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.
טכניקות ניתוח מתקדמות electroencephalographic המחייבים ברזולוציה מרחבית גבוהה, כולל הדמיה ואמצעי מקור חשמל של קישוריות רשת, החלות על מגוון הולך וגדל של שאלות במדעי המוח. ביצוע סוגים אלה של ניתוחים במודל מכרסם דורש צפיפות אלקטרודה גבוהה אלקטרודות בורג מסורתית יכולה להשיג. בעוד מצרפי electroencephalographic בצפיפות גבוהה מכרסמים קיימים, הם זמינים מוגבלים רוב החוקרים, אינם חזקים מספיק ניסויים חוזרים ונשנים על פני תקופה ארוכה של זמן, או מוגבלים לשימוש במכרסמים בהרדמה. 1-3 בעלות נמוכה המוצע שיטה לבניית מערך אלקטרודות, עמיד ביותר ספירה, transcranial, מורכב headpieces מושתלת בילטרלי נחקרה כאמצעי לבצע ניתוחים אלקטרואנצפלוגרם מתקדמים עכברים או חולדות.
נהלי ייצור כיסוי ראש ו n השתלה כירורגיתecessary לייצר אות גבוהה לרעש, electroencephalographic נמוכה עכבת אותות electromyographic מוצגים. בעוד המתודולוגיה שימושי בשני החולדות ועכברים, כתב היד הזה מתמקד ביישום מאתגר יותר עבור גולגולת העכבר הקטנה. עכברים לנוע בחופשיות הם קשורים רק כבלים באמצעות מתאם משותף במהלך ההקלטה. גרסה אחת של מערכת אלקטרודה זו הכוללת 26 ערוצי electroencephalographic ו -4 ערוצי electromyographic מתואר להלן.
פעילות עצבית ניתן להקליט extracellularly עם רמות שונות של פירוט מתפריט מיקרוסקופי (פוטנציאל פעולה יחיד) כדי mesoscopic (פוטנציאלים בשדה מקומיים) כדי מקרוסקופית (אלקטרואנצפלוגרם). עקבות גל מוח אלה מנותחים קלסיים בתחום התדר לאפיין התנהגות, הנוירופיזיולוגיים או מדינות אלקטרו. ניתן לעשות זאת עם biopotential יחיד, 4 אבל קלטות EEG הצפיפות דלילות לא יכול לפתור את הרכיב המרחבי של פעילות עצבית. ניתוח אלקטרואנצפלוגרם מודרני מסתמך על אלקטרודות מרובים כדי לייצר מפות מפורטות של חלוקת spatiotemporal של פעילות קליפת מוח על מנת לתאם פעילות עם תנאים פסיכולוגיים ספציפיים ותהליכים פיסיולוגיים. 5-7 שתיים בקטגוריות יותר הנפוצות של ניתוח המחייב מצרפי EEG צפיפות גבוהה הם הדמית מקור חשמל ואמצעי קישוריות רשת עצבית. 8-11
<p class="jove_content"> הדמית מקור חשמל כרוכה הלוקליזציה של אזורים במוח פעילים מבחינה תפקודית. מיפוי טופוגרפי של מערך אלקטרודות יכול לדמיין את צפיפות מקור הזרם של הפעילות החשמלית בתוך המוח במהלך פוטנציאלים הקשורים לאירוע (ERPs) ואת הפוטנציאלים עוררים (EPS). לוקליזציה מקור חשמל הוא נפוץ בשני מחקרי התפיסה כמו גם חלוקת כוח מנתח. 12-15 מאז יש EEG רזולוציה גבוהה זמנית, מחקרי EEG אפשר הערכה בזמן אמת של ERPs והרווח למניה וכן ניתוח פוסט הוק מדויק ובזמן. 3,11 , 12שיוך מדינות תפקודים קוגניטיביים עם משחק הגומלין של תנודות לראות על אלקטרואנצפלוגרם היא המטרה הסופית של האמצעים השונים של קישוריות רשת עצבית. מחקרים רבים הראו סנכרון ושלב הנעילה של תנודות בין אזורי מוח שונים הקשורים במדינות ספציפיות של עוררות, תשומת לב, ופעולה. 6,13,14,16-19 </sup> הוכחת עמותות אות כזה בין אזורים במוח דורשת מערכי צפיפות גבוהה המאפשרים ערכות של קישוריות רשת.
