Name: Ad alta densità elettroencefalografico Acquisizione in un modello di roditore Utilizzando risorse a basso costo e open-source (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-11-26T15:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 39 s
Description: Impara a costruire e impiantare un array elettroencefalografico ad alta densità in topi utilizzando materiali a basso costo e open-source. Questo metodo riproducibile facilita studi di neurofisiologia, epilessia e sonno.

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Questo lavoro è stato supportato dalla Foundation for Anesthesia Education and Research Mentored Research Training Grant (ARM), dalle sovvenzioni del National Institutes of Health GM107117 (MBK) e GM088156 (MBK) e dal Dipartimento di Anestesiologia e Terapia Intensiva dell'Università della Pennsylvania, Perelman School of Medicine.

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</ol>

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

La costruzione a basso costo e gradini chirurgiche necessarie per raggiungere correttamente un canale 26, ad alta densità EEG montaggio in un mouse è descritto. La corretta contatto elettrodo epidurale è fondamentale per l&#39;acquisizione di segnali EEG di qualità in questo sistema. Due passaggi all&#39;interno l&#39;indirizzo del protocollo questo problema: pin taglio per abbinare contorno del cervello, e copricapo l&#39;impianto prima del rinforzo acrilico. È importante non tagliare un perno troppo breve durante la fase di costruzione. Quando impiantare le testate, è indispensabile per controllare la posizione del perno prima del rinforzo acrilico finale. Un modo per confermare il corretto contatto elettrodo è attraverso test di impedenza. Apparentemente, impedenze di 5-10 kΩ suggeriscono il corretto posizionamento epidurale. 26 &#160; misure di impedenza dimostrano la durata delle testate &quot;, come valori di impedenza degli elettrodi sono stabili all&#39;interno di questo intervallo 5-10 kΩ per almeno 4 mesi dopo l&#39;impianto. L&#39;altropasso essenziale consiste allineando i perni EMG con le due posteriori-la maggior parte delle righe del 2 x 7 EEG mattoni. Questo è fondamentale per il collegamento adattatore, come EMG disallineato e perni EEG si tradurrà in una incapacità di collegare l&#39;adattatore o pin adattatore piegati. Un importante vantaggio di questo sistema di acquisizione è la facilità di modificare la forma della matrice di elettrodi per ottimizzare svariate esigenze sperimentali. accordi di elettrodi su misura che rispondano perfettamente per esperimenti specifici possono essere facilmente creati. Personalizzazione per esperimenti specifici potrebbe potenzialmente combinare EEG con cannula per la consegna della droga diretto per farmacologico combinato, elettroencefalografico e studi comportamentali. 27 Divise adattatori, e le procedure chirurgiche sono facilmente su misura per un ampio numero di studi, quando seguendo i metodi descritti nel protocollo di cui sopra . Un secondo importante vantaggio di questo sistema di acquisizione è il suo basso costo. Attualmente, questo sistema di acquisizione puòrecord di 128 canali di ingresso su un massimo di 4 cavi separati, permettendo registrazioni simultanee da 4 topi o se lo si desidera, i ratti con griglie maggiore densità. Tale espansione richiederebbe solo cavi aggiuntivi e adattatori. Questo approccio alla acquisizione EEG ad alta densità Indirizzi inconvenienti di altri metodi di acquisizione EEG ad alta densità nei topi. Il sistema descritto in questo lavoro è comodamente costruito con materiali semplici e utilizza hardware open source e software che è poco costoso e stabile, permette misurazioni ripetute nello stesso animale per mesi, senza impedire il movimento durante un esperimento, e non richiede topi essere anestetizzati per la registrazione. Le limitazioni di questo sistema è che esso è stato convalidato solo fino ad oggi nei topi che pesano 20 grammi o più, e sono più vecchi di 12 settimane. topi più piccole o più giovani possono avere difficoltà con l&#39;impianto testata. Una limitazione secondario di questo metodo è l&#39;incapacità di controllare con precisione la profondità dell&#39;elettrodo dopo headpIECE fabbricazione. Tuttavia, questa stessa limitazione si applica agli elettrodi vite EEG tradizionali poiché non vi è alcun modo di conoscere esattamente la profondità di avvitamento pre-mortem rispetto alla superficie corticale. Risoluzione dei problemi per questo metodo in genere comporta correttamente la schermatura segnale interferente dal mouse quando legato al fine di ottenere il segnale privo di rumore. array EEG ad alta densità sono essenziali per le complesse analisi spazio-temporali di dati EEG che sono la nuova normalità nella moderna interpretazione EEG. Mentre la distribuzione spaziale di un potenziale evocato visivo è illustrato, i dati acquisiti con questo sistema possono essere analizzati utilizzando tecniche di imaging fonte elettrica e le misure di connettività neuronali. Una riduzione del 60% al 70% della superficie di contatto tra questi gli elettrodi rispetto ai contatti a vite tradizionali consente più precisa localizzazione del segnale, come mostrato in Figura 4. Impiegando alta densità tecniche analitiche in topi geneticamente modificati, seguendo Pharmacolintervento ogical, o in animali con patologia intrinseca, quali disturbi convulsivi possono aiutare a discernere i meccanismi che generano specifici oscillazioni corticali, localizzare le sorgenti di ERP e EP, e rivelare proprietà di rete su larga scala. Con migliori sistemi umani di parallelismo, questo approccio migliorerà piccoli modelli animali di neurofisiologia umana e neuropatologia, fornendo più facile trasformazione di scoperte fatte in modelli di roditori di rilevanza scientifica e clinica nell&#39;uomo.

