Name: 설치류 쥐 모터 피 질에서 Microelectrode 주입으로 인 한 기능적 적자를 평가 하기 위해 테스트 행동 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-08-18T12:30:00.000+00:00
Duration: 10 min 42 s
Description: 배우세요 설치류 쥐 모터 피질에 마이크로전극을 주입하여 운동 기능 적자를 평가하는 행동 분석 방법을. 실시간 측정으로 신경공학 연구의 장기적 결과를 탐구합니다.

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이 연구 지원 부분에서 장점을 검토 수상 #B1495-R (Capadona)과 대통령 이른 경력 포상에 의해 과학자와 엔지니어 (PECASE, Capadona)에서 미국 (미국) 학과의 재향 군인 담당 재활 연구 및 개발 서비스입니다. 또한,이 작품 일부 사무실의 길잡이 국방 장관의 피어 검토 의료 연구에서 프로그램 수상 번호를 통해 건강 문제에 의해 지원 되었다 W81XWH-15-1-0608입니다. 내용을 미국 재향 군인 담당 부서 또는 미국 정부의 의견을 대표 하지 않는다. 저자 박사 히로유키 아라카와 CWRU 쥐 행동 코어 설계 및 테스트 설치류 행동 프로토콜에 대 한 그의 감사 하 고 싶습니다. 저자 또한 제임스 드레이 크와 케빈 탤벗 CWRU 부 기계 및 항공 우주 공학에서 설계 하 고 제조 설치류 사다리 테스트에 그들의 도움에 감사 하 고 싶습니다.

