Method Article

מיפוי מוח באמצעות מערך אלקטרודות גרפן

DOI:

10.3791/64910

⸱

October 20th, 2023

 ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Nano-Bioengineering, Incheon National University

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

אנו מציגים הליך מיפוי מוח מבוסס מערך גרפן כדי להפחית את הפולשנות ולשפר את הרזולוציה המרחבית-זמנית. אלקטרודות משטח מבוססות מערך גרפן מציגות תאימות ביולוגית ארוכת טווח, גמישות מכנית והתאמה למיפוי מוח במוח מפותל . פרוטוקול זה מאפשר לבנות צורות מרובות של מפות חושיות בו זמנית וברצף.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

מפות קורטיקליות מייצגות את הארגון המרחבי של תגובות עצביות תלויות מיקום לגירויים סנסומוטוריים בקליפת המוח, ומאפשרות חיזוי של התנהגויות רלוונטיות מבחינה פיזיולוגית. שיטות שונות, כגון אלקטרודות חודרות, אלקטרואנצפלוגרפיה, טומוגרפיה של פליטת פוזיטרונים, מגנטואנצפלוגרפיה והדמיית תהודה מגנטית תפקודית, שימשו להשגת מפות קליפת המוח. עם זאת, שיטות אלה מוגבלות על ידי רזולוציה מרחבית-זמנית ירודה, יחס אות לרעש נמוך (SNR), עלויות גבוהות ואי-תאימות ביולוגית או גורמות נזק פיזי למוח. מחקר זה מציע שיטת מיפוי סומטוסנסורי מבוססת מערך גרפן כתכונה של אלקטרוקורטיקוגרפיה המציעה תאימות ביולוגית מעולה, רזולוציה מרחבית-זמנית גבוהה, SNR רצוי ונזק מינימלי לרקמות, תוך התגברות על החסרונות של שיטות קודמות. מחקר זה הדגים את ההיתכנות של מערך אלקטרודות גרפן למיפוי סומטוסנסורי בחולדות. הפרוטוקול המוצג יכול להיות מיושם לא רק על קליפת המוח הסומטוסנסורית, אלא גם על קליפות אחרות כגון קליפת המוח השמיעתית, הראייתית והמוטורית, ומספק טכנולוגיה מתקדמת ליישום קליני.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

מפה קורטיקלית היא קבוצה של טלאים מקומיים המייצגים תכונות תגובה לגירויים סנסומוטוריים בקליפת המוח. הם היווצרות מרחבית של רשתות עצביות ומאפשרים חיזוי של תפיסה וקוגניציה. לכן, מפות קליפת המוח שימושיות בהערכת תגובות עצביות לגירויים חיצוניים ובעיבוד מידע סנסומוטורי 1,2,3,4. קיימות שיטות פולשניות ולא פולשניות למיפוי קליפת המוח. אחת השיטות הפולשניות הנפוצות ביותר כוללת שימוש באלקטרודות תוך קורטיקליות (או חודרות) למיפוי 5,6,7,8.....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

כל נהלי הטיפול בבעלי חיים אושרו על ידי הוועדה המוסדית לטיפול ושימוש בבעלי חיים של האוניברסיטה הלאומית אינצ'און (INU-ANIM-2017-08).

1. הכנת בעלי חיים לניתוח

הערה: השתמש בעכברוש Sprague Dawley (בן 8-10 שבועות) ללא הטיית המין עבור ניסוי זה.

  1. מרדימים את החולדה עם 90 מ"ג/ק"ג קטמין ו-10 מ"ג/ק"ג קוקטייל קסילזין תוך צפקי. כדי לשמור על עומק ההרדמה הרצוי במהלך הניתוח, ספקו תוספת של 45 מ"ג/ק"ג קטמין ו-5 מ"ג/ק"ג קוקטייל קסילזין כאשר החולדה מראה סימני התעוררות.
  2. ודאו שהחולדה נמצאת תחת הרדמה עמוקה ובדקו באופן קבוע השתקפויות גוף כגון צביטת בוהן, צביטת זנב ורפלקס הקרנית.
  3. לגלח את הפרוו....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

פרוטוקול זה מתאר כיצד מערך רב ערוצי גרפן מותקן על פני השטח של המוח. המפה הסומטוסנסורית נבנתה על ידי רכישת תגובות עצביות לגירויים פיזיים וחישוב המשרעת של התגובה. איור 1 מראה את הסכמה של הניסוי הזה.