לוקליזציה רשת מקור מנתח אותות EEG מקורו במחקרים בבני אדם, אך חקירות הבסיס העצבי עבור האותות הללו בהכרח כרוכות במודלים של בעלי חיים, כפי שהם דורשים טכניקות פולשניות שאי אפשר אחרת בבני אדם. על מנת לשכפל ניתוחים אלו במודלים של מכרסמים, שיטה לכידה אותות EEG צפיפות גבוהה המוח של מכרסם נדרשת. בעוד קבוצות אחרות יש לבנות מערכים microelectrode בצפיפות גבוהה לשימוש בעכברים, גישות כאלה של זמינות מוגבלת לחוקרים ללא גישה למתקני nanofabrication, אינם חזקים מספיק ניסויים חוזרים ונשנים על פני תקופה ארוכה של זמן, או מוגבלים לשימוש הרדים עכברים. 1-3,7 פרוטוקול חלופי בעלות נמוכה לבניית צפיפות גבוהה כרונית, transcranial אלקטרודה ערהy מודגם כאן.
גישת רכישת האות המתוארת כאן אינה מוגבלת EEG, אך כולל electromyographic אותות (EMG). רכישת אותות EMG יכולה להיות גישה משלים להגדרת מדינת התנהגות והוא שימושי במיוחד עבור חקר-השינה. דרך זו מספקת ביניים בין רשתות תוך גולגולתי היקרה, אולטרה-צפיפות גבוהה, ומספרים להוביל המוגבלים אפשריים עם אלקטרודות בורג מסורתיות כי אין מספיק גישות ניתוח מתקדמות. עיצוב כיסוי הראש בנוי בקלות ובמחיר סביר ללימודי תפוקה גבוהה. שימוש במערכת רכישה זו בשילוב עם טכניקות מניפולטיביות גנטיות שונות או תרופתיות בתוך במודלים של מכרסמים יכול לעזור לחשוף את המנגנונים של יצירת תנודת קליפת מוח, סטיות התנהגותיות מהפרשי גנוטיפ נכון, מקור לוקליזציה של ERPs והרווח למניה, ותקשורת רשת בקנה מידה גדולה.
בניית הבעלות הנמוכה צעדי ניתוח נחוצים כדי כראוי להשיג 26 ערוץ, בצפיפות גבוהה מונטאז EEG בעכבר מתוארת. קשר אלקטרודה אפידורלית נכון הוא קריטי ברכישת אותות EEG האיכות במערכת זו. שני צעדים בתוך כתובת פרוטוקול בנושא זה: סיכת זמירה להתאים קונטור המוח, והשתלת כיסוי ראש לפני חיזוק אקריליק. חשוב לא לחתוך סיכה קצרה מדי בשלב הבנייה. כאשר להשתיל את headpieces, זה הכרחי כדי לבדוק מיקום הסיכה לפני חיזוק אקריליק הסופי. דרך אחת כדי לאשר קשר אלקטרודה נכון היא באמצעות בדיקות עכבה. לכאורה, עכבות של 5-10 קילו-אוהם מציעות מיקום אפידורל ראוי. 26 מדידות עכבה להדגים את העמידות 'headpieces, כערכים עכבה אלקטרודה יציבים בתוך 5-10 זה מגוון קילו-אוהם למשך 4 חודשים לפחות לאחר ההשתלה. האחרצעד חיוני כרוך יישור פיני EMG עם שתי השורות האחוריות ביותר של לבני EEG 2 x 7. זה קריטי עבור חיבור מתאם, כמו EMG המיושר וסיכות EEG יגרמו חוסר יכולת לחבר את המתאם או סיכות מתאם מכופפות.
