드라이 비-침략 적 멀티 채널을 사용 하 여 마우스에 비주얼 갖는 잠재적인 녹음 두 피 뇌 파 센서
2018년 1월 12일
우리는 비-침략 적, 변형, 그리고 재사용 가능한 드라이 타입 16 채널 EEG 센서를 설계. 이 종이 생산 신호 비주얼 갖는 잠재력 (VEP)의 처리를 제안 된 뇌 파 전극 건조 비-침략 적 다중 채널 EEG 센서를 사용 하 여 마우스 두 피 측정 신호 전체 프로세스를 설명 합니다.
이 절차의 전반적인 목표는 건조하고 비침습적인 다중 채널 EEG 센서를 사용하여 마우스 두피에서 시각적 유발 전위를 측정하는 것입니다. 이 방법은 전임상 중개 연구 분야의 빠른 질문에 답하여 인간과 실험실 동물 간의 비침습적 EEG 연구에서 신호 격차를 해소하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 기술의 주요 장점은 비침습적이라는 점이며, 이는 동물 EEG에 대한 이해를 향상시킵니다.
또한 안전하고 편리한 실험 환경을 제공합니다. 하나의 비침습적 전극을 위해 16개의 핀을 준비하는 것으로 시작합니다. 15mm x 17mm 크기의 유리 섬유 기판 두 개를 자릅니다.
다음으로 정밀 조각기를 사용하여 1.2mm 직경의 구멍 16개를 만듭니다. 그런 다음 프로브 조정에 따라 2mm 간격으로 균일하게 평평한 기판에 16개의 구멍을 뚫습니다. 두 개의 기판을 적층하고 기판 층 사이에 속효성 접착제 한 방울을 바르면 3mm 두께의 이중층을 만들어 신호 수집 중에 16개의 안정적이고 평행한 전극을 지지합니다.
그런 다음 16개의 전극을 기판에 하나씩 수동으로 조립합니다. 각 전극의 끝 솔더 캡 부분을 터치 방지 커넥터에 납땜하고 연결합니다. 마지막으로, 전기 절연을 위해 열수축 튜브로 노출된 접합부를 덮고 숨깁니다.
마취된 쥐의 경우 면봉으로 안연고를 바르는 것으로 시작하여 각막을 촉촉하게 유지합니다. 이발기로 머리와 어깨 주위의 털을 제거합니다. 그런 다음 시중에서 판매하는 제모 크림을 바르고 이 부위에 3-4분 동안 유지한다.
마지막으로 도포된 제모제는 주걱으로 제거한 후 나머지는 물티슈로 물을 여러 번 바르고 닦아냅니다. 먼저 이어바를 마우스의 외이도에 삽입하고 제자리에 조여 마우스의 머리를 입체 프레임에 장착합니다. 맞춤형 전극 홀더에 센서를 장착합니다.
그런 다음 센서 홀더를 입체 프레임에 고정합니다. 연성 뇌파 검사 또는 EEG 센서를 기준 전극과 브레그마 위치를 고려하여 찾습니다. 그런 다음 센서를 수직 방향으로 조심스럽게 내려 배열된 전극 플런저가 마우스의 두피와 구부러진 가장자리에 균일하게 접촉하도록 합니다.
임피던스가 100킬로옴에서 2메가옴까지 적절한 범위 내에 있는지 확인합니다. 임피던스 값이 범위를 벗어날 때 전극을 재배치하십시오. 그런 다음 광자극기를 마우스의 눈에서 20cm 떨어진 곳에 놓습니다.
샘플링 주파수가 500Hz, 노치 필터링이 60Hz, 자극 간 간격이 10초, 플래시 지속 시간이 10밀리초, 플래시 자극 횟수가 피험자당 100회 시도되도록 실험 장치의 매개변수를 설정합니다. 마지막으로, EEG 기록을 시작하기 전에 어두운 시각적 적응을 위해 어두운 케이지에서 10분 동안 마우스를 조정합니다. 평균 시각적 유발 전위 반응은 자극 후 최소 신호 변동을 나타내며 지속 시간이 300밀리초 미만입니다.
