Instructions for the low-cost construction and surgical implantation of a chronic transcranial high-density electroencephalographic montage into mice are provided. Signal recording, extraction, and processing techniques are also described.
المتقدمة تقنيات التحليل الكهربي التي تتطلب حلا مكانية عالية، بما في ذلك التصوير مصدر كهربائي والتدابير من الاتصال بالشبكة، وقابلة للتطبيق على التوسع متنوعة من الأسئلة في علم الأعصاب. أداء هذه الأنواع من التحليلات في نموذج القوارض يتطلب أعلى كثافة القطب من أقطاب المسمار التقليدية يمكن أن تنجزه. بينما ذات الكثافة السكانية العالية المونتاج الكهربي للقوارض موجودة، فهي من محدودية لمعظم الباحثين، ليست قوية بما فيه الكفاية للتجارب متكررة على مدى فترة طويلة من الزمن، أو تقتصر على استخدامها في القوارض تخدير. 1-3 منخفضة التكلفة المقترحة والتحقيق في طريقة لبناء دائمة، وارتفاع العد، عبر الجمجمة مجموعة القطب، وتتألف من أغطية الرأس التي تزرع في الجسم بشكل ثنائي وسيلة لأداء متقدمة الكهربائي يحلل في الفئران أو الجرذان.
إجراءات لتصنيع خوذة والجراحية زرع نecessary لإنتاج إشارة إلى ارتفاع الضوضاء، وتعرض الكهربي منخفضة مقاومة وإشارات electromyographic. في حين أن منهجية مفيدة في كل من الجرذان والفئران، وتركز هذه المخطوطة على تنفيذ أكثر تحديا لالجمجمة الماوس أصغر. بحرية والمربوطة الفئران تتحرك فقط لكابلات عبر محول المشترك أثناء التسجيل. يوصف نسخة واحدة من هذا النظام الكهربائي التي تضم 26 قناة الكهربي و 4 قنوات electromyographic أدناه.
نشاط الخلايا العصبية يمكن تسجيلها خارج الخلية مع مستويات مختلفة من التفاصيل من المجهرية (إمكانات العمل الفردية) لmesoscopic (امكانات الحقل المحلية) لالعيانية (الكهربائي). ويتم تحليل هذه الآثار الفكرة الرائعة كلاسيكيا في مجال التردد إلى تميز السلوكي، العصبية، أو الدول الكهربية. ويمكن أن يتم هذا مع biopotential واحد، 4 لكن متفرق التسجيلات الكثافة EEG لا يمكن حل المكون المكاني للنشاط الخلايا العصبية. يعتمد التحليل الكهربائي الحديث على أقطاب متعددة لإنتاج خرائط تفصيلية لتوزيع الزمانية المكانية النشاط القشرية من أجل ربط هذا النشاط مع حالات نفسية معينة والعمليات الفسيولوجية. 5-7 اثنان من فئات أكثر شيوعا من تحليل تتطلب عالية الكثافة المونتاج EEG هي التصوير مصدر كهربائي والتدابير الاتصال بالشبكة العصبية. 8-11
<p class="jove_content"> التصوير مصدر الكهربائية ينطوي على توطين مناطق الدماغ النشطة وظيفيا. رسم الخرائط الطوبوغرافية من مجموعة الكهربائي يمكن تصور كثافة مصدر في الوقت الراهن من النشاط الكهربائي في الدماغ خلال إمكانات الصلة بالحدث (نظم تخطيط موارد المؤسسات)، وإمكانات أثار (EPS). يستخدم توطين مصدر كهربائي عادة في كلتا الدراستين مصادرة وكذلك في توزيع الطاقة يحلل 12-15 منذ EEG لديها قرار زمنية عالية، ودراسات EEG تسمح تقييم في الوقت الحقيقي من نظم تخطيط موارد المؤسسات وربحية السهم وكذلك الدقيق زمنيا التحليل اللاحق. 3،11 ، 12ربط الدول والوظائف المعرفية مع التفاعل من التذبذبات ينظر إليه على الكهربائي هو الهدف النهائي للتدابير مختلفة من الاتصال بالشبكة العصبية. وقد أظهرت العديد من الدراسات وتزامن مرحلة قفل من التذبذبات بين مناطق الدماغ المختلفة ترتبط مع دول معينة من الإثارة، والاهتمام، والعمل. 6،13،14،16-19 </sup> إظهار هذه الجمعيات إشارة بين مناطق الدماغ يتطلب صفائف عالية الكثافة التي تتيح إجراء تقييمات الاتصال بالشبكة.
