Name: 설치류 모델에서 고밀도 뇌파 취득 낮은 비용과 오픈 소스 리소스를 사용하여 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-11-26T15:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 39 s
Description: 학습하세요 설치류 모델에서 고밀도 뇌파 취득 방법을 저비용 오픈 소스 리소스를 활용하여. 이 기술은 신경과학 연구에서 신경망의 대규모 조직과 감각 유발 반응의 시공간 특성을 분석하는 데 활용됩니다.

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이 연구는 Foundation for Anesthesia Education and Research Mentored Research Training Grant (ARM), National Institutes of Health Grants GM107117 (MBK) 및 GM088156 (MBK), 그리고 University of Pennsylvania, Perelman School of Medicine의 마취 및 중환자 치료과의 지원을 받았습니다.

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저비용 구조 적절히 마우스의 26 채널 고밀도 EEG 몽타주를 달성하기 위하여 필요한 수술 단계가 설명된다. 적절한 경막 외 전극 접촉이 시스템의 품질 EEG 신호를 획득에 중요합니다. 프로토콜 주소 내에서 두 단계이 문제 : 뇌 윤곽, 그리고 투구 주입 이전에 아크릴 보강에 맞게 트리밍 핀. 건설 단계에서 너무 짧은 핀을 절단하지 않는 것이 중요합니다. 투구 주입하면 최종 아크릴계 보강 전에 핀 배치를 확인하는 것이 필수적이다. 적당한 전극 접촉을 확인하기위한 한 가지 방법은, 임피던스 테스트를 통해서이다. 외면 상으로, 5 ~ 10 kΩ에서의 임피던스는 적절한 경막 외 배치를 제안한다. (26) &#160; 전극 임피던스 값이 주입 후 최소 4 개월이 5 ~ 10 kΩ의 범위 내에서 안정적으로 임피던스 측정치는 투구 &#39;내구성을 보여준다. 다른필수 단계는 2 × 7 EEG 벽돌의 두 후방 - 대부분의 행과 EMG의 핀을 정렬 포함한다. 오정렬 EMG와 EEG 핀 어댑터 또는 절곡 어댑터 핀을 연결하는 무능력 발생하므로 이는 어댑터 연결 중요하다. 이 획득 시스템의 주요 장점은 다양한 실험적인 요구를 최적화하기 위해 전극 어레이의 형상을 변경의 용이성이다. 최적 특정 실험에 적합한 맞춤형 전극 배치가 용이하게 생성 될 수있다. 특정 실험에 대한 정의는 잠재적으로. 결합 약리학, 뇌파, 행동 연구에 대한 감독 약물 전달을위한 정맥에 27 투구, 어댑터를 EEG를 결합 할 수 있으며, 수술은 쉽게 위의 프로토콜에 설명 된 방법에 따라 연구의 넓은 수에 맞게 조정됩니다 . 이 취득 시스템의 두 번째 주요 이점은 낮은 비용이다. 현재,이 수집 시스템은 수(4) 마우스 또는 고밀도 그리드로 원하는 경우, 래트에서의 동시 기록을 허용하는 최대 4 개의 별도의 케이블에 기록 입력 채널 (128). 이러한 확장은 별도의 케이블과 어댑터를 필요로한다. 고밀도 뇌파 취득이 방법은 마우스에서 다른 고밀도 EEG 취득 방법의 단점을 해결합니다. 이 작품에 설명 된 시스템은 솜씨 간단한 재료로 구성하고, 실험 기간 동안 자유로운 이동을 허용, 저렴하고 안정적이며 오픈 소스 하드웨어 및 소프트웨어를 사용 개월 동안 같은 동물에서 반복 측정을 가능하게하고, 수 쥐를 필요로하지 않습니다됩니다 기록에 마취. 이 시스템의 한계는 20 g 이상 무게, 이상 12 주 이상입니다 마우스에서 현재까지 확인 된 것을이다. 작은 이하의 마우스는 투구 주입에 어려움이있을 수 있습니다. 이 방법의 이차 제한 정확하게 headp 후 전극의 깊이를 제어 할 수 없다는 것이다IECE 제조. 정확하게 대뇌 피질의 표면에 대해 사전 부검 나사 깊이를 알 수있는 방법이 없기 때문에,이 같은 제한은 전통적인 나사 EEG 전극에 적용됩니다. 잡음이없는 신호를 얻기 위해 닿는 경우이 방법은 일반적으로 적절하게 마우스에서 간섭 신호를 차단 포함 문제 해결. 고밀도 EEG 어레이는 현대 EEG 해석에서 새로운 정상 EEG 데이터의 시공간 복잡한 분석에 필수적이다. 시각 유발 전위의 공간 분포가 도시되어 있지만,이 시스템을 이용하여 수집 된 데이터는 전자 소스 이미징 기술 및 신경 연결 수단을 사용하여 분석 될 수있다. 도 4에 도시 된 바와 같이, 기존의 스크류 접점에 비해 이들 전극 핀 사이의 접촉 면적이 60 % 내지 70 %의 감소는,보다 정확한 신호 위치 파악을 허용한다. 유전자 변형 마우스에서 고밀도 분석 기술을 사용, 다음 pharmacological 개입, 또는, 특정 대뇌 피질의 진동을 생성하는 메커니즘을 식별하는 데 도움 ERPS 및 인코더의 소스를 현지화 및 대규모 네트워크 속성을 표시 할 수 있습니다 발작 장애와 같은 고유의 병리와 동물입니다. 더 나은 병렬 인간의 시스템으로,이 방법은 인간의 과학 및 임상 관련성에 설치류 모델에서 만든 발견 쉽게 번역을 제공하고, 인간의 신경 생리학 및 신경 병리학의 작은 동물 모델을 향상시킬 수 있습니다.

