Name: 그래핀 전극 어레이를 이용한 뇌 매핑 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-10-20T14:45:00.000+00:00
Duration: 10 min 32 s
Description: 배우세요 그래핀 전극 어레이를 이용한 뇌 매핑 기술로 SD 래트의 체감각 피질에서 고해상도 신경 신호를 기록하는 방법입니다. 이 기술은 최소 침습으로 장기 생체적합성과 기계적 유연성을 제공합니다.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

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

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.
<ol><li>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.</li>
	<li>쥐가 깊은 마취 상태인지 확인하고 발가락 꼬집기, 꼬리 꼬집기, 각막 반사와 같은 신체 반사를 정기적으로 확인합니다.</li>
	<li>트리머를 사용하여 눈과 귀 뒤쪽 사이의 털을 면도하십시오.</li>
	<li>눈이 건조해지는 것을 방지하기 위해 안과용 연고를 눈에 바르십시오.</li>
</ol>2. 피질 표면 노출을 위한 수술
<ol><li>입체 어댑터로 입체 장치에 쥐 머리를 고정하십시오. 수술 중 체온을 37°C로 유지하려면 체온이 조절되는 가열 패드에 쥐를 올려 놓으십시오.</li>
	<li>면도 부위를 알코올과 포비돈 요오드를 번갈아 가며 세 번 소독하십시오.</li>
	<li>겸자를 사용하여 두피를 단단히 잡고 주사기로 리도카인 0.1mL(2%)를 두피에 직접 주입하여 수술 부위에 국소 마취를 유도합니다.</li>
	<li>메스로 2-3cm 길이의 정중선을 절개하고 두피를 당겨 두개골을 노출시킵니다.</li>
	<li>두개골을 노출시키기 위해 모기 집게로 두피를 고정하십시오.</li>
	<li>골막으로 두개골 표면을 집게로 긁어 골막을 제거하십시오.</li>
	<li>둔기는 후두 두개골 위의 근육을 해부하여 척수 상단의 축 위에 수조를 노출시킵니다.</li>
	<li>칼날로 수조를 절개하여 뇌척수액을 배출하고 수조 마그나 절개 부위에 멸균 거즈를 넣어 뇌척수액을 지속적으로 흡수하여 뇌부종을 예방하고 염증을 최소화합니다.</li>
	<li>연필을 사용하여 우반구의 브레그마에서 전후 축으로 3mm, 오른쪽 측면 방향으로 6mm 크기의 직사각형 창을 두개골에 표시하십시오. 알림: 마킹은 상부 시상동 파열을 방지하기 위해 정중선에서 1mm 거리를 확보해야 합니다.</li>
	<li>입체 좌표에 따라 표시된 영역을 뚫고 뼈 rongeur로 두개골을 제거하십시오.</li>
	<li>경막을 제거하려면 26G 바늘 끝을 90°로 구부리고 경막에 구멍을 뚫고 경막을 들어 올려 그 구멍에 집게를 넣고 집게로 찢습니다.</li>
	<li>체성 감각 피질에 식염수를 적신 거즈를 놓아 건조를 방지하십시오.</li>
</ol>3. 기록 시스템에 연결된 그래핀 전극 어레이의 제조
<ol><li>오메틱스 커넥터가 있는 그래핀 전극 어레이를 준비합니다.<ol><li>식염수를 도포하여 손상을 입히지 않고 그래핀 다중전극 어레이를 분리합니다.</li>
		<li>커넥터에서 기준 및 접지선의 외부 덮개를 제거합니다.</li>
	</ol></li>
	<li>헤드 스테이지를 그래핀 전극 어레이와 커넥터에 연결합니다.</li>
	<li>헤드 스테이지에 연결된 인터페이스 케이블을 녹음 시스템에 꽂습니다.</li>
	<li>그래핀 전극 어레이 복합체를 스테렉탁스 암에 고정합니다.</li>
	<li>모든 채널에서 신경 신호를 캡처하려면 미리 결정된 정위 좌표를 따라 구부리지 않고 체성 감각 피질에 배열을 배치합니다.</li>
	<li>후두골 뒤의 조직 아래에 기준선을 놓고 접지선을 접지된 광학 테이블에 연결합니다.</li>
</ol>4. 매핑을 위한 물리적 자극 및 SEP 기록
<ol><li>신경 신호 기록 소프트웨어를 엽니다.</li>
	<li>녹음 소프트웨어 환경 설정: (1) SEP 및 노치 필터(60 또는 50Hz, 가정용 전력 주파수)의 s에 대한 samp링률 설정하여 전력선에서 노이즈를 제거합니다.</li>
	<li>수염 매핑의 경우 가는 막대기로 수염을 구부립니다.</li>
	<li>신체 매핑을 위해 나무 막대기로 앞발, 앞다리, 뒷발, 뒷다리 및 몸통을 끊임없이 찌릅니다.</li>
	<li>표시된 시간 동안 데이터 수집 시스템에 신경 신호를 기록합니다.</li>
</ol>5. 동물 안락사
<ol><li>모든 기록 절차가 끝나면 >5 % 이소 플루 란을 사용하여 마취로 쥐를 희생하고 자궁 경부 절제를 시행하십시오.</li>
</ol>6. 피질 매핑을 위한 SEP 측정
<ol><li>신호 분석을 위해 MATLAB 코드명 read_Intan_RHS2000_file.m을 엽니다. 참고 : read_Intan_RHS2000_file.m은 "https://intantech.com/downloads.html?tabSelect=Software"에서 다운로드 할 수 있습니다.</li>
	<li>실행 버튼을 클릭하고 파일 이름 확장자가 ".rhs"인 녹음 파일을 선택한 다음 파일이 처리되고 읽힐 때까지 기다립니다.</li>
	<li>"plot (t, amplifier_data("channel number",:))" 명령을 입력하여 기록 데이터의 2D 선 플롯을 생성하고, SEP를 찾고, 모든 채널에서 SEP의 진폭을 계산합니다. 참고: "채널 번호"에 채널 번호를 입력합니다. 예를 들어, "plot(t, amplifier_data(1,:))"은 채널 1의 2D 선 플롯을 만듭니다. 또한 실험자가 응답의 진폭을 계산할 때 각 채널에서 기록된 응답을 선택합니다.</li>
	<li>SEP의 진폭에 따라 그리드를 다른 색조로 채색하여 데이터를 얻습니다. 참고: MATLAB 명령 "imagesc"를 사용하면 지형도를 더 빨리 얻을 수 있습니다.</li>
</ol>