모든 절차 및 동물 관리 관행에 의해 승인 되었고 루이 스톡 클리블랜드 학과의 재향 군인 담당 센터 기관 동물 의료 및 사용 위원회 수행.
참고: 컨트롤 자상 부상 모델의 사용에 대 한 결정에 연구원 교육, 것이 좋습니다 외. 포터 의해 수행 하는 작업을 검토 하 21.
1. microelectrode 이식 수술
<ol><li>
미리 수술 동물 준비
	<ol>
<li>Isoflurane (2-4%)를 사용 하 여 유도 챔버에서 동물 anesthetize 마 취에서 지속적으로 심장 박동과 혈액 산소 함유량을 모니터링 하는 중요 한 측정 시스템을 사용 하 여 동물을 모니터링 합니다.</li>
		<li>마 취를 계속 코 콘에 동물을 이동 합니다. 피하 (SQ) cephalosporin 항생제, 예: cefazolin (25 mg/kg) 및 비 스테로이드 항 염증, 감염을 방지 하 고 통증, 각각 관리를 예를 들면 carprofen (5 mg/kg) 주사.</li>
		<li>후 한 건조에서 그들을 방지 하기 위해 동물의 눈에 안과 연 고를 적용 합니다.</li>
		<li>작은 동물성 손톱깎이 사용 하는 봉합 상처 치유 하는 동안 긁 기에서 동물을 방지 하기 위해 발톱 손질. 못 하지 잘린 너무 짧고, 통증과 출혈 동물에 대 한 발생할 수 있습니다으로 확인 합니다.</li>
		<li>전기 면도기 트리머를 사용 하 여 눈 사이 귀 뒤에 철저 하 게 동물의 머리를 면도.</li>
		<li>절 개의 영역에서 동물의 머리의 상단에 로컬 진통 bupivacaine (0.125 %bupivacaine 재고 솔루션에서 희석의 0.3 mL)의 SQ 주사 제공.</li>
		<li>동물을 머리 수술 하는 동안 이동 하는 것을 막기 위해 귀 막대를 사용 하 여 stereotaxic 프레임에 탑재 합니다. 동물의 내부 온도 유지 하기 위해 동물 아래 패드 난방 순환 수를 놓습니다.</li>
		<li>무 균 드 레이프, 예를 들어, 제도 승인 살 균 플라스틱 랩, 외과 분야를 분리 하는 적용.</li>
		<li>스크럽 번갈아 betadine 솔루션을 사용 하 여 외과 영역 그리고 소 프로 파 놀 스크럽.</li>
		<li>되도록 동물 외과 비행기 아래 기관 프로토콜에 따라 발가락 핀치를 수행 합니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
동물 이식 준비
	<ol>
<li>No. 10 메스 블레이드를 사용 하 여 두개골을 노출 하는 중간 선 아래에 약 1의 절 개를 만듭니다. 퉁 명 스럽게 솜 밀고 주걱을 사용 하 여과 제거 하 고 어떤 출혈 거 즈 패드 사용을 중지. 악어 클립을 사용 하 여 주변 조직 철회 하 고 깨끗 하 고 과산화 수소와 두개골을 탈수.</li>
		<li>나중 단계에서 결합 치과 시멘트를 개선 하기 위해 노출 된 두개골에 cyanoacrylate 기반 조직 접착제의 몇 방울을 놓습니다.</li>
		<li>선택한 반구에서 뼈에는 닉을 만들어 forepaw 운동 약 3 m m 중간을 2mm bregma에 앞쪽 측면에 해당 하는 모터 피 질 영역을 표시 합니다.</li>
		<li>1.75 m m 둥근된 팁 치과 드릴을 사용 하 여, 특별 한 배려는 너무 빨리 또는 너무 깊이 드릴 하지 복용 및 stereotaxic 프레임에 한 손으로 지원 두개골의 일부를 제거 합니다. 드릴31과열 방지를 간헐적으로 두개골에 적용 되어야 한다.</li>
		<li>잘 구부려 진된 45 ° dura 선택을 사용 하 여 경질을 반영 합니다.</li>
		<li>어떤 출혈을 사용 하 여 면 밀고 주걱 및 염 분, 직접 터치를 돌보는 뇌 표면 청소.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Microelectrode 모터 피 질에의 삽입
	<ol>
<li>신중 하 게 복용 하지 전극의 정강이 범프를 주의 stereotaxic 프레임에 범용 홀더에서 소독된 microelectrode를 탑재 합니다. 전극의 headstage 인터페이스 커넥터 단단히 소유자에 의해 개최 됩니다 확인 하십시오. 참고: 여기, 그리고 2 m m x 123 µ m x 15 µ m 측정 비 기능 미시간 스타일 실리콘 생크 전극 사용, 생크 미세 집게를 사용 하 여 삽입 했다.</li>
		<li>Stereotaxic 프레임에는 micromanipulators을 사용 하 여 신중 하 게 놓고 전극의 팁 오픈 craniotomy.</li>
		<li>부드럽게 측정 가이드로는 micromanipulators를 사용 하 여 뇌에 전극 약 2 m m 낮은 (전극의 선택에 따라 제어 속도에서 자동된 삽입 필요할 수 있습니다.) 어떤 표시 맥 관 구조 가능할 때마다을 피하기 위해 주의. 일단 전극 장소에, 신중 하 게 보편적인 홀더에서 커넥터 놓고 삽입 팔을 철회.</li>
