام السلوكية. وعلاوة على ذلك، الأسلوب يحتوي على ميزة كبرى أن تأثير تحفيز المخ على النشاط العصبي والسلوك يمكن أن يقاس في الوقت ذاته، توفير أداة لتقييم العلاقات السببية بين أنماط التنشيط محددة من الدماغ والسلوك. هذه الميزة يجعل الأسلوب قيمة خاصة في ميدان تحفيز الدماغ العميق، مما يتيح دقة التقييم والرصد، وتعديل معلمات التحفيز خلال التجارب السلوكية الطويلة الأجل. تم التحقق من مدى انطباق النظام باستخدام والاكيميه أدنى كهيكل نموذجي.

البيانات التقنية توس
ويوفر النظام اللاسلكي 4 قنوات التسجيل المستقلة وقناة التحفيز 1. التقطت بواسطة القطب الأساسية واحدة تسجيل النشاط خارج الخلية وتنتقل إلى المدخلات إشارة مقاومة عالية للنظام اللاسلكي. وكان إشارة مسجل (x200) قبل تضخيم المضخم الإدخال بالإضافة إلى تيار متردد، التفاضلية، وممر الموجه تصفيتها (إشارة ثابتة النطاق الترددي، 500 هرتز... 5 كيلو هرتز) لتسجيل نشاط وحدة متعددة فقط، لأن في هذه الدراسة كان الاهتمام الرئيسي لنشاط وحدة السجل والإمكانات الميدانية المحلية لا. مكسب للبرمجة المتكاملة الرئيسية-مكبر للصوت يوفر مكاسب برنامج قابل للتعديل لتسجيل أربع قنوات (x1، x2، x4, x8, x16، x32، x64). عرضت سلسلة الإشارة كاملة للنظام اللاسلكي عموما اكتساب قيم x200، x400، x800، x1600، x 3200، x6400 و x12800. بعد التضخيم والتصفية، رقمية بتمثيلي للمحول الرقمي الإشارات التمثيلية، والتضمين على حاملة عالية تردد والمرسلة من جهاز الإرسال واستقبال إذاعي استخدام الفرقة ISM 2.4-2.5 غيغاهرتز. تم استخدام نفس نوع جهاز مرسل مستقبل على الجانب الآخر من مسار انتقال. هذا جهاز الإرسال والاستقبال الثانية كان متصلاً بجهاز كمبيوتر الشخصي عبر منفذ USB. مسار انتقال استخدمت لنقل البيانات ثنائية الاتجاه لإرسال الإشارات المسجلة خارج الخلية من الحيوان إلى الكمبيوتر والعكس بالعكس المعلمات السيطرة لتضخيم الإشارات والتحفيز من الكمبيوتر للحيوان.
باستخدام توس، كان من الممكن لتسجيل نشاط الدماغ وحدة متعددة وتعديل سلوك الحيوان عن طريق تنشيط والاكيميه أدنى بينما الفئران كانت تتحرك بحرية في حقل مفتوح بنجاح. الجهاز المرسل المستقبل هو وضع تصل إلى 5 متر من الحيوان، وكان متصلاً بالكمبيوتر عبر USB منفذ (انظر الشكل 2). أسفرت عن مقارنة بين الصفات إشارة مسجل مع المربوطة والنظام اللاسلكي ويتجلى في الشكل 5. توس سجلات نشاط وحدة متعددة مع نوعية إشارة مماثلة كنظام تسجيل سلكي. هو الصغير-مشجعا مشجعا لاسلكية صحيح أن التحديثات تحفيز المعلمات في الوقت الحقيقي، أي إشارة التحفيز، المعلمات التي تم تعريفها مع البرمجيات توس يتم تمريره إلى التحفيز الكهربائي متصلاً بمرحلة الرأس داخل بعض مللي ثانية بعد الضغط على زر التحفيز. ولذلك، كان من الممكن لتغيير معلمات التحفيز دون أخذ الحيوان الخروج من القفص. هذه الميزة قد ميزة واحدة يمكن أن تقلل من الوقت لتجارب التحفيز.