attività neuronale può essere registrato extracellulare con diversi livelli di granularità da microscopiche (singoli potenziali d&#39;azione) per mesoscopiche (potenziali di campo locale) a macroscopica (elettroencefalogramma). Queste tracce di onde cerebrali sono classicamente analizzati nel dominio della frequenza per caratterizzare comportamentali, neurofisiologici, o stati elettrofisiologiche. Questo può essere fatto con un unico biopotenziale, 4 ma le registrazioni densità EEG sparse non può risolvere la componente spaziale di attività neuronale. Moderna analisi elettroencefalogramma si basa su più di elettrodi per la produzione di mappe dettagliate della distribuzione spazio-temporale delle attività corticale al fine di correlare l&#39;attività con le condizioni psicologiche specifiche e processi fisiologici. 5-7 due delle categorie più comunemente usati di analisi impongano montaggi EEG ad alta densità sono Imaging Source elettrica e misure di connettività di rete neurale. 8-11 <p class="jove_content"&gt; Imaging Source elettrico comporta la localizzazione di regioni cerebrali funzionalmente attivi. mappatura topografica della matrice di elettrodi può visualizzare la densità di corrente della attività elettrica all&#39;interno del cervello durante il potenziale evento-correlato (ERP) e potenziali evocati (EPS). Localizzazione fonte elettrica è comunemente usato in entrambi gli studi sequestro così come nella distribuzione di energia analisi. 12-15 Dal EEG è ad alta risoluzione temporale, studi EEG consentire la valutazione in tempo reale di ERP e EP così come temporalmente precisa analisi post hoc. 3,11 , 12 L&#39;associazione di stati e funzioni cognitive con l&#39;interazione di oscillazioni visto sul elettroencefalogramma è l&#39;obiettivo finale delle varie misure di connettività di rete neurale. Numerosi studi hanno dimostrato la sincronizzazione e il blocco fase di oscillazioni tra le diverse regioni del cervello sono associati a specifici stati di eccitazione, l&#39;attenzione e l&#39;azione. 6,13,14,16-19 </sup&gt; Dimostrando tali associazioni dei segnali tra le regioni del cervello richiede array ad alta densità che consentono valutazioni di connettività di rete. localizzazione delle sorgenti e la rete analisi dei segnali EEG origine con studi negli esseri umani, ma le indagini la base neuronale per questi segnali necessariamente coinvolgono modelli animali, in quanto richiedono tecniche invasive che sono altrimenti impossibili negli esseri umani. Al fine di replicare tali analisi nei modelli di roditori, è necessario un metodo per l&#39;acquisizione di segnali EEG ad alta densità nel cervello di un roditore. Mentre altri gruppi hanno costruito array di microelettrodi ad alta densità per l&#39;uso nei topi, questi approcci sono di limitata disponibilità di ricercatori senza accesso alle strutture di nanofabbricazione, non sono abbastanza robusto per esperimenti ripetuti per un periodo prolungato di tempo, o sono limitate da utilizzare anestetizzato topi. 1-3,7 Un basso costo protocollo alternativo per la costruzione cronica ad alta densità, transcranica elettrodo ARRAy è dimostrata qui. L&#39;approccio acquisizione del segnale qui descritto non è limitato a EEG, ma include segnali elettromiografici (EMG). Acquisizione di segnali EMG può essere un approccio complementare per la definizione dello stato comportamento ed è particolarmente utile per gli studi di sonno. Questo approccio fornisce un intermedio tra costoso, ultra-alta densità griglie intracranici, e il numero di piombo limitati possibili con elettrodi a vite tradizionali che sono insufficienti per gli approcci di analisi avanzate. Il design casco è facilmente costruito e alla portata di studi ad alto rendimento. L&#39;utilizzo di questo sistema di acquisizione in collaborazione con assortiti tecniche di manipolazione genetica o farmacologici entro modelli di roditori possono aiutare a scoprire i meccanismi di generazione corticale oscillazione, divergenze di comportamento da vere differenze genotipiche, localizzazione fonte di ERP e EP, e la comunicazione di rete su larga scala.

