Brain Mapping mit einem Graphen-Elektroden-Array

Summary

Wir stellen ein Graphen-Array-basiertes Brain-Mapping-Verfahren vor, um die Invasivität zu reduzieren und die räumlich-zeitliche Auflösung zu verbessern. Graphen-Array-basierte Oberflächenelektroden weisen eine langfristige Biokompatibilität, mechanische Flexibilität und Eignung für die Kartierung des Gehirns in einem gewundenen Gehirn auf. Dieses Protokoll ermöglicht es, mehrere Formen von sensorischen Karten gleichzeitig und sequentiell zu erstellen.

Abstract

Kortikale Karten stellen die räumliche Organisation ortsabhängiger neuronaler Reaktionen auf sensomotorische Reize in der Großhirnrinde dar und ermöglichen die Vorhersage physiologisch relevanter Verhaltensweisen. Verschiedene Methoden wie Durchdringungselektroden, Elektroenzephalographie, Positronen-Emissions-Tomographie, Magnetoenzephalographie und funktionelle Magnetresonanztomographie wurden verwendet, um kortikale Karten zu erhalten. Diese Methoden sind jedoch durch eine schlechte raumzeitliche Auflösung, ein niedriges Signal-Rausch-Verhältnis (SNR), hohe Kosten und mangelnde Biokompatibilität eingeschränkt oder verursachen physische Schäden am Gehirn. Diese Studie schlägt eine Graphen-Array-basierte somatosensorische Mapping-Methode als Merkmal der Elektrokortikographie vor, die eine überlegene Biokompatibilität, eine hohe räumliche und zeitliche Auflösung, ein wünschenswertes SNR und eine minimierte Gewebeschädigung bietet und die Nachteile früherer Methoden überwindet. Diese Studie demonstrierte die Machbarkeit eines Graphen-Elektrodenarrays für die somatosensorische Kartierung bei Ratten. Das vorgestellte Protokoll kann nicht nur auf den somatosensorischen Kortex, sondern auch auf andere Kortexe wie den auditiven, visuellen und motorischen Kortex angewendet werden und bietet eine fortschrittliche Technologie für die klinische Umsetzung.

Introduction

Eine kortikale Karte ist eine Reihe von lokalen Flecken, die Reaktionseigenschaften auf sensomotorische Reize in der Großhirnrinde darstellen. Sie sind eine räumliche Formation neuronaler Netze und ermöglichen Vorhersagen für Wahrnehmung und Kognition. Daher sind kortikale Karten nützlich, um neuronale Reaktionen auf externe Reize zu bewerten und sensomotorische Informationen zu verarbeiten 1,2,3,4. Für die kortikale Kartierung stehen invasive und nicht-invasive Methoden zur Verfügung. Eine der häufigsten invasiven Methoden ist die Verwendun....

Protocol

Alle Verfahren zum Umgang mit Tieren wurden vom Institutional Animal Care and Use Committee der Incheon National University genehmigt (INU-ANIM-2017-08).

1. Vorbereitung des Tieres auf die Operation

HINWEIS: Verwenden Sie für dieses Experiment Sprague Dawley Rat (8-10 Wochen alt) ohne geschlechtsspezifische Voreingenommenheit.

1. Betäuben Sie die Ratte mit 90 mg/kg Ketamin und 10 mg/kg Xylazin-Cocktail intraperitoneal. Um die gewünschte Anästhesietiefe während der gesamten Operation aufrechtzuerhalten, verabreichen Sie zusätzlich 45 mg/kg Ketamin und 5 mg/kg Xylazin-Cocktail, wenn die Ratt....

Results

Dieses Protokoll beschreibt, wie ein Graphen-Mehrkanal-Array auf der Oberfläche des Gehirns montiert wird. Die somatosensorische Karte wurde erstellt, indem neuronale Reaktionen auf physikalische Reize erfasst und die Amplitude der Reaktion berechnet wurden. Abbildung 1 zeigt das Schema dieses Experiments.

Abbildung 2A zeigt die strukturellen Eigenschaften eines Graphen-Elektrodenarrays. Zwischen den Elektroden befinden sich Durchgang.......

Discussion

Das vorgestellte Protokoll bietet einen detaillierten, schrittweisen Prozess, der erklärt, wie man mit einem Graphen-Elektroden-Array auf die somatosensorischen Reaktionen von Ratten zugreifen und sie abbilden kann. Bei den protokollerfassten Daten handelt es sich um SEPs, die somatosensorische Informationen liefern, die synaptisch mit jedem Körperteil verknüpft sind.

Mehrere Aspekte dieses Protokolls sollten berücksichtigt werden. Bei der Entnahme von Liquor cerebrospinalis zur Vorbeugung von.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
1 ml Spritze	KOREAVACCINE CORPORATION		injiziert das Medikament für die Anästhesie
3 ml Spritze	KOREAVACCINE CORPORATION		injiziert das Medikament für die Anästhesie
Knochenrongeur	Fine Science Tools	16220-14	entfernen Sie den Schädelverbinder
	Gbrain		Verbinden Sie die Graphenelektrode mit dem Headstage-Bohrer
	FALCON Werkzeug		schleifen Sie die Schädelbohrer
Osstem	Implantat		schleifen Sie den Schädel
Graefe Iris Pinzette leicht gebogen gezackt	vubu	vudu-02-73010	entfernen Sie das Gewebe aus dem Schädel oder Halten Wischer Graphen
Multielektroden Array	Gbrain		zeichnet Signale von Neuron
Isofluran	Hana Pharm Corporation		Sacrifce das Subjekt
Ketamin	Yuhan Corporation		für die Anästhesie
Lidocain (2%)	Daihan Pharmazie		Lokalanästhetikum
Matlab R2021b	Mathworks		Datenanalyse Software
Mückenhämostatika	Fine Science Tools	91309-12	befestigen die Kopfhautsalbe
	Alcon		verhindern das Austrocknen des Auges
povidon	Green Pharmaceutical Corporation		desinfiziert den Inzisionsbereich
RHS 32ch Stim / Record Headstage	intan technologies	M4032	verbindet den Stecker mit dem Schnittstellenkabel und enthält den intan RHS Stim / Verstärkerchip
RHS 6 ft (1,8 m) Stim SPI-Schnittstellenkabel	intan technologies	M3206	verbindet die Graphenelektrode mit der Headstage
RHS Stim / Recording Controller Software	intan technologies		Datenerfassungssoftware
RHS Stimulations-/ Aufzeichnungscontroller	intan technologies	M4200
Kochsalzlösung	JW Pharmazeutisches Skalpell
	Hammacher	HSB 805-03
stereotaktisches Instrument	zum		Befestigen des Subjekts
steril Injektionsnadel	KOREAVACCINE CORPORATION		Entfernen Sie die Dura Mater
Steven Iris Gewebezange	KASCO	50-2026	Entfernen Sie die Dura Mater
Chirurgische Klinge Nr. 11	FEATHER		Inscisieren Sie die Kopfhaut
Chirurgische Sicssors	Fine Science Tools	14090-09	Infizieren Sie die Kopfhaut und entfernen Sie die Dura Mater
Holzstäbchen			Whisker Stimulation
Xylazin	Bayer Korea		zur Anästhesie