מיפוי מוח באמצעות מערך אלקטרודות גרפן

מפת קליפת המוח היא קבוצה של טלאים מקומיים המייצגים תכונות תגובה לגירויים מוטוריים חושיים בקליפת המוח. הוא יכול לגלות את ההיווצרות המרחבית של רשתות עצביות שיכולות להציע חיזוי לתפיסה וקוגניציה. לפיכך, מפות קליפת המוח משמשות לחקר תגובות עצביות מגירויים חיצוניים ועיבוד מידע מוטורי חושי ליצירת מפות קליפת המוח הן שיטות פולשניות ולא פולשניות.

שימוש באלקטרודות תוך קורטיקליות הוא אחת השיטות הפולשניות הנפוצות ביותר המשמשות למיפוי קליפת המוח. מכיוון שהוא יכול להזיק למוח ברזולוציה גבוהה, הוא מונע מדידות נוספות. כלים חלופיים למיפוי המוח כגון EEG, PET, MEG, fMRI, הם שיטות לא פולשניות המאפשרות מיפוי מוח שלם ודגימה חוזרת.

עם זאת, מספר חסרונות הם רזולוציה טמפורלית מרחבית נמוכה, פיגור זמני, שגיאות עקב תשומות מודולטוריות שלא צוינו ועלויות אסורות. טכניקות אופטיות כגון דימות סידן ו-fMRI אופטוגנטי מספקות מיפוי מוח בקנה מידה גדול, אך אינן מועילות מבחינה קלינית בשל רעילות אינדיקטור ורזולוציה טמפורלית מרחבית נמוכה. מערך האלקטרודות של גרפן מציג תאימות ביולוגית ארוכת טווח וגמישות מכנית המספקת הקלטות יציבות של המוח המפותל.

לאחרונה, הקבוצה שלנו פיתחה מערך אלקטרודות גרפן המספק הקלטות ברזולוציה גבוהה עבור אותות עצביים על פני קליפת המוח. פרוטוקול זה משתמש במערך אלקטרודות גרפן כדי להקליט את ה- SEPs מכפה קדמית, גפה קדמית, כפה אחורית, גפה אחורית, גזע ושפם של חולדת SD כדי ליצור מפה קליפת המוח. יש לבצע הזרקה תוך צפקית של קטמין וקוקטייל קסילזין במינון של 90 מיליגרם לק"ג קטמין ו-10 מיליגרם לק"ג קסילזין.

כדי לשמור על עומק ההרדמה הרצוי במהלך הניתוח, יש להזריק 45 מיליגרם לקילוגרם קטמין, וחמישה מיליגרם לקילוגרם קוקטייל קסילזין אם החולדה מראה סימני התעוררות. צבטו את הבוהן כדי לאשר את עומק ההרדמה. אם החולדה רועדת, המתינו דקות נוספות עד שהיא לא תראה תגובה.

מגלחים את הפרווה שעל ראשה של החולדה מהרווח שבין העיניים לחלק האחורי של האוזניים באמצעות גוזם (Trimmer). לאחר מכן להחיל משחה אופתלמית על העיניים. באמצעות מוטות אוזניים ומתאמים סטריאוטקסיים, מקבעים את ראש החולדה על המנגנון הסטריאוטקסי.

ודאו שראשה של החולדה מקובע כראוי. לעקר אזור מגולח עם החלפת כותנה ספוגה פובידון. שפשפו את האזור המגולח באלכוהול.

חזור על תהליך העיקור שלוש פעמים. לאחר מכן הזריקו 0.1 מיליליטר של 2% לידוקאין לקרקפת כדי לגרום להרדמה מקומית. יוצר חתך בקו האמצע של שניים עד שלושה סנטימטרים ומפרק לרוחב את הקרקפת כדי לחשוף את הגולגולת.

מהדקים את הקרקפת כדי לחשוף את הגולגולת עם מלקחיים יתושים. התחל על ידי הסרת periosteum על ידי גירוד פני השטח של הגולגולת עם מלקחיים. בקו ישר לכיוון הלמדא, אתר את עצם החזה על ידי קריעת השריר מאחורי עצם העורף בקצה האחורי.

השתמש במיקרוסקופ כדי לקבל מבט מקרוב על מגנה cisterna. חותכים את הסיסטרנה מגנה בעדינות. לאחר קריעת מגננת הסיסטרנה, נוזלי עמוד השדרה המוחיים זורמים החוצה.

נקזו את נוזל עמוד השדרה המוחי עם הגזה הסטרילית המפותלת כדי לשקוע במוח. סמן היכן תמוקם אלקטרודת הגרפן בהתבסס על הקואורדינטות הסטריאוטקסיות המוגדרות מראש בהתאם למיקום הברגמה. קליפת המוח הסומטוסנסורית ממוקמת שלושה מילימטרים בציר האחורי הקדמי ושישה מילימטרים בכיוון הצדדי הימני מהברגמה של גולגולת ההמיספרה הימנית.

קדח את האזור המסומן על פי הקואורדינטה הסטריאוטקסית. הסר את הגולגולת עם העצם rongeur. תקעו צמר גפן במחט צעקנית 26.

כופפו את המחט ל-90 מעלות. כדי להסיר את dura mater, ליצור חור באמצעות מחט כפופה. הרימו את הדורה מאטר כלפי מעלה, הכניסו מלקחיים לחור הזה והמשיכו לחתוך את הדורה מאטר במספריים או לקרוע אותה במלקחיים.