برمجيات توس قد صمم خصيصا للسماح للسيطرة على كافة ميزات نظام لاسلكي (مثل تسجيل والتحفيز) عبر واجهة المستخدم الرسومية واحد (الشكل 3 و الشكل 4). الصغير-التحفيز، استخدمت إشارة تحفيز التي وضعت باستخدام واجهة المستخدم الرسومية للبرنامج توس. مشجعا توس استخدمت في وضع متوازن الحالي ثابت تحفيز تهمة. وأرسلت خطة التحفيز لاسلكياً إلى مشجعا الحالي ثابت متكامل في وحدة المرحلة الرأس اللاسلكية. وقد طبقت التحفيز الحالية بين ميكروليكترودي عمل وضعها في الهدف من الفائدة (مثلاً والاكيميه أقل شأنا في هذه الدراسة)، وقطب كهربائي عداد بعيدة أكبر بمثابة القطب الأرضي أو مرجع توس. اعتماداً على مقاومة التحفيز الكهربائي والجهد امتثال مشجعا التيار المستمر، فمن الممكن لاستخدام نطاق تحفيز قصوى الحالية من µA ±625، على الرغم من أن عتبة الحالية أقل بكثير من المطلوب في التجارب الحالية. وهنا، تهمة ثنائية الطور استخدمت التحفيز المستمر الحالي متوازنة مع التيارات ذروة ما يصل إلى 300 µA. في حالة تنشيط ثنائية الطور، يستخدم نبض الأولى للحصول على التأثير الفسيولوجي ونبض الثانية عادة عكس العمليات الكهروكيميائية التي تحدث خلال ذبذبة التحفيز18. مرحلة الرأس توس لوازم أنماط التحفيز الوقت الحقيقي تعيين عبر واجهة المستخدم الرسومية للبرنامج توس (انظر الشكل 4).
البرنامج توس ينقسم إلى ثلاثة أقسام رئيسية: (ط) الإطار الرئيسي مع عناصر التحكم لإطار مولد (ثانيا) حوافز والتحفيز، التسجيل مع جميع خيارات إعداد المعلمات إشارة التحفيز ونافذة (ثالثا) ريبلايير لتعيد ملفات البيانات المسجلة. الإطار الرئيسي ليسمح للمستخدم بعرض الإشارات المسجلة تصل إلى 4 تسجيل القنوات وتعيين المكسب لجميع القنوات وبدء/إيقاف تسجيل الإشارات المعروضة. يتم تخزين البيانات إشارة في ملف على القرص الثابت في الكمبيوتر. يتم تعيين مسار الملف في القائمة التكوين. بالإضافة إلى معلمات التسجيل، يسمح الإطار الرئيسي لبدء وإيقاف عملية التحفيز. يتم عرض التحفيز المستمر الحالي التي يتم تمريرها من خلال التحفيز الكهربائي في الدماغ الحيواني في الوقت الحقيقي على الشاشة النافذة الرئيسية. معلمات إشارة التحفيز مضبوطة مسبقاً في إطار إعدادات المعلمة التحفيز. من الممكن تعريف أحادية أو ثنائية الطور تحفيز نبض القطارات وتعيين جميع التحفيز استخداماً المعلمات نبض مثل نبض العرض، مطال النبض، على سبيل المثال الوقت بين البقول وما إلى ذلك (للتفاصيل انظر الشكل 4). يتم عرض الدالة نبض التحفيز التي تنتج من قيم المعلمة المحددة مسبقاً في عرض رسم في إطار مولد التحفيز.
تم تصميم البرنامج توس وفقا للجوانب قابليتها للاستخدام. إمكانية استخدام البرنامج عامل أساسي لضمان التقدم السلس لتجربة لاسلكية التحفيز/تسجيل وبيئة عمل مريحة وآمنة. كما أنه يساعد على تحسين إمكانية تكرار نتائج التجربة.