<table><tbody><tr><td>Stadio principale dell'amplificatore RHD2132 a 32 canali</td><td>Intan Technologies</td><td>C3314</td><td></td></tr><tr><td>Scheda acquiszione</td><td>Open Ephys</td><td>v2.2</td><td></td></tr><tr><td>Connettore ricetbile a 100 posizioni</td><td>Digi-Key</td><td>ED85100-ND</td><td>Copricapo</td></tr><tr><td>Acetone (1 L)</td>Lama di rasoio <td>Sigma Aldrich</td><td>179973-1L</td><td></td></tr><tr><td>(confezione da 100)</td><td>McMaster Carr</td><td>3962A4</td><td></td></tr><tr><td>Pinze tagliafili</td><td>MSC Industrial</td><td>321786</td><td></td></tr> 2 <tr><td>parti epossidiche</td><td>McMaster Carr</td><td>7605A18</td><td></td></tr><tr><td>Filo d'argento rivestito in PFA (25 piedi)</td><td>A-M Systems</td><td>787000</td><td>EMG Wire</td></tr><tr><td>CircuitWriter Pen</td><td>MCM Electronics</td><td>200-175</td><td>Applicatore d'argento per punte di elettrodi</td></tr><tr><td>Connettore nano-miniaturizzato maschio a doppia fila a 36 posizioni</td><td>Connettore Omnetics Corporation</td><td>A79028-001</td><td>Adattatore da testina ad amplificatore</td></tr><tr><td>Connettore per striscia di collegamento 2 x 50</td><td>Digi-Key</td><td>ED83100-ND</td><td>Adattatore per testina ad amplificatore</td></tr><tr><td>Clidox Base e Acitvator</td><td>Pharmacal</td><td>95120F e 96120F</td><td>Sterilizzante</td></tr><tr><td>Isoflurano</td><td>Priamal Enterprises Ltd</td><td>66794-019-10</td><td></td></tr><tr><td>Ossigeno</td><td>Airgas</td><td>OX USP300</td><td></td></tr><tr><td>Regolatore di temperatura ad anello chiuso</td><td>CWE Inc.</td><td>08-130000</td><td></td></tr><tr><td>Forbici curve</td><td>FST</td><td>14085-09</td><td></td></tr><tr><td>0,25% Bupivicaina cloridrato</td><td>Hospira</td><td>0409-1159-02</td><td>Anestetico locale</td></tr><tr><td>Meloxicam 5mg/ml</td><td>Henry Schein</td><td>6451602845</td><td>Sollievo dal dolore/infiammazione</td></tr><tr><td>0,9% Cloruro di sodio</td><td>Hospira</td><td>0409-4888-20</td><td>Fluidi</td></tr><tr><td>Cefazolin</td><td>Hospira</td><td>0409-0806-01</td><td>Antibatterico</td></tr><tr><td>No.11 Monouso Scapel (20 conf.)</td> <td>Feather</td><td>2975 # 11</td><td></td></tr><tr><td>Micro Serrefines</td><td>FST</td><td>18052-3</td><td></td></tr><tr><td>Cotton Swabs (1.000 pk)</td> <td>MSC Industrial</td><td>8749574</td><td></td></tr><tr><td>0,5 mm Micro Drill Bit</td><td>FST</td><td>19007-05</td><td></td></tr><tr><td>Trapano stereotassico</td><td>Kopf</td><td>Modello 1471</td><td></td></tr><tr><td>Curvo Pinze</td><td>Roboz</td><td>RS-5136</td><td></td></tr><tr><td>Metacrilato di metile</td><td>A-M Systems</td><td>525000</td><td>Cemento per copricapo</td></tr><tr><td>Composto reticolante di metacrilato di metile</td><td>A-M Systems</td><td>526000</td><td></td></tr><tr><td>Emostatici curvi</td><td>FST</td><td>13003-10</td><td>Adattatore di collegamento Aide in</td></tr><tr><td>RHD2000 cavo di interfaccia SPI standard (3 piedi)</td><td>Intan Technologies</td><td>C3203</td><td></td></tr><tr><td>Braccio a sbalzo</td><td>Instech</td><td>MCLA</td><td></td></tr><tr><td>Micro Spatola (confezione da 12</td>)<td>Fischer Scientific</td><td>S50822</td><td></td></tr><tr><td>Stazione di saldatura digitale</td><td>MCM Electronics</td><td>21-10115</td><td></td></tr><tr><td>Saldatura con nucleo di colofonia 60/40 Stagno/Piombo</td><td>MCM Electronics</td><td>21-1045</td><td></td></tr><tr><td>Color Craze Smalto per unghie con indurenti (a base di nitrocellulosa)</td><td>L.A. Colors</td><td>CNP508</td><td></td></tr><tr><td>Strumento stereotassico per piccoli animali con consolle di visualizzazione digitale</td><td>Kopf</td><td>modello 940</td><td></td></tr></tbody></table>

