使用多通道薄膜电极记录小鼠视觉诱发电位的地形脑电图

摘要

本方案描述了一种利用32通道薄膜电极在小鼠中获取和分析颅顶视觉诱发电位地形图的简单方法。

摘要

视觉诱发电位（VEP）可用于表征临床前小鼠模型中的视觉功能。目前存在多种用于测量小鼠VEP的方法，包括非侵入性脑电图（EEG）、皮下单电极、皮层脑电图（ECoG）以及完全侵入性的多通道皮层内视觉皮层记录。在急性实验条件下，进行局部皮层内微电极测量之前，获取视觉反应的全局性、地形图式的脑电图水平表征可能是有益的。例如，一种应用场景是 在研究耳聋模型对局部皮层内水平的影响之前，先评估VEP地形图中的全局跨模态变化。多通道颅外脑电图（EEG）是一种可靠的方法，可用于获取皮层视觉活动的总体测量结果。 多通道颅外EEG通过标准化且一致的方法提供可比结果，可用于识别皮层视觉功能中的跨模态、病理或与年龄相关的变化。本研究介绍了一种在麻醉小鼠中使用32通道薄膜EEG电极阵列获取闪光刺激诱发VEP地形分布的方法。结合时域和频域分析，该方法可快速表征和筛选小鼠皮层视觉功能的地形分布及基本视觉特性，并可与多种急性实验条件相结合。

引言

小鼠是研究视觉退行性过程及眼科疾病的临床前模型^1,2,3,4。视觉诱发电位（VEPs）常用于评估皮层视觉功能，例如用于评价病理模型中的视觉退化情况^5,6。视觉诱发电位的潜伏期、传导时间、振幅、多焦特征或皮层空间分辨力可提供有关视觉系统功能完整性的诊断信息^7,8,9。

在小鼠中，皮层视觉诱发电位可以通过不同复杂程度的方法在多种空间尺度上进行测量，这些方法包括非侵入性脑电图（EEG）、皮下针电极、颅骨植入螺钉，以及完全侵入性的颅内方法，如硬膜外皮层脑电图（ECoG）和皮层内电极记录^10,11,12<....

方案

所有动物的饲养和管理均遵循德国（TierSchG, BGBl. I S. 1206, 1313）和欧洲联盟（ETS 123；指令 2010/63/EU）关于动物研究的指导原则。动物实验经德国州级主管部门（下萨克森州消费者保护与食品安全局，LAVES）批准，并由大学动物福利官员进行监督。本研究使用一只3月龄雄性C57BL/6J小鼠。

1. 动物详细信息

1. 根据特定的研究问题，在小鼠中进行适当的视觉诱发电位（VEP）测量。
2. 注意小鼠品系在生理学上的特殊性，这些特性可能因麻醉敏感性、癫痫易感性、年龄或遗传背景的差异而影响实验结果。
   ​注意：具有不同遗传背景的小鼠品系常会发展出其他感觉功能障碍（例如，C57BL/6 小鼠的进行性听力丧失），这些障碍可能不易被察觉，但会间接影响视觉处理（例如，跨模态影响¹⁹）。

2. 全身麻醉的诱导

1. 在记录部位准备手术区域。测定小鼠术前体重。
2. 腹腔注射氯胺酮/赛拉嗪诱导麻醉，剂量为氯胺酮盐酸盐 100 mg/kg、赛拉嗪盐酸盐 4 mg/kg 和卡洛芬 5 mg/kg（参见 材料表）。
3. 注射后立即将小鼠放回....

结果

使用多通道脑电图记录视觉诱发电位，可评估小鼠VEP振幅、潜伏期或频率成分的空间分布。图2A展示了从一只3月龄雄性C57BL/6J小鼠获取的颅外32通道脑电图记录的闪光诱发电位分布图示例。最强的视觉诱发电活动出现在视觉皮层上方的枕区。

图2B 显示了闪光刺激开始前后不同时间点颅骨表面的电压分布。视觉诱发电位（VEP）的N1波幅值在刺激后50 ms时于中央枕区达到最强。随后在刺激后300 ms时，出现电位反转，并在枕区和额区出现正向波峰。图1B 中的蝶形图显示，VEP的N1成分峰值潜伏期为46 ms，刺激开始后约300 ms出现正向波峰。

