低コストかつオープンソースのリソースの使用げっ歯類モデルにおける高密度脳波取得

Summary

慢性経頭蓋高密度脳波モンタージュの低コストな構築と外科的移植のための指示書が提供されています。信号の記録、抽出、および処理技術についても説明します。

Abstract

電源イメージングおよびネットワーク接続の措置を含む高空間分解能を必要とする高度な脳波解析技術は、神経科学の質問拡大多様に適用可能です。齧歯類モデルでの分析のこれらの種類を実行すると、従来のネジ電極が達成できるよりも高い電極密度を必要とします。げっ歯類用の高密度脳波モンタージュが存在するが、それらは、大部分の研究者に制限アベイラビリティである、長期間にわたって繰り返し実験のために十分に堅牢ではない、または麻酔げっ歯類での使用に限定されている^。1-3提案低コスト両側移植可能なヘッドピースからなる、耐久性、高カウント、経頭蓋電極アレイを構築するための方法は、高度な脳波がマウスまたはラットで分析を実行する手段として検討されています。

ヘッドピースの製作及び外科的移植nの手順ノイズに対する高いシグナルを生成するecessary、低インピーダンス脳波と筋電信号が示されています。方法論は、ラットとマウスの両方で有用であるが、この原稿が小さいマウスの頭蓋骨のためのより挑戦的な実装に焦点を当てています。自由に動くマウスは、記録中のみ共通アダプタを介してケーブルにつながれています。 26脳波チャンネルと4電チャネルを含み、この電極システムの一バージョンは、以下に記載されています。

Introduction

ニューロンの活動は、巨視的（脳波）へのメゾスコピックする顕微鏡（個々の活動電位）から粒度（局所電場電位）の様々なレベルで細胞外に記録することができます。これらの脳波のトレースは、古典的行動、神経生理学的、または電気生理学的状態を特徴付けるために、周波数領域で分析されます。これは、単一の生体電位^、4で行うことができますが、疎な密度のEEG記録は、神経活動の空間的なコンポーネントを解決することはできません。現代の脳波分析は、特定の心理状態や生理学的プロセスとその活動を相関させるために皮質活動の時空間分布の詳細な地図を生成するために複数の電極に依存している。分析のより一般的に使用されるカテゴリの^5-7つを高密度EEGのモンタージュを必要としています電源イメージングとニューラルネットワーク接続の措置^。8-11

電気源イメージングは​​、機能的に活性な脳領域の局在化を伴います。電極アレイの地形マッピングは、イベント関連電位（ERP）と誘発電位（EPS）中に脳内の電気的活動の電流源密度を視覚化することができます。電気音源定位は、一般的に、両方の発作研究ならびに電力分配に使用されている分析しています^{。12月15日の}脳波は、高時間分解能を有しているため、脳波の研究では、事象関連電位とEPSのリアルタイム評価を可能にするだけでなく、時間的に正確な事後解析^{。3,11 、12}

脳波に見られる振動の相互作用と認知の状態と機能を関連付けると、ニューラルネットワーク接続のさまざまな施策の究極の目標です。多くの研究は、同期や覚醒、注意、およびアクションの特定の状態に関連付けられている異なる脳領域間の振動の位相ロックを示している^{。6,13,14,16-19} 脳の領域の中で、このような信号の関連を実証することは、ネットワーク接続の評価を可能にする高密度アレイを必要とします。

音源定位とネットワークは、ヒトでの研究が起源EEG信号の解析が、それらは、ヒトにおいてそうでなければ不可能な侵襲的技術を必要とするこれらのシグナルの神経基盤の調査は、必ずしも、動物モデルを伴います。げっ歯類モデルにおけるこれらの分析を複製するために、齧歯類の脳における高密度EEG信号を捕捉するための方法が必要とされています。他のグループは、マウスで使用するための高密度微小電極アレイを構築しているが、そのようなアプローチは、ナノ加工設備にアクセスすることなく研究に限ら利用可能である、長期間にわたって繰り返し実験のために十分に堅牢ではない、または麻酔の使用に限定されていますマウス^。1-3,7慢性高密度を構築するための低コストの代替プロトコルを、経頭蓋電極ARRAyがここに示されています。

ここで説明する信号取得アプローチは、EEGに限定されるものではなく、筋電（EMG）信号を含むものです。 EMG信号の取得は、動作状態を定義するための補完的なアプローチであると睡眠研究のために特に有用であることができます。このアプローチは、高価な、超高密度頭蓋グリッド間の中間体を提供し、高度な分析手法には不十分である伝統的なネジ電極を有する可能な限られたリード数。ヘッドピースの設計が容易に構築し、高スループットの研究のための手頃な価格です。皮質振動発生のメカニズムを明らかにすることができます齧歯類モデル内の各種遺伝的または薬理学的整体技術と共にこの取得システムの利用、真の遺伝子型のERPとのEPの違い、音源定位、および大規模なネットワーク通信からの行動の相違。