신경 활동은 거시적 (뇌파)을 중시하는 현미경 (개별 활동 전위)에서 입도 (로컬 필드 전위)의 다양한 수준과 세포 외로 기록 할 수 있습니다. 이러한 뇌파 트레이스 고전 행동, 신경 생리 학적 또는 전기 생리 학적 상태를 특성화하기 위해 주파수 영역에서 분석된다. 이것은 신경 활동의 공간 구성 요소를 해결할 수있는 하나의 바이오 포텐셜, 4하지만 스파 스 밀도 EEG 녹음을 수행 할 수 있습니다. 현대 뇌파 분석은 특정한 심리적 상태 및 생리 현상과 그 액티비티를 위해 피질 활성의 시공간적 분포의 상세한지도를 생성하기 위하여 복수의 전극들에 의존한다. 고밀도 EEG 몽타주가 필요한 분석의 일반적으로 사용되는 종류의 5-7 두 전기 소스 화상 및 뉴럴 네트워크 연결 방법. 8-11 12 ~ 15 EEG가 높은 시간 해상도를 가지고 있기 때문에, 뇌파 연구 ERPS 및 인코더의 실시간 평가뿐만 아니라 시간적으로 정확한 사후 분석을 허용합니다. 3,11 , (12) 뇌파에서 본 진동의 상호 작용과인지 적 상태와 기능을 연결하면 신경 네트워크 연결의 다양한 조치의 궁극적 인 목표입니다. 많은 연구 동기화 및 각성,주의, 행동의 특정 상태와 관련된 다른 뇌 영역 간의 진동의 위상 잠금을 보여 주었다. 6,13,14,16-19 </sup&gt; 뇌 영역 사이에 같은 신호 연결을 입증하는 네트워크 연결의 평가를 허용 고밀도 배열이 필요합니다. 소스 현지화 및 네트워크는 인간의 연구와 유래 EEG 신호 분석,하지만 그들은 인간 그렇지 않으면 불가능 침습적 기법을 필요로 이러한 신호에 대한 신경 기준으로 조사가 반드시, 동물 모델을 포함한다. 설치류 모델에서 이러한 분석을 복제하기 위하여, 설치류의 뇌에서 고밀도 EEG 신호를 포착하기위한 방법이 필요하다. 다른 그룹은 마우스에서 사용하기위한 고밀도 미세 전극 배열을 구성하고 있지만, 그러한 접근 방법은 나노 설비에 액세스하지 않고 연구자 제한된 가용성되어 장기간에 걸쳐 반복 실험을 충분히 강력하지 않거나 마취에서 사용 한정 마우스. 1-3,7 만성 고밀도을 구성하기위한 저가의 대체 프로토콜, 두개의 전극 ARRAY는 여기에 설명된다. 여기에 설명 된 신호 획득 방법은 EEG에 한정되지 않고, 근전도 (EMG) 신호를 포함하지 않는다. EMG 신호의 취득 동작 상태를 정의하기위한 보완적인 방법이 될 수면 연구에 특히 유용 할 수 있습니다. 이 방법은 고가의 초 고밀도 두개 그리드의 중간을 제공하며 진보 된 분석 방법에 대한 불충분 전통적인 나사 전극 가능한 한정된 리드 번호. 헤드 피스 디자인은 쉽게 구성 및 높은 처리량 연구를위한 저렴합니다. 대뇌 피질의 진동 발생 사실 유전자형의 차이에서 행동 이견, ERPS 및 인코더의 소스 현지화 및 대규모 네트워크 통신의 메커니즘을 발견 할 수 있습니다 설치류 모델에서 모듬 유전 또는 약리학 조작 기술과 함께이 수집 시스템의 사용.