التعريب المصدر وشبكة يحلل إشارات EEG نشأت مع الدراسات على البشر، ولكن التحقيقات في أساس العصبية لهذه الإشارات تنطوي بالضرورة النماذج الحيوانية، كما أنها تتطلب تقنيات الغازية التي من المستحيل على خلاف ذلك في البشر. من أجل تكرار هذه التحليلات في نماذج القوارض، هناك حاجة إلى وسيلة لالتقاط إشارات EEG ذات الكثافة السكانية العالية في الدماغ والقوارض. في حين غيرها من الجماعات التي شيدت صفائف مسرى مكروي عالية الكثافة للاستخدام في الفئران، وهذه المناهج هي من محدودية للباحثين دون الوصول إلى مرافق nanofabrication، ليست قوية بما فيه الكفاية للتجارب متكررة على مدى فترة طويلة من الزمن، أو تقتصر على استخدامها في تخدير الفئران. 1-3،7 بروتوكول بديل منخفض التكلفة لبناء المزمنة ذات الكثافة السكانية العالية، عبر الجمجمة القطب الأذربيجانيةويتجلى ذ هنا.
النهج اكتساب إشارة وصفها هنا لا يقتصر على EEG، بل يشمل electromyographic إشارات (EMG). الحصول على إشارات EMG يمكن أن يكون اتباع نهج متكامل لتحديد الدولة السلوك ومفيد بشكل خاص للدراسات النوم. ويوفر هذا النهج وسيطة بين باهظة الثمن، فائقة الكثافة شبكات داخل الجمجمة، وأرقام الرصاص محدودة محتملة مع أقطاب المسمار التقليدية التي لا تكفي لنهج تحليل متقدمة. هي التي شيدت تصميم خوذة بسهولة وبأسعار معقولة للدراسات الإنتاجية العالية. استخدام هذا النظام اكتساب بالتزامن مع تقنيات التلاعب وراثية أو دوائية متنوعة ضمن نماذج القوارض يمكن أن تساعد في الكشف عن آليات توليد القشرية التذبذب، الاختلافات السلوكية من الاختلافات الوراثية الحقيقية، توطين مصدر من نظم تخطيط موارد المؤسسات والعائد على السهم، وشبكة الاتصالات على نطاق واسع.
يوصف بناء منخفضة التكلفة والخطوات الجراحية اللازمة للوصول الى 26 قناة، وارتفاع الكثافة EEG المونتاج في الماوس بشكل صحيح. سليم فوق الجافية الاتصال الكهربائي أمر بالغ الأهمية في الحصول على إشارات جودة EEG في هذا النظام. خطوتين داخل عنوان بروتوكول هذه المشكلة: دبوس تقليم لمطابقة كفاف الدماغ، وزرع خوذة قبل تعزيز الاكريليك. ومن المهم عدم قطع دبوس قصيرة جدا خلال مرحلة البناء. عندما غرس أغطية الرأس، لا بد من التحقق من رقم التعريف الشخصي المواقع قبل أن التعزيز الاكريليك النهائي. طريقة واحدة لتأكيد السليم اتصال الكهربائي هو من خلال اختبار مقاومة. ظاهريا، ممانعات من 5-10 أوم تشير وضع فوق الجافية السليم. 26 قياسات مقاومة تثبت متانة أغطية الرأس، كقيم مقاومة القطب مستقرة ضمن هذا النطاق أوم 5-10 لمدة 4 أشهر على الأقل بعد الزرع. الأخرىتتضمن خطوة أساسية التوفيق بين دبابيس EMG مع اثنين من الخلفية، معظم الصفوف من EEG الطوب 2 × 7. هذا أمر بالغ الأهمية للاتصال محول، كما EMG المنحرفة ودبابيس EEG سوف يؤدي إلى عدم القدرة على توصيل محول أو دبابيس محول العزم.