חברו את הגזה הסטרילית הרטובה במי מלח על קליפת המוח הסומטוסנסורית, כדי למנוע מקליפת המוח להתייבש. נתק את מערך הגרפן מרובה האלקטרודות מבלי לגרום נזק על ידי מריחת תמיסת מלח. הסר את הכיסוי החיצוני של חוטי הייחוס והארקה מהמחבר.

כדי להגדיר את מערך האלקטרודות מרובות הגרפן למיפוי, חבר את שלב הראש עם המחבר. חבר את מערך אלקטרודות הגרפן עם המחבר. חבר את כבל הממשק לבקר ההקלטה.

חבר את מערך הגרפן מרובה האלקטרודות ואת קומפלקס המחברים לכבל ממשק. לאחר מכן אבטחו את קומפלקס מערך הגרפן מרובה האלקטרודות על הזרוע הסטריאוטקסית. מקמו את מערך אלקטרודות הגרפן על קליפת המוח הסומטוסנסורית בהתבסס על הקואורדינטות הסטריאוטקסיות שהוגדרו מראש.

מניחים את חוט הייחוס ברקמה מאחורי עצם העורף. לאחר מכן חבר את חוט הארקה לשולחן האופטי המוארק. פתח את תוכנת ההקלטה והגדר את קצב הדגימה על 30 קילוהרץ ולחץ על בסדר לחצן.

הגדר את מסנן החריץ של 60 הרץ כדי להסיר את הרעש מהחשמל. לכופף את השפם עם מקל דק. הקלט אותות עצביים באמצעות מערכת רכישת הנתונים למשך הזמן הרצוי.

אותות אלה הם אותות עצביים המתקבלים באמצעות גירויים עבור שפם. חלקי גוף אחרים גם לעורר באותו אופן להקליט SEPs. פתחו את קוד MATLAB בשם קובץ read_Intan_RHS2000.

לחץ על לחצן הפעל. בחר את קובץ ההקלטה ולחץ על קובץ זה ולאחר מכן המתן לקריאת הקובץ. הזן את התוויית הפקודה כדי ליצור התוויית קו דו-ממדית.

בחר את אותות השיא המייצגים שהיו בתגובה לגירוי, וחשב את המשרעת של SEPs על ידי מדידת ערכי המקסימום והמינימום. קבל את המפה הטופוגרפית על ידי צביעת הכיתה בגווני הצבע השונים בהתאם למשרעת של SEP. מערך אלקטרודות הגרפן נמצא בצד שמאל.

יש דרך חורים של המצע בין כל האלקטרודות. חורים אלה מסייעים לאלקטרודות לשמור על קשר חזק עם קליפת המוח. מימין, התמונה מראה את מערך האלקטרודות על קליפת המוח.

משמאל, היחס בין כל תגובה עצבית תלוית מיקום הנגרמת על ידי גירויים לחלקים שונים בגוף החולדה מוצג בצורת חולדה. כל חלק בגוף מיוצג בצבע שונה. זה מגדיר מפה של קליפת המוח הסומטוסנסורית.

מימין, האיור הבא מראה גירוי ספציפי שהושג באמצעות אלקטרודות הגרפן הרב-ערוציות שהונחו על פני השטח של קליפת המוח. כל קופסה צבעונית מייצגת את התגובות שהיו לחלקי גוף שונים ב-30 הערוצים. האיור לעיל מייצג את ה-LFPs שזוהו על פני השטח של קליפת המוח הסומטוסנסורית, באמצעות מערכי אלקטרודות גרפן.

סרגל הצבע מראה שמשרעת גדולה יותר מיוצגת על-ידי גוון צבע כהה יותר וכל צבע מייצג חלק גוף אחר. האיור מגמיש את המשרעת בהתבסס על הגוונים בסרגל הצבע. הומונקולוס זה של המכרסם נוצר באמצעות התוצאות שהוסברו זה עתה.

ככל שהמשרעת של חלקי גוף מסוימים הייתה גדולה יותר, כך היא תוצג גדולה יותר על ההומונקולוס. האיור שלהלן מייצג נתונים נפרדים של LFPs שנאספו מכל חלק בגוף. הוא מייצג את המשרעת המשתנה של LFPs שזוהו בהתבסס על סרגל הצבע.

ישנם מספר אמצעי זהירות עבור הליך זה. בעת הסרת נוזל השדרה המוחי, על הנסיין להיזהר שלא לגעת בגזע המוח או בחוט השדרה. צעד זה דורש תרגול.

שפם המכרסמים מפותח מספיק כדי לחוש את כיוון ההסטה, עוצמת הגירוי והמיקום של השפם המגורה. לכן יש לגרות את השפם בכיוון ובעוצמה קבועים לפרוטוקול זה. גם חלקי גוף אחרים צריכים להיות מגורה באופן עקבי.

המגבלה של פרוטוקול זה היא שאותות המתעוררים במבני מוח עמוקים אינם יכולים להיקלט כאשר מערך אלקטרודות גרפן מותקן על פני קליפת המוח. לפיכך, הנסיין אינו יכול לזהות כיצד הרשת הטורית מאורגנת באופן היררכי בנוגע לתגובות העצביות. עם זאת, פרוטוקול זה יכול להיות מיושם עוד יותר אם הנסיין משנה את האזורים המרובים שבהם ממוקמים מערכי האלקטרודות.

לדוגמה, אם הנסיין ממקם את האלקטרודה על קליפת המוח השמיעתית או הראייתית כדי לחלץ מידע שמיעתי וחזותי, הוא יכול לרכוש את המפות השמיעתיות או החזותיות. כמו כן, פרוטוקול זה יכול להיות מורחב להשתלה כרונית של מערך multielectrode גרפן.