<table><tbody><tr><td>32 채널 RHD2132 증폭기 헤드스테이지</td><td>Intan Technologies</td><td>C3314</td><td></td></tr><tr><td>Aquistion Board</td><td>Open Ephys</td><td>v2.2</td><td></td></tr><tr><td>100 위치 수용 가능 커넥터</td><td>Digi-Key</td><td>ED85100-ND</td><td>헤드피스</td></tr><tr><td>아세톤 (1 L)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>179973-1L</td><td></td></tr><tr><td>면도날 (100 팩)</td><td>McMaster Carr</td><td>3962A4</td><td></td></tr><tr><td>와이어 커팅 플라이어</td><td>MSC 산업용</td><td>321786</td><td></td></tr><tr><td>2-Part 에폭시</td><td>McMaster Carr</td><td>7605A18</td><td></td></tr><tr><td>PFA 코팅 실버 와이어 (25 ft)</td><td>A-M 시스템</td><td>787000</td><td>EMG 와이어</td></tr><tr><td>CircuitWriter 펜</td><td>MCM 전자</td><td>200-175</td><td>전극 팁용 실버 애플리케이터</td></tr><tr><td>36 위치 이중 행 남성 나노 미니어처 커넥터</td><td>옴네틱스 커넥터 Corporation</td><td>A79028-001</td><td>투구-증폭기 어댑터</td></tr><tr><td>Conn Strip Header 2 x 50</td><td>Digi-Key</td><td>ED83100-ND</td><td>투구-증폭기 어댑터</td></tr><tr><td>Clidox Base 및 Acitvator</td><td>Pharmacal</td><td>95120F & 96120F</td><td>살균제</td></tr><tr><td>Isoflurane</td><td>Priamal Enterprises Ltd</td><td>66794-019-10</td><td></td></tr><tr><td>산소</td><td>에어가스</td><td>OX USP300</td><td></td></tr><tr><td>폐쇄 루프 온도 컨트롤러</td><td>CWE Inc.&nbsp;</td><td>08-130000</td><td></td></tr><tr><td>곡선 가위</td><td>FST</td><td>14085-09</td><td></td></tr><tr><td>0.25% 부피비카인 염산염</td><td>호스피라</td><td>0409-1159-02</td><td>국소 마취</td></tr>제 <tr><td>멜록시캠 5mg/ml</td><td>Henry Schein</td><td>6451602845</td><td>통증/염증 완화</td></tr><tr><td>0.9% 염화나트륨</td><td>호스피라</td><td>0409-4888-20</td><td>유체</td></tr><tr><td>세파졸린</td><td>호스피라</td><td>0409-0806-01</td><td>항균</td></tr><tr><td>No.11 일회용 Scapel (20 pk)</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>면봉 (1,000 pk)</td> <td>MSC 산업용</td><td>8749574</td><td></td></tr><tr><td>0.5mm 마이크로 드릴 비트</td><td>FST</td><td>19007-05</td><td></td></tr><tr><td>입체 드릴</td><td>Kopf</td><td>모델 1471</td><td></td></tr><tr><td>곡선 집게</td><td>Roboz</td><td>RS-5136</td><td></td></tr><tr><td>메틸 메타크릴레이트</td><td>A-M 시스템</td><td>525000</td><td>투구용 시멘트</td></tr><tr><td>메틸 메타크릴레이트 가교 화합물</td><td>A-M 시스템</td><td>526000</td><td></td></tr><tr><td>곡선형 지혈기</td><td>FST</td><td>13003-10</td><td>어댑터 내 보좌관</td></tr><tr><td>연결 RHD2000 표준 SPI 인터페이스 케이블(3피트)</td><td>Intan Technologies</td><td>C3203</td><td></td></tr><tr><td>캔틸레버 암</td><td>Instech</td><td>MCLA</td><td></td></tr><tr><td>마이크로 주걱 (12 pk)</td><td>Fischer Scientific</td><td>S50822</td><td></td></tr><tr><td>디지털 납땜 스테이션</td><td>MCM 전자</td><td>21-10115</td><td></td></tr><tr><td>로진 코어 솔더 60/40 주석/납</td><td>MCM 전자</td><td>21-1045</td><td></td></tr><tr><td>컬러 크레이즈 매니큐어 경화제 (니트로셀룰로오스 기반)</td><td>L.A. 색상</td><td>CNP508</td><td></td></tr><tr><td>디지털 디스플레이 콘솔이 있는 작은 동물 입체 기기</td><td>Kopf</td><td>모델 940</td><td></td></tr></tbody></table>