Protocol

この調査を通じて実施された研究は、実験動物の管理と使用に関する健康ガイドの国立研究所と一致したとペンシルベニア大学の施設内動物管理使用委員会によって承認されました。

1.ヘッドピースの設計・施工

1. プラスチック製のレンガを介してピンのレセプタクル部分を押すことにより、ピンセットで100位のリセプタクルコネクタの2×50ピンレンガからピンの8番目ごとの行を削除します。
   注：下向きピンは、プロトコルの残りのために参照される向きになります。 （具体的には2.6で、このに注意してください）。
2. 絶縁とマニキュアが完全に乾燥させるためにマニキュア液の非常に軽いコートで端子をカバーしています。
3. アセトンと小さな布でピンの先端からマニキュアを削除してください。
4. かみそりの刃やワイヤーカットPを使用して、2×7の過剰なプラスチックトリムliers。これは、ピンの長さに沿って絶縁し、ピン先端に露出している2×7レンガになります。これらは、最終的には経頭蓋EEG電極になります。二つの2×7レンガは、完全な慢性電極アレイ（ 図1A）のために必要です。
5. EMG信号記録用の2つの1×2ピンのレンガをカット。ピンセットで不要なピンを除去し、1×2レンガを作成するために離れて余分なプラスチックを切断する同じプロセスを使用してください。この距離は非常に単一のアダプターがすべてのヘッドピース（ 図1A）のために働くだろう、各ヘッドピースのための標準的なピンまでの距離になるように、これらの1×2のは、元の100ポジションレセプタクルからそれらへの滑らかな面があることを確認してください。
6. 2×7ピンピース（図1D）に1×2ピンピースを接続する2液性エポキシを使用してください。
   1. ピンの両方のセットが同じ向きである必要がありますように、1×2および2×の円滑な側面とヘッドピースの両半分の側面に1×2をエポキシ7互いに接触します。 2×7のピンの後方-ほとんど2行で1×2ピンホールやピンの位置を合わせます。
      注：ヘッドピースの2つの半分は一緒にエポキシ樹脂で接着されていません。これは慣れの間および実験日（ 図1E）の間に容易に接続するためのヘッドピースアダプタの2つの半分以内の柔軟性を可能にします。
   2. ヘッドピースの半分が一晩硬化してみましょう。完了すると、ヘッドピースは、左右対称です。各半分は2×7ピンレンガの後部ほとんど2行に沿ったものである横方向に取り付けられた2×1ピンレンガと2×7ピンのレンガで構成されています。
7. EMG信号記録用のワイヤを準備します。一本鎖で、31 Gのペルフルオロ絶縁銀線は、記録EMG信号（ 図1D）のために使用されます。しかし、多重鎖または所望であれば、他の金属配線を置換することができます。
   1. 胸部EMG線がペルフルオロ絶縁銀線とレム3.0センチの駒を取る作成するにはカミソリの刃を持つ一方の端からプラスチック絶縁のオベ1センチメートル。二回ピンセットの周りに非絶縁電線を包みます。ピンセットからワイヤを外し、かみそりの刃で非ループ端に絶縁の25ミリメートルを削除します。
   2. 子宮頸EMG線を構築するために、ワイヤー1.5センチセグメントで処理を繰り返します。二つの子宮頸EMG線および2胸部EMGワイヤは、完全なヘッドピースのために必要とされます。
8. マウスの脳アトラス^20（ 図によって決定されるようなこの場所の下に何も脳がないので、ブレグマの3.3ミリメートル前方とブレグマの2.3ミリメートル、横方向の定位座標に対応し、両方のヘッドピースの遠い前方の列の横のピンを、削除図2（a））。
9. 両方のヘッドピースの半分で、ワイヤーカッター（ピンの先端から3.0ミリメートル）のペアでヘッドピースのプラスチックベースに1×2レンガのピンをカットし、前方ピンと胸部に子宮頸EMG線をはんだ付け事後pにEMGに。
   1. 各端子が電気的に絶縁されていることを確認してください。連続モード中に別の端子に電圧計の2本のリード線を接続することにより、デジタルマルチメータとの連続性テストを実行します。電気的に絶縁されたピンは、このマルチメータのテストとビープ音を生成しません。しかし、電気的に結合されたピンはなります。マニキュアと一度乾燥とのはんだ接合部をカバーし、彼らは最小限の横方向の変位との前方/後方の軸と平行になるように、EMG線を曲げます。
10. 相対的な長さにトリム端子は、それらは、脳の表面形状に一致するようになっています。
    1. マウスの脳アトラスの側近で、各ピンのブレグマから脳表面にレコード腹の距離が座標^。20その腹の距離ブレグマからのピンは、ピントリミングのための指標となる最大です。他のすべてのピンは、この最大の腹距離ピン（ 表1に対して切断される一方で、このピンはトリミングされません。）。
       注意：ピンのサイズにまで研削することができますが、それは、ヘッドピースのピンが曲がることがありますピンと砥石との間の摩擦のように慎重に行う必要があります。ピンが曲がっている場合は、それをまっすぐにピンセットを使用しています。長さまでピンを研削する代わりに、ワイヤ切断ペンチでそれらをトリミングすることです。
11. 銀溶液のペンを使用して銀溶液とピン先端のすべてをカバーし、乾燥させてください。このステップは、信号対雑音比を増加させ、同時に、粗いエッジは、従って、組織損傷の機会を減少させ、手術からの回復を加速し、ピントリミング起因排除≤30kΩのに電極のインピーダンスを低下させます。完成したヘッドピースの半分の重みを0.5程度gです。