ad alta densità elettroencefalografico acquisizione in un modello di roditore utilizzando risorse a basso costo e open-source

High-density Electroencephalographic Acquisition in a Rodent Model Using Low-cost and Open-source Resources

Avanzate tecniche di analisi elettroencefalografici che richiedono alta risoluzione spaziale, tra cui l&#39;imaging fonte elettrica e misure di connettività di rete, sono applicabili a una varietà crescente di domande nel campo delle neuroscienze. L&#39;esecuzione di questo tipo di analisi in un modello di roditore richiede una maggiore densità di elettrodi di elettrodi a vite tradizionali possono realizzare. Mentre esistono alta densità montaggi elettroencefalografici per i roditori, sono di limitata disponibilità di molti ricercatori, non sono abbastanza robusto per esperimenti ripetuti per un periodo prolungato di tempo, o sono limitate da utilizzare per roditori anestetizzati. 1-3 Una proposta di basso costo metodo per la costruzione di un bene durevole, alto-count, transcranica matrice di elettrodi, composto da testate bilateralmente impiantabili è indagato come un mezzo per eseguire avanzate elettroencefalogramma analisi nei topi o ratti. Procedure per la testata fabbricazione e chirurgica l&#39;impianto necessary per la produzione di elevato rapporto segnale a rumore, elettroencefalografico bassa impedenza e segnali elettromiografici sono presentati. Mentre la metodologia è utile in entrambi i ratti e topi, questo manoscritto si concentra sulla realizzazione più impegnativo per il cranio del mouse più piccolo. Liberamente topi in movimento sono legati solamente ai cavi tramite un adattatore comune durante la registrazione. Una versione di questo sistema di elettrodi che comprende 26 canali elettroencefalografici e 4 canali elettromiografici è descritto di seguito.