설치류 모델에서 고밀도 뇌파 취득 낮은 비용과 오픈 소스 리소스를 사용하여

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

전기 소스 영상과 네트워크 연결 수단을 포함하여 높은 공간 해상도를 필요로하는 고급 뇌파 분석 기법이 신경 질문의 다양한 확장 적용 가능하다. 설치류 모델에서 분석 이러한 종류의를 수행하면 기존의 나사 전극을 달성 할 수있는 것보다 더 높은 전극 밀도를 필요로한다. 설치류 용 고밀도 뇌파 몽타주가 존재하지만, 그들은 대부분의 연구자들에게 제한된 가용성 있습니다 장기간에 걸쳐 반복 실험 충분히 견고하지 않거나 마취 설치류에서 사용할 제한됩니다. 1-3 제안 된 저비용 좌우 이식 투구 이루어져 내구성이 높은 수, 두개의 전극 어레이를 구성하기위한 방법은, 진보 뇌파는 마우스 또는 래트에서 분석을 수행하는 수단으로 조사된다. 투구 제조 및 수술 주입 n에 대한 절차노이즈에 높은 신호를 생성 할 수 ecessary, 낮은 임피던스 뇌파 및 근전도 신호가 표시됩니다. 방법론은 모두 쥐와 생쥐에서 유용하지만,이 원고는 작은 마우스 두개골에 대한 더 도전 구현에 초점을 맞추고있다. 자유 자재로 움직이는 마우스 만 기록하는 동안 일반적인 어댑터를 통해 케이블에 닿는된다. 26 뇌파 채널 4 근전도 채널을 포함 이러한 전극 시스템의 한 버전을 설명한다.

