Système d’enregistrement électroencéphalographique à faible coût combiné à une bobine de taille millimétrique pour stimuler transcrânalement le cerveau de la souris in vivo
26 mai 2023
Un système d’enregistrement électroencéphalographique à faible coût combiné à une bobine de taille millimétrique est proposé pour stimuler la stimulation magnétique transcrânienne du cerveau de la souris in vivo. En utilisant des électrodes à vis conventionnelles avec un substrat multi-électrodes flexible sur mesure, l’enregistrement multisite peut être effectué à partir du cerveau de la souris en réponse à la stimulation magnétique transcrânienne.
En neurosciences, la TMS et l’enregistrement EEG sont fréquemment utilisés pour faire progresser notre compréhension du cerveau. La SMT est particulièrement prometteuse en raison de son caractère non invasif. La combinaison de la SMT avec l’enregistrement EEG permet aux chercheurs d’explorer l’excitabilité, la connectivité et la dynamique spatio-temporelle dans diverses régions du cerveau.
Ce protocole vise à développer un système de mesure de stimulation simultanée pour les expériences TMS-EEG avec de petits animaux. Ces systèmes n’ont pas été développés de manière approfondie, obligeant les chercheurs à créer un système d’essais et d’erreurs en fonction des exigences expérimentales uniques. Cette approche facilement adaptable peut être mise en place dans des laboratoires de neurosciences standard, ce qui la rend plus accessible et pratique pour les chercheurs.
Les résultats de cette étude feront progresser la recherche et l’élucidation des mécanismes à l’origine de troubles spécifiques chez les petits animaux, qui sont des modèles essentiels pour les candidats humains. De plus, ces modèles amélioreront leur compréhension des conditions humaines et aideront à orienter la création de traitements et d’interventions plus efficaces.
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Aperçu
Cette étude propose un système d'enregistrement électroencéphalographique (EEG) peu coûteux combiné à une bobine de taille millimétrique permettant de réaliser une stimulation magnétique transcrânienne (TMS) in vivo chez la souris. Le système vise à approfondir la compréhension de l'activité cérébrale grâce à des enregistrements multipoints en réponse à la TMS, permettant aux chercheurs d'explorer l'excitabilité et la connectivité entre différentes régions cérébrales.
Composantes clés de l'étude
Domaine scientifique
- Neurosciences
- Électrophysiologie
- Stimulation magnétique transcrânienne (SMT)
Contexte
- La TMS et l'EEG sont utilisées pour étudier la fonction cérébrale de manière non invasive.
- Les mesures simultanées de TMS-EEG améliorent l'exploration de la dynamique cérébrale.
- Les systèmes existants pour les petits animaux présentent des limitations et nécessitent des solutions personnalisées.
- Cette étude développe un système pratique et adaptable pour les laboratoires standards.
Objectif de l'étude
- Mettre au point un système de mesure avec stimulation simultanée pour la TMS-EEG chez les petits animaux.
- Améliorer l'accessibilité et le caractère pratique de la recherche en neurosciences.
- Élucider les mécanismes sous-jacents aux troubles neurologiques à l'aide de modèles animaux de petite taille.
Méthodes utilisées
- Enregistrement d'électroencéphalographie (EEG) à l'aide d'un réseau multielectrode flexible.
- Modèle murin sous anesthésie intrapéritonéale pour le positionnement des électrodes et de la bobine.
- Procédures chirurgicales et de configuration détaillées pour un positionnement optimal des électrodes et du dispositif de stimulation.
- Séances d'enregistrement et de stimulation à l'aide d'un générateur de fonctions et d'un système d'acquisition de données.
Résultats principaux
- Enregistrements réussis des ondes EEG en réponse à un son et à la stimulation magnétique transcrânienne (SMT).
- Réponses de polarité négative observées après la stimulation sonore, avec des variations selon l'intensité de la stimulation magnétique.
- Des amplitudes de pics accrues dans les enregistrements EEG corrélées à une stimulation renforcée.
- Les données illustrent la capacité du système à mesurer les réponses cérébrales pendant la SMT.
Conclusions
- L'étude démontre un dispositif pratique permettant l'enregistrement simultané TMS-EEG chez les rongeurs.
- Cette méthodologie ouvre la voie à de nouvelles recherches sur les mécanismes cérébraux liés aux troubles neurologiques.
