חזותי הקלטות פוטנציאליים עורר בעכברים באמצעות ערוץ מרובה לא פולשנית יבש בקרקפת EEG חיישן
12 בינואר 2018
תיכננו חיישן 16 ערוץ EEG מסוג יבש אשר לא פולשנית, deformable ו מחדש שמיש. מאמר זה מתאר את כל התהליך של ייצור האלקטרודה EEG המוצע כדי עיבוד חזותי עורר הפוטנציאלים (VEP) אותות אותות נמדדים על הקרקפת העכבר באמצעות חיישן EEG מרובה ערוצים לא פולשנית יבש.
המטרה הכוללת של הליך זה היא למדוד פוטנציאלים מעוררים חזותיים על קרקפת עכבר באמצעות חיישן EEG יבש, לא פולשני ורב-ערוצי. שיטה זו יכולה לעזור לענות על שאלות מהירות בתחום המחקר התרגומי הפרה-קליני כדי לפרוץ את פער האותות במחקר EEG לא פולשני בין בני אדם לחיות מעבדה. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא שהיא לא פולשנית, מה שמשפר את ההבנה של EEG של בעלי חיים.
יתר על כן, הוא מספק סביבות ניסוי בטוחות ונוחות. התחל בהכנת 16 פינים לאלקטרודה אחת לא פולשנית. חותכים שתי חתיכות של מצעי סיבי זכוכית בגודל 15 מילימטרים על 17 מילימטרים.
לאחר מכן, צור 16 חורים בקוטר 1.2 מילימטר באמצעות מכונת חריטה מדויקת. לאחר מכן, קדחו 16 חורים במצעים השטוחים על פי תיאום הבדיקה, באופן שווה במרווח של שני מילימטרים. ערמו שני מצעים, ומרחו טיפה אחת של דבק דבק מהיר פעולה בין שכבות המצע ליצירת שכבה כפולה בעובי של שלושה מילימטרים, התומכת ב-16 אלקטרודות יציבות ומקבילות במהלך רכישת האות.
לאחר מכן, הרכיבו ידנית את 16 האלקטרודות על המצע בזו אחר זו. הלחמו וקשרו את חלק מכסה ההלחמה הסופי של כל אלקטרודה למחבר חסין-המגע. לבסוף, כסו והסתירו את הצמתים החשופים בצינורות מתכווצים בחום לבידוד חשמלי.
על העכבר המורדם יש להתחיל במריחת משחת עיניים עם צמר גפן כדי לשמור על לחות הקרנית. הסר את השערות סביב הראש והכתפיים בעזרת קוצץ שיער. לאחר מכן, מורחים קרם אפילציה זמין מסחרית, ושומרים אותו על אזור זה למשך שלוש עד ארבע דקות.
לבסוף, הסר את האפילטורי המיושם בעזרת מרית, ואז נגב את השאר במגבונים לחים, והחל מים מספר פעמים. התחל בהרכבת ראש העכבר על המסגרת הסטריאוטקסית על ידי הנחת מוטות אוזניים לתוך תעלות האוזן של העכבר, והידוקם במקומם. התקן את החיישן לתוך מחזיק האלקטרודות בהתאמה אישית.
לאחר מכן, קבע את מחזיק החיישן על המסגרת הסטריאוטקסית. אתר את האלקטרואנצפלוגרפיה הגמישה, או חיישן EEG, תוך התחשבות באלקטרודת הייחוס ובמיקום הברגמה. לאחר מכן, הורד בזהירות את החיישן בכיוון האנכי, כך שבוכני האלקטרודות המסודרות ייגעו בקרקפת העכבר באופן שווה על השוליים המעוקלים.
בדוק שהעכבות נמצאות בטווח המתאים, מ-100 קילו-אוהם, לשני מגה-אוהם. מקם מחדש את האלקטרודה כאשר ערך עכבה כלשהו נמצא מחוץ לטווח. לאחר מכן, מקם את הפוטוסטימולטור במרחק של 20 סנטימטרים מעיני העכבר.
קבעו את הפרמטרים של מכשירי הניסוי כך שתדירות הדגימה היא 500 הרץ, סינון החריצים הוא 60 הרץ, המרווח בין הגירוי הוא 10 שניות, משך ההבזק הוא 10 אלפיות השנייה, ומספר גירויי ההבזק הוא 100 ניסויים לכל נבדק. לבסוף, לפני שתתחיל בהקלטות ה-EEG, התאם את העכבר למשך 10 דקות בכלוב החשוך להתאמה חזותית חשוכה. תגובות פוטנציאליות ממוצעות מעוררות חזותית מצביעות על תנודות אות מינימליות לאחר גירוי, פחות מ-300 אלפיות השנייה.
