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

עבודה זו נתמכה על ידי מענק מחקר מאגודות הגרמני הפדרציה של התעשייה מחקר (AiF; להעניק את המספר: KF2780403JL3).

כל הפרוטוקולים. ואת הניסויים היו בהתאם להנחיות האירופית הנוכחית (2010/63/EU) ואושרו על-ידי רשויות אזוריות (Regierungspräsidium Gießen, מר 20/35 Nr.25/2015).
 1. חיות <ol><li>בית זכר בוגר Wistar חולדות (200-250 g) בקבוצות של 3-4 בתנאי מעבדה סטנדרטי למשך לפחות שבוע לפני הניתוח כדי לאפשר הסתגלות.</li>
	<li>יומיים לאחר הניתוח, חולדות house בזוגות. לכסות את הכלובים יחיד בשלמותם אקריליק גבוהה. להימנע העפעפיים קונבנציונאלי עשוי רשת מתכת מאז שתלים יכולים להיתקע, הגדלת הסיכון שהם הופכים להיות פגום ו/או לא יציב לאורך זמן.</li>
</ol> 2. ניתוח סטיאוטטי <ol><li>לפני תחילת הניתוח, לארגן ולהכין הציוד והחומרים הבאים: <ol><li>קבל ציוד כירורגי סטרילי המורכב מספריים סטרילי, מלקחיים בלנט-end, שפכטלים, כירורגי קוצץ מקדחת שיניים, ניצנים כותנה.</li> <li>לקבל תרופות וכימיקלים כולל איזופלוריין, כדי להרדים, טרמדול הידרוכלוריד, salve עין dexpantenol, 3% חמצן, povidone יוד ו- 70% אתנול.</li>
		<li>להשיג חומר קיבוע כולל ברגי פלדת אל-חלד, שרף אקרילי, דבק אולטרה סגול, כובע מגן.</li>
		<li>להשיג יחידת microelectrode, המורכב (i) אלקטרודה אחת של הקלטה (קוורץ זכוכית בידודית microelectrode טונגסטן פלטינה, עם צורת חרוט קצה, הקוטר החיצוני: 80 מיקרומטר, עצה חרוט, עכבה-kHz 1: 500 kOhm) או של tetrode (זכוכית קוורץ פלטינה/טונגסטן 4 ליבות microelectrode, הקוטר החיצוני מבודדים: 100 מיקרומטר, עצה חרוט, עכבה-kHz 1:500-800 kOhm); (ii) אלקטרודה לגירוי (חוט פלטינה/אירידיום (90% פלטינה, אירידיום 10%), ליבה של קוטר 125 µm פס של, הקוטר החיצוני 150 מיקרומטר, עכבה &#60; 10 kOhm) מחובר הצלחת הקשר וכן (iii) פלטינה הפניה אלקטרודות (קוטר מוט, 100 מיקרומטר; איור 1A).</li>
		<li>קבל אלקטרודה מחזיק מודבקים בדבק מסיסים במים ליחידה microelectrode ונבדק מראש עבור פונקציונליות לפחות 2 h ( איור 1B).</li>
		<li>לקבל מערכת עגינה קונבנציונאלי המורכב מגבר קדם דיפרנציאלית, מגבר הראשי ולא את bandpass לסנן מגבר עבור הקלטות.</li>
		<li>לקבל חומר נוסף, כגון כפפות, חימום pad, מזרקים, תמיסת מלח פיזיולוגית.</li>
		<li>להשיג את הכלובים הביתה (L x W x h: 42 ס"מ x 26 ס"מ x 38 ס"מ).</li>
	</ol></li> <li>הליך הערה: אלקטרודה ההשרשה מבוצעת במהלך ניתוח קונבנציונלי סטיאוטטי תחת הרדמה איזופלוריין.
	<ol><li>להבטיח כי הנסיין הוא לובש כפפות מסכה רפואית, חלוק המעבדה.</li>
		<li>ליזום הרדמה הצבת החיה תא אינדוקציה (איזופלוריין 4-5%, זרימת חמצן 1 ליטר/דקה, משך ~ 5 דקות).</li>
		<li>בדיקה עבור אובדן רפלקסים (רפלקסים הזנב ואת הבוהן) עם מלקחיים כדי לאשר הרדמה עמוקה.</li>
		<li>מקום ראש החיה מסיכת ההרדמה קבוע ליד הבר החותכת העליונה של המסגרת סטיאוטטי ולהתאים הרדמה (איזופלוריין 2-3%, זרימת חמצן 0.7-0.8 L/min).</li>
		<li>לתקן וליישר אופקית החיה &#39; ראשו במנגנון סטיאוטטי באמצעות האוזן ברים, אנחנו חיים החותכת העליונה</li>
		<li>לגלח את השדה כירורגי בעזרת קוצץ כירורגי או מספריים ולחטא עם povidone יוד.</li>
		<li>במקום החיה על כרית החימום כדי למנוע היפותרמיה ולטפל עיניים עם dexpantenol salve העין כדי למנוע ייבוש.</li>
		<li>הכנסת כדי להרדים (0.3-0.4 מל ', subcutaneously, ספורטינג) במרכז השדה הכירורגי.</li>
		<li>בדיקה עבור אובדן רפלקסים שוב.</li>
		<li>עושים חתך קטן (כ- 1.5 ס מ) עם איזמל במרכז השדה הכירורגי לחשוף את הגולגולת. להפריד את העור בעדינות ולהסיר את שאריות רקמת באמצעות מלקחיים, מספריים, מרית.</li>
		<li>בקפידה ינקה את הגולגולת באמצעות ניצנים כותנה מצופה מימן על-חמצני.</li>
		<li>קודחים חורים קטנים 4-5 (4.7 מ מ) הגולגולת עבור קיבעון של ברגי נירוסטה-</li>
		<li>להתחבר בעל יחידה/אלקטרודה microelectrode מגבר קדם ולצרף micromanipulator סטיאוטטי ( איור 1B וג 1).</li>
		<li>לקדוח חור (כ 7 מ מ) בתוך הגולגולת מעל אזור המטרה באמצעות קואורדינטות של אטלס המוח על פי החיה בשימוש. במחקר הנוכחי, מקם את הטיפים אלקטרודה מכוון את רקתי נחות באמצעות קואורדינאטות הבאות, עם bregma משרת ההפניה: קדמית/אחוריים, &#8722; 8.8 מ"מ; המדיאלי/לרוחב, 1.5 מ מ; ו הגבי/הגחוני /, 3.5 מ מ 14-</li>
		<li>לספוג דם עם צימרונים לאוזניים.</li>
		<li>אנכית להציג את יחידת microelectrode עד קצות אלקטרודה להגיע אל אזור היעד.</li>
		<li>למקם את הכבל הקרקע לאורך את הברגים מפלדת ומתחת לעור.</li>
		<li>צג ספייק פעילות בזהירות להתאים מיקום אלקטרודה עם micromanipulator עד שהגיע לתחום של נוירונים פעילים במבנה היעד ואת לזהות פעילות עצבית עם יחס אות לרעש מתאים למיון ספייק.</li>
		<li>לתקן את יחידת microelectrode בגולגולת עם דבק אולטרה סגול ולכסות בצלחת קשר וברגים עם שרף אקרילי.</li>
		<li>להזריק תמיסת מלח פיזיולוגית (1 mL i.p.), טרמדול (25 מ"ג/ק"ג, ספורטינג) כדי למנוע התייבשות ולהבטיח נגד כאבים לאחר הניתוח, בהתאמה.</li>
		<li>ניתוק יחידת microelectrode מבעל אלקטרודה בעזרת מברשת ספוגה במים.</li>
		<li>עצירה הרדמה, הסר בזהירות את העכברוש מהמסגרת סטיאוטטי. נתק את מגבר קדם microelectrode ההוראה</li>