2.アダプターの構築とチャンネルのマッピング

1. カミソリの刃を使用して、2または3センチメートルの均一な長さに36ポジションのデュアル行男性ナノミニチュアコネクタのコネクタ配線をカットします。各ワイヤについては、ST各ワイヤのために露出した金属端およびスズから断熱材の2.5ミリメートルをはぎ取ります。これは、ピンを分離することが重要であるとして、各ナノアダプタワイヤーのための錫メッキワイヤーのシングル、薄い本鎖を持つように錫メッキ時を確認してください。ワイヤーカットプライヤー（ 図1C）でストリップ絶縁をチョキンと切ります。
2. 使用したヘッドピースに一致するオス/オスコネクタを作成して2×50レンガからコネティカットストリップヘッダー2×50カット2 2×7のと2 2×1の。男性のピンの1つを切り離すことにより、2×50レンガから不要なピンを外し、ピンセット（ 図1B）とコネクタから同じ部分の切れ目のない後半を押してください。
   注：これらのピンの片側は、他の半分はスズメッキナノコネクタワイヤに半田付けされる一方、各ヘッドピースにプラグインするために、アダプタピンとして機能します。手順で作成したヘッドピースとオス/オスコネクタの適切な嵌合を保証するために、2×1,2×7感動の平らなプラスチック製のエッジを持つようにしてください1。
3. 所望の対地/リファレンス・ピンにナノコネクタから地上/基準線の1上のはんだ。グラウンドおよび基準線はRHD2132アンプチップ上で相互に接続されています。リファレンスとグラウンドの両方としてブレグマに対して0.60ミリメートルの前方およびブレグマの1.00ミリメートルの横方向である単一のピンを使用してください。地面を結び付け0Ω抵抗を除去することにより、アンプチップのグランドおよび基準を分離することが可能であることに注意してください。（左ヘッドピースは、第三の最前行の内側のピンが好ましい場合しかし、他のピンは、 図2を割り当てることができます）基準2つの単離が所望される場合。
4. 地上/リファレンス・ピン接続などのオス/オスコネクタの同じ側に錫メッキナノコネクタワイヤを半田付けします。チャネル設定は、この時点で完了できるように、各ワイヤは、特定のチャネルにマッピングされます。アンプのヘッドステージ用のチャンネルマップ図は、オープンEphysのWikiサイト上で発見された（https://open-ephys.atlassian.net/wiki/display/OEW/Home）。そのチャネル希望のマッピングを達成するために、それぞれのピンに知られている対応する線をハンダ付けします。
5. ワイヤーカットプライヤーとナノコネクタの根元に未使用の配線を切断してください。
6. 各ピンは、他のすべてのピンから電気的に絶縁されることを保証するために電圧計を使用してください。分離が確認されると、さらに各ピンを絶縁するために、各はんだ付けジョイントの周りにマニキュアの薄いコートを適用します。
7. 2液性エポキシを使用して、オス - オスレンガ上の二国間の2×7と2×1ピンに一致するナノアダプタを強化します。
   注意：以前に作成したヘッドピースの半分のピン配置と一致し、この単一アダプタには2つの半分があります。同時に差し込まれているヘッドピースの両方の半分を防ぐことができますように、アダプタの各半分の中間部分は、オス/オスコネクタのプラスチック縁をオーバーフロー過剰エポキシを持っていないことを確認することが重要です。任意のエポキシはピンアダプタ・ポルの下側に流れることを可能にしないでくださいこのようアダプタの化は、また、適切な接続を防止するであろう。適切なコネクタピンの位置合わせのための鋳型として2ヘッドピースの半分を使用します。
8. アダプターの両方の半分をエポキシおよびその耐久性を高めるためにナノコネクタのベースをエポキシ。エポキシですべてのはんだ接合部をカバーするようにしてください。アダプタ硬化一夜をしてみましょう。
9. 適切なチャンネルマッピングの確認は、オープンEphysグラフィカル・ユーザー・インターフェース（GUI）でインピーダンス測定を用いて行うことができます。完成したアダプタは、約1.3グラム（ 図 1F）重量を量ります。