יתרון עיקרי של מערכת רכישה זו הוא הקלות של שינוי הצורה של מערך אלקטרודות כדי לייעל את צרכי ניסוי מגוונים. הסדרים אלקטרודה אישית מותאמים בצורה אופטימלית עבור ניסויים ספציפיים ניתן ליצור בקלות. התאמה אישית עבור ניסויים ספציפיים שעלול לשלב EEG עם צינורית למסירת תרופה מכוונת עבור תרופתי משולב, electroencephalographic, ומחקרים התנהגותיים. 27 headpieces, מתאמים, ניתוחים מותאמים בקלות למספר רחב של מחקרים כאשר בעקבות השיטות שתוארו בפרוטוקול לעיל . יתרון עיקרי שני של מערכת רכישה זו הוא העלות הנמוכה שלה. נכון לעכשיו, מערכת רכישה זו יכולהשיא 128 ערוצי קלט על עד 4 כבלים נפרדים, המתיר הקלטות בו זמנית מ -4 עכברים או אם רוצים, חולדות עם רשתות צפיפות גבוהה יותר. רחבה כזו הייתה רק דורשת כבלים ומתאמים נוספים.
גישה זו הרכישה בצפיפות גבוהה EEG כתובות חסרונות של שיטות רכישה בצפיפות גבוהה אחרות EEG בעכברים. המערכת המתוארת בעבודה זו נבנית בלי בעיות עם חומרים פשוטים ומשתמשת חומרת קוד פתוחה ותוכנה כי הוא זול ויציב, מאפשרת מדידות חוזרות באותו החיה במשך חודשים, מאפשרת תנועה חופשית במהלך ניסוי, ואינה דורשת עכברים להיות הרדים להקלטה. מגבלות של מערכת זו הן שזה יאומת רק עד כה בעכברים שוקלים 20 גרמו או יותר, והם מעל גיל 12 שבועות. קטנים או צעירים עכברים עלולים להתקשות עם השתלת כיסוי הראש. מגבלה משנית של מתודולוגיה זו היא חוסר היכולת לשלוט עומק אלקטרודה דווקא אחרי headpייצור iece. עם זאת, מגבלה אותה זה מתייחס אליהם אלקטרודות EEG בורג המסורתית מאז אין דרך בדיוק לדעת את עומק בורג טרום מורטם יחסית אל פני השטח קליפת המוח. פתרון בעיות בשיטה זו בדרך כלל כרוכה מיגון אות להתערב כראוי מן העכבר כאשר קשור על מנת לקבל אות רעש חינם.
מערכי EEG בצפיפות גבוהה חיוניים ניתוחי spatiotemporal המורכבים של נתוני ה- EEG כי הם דבר שבשגרה בפרשנות EEG המודרנית. בעוד פריסה המרחבית של פוטנציאל חזותי עורר מודגמת, נתונים רכשו באמצעות מערכת זו ניתן לנתח באמצעות טכניקות הדמית מקור חשמל ואמצעי קישוריות עצביות. הפחתה של 60% עד 70% בשטח מגע בין פיני אלקטרודה אלה לעומת קשר בורג מסורתי מאפשרת לוקליזציה אות מדויקת יותר, כפי שמוצגת באיור 4. העסקת טכניקות אנליטיות בצפיפות גבוהה בעכברים מהונדסים גנטי, בעקבות Pharmacolהתערבות ogical, או בחיות עם פתולוגיה מהותי כגון התקפים יכולים לעזור להבחין המנגנונים ליצירת תנודות קליפת מוח ספציפיים, למקם מקורות ERPs והרווח למניה, ולחשוף מאפייני רשת בקנה מידה גדולה. על ידי מערכות אנושיות במעיין קבלה טובה יותר, גישה זו תשפר במודלים של בעלי חיים קטנים של לנוירופיזיולוגיה האדם בנוירופתולוגיה, מתן תרגום קל של תגליות במודלים של מכרסמים רלוונטיים מדעי קלינית בבני אדם.
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 |