Name: implantation of chronic silicon probes and recording of hippocampal place cells in an enriched treadmill apparatus
Uploaded: 2017-10-11T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Implantation of Chronic Silicon Probes and Recording of Hippocampal Place Cells in an Enriched Treadmill Apparatus at JoVE.com

Ce travail a été soutenu par l’Institut coréen des sciences et technologie programme institutionnel (projets n° 2E26190 et 2E26170) et le Human Frontier Science Program (RGY0089/2012).

toutes les méthodes décrites ont été approuvées par le Comité de l’urbanisme de l’Institut coréen des sciences et de la technologie et d’animalier.
 1. préparation du Micro-drive et l’électrode <ol><li>montage du micro-lecteur.
	<ol><li>Imprimer les pièces de la micro-drive (curseur, le corps et coquille) 14 à l’aide d’une imprimante 3D haute résolution. Veillez à ce que les parties n’ont aucun défaut.</li>
		<li>Fixer le...

<ol>
	<li>Schjetnan, A. G., Luczak, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recording+large-scale+neuronal+ensembles+with+silicon+probes+in+the+anesthetized+rat.">Recording large-scale neuronal ensembles with silicon probes in the anesthetized rat.</a> J Vis Exp. (56), (2011).</li><li>Buzsaki, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Large-scale+recording+of+neuronal+ensembles.">Large-scale recording of neuronal ensembles.</a> Nat Neurosci. 7 (5), 446-451 (2004).</li><li>Suner, S., Fellows, M. R., Vargas-Irwin, C., Nakata, G. K., Donoghue, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reliability+of+signals+from+a+chronically+implanted,+silicon-based+electrode+array+in+non-human+primate+primary+motor+cortex.">Reliability of signals from a chronically implanted, silicon-based electrode array in non-human primate primary motor cortex.</a> IEEE Trans Neural Syst Rehabil Eng. 13 (4), 524-541 (2005).</li><li>Csicsvari, J., 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=Massively+parallel+recording+of+unit+and+local+field+potentials+with+silicon-based+electrodes.">Massively parallel recording of unit and local field potentials with silicon-based electrodes.</a> J Neurophysiol. 90 (2), 1314-1323 (2003).</li><li>Hochberg, L. R., 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=Neuronal+ensemble+control+of+prosthetic+devices+by+a+human+with+tetraplegia.">Neuronal ensemble control of prosthetic devices by a human with tetraplegia.</a> Nature. 442 (7099), 164-171 (2006).</li><li>Okun, M., Lak, A., Carandini, M., Harris, K. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Long+Term+Recordings+with+Immobile+Silicon+Probes+in+the+Mouse+Cortex.">Long Term Recordings with Immobile Silicon Probes in the Mouse Cortex.</a> PLoS One. 11 (3), e0151180 (2016).</li><li>Vandecasteele, M., 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=Large-scale+recording+of+neurons+by+movable+silicon+probes+in+behaving+rodents.">Large-scale recording of neurons by movable silicon probes in behaving rodents.</a> J Vis Exp. (61), e3568 (2012).</li><li>Kipke, D. R., 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=Advanced+neurotechnologies+for+chronic+neural+interfaces:+new+horizons+and+clinical+opportunities.">Advanced neurotechnologies for chronic neural interfaces: new horizons and clinical opportunities.</a> J Neurosci. 28 (46), 11830-11838 (2008).</li><li>Royer, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Control+of+timing,+rate+and+bursts+of+hippocampal+place+cells+by+dendritic+and+somatic+inhibition.">Control of timing, rate and bursts of hippocampal place cells by dendritic and somatic inhibition.</a> Nat Neurosci. 15 (5), 769-775 (2012).</li><li>Boyden, E. S., Zhang, F., Bamberg, E., Nagel, G., Deisseroth, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Millisecond-timescale+genetically+targeted+optical+control+of+neural+activity.">Millisecond-timescale genetically targeted optical control of neural activity.</a> Nat Neurosci. 8 (9), 1263-1268 (2005).</li><li>Royer, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multi-array+silicon+probes+with+integrated+optical+fibers:+light-assisted+perturbation+and+recording+of+local+neural+circuits+in+the+behaving+animal.">Multi-array silicon probes with integrated optical fibers: light-assisted perturbation and recording of local neural circuits in the behaving animal.</a> Eur J Neurosci. 31 (12), 2279-2291 (2010).</li><li>Geiller, T., Fattahi, M., Choi, J. S., Royer, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Place+cells+are+more+strongly+tied+to+landmarks+in+deep+than+in+superficial+CA1.">Place cells are more strongly tied to landmarks in deep than in superficial CA1.