고밀도 EEG 투구 주입 자유롭게 움직이는 마우스에 기록 된 샘플 데이터는도 3에 도시되어있다. 각각의 EEG 파형은도 2에 도시 된 채널 매핑 방식에 대응한다. 경추와 흉추 EMG의 예는도 3에 표시된다. 흉부 EMG 기록은 또한이 흉부 EMG 전선 사이의 차동 신호 (T)가 계산 될 때 명백해진다 마우스의 심장에서 발생 내장 된 전기 활동이 포함되어 있습니다. 이 녹음은 심전도 QRS 스파이크 사이의 시간을 측정함으로써 마우스의 심박수를 계산하는 것도 가능하다. 마찬가지로 23-24은 흉강의 팽창으로 QRS 스파이크 phasic 변동을 계산하여, 마우스의 호흡률을 측정 할 수 있고 각 숨 계약. 오 획득을위한 25 따라서,이 설정은 허가F 쥐의 수면 다원. 또한, 설정이 시각 유발 전위 (그림 4)의 대뇌 피질의 매핑을 가능하게한다. 빛의 10 밀리 초 펄스가 마우스의 왼쪽 눈에만 전달 될 때, 클래식 응답은 반대편 차 시각 피질의 지연 응답 뒤에있는 반대측 (그러나 동측) 일차 시각 피질에 기록됩니다. 그림 4에 포함 된 영화는 반대측 V1 및 V2 활동의 그래프와 함께 전체 대뇌 피질의 표면을 가로 질러 전기적 전위를 변화 시간을 보여줍니다. <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> 이 </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> 삼 </td><td> 1 </td><td> 1 </td><td> 1 </td><td> 1 </td><td> 삼 </td></tr><tr><td> -4.5 </td><td> 삼 </td><td> 0.7 </td><td> 0.7 </td><td> 0.7 </td><td> 0.7 </td><td> 삼 </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> 표 1 :. 핀 트리밍 길이는이 그림은 헤드 피스에 대한 핀 당 mm에 필요한 트리밍 길이를 보여줍니다. 핀 트리밍 길이는 마우스 뇌 아틀라스로부터 획득 하였다. AF트리밍 핀 ter에게 상기 투구은 뇌의 표면 프로파일이 일치한다. EMG 신호를 기록하기 위해 사용되는 와이어 핀 스터브 상에 납땜 20로 EMG 핀이 완전히 차단된다. <img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/54908/54908fig1.jpg" /> 그림 1 :. 투구 구성 요소, 중급 건설 단계, 및 기록에 대한 적절한 연결이 그림은 투구를 만드는 데 사용되는 원료를 보여줍니다. 100 핀 소켓 커넥터를 시작으로, 작은 2 × 7, 2 × 1 구성 요소가 생성됩니다. . 2 × 1 구성 요소, 2 × 50의 원래 에지가 일관된 투구 건설을 허용하는, 그대로 하나의 어댑터가 많은 이식 마우스에 연결이 가능합니다 그림 1B와 어댑터를 만드는 데 필요한 원료를 제공 1C 앰프 헤드 피스에서.도 1b의 헤드 피스 끝을 선물한다유사하게 삭감되는 어댑터는 헤드 피스에 연결합니다. 그 2 × 1 다시 어댑터와 헤드 피스 사이의 적절한 연결을 보장, 원료 구성 요소에서 원래의 우위를 가지고 있습니다. 그림 1C는 앰프에 연결하는 어댑터의 끝을 보여줍니다. 그림 1D는 에폭시 수지로 접착 보여 2 × 7 (2) 신호 기록을위한 준비 EMG 전선과 함께 × 1 구성 요소는. 그림 1E는 완성 된 투구를 보여줍니다. 그림 1 층은 완성 된 어댑터를 표시합니다. 그림 1G는 투구와 어댑터 사이의 적절한 연결을 보여줍니다. 마지막으로, 그림 1H 연결된 어댑터와 앰프 이식 마우스를 보여줍니다. 앰프 칩이 수집 보드 (도시하지 않음)에 실행되는 인터페이스 케이블에 연결되어있다. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54908/54908fig1large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <p유지-together.within 페이지 = &quot;1&quot;&gt; : FO 클래스 = &quot;jove_content&quot; <img alt="그림 2" src="/files/ftp_upload/54908/54908fig2.jpg" /> 그림 2 :. 전극 몽타주와 완벽하게 구축 투구이 그림은 마우스의 뇌에 대한 전극 위치를 보여줍니다. 전극 위치는 브레 그마로부터 정위 좌표에 기초한다. 각 전극 용 좌표 프로토콜의 단계 4.8에서 발견 될 수있다. 전극 색상은 각 전극에 대한 기본 뇌 영역에 해당한다. 화이트 = 정면 연합 피질 (FRA), 오렌지 = 일차 운동 피질 (M1), 핑크 = 보조 운동 피질 (M2), 다크 그린 = 차 체 감각 피질, 앞다리 지역 (S1FL), 녹색 = 차 체 감각 피질, dysgranular 영역 (S1DZ ), 라이트 그린 = 차 체 감각 피질, 배럴 필드 (S1BF), 노란색 = 중간 정수리 협회 피질 (MPTA), 다크 블루 = 차 시각 피질 (V1), 라이트 블루 = 차 시각 피질, mediomedial 영역 (V2MM), 블랙 = retrosplenial DYsgranular 피질 (RSD). (20) 일반 참조 / 접지도 표시됩니다. 이 참조 방식은 원시 신호에서 호흡 이슈를 최소화 할 수 있습니다. 각각의 전극과 연관된 숫자는 전체 어레이에 대한 채널 맵을 제공한다. 알렌 마우스 뇌지도 책. 21, 22도 2b에서 수정 된 이미지는 한 푼에 대한 확장 할 수 완전히 구축 투구를 보여줍니다. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54908/54908fig2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 3" src="/files/ftp_upload/54908/54908fig3.jpg" /> 도 3 : 샘플 EEG와 EMG 전극 몽타주에서 추적 전극의 파형은도 1a에 도시 된 채널의 맵핑에 대응한다.. 경추 EMG (C)는 목덜미 근육 (+)를 결정할 수있는 능력을 제공한다. EMG 신호는 심장 QRS 전기 자극을 포함(*). 추적 진폭 200 μV 및 추적 기간 동안 1 초 규모의 막대가 표시됩니다. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54908/54908fig3large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 4" src="/files/ftp_upload/54908/54908fig4.jpg" /> 그림 4 : 시각 유발 전위의 공간적 분포 왼쪽 눈에만 투여 일방적 빛 플래시의 유발 가능성 다음 응용 프로그램의 공간 분포.. 상부 도면은 전극을 각각 나타내는 원 고밀도 EEG 몽타주를 나타낸다. 시간이 지남에 따라 색상의 변화는 각각의 전극 시간이 지남에 따라 변화를 전압에 대응한다. 시간 = 0 밀리에서 10 밀리 광 펄스를 전달하고, 중간 그림으로 표현. 아래 그림은 반대편 V1 및 V2 EEG 전극 (N = 108 EP 시험)에 대한 유발 가능성 흔적을 의미 보여줍니다. 빛 PUL자체 0 밀리 초에서 발생한다. 해당 유발 전위 반응이 더 긴 대기 시간 뒤에, 반대측 V1 (블랙 추적)에서 관찰 반대측 V2 (빨간색 추적)에서 잠재적 인 반응을 유발되어 있습니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54908/Figure_4.mov" target="_blank">(오른쪽 다운로드 클릭).</a>

