Ad alta densità elettroencefalografico Acquisizione in un modello di roditore Utilizzando risorse a basso costo e open-source

L'obiettivo generale di questa metodologia è dimostrare un protocollo alternativo a basso costo per la costruzione e la registrazione mediante un array cronico di elettrodi transcranici ad alta densità. Questo metodo può contribuire a rispondere a domande fondamentali nelle neuroscienze, come l'organizzazione su larga scala delle reti neuronali e le caratteristiche spaziali e temporali delle risposte evocate da stimoli sensoriali. I principali vantaggi di questa tecnica sono il basso costo, la riproducibilità e la facilità di personalizzazione specifica per l'esperimento.

Sebbene questo metodo possa fornire informazioni dettagliate sulle analisi complesse dei dati elettroencefalografici, la sua applicazione è ideale per studi in anestesiologia, epilettologia e neurobiologia del sonno. Per realizzare il supporto, iniziare isolando i pin di un connettore a due file da cinquanta pin con un sottile strato di vernice per unghie. Successivamente, utilizzando una pinzetta, rimuovere ogni ottava fila di pin spingendo la loro estremità di alloggiamento attraverso il connettore.

Una volta che il rivestimento è completamente asciutto, rimuovere il rivestimento dalle punte dei perni con un piccolo panno e acetone. Quindi, utilizzando una lametta o un tronchese, tagliare i blocchi per ottenere mattoni di perni di dimensioni due per sette. Due di questi mattoni fungeranno da elettrodi EEG transcranici.

Successivamente, da ciascuna estremità di un mattone 2×50, preparare due mattoni a perno 1×2 per registrare il segnale EMG utilizzando lo stesso procedimento. Ciascun mattone 1×2 deve mantenere uno dei lati lisci esterni del mattone 2×50. Per completare le due metà dell'intero array, allineare i fori e i perni del mattone 1×2 con la fila più posteriore di perni di un mattone 2×7.

Quindi, utilizzare un adesivo epossidico bicomponente per unire le loro superfici lisce e rinforzare il collegamento con altro epossidico se necessario. Lasciare polimerizzare le due metà per tutta la notte. Per preparare due fili per l'EMG toracico, iniziare con un filo di argento isolato lungo 3 cm.

Rimuovere 1 cm di isolante da un'estremità e aggiungere due anelli sul filo nudo avvolgendolo intorno a una coppia di pinzette. Successivamente, rimuovere 25 mm di isolante dall'altra estremità. A questo punto, preparare altri due fili per EMG cervicale simili, partendo da un filo di 1,5 cm.

Da ciascuna metà del supporto per la testa, rimuovere il perno laterale della fila più anteriore, poiché questo perno non entrerà in contatto con tessuti rilevanti. Per fissare i fili, tagliare i perni dei mattoncini 1x2 a 3 mm dalle loro estremità. Successivamente, saldare un filo EMG cervicale al perno anteriore e un filo EMG toracico al perno posteriore.

Prima di procedere, utilizzare un multimetro in modalità continuità per assicurarsi che ciascun pin sia elettricamente isolato. Collegare i cavi a diverse combinazioni di pin e, se una coppia è elettricamente accoppiata, il multimetro emetterà un segnale acustico. Una volta asciutti, piegare i cavi dell'EMG fino a renderli paralleli all'asse AP con uno spostamento laterale minimo.

Quindi coprire i giunti saldati con smalto per unghie. Ora, regolare la lunghezza dei pin utilizzando un tronchese e l'aiuto di un atlante cerebrale. Individuare il pin la cui distanza ventrale dal bregma sarà la maggiore.

Non tagliare questo perno, ma tagliare tutti gli altri perni rispetto a questo. Per completare le parti superiori, ricoprire tutte le punte dei perni con una soluzione argentata utilizzando una penna applicatrice. Per preparare un adattatore, iniziare con un connettore nano maschio a doppia fila da 36 posizioni.

Prima, tagliare i fili del connettore in modo da ottenere una lunghezza uniforme di 2 cm. Poi, rimuovere 2,5 mm di guaina isolante da ciascuna estremità dei fili. Infine, saldare insieme i filamenti del filo sottile e tagliare via l'isolante rimosso dal filo stagnato.

Successivamente, crea un connettore maschio-maschio corrispondente al supporto utilizzando un blocco di intestazione con due file da cinquanta pin. Come in precedenza, prepara due blocchi da due per sette e due blocchi da due per uno. Ora, salda uno dei fili di massa del connettore nano al pin che si trova 0,6 mm anteriormente e 1 mm lateralmente rispetto al bregma.

Questo pin funge da riferimento e da massa quando si utilizza un chip amplificatore RHD 2132. Successivamente, saldare i fili del connettore nano stagnati sullo stesso lato della connessione del pin di massa. Poiché ogni filo corrisponde a un canale specifico, consultare un diagramma della mappatura dei canali dello stadio amplificatore e assegnare i canali di conseguenza.

Dopo aver saldato tutti i fili ai rispettivi pin, tagliare i fili non utilizzati. Successivamente, utilizzare un voltometro per verificare che ogni pin sia elettricamente isolato dagli altri pin. Una volta confermato l'isolamento elettrico, applicare uno strato sottile di smalto per unghie intorno a ogni giunzione saldata per ulteriormente isolare ciascun pin.

