使用低成本开源资源在啮齿类动物模型中进行高密度脑电图采集

本方法的总体目标是展示一种低成本的替代方案，用于构建和记录慢性高密度经颅电极阵列。该方法有助于回答神经科学领域的一些关键问题，例如神经元网络的大规模组织特性，以及感觉诱发反应的空间和时间特征。该技术的主要优势在于成本低、可重复性强，且易于根据具体实验需求进行定制化调整。

尽管该方法可为脑电图数据的复杂分析提供见解，但其应用特别适用于麻醉学、癫痫以及睡眠神经生物学的研究。制作头戴装置时，首先用一层极薄的指甲油将2×50针砖的针脚进行绝缘处理。然后，用镊子将每第八排的针脚从针座端穿过针砖推出，从而移除这些针脚。

待指甲油完全干燥后，用一小块布蘸取丙酮将针尖部位的涂层去除。然后使用剃刀刀片或剪线钳修整模块，制成 2×7 针的针块。其中两块将用作经颅脑电图（EEG）电极。

接下来，从一个2×50砖块的每一端开始，使用相同的方法制备两个1×2针脚砖块，用于记录肌电（EMG）信号。每个1×2砖块应保留2×50砖块的一侧外表面光滑部分。为了完成整个阵列的两个半部分，需将一个1×2砖块的针孔和针脚与一个2×7砖块最后排的针脚对齐。

然后，使用双组分环氧树脂将它们的光滑表面粘合，并在必要时用更多环氧树脂加固连接处。让两部分在室温下固化过夜。要制作两条胸部肌电图导线，需先取一段3 cm长的绝缘银线。

从一端去除1 cm的绝缘层，并用镊子将裸露的导线缠绕成两个线圈。然后从另一端去除25 mm的绝缘层。接着，制作两条类似的颈部肌电图导线，从一段1.5 cm长的导线开始。

从每个头饰半片上，移除最前排的侧向针脚，因为该针脚不会接触到相关组织。为连接导线，将一乘二砖块的针脚从其尖端处截短至3 mm。然后将颈部肌电图导线焊接到前部针脚上，将胸部肌电图导线焊接到后部针脚上。

在继续操作之前，使用万用表的通断测试模式，确保每个引脚均处于电学隔离状态。将表笔连接至不同的引脚组合，若某对引脚存在电学连接，万用表将发出 audible beep（ audible beep 指可听见的提示音）。待完全干燥后，弯曲肌电图（EMG）导线，使其与前后轴（AP轴）平行，并尽量减少侧向位移。

然后用指甲油覆盖焊接点。接着，使用剪线钳并参照脑图谱调整针脚长度。找出从前囟到腹侧距离最大的针脚。

不要修剪此引脚，而是以该引脚为基准修剪所有其他引脚。为完成头戴部件，请使用涂敷笔将银溶液覆盖所有引脚尖端。准备适配器时，从一个36位双排公头纳米连接器开始。

首先，将连接线修剪至统一的2 cm长度。然后，剥去每根导线末端2.5 mm的绝缘层。最后，将细导线的金属丝部分上锡并绞合，剪去已上锡导线上残留的绝缘层。

接下来，使用一个双排50针的排针条制作一个与头件相匹配的公对公连接器。与之前相同，准备两个双排7针和两个双排1针的排针。然后，将nano连接器的一根接地线焊接到位于前囟前方0.6 mm、外侧1 mm处的针脚上。

该引脚用作参考，并在使用 RHD 2132 放大器芯片时作为接地引脚。接下来，将镀锡的纳米连接器导线焊接到与接地引脚相同的侧面。由于每根导线对应特定的通道，请参考放大器前置放大头阶段的通道分布图，并完成通道映射。

所有导线焊接到相应引脚后，剪掉任何未使用的导线。然后使用电压表检查，确保每个引脚与其他引脚之间实现电气隔离。确认电气隔离后，在每个焊点周围涂上一层薄薄的指甲油，以进一步绝缘各个引脚。