والميزة الرئيسية لهذا النظام اكتساب هو سهولة تعديل شكل مجموعة الكهربائي من أجل تحسين احتياجات تجريبية متنوعة. ترتيبات الكهربائي مخصصة التي تناسب الأمثل للتجارب محددة يمكن أن تنشأ بسهولة. التخصيص لتجارب معينة يحتمل أن الجمع بين EEG مع قنية لتسليم المخدرات الموجهة للالدوائية جنبا إلى جنب، الكهربي، والدراسات السلوكية. 27 أغطية الرأس، والمحولات، ومصممة العمليات الجراحية بسهولة إلى عدد كبير من الدراسات عند اتباع الأساليب المذكورة في البروتوكول فوق . والميزة الرئيسية الثانية من هذا النظام الحيازة انخفاض تكلفته. في الوقت الحاضر، يمكن لهذا النظام اكتسابسجل 128 قنوات الإدخال على ما يصل إلى 4 كابلات منفصلة، والسماح التسجيلات في وقت واحد من 4 الفئران أو إذا رغبت في ذلك، الفئران مع شبكات أعلى كثافة. ومن شأن هذا التوسع لا تتطلب سوى كابلات اضافية والمحولات.
هذا النهج إلى عالية الكثافة اكتساب EEG يعالج عيوب عالية الكثافة وطرق حيازة EEG أخرى في الفئران. تم بناء النظام المذكور في هذا العمل بسهولة مع مواد بسيطة ويستخدم الأجهزة مفتوحة المصدر والبرمجيات التي هي رخيصة ومستقرة، ويسمح لالقياسات المتكررة في نفس الحيوان على مدى الأشهر، يسمح بحرية الحركة أثناء التجربة، و لا يتطلب الفئران أن تكون تخدير للتسجيل. قيود من هذا النظام هي أنه قد تم التحقق من صحتها فقط حتى الآن في الفئران التي تزن 20 غراما أو أكثر، وتكون أقدم من 12 أسبوعا. قد يكون الفئران أصغر أو أقل صعوبة مع زرع خوذة. والقيد الثانوي من هذه المنهجية هو عدم القدرة على التحكم بدقة عمق الكهربائي بعد headpIECE تلفيق. ومع ذلك، وينطبق هذا القيد نفسه إلى أقطاب المسمار EEG التقليدية حيث لا يوجد طريقة لمعرفة بالضبط ما قبل الوفاة المسمار عمق النسبي إلى السطح القشري. استكشاف الأخطاء وإصلاحها لهذا الأسلوب عادة ما ينطوي على التدريع صحيح إشارة التدخل من الماوس عندما المربوطة من أجل الحصول على إشارة خالية من الضوضاء.
عالية الكثافة صفائف EEG ضرورية لالتحليلات الزمانية المكانية معقدة من البيانات EEG التي هي طبيعية جديدة في تفسير EEG الحديث. بينما توضح التوزيع المكاني للإمكانات أثار البصرية، والبيانات التي حصل عليها باستخدام هذا النظام يمكن تحليلها باستخدام تقنيات التصوير مصدر كهربائي والتدابير اتصال الخلايا العصبية. تخفيض 60٪ إلى 70٪ في منطقة التماس بين هذه الدبابيس القطب مقارنة اتصالات المسمار التقليدية يسمح أكثر دقة توطين إشارة، كما هو مبين في الشكل (4). توظيف عالية الكثافة التقنيات التحليلية في الفئران المعدلة وراثيا، pharmacol التاليةتدخل ogical، أو في الحيوانات يعانون من أمراض الجوهرية مثل اضطرابات الاستيلاء يمكن أن تساعد في إدراك آليات توليد اهتزازات القشرية محددة، حصر مصادر نظم تخطيط موارد المؤسسات والعائد على السهم، وتكشف عن خصائص الشبكة واسعة النطاق. من خلال تحسين النظم البشرية في موازاة، وهذا النهج تحسين نماذج حيوانية صغيرة من علم وظائف الأعصاب البشري وأمراض الأعصاب، وتوفير أسهل ترجمة الاكتشافات التي تمت في نماذج القوارض إلى أهمية علمية وسريرية على البشر.