האות מתייצב בהתמדה לאורך זמן במהלך התקופה שלאחר הגירוי. יתר על כן, ניתן לסווג 14 ערוצים למספר קבוצות על סמך תגובות ה-VEP, מה שחושף מורפולוגיות ודפוסים דומים. לאחר שליטה, ניתן להשלים טכניקה זו תוך שעה אחת אם היא מבוצעת כראוי.
בזמן ניסיון הליך זה, חשוב לזכור לבדוק את מצב ההרדמה של בעל החיים. ניתן לבצע שילוב של הליך זה עם שיטות אחרות, כמו גירוי מוחי או הקלטות אלקטרופיזיולוגיות בעומק פני השטח על מנת לענות על שאלות נוספות, כמו אופטימיזציה של פרמטרים של גירוי מוחי או לוקליזציה של מקורות. לאחר פיתוחה, טכניקה זו סללה את הדרך לחוקרים בתחום תחומי המחקר התרגומי לחבר בין מחקר מדעי בסיסי לחקר מוח אנושי עם מחקר השוואתי, אמין ויעיל ללא כל הכנה כירורגית פולשנית.
לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להבין היטב כיצד למדוד פוטנציאלים מעוררים חזותיים על קרקפת עכבר באמצעות אלקטרודה חדשה שיש לה את היתרון של גמישות, מצב סוג יבש, יכולות רב-ערוציות, אי פולשניות ושימוש חוזר.
צפו בתמליל המלא וקבלו גישה לאלפי סרטונים מדעיים
סקירה כללית
מחקר זה מציג חיישן EEG מסוג יבש בעל 16 ערוצים, שתוכנן לרכישת אותות גמישה ולא פולשנית מקרקפת העכבר. הוא מתמקד במדידת פוטנציאלים מעוררים חזותיים (VEP) במחקרים פרה-קליניים, ובכך משפר את טכנולוגיית ה-EEG הבלתי פולשנית להבנה טובה יותר של פעילות המוח בבעלי חיים.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום המדע
- מדעי המוח
- אלקטרופיזיולוגיה
- מחקר פרה-קליני
רקע
- שיטות לא פולשניות במחקרי EEG מגשרות על הפערים בין מחקרים בבני אדם לבין מחקרים בבעלי חיים.
- הטכניקות הנוכחיות חסרות גמישות ולעתים קרובות דורשות פרוצדורות פולשניות.
- הבנת VEPs יכולה לספק תובנות לגבי תפקוד המוח ורווחת בעלי החיים.
מטרת המחקר
- פיתוח חיישן EEG חדש המאפשר מדידות VEP יעילות בעכברים.
- הדגמת היתרונות של ניטור EEG לא פולשני עבור מחקר תרגומי.
- ביסוס שיטה אמינה לרכישת אותות ללא צורך בהכנה כירורגית.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- חיישן EEG רב-ערוצי לרכישת אותות לא-פולשנית מקרקפת העכבר.
- מודל עכבר המשמש עם הכנות ספציפיות להרדמה וניקוי קרקפת.
- שלבי הרכבה מפורטים לבניית אלקטרודת ה-EEG.
- הגדרת פרמטרי סטימולציה והסתגלות עינית לפני הקלטות ה-EEG.
- ניטור עכבה להבטחת מגע אלקטרודות אופטימלי.
תוצאים עיקריים
- השגנו הקלטות VEP יציבות עם תנודות אות מינימליות.
- תגובות שסווגו לקבוצות על בסיס מורפולוגיות דומות שנחשפו על ידי 14 ערוצים.
- הדגמה של ביצוע מהיר של הפרוצדורה עם יעילות במחקרי גריית מוח.
מסקנות
- מחקר זה מדגיש טכניקה לא פולשנית למדידת VEPs, הסוללת את הדרך למחקרים בתחום מדעי העצבים התרגומיים.
- הקלטות EEG אמינות יכולות לשפר את ההבנה של מנגנונים נוירונליים במודלים פרה-קליניים.
- ניתן לשלב גישה זו עם שיטות אחרות למחקרים מתקדמים באיתות עצבי ובהתנהגות.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למקבלי החלטות
שיטות EEG לא פולשניות במודלים פרה-קליניים מגשרות על הפער התרגומי בין נוירופיזיולוגיה של בעלי חיים לבני אדם, על ידי מתן אפשרות לקריאות עצביות ניתנות לחזרה ובקנה מידה רחב ללא התערבות כירורגית. חיישן יבש רב-ערוצי זה תומך בהפחתת סיכונים מכניסטיים בתהליכי תיקוף מטרה (target validation) על ידי אספקת ביומרקרים כמותיים בעלי רזולוציה זמנית לתפקוד נתיבים תחושתיים. היותו רב-פעמי ותאימותו לתכנוני מחקר אורך משפרים את יעילות הפורטפוליו בקווי גילוי מוקדמים המתמקדים בתרופות למערכת העצבים המרכזית (CNS).