تسجيل واحد-وحدة البيانات والتحفيز الكهربائي
وسجلت خارج الخلية وحدة متعددة النشاط تباعا في والاكيميه أقل شأنا من مسرى مزروع نفس استخدام توس ونظام تسجيل المربوطة تقليدية. ويبين الشكل 5 ممثلة من البيانات الخام المسجلة باستخدام كل من نظامي بينما الحيوان كانت تتحرك بحرية في حقل مفتوح. وتقترح المقارنة المباشرة من الإشارات مماثلة من الطول الموجي سبايك ومستويات الضوضاء (الشكل 5A و 5B). مظاهرة في النموذج سبايك هو مبين في A 'وب'.
نظراً للفئران لم تحاول إزالة مرحلة توس الرأس بعد عملية جراحية وخلال الأيام اللاحقة، كان من المفترض أن لا تتداخل إلى حد كبير مع تلك الحركات، ولم تتسبب في عدم الراحة. وهكذا، كان مشكلة شائعة في تسجيلات المربوطة للفئران باستخدام توس، تجنبها مثل إزالة ومضغ الموصلات والكابلات. في الواقع، كانت الفئران مع مرحلة الرأس توس قادرة على استكشاف مجال مفتوح وزائد المتاهة (sهة 1 فيلم) العارضة العادية المعابر، تربية والاستمالة السلوكيات.
بالإضافة إلى ذلك، أثارت تحفيز المعلمات المستخدمة مع توس أو النظام المربوطة التقليدية إلى نفس النتيجة السلوكية، وهنا هربا من السلوك. ابتداء من 100 Μa، السعة الحالية التحفيز وزادت خطوة بخطوة حتى تم التوصل إلى عتبة الهروب-الحد الأدنى كثافة الحالية المنتجة لتشغيل أو القفز--وكان قد آثار سلوك الهروب. العتبات الفردية الهروب من الفئران 4 مماثلة عند استخدام كلا النظامين (الشكل 5).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56299/56299fig1.jpg"> 
رقم 1: توس ميكرويليكترودي unit. (1) تسجيل وحيد القطب/تيترودي، (2) التحفيز الكهربائي، المجلس اتصال الألياف (3) قطب، كابلات الاتصال (4) مرونة، السلك (5) الأرض، المجلس (6) موصل، موصل (7) ذكر أو أنثى لنظام توس (A)؛ وحدة ميكرويليكترودي توس متصلاً المضخم (8) وصاحب (9)؛ (ب) جاهزة لضمها إلى إطار ستيريوتاكسيك (ج). <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56299/56299fig1large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56299/56299fig2.jpg"> 
الشكل 2 : عرض أعلى من مرحلة الرأس توس شنت وحدة نمطية (A) دون إمدادات الطاقة المتوازي. مجموع الأبعاد: الارتفاع 12.5 متر، عمق 24 مم (19.3 مم + 4.7 مم)، عرض 22.1 مم، الوزن: 5.96 زاي أسفل طريقة العرض (ب) عرض موصل وحدة القطب؛ إمدادات الطاقة المتوازي، ارتفاع 9 مم، عمق 26 مم، عرض 20 مم، وزن ز 6 (ج)؛ لمحة عامة عن توس المكونات المستخدمة لهذا الاختبار: المرحلة (1) رئيس وحدة مع البطاريات التي شنت على جمجمة animal´s، وحدة الإرسال والاستقبال (2) متصل بالكمبيوتر منفذ USB، برامج توس (3) (د)؛ صور الفئران تتحرك بحرية وعرض مرحلة الرأس توس متصلاً بوحدة ميكروليكترودي سابقا مزروع (ﻫ) والبرمجيات توس تظهر إشارات مسجل المثالية (F). مرحلة الرأس توس لوازم أنماط التحفيز الوقت الحقيقي تعيين عبر واجهة المستخدم الرسومية للبرنامج توس. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56299/56299fig2large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56299/56299fig3.jpg"> 
