Ein kostengünstiges und minimal-invasives Protokoll für die chronische Multi-Site-Elektroenzephalographie-Aufzeichnung bei frei beweglichen Mäusen

Dieses Protokoll ermöglicht kosteneffiziente, minimalinvasive und hochwertige Maus-EEG-Aufzeichnungen, wodurch langfristige neuronale Überwachung für die präklinische Forschung zugänglich ist. Die größten Herausforderungen der chronischen EEG-Aufzeichnung sind Implantatinstabilität und Langlebigkeit der Kopfkappe, Signalverschlechterung, umfangreiche Datenanalyse und die Unzugänglichkeit teurer kommerzialisierter Systeme. Zu Beginn verwenden Sie einen USB-Typ-B-Weibstecker mit fünf Pins und löten Sie ihn mit einem 0,003-Zoll-Platin-Iridium-Draht.

Verwenden Sie nicht den vierten Pin, da er der Massestift ist, sondern verwenden Sie stattdessen die anderen vier Pins, um die Elektroden zu verbinden. Biegen Sie die Pins um etwa 45 Grad und wickeln Sie die Drähte zweimal um jeden Pin, um eine starke Verbindung zu gewährleisten, die nicht ablöst. Nun tragen Sie auf jede Stift eine kleine Menge Lötharz-Flussmittelpaste auf, um die Oberfläche für ein effektives Löten zu reinigen.

Dann lege auf jeden Stift ein kleines Stück Lötdraht. Mit einem Lötkolben schmelzen Sie den Lötdraht, um den Platin-Iridiumdraht dauerhaft an den Stiften zu befestigen. Nach Bestätigung der Tiefenanästhesie wird mit dem Isofluran-Sauerstoffbeatmungsgerät an der Nase mit einer Menge von 1,5 % pro Volumen begonnen.

Nun injizieren Sie der Maus Carprofen mit fünf Milligramm pro Kilogramm, um Entzündungen und Schmerzen zu reduzieren. Injizieren Sie Dexamethason mit 0,1 Milligramm pro Kilogramm intramuskulär, um Entzündungen und Hirnschwellungen zu reduzieren. Tragen Sie eine Augensalbe auf, um zu verhindern, dass die Augen während der Narkose austrocknen.

Nach dem Entfernen des Fells reinigen Sie die Schnittseite des Schädels mit 70 % Ethanol, gefolgt von Jodpads und einer septischen Technik. Als Nächstes verwenden Sie ein Skalpell, um einen einzigen klaren Schnitt in der Mitte des Kopfes zu machen. Schneiden Sie um den Schnitt herum, um die Stelle der Elektrodenimplantation freizulegen und sicherzustellen, dass die Muskeln nicht freiliegen.

Waschen Sie die Schädeloberfläche mit 0,9 % Natriumchloridlösung. Trockne die Oberfläche und schrubbe den Schädel mit Wattestäbchen, die in Wasserstoffperoxid getaucht sind. Verwenden Sie ein Skalpell, um verbleibendes Bindegewebe am Knochen zu entfernen.

Nach einer Minute wird die Oberfläche erneut mit 0,9 % Natriumchloridlösung gewaschen und vor dem Bohren getrocknet. Verwenden Sie einen Zahnbohrer, um die Schädeloberfläche zu rauen und so die Acrylhaftung zu fördern. Messen und markieren Sie die Elektrodenimplantationsstellen an vorderen/hinteren Positionen, plus zwei und minus vier, sowie an medialen lateralen Positionen, plus/minus 1,5.

Bohren Sie die Schädeloberfläche mit 1,4-Millimeter-Bohrern und setzen Sie mit Präzisionsschraubendrehern vier Knochenschrauben zu je 1,5 Millimetern in die gebohrten Stellen ein. Stellen Sie sicher, dass die Schrauben nur die Oberfläche berühren und nicht ins Gehirn gelangen. Wickle die Kabel vom USB-Anschluss zwei- bis viermal um jede Schraube und schneide überschüssige Kabel ab.