</a> Nat Commun. 8, 14531 (2017).</li><li>Ylinen, A., 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=Sharp+wave-associated+high-frequency+oscillation+(200+Hz)+in+the+intact+hippocampus:+network+and+intracellular+mechanisms.">Sharp wave-associated high-frequency oscillation (200 Hz) in the intact hippocampus: network and intracellular mechanisms.</a> J Neurosci. 15 (1 Pt 1), 30-46 (1995).</li><li>Battaglia, F. P., Sutherland, G. R., McNaughton, B. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Local+sensory+cues+and+place+cell+directionality:+additional+evidence+of+prospective+coding+in+the+hippocampus.">Local sensory cues and place cell directionality: additional evidence of prospective coding in the hippocampus.</a> J Neurosci. 24 (19), 4541-4550 (2004).</li><li>Hazan, L., Zugaro, M., Buzsaki, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Klusters,+NeuroScope,+NDManager:+a+free+software+suite+for+neurophysiological+data+processing+and+visualization.">Klusters, NeuroScope, NDManager: a free software suite for neurophysiological data processing and visualization.</a> J Neurosci Methods. 155 (2), 207-216 (2006).</li><li>Kadir, S. N., Goodman, D. F., Harris, K. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-dimensional+cluster+analysis+with+the+masked+EM+algorithm.">High-dimensional cluster analysis with the masked EM algorithm.</a> Neural Comput. 26 (11), 2379-2394 (2014).</li><li>Lewicki, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+review+of+methods+for+spike+sorting:+the+detection+and+classification+of+neural+action+potentials.">A review of methods for spike sorting: the detection and classification of neural action potentials.</a> Network. 9 (4), R53-R78 (1998).</li><li>Battaglia, F. P., 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=The+Lantern:+an+ultra-light+micro-drive+for+multi-tetrode+recordings+in+mice+and+other+small+animals.">The Lantern: an ultra-light micro-drive for multi-tetrode recordings in mice and other small animals.</a> J Neurosci Methods. 178 (2), 291-300 (2009).</li><li>Blumberg, M. S., Sokoloff, G., Tiriac, A., Del Rio-Bermudez, 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+valuable+and+promising+method+for+recording+brain+activity+in+behaving+newborn+rodents.">A valuable and promising method for recording brain activity in behaving newborn rodents.</a> Dev Psychobiol. 57 (4), 506-517 (2015).</li><li>Haiss, F., Butovas, S., Schwarz, 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+miniaturized+chronic+microelectrode+drive+for+awake+behaving+head+restrained+mice+and+rats.">A miniaturized chronic microelectrode drive for awake behaving head restrained mice and rats.</a> J Neurosci Methods. 187 (1), 67-72 (2010).</li><li>Dombeck, D. A., Khabbaz, A. N., Collman, F., Adelman, T. L., Tank, D. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Imaging+large-scale+neural+activity+with+cellular+resolution+in+awake,+mobile+mice.">Imaging large-scale neural activity with cellular resolution in awake, mobile mice.</a> Neuron. 56 (1), 43-57 (2007).</li><li>Villette, V., Malvache, A., Tressard, T., Dupuy, N., Cossart, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Internally+Recurring+Hippocampal+Sequences+as+a+Population+Template+of+Spatiotemporal+Information.">Internally Recurring Hippocampal Sequences as a Population Template of Spatiotemporal Information.</a> Neuron. 88 (2), 357-366 (2015).</li><li>Ziv, Y., 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=Long-term+dynamics+of+CA1+hippocampal+place+codes.">Long-term dynamics of CA1 hippocampal place codes.</a> Nat Neurosci. 16 (3), 264-266 (2013).</li><li>Danielson, N. B., 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=Distinct+Contribution+of+Adult-Born+Hippocampal+Granule+Cells+to+Context+Encoding.">Distinct Contribution of Adult-Born Hippocampal Granule Cells to Context Encoding.</a> Neuron. 90 (1), 101-112 (2016).</li><li>Stark, E., Koos, T., Buzsaki, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Diode+probes+for+spatiotemporal+optical+control+of+multiple+neurons+in+freely+moving+animals.">Diode probes for spatiotemporal optical control of multiple neurons in freely moving animals.</a> J Neurophysiol. 108 (1), 349-363 (2012).</li><li>Wu, F., 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=An+implantable+neural+probe+with+monolithically+integrated+dielectric+waveguide+and+recording+electrodes+for+optogenetics+applications.">An implantable neural probe with monolithically integrated dielectric waveguide and recording electrodes for optogenetics applications.</a> J Neural Eng. 10 (5), 056012 (2013).</li></ol>

