Mit hoher Dichte Elektroenzephalographische Acquisition in einem Nagetiermodell unter Verwendung von Low-Cost-und Open-Source-Ressourcen

Das übergeordnete Ziel dieser Methodik ist es, ein kostengünstiges alternatives Protokoll für die Konstruktion und Aufzeichnung eines chronischen transkraniellen Elektrodenarrays mit hoher Dichte zu demonstrieren. Diese Methode kann helfen, Schlüsselfragen in den Neurowissenschaften zu beantworten, wie z.B. die großräumige Organisation neuronaler Netzwerke und räumliche und zeitliche Merkmale sensorisch evozierter Reaktionen. Die Hauptvorteile dieser Technik sind ihre geringen Kosten, die Reproduzierbarkeit und die einfache experimentelle Anpassung.

Obwohl diese Methode Einblicke in die komplexen Analysen elektroenzephalographischer Daten geben kann, ist ihre Anwendung ideal für Studien in der Anästhesiologie, Epilepsie und Schlafneurobiologie. Um das Kopfstück herzustellen, isolieren Sie zunächst die Stifte eines zwei mal fünfzig Nadeln großen Ziegels mit einer sehr leichten Schicht Nagellack. Entfernen Sie dann mit einer Pinzette jede achte Reihe der Stecknadeln, indem Sie das Ende des Steckdosen durch den Stein schieben.

Sobald die Politur vollständig getrocknet ist, entferne die Beschichtung von den Spitzen der Stecknadeln mit einem kleinen Tuch und Aceton. Schneide dann mit einer Rasierklinge oder einem Drahtschneider die Blöcke ab, um zwei mal sieben Stecknadeln zu machen. Zwei dieser Bausteine werden als transkranielle EEG-Elektroden fungieren.

Bereiten Sie als Nächstes von jedem Ende eines zwei mal fünfzig großen Ziegels zwei ein-mal-zwei Stifte vor, um das EMG-Signal auf die gleiche Weise aufzuzeichnen. Jeder Ziegel sollte eine der äußeren glatten Seiten des Ziegels von zwei mal fünfzig behalten. Um die beiden Hälften des gesamten Arrays zu vervollständigen, richten Sie die eins-mal-zwei Stiftlöcher und Stecknadeln eines Steins an der hintersten Reihe von Stiften eines zwei mal sieben großen Steins aus.

Verwenden Sie dann ein zweikomponentiges Epoxidharz, um die glatten Oberflächen zu befestigen, und verstärken Sie die Verbindung bei Bedarf mit mehr Epoxidharz. Lassen Sie die beiden Hälften über Nacht aushärten. Um zwei Thorax-EMG-Drähte herzustellen, beginnen Sie mit einem 3 cm isolierten Silberdraht.

Entfernen Sie 1 cm Isolierung von einem Ende und fügen Sie zwei Schlaufen am blanken Draht hinzu, indem Sie ihn um eine Pinzette wickeln. Entfernen Sie dann 25 mm Isolierung am anderen Ende. Stellen Sie nun die beiden ähnlichen zervikalen EMG-Drähte her, beginnend mit einem 1,5 cm langen Draht.

Entfernen Sie von jeder Genickhälfte den seitlichen Stift in der hintersten vorderen Reihe, da dieser Stift nicht mit dem relevanten Gewebe in Berührung kommt. Um die Drähte zu befestigen, schneiden Sie die Stifte der einzelnen Ziegel 3 mm von ihren Spitzen ab. Löten Sie dann einen zervikalen EMG-Draht an den vorderen Stift und einen thorakalen EMG-Draht an den hinteren Stift.

Bevor Sie fortfahren, verwenden Sie ein Multimeter im Durchgangsmodus, um sicherzustellen, dass jeder Pin elektrisch isoliert ist. Schließen Sie die Kabel an verschiedene Pin-Kombinationen an, und wenn ein Paar elektrisch gekoppelt ist, gibt das Messgerät einen hörbaren Signalton aus. Biegen Sie die EMG-Drähte nach dem Trocknen, bis sie mit minimaler seitlicher Verschiebung parallel zur AP-Achse sind.

Anschließend die Lötstellen mit Nagellack abdecken. Passen Sie nun die Stiftlängen mit einem Drahtschneider und mit Hilfe eines Gehirnatlas an. Finde den Stift, dessen Bauchabstand vom Bregma am größten ist.