만성 경두개 고밀도 뇌파 촬영 몽타주를 마우스에 저비용으로 제작하고 외과적으로 이식하기 위한 지침이 제공됩니다. 신호 기록, 추출 및 처리 기술도 설명됩니다.

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

본 방법론의 전반적인 목표는 만성 고밀도 경두개 전극 어레이를 제작하고 기록하기 위한 저비용의 대체 프로토콜을 제시하는 것입니다. 이 방법은 신경망의 대규모 조직 및 감각 유발 반응의 공간적, 시간적 특성과 같은 신경과학의 핵심 질문을 해결하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 기술의 주요 장점은 저렴한 비용, 재현성, 그리고 실험별 맞춤 설정의 용이성입니다.이 방법은 뇌파 데이터의 복잡한 분석에 대한 통찰을 제공할 수 있으며, 특히 마취과학, 뇌전증 및 수면 신경생물학 연구에 적용하기에 이상적입니다. 헤드피스를 제작하려면, 먼저 2x50 핀 브릭의 핀들에 매니큐어를 아주 얇게 칠하여 절연 처리하십시오. 그런 다음, 핀셋을 사용하여 핀의 리셉터클 끝부분을 브릭 밖으로 밀어내어 매 8번째 행의 핀들을 제거하십시오.폴리시가 완전히 마르면, 작은 천과 아세톤을 사용하여 핀 끝부분의 코팅을 제거합니다. 그다음, 면도날이나 와이어 커터를 사용하여 블록을 2x7 핀 브릭 크기로 다듬습니다. 이 브릭 중 두 개는 경두개 EEG 전극으로 사용됩니다.다음으로, 2x50 브릭의 양 끝단에서 동일한 과정을 통해 EMG 신호를 기록하기 위한 1x2 핀 브릭 2개를 준비합니다. 각 1x2 브릭은 2x50 브릭의 외부 매끄러운 면 중 하나를 유지해야 합니다. 전체 어레이의 두 절반을 완성하려면, 한 브릭의 1x2 핀 홀과 핀을 2x7 브릭의 가장 뒤쪽 핀 행에 맞춰 정렬하십시오.그런 다음, 2액형 에폭시를 사용하여 매끄러운 표면들을 부착하고, 필요한 경우 에폭시를 더 추가하여 연결 부위를 보강하십시오. 두 부분을 하룻밤 동안 경화시킵니다. 두 개의 흉부 EMG 와이어를 만들려면, 3cm의 절연 은선으로 시작하십시오.한쪽 끝에서 1cm의 절연체를 제거하고, 핀셋에 전선을 감아 피복이 벗겨진 전선 부분에 두 개의 루프를 만듭니다. 그런 다음 반대쪽 끝에서 25mm의 절연체를 제거합니다. 이제 1.5cm 길이의 전선을 사용하여 동일한 경추 EMG 전선 두 개를 제작합니다.각 헤드피스 절반에서 가장 앞쪽 열의 외측 핀을 제거하십시오. 이 핀은 관련 조직과 접촉하지 않기 때문입니다. 와이어를 부착하려면 1x2 브릭의 핀 끝에서 3mm 지점을 절단하십시오. 그다음 경추 EMG 와이어를 전면 핀에, 흉추 EMG 와이어를 후면 핀에 납땜하십시오.진행하기 전에, 멀티미터를 도통 모드로 설정하여 각 핀이 전기적으로 절연되었는지 확인하십시오. 리드선을 서로 다른 핀 조합에 연결하고, 만약 한 쌍이 전기적으로 연결되어 있다면 측정기에서 가청 비프음이 발생합니다. 건조가 완료되면, EMG 와이어를 측방 변위가 최소화되도록 AP 축과 평행하게 구부리십시오.그다음 납땜 부위를 매니큐어로 덮어줍니다. 이제 뇌 지도를 참고하여 와이어 커터를 사용해 핀 길이를 조정하십시오. 브레그마(bregma)로부터의 복측 거리가 가장 멀어질 핀을 찾습니다.이 핀은 다듬지 말고, 이 핀을 기준으로 다른 모든 핀을 다듬으십시오. 헤드피스를 완성하려면 어플리케이터 펜을 사용하여 모든 핀 팁을 은 용액으로 도포하십시오. 어댑터를 준비하려면 36포지션 듀얼 로우 메일 나노 커넥터를 준비하십시오.먼저, 커넥터 와이어를 2cm의 동일한 길이로 깎아냅니다. 