<ol><li>Leergaard, T. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rat+somatosensory+cerebropontocerebellar+pathways%3A+spatial+relationships+of+the+somatotopic+map+of+the+primary+somatosensory+cortex+are+preserved+in+a+three-dimensional+clustered+pontine+map%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Comparative+Neurology%22%5BJournal%5D)">Rat somatosensory cerebropontocerebellar pathways: spatial relationships of the somatotopic map of the primary somatosensory cortex are preserved in a three-dimensional clustered pontine map.</a> Journal of Comparative Neurology. 422 (2), 246-266 (2000).</li>
<li>Craner, S. L., Ray, R. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Somatosensory+cortex+of+the+neonatal+pig%3A+I.+Topographic+organization+of+the+primary+somatosensory+cortex+%28SI%29%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Comparative+Neurology%22%5BJournal%5D)">Somatosensory cortex of the neonatal pig: I. Topographic organization of the primary somatosensory cortex (SI).</a> Journal of Comparative Neurology. 306 (1), 24-38 (1991).</li>
<li>Benison, A. M., Rector, D. M., Barth, D. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hemispheric+mapping+of+secondary+somatosensory+cortex+in+the+rat%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Hemispheric mapping of secondary somatosensory cortex in the rat.</a> Journal of Neurophysiology. 97 (1), 200-207 (2007).</li>
<li>Lee, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Graphene-electrode+array+for+brain+map+remodeling+of+the+cortical+surface%5BTitle%5D)+AND+%22NPG+Asia+Materials%22%5BJournal%5D)">Graphene-electrode array for brain map remodeling of the cortical surface.</a> NPG Asia Materials. 13 (1), (2021).</li>
<li>Yang, S. C., Weiner, B. D., Zhang, L. S., Cho, S. J., Bao, S. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Homeostatic+plasticity+drives+tinnitus+perception+in+an+animal+model%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences+of+the+United+States+of+America%22%5BJournal%5D)">Homeostatic plasticity drives tinnitus perception in an animal model.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 108 (36), 14974-14979 (2011).</li>
<li>Yang, S., Zhang, L. S., Gibboni, R., Weiner, B., Bao, S. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Impaired+development+and+competitive+refinement+of+the+cortical+frequency+map+in+tumor+necrosis+factor-alpha-deficient+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Cerebral+Cortex%22%5BJournal%5D)">Impaired development and competitive refinement of the cortical frequency map in tumor necrosis factor-alpha-deficient mice.</a> Cerebral Cortex. 24 (7), 1956-1965 (2014).</li>
<li>Miyakawa, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tinnitus+correlates+with+downregulation+of+cortical+glutamate+decarboxylase+65+expression+but+not+auditory+cortical+map+reorganization%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Tinnitus correlates with downregulation of cortical glutamate decarboxylase 65 expression but not auditory cortical map reorganization.</a> Journal of Neuroscience. 39 (50), 9989-10001 (2019).</li>
<li>Yang, S., Su, W., Bao, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Long-term%2C+but+not+transient%2C+threshold+shifts+alter+the+morphology+and+increase+the+excitability+of+cortical+pyramidal+neurons%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Long-term, but not transient, threshold shifts alter the morphology and increase the excitability of cortical pyramidal neurons.</a> Journal of Neurophysiology. 108 (6), 1567-1574 (2012).</li>
<li>Beniczky, S., Schomer, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electroencephalography%3A+basic+biophysical+and+technological+aspects+important+for+clinical+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Epileptic+Disorders%22%5BJournal%5D)">Electroencephalography: basic biophysical and technological aspects important for clinical applications.</a> Epileptic Disorders. 22 (6), 697-715 (2020).</li>