Enregistrement chronique de l’activité neuronale est essentiel pour la compréhension des processus neuronaux comme les champs de lieu hippocampe. Notre approche pour effectuer des implantantation de sonde de silicium chronique se distingue d’autres méthodes7,18,19,20 par le fait qu’il est relativement simple de récupérer le paquet de l’électrode à la fin de l’expérience. Alors...

Silicium sondes présentent plusieurs avantages pour les enregistrements électrophysiologiques, y compris le fait qu’ils sont conçus avec des profils pointus, réduisant au minimum les lésions tissulaires et qu’ils présentent une disposition précise de dense enregistrement sites1, 2,3,4. Ils sont utilisés pour étudier les différents systèmes chez différentes espèces, dont5,3,les humains6, avec des approches diverses1,7. Pourtant, leur utilisation récurrente est encore relativement limitée en raison de leur coût, fragilité et le fait que des méthodes pratiques pour expériences chroniques font défaut8. Les progrès récents dans la technologie d’impression 3D ont rendu possible la conception personnalisée de dispositifs tels que micro-disques et plaques de tête pour permettre une manipulation plus facile de ces électrodes délicats. Dans un premier temps, nous décrirons comment construire et utiliser un ensemble d’outils que nous avons élaborée pour l’implantation de la chronique de silicium sondes14.
Tandis que les cellules de lieu sont généralement étudiés en utilisant des animaux se déplaçant librement en cours d’exécution dans des labyrinthes, récemment ils ont été également étudiés dans des environnements virtuels15 et tapis roulant apparatii9 (Figure 1 a). Ces méthodes expérimentales présentent l’avantage que les animaux peuvent être tête-immobilisés, rendant l’utilisation du microscope 2 photons15, patch clamp16et optrode9,10,11 plus faciles, en plus de fournir le renforcement du contrôle sur le comportement animal et signaux environnementaux12techniques. Dans un second temps, nous présenterons les modalités de formation souris et place l’activité des cellules d’enregistrement dans un appareil de tapis roulant.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Silicon Probe</td>
			<td>Neuronexus</td>
			<td>Buzsabi32</td>
			<td>Recording electrode</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Recording system</td>
			<td>Intantech</td>
			<td>RHD2132/RHD2000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3D printer</td>
			<td>Asiga</td>
			<td>Pico Plus 27</td>
			<td>High resolution printer for micro-drive</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3D printer</td>
			<td>Stratasys</td>
			<td>Mojo</td>
			<td>Lower resolution printer for hat components</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stereotaxic apparatus</td>
			<td>Kopf</td>
			<td>Model 963</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Binocular microscope</td>
			<td>Leica</td>
			<td>M60</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Treadmill apparatus</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>We build them</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

implantation of chronic silicon probes and recording of hippocampal place cells in an enriched treadmill apparatus