الشكل 3: توس البرمجيات واجهة المستخدم الرسومية، تسجيل الشاشة. تسجيل أداء توس مع قطب واحد تسجيل قطبين، مزروع في والاكيميه أقل شأنا، يرد على الشاشة. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56299/56299fig3large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56299/56299fig4.jpg"> 
الشكل 4: واجهة المستخدم الرسومية البرنامج توس. تنشيط شاشة (A) وتحفيز المعلمة المواصفات (ب). تنشيط إشارة المعلمات (ج) مثل عرض النبض (بكسو)، النبض السعة (بكسا)، جملة نبض التأخير (النازحين داخليا)، والوقت بين النبضات (وت)، نبض كل الوقت بين القطارات (مركبات ثلاثي بوتيل القصدير) والسكك الحديدية (PPT) قابلة للتعديل عبر واجهة المستخدم الرسومية البرنامج توس. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56299/56299fig4large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56299/56299fig5.jpg"> 
الشكل 5 : مقارنة نوعية بين إشارة متعددة الوحدات المسجلة اكستراسيلولارلي مع توس (A) وإعداد تسجيل سلكي (ب). تم الحصول على تسجيلات كلا من نفس توس ميكروليكترودي وحدة (مقاومة 0.5MOhm) مزروع في والاكيميه أدنى. المسافة المحورية بين جهات الاتصال الكهربائي تسجيل اثنين كان ما يقرب من 400 ميكرون. تسجيل عرض النطاق الترددي للنظام السلكي وتوس كانت متطابقة (500 هرتز... 5 كيلو هرتز)، أخذت عينات الإشارات مع 40 كيلو هرتز (سلكية النظام) و 32 كيلو هرتز (توس). وسجلت كلا النظامين نشاط وحدة متعددة مع نوعية إشارة مماثلة. لا يوجد أي اختلاف واضح في إطلاق المعدلات بين توس وتسجيلات السلكي. تظهر الموجي إمكانات العمل من العصبية من كل التسجيلات في A 'وب'. معايير التحفيز مماثلة ضرورية للفئران 4 للوصول إلى عتبة الهروب باستخدام نظام المربوطة (TS) أو توس (ج). <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56299/56299fig5large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-</a>
<img alt="Movie" src="/files/ftp_upload/56299/56299mov1.jpg"> 
الفيلم 1: هو جرذ مثالية نستعرض السلوك الاستكشافي العادي أثناء test. المتاهة زائد توس يسمح للحيوان بدخول الأسلحة مفتوحة ومغلقة دون أسلاك الحصول على متشابكة حتى في جهاز الاختبار، ومع ذلك صغيرة وخفيفة يكفي ذلك لأنها لا تكاد تذكر يتداخل في المهمة نفسها. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56299/Movie_1_Exploratory_behavior_JoVE2017.mp4" target="_blank">من فضلك انقر هنا لمشاهدة هذا الفيديو. (انقر بالزر الأيمن التحميل.)</a>