3.手術

1. 無菌手術野を準備します。
   1. 必要に応じて滅菌手袋およびその他の個人用保護具を着用します。オートクレーブのツールを滅菌します。 1.0 mMの二酸化塩素溶液で定位フレームを滅菌します。フレーム上に溶液をスプレーし、滅菌水ですすぎの前に5分間待ってください。
   2. 植込み型headpを殺菌するために、IECE部品、1.0mMの二酸化塩素溶液を用いて成分をスプレーし、滅菌水でリンスする前に5分間待機します。滅菌ペトリ皿になりました無菌移植可能なハードウェアを配置します。
2. マウスのための術前体重を取得し、その後、酸素100％で1.5から2.0パーセントイソフルランを用いて、200ミリリットルの誘導チャンバ内でマウスを麻酔。 /分、およそ500ミリリットルのチャンバ内に流量を使用してください。
3. 誘導チャンバーを回転させることにより、正向反射の消失を確認してください。誘導チャンバーからマウスを外し、完全に耳のバーをマウスの頭部を固定することなく、定位フレームにノーズコーンに配置します。また、バイタルサインを評価しながら、つま先のピンチ評価によって、麻酔の適切な深さのための監視を続けます。
4. このような直腸プローブおよび加熱パッドシステムとして、閉ループ温度制御装置を37℃の中核体温を維持します。毛皮をトリミングする前に眼科眼軟膏とマウスの目をカバー湾曲したハサミやバリカンを使用して、頭蓋骨の上に。ベタジンで頭を駆除し、ベータダインは、先に進む前に完全に乾燥させます。
5. 腹腔内の流体と一緒に鎮痛剤や抗生物質を管理します。 25グラムのマウスについては、0.5ミリグラムセファゾリン、0.125ミリグラムのメロキシカム、0.5ミリリットル生理食塩水、および2.5μgのブプレノルフィンQ 4-6時間のPRN。
6. 頭の上に正中線に沿って250μlの0.25％ブピバカインを皮下に注入し、マウスの両方の頬骨弓に100μlの0.25％ブピバカインを皮下に注入します。
7. 定位フレームにマウスを固定し、頭蓋骨を露出させます。
   1. 定位フレームに定位耳バーでマウスの頭部を固定します。マウスはつま先のピンチの反射が存在しないことを確認することで、麻酔の外科的平面であることを確認してください。頭蓋骨の正中線に沿って第11号使い捨てメスと一緒に1.5〜2.0センチメートル切開を作成します。切開は、目の間から開始し、後頭部に後方に継続されます。
   2. マイクロクランプで横方向に皮膚を広げることにより、頭蓋骨を公開します。麻酔の外科的平面を維持濃度2.0％からイソフルラン濃度を低下させるが、100％の酸素中よりも低い1.0％イソフルランに還元しません。術前鎮痛は、麻酔の外科的深さを維持するために必要な吸入麻酔薬の量を減らし、より速く回復と生存率の改善の成果につながることができます。
8. 頭蓋骨を水平にし、バリの穴を開けます。
   1. ブレグマを特定し、座標系の原点となっブレグマ、で定位座標をゼロ。内側/外側軸に頭蓋骨を平準化するために、ブレグマから両方向に1.50ミリメートル、横方向に定位マニピュレータアームに取り付けられレベリングプローブを移動し、背/腹深さが0.05mm未満であることを確認したときにプローブ接点左右頭蓋骨の側面。