Un critère important pour comprendre le fonctionnement du cerveau est l’identification du comportement et de l’activité des cellules en corrélation. Sondes de silicium sont avancés électrodes d’enregistrement électrophysiologique à grande échelle de l’activité neuronale, mais les modalités de leur implantation chronique sont encore peu développées. L’activité des cellules de l’hippocampe lieu est connue pour mettre en corrélation avec la position de l’animal dans l’environnement, mais les mécanismes sous-jacents sont encore peu clairs. Pour étudier les cellules de lieu, nous décrivons ici un ensemble de techniques qui vont de la fabrication de dispositifs pour sonde de silicium chronique les implants à la surveillance de l’activité de champ de place dans un appareil de cue-enrichi le tapis de course. Un micro et un chapeau sont construits par montage et fixation ensemble 3D-imprimé des pièces en plastique. Une sonde de silicium est montée sur le micro-lecteur, nettoyée et recouvert de colorant. Une première intervention chirurgicale est réalisée pour fixer le chapeau sur le crâne d’une souris. Petits points de repère sont fabriqués et attachés à la ceinture d’un tapis roulant. La souris est formée pour exécuter tête-fixé sur le tapis roulant. Une deuxième chirurgie est réalisée pour implanter la sonde de silicium dans l’hippocampe, suivant Quels signaux électrophysiologiques à large bande sont enregistrées. Enfin, la sonde de silicium est récupérée et nettoyée pour être réutilisés. L’analyse du lieu l’activité des cellules dans le tapis roulant révèle une diversité des mécanismes de champ, soulignant l’avantage de l’approche.

Tout d’abord, une souris a été formée pour fonctionner sur une courroie longue de deux mètres dépourvu de repères (Figure 1). Après l’implantation de l’électrode, une nouvelle courroie de même longueur mais présentant 3 paires d’indices a été installé sur le tapis roulant, afin de générer des représentations spatiales d’allocentrique12,14. Signaux à large bande ont été enr...

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Implantation of Chronic Silicon Probes and Recording of Hippocampal Place Cells in an Enriched Treadmill Apparatus

Les auteurs décrivent les diverses étapes d’implant chronique silicium sondes et d’enregistrer des cellules de lieu chez les souris qui sont la tête de la course-fixé sur un appareil de cue-enrichi le tapis de course.

Implantation des sondes de silicium chronique et enregistrement des cellules hippocampiques Place dans un appareil de tapis roulant enrichi

An important requisite for understanding brain function is the identification of behavior and cell activity correlates. Silicon probes are advanced ...

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Recording Large-scale Neuronal Ensembles with Silicon Probes in the Anesthetized Rat

Enregistrement à grande échelle ensembles neuronaux avec des sondes en silicone chez le rat anesthésié

Large scale electrophysiological recordings from neuronal ensembles offer the opportunity to investigate how the brain orchestrates the wide variety of ...

Recherche

Neurosciences

Surgical Implantation of Chronic Neural Electrodes for Recording Single Unit Activity and Electrocorticographic Signals

L&#39;implantation chirurgicale d&#39;électrodes neurales chroniques pour l&#39;enregistrement d&#39;activité Unité unique et Signaux Electrocorticographic

The success of long-term electrophysiological recordings often depends on the quality of the implantation surgery.  Here we provide useful information for ...

Large-scale Recording of Neurons by Movable Silicon Probes in Behaving Rodents

À grande échelle d&#39;enregistrement des neurones par des sondes de silicium mobiles à se comporter Rongeurs

A major challenge in neuroscience is linking behavior to the collective activity of neural assemblies. Understanding of input-output relationships of ...

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Conception et montage d&#39;un Microdrive ultra-léger motorisé pour des enregistrements de neurones chroniques chez les petits animaux

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