Presentamos la construcción de un hiperimpulsor 3D imprimibles con dieciocho tetrodos independientemente ajustables. El hiperimpulsor está diseñado para registrar la actividad cerebral en comportarse libremente las ratas durante un período de varias semanas.
Monitoreo de los patrones de actividad de una gran población de neuronas durante muchos días en animales despiertos es una técnica valiosa en el campo de la neurociencia de sistemas. Un componente clave de esta técnica consiste en la colocación precisa de múltiples electrodos en regiones cerebrales deseadas y el mantenimiento de su estabilidad. Aquí, describimos un protocolo para la construcción de un hiperimpulsor 3D imprimible, que incluye dieciocho tetrodos independientemente ajustables y está diseñado específicamente para en vivo grabación extracelular neuronal en comportarse libremente las ratas. Los tetrodos a los microdrives o pueden ser avanzados individualmente en varias regiones del cerebro a lo largo de la pista, o pueden utilizarse para colocar una matriz de electrodos en un área más pequeña. Los tetrodos múltiples permiten un examen simultáneo de action potentials de docenas de neuronas individuales, así como potenciales de campo local de las poblaciones de neuronas en el cerebro durante el comportamiento activo. Además, el diseño proporciona 3D más sencillo elaborar software que puede modificarse fácilmente para diferentes necesidades experimentales.
En el campo de la neurociencia de sistemas, los científicos estudian los correlatos neurales subyacentes a los procesos cognitivos como la navegación espacial, memoria y toma de decisiones. Para este tipo de estudios, es fundamental para monitorear la actividad de muchas neuronas individuales en comportamiento animal. En las últimas décadas, se hicieron dos importantes avances para satisfacer las necesidades experimentales de grabación extracelular neuronal en animales pequeños1,2,3. Primero fue el desarrollo de la tetrodo, un paquete de cuatro microhilos utilizada para registrar la actividad neuronal de neuronas simultáneamente1,2,4. Las amplitudes de señal diferencial de actividad a través de los cuatro canales de un tetrodo permite el aislamiento de la actividad de neuronas individuales de muchas células simultáneamente registrado5. Además, la naturaleza flexible de los microhilos permite una mayor estabilidad de la tetrodo minimizando el desplazamiento relativo entre el tetrodo y la población celular. Tetrodos ahora son ampliamente utilizados en lugar de un electrodo individual para muchos estudios del cerebro en varias especies, incluyendo roedores1,2,6, primates7y8de insectos. En segundo lugar el desarrollo de un hiperimpulsor llevaba tetrodos independientemente móviles múltiples, que permite el monitoreo simultáneo de la actividad neural de grandes poblaciones de neuronas de grabación de múltiples localizaciones3, 9,10,11,12.
La disponibilidad de un dispositivo de grabación multi-tetrodo fiable y asequible para los pequeños animales es limitada. El hiperimpulsor clásico, desarrollado inicialmente por Bruce McNaughton13, se ha utilizado con éxito para grabaciones neurales en comportarse libremente las ratas en muchos laboratorios en las últimos dos décadas9,10,14, 15. sin embargo, por razones técnicas, los componentes originales necesarios para construir la unidad de McNaughton ahora son muy difíciles de conseguir y no son compatibles con interfaces de adquisición de datos recientemente mejorada. El otro diseño bien aceptado de hiperimpulsor requiere los microdrives para individualmente handcrafted, que podría producir resultados inconsistentes y consumir mucho tiempo12. Para grabar la actividad de los nervios de varias regiones del cerebro en ratas comportarse, hemos desarrollado un nuevo hiperimpulsor stereolithographic tecnología. Intentamos satisfacer los siguientes requisitos: (1) el nuevo hiperimpulsor debe permitir desplazamiento preciso de tetrodos en el cerebro y proporcionar grabación estable de varias regiones de destino; (2) el hiperimpulsor nuevo debe ser compatible con el sistema quickclip magnético desarrollado recientemente para permitir la conexión fácil; y (3) el nuevo hiperimpulsor puede ser reproducido con exactitud con materiales fácilmente disponibles. Presentamos una técnica para construir el hiperimpulsor para imprimir 3D que contiene dieciocho tetrodos independientemente móviles, basados en el diseño de McNaughton. En el protocolo, se describen los detalles del proceso de fabricación del nuevo hiperimpulsor, que hemos utilizado con éxito para registros potenciales de acción de la solo-neurona y los potenciales de campo local de las cortezas entorrinal postrhinal y medial durante semanas en una libre rata de comportarse durante las tareas de forrajeo naturales.