Schneiden Sie diesen Pin nicht ab, sondern alle anderen Pins in Bezug auf diesen Pin. Um die Kopfbedeckungen zu vervollständigen, bedecken Sie alle Stecknadelspitzen mit einer silbernen Lösung mit einem Applikatorstift. Um einen Adapter vorzubereiten, beginnen Sie mit einem zweireihigen Nano-Stecker mit 36 Positionen.

Rasieren Sie zuerst die Anschlussdrähte auf eine einheitliche Länge von 2 cm. Und dann isolieren Sie 2,5 mm Draht vom Ende jedes Drahtes ab. Zum Schluss verzinnen Sie die Litzen des feinen Drahtes zusammen und schneiden Sie die abisolierte Isolierung vom verzinnten Draht ab.

Erstellen Sie als Nächstes einen passenden Stecker-Stecker zum Kopfstück aus einem zwei mal fünfzig großen Stiftblock mit einer Stiftleiste von con-strip. Bereiten Sie wie zuvor zwei Zwei-mal-Siebener und zwei Zwei-mal-Einsen vor. Lötzen Sie nun einen der Erdungsdrähte vom Nanostecker an den Stift, der 0,6 mm vor und 1 mm lateral des Bregmas liegt.

Dieser Pin fungiert als Referenz und als Masse, wenn ein RHD 2132 Verstärkerchip verwendet wird. Löten Sie als Nächstes die verzinnten Nano-Steckerdrähte an die gleiche Seite wie die Erdungsstiftverbindung. Da jeder Draht einem bestimmten Kanal zugeordnet ist, konsultieren Sie ein Kanalzuordnungsdiagramm der Verstärkerkopfstufe und ordnen Sie die Kanäle zu.

Sobald alle Drähte an den jeweiligen Stift gelötet sind, schneiden Sie alle unbenutzten Drähte ab. Verwenden Sie dann ein Voltmeter, um sicherzustellen, dass jeder Pin elektrisch von den anderen Pins isoliert ist. Sobald die elektrische Isolierung bestätigt ist, tragen Sie eine dünne Schicht Nagellack um jede Lötstelle auf, um jeden Stift weiter zu isolieren.

Verstärken Sie dann mit einem zweikomponentigen Epoxidharz den passenden Nano-Adapter an den bilateralen Pin-Arrays auf den Stecker-Steckern. Auf den medialen Teilen der Adapter darf sich kein überschüssiges Epoxidharz befinden, da dies ein gleichzeitiges Einstecken der Kopfstücke verhindert. Um die Haltbarkeit zu erhöhen, verwenden Sie Epoxidharz an der Basis des Nanosteckers.

Achten Sie darauf, alle Lötstellen mit Epoxidharz abzudecken. Sobald das Epoxidharz getrocknet ist, bestätigen Sie die Kanalzuordnung mit Impedanzmessungen. Nachdem die Maus sicher aufgestellt ist und das Bregma als Ursprung des stereotaktischen Koordinatensystems definiert wurde, richten Sie den Schädel in der medialen lateralen Achse und in der vorderen hinteren Achse aus.

Bohren Sie dann mit einem Mikrobohrer mit einem Durchmesser von 0,5 mm Fräslöcher im Abstand von 1,3 mm und 1 mm von der Mittellinie, beginnend 3,3 mm vor dem Bregma und endend 4,5 mm hinter dem Bregma. Zwei Reihen beidseitig machen. Bohren Sie als Nächstes auf beiden Seiten der Mittellinie Fräslöcher, die 1,3 mm voneinander entfernt sind, beginnend 2 mm vor dem Bregma und endend 4,5 mm hinter dem Bregma.

Implantieren Sie nun die Kopfbedeckungen. Bereiten Sie mit einer geraden Pinzette EMG-Drahttunnel für die thorakalen EMG-Drähte vor. Tunneln Sie von der Rückseite der Maus 2,5 cm unter die Haut und platzieren Sie die EMG-Drähte in der Kavität.

Manövrieren Sie als Nächstes den EEG-Stein mit einer gekrümmten Pinzette so, dass die Stifte mit den Bohrlöchern ausgerichtet sind. Üben Sie leichten Druck aus und wackeln Sie mit den Stiften in den Schädel. Das EEG ist stabil, sobald es richtig eingeführt wird.