יישומים אסטרטגיים במו"פ של ביו-פארמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- ערך מדעי: מאפשר בחינה של שלמות המסלול הוויזואלי והתגובתיות הקורטיקלית כסמן ביולוגי תפקודי למעורבות המטרה (target engagement) במועמדים לתרופות למערכת העצבים המרכזית (CNS).
- ערך תפעולי: מספק מדידות הדירות שאינן טרמינליות, התומכות במחקרי תגובה למינון ומחקרי מהלך זמן באותה קבוצת בעלי חיים.
סריקה ופיתוח בדיקה
- ערך מדעי: מייצר מדדי אמפליטודה וזמן השהיה (latency) כמותיים של VEP המתאימים לסריקה בעלת תוכן גבוה (high-content screening) של תרכובות המשפיעות על התמסורת העצבית.
- ערך תפעולי: מיקום אלקטרודות סטנדרטי וניטור עכבה (impedance) מבטיחים את הדירות הבדיקה בין מעבדות ובנקודות זמן שונות.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- ערך מדעי: מאפשר השוואה ישירה של פרופילי תגובה עצבית בין מודלים של מכרסמים לבין נתוני EEG קליניים של בני אדם, ובכך משפר את הביטחון החזוי.
- ערך תפעולי: תומך במעקב אורך של התקדמות המחלה או של השפעה טיפולית במחקרים פרה-קליניים כרוניים.
שילוב תהליכי עבודה וצנרת עיבוד (Pipeline)
השיטה משתלבת ברצף הגילוי, החל מבדיקת השערות לגבי מטרה ועד לאופטימיזציה של מועמדים מובילים (lead optimization), כאשר סממנים עצביים תפקודיים מכוונים החלטות של המשך או הפסקה (go/no-go) לפני השקעה משמעותית.
- ביולוגיה של גילוי: מאפשרת הפחתת סיכונים מכניסטיים על ידי תיקוף השפעות של מודולציית מטרה על פעילות עצבית המעוררת על ידי חושים במעגלים שלמים.
- סריקה: מספקת תוצאות אלקטרופיזיולוגיות שניתן לשלב עם בדיקות התנהגותיות או מולקולריות לסריקה פנוטיפית משולבת.
- אנליטיקה: מספקת נתוני VEP רב-ערוציים מסונכרנים בזמן המאפשרים ניתוח ספקטרלי ומורפולוגי של תגובות רשת עצבית.
- מחקר תרגומי: עולה בקנה אחד עם נקודות קצה קליניות של EEG לשיפור ההסברה חוצת-מינים של מעורבות המטרה והשפעות פרמקודינמיות.
- שימוש חוזר ארגוני: היכולת להשתמש בחיישן שוב וביצועיו היציבים תומכים בסטנדרטיזציה כמשאב פלטפורמה משותף בין צוותי גילוי.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: מפחית עמימות מכניסטית בתיקוף מטרות על ידי קישור התערבות מולקולרית לשינויים מדידים בתפקוד מעגלים עצביים.
- ערך תפעולי: מבטל את הצורך בניתוחי הישרדות ואת השונות שלאחר הניתוח, ובכך מגביר את התפוקה ואת העמידה בתקני רווחת בעלי החיים.
- ערך אסטרטגי: משפר את יעילות ההון על ידי מתן אפשרות לגילוי מוקדם של מועמדים לא יעילים למערכת העצבים המרכזית (CNS) באמצעות סממנים עצביים אובייקטיביים.
- השפעה על תיק הפיתוח: תומך בקידום מותאם סיכונים על ידי אספקת נתונים תפקודיים המשלימים בדיקות קישור למטרה ובדיקות פנוטיפיות.
שיקולי יישום
- נדרשת מומחיות באלקטרופיזיולוגיה, טיפול בבעלי חיים ועיבוד אותות לצורך רכישה ופירוש מדויקים של VEP.
- תלוי במגעים חשמליים יציבים ובסביבות עם רעש נמוך; איכות האות עשויה להשתנות עקב תנועת בעל החיים או התדרדרות האלקטרודות.
- דורש סטנדרטיזציה של פרמטרי הגירוי, עומק ההרדמה והכנת קרקפת בין אתרים שונים לצורך השוואה בין מספר מחקרים.
- ההתאמה לבעלי חיים הנעים בחופשיות נותרת מוגבלת על פי חומרי המקור, מה שמגביל את השימוש בפרדיגמות של אלקטרופיזיולוגיה התנהגותית.
- מגבלות מעשיות כוללות דרישות לניטור עכבה (impedance) והצורך בהסתגלות לחושך לפני כל סשן הקלטה.