		<li>התחבר כובע להגנה על יחידת microelectrode מושתל, נתק אותו רק במהלך ההליכים ניסיוני.</li>
		<li>לשמור את בעלי החיים בזוגות בכלוב-הבית ביום השני לאחר הניתוח.</li>
		<li>חיות צג מדי יום עבור זיהום הפצע אפשרי, משקל גוף, מצב בריאותי, כללי התנהגות לתקופה של 7 ימים לאחר הניתוח. לאחר תקופת החלמה לבצע ויוו אלקטרופיזיולוגיה, ניסויים התנהגותיים. 
		הערה: הליך כירורגי נמשכת בין 60-90 דקות. במהלך הניתוח, הזנב פליק רפלקסים חייב להיות ואנשיו מנטרים ומתואם הרדמה, במידת הצורך.</li>
	</ol></li></ol> 3. אין ויוו אלקטרופיזיולוגיה <ol><li>ציוד ונהלים הערה: הקלטות אלקטרופיזיולוגיות וגירוי מבוצעות באמצעות TWS של.
	<ol><li>קבל שלב ראש עם מגבר משולב קדם, הסוללה מחובר (הקלטה ארבעה ערוצים; הקלטה טווח קלט אנלוגי: 0-12 mV pk-pk; פלט גירוי: ±625 µA; L x W x h: 24 מ מ x 22 מ"מ x 12 מ"מ; משקל: 6 גרם ללא סוללה, 12 גרם עם סוללה; סוללה פועל זמן עד 1 h). בשלב זה ראש מתאים להיות מחובר ישירות יחידת microelectrode מושתל באמצעות מחבר multipole זעירים ( איור 2).</li>
		<li>קבל סוללה (יון ליתיום, 3.7-4.2 V DC, 230 מיליאמפר, 27 מ מ x 20 מ מ x 6 מ מ, 1 h זמן הפעולה) רכוב על גבי הבמה ראש ( איור 2C). אם יש צורך להשתמש החלפת סוללה נטענת עם קיבולת של 450 אמא בפעם כ 2.5 שעות פעולה. ודא כי אור ירוק מגיע הבמה ראש בזמן המצבר מחובר אליו.</li>
		<li>קבל מקלט-משדר (מקלט-משדר) מחובר למחשב האישי באמצעות יציאת USB סטנדרטי ומאפשר פעולה אלחוטית עבור עד 5 מ' ( איור 2E).</li>
		<li>להשיג מחשב אישי עם תוכנה TWS גירוי חשמלי ורישום של פעילות עצבית ( איור 3 ו איור 4 < / חזק>).</li>
		<li>להשיג מגבר קדם עגינה של נתוני מערכת רכישה במהלך הניתוח (ראה הפריט 2.1.5) עבור הקלטות, ו גנרטור גירוי לגירוי, על מנת להשוות את efficaciousness של TWS ב ער חולדות שבוע לאחר הניתוח. 
		הערה: גירוי חשמלי הינה מסופקת, פעילות חוץ-תאי של נוירונים יחיד נרשם microelectrode מושתל מאותה יחידה באמצעות שתי מערכות. צריך ניתן לכוונן את הפרמטרים גירוי (עוצמת הנוכחי, הדופק ותדירות) כל בעל-חיים על-פי האזור במוח ממוקד. במחקר הנוכחי, µA 150-250, הרץ 2500 הנוכחי שימש כדי לגרות את רקתי נחות.</li>
	</ol></li> <li>התנהגותי מבחני הערה: ברגע שום מחסום מתכת הוא הציג בין המשדר את הבמה ראש חיה, TWS ישימה לקבוצה רחבה של פעילויות התנהגותיות. כמו מבחני התנהגות למופת, היא שימשה בשדה הפתוח מדידת הפעילות כללי התנהגות, על גבוהות בתוספת מבוך, מבחן סטנדרט להערכת התנהגות חרדה מכרסמים 15. מצלמת וידאו הממוקמת במיקום מרכזי מעל שדה פתוח, גבוהות וגם מבוך להקלטות התנהגותית.
	<ol><li>לפני בדיקה התנהגותית, להתמודד עם כל חיה על שלושה ימים רצופים (5 דקות בכל יום). לפני כל תקופת הטיפול להתחבר השלב הראשי עם סוללה ליחידה microelectrode מושתל בעבר. אל תבצע כל הקלטה או גירוי במהלך הטיפול.</li>
		<li>שדה פתוח <ol><li>למקם את החולדה במרכז המגרש (40 ס"מ על 40 ס"מ x 40 ס מ; רד אור ~ 30 Lux) ולאפשר לו לחקור את המנגנון. לפחות 5 דקות תחת הקלטה עצבית.</li>
			<li>לקבוע סף בריחה - מינימום העוצמה הנוכחית בהפקת פועל או קפיצות. במחקר הנוכחי, לספק גירוי הרץ 2500 בתדירות גבוהה (רוחב פולס: 100 µs; מרווח הדופק: 100 µs) כדי שיהפכו נחות במרווחים 1 דקות והגדילו את העוצמה הנוכחית µA 20-50 שלבים עד עכברים הראה לברוח התנהגות.</li>
			<li>לחזור העכברוש בכלוב הביתה, במגרש הפתוח (0.1% חומצה אצטית פתרון) יבש ונקי את זה 
			הערה: על מנת להשוות את היעילות גירוי של TWS עם מערכת עגינה מסורתי הנוהל המתואר לעיל בוצעה באמצעות שתי מערכות.</li>
		</ol></li> <li>גבוהות וגם מבוך הערה: הפלוס-מבוך שימוש בניסויים אלה היה עשוי אקריליק אפור והכילה שתי זרועות פתוחות (50 ס מ זמן x 10 ס מ) וסגרו שתי זרועות (50 ס מ זמן x 10 ס מ רוחב, עם קירות גבוהים 40 ס"מ) זה הוארך מ ה-pla המרכזית tform גבוהות 50 ס מ מעל קומת ה- 16.
		<ol><li>למקם את החולדה למרכז פלוס-מבוך הפונות לכיוון זרוע פתוח ולאפשר לו באופן חופשי לחקור את המנגנון תחת הקלטה מתמשכת במהלך 5 דק.</li>
			<li>להקליט את מספר הערכים לתוך ולאחר הזמן בילה בזרועות פתוחות ולא סגורות במשך 5 דקות.</li>
			<li>להחזיר את החולדה בכלוב הביתה, נקי (0.1% חומצה אצטית פתרון) ויבשה המבוך לפני כל בדיקה</li>
		</ol></li> <li>זלוף, היסטולוגיה <ol><li>עזים ומתנגד העכברוש עם חריגות השירותים הווטרינריים/קטמין (150 מ"ג/ק"ג ו- 100 מ"ג/ק"ג, בהתאמה; i.p.).</li>
			<li>להתחבר יחידת אלקטרודה מושתל הכבל גירוי ולהחיל גירוי חשמלי (הנוכחי בעוצמה 50 µA, רוחב: 100 µs; מרווח הדופק: 100 µs) במהלך 90 s על מנת לייצר פצע קטן סביב קצה האלקטרודה.</li>
			<li>ניתוק הכבל גירוי, perfuse החיה דרך החדר השמאלי עם תמיסת מלח פיזיולוגית ואחריו 200 מ של 4% paraformaldehyde במאגר סודיום פוספט 0.1 M, pH 7.3 (לקבלת תיאור מפורט ראה הפניה 17 ).</li>
			<li>מסירים את המוח ואז לטבול אותו במשך 4 שעות לשבועיים טריים ב-4 מעלות צלזיוס</li>
			<li>לוודא הטמפרטורה של החדר cryostat הראשי הוא ב-20 מעלות צלזיוס</li>
			<li>להקפיא את המוח על קרח יבש וחתכו אותם למקטעים 50 מיקרומטר טורי הילתית באמצעות cryostat.</li>
			<li>כתם הסעיפים עם cresylviolet על מנת לאתר את מיקומם של הטיפים אלקטרודה, על-פי בהרי האטלס מאת Paxinos וווטסון 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>

