Method Article

그래핀 전극 어레이를 이용한 뇌 매핑

DOI:

10.3791/64910

⸱

October 20th, 2023

 ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Nano-Bioengineering, Incheon National University

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

침습성을 줄이고 시공간 해상도를 개선하기 위해 그래핀 어레이 기반 뇌 매핑 절차를 제시합니다. 그래핀 어레이 기반 표면 전극은 복잡한 뇌에서 장기적인 생체 적합성, 기계적 유연성 및 뇌 매핑에 대한 적합성을 나타냅니다. 이 프로토콜을 사용하면 여러 형태의 감각 맵을 동시에 순차적으로 구성할 수 있습니다.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

피질 지도는 대뇌 피질의 감각 운동 자극에 대한 위치 의존적 신경 반응의 공간적 구성을 나타내므로 생리학적으로 관련된 행동을 예측할 수 있습니다. 피질 지도를 얻기 위해 관통 전극, 뇌파 검사, 양전자 방출 단층 촬영, 자기 뇌파 검사 및 기능적 자기 공명 영상과 같은 다양한 방법이 사용되었습니다. 그러나 이러한 방법은 열악한 시공간 해상도, 낮은 신호 대 잡음비(SNR), 높은 비용 및 비생체 적합성으로 인해 제한되거나 뇌에 물리적 손상을 유발합니다. 본 연구에서는 기존 방법의 단점을 극복하여 우수한 생체적합성, 높은 시공간 해상도, 바람직한 SNR, 최소화된 조직 손상을 제공하는 전기피질검사의 특징으로 그래핀 어레이 기반 체성감각 매핑 방법을 제안한다. 이 연구는 쥐의 체성 감각 매핑을 위한 그래핀 전극 어레이의 타당성을 입증했습니다. 제시된 프로토콜은 체성감각 피질뿐만 아니라 청각, 시각, 운동 피질과 같은 다른 피질에도 적용될 수 있어 임상 구현을 위한 첨단 기술을 제공합니다.

Introduction

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피질 지도는 대뇌 피질의 감각 운동 자극에 대한 반응 특성을 나타내는 일련의 국소 패치입니다. 그것들은 신경망의 공간적 형성이며 지각과 인지에 대한 예측을 가능하게 합니다. 따라서 피질 맵은 외부 자극에 대한 신경 반응을 평가하고 감각 운동 정보를 처리하는 데 유용합니다 1,2,3,4. 피질 매핑을 위해 침습적 및 비침습적 방법을 사용할 수 있습니다. 가장 일반적인 침습적 방법 중 하나는 5,6,7,8을 매핑하기 위해 피질 내 (또는 관통) 전극을 사용하는 것입니다.

관통 전극을 사용하여 주문형 고해상도 피질 지도를 평가하는 것은 몇 가지 장애물에 직면했습니다. 이 방법은 적절한 지도를 얻기에는 너무 힘들고 임상용으로 구현하기에는 너무 침습적이어서 추가 개발을 금지합니다. 뇌파 검사 (EE....

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Protocol

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모든 동물 취급 절차는 인천대학교 기관동물관리이용위원회(INU-ANIM-2017-08)의 승인을 받았습니다.

1. 수술을 위한 동물 준비

참고: 이 실험에서는 성별 편견 없이 Sprague Dawley Rat(8-10주령)를 사용하십시오.

  1. 쥐를 90mg/kg 케타민과 10mg/kg 자일라진 칵테일을 복강 주사로 마취합니다. 수술 내내 원하는 마취 깊이를 유지하려면 쥐가 깨어날 징후를 보일 때 45mg/kg 케타민과 5mg/kg 자일라진 칵테일을 보충하십시오.
  2. 쥐가 깊은 마취 상태인지 확인하고 발가락 꼬집기, 꼬리 꼬집기, 각막 반사와 같은 신체 반사를 정기적으로 확인합니다.
  3. 트리머를 사용하여 눈과 귀 뒤쪽 사이의 털을 면도하십시오.
  4. 눈이 건조해지는 것을 방지하기 위해 안과용 연고를 눈에 바르십시오.