		<li>조심 스럽게 면 밀고 주걱 및 식 염 수를 사용 하 여 전극 주위에서 출혈이 청소.</li>
		<li>실리콘 고무를 사용 하 여 이식된 전극 주위 craniotomy 오프 인감.</li>
		<li>치과 시멘트를 사용 하 여 두개골에 전극 수정.</li>
		<li>시멘트는 완전히 건조, 일단 절 개의 가장자리 함께 가져 앞에 그리고 시멘트 headcap 및 봉합 그들 종료 뒤.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
수술 치료
	<ol>
<li>동물의 생체 신호를 모니터링 하면서 패드를가 열 순환 물에 복구할 수 있습니다. 사용 하 여 열 램프 램프에서 온도 더 제어 하기 어려운 동물 과열 수 있습니다 하지 마십시오.</li>
		<li>일단 동물은 완전히 깨어 있는, 음식과 물에 쉽게 접근할 깨끗 한 케이지를 동물을 이동 합니다.</li>
		<li>수술 일 1-3 일 동안 스퀘어 cephalosporin 항생제 (25 mg/kg)와 비 스테로이드 항 염증 (5 mg/kg) 감염을 방지 하 고 그들의 고통을 관리 하는 동물을 제공 합니다.</li>
		<li>매일 통증 또는 불편 함, 출혈, 체중 변화, 또는 적어도 수술 하루 5 문제를 봉합의 흔적에 대 한 동물을 모니터링 합니다.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. 행동 테스트
<ol><li>모든 동작 테스트를 위해 테스트 동물 2 x 그들의 사전 수술 기준 점수를 계산 하기 위해 전극 이식 수술 전에 주에 테스트 당. 수술 다음 각 테스트에 주 당 2 x 테스트 동작을 시작 하기 전에 1 주 동안 휴식을 동물 허용. 일관 된 테스트 조건 사전 및 수술 후 불안의 측정에서 발생할 수 있는 성능에 스트레스의 영향을 최소화 하기 위해 테스트에 대 한 연구를 통해 사용 되어야 한다.<ol>
<li>각 동물 전후 각 테스트 세션의 시작 부분에서 염소 이산화 기반 sterilant와 모든 테스트 장비를 청소 하십시오.</li>
		<li>오픈 필드 그리드와 사다리 테스트 영화. 이러한 테스트 필요 비디오 카메라 (1080p, 15fps, 78 ° 대각선의 시야의 최소), 노트북, 및 비디오 데이터를 저장 하는 방.</li>
		<li>각 테스트의 시작 부분에서 시험장에 동물을 가져오고 테스트를 시작 하기 전에 적어도 20 분 동안 적응 하도록 허용. 방에 빛과 온도 제어, 그리고 같은 인사는 모든 테스트 완료 해야 합니다. 이상적으로, 같은 방에 방에 변경 없이 테스트의 과정을 통해 모든 동물에 대 한 사용 됩니다.</li>
		<li>작업을 완료 하는, 특히 사다리 훈련 기간 동안 동물을 장려 하기 위해 사용 하 여 음식 보상. 시리얼 이나 바나나 칩 또는 크래커의 작은 조각을 좋은 보상을 확인합니다.</li>
		<li>각 개별 동물 (공식 1)에 대 한 사전 수술 점수에 모든 주간 테스트 공연 정상화. 방정식 1:<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/57829/57829eq1.jpg">
</li>
	</ol>
</li>
	<li>
필드 표 테스트 오픈 참고: 오픈 필드 그리드 테스트 사내 고 약 40 cm 높은 불투명 측 벽 1 m2 의 실행 표면 있다. 실행 하는 눈금의 표면 아래 테이프 (그림 1A)를 사용 하 여 아래쪽에서 9 동등 사각형으로 나뉘어져 있습니다. 기록 카메라 비 계에는 격자의 중심 위에 영구적으로 장착 됩니다.<ol>
<li>오픈 필드 그리드 테스트 하려면 동물 테스터 멀리 직면 하는 눈금의 중앙에 놓습니다.</li>
		<li>동물 비디오를 기록 하는 동안 3 분 동안 자유롭게 실행을 허용 합니다.</li>
		<li>동물 테스트 완료 되 면, 그리드에서 동물을 제거 하 고 감 금 소에 반환. 염소 이산화 기반 sterilant와 철저 하 게 그리드를 청소.</li>
		<li>각 동물 1 테스트 x 하루 테스트 당.</li>
		<li>비디오 추적 소프트웨어를 사용 하 여 총 모터 함수의 통계로 넘어 눈금선, 여행, 총 거리 및 동물의 최대 속도의 수를 분석 합니다. 참고: 여기에 제시 된 데이터는 수동으로 훈련 된 연구원에 의해 계량 했다 하지만 그것은 사내 최근에 개발 된 사용 하 여 선호 추적 알고리즘32.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
사다리 테스트 참고: 사다리 테스트 사내 고 2 취소 아크릴 측 벽, 길이, 직경 3 mm 가로 2 c m 간격 (그림 2A)에서 간격으로 연결 된 각 1 m의 구성 됩니다. 사다리 테스트 숙련 된 시험 이며 따라서 사전 수술 기준 점수를 기록 하기 전에 훈련의 1 주를 요구 한다. 교육에 대 한 프로토콜 테스트는 동일.<ol>