      注：背/腹マニピュレータARの10μmの分解能デジタルと組み合わせて使用​​するM表示が平準化を簡素化座標。ブレグマ約前方/後方軸を平準化すると、同じ手法に従っています。ブレグマとラムダと接触するための腹側の距離の差はまた、0.05mm未満でなければなりません。
      1. レベリングが両方向に完了するまで、横断面が地面と平行になるように頭蓋骨を調整します。これは、マウスの脳アトラスに見られるように、真の定位座標を可能にします^。20
   2. 定位ドリル内の直径0.5mmのマイクロドリルビットと、頭蓋骨の両半分に正中線に横方向に1.00ミリメートルで1.30ミリメートル単位でブレグマに4.50ミリメートルの後部に3.30ミリメートルの前方からドリルバーホール。正中線の両側に1.30ミリメートル単位（ 図2）で2.00ミリメートル前方からブレグマに4.50ミリメートルの後部にブレグマへの電極の2.30ミリメートル、横の列、ドリルバーホールのため。このDRのために必要とされる高い精度と精度illing操作はデジタル定位マニピュレータアームの10μmの分解能によって単純化されます。
      注：ヘッドピースのピンのために適切に移植されるように、マウスの頭蓋骨は、定位フレーム内の所定の位置にしっかりする必要があります。頭蓋骨は、掘削中に移動すると、ヘッドピースとバリ穴の位置ずれが続いて起こることがあります。
9. ヘッドピースを埋め込みます。
   1. ストレートピンセットで、胸部EMG配線のためのEMG線トンネルを準備します。左右のEMG線の両方の背中に皮膚と筋肉の間に2.5cm穴を掘ります。最初のストレートピンセットで作成されたキャビティ内に胸部および子宮頸部の筋電図を挿入し、ピンは以前に開けられたバーホールと整合するように湾曲した鉗子でEEGレンガを操縦。
   2. ヘッドピースの上にわずかな圧力を適用し、頭蓋骨の中にピンを小刻み。ピン直径0.46 mmです。マニキュアを絶縁すると、ピンが掘削バリ鎬にしっかりとフィットしますレ。それが適切に挿入されると、ヘッドピースが安定します。最終的な位置にEMG線を調整します。反対側のヘッドピースのために同じプロセスを繰り返します。
10. 歯科用セメントを使用して所定の位置にヘッドピースを固定します。
    1. その架橋性化合物とメタクリル酸メチルの1：1の比の両方のヘッドピースが所定の位置に設定されている場合、1を混ぜます。それが露出頭蓋骨、ピン電極の爪研磨部品、およびEMGワイヤの近位部を覆うが、ヘッドピースのメスレセプタクルをカバーしていないように混合物を適用します。
    2. 毛皮のセメントを取得しないように注意してください。マウスが上につかむことができるようになりますことを形成するために、セメントの尾根を可能にしないでください。セメントが乾燥するのに十分な時間を確認し、定位フレームからマウスを削除します。マウスを運ぶために必要があります総重量は、ヘッドピースの2半分からのものであり、固定セメントは約1.2グラムです。
11. クリーンで動物を置きますリカバリ領域。
    1. 加熱パッドを有するコア体温を維持。それは麻酔からの出現を意味する、すべての姿勢反射を回復するまでマウスを監視します。個々の住宅は、長期的な回復のために推奨されます。
    2. 手術後3日間の最小の毎日の監視が介入鎮痛で推奨されています。回復手術後の10〜14日係留馴化期間を開始する前に許可します。