איור 2A מציג את המאפיינים המבניים של מערך אלקטרודות גרפן. ישנם חורים של המצע בין האלקטרודות. החורים האלה עוזרים לאלקטרודה לבוא במגע יציב עם פני השטח של קליפת המוח (איור 2B). ההיצמדות החזקה של האלקטרודה לקליפת המ.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

הפרוטוקול המוצג מספק תהליך מעמיק, שלב אחר שלב, המסביר כיצד לגשת ולמפות את התגובות הסומטוסנסוריות של חולדות באמצעות מערך אלקטרודות גרפן. הנתונים שנרכשו בפרוטוקול הם SEPs המספקים מידע סומטוסנסורי המקושר באופן סינפטי לכל חלק בגוף.

יש לשקול מספר היבטים של פרוטוקול זה. בעת שאיבת נוזל מוחי שדרתי כדי למנוע בצקת במוח ולהפחית דלקת, חיוני עבור הנסיין לא לפגוע בגזע המוח הממוקם מול מגננת cisterna.

שפם פנים מספק מידע חושי מישושי על הסביבה, כגון סביבה חשוכה וצרה. בהתאם לכך, שפם מ.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

אין לנו מה לחשוף.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

עבודה זו נתמכה על ידי האוניברסיטה הלאומית אינצ'און (קואופרטיב בינלאומי) עבור סונגו יאנג.

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
מזרק 1 מ"לKOREAVACCINE CORPORATIONמזריק את התרופה להרדמה 
מזרק 3 מ"לKOREAVACCINE CORPORATIONמזריק את התרופה להרדמה 
Bone rongeurFine Science Tools16220-14הסר את מחבר הגולגולת
Gbrainחבר את אלקטרודת הגרפן למקדחת ה-headstage
כליטוחן את מקדחי הגולגולת
שתלOsstemטוחן את הגולגולת
מלקחיים של קשתית Graefe מעוקל מעט מעוקלvubuvudu-02-73010הסר את הרקמה מהגולגולת או המגב מערך
מרובה אלקטרודותגרפן Gbrainמתעד אותות מנוירון
איזופלורן,תאגידמחלל את הנושא
קטמיןיוהאן תאגידהמשמש להרדמה
לידוקאין(2%)Daihan Pharmaceutical הרדמה מקומית
Matlab R2021bMathworksניתוח נתונים תוכנה
המוסטטים יתושיםFine Science Tools91309-12מהדקים את משחת הקרקפת
אלקוןמונעים התייבשות של העין 
התרופות הירוקpovidoneמחטא את אזור החתך
RHS 32ch Stim/Record headstageטכנולוגיות intanM4032מחבר מחבר לכבל ממשק ומכיל שבב גירוי/מגבר RHS
6 רגל (1.8 מ') כבל ממשק Stim SPIintan technologiesM3206חבר אלקטרודת גרפן ל-headstage
תוכנת בקר RHS Stim/הקלטהintan technologiesData Acquisition Software
RHS גירוי/הקלטה בקרintan technologiesM4200
מלחJW אזמל פרמצבטי
HammacherHSB 805-03
מכשיר סטריאוטקסיstoeltingלהדק את הנושא
סטרילי מחטהיפודרמיתKOREAVACCINE CORPORATIONהסר את הדורה מאטר
סטיבן איריס רקמות מלקחייםKASCO50-2026הסר את
הלהב הכירורגי של הדורה מאטר מס' 11FEATHERהחדיר את
ה-sicssors הכירורגיFine Science Tools14090-09החדיר את הקרקפת והסר את
גירוי שפםמקל
קסילזיןבאייר קוריאהמשמש להרדמה
FALCON האנה פארם תאגיד של של הקרקפת העץ של הדורה מאטר

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Leergaard, T. B., et al. Rat somatosensory cerebropontocerebellar pathways: spatial relationships of the somatotopic map of the primary somatosensory cortex are preserved in a three-dimensional clustered pontine map. Journal of Comparative Neurology. 422 (2), 246-266 (2000).
  2. Craner, S. L., Ray, R. H.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Graphene Electrode ArrayBrain MappingCortical MapsSomatosensory CortexNeural Signal RecordingElectrocorticographyStereotaxic SurgeryLocal Field PotentialsHigh Spatiotemporal ResolutionBiocompatible Electrodes

Related Articles