<li>사다리 테스트 하려면 임시 깨끗 한 보관 케이지를 동물을 이동 합니다.</li>
		<li>2 감 금 소 교량을 사다리 설정 합니다. 깨끗 한 케이지 달려있다 사다리의 시작 끝 그리고 끝 끝 실행을 완료 하는 데 동기 부여로 봉사 하는 동물의 집 케이지에 달려있다.</li>
		<li>사다리의 중심에 삼각대에 동일한 (또는 유사한) 비디오 카메라를 배치 합니다. 카메라의 위치 가로 대 높이에 있어야 볼 수 전체 사다리에 대 한 허용 합니다.</li>
		<li>실행 비디오 카메라와 함께 첫 번째 울 렸으 면 터치를 그들의 정면 발을 수 있도록 사다리의 출발선에 동물을 개최.</li>
		<li>그들의 자신의 걸음에 사다리를 건너 동물 허용. 동물의 발 닿은 첫 번째 울 렸으 면 마지막 가로 대에 제 3에서 결승 선을 교차 하는 동물의 시간 결정 순간 사이의 시간 경과.</li>
		<li>동물 사다리에 돌아서 또는 20의 기간 동안 이동 하지 않습니다 경우 s, 실행 실패 하 동물을 고려 하십시오. 동물 페널티킥 실패 각 시간 실행 점수를 할당 합니다. 사전 수술 테스트27동안 기록 느린 성능에 의해 형벌 시간을 결정 합니다.</li>
		<li>건너 사다리 5 각 동물 허용 x 각 실행 사이 약 1 분 나머지와 함께 하루를 테스트 당.</li>
		<li>정밀한 모터 함수의 통계로 하루 빠른 3 실행의 평균입니다. 또한, 각각의 소프트웨어를 추적 하는 비디오를 사용 하 여 가로 대에서 미끄러져 발 횟수를 기록 합니다. 참고: 여기에 제시 된 데이터는 수동으로 훈련 된 연구원에 의해 계량 했다 하지만 그것은 나 외. 를 사용 하 여 최근에 개발 된 사내 추적 알고리즘을 사용 하 선호 32.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
그립 강도 테스트
	<ol>
<li>각 테스트 세션 전에 그립 강도 측정기를 교정 하 고 그램의 강도 측정.</li>
		<li>위치는 카운터 바닥 위에 확장 그립 핸들의 가장자리에 그립 강도 미터입니다.</li>
		<li>(그림 3A) 꼬리의 기지에 의해 동물을 잡고 두 앞 발과 자전거 핸들을 잡아 동물 허용.</li>
		<li>일단 동물에는 각 발에와 함께 확고 한 그립, 느리고 꾸준한 힘으로 꼬리의 기지에 의해 미터에서 동물을 당겨.</li>
		<li>디지털 그립 강도 측정기에 의해 출력에 표시 되는 동물에가 해지는 최대 그립 강도 기록 합니다.</li>
		<li>각 동물 3 테스트 x 각 테스트 사이 약 2 분 나머지와 함께 하루를 테스트 당.</li>
		<li>정밀한 모터 함수의 통계로 기록 하 고 3의 각 출력 최대 그립 강도 평균.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. 사후 행동 프로토콜
<ol><li>동물 마 취 제 (160 mg/kg)를 사용 하 여 깊이 anesthetize 모든 행동 (예를 들어, 주입 후 8-16 주), 테스트 수행 및 xylazine (20 mg/kg), transcardially 그들을 perfuse, 그들의 두뇌 및 곳을 알아내는-슬라이스를 수확, 그리고 조직 얼룩 immunohistochemical 마커를 사용 하 여 계량 주입33,34,35,36,,3738의 사이트 주위 세포 응답.</li>
</ol>4. 통계 분석
참고: 예비 전력 분석은 특정 연구 질문에 대답을 추구 하는 어떤 학문 든 지에 대 한 강력 하 게 제안 했다. 특정 연구 디자인에 대 한 통계적 의미를 달성 하는 데 필요한 동물의 수를 알려 줍, 전력 분석, 특정 연구 가설, 실험, 예상된 효과 크기의 다양성의 디자인에 따라 결정 되어야 의도 된 치료, 임상 또는 과학적인 관련성을 달성 하는 데 필요한 잘 효과 크기.
<ol><li>일반적인 통계 소프트웨어를 사용 하 여 통계 분석을 수행 합니다.</li>
	<li>설명 통계를 집계 하 고 평균 ± 표준 오차도 그들을 표시 합니다.</li>
	<li>두 표본 t-검정을 사용 하 여 그룹 대 이식 컨트롤 비교 주간 각 시간 점에서 [오픈 필드 그리드 (2.2 단계), 사다리 (2.3 단계), 및에서 그립 강도 테스트 (2.4 단계)] 행동 성능 분석. 독립적인 측정 각 주간 시간 포인트를 고려 하십시오.</li>
	<li>혼합된 효과 선형 모델을 사용 하 여 경도 성능을 수량화 합니다. 주 및 그룹 요소를 고정 되 고 실험 동물 임의의 효과 서 그룹 내에 중첩 된. 분산 분석 (ANOVA) p &lt; 0.05의 의미 수준 요인 효과 결정 하는 데 사용 됩니다.</li>
	<li>사다리 성능을 비교 하 여 선형 회귀 분석을 사용 하 여 immunoglobin G (IgG) 강도. 상관 계수는 Pearson의 방법으로 계산 합니다.</li>
</ol>

