自由に動くマウスにおける慢性マルチサイト脳波記録のための費用対効果が高く低侵襲なプロトコル

このプロトコルにより、コスト効率が高く、低侵襲で高品質なマウス脳波図記録が可能となり、前臨床研究における長期神経モニタリングが可能となります。慢性的なEEG記録の主な課題は、インプラントの不安定性やヘッドキャップの寿命、信号劣化、膨大なデータ解析、そして高価な市販システムの利用困難です。まず、5ピンのUSBタイプBメスプラグを使い、0.003インチのプラチナイリジウム線でハンダ付けします。

4つ目のピンはグラウンドピンなので使わず、代わりに他の4つのピンで電極を接続してください。ピンを約45度曲げ、各ピンの周りにワイヤーを2回巻き付けて、外れないようにしっかりと接続します。次に、各ピンに少量のはんだ樹脂フラックスペーストを塗って表面をきれいにし、効果的なはんだ付けを行います。

次に、各ピンに小さなハンダ線を置きます。はんだごてを使ってはんだ線を溶かし、プラチナイリジウム線をピンに永久に接続します。深部麻酔を確認した後、鼻にイソフルラン酸素換気器を1.5%の体積で開始します。

次に、炎症と痛みを和らげるために、1キログラムあたり5ミリグラムのカルプロフェンをマウスに注射します。炎症や脳の腫れを抑えるために、1キログラムあたり0.1ミリグラムのデキサメタゾンを筋肉内注射してください。麻酔中に目の乾燥を防ぐために眼軟膏を塗布してください。

毛を除去した後、頭蓋骨の切開側を70%エタノールで洗浄し、その後ヨウ素パッドで浄化槽の技術に従います。次に、メスを使って頭部の中央に一つだけ明確な切開を入れます。切開部の周囲を切って電極埋め込み部位を露出させ、筋肉が露出しないようにします。

頭蓋骨表面を0.9%塩化ナトリウム溶液で洗い流します。表面を乾かし、過酸化水素に浸した綿棒で頭蓋骨をこすります。骨に残っている結合組織をメスで除去します。

1分後に0.9%塩化ナトリウム溶液で表面を再度洗い、ドリル前に乾燥させます。歯科用ドリルを使って頭蓋骨表面を粗くし、アクリルの接着を促進します。前方・後方位置(プラス2マイナス4)および内側側方位置(プラスマイナス1.5)で電極埋め込み部位を測定・マーキングします。

頭蓋骨の表面を1.4ミリのドリルで掘り、精密ドライバーを使って1.5ミリの骨ネジ4本を穴に差し込みます。ネジが表面にしか触れず、脳に入らないようにしてください。USBコネクタの配線を各ネジに2〜4回巻きつけ、余分な配線は切り取ってください。

各ネジの上部に少量の瞬間接着剤を塗り、乾かして接合を強めます。コネクターが頭蓋骨や電極に触れない中央に位置していることを確認してください。その後、シアノアクリレートを使って頭蓋を徐々に作り、骨の過熱を防ぐために薄く層を重ねます。

デンタルセメントを使い、USBケーブルの差し込みを容易にするためにコネクターの平らな面に大きなネジを取り付けます。ヘッドキャップを少なくとも2分間乾かしてから、ネズミを立体走行段階から取り出してください。マウスを温熱パッドの上に置き、24時間観察してください。

マウスにカルプロフェンを1キログラムあたり5ミリグラム、12時間ごとに投与し、7日間続けます。脳波検査や脳波記録を進める前に、アクリル界面で骨が成長するまで2週間待ちます。各マウスの脳波信号を1時間記録し、その中にはペンチレンテトラゾール投与の30分前と20ミリグラム/キログラムのペンチレネテトラゾール投与後30分が含まれます。

USBケーブルをマウスのコネクターに差し込みます。USBケーブルをワニクリップを使って差動交流増幅器に接続します。ゲインを10,000に設定し、0.1〜250ヘルツの間をフィルターしてください。

脳波信号を1,000ヘルツでサンプリングします。アンプの出力を同時にコンピューターに記録し、信号をリアルタイムでオシロスコープに表示します。アンプの出力をコンピュータに接続したデータ取得および信号調整のUSBデバイスに接続します。

最後に、Pythonコードを使ってEEG信号を記録し、0.1ヘルツから250ヘルツの間でフィルタリングしてデータを可視化します。電極は、術後生存率85%で手術後6か月まで維持された5匹の野生型マウスを含む20匹のC57BL/6J背景マウスに移植されました。脳波検査は、ペンチレンテトラゾール注射後のマウスにおける発作間期放電の増加に見られるように、ペンチレンテトラゾールによる電気生理学的変化を捉えました。

ペンチレンテトラゾール注射後の発作間出動振幅は、代表的な脳波検査で3つの異なる電極で目に見えて高かった。本研究は、自由に動くマウスにおいて安定したEEGシステムを確立し、連続排出が明確な長期記録であることを示しました。このプロトコルは、自由に動く齧歯類の長期EEG記録を利用可能にし、脳疾患や治療法の広範な研究を支援することで神経科学を前進させます。

今後の研究は、電極設計の改良、多領域記録の拡充、EEGと行動・薬理学的・遺伝子操作の統合に焦点を当てます。