4.テザリングに動物を慣らします

1. マウスのヘッドレスト（ 図1G-H）を用いてマウスにアダプタを接続します。マウスを抑制し、ゆっくりと両側に移植されたヘッドピースにアダプタのピンを挿入されると、湾曲した止血剤と所定の位置に接合されているヘッドピースの対角上に保持します。
2. アダプタ（ 図1H）に32チャンネルアンプを接続します。共同でアダプタとアンプの両方でロゴを揃えるようにしてくださいアダプタとチャネルマッピングエラーを防止するために、アンプの両方のnsistent向き。 RHD2000標準シリアル・ペリフェラル・インタフェース（SPI）ケーブルにアンプを接続します。このケーブルは、信号記録用の収集システムに接続します。
3. チャンバ壁にインストールされているカンチレバー・アームを持っているチャンバ内にマウスを置きます。カンチレバーアームにSPIインタフェースケーブルを接続し、係留ケーブルの重量に対抗するカンチレバー・アームの張力を調整します。マウスは自由に移動することができ、日記録週間時間馴化されます。
4. マウスからアダプタを取り外すに補佐官にフラットなステンレススチールマイクロスパチュラを使用しながら、マウスを外すには、単にマウスからのケーブルとアダプタを抜いてください。

5.信号抽出システムのセットアップ/信号記録

1. 移植されたマウスのヘッドピースに構築アダプタを接続します。アダプターにヘッドステージアンプを接続し、アンプに買収ボードに標準のSPIインタフェースケーブルを接続します。マウスの頭の上に追加の重量が最小になるように、SPIケーブルが正しく引っ張らカンチレバーに取り付ける必要があります。
2. 地元のファラデーケージを置き、ヘッドステージの周りに、導電性メッシュやアルミ箔を使用して作成し、ローカルファラデーケージを接地してください。
3. GUIでモジュールを介して30 KS /秒のサンプリングレートと測定インピーダンスを選択することにより、各記録の開始前に電極のインピーダンスを取得します。以下、個々のピンの10kΩのに等しいインピーダンス値は、適切な電極の接触の確認のために必要とされます。より高いインピーダンス値は、電極から拒否されたデータをもたらします。
4. 記録のために、GUIでリズムFPGAのシグナル・チェーン、バンドパスフィルタ、およびLFPビューアを作成します。 1.00 kS /秒、0.1-7,500ヘルツの帯域幅のサンプリング・レートを選択して、DSPの選択を解除することをお勧めします。 0.1から250 Hzにバンドパスフィルタを設定し、オペアンプによってチャネルを表示LFPビューアをening。 250とデータを可視化する最良の選択ドロー法で400μVチャネル振幅。
5. GUIを使用して録音を開始します。各記録のための新しいフォルダを作成し、そのフォルダにファイルを保存するためのパスを設定します。録音を開始するには、単に記録しました。コネクタからのすべての32のチャンネルがデフォルトで記録されているが、不要なチャンネルは、記録の開始前にリズムFPGAモジュールの右側をクリックして選択を解除することができます。
6. 分析のためのMatlabへのデータのインポート。分析を助けるために使用することができるオープンソースツールボックスが多数あります。

Results

高密度EEGヘッドピースを移植自由に動くマウスで記録されたサンプルデータは、 図3に示されている。個々のEEG波形は、 図2に示すチャンネルマッピング方式に対応する。子宮頸部および胸部EMGの例としては、 図3に表示されています。胸部EMG記録は、2つの胸部EMG線間の差動信号（T）が計算されたときには容易に明らかになり、マウスの心臓由来の埋め込まれた電気的活動が含まれていることに注意してください。胸腔を拡大するように、この記録では同様に、QRSスパイクの相の変動を計算することにより、マウスの呼吸数を測定することができる心電図QRSスパイク間の時間を測定することにより、マウスの心拍数を計算することも可能である^。23-24及び各呼吸との契約。O獲得のための²⁵したがって、このセットアップは許可Fマウス睡眠ポリグラフ。また、セットアップは、視覚誘発電位（ 図4）の皮質マッピングを可能にします。光の10ミリ秒パルスは、マウスの左眼にのみ配信されている場合、クラシックな応答は反対側の二次視覚野における応答遅れが続いている対側（ただし、同側の）一次視覚野に記録されています。 図4に埋め込まれたムービーは、反対側のV1とV2の活動のグラフと一緒に全体の皮質表面を横切って電位を変化させる時間を示しています。

AP
3.3			0	0
2		0.4	0.6	0.6	0.4
0.7		0.6	0.9	0.9	0.6
-0.6		0.9	1	1	0.9
-1.9		1	1.1	1.1	1
-3.2	3	1	1	1	1	3
-4.5	3	0.7	0.7	0.7	0.7	3
ML		-2.3	-1	1	2.3

表1：ピントリミング長さは、この図は、ヘッドピースのピンごとに、ミリメートルで、必要なトリミング長さを示しています。トリミングピンの長さは、マウスの脳アトラスから取得しました。 Afトリミングピンterを、ヘッドピースは、脳の表面形状に一致する。EMG信号を記録するために使用されるワイヤはピンスタブにハンダ付けされているとして²⁰ EMGピンが完全に遮断されています。

図1： ヘッドピースコンポーネント、中級建設手順、および録音のための正しい接続この図は、ヘッドピースを作成するために使用される原料を示しています。 100ピンレセプタクルコネクタから始めて、小さい2×7と2×1のコンポーネントが作成されます。一貫性のあるヘッドピースの構築を可能にし、多くの移植したマウスに接続するためのアダプタを可能にする、2×1コンポーネントで、2×50の元のエッジが完全であることに注意してください。 図1B及び1Cは 、アダプタを作成するために必要な原材料を提示アンプのヘッドピースから1（b）は、ヘッドピースの終わりを提示します同様にヘッドピースに接続するために伐採されたアダプタ。その2×1が再びアダプタとヘッドピースとの間の適切な接続を確保し、生の部品から元のエッジを持っていることに注意してください。 図1Cは、アンプに接続するアダプタの終わりを示している。 図1Dは、エポキシ樹脂で接着を示し、2×7と2信号記録用に準備EMGワイヤと一緒に×1の構成要素は図1Eは、完成したヘッドピースを示している。 図1Fは、完成したアダプタが表示されます。 図1Gは、ヘッドピースとアダプタとの間の適切な接続を示しています。最後に、 図1Hは、接続されたアダプタとアンプを移植したマウスを示します。アンプチップを収集ボード（図示せず）に実行されるインターフェイスケーブルが接続されている。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