그다음 각 와이어의 끝부분에서 2.5mm의 피복을 벗겨냅니다. 마지막으로, 가느다란 와이어 가닥들을 함께 납땜하여 팅(tinning)하고, 납땜된 와이어에서 벗겨진 절연체를 잘라냅니다.다음으로, 2x50 핀 블록 컨-스트립 헤더를 사용하여 헤드피스에 맞는 수-수 커넥터를 제작합니다. 이전과 마찬가지로 2x7 헤더 2개와 2x1 헤더 2개를 준비합니다. 이제 나노-커넥터의 접지선 중 하나를 bregma에서 전방으로 0.6mm, 가측으로 1mm 떨어진 핀에 납땜합니다.이 핀은 기준(reference)으로 작동하며, RHD 2132 증폭기 칩을 사용할 때는 접지(ground)로 작동합니다. 다음으로, 주석 도금된 나노 커넥터 와이어를 접지 핀 연결과 동일한 쪽에 납땜하십시오. 각 와이어는 특정 채널에 매핑되므로, 증폭기 헤드 스테이지의 채널 맵 다이어그램을 참조하여 채널을 매핑하십시오.모든 전선을 각각의 핀에 납땜한 후, 사용하지 않는 전선은 잘라냅니다. 그런 다음 전압계를 사용하여 각 핀이 다른 핀과 전기적으로 절연되어 있는지 확인하십시오. 전기적 절연이 확인되면, 각 핀을 추가로 절연하기 위해 각 납땜 부위 주변에 매니큐어를 얇게 바릅니다.그 다음, 2액형 에폭시를 사용하여 매칭되는 나노 어댑터를 수-수 브릭(male-male bricks)의 양측 핀 어레이에 고정합니다. 어댑터의 내측 부분에 과도한 에폭시가 묻어 있으면 헤드피스를 동시에 꽂을 수 없으므로 주의해야 합니다. 내구성을 높이기 위해 나노 커넥터의 바닥 부분에 에폭시를 도포하십시오.모든 납땜 연결 부위를 에폭시로 완전히 덮으십시오. 에폭시가 건조되면 임피던스 측정을 통해 채널 매핑을 확인하십시오. 마우스가 안정적으로 고정되고 브레그마(bregma)가 정위 좌표계의 원점으로 정의되면, 내측-외측 축과 전후 축을 기준으로 두개골의 수평을 맞추십시오.그 다음, 직경 0.5mm의 마이크로 드릴 비트를 사용하여 정중선에서 1mm 떨어진 지점에 1.3mm 간격으로 천공 구멍을 뚫는데, 브레그마(bregma) 기준 전방 3.3mm에서 시작하여 후방 4.5mm까지 뚫습니다. 양측으로 두 줄을 만듭니다. 이어서 정중선 양측에 1.3mm 간격으로 천공 구멍을 뚫는데, 브레그마 기준 전방 2mm에서 시작하여 후방 4.5mm에서 끝냅니다.이제 헤드피스를 이식합니다. 직선 핀셋을 사용하여 흉부 EMG 와이어를 위한 EMG 와이어 터널을 준비합니다. 마우스의 등 쪽에서 피부 아래로 2.5cm 터널을 만들어 EMG 와이어를 공동 안에 배치합니다.다음으로, 곡선 핀셋을 사용하여 EEG 브릭을 조작해 핀이 버홀(burr hole)과 일직선이 되도록 맞춥니다. 가벼운 압력을 가하며 핀을 두개골 안으로 밀어 넣습니다. EEG가 제대로 삽입되면 안정적으로 고정됩니다.다음으로 EMG 와이어를 최종 위치로 조정합니다. 위치가 설정되면 메틸 메타크릴레이트와 가교제를 1:1 비율로 혼합하여 준비합니다. 그런 다음 노출된 두개골, 핀 전극의 매니큐어 도포 부위 및 EMG 와이어의 근위부를 시멘트로 덮습니다.헤드피스의 암형 리셉터클(female receptacles)을 덮지 않도록 주의하고 시멘트가 동물의 털에 묻지 않게 하십시오. 시멘트가 건조되면 장착 절차가 완료됩니다. 마우스를 스테레오택식 프레임에서 제거하고 활력 징후를 모니터링하며 회복시키십시오.수술 2주 후, 완전히 회복된 마우스는 적응 훈련을 위해 어댑터를 통해 기록 케이블에 연결될 수 있습니다. 마우스가 적응을 마친 후 실험에 사용할 수 있습니다. 어댑터, 증폭기 및 표준 인터페이스 케이블을 통해 마우스를 데이터 수집 보드에 연결한 후, Open E-Fizz 기록 소프트웨어를 실행하십시오.