Tragen Sie einen kleinen Tropfen Sekundenkleber auf die Oberseite jeder Schraube auf und lassen Sie sie trocknen, um die Verbindung zu stärken. Stellen Sie sicher, dass der Stecker in der Mitte des Schädels positioniert ist, ohne den Schädel oder die Elektroden zu berühren. Baue dann langsam die Kopfkappe mit Cyanoacrylat auf und trage dünne Schichten auf, um eine Überhitzung des Knochens zu verhindern.

Mit Zahnbeton befestigen Sie eine große Schraube an der flachen Oberfläche des Steckers, um das Einstecken von USB-Kabeln zu erleichtern. Lassen Sie die Kopfkappe mindestens zwei Minuten trocknen, bevor Sie die Maus aus der stereotaxischen Phase entfernen. Legen Sie die Maus auf ein Heizkissen und beobachten Sie sie 24 Stunden lang.

Behandeln Sie die Maus sieben Tage lang mit Carprofen mit fünf Milligramm pro Kilogramm alle 12 Stunden. Warten Sie zwei Wochen, bis der Knochen an der Acrylgrenzfläche wächst, bevor Sie mit der Elektroenzephalographie oder EEG-Aufzeichnung beginnen. Zeichnen Sie das EEG-Signal jeder Maus eine Stunde lang auf, darunter 30 Minuten vor der Behandlung mit Pentylentetrazol und 30 Minuten nach der Verabreichung von 20 Milligramm Pentylentetrazol pro Kilogramm.

Stecken Sie das USB-Kabel in den Stecker der Maus. Schließen Sie das USB-Kabel mit Alligatorklemmen an einen differentiellen Wechselstromverstärker an. Stellen Sie die Verstärkung auf 10.000 ein und filtern Sie zwischen 0,1 und 250 Hertz.

Probe das Elektroenzephalographie-Signal bei 1.000 Hertz. Nehmen Sie die Verstärkerausgänge gleichzeitig am Computer auf und zeigen Sie die Signale in Echtzeit auf dem Oszilloskop an. Schließen Sie die Verstärkerausgänge an ein USB-Gerät für Datenerfassung und Signalverarbeitung an, das am Computer angeschlossen ist.

Schließlich zeichnen Sie das EEG-Signal mit dem Python-Code auf und filtern es zwischen 0,1 Hertz und 250 Hertz und visualisieren Sie die Daten. Elektroden wurden in 20 C57BL/6J-Hintergrundmäuse implantiert, darunter fünf Wildtypmäuse mit einer postoperativen Überlebensrate von 85 %, die bis zu sechs Monate nach der Operation erhalten bleiben. EEG-Aufnahmen erfassten durch Pentylentetrazol induzierte elektrophysiologische Veränderungen, wie eine erhöhte Anzahl interiktaler Entladungen bei den Mäusen nach der Injektion mit Pentalentetrazol zeigt.

Die Amplitude der interiktalen Entladungen nach der Injektion von Pentalentetrazol war sichtbar höher über drei verschiedene Elektroden, wie in repräsentativen EEG-Spuren gezeigt wird. Unsere Studie etablierte ein einfaches, stabiles EEG-System bei frei bewegenden Mäusen, das zuverlässige Langzeitaufzeichnungen an den klaren, seriellen Entladungen zeigte. Dieses Protokoll bringt die Neurowissenschaft voran, indem es zugängliche Langzeit-EEG-Aufzeichnungen bei frei bewegenden Nagetieren bereitstellt und so umfassendere Studien zu Hirnerkrankungen und -therapien unterstützt.

Zukünftige Forschung konzentriert sich auf die Verfeinerung des Elektrodendesigns, die Erweiterung multi-regionaler Aufzeichnungen und die Integration von EEG mit verhaltensbezogenen, pharmakologischen und genetischen Manipulationen.