Stellen Sie als Nächstes die EMG-Drähte in ihre endgültigen Positionen ein. Bereiten Sie nach dem Fixieren eine Eins-zu-Eins-Mischung aus Methylmethacrylat mit seiner Vernetzungsmasse vor. Decken Sie dann den freiliegenden Schädel, die nagelpolierten Teile der Stiftelektroden und den proximalen Teil der EMG-Drähte mit Zement ab.

Decken Sie die weiblichen Gefäße des Kopfstücks nicht ab und bringen Sie keinen Zement in das Fell des Tieres. Sobald der Zement getrocknet ist, ist der Einbettungsvorgang abgeschlossen. Entfernen Sie die Maus aus dem stereotaktischen Rahmen und lassen Sie sie sich erholen, während Sie die Vitalparameter überwachen.

Zwei Wochen nach der Operation kann eine vollständig genesene Maus zur Gewöhnung über den Adapter an ein Aufnahmekabel angeschlossen werden. Nachdem sich Mäuse daran gewöhnt haben, können sie in Experimenten verwendet werden. Nachdem Sie eine Maus über einen Adapter, einen Verstärker und ein Standard-Schnittstellenkabel an die Erfassungsplatine angeschlossen haben, öffnen Sie die Open E-Fizz Aufnahmesoftware.

Erstellen Sie darin eine Signalkette aus Rhythmus-FPGA und LFP-Viewer, indem Sie die Module in die Signalkette ziehen. Als nächstes erhalten Sie Elektrodenimpedanzwerte von 30,0 Kilosamples pro Sekunde. Wählen Sie dann die gewünschte Abtastrate für die Aufnahme aus.

Auf Wunsch können auch Filter in die Signalkette gezogen werden. Fahren Sie fort, indem Sie einen Speicherpfad für die Daten und die gewünschte Abtastrate auswählen. Klicken Sie dann auf das LFP-Viewer-Fenster und drücken Sie die Play-Taste.

Verwenden Sie nun die draw-Methode, um das EEG zu visualisieren, und passen Sie die Ansicht an, indem Sie die Signalamplitude, die Sweep-Geschwindigkeit und die Einstellungen aller verwendeten Filter ändern. Sobald Sie alle Einstellungen angepasst haben, beginnen Sie mit den Aufnahmen. Die Daten wurden von einer frei beweglichen Maus gesammelt, der ein EEG-Kopfstück mit hoher Dichte implantiert wurde.

Die thorakale EMG-Aufzeichnung enthält eingebettete elektrische Aktivität, die vom Herzen ausgeht. Das zervikale EMG enthält Informationen über den Muskeltonus. Die einzelnen EEG-Wellenformen entsprechen dem Kanal-Mapping-Schema.

Mit dieser Aufzeichnung ist es möglich, die Herzfrequenz der Maus zu berechnen, indem die Zeit zwischen elektrokardiographischen QRS-Spitzen gemessen wird. In ähnlicher Weise ist es möglich, die Atemfrequenz der Maus zu messen, indem die phasische Variabilität des QRS-Spikes berechnet wird, wenn sich die Brusthöhle mit jedem Atemzug ausdehnt und zusammenzieht. Daher ermöglicht dieser Aufbau die Aufnahme von muriner Polysomnographie.

Dieser Aufbau ermöglicht die kortikale Kartierung visuell evozierter Potentiale. Wenn ein zehn Millisekunden langer Lichtimpuls nur an das linke Auge abgegeben wird, werden klassische Reaktionen im kontralateralen primären visuellen Kortex aufgezeichnet, gefolgt von einer verzögerten Reaktion im kontralateralen sekundären visuellen Kortex. Dies ist leicht an der zeitlich variierenden elektrischen Potentiale über die gesamte kortikale Oberfläche in kontralateralen V1 und V2 zu erkennen. Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie man Mikroelektrodenarrays mit hoher Dichte für ein Nagetiermodell konstruiert und von dem implantierten Array aufzeichnet.

Sobald Sie diese Technik beherrschen, können sie bei richtiger Ausführung in zwei Stunden gebaut und implantiert werden. Wenn Sie dieses Verfahren versuchen, ist es wichtig, daran zu denken, einen ordnungsgemäßen Kontakt mit der Epiduralelektrode herzustellen, ohne in die Dura einzudringen. Das Trimmen der Stifte und die Achtsamkeit bei der Implantation der Kopfstücke schaffen die besten Chancen für einen geeigneten Elektrodenkontakt.

Viel Glück!