저자는 공개 없다.

여기에 설명 된 프로토콜을 효과적으로 그리고 reproducibly 측정 벌금과 총 모터 적자의 설치류 뇌 손상 모델에서 사용 되었습니다. 또한, 모터 피 질에서 microelectrode 주입 다음 조직학 결과 괜 찮 모터 동작의 상관 관계에 대 한 수 있습니다. 메서드는 따라 하기 쉽고, 설정, 저렴 하 고 연구원의 개별 요구에 맞게 수정할 수 있습니다. 또한, 동작 테스트 발생 하지 않습니다 큰 스트레스 나 통증 동물; 오히려, 연구원은 동물 성장 운동 및 테스트와 함께 제공 된 보상을 믿습니다. 이전 연구는 모터, 메모리, 및 기능 손상을44,45모터 피 질 손상이 발생할 수 있습니다 제안 했다. 그러나,이 지식에도 불구 하 고 거기에는 모터 피 질27, 환자의 임상 결과 부정적인 영향을 미칠 수 있는 microelectrode 주입으로 인 한 기능적 영향에 대 한 제한 된 ...

원래 intracortical microelectrodes 지도, 두뇌의 회로 그리고 기능 출력1을 생산 하기 위해 사용 될 수 있는 모터 의도의 탐지를 가능 하 게 하는 유용한 도구도 개발에 사용 되었다. 감지 기능 출력 제어 로봇 또는 컴퓨터 커서2,3 의 척수 상해, 뇌성 마비, 루 경화 증 (ALS), 또는 다른 운동 제한 조건에서 고통 개인을 제공할 수 있습니다. 4,,56, 팔 또는 그들의 자신의 장애 사지7기능을 복원 합니다. 따라서, intracortical microelectrode 기술 유망 하 고 신속 하 게 성장 하는 분야8로 떠오르고 있다.
때문에 분야에 성공, 임상 연구 진행 향상 BMI 기술5,,910의 가능성을 이해 하는. 뇌의 신경 세포와의 커뮤니케이션의 모든 잠재력을 실현 하 여 재활 응용 프로그램은 무한 한8로 인식 됩니다. Intracortical microelectrode 기술의 미래에 대 한 좋은 낙관론은, 비록 그것은 또한 유명한 microelectrodes 결국11, 이식 다음 급성 neuroinflammatory 응답으로 인해 실패. 두뇌에 있는 외국 물자의 주입 즉시 손상 주변 조직에 발생 하 고 이식12의 속성에 따라 달라 집니다 neuroinflammatory 응답으로 인 한 추가 피해를 연결. 더하여, 두뇌에 있는 임 플 란 트 microlesion 효과 발생할 수 있습니다: 포도 당 대사 감소 급성 부 종 및 출혈 때문에 장치 삽입13에 의해 발생할 수 생각. 또한, 신호 품질 및 유용한 신호는 기록 될 수 있는 시간의 길이 동물 모델11,14,,1516에 일치 하지 않습니다. 여러 연구 결과 neuroinflammation와 microelectrode 성능17,,1819사이 연결을 설명 했다. 따라서, 공동체의 일치 microelectrodes, 주변 신경 조직의 염증 반응 적어도 부분적으로, 전극 신뢰성 타협 이다.
많은 연구 조사 지역의 염증11,20,,2122 또는 삽입11,23, 으로 인 한 뇌 손상을 줄이기 위해 방법을 탐험 24,25시간14,26동안 녹음 성능 개선의 목표. 또한, 우리는 최근 쥐의 모터 피 질에서 microelectrode 삽입으로 인 한 의원 성 상해는 즉각적이 고 지속적인 좋은 모터 적자27발생 표시는. 따라서, 여기에 제시 된 프로토콜의 목적은 주고 연구자 주입 및 intracortical 장치의 영구 존재 하는 뇌 외상 결과로 가능한 모터 적자를 평가 하기 위해 양적 방법 (microelectrodes에는 이 원고의 경우)입니다. 여기 설명 하는 동작 테스트 모두 그로스와 잘 모터 기능 장애, 애타게 하도록 설계 되었습니다 그리고 뇌 손상의 많은 모델에서 사용할 수 있습니다. 이러한 방법 간단, 재현성, 및 설치류 모델에서 쉽게 구현 될 수 있습니다. 또한, 여기에 제시 된 방법 조직학 결과 모터 동작의 상관 관계에 대 한 혜택을까지 최근, 저자 안 본 BMI 필드에 게시 된 수 있습니다. 마지막으로,이 방법 괜 찮 모터 기능28, 총 모터 기능29, 그리고 스트레스와 불안 행동29,30, 테스트 하도록 설계 되었습니다으로 여기에 제시 된 방법을 구현할 수도 있습니다에 연구원은 밖으로 (또는)을 지배 하 고 머리 부상 모델의 다양 한 모든 모터 함수 적자.