図2： 電極モンタージュと完全に構築かぶとこの図は、マウスの脳に対する電極配置を示しています。電極位置はブレグマからの定位座標に基づいています。各電極の座標は、プロトコルのステップ4.8に記載されています。電極の色は、各電極の基礎となる脳の領域に相当します。ホワイト=前頭連合野（FRA）、オレンジ=一次運動野（M1）、ピンク=二次運動野（M2）、ダークグリーン=一次体性感覚野、前肢地域（S1FL）、グリーン=一次体性感覚野、dysgranularゾーン（S1DZ ）、ライトグリーン=一次体性感覚野、バレルフィールド（S1BF）、黄=内側頭頂連合野（MPTA）、ダークブルー=一次視覚野（V1）、ライトブルー=二次視覚野、mediomedialエリア（V2MM）、ブラック= retrosplenial DYsgranular皮質^{（RSD）。20}共通の基準/グラウンドも同様に示されています。この参照方式は、生の信号内の呼吸アーチファクトを最小限に抑えることができます。各個別電極に関連付けられた数字は、アレイ全体のためのチャネルマップを提供しています。アレンマウス脳アトラス^。21,22 図2Bから修正された画像は、ダイムに関してスケーリングする完全に構築かぶとを示している。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

図3： サンプルEEGとEMGは、電極モンタージュからトレース電極波形は、図1（a）に示すチャネルマッピングに対応します。子宮頸EMG（C）項部筋緊張（+）を決定する機能を提供します。 EMG信号は、心臓QRS電気インパルスが含まれています（*）。トレース振幅およびトレース期間の間、1秒間200μVのスケールバーが示されている。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

図4：視覚誘発電位の空間分布のみ、左眼に投与一方的な光フラッシュの誘発電位以下のアプリケーションの空間分布。上図は、電極を表し、各円の高密度EEGモンタージュを示します。時間をかけて色の変化は、それぞれの電極のための経時変化を電圧に対応します。時間= 0ミリ秒で、10ミリ秒の光パルスが送出され、中央の図に示しました。ボトムグラフィックは反対側のV1とV2 EEG電極（N = 108 EP試験）のための誘発電位のトレースを意味示しています。ライトPULseが0ミリ秒で起こります。対応する誘発電位応答は、長い待ち時間が続き、対側V1（黒のトレース）で観察された反対側のV2（赤トレース）の潜在的な応答を誘発していることに注意してください。 （右クリックしてダウンロード）。

Discussion

低コストの構造と適切にマウスにおいて26チャネル、高密度EEGモンタージュを達成するために必要な外科的手順が記載されています。適切な硬膜外電極の接触は、このシステムで品質の脳波信号を取得する上で重要です。プロトコル・アドレス内の二つの手順この問題：脳の輪郭、およびヘッドピース注入前のアクリル強化に一致するようにトリミングピン。建設段階の間に短すぎるピンをカットしないことが重要です。ヘッドピースを注入する場合には、最終的なアクリル補強前にピン配置を確認することが不可欠です。適切な電極接触を確認する一つの方法は、インピーダンステストを介してです。表向きは、5〜10kΩののインピーダンスが適切な硬膜外の配置を示唆している^。26   電極インピーダンスの値は移植後少なくとも4ヶ月間、本5-10kΩの範囲内で安定しているようなインピーダンス測定は、ヘッドピース」耐久性を実証します。他の必須のステップでは、2×7 EEGレンガの2後部-最も行とEMG端子を整列させることを含みます。ずれるEMGおよびEEGピンがアダプタまたは曲がったアダプタのピンを接続することができないことになりますように、これは、アダプタ接続のために重要です。

この取得システムの主な利点は、様々な実験の必要性を最適化するために、電極アレイの形状を変更することの容易さです。最適特定の実験に適しているカスタマイズされた電極配置を容易に作成することができます。具体的な実験のためのカスタマイズは、潜在的に合わせた薬理学的、脳波、および行動研究のために向けられた薬物送達のためのカニューレで²⁷ヘッドピース、アダプタをEEGを組み合わせることができ、および外科的手技が容易に上記のプロトコルに記載されている方法以下の研究の広い数に合わせました。この収集システムの第二の主な利点は、その低コストです。現時点では、この収集システムは、缶4匹またはより高い密度のグリッドで必要であれば、ラットから同時録画を可能にする、最大4別々のケーブル上のレコード128の入力チャンネル、。このような拡張は、余分なケーブルとアダプタが必要になります。