המחברים Uwe תומאס ותומאס סשה הם הבעלים של "תומאס הקלטה GmbH", מפתחת מוצרים השתמשו במחקר זה, הקשורות לנושא מחקר הכללית המתוארת במאמר זה. בנוסף, Hoehl דירק ממחברי מקבל הכנסות "תומאס הקלטה GmbH". ייתכן מבחינה כלכלית שיפיקו תועלת הנסיבות זה אם החברה בהצלחה בשיווק מוצריה הקשורות במחקר זה. הציוד "תומס הקלטת" השתמשו במחקר זה הוקדש המחלקה פסיכוביולוגיה, נסיוני ופסיכולוגיה ביולוגי - Philipps Universität מרבורג ללא כל תשלום.

כאן, הוצג נגישים נרחב הקלטה של גירוי מערכת אלחוטית ללימודי אלקטרופיזיולוגיות והתנהגותיים במעבר בחופשיות חיות. TWS אומתה במבחני התנהגות באמצעות שיהפכו את נחות כמו מבנה מודל. הגישה TWS יש מספר יתרונות הקיימים. ראשית, המערכת משתמשת יחידה ניידת TWS הראש-שלב מצוידים עם מגבר קדם, סוללה נטענת, המאפשר יציבות לטווח ארוך ההקלטות של עד 1 שעות עם הסוללה זהה והמרחק פעולות אלחוטית עבור עד 5 מסיה Secondly, השלב הראשי TWS קל וקומפקטי, שוקל 12 גרם כולל סוללה, פותחה כדי למנוע את החולדה בין הסרת השלב הראשי. ללעוס את החוטים. זה היה נסבל היטב על ידי בעלי החיים מאז אין כל השפעה על הרפרטואר ההתנהגותי animal´s עם, בלי TWS נצפתה הבמה ראש, הפיכת המערכת החלים על קבוצה רחבה של פעילויות התנהגותיות. שלישית, המערכת משדרת בזמן אמת. רביעית, דרך ההקלטה סימולטני דו-כיווני, גירוי של פעילות עצבית, המערכת מספקת כלי מתוחכם כדי להעריך את קשרי הגומלין סיבתי בין תבניות הפעלה ספציפית מוח והתנהגות, ובכך להתגבר על חסרונות מערכות חד כיווני. תכונה זו הופכת את שיטת יקר במיוחד עבור השדה של גירוי מוחי עמוק, אשר בדרך כלל דורש הערכה מדויקת, ניטור, ההתאמה של גירוי פרמטרים במהלך ניסויים התנהגותיים לטווח ארוך. בסופו של דבר, יחידה microelectrode כרוני מושתלת פותחה עם מקליט משולב, גירוי, אלקטרודה הפניה זה יכול להיות קטנטנים בקלות במהלך ניתוח stereotaxic קונבנציונלי. מנקודת המבט הזו, TWS היא מערכת אלחוטית משולבת, אשר מגדילה את הפארמצבטית מהניסויים להקלטה ולניתוח. איכות ההקלטה TWS הוצגה להיות דומה לאיכות הקלטת הניב עם מערכת הקלטה קווי זמינים מסחרית (ראה איור 5).
ידוע לכל כי גירוי חשמלי של רקתי נחות בחולדה מעורר ברור לברוח התנהגות המאופיינת על ידי פועל או קופץ, המחקה תגובות פחד elicited-אתגרים סביבתיים11,12, 13. התנהגות זו היה המושרה במחקר הנוכחי על ידי גירוי של רקתי נחות באמצעות של TWS או מערכת עגינה מסורתיים. כדי לבדוק את היעילות גירוי של TWS, הושוו הסף לברוח – מינימום העוצמה הנוכחית בהפקת פועל או קפיצות – באמצעות שתי מערכות. חולדות עם הבמה ראש TWS מסוגל לרוץ מהר, קפיצה וטיפוס לעבוד בשטח פתוח, כלומר להציג התנהגות הבריחה טיפוסי, עם חופש תנועה. חשוב, הסף לברוח היו דומים לעומת מערכת עגינה מסורתיים. יחד, פרדיגמה מאתגר למדי שימש כדי לבדוק את הגמישות של TWS, אשר זה שולט בדרך טרחה.
TWS מתאים גם גירוי חשמלי כרונית ניסויים מאז יחידת microelectrode מושתל מאפשר שימוש כרוני. TWS מאפשרת התאמת הפרמטרים הנוכחי גירוי מאוד בדיוק בדרך כדי לזהות במדויק את תדירות וכמות של גירוי הנוכחי היעיל שמעודדים תגובה התנהגותית. בנוסף, אותה חיה זורז עם סף הנוכחי אותו 3 ימים לאחר מכן, אותה תגובה התנהגותית הרצוי מצידם. הדבר מצביע על כי הרקמה סביב קצה אלקטרודה לגירוי לא נפגע על ידי גירוי הנוכחי הדורש בד כ גירוי מוגבר amplitudes הנוכחי עם stimulations חוזרים ונשנים כדי להפיק אותה תגובה התנהגותית.
יתר על כן, זה אפשרי להקטין באופן משמעותי את הזמן ניסיוני, מכיוון המיקרו-מגרה TWS מתעדכן פרמטרים גירוי בזמן אמת כאשר הנסיין משנה אותם בממשק משתמש גרפי. אחרים תכשירים חשמל19 משמש לצורך מחקר פרה כדי לתכנת לעדכון פרמטר הגירוי. במקרים אלה, המכשיר מתוכנת על ידי קשירת החיה באמצעות כבל ליחידה תכנות. זה לא נדרש בעת שימוש של TWS.
לבסוף, הסוללה קבוע העליון של השלב הראשי TWS, חשמלית מחוברים אל הבמה ראש באמצעות מחבר מגנט שני פינים להחלפה קלה של הסוללה. היתרון הוא כי במהלך הניסוי זה ניתן לשנות את הסוללה ללא ניתוק השלב הראשי TWS מיחידת אלקטרודה מושתל, וזה הרבה יותר נוח לבעל-החיים. במהלך המחקר הנוכחי השתמשנו סוללה זמן הפעולה שלו היא רק 1 שעה. למקרה הניסוי לוקח זמן רב יותר 1 h, מומלץ יש סוללה טעונה נוספים זמינים. ניתן לחבר את TWS החלפת סוללות נטענות עם קיבולת של אמא (i) 230 1 h מבצע זמן או (ii) 450 אמא בפעם כ 2.5 h מבצע. שני סוגי סוללות ניתן לטעון באופן מלא ב- 15 דקות.
לסיכום, המחקר הנוכחי מתאר את הפעולה של TWS מיועד גירוי עצבי והקלטה של להתנהג בחופשיות חיות קטנות. סט משולב לחלוטין microelectrode מושתלת יחידה, שלב הראש, מקלט ותוכנות מוצג גם כן. איכות הקלטה אלחוטית של גירוי דומה של רתום הקלטת המערכת עם היתרון של להיות יותר נוח, קל, בטוח לחיה. לכן, TWS יכול לשמש כדי להחליף את מערכת עגינה מאז היא לא להגביל את הניידות של החיה, מספק שיטה גמישה כדי לשלוט ורישום עצבית בנסיבות איפה גישות אחרות יהיה קשה או בלתי אפשרי. לכן, TWS יכול להיות כלי חשוב לחקור איך חשמל פעילות המעגלים העצביים מוגדרים יוצר צורות מסויימות של התנהגות, שאלה בסיסית במדעי המוח.