Quindi, utilizzando una resina epossidica bicomponente, rinforzare l'apposito adattatore nano abbinato alle file di perni bilaterali sui mattoncini maschio-maschio. Non deve essere presente alcuna resina eccessiva sulle parti mediali degli adattatori, poiché ciò impedirebbe l'inserimento contemporaneo dei connettori. Per una maggiore durata, applicare la resina epossidica alla base del connettore nano.

Assicurarsi di ricoprire tutte le giunzioni di saldatura con l'epossidico. Una volta che l'epossidico si è asciugato, verificare la mappatura dei canali mediante misurazioni di impedenza. Dopo aver posizionato correttamente il topo e definito il bregma come origine del sistema di coordinate stereotassiche, livellare il cranio lungo l'asse mediale-laterale e l'asse anteriore-posteriore.

Quindi, utilizzando una punta microforatrice da 0,5 mm di diametro, praticare fori di svuotamento distanti 1,3 mm l'uno dall'altro e a 1 mm dalla linea mediana, partendo da 3,3 mm anteriormente alla bregma e terminando a 4,5 mm posteriormente alla bregma. Creare due file bilaterali. Successivamente, praticare fori di svuotamento su entrambi i lati della linea mediana distanti tra loro 1,3 mm, partendo da 2 mm anteriormente alla bregma e terminando a 4,5 mm posteriormente alla bregma.

Ora, impiantare i supporti per la testa. Con pinze dritte, preparare i canali per i fili EMG destinati ai fili EMG toracici. Dal dorso del topo, creare un canale di 2,5 cm sotto la pelle e posizionare i fili EMG nella cavità.

Successivamente, manovrare il blocco EEG con pinze curve in modo che i perni siano allineati con i fori trapanati. Applicare una leggera pressione e muovere leggermente i perni per inserirli nel cranio. L'EEG sarà stabile una volta inserito correttamente.

Successivamente, regolare i fili del potenziale elettromiografico (EMG) nella loro posizione finale. Una volta posizionati, preparare una miscela in rapporto uno a uno di metil metacrilato con il relativo composto di reticolazione. Quindi, ricoprire con cemento la porzione di cranio esposta, le parti ricoperte di smalto delle pinze elettrode e la porzione prossimale dei fili EMG.

Non coprire i ricettacoli femmina della corona né far penetrare del cemento nel pelo dell'animale. Una volta che il cemento si è asciugato, la procedura di montaggio è completata. Rimuovere il topo dal telaio stereotassico e lasciarlo riprendere monitorando i segni vitali.

Dopo due settimane dall'intervento chirurgico, un topo completamente recuperato può essere collegato a un cavo di registrazione tramite l'adattatore per l'abituazione. Una volta che i topi si sono abituati, possono essere utilizzati negli esperimenti. Dopo aver collegato un topo alla scheda di acquisizione tramite un adattatore, un amplificatore e un cavo di interfaccia standard, aprire il software di registrazione Open E-Fizz.

Creare quindi una catena di segnali per il ritmo FPGA e il visualizzatore LFP trascinando i moduli nella catena di segnali. Successivamente, ottenere i valori di impedenza dell'elettrodo di 30,0 kilocampioni al secondo. Quindi selezionare la frequenza di campionamento desiderata per la registrazione.

I filtri possono anche essere trascinati nella catena del segnale, se desiderato. Proseguire selezionando il percorso di salvataggio per i dati e la frequenza di campionamento desiderata. Quindi fare clic sulla finestra del visualizzatore LFP e premere il pulsante di riproduzione.

Ora, utilizzando il metodo di disegno per visualizzare l'EEG, regolare la visualizzazione modificando l'ampiezza del segnale, la velocità di scansione e le impostazioni di eventuali filtri in uso. Una volta regolate tutte le impostazioni, iniziare le registrazioni. I dati sono stati raccolti da un topo in movimento libero, impiantato con una cuffia EEG ad alta densità.

La registrazione dell'EMG toracico contiene attività elettrica incorporata, proveniente dal cuore. L'EMG cervicale contiene informazioni sul tono muscolare. Le singole forme d'onda dell'EEG corrispondono allo schema di mappatura dei canali.

Con questa registrazione, è possibile calcolare la frequenza cardiaca del topo misurando l'intervallo tra i picchi QRS dell'elettrocardiogramma. Analogamente, è possibile misurare la frequenza respiratoria del topo calcolando la variabilità fasica del picco QRS man mano che la cavità toracica si espande e si contrae con ogni respiro. Pertanto, questa configurazione permette l'acquisizione della polisonnografia murina.

Questa configurazione permette la mappatura corticale dei potenziali evocati visivi. Quando un impulso di luce della durata di dieci millisecondi viene somministrato soltanto all'occhio sinistro, si registrano risposte classiche nella corteccia visiva primaria controlaterale, seguite da una risposta ritardata nella corteccia visiva secondaria controlaterale. Questo fenomeno è facilmente osservabile nei potenziali elettrici variabili nel tempo lungo l'intera superficie corticale di V1 e V2 controlaterali. Dopo aver visto questo video, si dovrebbe avere una buona comprensione di come costruire array di microelettrodi ad alta densità per un modello roditore e di come effettuare registrazioni dall'array impiantato.

Una volta acquisite, le fasi di costruzione e impianto di questa tecnica possono essere completate in due ore se eseguite correttamente. Durante il tentativo di questa procedura, è importante ricordare di creare un adeguato contatto dell'elettrodo epidurale senza penetrare la dura madre. La limatura precisa dei perni e l'attenzione durante l'innesto delle parti craniche garantiranno le migliori probabilità di un contatto elettrodico adeguato.

In bocca al lupo!