Mappatura cerebrale utilizzando un array di elettrodi di grafene

Summary

Presentiamo una procedura di mappatura cerebrale basata su array di grafene per ridurre l'invasività e migliorare la risoluzione spazio-temporale. Gli elettrodi di superficie basati su array di grafene mostrano biocompatibilità a lungo termine, flessibilità meccanica e idoneità per la mappatura cerebrale in un cervello contorto. Questo protocollo consente di costruire più forme di mappe sensoriali contemporaneamente e in sequenza.

Abstract

Le mappe corticali rappresentano l'organizzazione spaziale delle risposte neurali dipendenti dalla posizione agli stimoli sensomotori nella corteccia cerebrale, consentendo la previsione di comportamenti fisiologicamente rilevanti. Vari metodi, come gli elettrodi penetranti, l'elettroencefalografia, la tomografia a emissione di positroni, la magnetoencefalografia e la risonanza magnetica funzionale, sono stati utilizzati per ottenere mappe corticali. Tuttavia, questi metodi sono limitati da una scarsa risoluzione spazio-temporale, da un basso rapporto segnale/rumore (SNR), da costi elevati e dalla non biocompatibilità o causano danni fisici al cervello. Questo studio propone un metodo di mappatura somatosensoriale basato su array di grafene come caratteristica dell'elettrocorticografia che offre una biocompatibilità superiore, un'elevata risoluzione spazio-temporale, un SNR desiderabile e un danno tissutale ridotto al minimo, superando gli inconvenienti dei metodi precedenti. Questo studio ha dimostrato la fattibilità di un array di elettrodi di grafene per la mappatura somatosensoriale nei ratti. Il protocollo presentato può essere applicato non solo alla corteccia somatosensoriale ma anche ad altre cortecce come la corteccia uditiva, visiva e motoria, fornendo una tecnologia avanzata per l'implementazione clinica.

Introduction

Una mappa corticale è un insieme di chiazze locali che rappresentano le proprietà di risposta agli stimoli sensomotori nella corteccia cerebrale. Sono una formazione spaziale di reti neurali e consentono la previsione della percezione e della cognizione. Pertanto, le mappe corticali sono utili per valutare le risposte neurali agli stimoli esterni e per elaborare le informazioni sensomotorie 1,2,3,4. Sono disponibili metodi invasivi e non invasivi per la mappatura corticale. Una delle metodiche invasive più comuni prevede l'uso di elettrodi i....

Protocol

Tutte le procedure di gestione degli animali sono state approvate dal Comitato Istituzionale per la Cura e l'Uso degli Animali dell'Università Nazionale di Incheon (INU-ANIM-2017-08).

1. Preparazione dell'animale per l'intervento chirurgico

NOTA: Utilizzare Sprague Dawley Rat (8-10 settimane) senza pregiudizi sessuali per questo esperimento.

1. Anestetizzare il ratto con 90 mg/kg di ketamina e 10 mg/kg di cocktail di xilazina per via intraperitoneale. Per mantenere la profondità di anestesia desiderata durante l'intervento, fornire un supplemento di 45 mg/kg di ketamina e 5 mg/kg di cockta....

Results

Questo protocollo descrive il modo in cui un array multicanale di grafene viene montato sulla superficie del cervello. La mappa somatosensoriale è stata costruita acquisendo risposte neurali a stimoli fisici e calcolando l'ampiezza della risposta. La Figura 1 mostra lo schema di questo esperimento.

La Figura 2A presenta le caratteristiche strutturali di un array di elettrodi in grafene. Ci sono fori passanti del substrato tra gli elet.......

Discussion

Il protocollo presentato fornisce un processo approfondito e passo dopo passo che spiega come accedere e mappare le risposte somatosensoriali dei ratti utilizzando un array di elettrodi di grafene. I dati acquisiti dal protocollo sono SEP che forniscono informazioni somatosensoriali che sono sinapticamente collegate a ciascuna parte del corpo.

Diversi aspetti di questo protocollo dovrebbero essere considerati. Quando si estrae il liquido cerebrospinale per prevenire l'edema cerebrale e mitigar.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Siringa da 1 ml	KOREAVACCINE CORPORATION		che inietta il farmaco per l'anestesia
Siringa da 3 ml	KOREAVACCINE CORPORATION		che inietta il farmaco per l'anestesia
Bone rongeur	Fine Science Tools	16220-14	rimuovere il connettore del cranio
	Gbrain		Collegare l'elettrodo di grafene al trapano per headstage
	Strumento		macinare le punte del trapano del cranio
Impianto		Osstem	rettificare il cranio
Graefe pinza dell'iride leggermente curva seghettata	vubu	vudu-02-73010	rimuovere il tessuto dal cranio o tenere tergicristallo
grafene multielettrodo array	Gbrain		registra segnali dal neurone
isoflurano	Hana Pharm Corporation		sacrifce il soggetto
ketamina	yuhan corporation		utilizzato per l'anestesia
lidocaina (2%)	Daihan farmaceutico		anestetico locale
Matlab R2021b	Mathworks		Software di analisi dei dati
emostatici per zanzare	Fine Science Tools	91309-12	allaccia l'unguento per il cuoio capelluto
	Alcon		previene la secchezza degli occhi
povidone	Green Pharmaceutical Corporation		disinfetta l'area dell'incisione
RHS 32ch Stim/Record headstage	intan technologies	M4032	collega il connettore al cavo di interfaccia e contiene il chip stim/amplificatore
RHS RHS 6-ft (1.8m) Stim SPI interface cable	intan technologies	M3206	collega l'elettrodo di grafene al
software del controller RHS Stim/Recording	intan technologies		Software di acquisizione dati
Controller di stimolazione/ registrazione RHS	intan technologies	M4200
soluzione salina	JW Bisturi farmaceutico
	Hammacher	HSB 805-03
strumento stereotassico	stoelting		fissare il soggetto
sterile Ago	ipodermicoKOREAVACCINE CORPORATION		rimuovere la dura mater
Steven Iris Tile Forceps	KASCO	50-2026	rimuovere la
lama chirurgica della dura madre n. 11	FEATHER		inscise il cuoio capelluto
sicssors chirurgici Fine	Science Tools	14090-09	inscise il cuoio capelluto e rimuovere la dura mater
bastone			baffi stimolazione
xilazina	Bayer Corea		usata per l'anestesia