שאלה בסיסית במדעי המוח היא פעילות חשמלית איך בתוך המעגלים העצביים מוגדרים יוצר צורות מסויימות של התנהגות. In vivo אלקטרופיזיולוגיה היא טכניקה חזקה כדי להתייחס לשאלה זו, מתן כלי כדי להקליט או לעורר את הפעילות החשמלית במוח בזמן חיות מבצע את פעילויות התנהגותיות מסוימות. אולם, המערכות הקיימות לעתים קרובות לסמוך על כבל קשור הקלטות1,2, סביר להניח הגבלת הניידות ומניעת ביטוי מלא של הרפרטואר ההתנהגותי animal´s. יתר על כן, בעיקר חד כיווני מערכות משמשים, ומאפשר גם הקלטה3,4,5 או גירוי6,7 של פעילות עצבית, אבל לא באותו זמן או לאותו יעד, שהופך אותו קשה disentangle הגומלין סיבתי בין תבניות הפעלה ספציפית מוח והתנהגות. רק כמה אלחוטית, מערכות דו-כיווני ויוו ההכנות זמינים כעת. עם זאת, הם בדרך כלל כבדים (40-50 גרם) וכוללת שתי נפרד נייד יחידות, קרי שלב ראש ו תרמיל מחוברים עבור כוח המבוסס על הסוללה אספקת8,9,10, והוציאם פחות גמיש מעלה את הסיכון של ניתוק כבל למשל במהלך עצמית לטפח התנהגות. אף אחד מערכות אלחוטיות הנ ל מציעים יחידות microelectrode מושתלת לרכוש קונספט משולב מלאה של פעילות עצבית במהלך התנהגות ethologically חוקית מלאה עם הפארמצבטית גבוהה התנאים ניסיוני.
. הנה, חיבור אלחוטי חדש, המכשיר דו-כיווניים עבור הקלטות ויוו וגירוי של פעילות עצבית להתנהג בחופשיות חולדות הוא הציג. מערכת אלחוטית תומאס (TWS) פועלת יחידה נשלפת ראש בשלב כזה יכול לשדר רב-ערוצי פעילות באמצעות ערוצי הקלטה עצמאית עד ארבע, ניתן לפלח לגירוי חשמלי במוח בזמן אמת. בנוסף, יחידת microelectrode כרוני מושתלת תואם TWS פותחה המאפשר הקלטה של גירוי עצבי. ממשק משתמש גרפי תוכנה TWS, עבור הקלטה של גירוי מוצג גם. מחקר זה מתאר את יישום אימות ו ויוו המכשיר כולו.
על מנת לאמת את המערכת TWS שיהפכו נחות נבחר כמבנה עצבית המטרה כי מענה עבירה התנהגותית יכול להיות שהפיק שלה גירוי חשמלי. ידוע לכל כי גירוי חשמלי של שיהפכו נחות מעורר unconditioned 'פחד כמו' תגובות התנהגותיות אצל חולדות, כגון עירנות, תנוחות לצדדים, הקשתת הגב האחורי, הקפאה, התנהגות הבריחה (טיסה). זה דפוס תגובה מחקה לתגובות לפחד עורר על ידי אתגרים סביבתיים, כגון אירוע מזיקים הנתפסת, התקפה או איום על הישרדות11,12,13. ההנחה היתה כי היכולת להפיק התנהגות כזו ברורה וחד משמעית תספק אתגר אמיתי כדי TWS.

