Mappatura cerebrale utilizzando un array di elettrodi di grafene

La mappa corticale è un insieme di chiazze locali che rappresentano le proprietà di risposta agli stimoli motori sensoriali nella corteccia cerebrale. Può scoprire la formazione spaziale di reti neurali che possono offrire una previsione per la percezione e la cognizione. Quindi, le mappe corticali vengono utilizzate per studiare le risposte neurali da stimoli esterni e l'elaborazione delle informazioni senso-motorie Per creare mappe corticali sono metodi invasivi e non invasivi.

L'uso di elettrodi intracorticali è uno dei metodi invasivi più comuni utilizzati per mappare la corteccia cerebrale. Poiché può danneggiare il cervello per l'alta risoluzione, impedisce l'esecuzione di ulteriori misurazioni. Gli strumenti alternativi di mappatura cerebrale come EEG, PET, MEG, fMRI, sono metodi non invasivi che consentono la mappatura dell'intero cervello e il campionamento ripetuto.

Tuttavia, diversi svantaggi sono la bassa risoluzione temporale spaziale, il ritardo temporale, gli errori dovuti a input modulatori non specificati e i costi proibitivi. Le tecniche ottiche come l'imaging del calcio e la fMRI optogenetica forniscono una mappatura cerebrale su larga scala, ma non sono clinicamente vantaggiose a causa della tossicità dell'indicatore e della bassa risoluzione temporale spaziale. L'array di elettrodi in grafene presenta biocompatibilità a lungo termine e flessibilità meccanica che fornisce registrazioni stabili del cervello contorto.

Recentemente, il nostro gruppo ha sviluppato un array di elettrodi in grafene che fornisce registrazioni ad alta risoluzione per i segnali neurali sulla superficie corticale. Questo protocollo utilizza un array di elettrodi di grafene per registrare i SEP dalla zampa anteriore, dall'arto, dalla zampa posteriore, dall'arto posteriore, dal tronco e dai baffi di un ratto SD per creare una mappa corticale. Somministrare un'iniezione intraperitoneale di ketamina e cocktail di xilazina utilizzando un dosaggio di 90 milligrammi per chilogrammo per la ketamina e 10 milligrammi per chilogrammo per la xilazina.

Per mantenere la profondità desiderata dell'anestesia durante l'intervento, iniettare una ketamina da 45 milligrammi per chilogrammo e un cocktail di xilazina da 5 milligrammi per chilogrammo se il ratto mostra segni di risveglio. Pizzica il dito del piede per confermare la profondità dell'anestesia. Se il topo trema, attendi altri minuti fino a quando non mostra alcuna risposta.

Radere il pelo sulla testa del ratto dallo spazio tra gli occhi alla parte posteriore delle orecchie usando un rifinitore. Quindi applicare un unguento oftalmico sugli occhi. Usando barre auricolari e adattatori stereotassici, fissare la testa del ratto sull'apparato stereotassico.

Assicurati che la testa del ratto sia fissata correttamente. Sterilizzare un'area rasata con uno scambio di cotone imbevuto di povidone. Strofina l'area rasata con alcool.

Ripetere il processo di sterilizzazione tre volte. Quindi iniettare 0,1 millilitri di lidocaina al 2% nel cuoio capelluto per indurre l'anestesia locale. Crea un'incisione della linea mediana di due o tre centimetri e separa lateralmente il cuoio capelluto per esporre il cranio.

Blocca il cuoio capelluto per esporre il cranio con una pinza per zanzare. Inizia rimuovendo il periostio grattando la superficie del cranio con una pinza. In linea retta verso la lambda, localizzare lo sterno magna strappando il muscolo dietro l'osso occipitale sul bordo posteriore.

Usa un microscopio per avere una visione ravvicinata della cisterna magna. Incidere delicatamente la cisterna magna. Dopo aver strappato la cisterna magna, i liquidi cerebrospinali fuoriescono.

Drenare il liquido cerebrospinale con la garza sterile arrotolata per affondare nel cervello. Segna dove verrà posizionato l'elettrodo di grafene in base alle coordinate stereotassiche predefinite in base alla posizione del bregma. La corteccia somatosensoriale si trova a tre millimetri nell'asse anteriore posteriore e a sei millimetri in direzione laterale destra dal bregma del cranio dell'emisfero destro.

Forare l'area contrassegnata in base alle coordinate stereotassiche. Rimuovere il cranio con il rongeur osseo. Infila un batuffolo di cotone in un ago sgargiante da 26.

Piegare l'ago a 90 gradi. Per rimuovere la dura madre, creare un foro utilizzando un ago piegato. Sollevare la dura madre verso l'alto, inserire la pinza in quel foro e procedere a tagliare la dura madre con le forbici o strapparla con le pinze.