高密度EEGの取得にこのアプローチは、マウスにおける他の高密度脳波取得方法の欠点に対処します。この作業に記載されているシステムは、手近に単純な材料で構成され、実験中に自由な動きを可能にする、安価で安定しているオープンソースのハードウェアとソフトウェアを使用していますヶ月にわたって同じ動物で繰り返し測定を可能にし、なるようにマウスを必要としませんさ記録のために麻酔。このシステムの制限事項は、それだけで20グラム以上の重量を量る、以前よりも12週であるマウスではこれまでに確認されているということです。小さいまたは若いマウスは、ヘッドピースの移植の難しさを有することができます。この方法の第二の制限は、正確headp後の電極の深さを制御することができないことですIECE製作。正確に皮質表面に対して生前ネジの深さを知ることができませんので、この同じ制限は、従来のネジEEG電極に適用されます。このメソッドのトラブルシューティングは、典型的には、ノイズのない信号を得るためにつながれたときに正しくマウスからの干渉信号を遮断することを含みます。

高密度EEGアレイは、近代的なEEGの解釈で新たな正常であるEEGデータの複雑な時空間分析のために必須です。視覚誘発電位の空間的な分布が示されているが、このシステムを用いて取得されたデータは、電源イメージング技術および神経接続手段を用いて分析することができます。 図4に示すように、従来のスクリューコンタクトと比較して、これらの電極端子間の接触面積の60％〜70％の減少が、より正確な信号の局在化を可能にする。遺伝的に改変されたマウスにおける高密度分析的技術を用いて、以下の薬理学ogical介入、またはそのような発作障害などの内因性の病理を有する動物では、特定の皮質の振動を発生させるメカニズムを識別に役立つのERPとEPSのソースをローカライズし、大規模なネットワークの特性を明らかにすることができます。より良い並列人間システムでは、このアプローチは、ヒトにおける科学的、臨床的妥当性に齧歯類モデルで行われた発見の移行が容易を提供し、人間の神経生理学と神経病理学の小動物モデルを改善します。

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
32チャンネルRHD2132アンプヘッドステージ	Intan Technologies	C3314
Aquistion Board	Open Ephys	v2.2
100 Position Receptable Connector	Digi-Key	ED85100-ND	ヘッドピース
アセトン (1 L)	Sigma Aldrich	179973-1L
カミソリブレード (100パック)	McMaster Carr	3962A4
ワイヤーカットプライヤー	MSC インダストリアル	321786
2 液型エポキシ	McMaster Carr	7605A18
PFA コーティング シルバー ワイヤー (25 フィート)	AMシステム	787000	EMG ワイヤー
CircuitWriter ペン	MCM エレクトロニクス	200-175	電極チップ用シルバー アプリケーター
36 ポジション 2 列オス ナノミニチュア コネクタ	オムネティクス コネクタ株式会社	A79028-001	ヘッドピース - アンプアダプター
Conn ストリップヘッダー 2 x 50	Digi-Key	ED83100-ND	ヘッドピース - アンプアダプター
Clidox Base & Acitvator	Pharmacal	95120F & 96120F	滅菌剤
イソフルラン	Priamal Enterprises Ltd	66794-019-10
酸素	エアガス	OX USP300
クローズドループ温度コントローラー	CWE Inc.	08-130000
湾曲ハサミ	FST	14085-09
0.25% ブピビカイン 塩酸塩	ホスピーラ	0409-1159-02	局所麻酔薬
メロキシカム 5mg/ml	ヘンリー・シャイン	6451602845	痛み/炎症の緩和
0.9% 塩化ナトリウム	ホスピーラ	0409-4888-20	液体
セファゾリン	ホスピーラ	0409-0806-01	抗菌
剤 No.11 ディスポーザブルスケーペル (20 個入り)	フェザー	2975#11
マイクロ セリファイン	FST	18052-3
綿棒 (1,000 個入り)	MSC 工業用	8749574
0.5 mm マイクロ ドリル	FST	19007-05
脳定位固定装置用ドリル	Kopf	モデル 1471
湾曲鉗子	Roboz	RS-5136
メタクリル酸メチルAM	システム	525000	ヘッドピース用セメント
メタクリレートメチル架橋化合物	AMシステム	526000
湾曲止血剤	FST	13003-10	接続
RHD2000標準SPIインターフェースケーブル(3フィート)	Intan Technologies	C3203
カンチレバーアーム	Instech	MCLA
マイクロスパチュラ (12 個入り)	Fischer Scientific	S50822
デジタルはんだ付けステーション	MCM Electronics	21-10115
ロジンコアはんだ 60/40 錫/鉛	MCM Electronics	21-1045
カラークレイズ マニキュア 硬化剤付き (ニトロセルロースベース)	LA カラー	CNP508
デジタルディスプレイコンソール付き小動物定位固定装置	Kopf	Model 940