<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

In vivo אלקטרופיזיולוגיה היא טכניקה חזקה כדי לחקור את הקשר בין פעילות המוח והתנהגות בקנה מידה אלפיות השנייה, מיקרומטר. אולם, שיטות מסתמכים בעיקר על כבל קשור הקלטות או רק להשתמש במערכות חד כיווני, המאפשר הקלטה או גירוי של פעילות עצבית, אבל לא בחלק באותו זמן או לאותו יעד. כאן, חיבור אלחוטי חדש, המכשיר דו-כיווניים עבור הקלטה רב-ערוצית בו זמנית וגירוי של פעילות עצבית להתנהג בחופשיות חולדות הוא תיאר. המערכת פועלת באמצעות יחידה ניידת ראש שלב שידורים מוקלטים פעילות וגם יכול להיות ממוקד בזמן אמת על גירוי מוחי באמצעות תוכנה רב-ערוצית המבוססים על טלמטריה. השלב הראשי מצויד עם מגבר קדם, סוללה נטענת, המאפשר הקלטות ארוכות טווח יציב או גירוי של עד 1 ה חשוב, השלב הראשי הוא קומפקטי, שוקל 12 גרם (כולל סוללה), ובכך יש השפעה מזערית על animal´s רפרטואר התנהגותי, שהופך את שיטת החלים על קבוצה רחבה של פעילויות התנהגותיות. יתר על כן, שיטת יש היתרון העיקרי כי ההשפעה של גירוי מוחי על פעילות עצבית והתנהגות ניתן למדוד בו זמנית, מתן כלי כדי להעריך את קשרי הגומלין סיבתי בין המוח ספציפי הפעלת דפוסי התנהגות. תכונה זו הופכת את שיטת יקר במיוחד עבור השדה של גירוי מוחי עמוק, ומאפשר הערכה מדויקת, ניטור, והתאמה של גירוי פרמטרים במהלך ניסויים התנהגותיים לטווח ארוך. תחולתה של המערכת אומתה באמצעות שיהפכו את נחות כמבנה מודל.