图2C 显示了从所有脑电图（EEG）通道计算得到的全局场功率^37,

讨论

本文介绍了一种使用薄膜电极记录小鼠颅外多通道脑电图（EEG）的方法，以及如何获得视觉诱发电位的一致性拓扑图。在此，我们以双眼前闪光刺激为例进行展示 ，但该方法也可结合其他类型的视觉刺激（例如单眼刺激、空间光栅、局部视野刺激）使用，例如配合更大的显示屏。

实验方案中的一个关键步骤是电极的放置。必须确保电极位置的精确性和一致性，以保证不同实验之间的可比性。重要的是，需要记录电极的位置以便后续比较（例如，手术显微镜图像）。尽管可以使用不同类型和构型的薄膜电极（来自其他供应商），但建议选定一种明确的电极构型，并在后续实验中保持一致，以确保结果的可回溯比较。第二个关键因素是电极与颅骨的良好接触。接触质量会影响电极的阻抗和信号质量⁴⁰。因此，各个电极位点与颅骨的接触情况应尽可能一致，尤其是在分析空间反应分布时尤为重要。如果某个电极通道出现噪声信号（例如，高频成分），必须确认其与颅骨的接触充分，并在实验过程中检测阻抗。然而，当前的视觉诱发电位（VEP）记录在整体信号质量方面具有较强的稳健性。

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
Bepanthen 5% Dexpantheol	Bayer		眼用凝胶
Cheetah 软件 5.11	Neuralynx	版本 5.11	用于神经生理信号记录的软件
Digital Lynx SX	Neuralynx	Digital Lynx 16SX	记录系统
ECG 差分放大器	Otoconsult	WDA2 V1.0
电动剃须刀	Aesculap	GT420
电极固定器	TSE Systems	430005-HE
检查灯	Heine	HL 5000	冷光源灯
加热垫 + 温度控制系统	CWE	TC-1000 小鼠型
Histoacryl 0.5 mL	B.Braun		组织粘合剂
红外加热灯	Sanitas	SIL 06
氯胺酮 10%	WDT		盐酸氯胺酮
LED 频闪仪	Monarch	Nova Strobe PBL	视觉刺激
Matlab 2021a	The Mathworks	2021a	刺激控制与数据分析
Moria 血管夹	Fine Science Tools	18320-11
小鼠 EEG 电极	NeuroNexus	H32（网状）	32通道 EEG 电极。厚度：20 μm；长度：8.6 mm；宽度：6.8 mm。铂电极位点：直径 500 μm
小鼠固定架	定制		信息可应要求提供
多功能 I/O 设备	National Instruments	PCIe-6353 配 BNC 2090A	模拟刺激生成、输出与触发
NaCl 0.9%	B.Braun		等渗、无菌、无热原
Neuralynx HS36	Neuralynx	HS-36	前置放大器
Neuronexus 探针连接器	Neuralynx	ADPT-HS36-N2T-32A	电极连接器
示波器	Tektronix	TDS 2014B
Progent 强效清洁剂	Menicon		用于硬性透气性镜片的蛋白质去除与消毒溶液
记录用计算机	HP	HP Z800	记录用计算机
Rimadyl（卡洛芬）	Zoetis		卡洛芬
硅油 M 1000	Carl Roth	4045.1
银丝	Science Products	AG-8W	直径 203 µm；用于 ECG 和参考电极
隔音室	IAC acoustics
立体定位微操作器	TSE Systems	430005-M/P	用于 EEG 电极定位
刺激用计算机	Dell	Dell Precision T5810	刺激用计算机
手术显微镜	Zeiss	Op-Mi Focus
手术胶带	3M	1527-0	1.25 cm × 9.1 m
Thilo-Tears 3 mg/g	Alcon Pharma GmbH		眼用凝胶
凡士林 Lichtenstein	Winthrop		白色凡士林软膏
赛拉嗪 2%	Bernburg		盐酸赛拉嗪
利多卡因喷雾（10 mg/喷）	Aspen		利多卡因