<table><tbody><tr><td>Sprague Dawley 쥐, 수컷, 201-225g</td><td>Charles River</td><td>CD</td><td></td></tr><tr><td>Compac5 마취 시스템</td><td>Vetequip</td><td>901812</td><td></td></tr><tr><td>전기 트리머</td><td>Wahl</td><td>9918-6171</td><td></td></tr><tr><td>스테레오택시 프레임</td><td>David Kopf Instruments</td><td>1760</td><td></td></tr><tr><td>Gaymar 온수 패드 및 펌프</td><td>Braintree Scientific Inc</td><td>&nbsp; TP-700</td><td></td></tr><tr><td>Vetbond 조직 접착제</td><td>3M</td><td>07-805-5031</td><td></td></tr><tr><td>치과 드릴</td><td>Pearson Dental</td><td>O60-0045</td><td></td></tr><tr><td>Dura pick</td><td>Fine Science Tools</td><td>10064-14</td><td></td></tr><tr><td>실리콘 생크 미세 전극</td><td>클리블랜드 VA 의료 센터에서 자체 제작</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>KwikCast 실리콘 엘라스토머</td><td>세계 정밀 기기</td><td>KWIK-CAST</td><td></td></tr><tr><td>Teets 치과 시멘트&nbsp;</td><td>A-M Systems</td><td>525000</td><td></td></tr><tr><td>Webcam HD Pro c920</td><td>Logitec</td><td>960-000764</td><td></td></tr><tr><td>그립 강도 측정기</td><td>Harvard Apparatus</td><td>565084</td><td></td></tr><tr><td>Minitab 17 통계 소프트웨어</td><td>Minitab Inc</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Open field grid test</td><td>Case Western Reserve University에서 자체 제작</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>사다리 테스트</td><td>Case에서 자체 제작 웨스턴 리저브 대학교</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>토끼 안티 쥐 IgG 항체</td><td>Bio-Rad</td><td>618501</td><td></td></tr></tbody></table>

설치류 쥐 모터 피 질에서 microelectrode 주입으로 인 한 기능적 적자를 평가 하기 위해 테스트 행동

Rodent Behavioral Testing to Assess Functional Deficits Caused by Microelectrode Implantation in the Rat Motor Cortex

뇌에 이식 하는 의료 기기는 엄청난 잠재력을 만요. 두뇌 기계 인터페이스 (BMI) 시스템의 일환으로, intracortical microelectrodes 신경의 개인 또는 작은 그룹에서 활동 전위를 기록 하는 기능을 보여 줍니다. 이러한 기록 된 신호를 환자를 허용 하거나 컴퓨터, 로봇 팔 다리, 그리고 그들의 자신의 사지를 제어 성공적으로 사용 되었습니다. 그러나, 이전 동물 연구는 두뇌에 있는 microelectrode 주입 주변 조직 손상 뿐만 아니라 기능적인 적자 발생 시킬 수 있습니다 나타났습니다. 여기, 우리는 일련의 행동 테스트 intracortical microelectrodes 이식 쥐의 모터 피 질에 따라 잠재적인 모터 장애 척도를 논의. 오픈 필드 그리드, 사다리 교차점, 및 그립 강도 테스트 메서드 microelectrode 이식에서 발생 하는 잠재적인 합병증에 관한 귀중 한 정보를 제공 합니다. 행동 테스트의 결과 병 적인 결과 인접 한 조직에서이 절차의 영향에 추가 정보를 제공 하는 끝점 조직학와 상관 된다.

여기에 제시 하는 방법을 사용 하 여, 모터 피 질에서 microelectrode 이식 수술은 완료 된 다음 설립된 절차39,40,41,42, 오픈 필드 그리드 테스트 하 여 다음 총 모터 기능 및 사다리 그립을 평가 강도 정밀한 모터를 평가 하기 위해 테스트 기능27. 모터 기능 테스트는 완료 된 2 x 컨트롤 없이 수술 비 이식 동물 이식된 동물에서 수술 후 16 주 동안 주당. 모든 수술 후 점수 주당 평균 하 고 각 개별 동물의 사전 수술 기준 점수를 표준화 했다. 모든 오류는 평균 (SEM)의 표준 오류로 보고 됩니다.
<p class="jove_content" fo:keep-toget...

우리는 쥐의 모터 피 질에서 microelectrode 주입 하면 즉각적이 고 지속적인 모터 적자는 나타났습니다. Microelectrode 이식 수술 및 3 설치류 행동 작업 모터 피 질에 주입 한 손상 때문에 또는 총 모터 기능에 잠재적인 변화를 명료 하 게 하는 방법 여기 개요 제안.