그 후, 모듈을 신호 체인으로 드래그하여 rhythm FPGA와 LFP viewer의 신호 체인을 생성하십시오. 다음으로 30.0 kilo-samples per second의 전극 임피던스 값을 얻으십시오. 그런 다음 기록에 원하는 샘플링 속도를 선택하십시오.원하는 경우 필터를 시그널 체인으로 드래그할 수도 있습니다. 이어서 데이터 저장 경로와 원하는 샘플링 속도를 선택하십시오. 그런 다음 LFP 뷰어 창을 클릭하고 재생 버튼을 누르십시오.이제 draw 방법을 사용하여 EEG를 시각화하고, 신호 진폭, 스윕 속도 및 사용 중인 모든 필터 설정을 변경하여 뷰를 조정하십시오. 모든 설정이 조정되면 기록을 시작하십시오. 데이터는 고밀도 EEG 헤드피스가 이식된 자유롭게 움직이는 마우스로부터 수집되었습니다.흉부 EMG 기록에는 심장에서 기원한 전기적 활동이 포함되어 있습니다. 경부 EMG에는 근긴장도에 대한 정보가 포함되어 있습니다. 개별 EEG 파형은 채널 매핑 체계와 일치합니다.이 기록을 통해 심전도 QRS 스파이크 사이의 시간을 측정함으로써 마우스의 심박수를 계산할 수 있습니다. 마찬가지로, 호흡 시마다 흉강이 확장 및 수축함에 따라 나타나는 QRS 스파이크의 위상 변이를 계산하여 마우스의 호흡수를 측정할 수 있습니다. 따라서 이 설정을 통해 마우스의 수면다원검사 데이터를 획득할 수 있습니다.이 설정은 시각 유발 전위의 피질 매핑을 가능하게 합니다. 10 밀리초의 빛 펄스를 왼쪽 눈에만 조사하면, 대측 일차 시각 피질에서 전형적인 반응이 기록되고, 이어서 대측 이차 시각 피질에서 지연된 반응이 나타납니다. 이는 대측 V1 및 V2의 전체 피질 표면에서 시간에 따라 변화하는 전기 전위를 통해 쉽게 확인할 수 있습니다. 이 영상을 시청한 후에는 설치류 모델을 위한 고밀도 미세전극 어레이를 제작하고, 임플란트된 어레이로부터 기록하는 방법에 대해 충분히 이해하게 될 것입니다.이 기술의 제작 및 이식 과정은 숙달되어 적절히 수행될 경우 2시간 이내에 완료할 수 있습니다. 이 절차를 수행할 때 가장 중요한 점은 경막을 관통하지 않으면서 적절한 경막외 전극 접촉을 형성하는 것입니다. 핀의 길이를 적절히 다듬고 헤드피스를 이식하는 동안 주의를 기울여야 전극 접촉을 최적화할 수 있습니다.행운을 빕니다!

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이 문서에서는, 우리는 수술 절차를 설명하고 마우스 모델에서 고밀도 encephalography (EEG)의 취득에 마우스 두개골에 울트라 얇은 polyimide 기반 microelectrode 배열 (PBM - 배열)의 주입을위한 도움말을 취급.

Polyimide 기반 Microelectrode를 사용하여 자유롭게 이동 마우스의 고밀도 뇌파 레코딩

절차는 뇌파, electromyogram, 그리고 뇌성 젖산 농도를 모니터링하는 동안 optogenetically 뇌성 대뇌 피질의 피라미드 뉴런의 활동을 조작하기위한 설명되어 있습니다. 사람들이 자연 수면 / 웨이크주기를 받아야 동안 실험 녹음 케이블 테 더링 마우스에 수행됩니다. Optogenetic 장비는 우리의 실험실에서 조립, 녹화 장비는 상업적으로 사용할 수 있습니다.

동시 Electroencephalography, 설치류 대뇌 피질의 젖산 농도와 Neuronal 활동 Optogenetic 조작의 실시간 측정

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