נתונים טכניים TWS
מערכת אלחוטית מציע 4 ערוצי הקלטה עצמאי ערוץ 1 גירוי. פעילות חוץ-תאית נאספות על ידי האלקטרודה ליבה אחת הקלטה, הוריש את קלט אות עכבה גבוהה של מערכת אלחוטית. האות המוקלט היה מוגבר מראש (x200) על ידי, מצמידים AC, דיפרנציאלי מגבר קדם קלט ו bandpass מסוננים (אות קבוע רוחב פס, 500 הרץ. 5 קילו-הרץ) כדי להקליט רק יחידה מרובת פעילות, כי במחקר הנוכחי הענין המרכזי היה פעילות היחידה הרשומה, פוטנציאל שדה לא מקומי. רווח לתכנות משולב הראשי-המגבר מציע תוכנה מתכוונן רווח עבור הערוצים הקלטה ארבע (x1, x2, x4, x8, x16, x32, x64). שרשרת אות מלאה של המערכת האלחוטית הציע הכוללת ערכי רווח x200 x400, x800, x1600, x 3200, x6400 ו- x12800. לאחר הגברה סינון, האות האנלוגי היה דיגיטציה מאת ממיר אנלוגי לדיגיטלי, מאופנן על טנדר בתדירות גבוהה, המועברת על ידי מקלט-משדר רדיו באמצעות תדרים של 2.4-2.5 ג'יגה-הרץ. מאותו סוג מקלט-משדר שימש בצד השני של נתיב השידור. זה משדר השני חובר למחשב האישי דרך יציאת USB. נתיב השידור שימש עבור נתונים דו-כיוונית שידור כדי לשלוח את האותות המוקלטת חוץ-תאית מהחיה למחשב ולהיפך הפרמטרים בקרת הגברה של האות, גירוי מן המחשב אל החיה.
שימוש של TWS, ניתן היה בהצלחה להקליט את פעילות המוח יחידה מרובת ולשנות ההתנהגות של בעלי חיים על ידי גירוי של רקתי נחות ואילו החולדה נעה בחופשיות בשדה הפתוח. המשדר הוצב עד 5 מ' מן החיה, היה מחובר למחשב באמצעות כבל USB יציאות (ראה איור 2). השוואה של איכויות הקלטה שנעשתה בטראנס עגינה, מערכת אלחוטית הוכח באיור5. TWS רשומות יחידה מרובת הפעילות עם איכות אות דומה כמערכת הקלטה קווית. המיקרו-מגרה זה ממריץ אלחוטית אמיתית המעדכנת פרמטרים גירוי בזמן אמת, כלומר גירוי האות, אשר פרמטרים מוגדרים עם התוכנה TWS שמועבר אל האלקטרודה גירוי מחובר אל הבמה ראש בתוך כמה מילי שניות לאחר הלחיצה על הכפתור גירוי. לכן, ניתן היה לשנות את הפרמטרים גירוי מבלי לקחת את החיה הכלוב. תכונה זו יש יתרון כי אחד יכול למזער את הזמן לניסויים גירוי.
תוכנה TWS תוכנן במיוחד כדי לאפשר שליטה על כל התכונות של מערכת אלחוטית (למשל הקלטה של גירוי) באמצעות ממשק משתמש גרפי אחד (איור 3 ו- 4 באיור). עבור מיקרו-גירוי, שימש אות גירוי זה פותחה באמצעות ממשק המשתמש הגרפי של התוכנה TWS. אחד האביזרים המקובלים לגירוי של TWS נעשה שימוש במצב מאוזן גירוי קבוע-הנוכחי ללא תשלום. התבנית גירוי נשלח באופן אלחוטי ממריץ זרם קבוע משולב ביחידת ה-שלב ראש אלחוטית. גירוי הנוכחי הוחל בין microelectrode לעבוד בהמטרה של עניין (כמו למשל רקתי נחות במחקר הנוכחי) אלקטרודה מונה הרחוק גדול יותר שימש האלקטרודה הקרקע או הפניה של TWS. בהתאם עכבה אלקטרודה לגירוי מתח התאימות של ממריץ זרם קבוע, זה אפשרי להשתמש בטווח הנוכחי גירוי מקסימאלית של ±625 µA, למרות סף הנוכחי נמוך יותר היה נדרש בניסויים הנוכחי. . הנה, תשלום biphasic מאוזנת גירוי קבוע-הנוכחי שימש עם זרמים שיא עד 300 µA. במקרה של גירוי biphasic, הדופק הראשון משמש שמעודדים את אפקט פיזיולוגי, הדופק השני בדרך כלל מפלות אלקטרוכימי תהליכים המתרחשים במהלך גירוי הדופק18. השלב הראשי TWS מספקת גירוי בזמן אמת תבניות להגדיר באמצעות ממשק המשתמש הגרפי של התוכנה TWS (ראה איור 4).
התוכנה TWS מחולק לשלושה חלקים עיקריים: (i) בחלון הראשי עם פקדים עבור הקלטה, גירוי, גירוי (ii) גנרטור חלון עם כל אפשרויות הגדרת הפרמטרים אות גירוי של חלון (iii) replayer עבור מריצה קבצי נתונים המוקלט. החלון הראשי מאפשר למשתמש להציג את האותות מוקלטות של עד 4 ערוצים הקלטה, להגדיר את הרווח עבור כל הערוצים, התחל/הפסק הקלטה של האותות המוצג. שידור הנתונים מאוחסנים בקובץ בדיסק הקשיח במחשב. נתיב הקובץ ממוקם בתפריט התצורה. מלבד הפרמטרים הקלטה, בחלון הראשי מאפשר להפעיל ולהפסיק את תהליך גירוי. הנוכחי גירוי קבוע המועבר דרך האלקטרודה גירוי במוח בעלי חיים מוצגים בזמן אמת על המסך החלון הראשי. שאר הפרמטרים של האות גירוי הם שהותאמו מראש בחלון הגדרות הפרמטר הגירוי. זה אפשרי להגדיר רכבות הדופק גירוי מונו - או biphasic, כדי להגדיר כל גירוי נפוץ הדופק פרמטרים כמו לדוגמה דופק רוחב, משרעת הדופק, זמן בין פולסים, וכו ' (פרטים ראה איור 4). הפונקציה הדופק גירוי הנובעת ערכי הפרמטרים שנבחרו מראש מוצג תצוגה גרפית בחלון מחולל גירוי.
התוכנה TWS תוכנן על פי היבטים שימושיות. השימושיות של התוכנה הוא גורם חיוני להבטחת ההתקדמות חלקה של הניסוי גירוי אלחוטית/הקלטה, על סביבת עבודה בטוחה ונוחה. זה גם עוזר לשפר את הפארמצבטית של הניסוי.
נתונים יחיד-יחידת הקלטה, גירוי חשמלי
פעילות חוץ-תאית יחידה מרובת נרשמה במרוכז רקתי נחות של האלקטרודה מושתל אותו באמצעות של TWS ומערכת הקלטה קשור קונבנציונלי. איור 5 מראה נציג נתונים גולמיים נרשם באמצעות שתי מערכות בעוד החיה נעה בחופשיות בשטח פתוח. השוואה ישירה של האותות מציע ואת ספייק דומה וגם רמות רעש (איור 5 א ו- 5B). הפגנה של הטופס ספייק מתואר א' 'ו ב''.