2. 피질 표면 노출을 위한 수술

  1. 입체 어댑터로 입체 장치에 쥐 머리를 고정하십시오. 수술 중 체온을 37°C로 유지하려면 체온이 조절되는 가열 패드에 쥐를 올려 놓으십시오.

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Results

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이 프로토콜은 그래핀 다중 채널 어레이가 뇌 표면에 장착되는 방법을 설명합니다. 체성감각 지도는 물리적 자극에 대한 신경 반응을 획득하고 반응의 진폭을 계산하여 구성되었습니다. 그림 1 은 이 실험의 개략도를 보여줍니다.

도 2A 는 그래핀 전극 어레이의 구조적 특성을 나타낸다. 전극 사이에는 기판의 관통 구멍이 있습니다. 이 구멍은 전극이 피질 표면에 단단히 접촉하는 데 도움이 됩니다(그림 2B). 피질에 대한 전극의 강한 접착은 더 적은 노이즈로 신경 신호를 기록하는 데 도움이 됩니다.

그림 2C (왼쪽)는 다양한 색상으로 코딩된 수염, 몸통, 발 및 팔다리를 자극하여 얻은 위치 의존적 신경 반응을 보여줍니다. 쥐의.......

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Discussion

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제시된 프로토콜은 그래핀 전극 어레이를 사용하여 쥐의 체성 감각 반응에 접근하고 매핑하는 방법을 설명하는 심층적인 단계별 프로세스를 제공합니다. 프로토콜 획득 데이터는 각 신체 부위에 시냅스적으로 연결된 체성 감각 정보를 제공하는 SEP입니다.

이 프로토콜의 여러 측면을 고려해야 합니다. 뇌부종을 예방하고 염증을 완화하기 위해 뇌척수액을 추출 할 때 실험자가 수조 마그나 앞에있는 뇌간을 손상시키지 않는 것이 중요합니다.

얼굴 수염은 어둡고 좁은 환경과 같은 주변 환경에 대한 촉각 감각 정보를 제공합니다. 따라서, 설치류 수염은 편향 방향, 자극 강도 및 자극된 수염의 위치를 통해 물체를 감지할 수 있을 만큼 충분히 발달되어 있습니다. 체성감각 피질은 각 수염의 굽힘 방향, 강도 및 위치에 다르게 반응한다18,19. 따라서 모든.......

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Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

우리는 공개 할 것이 없습니다.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

이 작업은 양성구를 위해 인천대학교(국제협동조합)의 지원을 받았습니다.

....

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
KOREAVACCINE CORPORATION1mL 주사기 
마취제 주KOREAVACCINE CORPORATION3mL 주사기
Bone rongeurFine Science Tools16220-14두개골
커넥터제거 Gbrain그래핀 전극을 헤드 스테이지
드릴FALCON 도구두개골
드릴 비트Osstem 임플란트두개골
Graefe 홍채 집게 약간 구부러진 톱니 모양의vubuvudu-02-73010조직 제거 두개골 또는 홀드에서 와이퍼
그래핀 다전극 어레이Gbrain은 뉴런
이소플루란의Hana Pharm Corporation은
마취에 사용되는주제 케타민yuhan Corporation
Daihan 제약 국소 마취제
Matlab R2021bMathworks데이터 분석 소프트웨어
모기 지혈Fine Science Tools91309-12두피
연고Alcon눈이 건조해지는 것을 방지합니다 
povidoneGreen Pharmaceutical corporation절개 부위
RHS 32ch Stim/Record 헤드스테이지소독 intan technologiesM4032커넥터 인터페이스 케이블에 연결 및 intan RHS 자극/증폭기 칩
RHS 6피트(1.8m) Stim SPI 인터페이스 케이블intan technologiesM3206그래핀 전극을 헤드스테이지
RHS Stim/Recording 컨트롤러 소프트웨어에 연결intan technologies데이터 수집 소프트웨어
RHS 자극 / 기록 컨트롤러intan technologiesM4200
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References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Leergaard, T. B., et al. Rat somatosensory cerebropontocerebellar pathways: spatial relationships of the somatotopic map of the primary somatosensory cortex are preserved in a three-dimensional clustered pontine map. Journal of Comparative Neurology. 422 (2), 246-266 (2000).
  2. Craner, S. L., Ray, R. H.

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