Dati campione registrati in un mouse muoversi liberamente impiantato con un EEG casco ad alta densità è mostrato in figura 3. Singole forme d&#39;onda EEG corrispondono al regime canale di mappatura mostrato in Figura 2. Esempi di cervicale e toracica EMG vengono inoltre visualizzati in figura 3. si noti che la registrazione toracica EMG contiene anche attività elettrica incorporato originari cuore del topo che diventa evidente quando un segnale differenziale tra i due fili EMG toracici (T) è calcolata. Con questa registrazione è anche possibile calcolare la frequenza cardiaca del topo misurando il tempo tra picchi QRS elettrocardiografici. 23-24 Analogamente, è possibile misurare la frequenza respiratoria del topo calcolando variabilità fasica del picco QRS come la cavità toracica si espande e contratti con ogni respiro. 25 Quindi, questa impostazione dei permessi per l&#39;acquisizione of polisonnografia murino. Inoltre, la configurazione consente mappatura corticale dei potenziali evocati visivi (Figura 4). Quando un impulso di 10 msec di luce viene consegnato solo per l&#39;occhio sinistro del mouse, le risposte classiche sono registrati nel controlaterale (ma non omolaterale) corteccia visiva primaria che sono seguiti da una risposta ritardata in controlaterale corteccia visiva secondaria. Il video integrato nella Figura 4 mostra il tempo variabile potenziali elettrici su tutta la superficie corticale insieme con grafici di attività nel V1 e V2 controlaterale. <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td> AP </td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td> 3.3 </td><td></td><td></td><td> 0 </td><td> 0 </td><td></td><td></td></tr><tr><td> 2 </td><td></td><td> 0.4 </td><td> 0.6 </td><td> 0.6 </td><td> 0.4 </td><td></td&gt; </tr><tr><td> 0.7 </td><td></td><td> 0.6 </td><td> 0.9 </td><td> 0.9 </td><td> 0.6 </td><td></td></tr><tr><td> -0.6 </td><td></td><td> 0.9 </td><td> 1 </td><td> 1 </td><td> 0.9 </td><td></td></tr><tr><td> -1.9 </td><td></td><td> 1 </td><td> 1.1 </td><td> 1.1 </td><td> 1 </td><td></td></tr><tr><td> -3.2 </td><td> 3 </td><td> 1 </td><td> 1 </td><td> 1 </td><td> 1 </td><td> 3 </td></tr><tr><td> -4.5 </td><td> 3 </td><td> 0.7 </td><td> 0.7 </td><td> 0.7 </td><td> 0.7 </td><td> 3 </td></tr><tr><td> ML </td><td></td><td> -2.3 </td><td> -1 </td><td> 1 </td><td> 2.3 </td><td></td></tr></tbody></table> Tabella 1:. Pin Taglio Lunghezze Questa figura mostra le lunghezze taglio richiesti, in mm, per pin per il casco. Le lunghezze di pin rifilatura sono stati acquisiti da un atlante cervello di topo. After perni taglio, la testata corrisponde al profilo superficie del cervello. 20 pin EMG sono completamente tagliati fuori come i fili utilizzati per registrare il segnale EMG sono saldati sul stub perno. <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/54908/54908fig1.jpg" /> Figura 1:. Copricapo Componenti, intermedi passi della costruzione e corretto collegamento per la registrazione Questa figura mostra la materia prima utilizzata per creare copricapi. Partendo con un recipiente connettore 100 pin, vengono creati piccoli componenti 2 x 7 e 2 x 1. Si noti che nel componente 2 x 1, il bordo iniziale del 2 x 50 è intatto, che permette la costruzione casco coerente e consente a un adattatore per collegare a molti topi impiantati. Figura 1B e 1C presenta le materie prime necessarie per creare l&#39;adattatore dalla testata all&#39;amplificatore. 1B presenta l&#39;estremità testata dil&#39;adattatore che allo stesso modo viene tagliato per connettersi alla testata. Si noti che tale 2 x 1 ha di nuovo un bordo originale dal componente grezzo, garantendo la corretta connessione tra l&#39;adattatore e la testata. Figura 1C mostra l&#39;estremità dell&#39;adattatore che collega all&#39;amplificatore. Figura 1D mostra la incollato con resina epossidica 2 x 7 e 2 x 1 componenti lungo con fili EMG preparati per la registrazione del segnale. Figura 1E dimostra un copricapo completato. Figura 1F mostra un adattatore completato. la figura 1G mostra un corretto collegamento tra le testate e l&#39;adattatore. Infine, la Figura 1H mostra un mouse impiantato con adattatore collegato e l&#39;amplificatore. Il chip amplificatore è collegato ad un cavo di interfaccia che corre verso la scheda di acquisizione (non mostrato). <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54908/54908fig1large.