Cartographie cérébrale à l’aide d’un réseau d’électrodes en graphène

Summary

Nous présentons une procédure de cartographie cérébrale basée sur des réseaux de graphène pour réduire le caractère invasif et améliorer la résolution spatio-temporelle. Les électrodes de surface à base de graphène présentent une biocompatibilité à long terme, une flexibilité mécanique et une aptitude à la cartographie cérébrale dans un cerveau alambiqué. Ce protocole permet de construire plusieurs formes de cartes sensorielles simultanément et séquentiellement.

Abstract

Les cartes corticales représentent l’organisation spatiale des réponses neuronales dépendantes de l’emplacement aux stimuli sensorimoteurs dans le cortex cérébral, permettant la prédiction de comportements physiologiquement pertinents. Diverses méthodes, telles que les électrodes pénétrantes, l’électroencéphalographie, la tomographie par émission de positons, la magnétoencéphalographie et l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle, ont été utilisées pour obtenir des cartes corticales. Cependant, ces méthodes sont limitées par une faible résolution spatio-temporelle, un faible rapport signal/bruit (SNR), des coûts élevés et la non-biocompatibilité ou causent des dommages physiques au cerveau. Cette étude propose une méthode de cartographie somatosensorielle basée sur des réseaux de graphène en tant que caractéristique de l’électrocorticographie qui offre une biocompatibilité supérieure, une résolution spatio-temporelle élevée, un rapport signal/bruit souhaitable et des lésions tissulaires minimisées, surmontant ainsi les inconvénients des méthodes précédentes. Cette étude a démontré la faisabilité d’un réseau d’électrodes en graphène pour la cartographie somatosensorielle chez le rat. Le protocole présenté peut être appliqué non seulement au cortex somatosensoriel, mais aussi à d’autres cortex tels que le cortex auditif, visuel et moteur, fournissant une technologie de pointe pour la mise en œuvre clinique.

Introduction

Une carte corticale est un ensemble de patchs locaux représentant les propriétés de réponse aux stimuli sensorimoteurs dans le cortex cérébral. Il s’agit d’une formation spatiale de réseaux neuronaux qui permettent de prédire la perception et la cognition. Par conséquent, les cartes corticales sont utiles pour évaluer les réponses neuronales aux stimuli externes et traiter les informations sensorimotrices 1,2,3,4. Des méthodes invasives et non invasives sont disponibles pour la cartographie corticale. L’une des méthodes invasives les plus co....

Protocol

Toutes les procédures de manipulation des animaux ont été approuvées par le Comité institutionnel de soins et d’utilisation des animaux de l’Université nationale d’Incheon (INU-ANIM-2017-08).

1. Préparation de l’animal à la chirurgie

REMARQUE : Utilisez Sprague Dawley Rat (8-10 semaines) sans biais sexuel pour cette expérience.

1. Anesthésier le rat avec 90 mg/kg de kétamine et 10 mg/kg de xylazine par voie intrapéritonéale. Pour maintenir la profondeur d’anesthésie souhaitée tout au long de la chirurgie, fournir un cocktail supplémentaire de 45 mg/kg de kétamine et de 5 mg/kg de xylazine ....

Results

Ce protocole décrit comment un réseau multicanal de graphène est monté à la surface du cerveau. La carte somatosensorielle a été construite en acquérant des réponses neuronales à des stimuli physiques et en calculant l’amplitude de la réponse. La figure 1 montre le schéma de cette expérience.

La figure 2A présente les caractéristiques structurelles d’un réseau d’électrodes en graphène. Il y a des trous traversants du substrat entre le.......

Discussion

Le protocole présenté fournit un processus approfondi, étape par étape, qui explique comment accéder aux réponses somatosensorielles des rats et les cartographier à l’aide d’un réseau d’électrodes en graphène. Les données acquises par le protocole sont des SEP qui fournissent des informations somatosensorielles qui sont synaptiquement liées à chaque partie du corps.

Plusieurs aspects de ce protocole doivent être pris en considération. Lors de l’extraction du liquide céphalo-rachidien pour prév.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Seringue de 1 ml	KOREAVACCINE CORPORATION		injectant le médicament pour l’anesthésie  ;
Seringue de 3 ml	KOREAVACCINE CORPORATION		injectant le médicament pour l’anesthésie  ;
Rongeur d’os	Fine Science Tools	16220-14	retirer le connecteur du crâne
	Gbrain		Connecter l’électrode de graphène à la tête
drill	FALCON		broyer le crâne
forets	Implant		broyer le crâne
Graefe pince à iris légèrement incurvée dentelée	vubu	vudu-02-73010	retirer le tissu du crâne ou de l’essuie-glace
réseau de multiélectrodes en graphène	Gbrain		enregistre les signaux du neurone
isoflurane	Hana Pharm Corporation		, sacrifce le sujet
kétamine	yuhan corporation		utilisé pour l’anesthésie
lidocaïne(2 %)	Daihan pharmaceutical  ;		anesthésique local
Matlab R2021b	Mathworks		Analyse de données Logiciel
anti-moustiques	Outils de science fine	91309-12	fixer la
pommade	Alcon		empêcher l’œil de se dessécher  ;
povidone	Green Pharmaceutical corporation		désinfecter la zone d’incision
RHS 32ch Stim/Record headstage	intan technologies	M4032	connecter le connecteur au câble d’interface et contenir la puce stim/amplifier intan RHS
RHS 6 pieds (1,8 m) Stim SPI	d’interface intan technologies	M3206	connecter l’électrode de graphène à la tête
RHS Stim/Recording controller software	intan technologies		Logiciel d’acquisition de données
RHS stimulation/Contrôleur d’enregistrement	intan technologies	M4200
saline	JW Scalpel pharmaceutique
	Hammacher	HSB 805-03
stéréotaxique	stoelting		fixer le sujet
stérile Aiguille	hypodermiqueKOREAVACCINE CORPORATION		enlever la dure-mère
Steven Iris Pince	à tissus KASCO	50-2026	retirer la dure-mère
lame chirurgicale n° 11	PLUME		insérer le cuir chevelu
sicssors	Fine Science Tools	14090-09	incise le cuir chevelu et enlever la dure-mère
bâton			stimulation des moustaches
xylazine	Bayer Corée		utilisée pour l’anesthésie