<li>Kim, S. G., Richter, W., Uğurbil, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Limitations+of+temporal+resolution+in+functional+MRI%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+Resonance+Medicine%22%5BJournal%5D)">Limitations of temporal resolution in functional MRI.</a> Magnetic Resonance Medicine. 37 (4), 631-636 (1997).</li>
<li>Cho, Z. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+fusion+PET-MRI+system+with+a+high-resolution+research+tomograph-PET+and+ultra-high+field+7.0+T-MRI+for+the+molecular-genetic+imaging+of+the+brain%5BTitle%5D)+AND+%22Proteomics%22%5BJournal%5D)">A fusion PET-MRI system with a high-resolution research tomograph-PET and ultra-high field 7.0 T-MRI for the molecular-genetic imaging of the brain.</a> Proteomics. 8 (6), 1302-1323 (2008).</li>
<li>Viventi, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Flexible%2C+foldable%2C+actively+multiplexed%2C+high-density+electrode+array+for+mapping+brain+activity+in+vivo%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Flexible, foldable, actively multiplexed, high-density electrode array for mapping brain activity in vivo.</a> Nature Neuroscience. 14 (12), 1599-1605 (2011).</li>
<li>Masvidal-Codina, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-resolution+mapping+of+infraslow+cortical+brain+activity+enabled+by+graphene+microtransistors%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Materials%22%5BJournal%5D)">High-resolution mapping of infraslow cortical brain activity enabled by graphene microtransistors.</a> Nature Materials. 18 (3), 280-288 (2019).</li>
<li>Blaschke, B. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mapping+brain+activity+with+flexible+graphene+micro-transistors%5BTitle%5D)+AND+%222D+Materials%22%5BJournal%5D)">Mapping brain activity with flexible graphene micro-transistors.</a> 2D Materials. 4 (2), 025040(2017).</li>
<li>Park, S. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Epidural+electrotherapy+for+epilepsy%5BTitle%5D)+AND+%22Small%22%5BJournal%5D)">Epidural electrotherapy for epilepsy.</a> Small. 14 (30), 1801732(2018).</li>
<li>Lim, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hybrid+graphene+electrode+for+the+diagnosis+and+treatment+of+epilepsy+in+free-moving+animal+models%5BTitle%5D)+AND+%22NPG+Asia+Materials%22%5BJournal%5D)">Hybrid graphene electrode for the diagnosis and treatment of epilepsy in free-moving animal models.</a> NPG Asia Materials. 15 (1), 7(2023).</li>
<li>Hermanns, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Molecular+mechanisms+of+action+of+systemic+lidocaine+in+acute+and+chronic+pain%3A+a+narrative+review%5BTitle%5D)+AND+%22British+Journal+of+Anaesthesia%22%5BJournal%5D)">Molecular mechanisms of action of systemic lidocaine in acute and chronic pain: a narrative review.</a> British Journal of Anaesthesia. 123 (3), 335-349 (2019).</li>
<li>Tchoe, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Human+brain+mapping+with+multithousand-channel+PtNRGrids+resolves+spatiotemporal+dynamics%5BTitle%5D)+AND+%22Science+Translational+Medicine%22%5BJournal%5D)">Human brain mapping with multithousand-channel PtNRGrids resolves spatiotemporal dynamics.</a> Science Translational Medicine. 14 (628), (2022).</li>
<li>Wilent, W. B., Contreras, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamics+of+excitation+and+inhibition+underlying+stimulus+selectivity+in+rat+somatosensory+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Dynamics of excitation and inhibition underlying stimulus selectivity in rat somatosensory cortex.</a> Nature Neuroscience. 8 (10), 1364-1370 (2005).</li>
<li>Insanally, M. N., Köver, H., Kim, H., Bao, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Feature-dependent+sensitive+periods+in+the+development+of+complex+sound+representation%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Feature-dependent sensitive periods in the development of complex sound representation.</a> Journal of Neuroscience. 29 (17), 5456-5462 (2009).</li>
</ol>