מאז החולדות לא ניסה להסיר את הבמה ראש TWS לאחר הניתוח ובמהלך הימים הבאים, זה היה מובן מאליו שזה לא התערבו באופן משמעותי עם התנועות שלהם, לא גרמו אי נוחות. לפיכך, על ידי שימוש של TWS, בעיה נפוצה בהקלטות עגינה של חולדות היה נמנעה כגון הסרת הלעיסה של מחברים, כבלים. אכן, חולדות עם הבמה ראש TWS הצליחו לחקור את השדה פתוח, בנוסף מבוך (sהנדסת חשמל 1 סרט) מפגין נורמלי המעברים, גידול וטיפוח התנהגויות.
בנוסף, הפרמטרים גירוי המשמש את TWS או מערכת עגינה קונבנציונאלי עורר לאותה תוצאה התנהגותית, כאן לברוח התנהגות. החל מ- 100 µA, משרעת הנוכחי גירוי הוגדל צעד אחר צעד עד סף בריחה - מינימום עוצמת הנוכחית בהפקת פועל או קפיצות - הושג, התנהגות הבריחה מצידם. הסף לברוח בודדים של חולדות 4 היו דומים כאשר באמצעות שתי מערכות (איור 5C).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56299/56299fig1.jpg"> 
איור 1: TWS microelectrode ההוראה (1) הקלטה אלקטרודה אחת/tetrode, אלקטרודה לגירוי (2), (3) אלקטרודה סיבים חיבור לוח, כבלי החיבור גמיש (4), (5) הקרקע חוט, לוח מחבר (6), מחבר (7) זכר או נקבה למערכת TWS (א); יחידת microelectrode TWS מחובר את מגבר קדם (8), המחזיק (9); (B) מוכנים להיות מחובר למסגרת stereotaxic (C). <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56299/56299fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56299/56299fig2.jpg"> 
איור 2 : מבט מלמעלה של השלב הראשי TWS רכוב מודול (A) ללא אספקת חשמל מצבר. סה כ מידות: גובה 12.5 מטר, עומק 24 מ מ (19.3 מ"מ + 4.7 מ"מ), רוחב 22.1 מ מ, משקל: 5.96 ג'י התצוגה התחתונה (B) מציג המחבר יחידת אלקטרודה; ספק כוח מצבר, גובה 9 מ מ, עומק 26 מ מ, רוחב 20 מ מ, משקל גרם 6 (ג); סקירה כללית של הרכיבים TWS המשמש לבדיקה זו: (1) ראש שלב יחידה עם מצבר רכוב על הגולגולת animal´s, יחידה (2) מקלט-משדר מחובר למחשב יציאת USB, (3) TWS תוכנה (D); צילום של חולדה בחופשיות הזזת ומציגות השלב הראשי TWS לחבר יחידת microelectrode בעבר מושתל (E) והתוכנה TWS מציג אותות מופת מוקלטות (F). השלב הראשי TWS מספקת גירוי בזמן אמת תבניות להגדיר באמצעות ממשק המשתמש הגרפי של התוכנה TWS. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56299/56299fig2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56299/56299fig3.jpg"> 
איור 3: TWS תוכנה ממשק משתמש גרפי, הקלטת המסך. ביצוע הקלטה TWS עם אלקטרודה הקלטה ביפולרי יחיד, שמושתל שיהפכו נחות, מתואר על המסך. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56299/56299fig3large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56299/56299fig4.jpg"> 
איור 4: ממשק המשתמש הגרפי של התוכנה TWS. גירוי מסך (A), גירוי פרמטר מפרטים (B). גירוי אות פרמטרים (C) כגון רוחב (PxW), דופק משרעת (PxA), אינטר הדופק עיכוב (באמצעות IPD), הזמן בין פעימות (TBP), הדופק לכל הרכבת (PPT) והזמן בין רכבות (TBT) מתכוונן באמצעות ממשק המשתמש הגרפי של התוכנה TWS. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56299/56299fig4large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56299/56299fig5.jpg"> 
איור 5 : השוואה איכותית בין אות יחידה מרובת הקליט extracellularly עם TWS של (A), מלכודת הקלטה קווי (B). שתי הקלטות התקבלו מאותה TWS microelectrode יחידה (עכבה 0.5MOhm) מוטמן בתוך שיהפכו נחות. המרחק בין אנשי הקשר אלקטרודה הקלטה שני היה כ- 400 מיקרומטר. רוחב הפס הקלטה של מערכת קווית של TWS היו זהים (500 Hz. 5 קילו-הרץ), אותות היו נדגמים עם 40 קילו-הרץ (מערכת קווית) ו- 32 קילו-הרץ (TWS). שתי מערכות הקליטה יחידה מרובת פעילות עם איכות אות דומה. אין שום הבדל ברור ירי המחירים בין TWS הקלטות קווית. פוטנציאל הפעולה waveform של הנוירון מ שתי הקלטות מוצגות באיור א' 'ו ב''. פרמטרים גירוי דומה היו נחוצים עבור חולדות 4 להגיע לסף להימלט באמצעות מערכת עגינה (TS) או TWS (C). <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56299/56299fig5large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Movie" src="/files/ftp_upload/56299/56299mov1.jpg"> 
סרט 1: עכברוש למופת מפגין התנהגות נורמלית גישוש במהלך ילדי מבוך פלוס TWS מאפשר החיה להזין את הזרועות פתוחים וסגורים ללא חוטים מקבל סבוכים למעלה על מנגנון בדיקה, בכל מקום ובכל זאת הוא קטן, די אור כך הוא מפריע רק באופן מינימלי בפעילות עצמה. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56299/Movie_1_Exploratory_behavior_JoVE2017.mp4" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בסרטון. (לחיצה ימנית כדי להוריד.)</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