설치류 쥐 모터 피 질에서 Microelectrode 주입으로 인 한 기능적 적자를 평가 하기 위해 테스트 행동

Medical devices implanted in the brain hold tremendous potential. As part of a Brain Machine Interface (BMI) system, intracortical microelectrodes ...

이 방법은 장치 이식이 장기적인 운동 기능에 영향을 미치는지 여부와 같은 신경 공학 분야의 주요 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 기법의 주요 장점은 종말점 조직학과는 대조적으로 지속적인 행동이 연구 과정 전반에 걸쳐 운동 기능에 대한 실시간 및 전체 측정을 제공한다는 것입니다. 이 절차를 시작하려면 감염을 예방하기 위해 세팔로스포린 항생제를 동물에게 피하주사하고 통증 관리를 위해 비스테로이드성 항염증제를 주사합니다.다음으로, 동물의 눈이 건조해지는 것을 방지하기 위해 안과 연고를 바르십시오. 작은 동물 손톱깎이를 사용하여 발톱을 다듬어 수술 후 상처가 치유되는 동안 동물이 봉합사를 긁지 않도록 합니다. 그 후, 동물의 머리 절개 부위에 부피바카인을 피하 주사하여 국소 진통제를 제공합니다.수술 중 머리가 움직이지 않도록 이어바를 사용하여 동물을 정위 프레임에 장착합니다. 그런 다음 동물 아래에 순환 물 가열 패드를 놓아 내부 온도를 유지하십시오. 그런 다음 베타딘 용액과 이소프로판올 스크럽을 번갈아 사용하여 수술 부위를 문지릅니다.그런 다음 동물이 수술 평면 아래에 있는지 확인하기 위해 기관 프로토콜에 따라 발가락 꼬집기를 수행합니다. 동물의 이식을 준비하기 위해 두개골이 노출되도록 정중선을 따라 약 1인치를 절개합니다. 솜 끝이 있는 어플리케이터를 사용하여 골막을 툭툭하게 제거하고 거즈 조각을 사용하여 출혈을 멈춥니다.그런 다음 악어 클립이나 지혈기를 사용하여 주변 조직을 수축시킵니다. 두개골을 청소한 후 노출된 두개골에 시아노아크릴레이트 기반 조직 접착제 몇 방울을 바르면 이후 단계에서 치아 시멘트 접착을 개선할 수 있습니다. 선택한 반구에서 뼈에 흠집을 만들어 앞발 움직임에 해당하는 운동 피질의 영역을 표시합니다.1.75mm 둥근 팁 치과 드릴을 사용하여 두개골 부분을 제거하되 너무 빠르거나 너무 깊게 드릴링하지 않도록 특별히 주의하십시오. 드릴은 과열을 방지하기 위해 간헐적으로 두개골에 적용해야 합니다. 식염수와 가벼운 흡입을 사용하여 두개골에서 뼈 파편을 제거합니다.드릴링 중 듀라가 손상되지 않도록 주의하십시오. 그런 다음 미세한 롱거나 구부러진 마이크로 집게를 사용하여 남아 있는 뼈를 제거합니다. 그런 다음 미세하게 갈고리가 있는 45도 듀라 픽을 사용하여 듀라를 반사합니다.솜 끝이 있는 어플리케이터와 식염수를 사용하여 뇌 표면에 직접 닿지 않도록 주의하면서 출혈을 청소합니다. 모터 피질에 미세 전극을 삽입하려면 멸균된 미세 전극을 입체성 프레임의 범용 홀더에 조심스럽게 장착하고 전극의 생크에 부딪히지 않도록 주의하십시오. 헤드 s가 있는지 확인하십시오tage 전극의 인터페이스 커넥터는 홀더에 의해 단단히 고정되어 있습니다.입체성 프레임의 micromanipulator를 사용하여 전극 끝을 개두술 위에 조심스럽게 놓습니다. 전극을 뇌 속으로 약 2mm 정도 부드럽게 내립니다. 가능하면 눈에 보이는 혈관 구조를 피하도록 주의하십시오.여기에서 설명한 바와 같이 수동/수동 삽입의 경우 마이크로핀셉을 사용하여 실리콘 비기능성 더미 미세전극을 삽입합니다. 전극이 제자리에 놓이면 범용 홀더에서 커넥터를 조심스럽게 분리하고 삽입 암을 집어넣습니다. 솜 끝이 있는 애플리케이터와 식염수를 사용하여 전극 주변의 출혈을 조심스럽게 청소합니다.그런 다음 실리콘 엘라스토머를 사용하여 이식된 전극 주위의 개두술을 밀봉합니다. 그런 다음 치과 용 시멘트를 사용하여 전극을 두개골에 고정합니다. 시멘트가 완전히 건조되면 절개 부위의 가장자리를 시멘트 헤드 캡의 앞면과 뒷면에 함께 놓고 봉합합니다.기능이 없는 보형물의 경우 절개 부위 전체가 닫힐 수 있습니다. 오픈 필드 그리드 테스트를 시작하려면 동물을 테스터의 반대쪽을 향하도록 그리드 중앙에 놓습니다. 비디오를 녹화하는 동안 동물이 3분 동안 자유롭게 뛰놀 수 있도록 합니다.동물이 테스트를 완료하면 그리드에서 동물을 제거하고 이산화염소 기반 살균제로 그리드를 철저히 청소합니다. 비디오 추적 소프트웨어를 사용하여 교차한 격자선의 수, 총 이동 거리, 동물의 최대 속도를 총 운동 함수의 지표로 분석합니다. 래더 테스트의 경우 수술 전 기준선 점수를 기록하기 전에 일주일 간의 교육이 필요합니다.그런 다음 동물을 임시로 깨끗한 케이지로 옮겨 사다리 테스트를 시작합니다. 두 개의 케이지를 연결하도록 사다리를 설정합니다. 사다리의 시작 끝은 깨끗한 케이지에 놓이고 끝 끝은 동물의 집 케이지에 놓여 달리기를 완료하기 위한 동기 부여로 사용됩니다.사다리 테스트를 촬영하는 데 사용되는 비디오 카메라를 가로대 높이를 기준으로 사다리 중앙의 삼각대에 배치합니다. 비디오 카메라가 켜져 있는 상태에서 사다리의 출발선에 동물을 잡고 앞발이 첫 번째 가로대에 닿을 수 있도록 합니다. 쥐가 자신의 속도로 사다리를 건너도록 합니다.동물의 발이 첫 번째 가로대에 닿는 순간과 세 번째 가로대에서 마지막 가로대의 결승선 사이에 경과한 시간에 따라 동물이 건널 시간이 결정됩니다. 동물이 사다리에서 돌아서거나 20초 동안 움직이지 않으면 동물이 실패한 것으로 간주합니다. 각 실패 런에 대한 페널티 점수 시간을 할당하고 수술 전 테스트에서 기록된 가장 느린 성능으로 페널티 시간을 결정합니다.각 동물이 실험일에 5번 사다리를 건너도록 하고 각 달리기 사이에 약 1분의 휴식을 취합니다. 하루에 가장 빠른 3회 달리기를 소근육 운동 기능의 척도로 평균화합니다. 또한 비디오 추적 소프트웨어를 사용하여 각 앞발이 가로대에서 미끄러지는 횟수를 기록합니다.그립 강도 테스트를 위해 그립 핸들바가 바닥 위로 확장된 상태에서 그립 강도 측정기를 카운터 가장자리에 배치합니다. 그런 다음 동물이 꼬리 밑둥을 잡고 두 앞발로 손잡이 막대를 잡을 수 있도록 합니다. 동물이 각 발을 단단히 잡으면 느리고 꾸준한 힘으로 꼬리 바닥을 미터에서 멀리 당깁니다.악력 측정기로 동물이 가하는 최대 악력을 기록합니다. 각 실험 날짜에 세 번 각 동물을 테스트하고 각 테스트 사이에 약 2분 동안 휴식을 취합니다. 미세 운동 기능의 척도로, 세 가지 시도 각각에서 출력된 최대 악력을 기록하고 평균을 냅니다.대조 동물과 이식 동물 간의 개방 필드 그리드 성능에서 상당한 차이는 회복 기간 이후 테스트 첫 주에만 나타났습니다. 연구의 나머지 부분에서는 성과에 차이가 없었으며, 이는 장기적인 대근육 운동 기능 결손이 없음을 나타냅니다. 회복 후 테스트의 첫 주를 제외하고, 대조 동물은 이식된 동물보다 훨씬 더 빨리 사다리를 건너갑니다.이식된 동물은 수술 전 사다리 횡단 속도를 유지할 수 없었으며, 이는 소근육 운동 기능의 결핍 가능성을 나타냅니다. 이는 임플란트를 이식받은 동물에서 임플란트를 받는 뇌 영역과 관련된 오른쪽 발 미끄러짐의 발생이 증가한 것에 의해 더욱 뒷받침됩니다. 대조군 동물은 연구 기간 동안 이식된 동물에 비해 훨씬 더 높은 악력 결과를 달성하는 경우가 많았습니다.또한, 이식된 동물은 회복 직후 기준선 성능보다 현저히 낮은 성능을 보이지만 시간이 지남에 따라 개선되어 기준선 성능으로 돌아왔습니다. 여기에 표시된 것은 혈액-뇌 장벽 투과성의 지표인 면역글로불린 G 형광 강도에 대한 사다리 성능의 상관 관계입니다. 0.901의 상관 계수는 매우 강한 상관 관계를 나타내는 것으로 나타났습니다.이 기술을 숙달하면 실험 세션당 동물 한 마리당 약 30분 안에 수행할 수 있습니다. 이 절차를 시도하는 동안 동물이 당면한 작업에서 주의를 산만하게 할 수 있으므로 환경 변수를 줄이는 것이 중요합니다. 이 절차에 따라, 이식된 마이크로일렉트로닉스에 대한 세포 또는 조직 반응을 조사하기 위해 면역조직화학 또는 기타 광 이미징 기술을 포함한 다른 방법을 수행할 수 있습니다.이 비디오를 시청한 후에는 1차 운동 피질의 장치 이식 또는 부상으로 인해 발생할 수 있는 전체 및 미세 운동 결손에 대해 빠르고 간단하며 반복 가능한 분석을 수행하는 방법을 잘 이해하게 될 것입니다.