Aquí, describimos el proceso de construcción de un hiperimpulsor desarrollado recientemente conformado por dieciocho tetrodos independientemente móviles. La unidad puede ser construida de piezas asequibles compradas en muchas tiendas de hardware disponibles, combinados con componentes creados por stereolithographic impresión. El hiperimpulsor puede ser crónicamente implantado en el cráneo de una rata utilizando procedimientos quirúrgicos estándar y es capaz de grabar actividad neuronal extracelular mientras que e…
The authors have nothing to disclose.
Agradecemos al laboratorio de Moser en el Instituto Kavli centro de Neurociencia de sistemas y computación neuronal, Universidad Noruega de ciencia y tecnología, para la crónica neuronal grabación procedimientos en ratas. Este trabajo fue apoyado por subvenciones de NIH NS098146 R21 y humano frontera ciencia programa a largo plazo becas LT000211/2016-L a L. Lu.
Welding rod | Blue Demon | ER308L-035-01T | Stainless steel, 0.035" in diameter |
Screw | McMaster | 91771A060 | Stainless steel, flat head, 0-80 thread, 5/8" in length |
Screw | McMaster | 91772A051 | Stainless steel, pan head, 0-80 thread, 5/32" in length |
Screw | McMaster | 92196A056 | Stainless steel, socket head, 0-80 thread, 5/16" in length |
Screw | McMaster | 92196A055 | Stainless steel, socket head, 0-80 thread, 1/4" in length |
Screw | McMaster | 95868A131 | Nylon, socket head, 2-56 thread, 3/16" in length, black |
Screw nut | McMaster | 90730A001 | Stainless steel, narrow hex, 0-80 thread |
Shoulder screw | McMaster | 90298A213 | Stainless steel, 8-32 thread, 3/16" in diameter, 1/4" in length |
Cup screw | McMaster | 92313A105 | Stainless steel, 4-40 thread, 3/16" in length |
Thumb screw | McMaster | 94323A592 | Nylon, 8-32 thread, 3/8" in length, black |
Magnet | Apex | M3X1MMDI | Neodymium, 3 mm X 1 mm disc |
Metal tubing | Small Parts | B00137QHNS | Stainless steel, 23 gauge, 0.0253" OD, 0.013" ID, 0.006" wall |
Metal tubing | New England Small Tube | Custom-made | Stainless steel, 30 gauge, 0.012/0.0125" OD, 0.007/0.008" ID, full hard |
Heat-shrink tubing | McMaster | 7856K72 | 0.09" ID before shrinking, blue |
Silicone tubing | A-M Systems | 807300 | 0.040" ID, 0.085" OD |
Polyimide tubing | A-M Systems | 823400 | 0.0045" ID, 0.0005" wall |
Ground wire | A-M Systems | 791500 | 0.005" bare, 0.008" coated, half hard |
Tetrode wire | California Fine Wire | Custom-made | 0.0007" in diameter, platinum-iridium (90%-10%), HML and VG coating |
EIB | Neuralynx | EIB-72-QC-Large | |
Gold pins | Neuralynx | large EIB pins | |
Tap | Balax | 01302-000 | M1.2 thread size |
Tap | McMaster | 2522A811 | 0-80 thread size, bottoming |
Tap | McMaster | 2522A771 | 0-80 thread size, plug |
Tap | McMaster | 26955A94 | 3/8"-24 thread size, bottoming |
Tap | McMaster | 2522A713 | 2-56 thread size |
Tap | McMaster | 2522A715 | 4-40 thread size |
Tap | McMaster | 2522A718 | 8-32 thread size |
Die | McMaster | 2576A457 | 3/8"-24 thread size, 1" OD |
Drill bit | McMaster | 30585A82 | Wire gauge 65, 0.035" in diameter |
Drill bit | McMaster | 30585A83 | Wire gauge 66, 0.033" in diameter |
Drill bit | McMaster | 30585A87 | Wire gauge 70, 0.028" in diameter |
Drill bit | McMaster | 30585A88 | Wire gauge 71, 0.026" in diameter |
Drill bit | McMaster | 30585A91 | Wire gauge 73, 0.024" in diameter |
Drill bit | McMaster | 8870A23 | 3/16" in diameter |
Dremel disc | Wagner | 31M | Diamond coated, 22 mm in diameter, 0.17 mm in thickness |
Steel wire | Precision Brand | 21212 | 0.012" in diameter, full hard |
Steel wire | Precision Brand | 21007 | 0.007" in diameter, full hard |
Steel wire | A-M Systems | 792700 | 0.003" in diameter, half hard |
Super glue | Loctite | LT-40640 | # 406 |
Super glue | Loctite | LT-41550 | # 415 |
Dental acrylic powder | Teets | 223-3773 | Coral |
Dental acrylic liquid | Teets | 223-4003 |