The authors have nothing to disclose.
This work was supported by the Foundation for Anesthesia Education and Research Mentored Research Training Grant (ARM), by the National Institutes of Health grants GM107117 (MBK) and GM088156 (MBK), and by the Department of Anesthesiology and Critical Care at the University of Pennsylvania, Perelman School of Medicine.
32 Channel RHD2132 amplifier headstage | Intan Technologies | C3314 | |
Aquistion Board | Open Ephys | v2.2 | |
100 Position Receptable Connector | Digi-Key | ED85100-ND | Headpiece |
Acetone (1L) | Sigma Aldrich | 179973-1L | |
Razor Blade (100pack) | McMaster Carr | 3962A4 | |
Wire-Cutting Pliers | MSC Industrial | 321786 | |
2-Part Epoxy | McMaster Carr | 7605A18 | |
PFA Coated Silver Wire (25ft) | A-M Systems | 787000 | EMG Wire |
CircuitWriter Pen | MCM Electronics | 200-175 | Silver Applicator for Electrode Tips |
36 Position Dual Row Male Nano-Miniature Connector | Omnetics Connector Corporation | A79028-001 | Headpiece to Amplifier Adapter |
Conn Strip Header 2 x 50 | Digi-Key | ED83100-ND | Headpiece to Amplifier Adapter |
Clidox Base and Acitvator | Pharmacal | 95120F & 96120F | Sterilant |
Isoflurane | Priamal Enterprises Ltd | 66794-019-10 | |
Oxygen | Airgas | OX USP300 | |
Closed Loop Temperature Controller | CWE Inc. | 08-130000 | |
Curved Scissors | FST | 14085-09 | |
0.25% Bupivicaine Hydrochloride | Hospira | 0409-1159-02 | Local Anesthetic |
Meloxicam 5mg/mL | Henry Schein | 6451602845 | Pain/Inflammation Relief |
0.9% Sodium Chloride | Hospira | 0409-4888-20 | Fluids |
Cefazolin | Hospira | 0409-0806-01 | Antibacterial |
No.11 Disposable Scapel (20 pk) | Feather | 2975#11 | |
Micro Serrefines | FST | 18052-3 | |
Cotton Swabs (1000 pk) | MSC Industrial | 8749574 | |
0.5mm Micro Drill Bit | FST | 19007-05 | |
Stereotaxic Drill | Kopf | Model 1471 | |
Curved Forceps | Roboz | RS-5136 | |
Methyl Methacrylate | A-M Systems | 525000 | Cement for headpiece |
Methyl Methacrylate Crosslinking Compound | A-M Systems | 526000 | |
Curved Hemostats | FST | 13003-10 | Aide in Adapter Connection |
RHD2000 standard SPI interface cable (3ft) | Intan Technologies | C3203 | |
Cantilever Arm | Instech | MCLA | |
Micro Spatula (12 pk) | Fischer Scientific | S50822 | |
Digital Soldering Station | MCM Electronics | 21-10115 | |
Rosin Core Solder 60/40 Tin/Lead | MCM Electronics | 21-1045 | |
Color Craze Nail Polish with Hardeners (Nitrocellulose based) | L.A. Colors | CNP508 | |
Small Animal Stereotaxic Instrument with Digital Display Console | Kopf | Model 940 |