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <pclass = &quot;jove_content&quot; fo: keep-together.within-page = &quot;1&quot;&gt; <img alt="figura 2" src="/files/ftp_upload/54908/54908fig2.jpg" /> Figura 2:. Elettrodi Montaggio e copricapo completamente Costruito Questa figura mostra il posizionamento degli elettrodi rispetto al cervello di topo. posizioni elettrodi sono basate sulle coordinate stereotassica da Bregma. Coordinate per ogni elettrodo può essere trovato nel passo 4.8 del protocollo. colore elettrodi corrisponde alle regioni cerebrali sottostanti per ogni elettrodo. Bianco = frontale corteccia associativa (Fra), arancione = motoria primaria corteccia (M1), Rosa = corteccia motoria secondario (M2), verde scuro = primaria corteccia somatosensoriale, regione zampa anteriore (S1FL), Verde = primaria corteccia somatosensoriale, zona disgranulare (S1DZ ), Luce verde = corteccia somatosensoriale primaria, campo barile (S1BF), Giallo = mediale parietale corteccia associativa (MPTA), blu scuro = primaria corteccia visiva (V1), Light Blue = corteccia visiva secondaria, zona mediomedial (V2MM), nero = dy retrosplenialcorteccia sgranular (RSD). 20 comuni di riferimento / terra è mostrata come bene. Questo schema di riferimento minimizza artefatto respiratorio all&#39;interno del segnale grezzo. Numeri associati con ciascuno elettrodo forniscono una mappa canale per l&#39;intero array. Immagine modificata da Allen cervello di topo Atlas. 21,22 figura 2B mostra un copricapo completamente costruito in scala rispetto ad un centesimo. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54908/54908fig2large.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/54908/54908fig3.jpg" /> Figura 3: EEG campione e EMG Tracce dall&#39;elettrodo Montage forme d&#39;onda elettrodi corrispondono alla mappatura dei canali mostrato nella Figura 1A.. Cervicale EMG (C) offre la possibilità di determinare il tono muscolare nucale (+). segnali EMG contengono anche cardiaci impulsi elettrici QRS(*). Barre di scala di 200 mV per ampiezza di traccia e 1 secondo per la durata di traccia vengono visualizzati. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54908/54908fig3large.jpg" target="_blank">Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 4" src="/files/ftp_upload/54908/54908fig4.jpg" /> Figura 4: distribuzione spaziale dei Evocati Visivi potenziale Distribuzione spaziale delle domande, previo potenziali evocati di un lampo di luce unilaterale somministrato solo per l&#39;occhio sinistro.. diagramma superiore rappresenta l&#39;EEG montaggio ad alta densità con ogni cerchio rappresenta un elettrodo. Variazione del colore nel tempo corrisponde alle variazioni di tensione nel corso del tempo per ogni rispettivo elettrodo. Al tempo = 0 msec, un impulso di luce 10 msec viene consegnato e rappresentato in figura centrale. grafica in basso illustra significa potenziali evocati tracce per controlaterale V1 e V2 EEG elettrodi (prove n = 108 EP). pul Lucese si verifica a 0 msec. Si noti che la corrispondente risposta potenziale evocato si osserva in V1 controlaterale (traccia nera), seguita da una latenza più evocato risposta potenziale nel V2 controlaterale (traccia rossa). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54908/Figure_4.mov" target="_blank">(Clic destro per il download).</a>

Vengono fornite istruzioni per la costruzione a basso costo e l'impianto chirurgico di un montaggio elettroencefalografico cronico transcranico ad alta densità nei topi. Vengono inoltre descritte le tecniche di registrazione, estrazione ed elaborazione dei segnali.

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

Advanced electroencephalographic analysis techniques requiring high spatial resolution, including electrical source imaging and measures of network ...

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!

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