然后，使用双组分环氧树脂，将匹配的纳米适配器加固到公-公模块的双侧针阵上。适配器内侧部分不得有过多环氧树脂，否则会阻碍头戴部件同时插入。为提高耐用性，可用环氧树脂加固纳米连接器的底部。

务必用环氧树脂覆盖所有焊点。待环氧树脂干燥后，通过阻抗测量确认通道映射。在小鼠固定稳妥，并将前囟确定为立体定位坐标系的原点后，调整颅骨在内侧-外侧轴和前-后轴上的水平。

然后，使用直径为0.5 mm的微型钻头，在距中线1 mm、从前囟前3.3 mm开始至后囟后4.5 mm结束的位置，以1.3 mm的间距钻孔，双侧各形成两排孔。接着，在中线两侧从前囟前2 mm开始至后囟后4.5 mm结束的位置，以1.3 mm的间距钻孔。

现在植入头件。使用直镊子为胸部肌电图（EMG）导线制作皮下通道。从小鼠背部皮下约2.5 cm处穿行通道，并将EMG导线置入腔内。

接下来，使用弯头镊子调整脑电图（EEG）电极块的位置，使电极针与颅骨上的钻孔对齐。施加轻微压力并轻轻晃动，将电极针插入颅骨。正确插入后，脑电图电极将保持稳定。

接下来，将肌电图导线调整至最终位置。固定后，准备一份甲基丙烯酸甲酯与其交联化合物的1:1混合液。然后，用牙科水泥覆盖暴露的颅骨、电极钉的涂有指甲油的部分以及肌电图导线的近端部分。

切勿覆盖头件上雌性接头部分，也不要将任何胶水沾到动物的毛发上。待胶水完全干燥后，固定装置的安装即告完成。将小鼠从立体定位仪框架上取下，在监测其生命体征的同时让其恢复。

手术两周后，完全恢复的小鼠可通过适配器连接记录电缆进行适应性训练。小鼠适应后即可用于实验。通过适配器、放大器和标准接口电缆将小鼠连接至数据采集板后，打开 Open E-Fizz 记录软件。

在此处，通过将模块拖入信号链来创建节奏FPGA和局部场电位（LFP）查看器的信号链。接着，获取每秒30.0千采样的电极阻抗值。然后选择所需的记录采样率。

如有需要，也可以将滤波器拖入信号链中。接下来，选择数据的保存路径和所需的采样率，然后单击LFP查看器窗口并按下播放按钮。

现在，使用绘图方法可视化脑电图（EEG），通过调整信号幅度、扫描速度以及正在使用的任何滤波器的设置来调节显示视图。所有设置调整完毕后，开始进行记录。数据来自一只自由活动的小鼠，该小鼠植入了高密度脑电图头戴装置。

胸部肌电图记录中包含源自心脏的嵌入式电活动。颈部肌电图包含有关肌张力的信息。各个脑电图波形对应于通道映射方案。

通过该记录，可通过测量心电图QRS波峰之间的时间来计算小鼠的心率。同样，可通过计算每个呼吸周期胸腔扩张和收缩时QRS波峰的时相性变异，来测量小鼠的呼吸频率。因此，该装置可用于获取小鼠的多导睡眠图。

该装置可实现视觉诱发电位的皮层定位。当仅向左眼给予一个持续十毫秒的光脉冲时，可在对侧初级视觉皮层记录到典型的反应，随后在对侧次级视觉皮层出现延迟反应。这一现象在对侧V1和V2区整个皮层表面随时间变化的电位中清晰可见。观看本视频后，您应能够充分理解如何为啮齿类动物模型构建高密度微电极阵列，并对植入的阵列进行信号记录。

一旦掌握，若操作得当，该技术的构建与植入步骤可在两小时内完成。实施此操作时，务必注意在不穿透硬脑膜的前提下，实现适当的硬膜外电极接触。在植入头件过程中仔细修剪针脚并保持专注，将最大程度地确保电极接触良好。

祝你好运！