Watch this Scientific Journal Video about A Wireless, Bidirectional Interface for In Vivo Recording and Stimulation of Neural Activity in Freely Behaving Rats at JoVE.com

A Wireless, Bidirectional Interface for In Vivo Recording and Stimulation of Neural Activity in Freely Behaving Rats

هو عرض الاتصالات لاسلكية، ونظام ثنائي الاتجاه لتسجيلات متعددة القنوات العصبية والتحفيز في التصرف بحرية الفئران. هذا النظام خفيفة وصغيرة الحجم، وبالتالي لها تأثير ضئيل على مرجع السلوكية animal´s. وعلاوة على ذلك، يوفر هذا النظام ثنائية الاتجاه أداة متطورة لتقييم العلاقات السببية بين أنماط تنشيط الدماغ والسلوك.

جهاز لاسلكي، واجهة ثنائية الاتجاه للتسجيل في فيفو وحفز النشاط العصبي في التصرف بحرية الفئران

In vivo electrophysiology is a powerful technique to investigate the relationship between brain activity and behavior at a millisecond and micrometer ...

Research

JoVE Journal

Behavior

A Wireless, Bidirectional Interface for In Vivo Recording and Stimulation of Neural Activity in Freely Behaving Rats

Construction of Microdrive Arrays for Chronic Neural Recordings in Awake Behaving Mice

بناء صالحة ميكرودريفي للتسجيلات العصبية المزمنة في الفئران يتصرفون استيقظ

State-of-the-art electrophysiological recordings from the brains of freely behaving animals allow researchers to simultaneously examine local field ...

Simultaneous Scalp Electroencephalography (EEG), Electromyography (EMG), and Whole-body Segmental Inertial Recording for Multi-modal Neural Decoding

Simultaneous Scalp Electroencephalography EEG, Electromyography EMG, and Whole-body Segmental Inertial Recording for Multi-modal Neural Decoding

تخطيط كهربية متزامنة فروة الرأس (EEG)، العضلات (EMG)، وكامل الجسم تسجيل بالقصور الذاتي القطاعي لمتعدد الوسائط العصبية فك

Recent  studies support the involvement of supraspinal networks in control of bipedal  human walking. Part of this evidence  encompasses studies, ...

Long-term Potentiation of Perforant Pathway-dentate Gyrus Synapse in Freely Behaving Mice

التقوية طويلة الأمد من المسار الثاقب-التلفيف المسنن سنبس في يتصرفون بحرية الفئران

Studies of long-term potentiation of synaptic efficacy, an activity-dependent synaptic phenomenon having properties that make it attractive as a potential ...

A Procedure to Study the Effect of Prolonged Food Restriction on Heroin Seeking in Abstinent Rats

إجراء لدراسة تأثير الغذاء المطول تقييد على الهيروين المفضل في الجرذان متقشف

In human drug addicts, exposure to drug-associated cues or environments that were previously associated with drug taking can trigger relapse during ...

Automated Visual Cognitive Tasks for Recording Neural Activity Using a Floor Projection Maze

الآلي المهام البصرية المعرفي للتسجيل العصبية آخر باستخدام الإسقاط الطابق المتاهة

Neuropsychological tasks used in primates to investigate mechanisms of learning and memory are typically visually guided cognitive tasks. We have ...

A Procedure to Observe Context-induced Renewal of Pavlovian-conditioned Alcohol-seeking Behavior in Rats

إجراءات لمراقبة الناجم عن السياق تجديد مكيفة بافلوف-السلوك الكحول التماس في الجرذان

Environmental contexts in which drugs of abuse are consumed can trigger craving, a subjective Pavlovian-conditioned response that can facilitate ...

The Modified Hole Board - Measuring Behavior, Cognition and Social Interaction in Mice and Rats

مجلس هول التعديل - قياس السلوك، الإدراك والتفاعل الاجتماعي في الفئران والجرذان

This protocol describes the modified hole board (mHB), which combines features from a traditional hole board and open field and is designed to measure ...

A Method for Remotely Silencing Neural Activity in Rodents During Discrete Phases of Learning

A طريقة لإسكات العصبية عن بعد آخر في القوارض وخلال مراحل متقطعة التعلم

This protocol describes how to temporarily and remotely silence neuronal activity in discrete brain regions while animals are engaged in learning and ...

Using the Activity-based Anorexia Rodent Model to Study the Neurobiological Basis of Anorexia Nervosa

باستخدام القائم على آخر فقدان الشهية القوارض نموذج لدراسة أساس العصبية من فقدان الشهية العصبي

Anorexia nervosa (AN) is a psychiatric illness characterized by excessively restricted caloric intake and abnormally high levels of physical activity. A ...

A Novel Experimental and Analytical Approach to the Multimodal Neural Decoding of Intent During Social Interaction in Freely-behaving Human Infants

مقاربة الرواية التجريبية والتحليلية لالمتعدد الوسائط العصبية فك نوايا خلال التفاعل الاجتماعي في التصرف بحرية-الرضع الإنسان

Understanding typical and atypical development remains one of the fundamental questions in developmental human neuroscience. Traditionally, experimental ...