신호는 자극 후 기간 동안 시간이 지남에 따라 꾸준히 안정화됩니다. 또한 VEP 반응에 따라 14개의 채널을 여러 그룹으로 분류하여 유사한 형태와 패턴을 나타낼 수 있습니다. 이 기술을 숙달하면 제대로 수행하면 1시간 안에 완료할 수 있습니다.
이 절차를 시도하는 동안 동물의 마취 상태를 확인하는 것을 기억하는 것이 중요합니다. 이 절차를 뇌 자극 또는 표면 심층 전기 생리학적 기록과 같은 다른 방법과 결합하여 뇌 자극 매개변수 최적화 또는 소스 국소화와 같은 추가 질문에 답하기 위해 수행할 수 있습니다. 개발 후 이 기술은 중개 연구 분야의 연구자들이 기초 과학 연구를 인간 뇌 연구와 연결하여 침습적 수술 준비 없이 비교 가능하고 신뢰할 수 있으며 효율적인 연구를 수행할 수 있는 길을 열었습니다.
이 비디오를 시청한 후에는 유연성, 건식 상태, 다중 채널 기능, 비침습성 및 재사용성의 이점이 있는 새로운 전극을 사용하여 마우스 두피에서 시각적 유발 전위를 측정하는 방법을 잘 이해하게 될 것입니다.
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개요
본 연구에서는 마우스 두피로부터 비침습적이고 유연하게 신호를 수집할 수 있도록 설계된 건식 16채널 EEG 센서를 제시합니다. 이 센서는 전임상 연구에서 시각 유발 전위(VEP)를 측정하는 데 중점을 두어, 동물 뇌 활동에 대한 이해도를 높이기 위한 비침습적 EEG 기술을 향상시킵니다.
주요 연구 구성 요소
과학 분야
- 신경과학
- 전기생리학
- 전임상 연구
배경
- EEG 연구의 비침습적 방법은 인간과 동물 연구 사이의 간극을 메워줍니다.
- 현재의 기술들은 유연성이 부족하며 종종 침습적인 절차를 필요로 합니다.
- VEP를 이해하면 뇌 기능과 동물 복지에 대한 통찰을 얻을 수 있습니다.
연구 목적
- 마우스에서 효율적인 VEP 측정을 가능하게 하는 새로운 EEG 센서를 개발한다.
- 중개 연구를 위한 비침습적 EEG 모니터링의 장점을 입증한다.
- 수술적 준비 없이도 신호 획득이 가능한 신뢰할 수 있는 방법을 구축한다.
사용된 방법
- 마우스 두피에서 비침습적으로 신호를 획득하기 위한 다채널 EEG 센서.
- 마취 및 두피 세정 등 특정 준비 과정이 포함된 마우스 모델.
- EEG 전극 제작을 위한 상세 조립 단계.
- EEG 기록 전 자극 파라미터 설정 및 안구 적응 과정.
- 최적의 전극 접촉을 보장하기 위한 임피던스 모니터링.
주요 결과
- 신호 변동을 최소화하여 안정적인 VEP 기록을 달성함.
- 14개 채널을 통해 나타난 유사한 형태에 따라 반응을 그룹별로 분류함.
- 뇌 자극 연구에서의 효과와 함께 절차의 신속한 수행 능력을 입증함.
결론
- 본 연구는 VEP 측정을 위한 비침습적 기술을 강조하며, 중개 신경과학 연구의 기반을 마련합니다.
- 신뢰할 수 있는 EEG 기록은 전임상 모델에서 신경 세포 메커니즘에 대한 이해를 높일 수 있습니다.
- 이 접근 방식은 신경 신호 전달 및 행동에 관한 심화 연구를 위해 다른 방법들과 통합될 수 있습니다.
자주 묻는 질문
산업적 관련성 요약
전임상 모델에서의 비침습적 EEG 방법은 수술적 개입 없이 반복 가능하고 확장 가능한 신경 판독을 가능하게 함으로써, 동물과 인간 신경생리학 사이의 중개 연구 격차를 해소합니다. 이 건식 다채널 센서는 감각 경로 기능의 정량적이고 시간 분해능이 높은 바이오마커를 제공함으로써 타겟 검증 과정에서 기전적 리스크 완화를 지원합니다. 또한, 재사용 가능성과 종단적 연구 설계와의 호환성은 CNS 치료제 중심의 초기 발굴 파이프라인에서 포트폴리오 효율성을 높여줍니다.