חיבור אלחוטי, מערכת דו-כיווני הקלטות עצבית רב ערוצית גירוי ב להתנהג בחופשיות חולדות הוא הציג. המערכת היא קל וקומפקטי, וכך יש השפעה מינימלית על הרפרטואר ההתנהגותי animal´s. יתר על כן, מערכת דו-כיוונית זו מספקת כלי מתוחכם כדי להעריך את קשרי הגומלין סיבתי בין תבניות ההפעלה מוח והתנהגות.

חיבור אלחוטי, ממשק דו-כיווני ההקלטה In Vivo גירוי של פעילות עצבית להתנהג בחופשיות חולדות

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

בנייה של מערכי Microdrive להקלטות עצביות כרוניות בעכברים מתנהגים ערים

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

Electroencephalography סימולטני קרקפת (EEG), (EMG), והקלטת אינרציה מגזרי כל גוף לMulti-מודאלית עצבית פענוח

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

הגברה לטווח ארוך של Perforant מסלול-משוננת gyrus סינפסה בחופשיות מתנהג עכברים

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

פרוצדורה כדי לחקור את ההשפעה של הגבלת מזון ממושכת בהרואין מחפש אצל חולדות מתנזרות

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

משימות אוטומטיות חזותית קוגניטיבית להקלטה עצבית פעילות באמצעות הקרנה מקיר לקיר מבוך

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

נוהל ללב התחדשות מושרה הקשר של התנהגות אלכוהול מחפשי מיזוג הפבלובית בחולדות

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

מועצת החור השתנה - מדידת התנהגות, קוגניציה ואינטראקציה חברתית בעכברים וחולדות

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

שיטה להשתקה מרחוק עצבית פעילות במכרסמים בשלבים בדידים של למידה

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

באמצעות מודל אנורקסיה מכרסמים מבוסס פעילות לחקר הבסיס הנוירוביולוגי של אנורקסיה נרבוזה

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

גישה חדשנית ניסויית ואנליטית למולטימודליות עצביות פענוח כוונות במהלך אינטראקציה חברתית באופן חופשי על-מתנהג תינוקות אנושיים

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