Applicare la garza sterile bagnata con soluzione fisiologica sulla corteccia somatosensoriale per evitare che la corteccia si secchi. Staccare l'array multielettrodo di grafene senza causare danni applicando una soluzione salina. Rimuovere il rivestimento esterno dei cavi di riferimento e di terra dal connettore.

Per configurare l'array multielettrodo di grafene per la mappatura, collegare lo stadio di testa con il connettore. Collegare l'array di elettrodi di grafene al connettore. Collegare il cavo di interfaccia al controller di registrazione.

Collegare l'array multielettrodo in grafene e il complesso di connettori a un cavo di interfaccia. Quindi fissare il complesso array multielettrodo di grafene sul braccio stereotassico. Posizionare l'array di elettrodi di grafene sulla corteccia somatosensoriale in base alle coordinate stereotassiche predefinite.

Posizionare il filo di riferimento nel tessuto dietro l'osso occipitale. Quindi collegare il filo di terra al tavolo ottico con messa a terra. Aprire il software di registrazione e impostare la frequenza di campionamento a 30 kilohertz e fare clic sul pulsante OK.

Impostare il filtro notch a 60 hertz per rimuovere il rumore dall'alimentazione. Piegare i baffi con un bastoncino fine. Registra i segnali neurali attraverso il sistema di acquisizione dati per il tempo desiderato.

Questi segnali sono segnali neurali ottenuti attraverso stimoli per i baffi. Anche altre parti del corpo stimolano allo stesso modo la registrazione dei SEP. Apri il file read_Intan_RHS2000 nome in codice MATLAB.

Fare clic sul pulsante Esegui. Scegli il file di registrazione e fai clic su quel file, quindi attendi che il file venga letto. Immettere il comando plot per creare un grafico lineare 2D.

Selezionare i segnali di picco rappresentativi in risposta allo stimolo e calcolare le ampiezze dei SEP misurando i valori massimo e minimo. Ottenere la mappa topografica colorando la pendenza con la diversa tonalità di colore in base all'ampiezza del SEP. L'array di elettrodi di grafene si trova a sinistra.

Ci sono fori passanti del substrato tra tutti gli elettrodi. Questi fori aiutano gli elettrodi a mantenere un forte contatto con la corteccia. A destra, l'immagine mostra l'array di elettrodi sulla corteccia.

A sinistra, il rapporto di ciascuna risposta neurale dipendente dalla posizione causata da stimolazioni a diverse parti del corpo del ratto è visualizzato a forma di ratto. Ogni parte del corpo è rappresentata con un colore diverso. In questo modo si configura una mappa della corteccia somatosensoriale.

A destra, la figura seguente mostra una risposta specifica di stimoli ottenuta attraverso gli elettrodi di grafene multicanale che sono stati posizionati sulla superficie della corteccia. Ogni riquadro colorato rappresenta le risposte che le diverse parti del corpo hanno avuto sui 30 canali. La figura sopra rappresenta gli LFP rilevati sulla superficie della corteccia somatosensoriale utilizzando array di elettrodi di grafene.

La barra dei colori mostra che un'ampiezza maggiore è rappresentata da una tonalità di colore più scura e ogni colore rappresenta una parte del corpo diversa. La figura flette l'ampiezza in base alle sfumature nella barra dei colori. Questo homunculus del roditore è stato creato utilizzando i risultati che sono stati appena spiegati.

Maggiore era l'ampiezza di una certa parte del corpo, maggiore sarebbe stata la sua rappresentazione sull'omoncolo. La figura seguente rappresenta un dato separato di LFP raccolti da ciascuna parte del corpo. Rappresenta le ampiezze variabili degli LFP rilevati in base alla barra dei colori.

Ci sono diverse precauzioni per questa procedura. Quando si rimuove il liquido cerebrospinale, lo sperimentatore deve fare attenzione a non toccare il tronco encefalico o il midollo spinale. Questo passaggio richiede pratica.

I baffi dei roditori sono sufficientemente sviluppati da percepire la direzione della deflessione, l'intensità dello stimolo e la posizione dei baffi che sono stati stimolati. Ecco perché i baffi dovrebbero essere stimolati in una direzione e un'intensità costanti per questo protocollo. Anche altre parti del corpo dovrebbero essere stimolate in modo coerente.

Il limite di questo protocollo è che i segnali evocati nelle strutture cerebrali profonde non possono essere registrati quando un array di elettrodi di grafene è montato sulla superficie corticale. Pertanto, lo sperimentatore non è in grado di identificare come la rete colonnare sia organizzata gerarchicamente per quanto riguarda le risposte neurali. Ciononostante, questo protocollo può essere ulteriormente applicato se lo sperimentatore cambia le aree multiple in cui sono posizionati gli array di elettrodi.

Ad esempio, se lo sperimentatore posiziona l'elettrodo sulla corteccia uditiva o visiva per estrarre informazioni uditive e visive, può acquisire le mappe uditive o visive. Inoltre, questo protocollo può essere esteso all'impianto cronico dell'array multielettrodo di grafene.