바이오 제약 R&D의 전략적 응용
초기 발견 및 타겟 검증
- 과학적 가치: CNS 약물 후보 물질의 표적 결합에 대한 기능적 바이오마커로서 시각 경로의 무결성과 피질 반응성을 조사할 수 있게 합니다.
- 운영적 가치: 동일한 동물 코호트 내에서 용량-반응 및 시간 경과 연구를 지원하는 반복 가능하며 비종말적인 측정을 제공합니다.
스크리닝 및 분석법 개발
- 과학적 가치: 신경 전달에 영향을 미치는 화합물의 고함량 스크리닝(high-content screening)에 적합한 정량 가능한 VEP 진폭 및 잠복기 판독값을 생성합니다.
- 운용적 가치: 표준화된 전극 배치와 임피던스 모니터링을 통해 실험실 간 및 시점 간 분석 재현성을 보장합니다.
중개 및 전임상 연구
- 과학적 가치: 설치류 모델과 인간 임상 EEG 데이터 간의 신경 반응 프로파일을 직접 비교할 수 있게 하여 예측 신뢰도를 높입니다.
- 운영적 가치: 만성 전임상 연구에서 질병 진행 또는 치료 효과의 종단적 추적 관찰을 지원합니다.
파이프라인 및 워크플로 통합
이 방법은 타겟 가설 검증부터 리드 최적화에 이르는 발굴 연속체 내에 적합하며, 여기에서 기능적 신경 바이오마커는 상당한 투자가 이루어지기 전의 추진/중단(go/no-go) 결정에 근거를 제공합니다.
- 발견 생물학(Discovery Biology): 온전한 회로 내에서 감각 유발 신경 활동에 미치는 타겟 조절 효과를 검증함으로써 기전적 리스크 감소를 가능하게 합니다.
- 스크리닝(Screening): 행동 또는 분자 분석과 다중화할 수 있는 전기생리학적 판독값을 제공하여 통합적인 표현형 스크리닝을 수행할 수 있게 합니다.
- 분석(Analytics): 시간 잠금(time-locked) 방식의 다채널 VEP 데이터를 제공하여 신경망 반응의 스펙트럼 및 형태학적 분석을 가능하게 합니다.
- 중개 연구(Translational Research): 임상 EEG 종점과 일치시켜 타겟 결합 및 약동학적 효과의 종간 외삽(extrapolation) 능력을 향상시킵니다.
- 기업 내 재사용(Enterprise Reuse): 센서의 재사용성과 안정적인 성능은 발견 팀 전반에 걸쳐 공유 플랫폼 리소스로서의 표준화를 지원합니다.
운영 및 기업 영향
- 과학적 가치: 분자적 개입을 신경 회로 기능의 측정 가능한 변화와 연결함으로써 타겟 검증의 기전적 모호성을 줄입니다.
- 운영적 가치: 생존 수술과 수술 후 변동성을 제거하여 처리량을 높이고 동물 복지 준수 수준을 향상시킵니다.
- 전략적 가치: 객관적인 신경 바이오마커를 통해 효과가 없는 중추신경계(CNS) 후보 물질을 조기에 발견함으로써 자본 효율성을 개선합니다.
- 포트폴리오 영향: 타겟 결합 및 표현형 분석을 보완하는 기능적 데이터를 제공하여 위험 조정된 연구 진행을 지원합니다.
실행 시 고려 사항
- 정확한 VEP 획득 및 해석을 위해 전기생리학, 동물 핸들링 및 신호 처리 분야의 전문 지식이 필요합니다.
- 안정적인 전기적 접촉과 저잡음 환경에 의존하며, 동물의 움직임이나 전극의 성능 저하에 따라 신호 품질이 달라질 수 있습니다.
- 여러 연구 간의 비교 가능성을 확보하기 위해 자극 파라미터, 마취 깊이 및 두피 준비 과정을 표준화해야 합니다.
- 소스 자료에 따르면 자유롭게 움직이는 동물에 대한 적용은 여전히 제한적이어서, 행동 전기생리학 패러다임에서의 사용에 제약이 있습니다.
- 실제적인 제약 사항으로는 임피던스 모니터링 요구 사항과 매 기록 세션 전 암적응이 필요하다는 점이 포함됩니다.