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Research

연구

JoVE Journal

Bioengineering

생명공학

우리는 신경 활동과 혈액 산소 수준의 종속 (굵게) MRI 신호 사이의 관계의 조사를 위해 플랫폼을 제공하고 동시에 기능성 자기 공명 이미징 및 쥐 두뇌에 electrophysiological 기록하는 방법을 개발했습니다.

쥐 두뇌에 동시 fMRI와 전기 생리학

이 비디오는 무선 양방향 다채널 전극 장치를 쥐의 뇌에 이식하여 다채널 신경망을 기록하고 자극하는 절차를 보여줍니다.

쥐의 뇌에 무선 양방향 미세전극 시스템 이식

출처: Fritsch, B. et al. 경계심 설치류의 경두개 전기 뇌 자극. J. Vis. 경험. (2017년)이 비디오는 전극 이식과 경두개 전기 자극(tES)을 경계하는 쥐의 운동 피질에 적용하는 방법을 보여줍니다. 이는 전극 배치, 자극 전달, 그에 따른 신경 및 미세아교세포 활성화와 관련된 단계를 간략하게 설명하고 신경 치료 잠재력을 강조합니다.

깨어 있는 쥐에서 운동 피질의 경두개 전기 자극

쥐의 시상하핵(STN)에 전극을 이식하는 방법을 설명합니다. STN의 더 나은 위치 파악은 마이크로 기록 시스템을 사용하여 달성되었습니다. 또한, 동물의 머리와 자극기 사이의 오래 지속되는 연결을 특징으로 하는 자극 설정이 제공됩니다.

미세 전극은 장기 깊은 뇌 자극 쥐의 Subthalamic 핵에 전극의 주입을 가이드

뇌심부 자극술(DBS)은 파킨슨병에 효과적인 치료 옵션입니다. 우리는 쥐에서 새로운 자극 패러다임을 스크리닝하기 위한 연구 설계를 수립했습니다. 이 프로토콜은 DBS 처리된 헤미파킨슨병 쥐의 운동 결과 평가를 위해 계단 테스트 및 실린더 테스트를 사용하는 방법을 설명합니다.

계단 및 실린더 테스트 : 소설 접근은 Hemiparkinsonian 쥐에 깊은 뇌 자극 효과의 모터 결과를 평가하는

여기에 제시 된 행동 테스트의 목표는 쥐에 외상 성 뇌 손상 후 기능적인 적자를 검출 하기입니다. 4 특정 테스트 시간에 부상 후 1 년 연장 하는 특정 뇌 영역에 손상을 반영 하는 행동에 적자를 감지 표시 됩니다.

외상 성 뇌 손상 후 쥐에서 행동 적자를 감지

무선, 멀티 채널 신경 녹음 및 자유롭게 쥐 행동에 자극에 대 한 양방향 시스템 도입. 시스템은 가볍고 콤팩트, 따라서 animal´s 행동 레 퍼 토리에 최소한의 영향을 미치고. 또한,이 양방향 시스템 두뇌 활성화 패턴 및 행동 간의 인과 관계를 평가 하는 정교한 도구를 제공 합니다.

무선, Vivo에서 녹음 하 고 자유롭게 행동 하는 쥐에서 신경 활동의 자극에 대 한 양방향 인터페이스

현재의 연구는 쥐에 있는 모터 적자의 정량화를 자동화 목적입니다. 초기 평가 모델 모터 손해는 intracortical microelectrode 주입 모터 피 질에서 평가 합니다. 우리는 개발에 쉽게 적응할 수 있는 간단 하 고 쉽게 사용할 수 코딩 소프트웨어를 사용 하 여 추적 알고리즘의 사용을 보고 합니다.

소설 동물 모터 기능 추적 간단 하 고 쉽게 사용할 수 있는 소프트웨어를 사용 하 여 시스템

여기에 제시된 프로토콜은 동시 뇌파 검사(EEG) 및 행동 평가에 대한 정보를 실시간으로 제공합니다. 우리는 이 프로토콜과 관련된 모든 단계를 신경과학의 많은 분야, 특히 학습 및 기억 분야의 연구자들에게 매력적인 솔루션으로 논의했습니다.

해마 신경 발생을 연구하기 위한 도구로서의 무선 전기생리학 및 기억 행동 테스트의 동시 모니터링

사회적 식민지 케이지 환경 내에서 스스로 시작한 개별 행동 세션에서 데이터를 획득하는 시스템이 제시됩니다. 이 시스템의 효율성은 자동화된 숙련 도달 범위 평가를 사용하여 입증되었으며, 이를 통해 뇌졸중 후 운동 장애, 동기 부여와 관련된 잠재적 행동 변화, 일주기 변동 및 기타 혁신적인 종속 변수의 특성을 파악할 수 있습니다.

뇌졸중 후 결핍을 특성화하기 위해 자가 주도적인 쥐 행동 데이터 수집

이 프로토콜은 박스 아래의 센서에서 가속 데이터를 수집하여 PPI(Prepulse Inhibition)를 평가하는 마이크로 컨트롤러 기반 동작 박스를 제공합니다. 이 데이터는 사회적으로 고립된 쥐의 감각 게이팅 결핍을 평가하며, 행동 장애에 대한 신경 생리학 연구를 발전시키기 위해 데이터를 신경 활동과 동기화하는 추가 방법을 사용합니다.

정신과 동물 모델에서 프리펄스 억제 및 신경 활동을 평가하기 위한 행동 상자 개발

배우세요 설치류 쥐 모터 피질에 마이크로전극을 주입하여 운동 기능 적자를 평가하는 행동 분석 방법을. 실시간 측정으로 신경공학 연구의 장기적 결과를 탐구합니다.

설치류 쥐 모터 피 질에서 Microelectrode 주입으로 인 한 기능적 적자를 평가 하기 위해 테스트 행동

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