- Une meilleure compréhension des affections neurologiques humaines et des traitements potentiels est attendue.
Questions fréquemment posées
Pertinence industrielle pour les cadres
L’enregistrement simultané de l’EEG et la stimulation magnétique transcrânienne (TMS) chez des modèles animaux de petite taille permet une interrogation directe de l’excitabilité neuronale et des connexivités, soutenant ainsi la validation précoce de cibles dans les pipelines de neuropharmacie. Ce système économique et polyvalent permet une évaluation reproductible et quantitative des réponses cérébrales, réduisant l’ambiguïté mécanistique et renforçant la fiabilité prédictive pour la découverte de médicaments du SNC. Son accessibilité et sa scalabilité en font une plateforme réutilisable pour les protocoles neurophysiologiques précliniques.
Applications stratégiques en recherche et développement biopharmaceutique
Début de la découverte et validation de la cible
- Permet la mesure directe des réponses des circuits neuronaux à une perturbation contrôlée par stimulation magnétique transcrânienne (SMT).
- Permet la validation fonctionnelle des cibles du système nerveux central (SNC) grâce à des lectures quantitatives de l'EEG.
- Facilite la réduction des risques mécanistiques en cartographiant les schémas d'activité cérébrale spatiotemporels.
- Améliore la confiance prédictive pour le développement de composés neuroactifs.
Développement de criblages et de tests
- Offre une plateforme normalisée d'EEG multicanal pour le criblage de composés in vivo.
- Fournit des données électrophysiologiques reproductibles et quantitatives pour le développement de tests.
- Permet une évolutivité et une réutilisation de la plateforme sur plusieurs cibles et modèles du SNC.
- Permet une évaluation fiable des interventions pharmacologiques et neuromodulatrices.
Recherche translationnelle et préclinique
- Aligne les profils de réponse neuronale précliniques avec des biomarqueurs pertinents pour la maladie.
- Assure la continuité depuis la découverte précoce jusqu'à la validation préclinique dans des modèles animaux de petite taille.
- Prend en charge les décisions d'avancement ajustées au risque fondées sur des critères d'évaluation fonctionnels du SNC.
- Fournit des données pertinentes sur le plan translationnel pour le triage des portefeuilles de projets du SNC.
Intégration des pipelines et des flux de travail
Ce système s'intègre dans la continuité de la découverte, depuis les premiers tests d'hypothèses jusqu'à l'identification de composés candidats et la validation préclinique pour les programmes du SNC.
- Découverte en biologie : Permet l'interrogation fondée sur des hypothèses des circuits neuronaux et de l'interaction avec les cibles.
- Écrans de sélection : Fournit des sorties EEG quantitatives, prêtes à l'usage, pour l'évaluation de composés et de dispositifs.
- Analytique : Permet la comparaison statistique des réponses induites par stimulation dans différentes conditions expérimentales.
- Recherche translationnelle : Relie les découvertes mécanistiques chez le rongeur à des paramètres pertinents pour le système nerveux central humain.
- Réutilisation en milieu professionnel : Offre une plateforme souple et peu coûteuse, adaptable aux besoins variés de la R&D en neuropharmacie.
Impact opérationnel et organisationnel
- Valeur scientifique : Augmente la confiance prédictive et réduit l'incertitude mécanistique dans la validation des cibles du SNC.
- Valeur opérationnelle : Standardise les protocoles multicentriques d'EEG-TMS pour assurer la reproductibilité et l'extensibilité.
- Valeur stratégique : Permet de prendre des décisions éclairées d'aller/arrêt et une gestion efficiente en capital des portefeuilles de projets du SNC.
- Impact sur le portefeuille : Favorise la priorisation et l'avancement, ajustés au risque, des actifs neuroactifs.
Considérations relatives à la mise en œuvre
- Nécessite une expertise en chirurgie sur petits animaux et en neurophysiologie.
- Requiert un accès à des instruments d'électrophysiologie de base et à des systèmes d'acquisition de données.
- Exige une standardisation interéquipes du positionnement des électrodes et des protocoles de stimulation.
- Adaptable à divers modèles de rongeurs et à différents paradigmes expérimentaux.
- Les limites potentielles incluent la variabilité des réponses animales et la nécessité d'une personnalisation des protocoles.