우리는 공개 할 것이 없습니다.

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...

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 (EEG), 양전자 방출 단층 촬영 (PET), 자기 뇌파 검사 (MEG) 및 기능적 자기 공명 영상 (fMRI)과 같은 최신 기술은 덜 침습적이고 재현 가능하기 때문에 인기를 얻고 있습니다. 그러나, 그들의 엄청난 비용과 열악한 해상도를 감안할 때, 그들은 제한된 수의 경우에 사용됩니다 9,10,11. 최근, 신호 신뢰성이 우수한 유연한 표면 전극이 상당한 주목을 받고 있습니다. 그래핀 기반 표면 전극은 장기적인 생체 적합성과 기계적 유연성을 보여 주며 복잡한 뇌에서 안정적인 기록을 제공합니다 12,13,14,15,16. 우리 그룹은 최근 피질 표면의 고해상도 기록 및 부위별 신경 자극을 위한 그래핀 기반 다중 채널 어레이를 개발했습니다. 이 기술을 통해 우리는 오랜 기간 동안 감각 정보의 피질 표현을 추적 할 수 있습니다.
이 기사에서는 30채널 그래핀 다중 전극 어레이를 사용하여 체성 감각 피질의 뇌 지도를 획득하는 단계를 설명합니다. 뇌 활동을 측정하기 위해 그래핀 전극 어레이를 피질의 경막하 영역에 놓고 앞발, 앞다리, 뒷발, 뒷다리, 몸통 및 수염을 나무 막대기로 자극합니다. 체성감각 유발 전위(SEP)는 체성감각 영역에 대해 기록됩니다. 이 프로토콜은 청각, 시각 및 운동 피질과 같은 다른 뇌 영역에도 적용될 수 있습니다.

<table><tbody><tr>마취제 주사 <td>KOREAVACCINE CORPORATION</td><td></td> <td>1mL 주사기</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>마취제 주</td>사 <td>KOREAVACCINE CORPORATION</td><td></td> <td>3mL 주사기</td>&nbsp;</tr><tr><td>Bone rongeur</td><td>Fine Science Tools</td><td>16220-14</td><td>두개골</td></tr><tr><td>커넥터</td><td>제거 Gbrain</td><td></td><td>그래핀 전극을 헤드 스테이지</td></tr><tr><td>드릴</td>에 연결 <td>FALCON 도구</td><td></td><td>두개골</td></tr><tr><td>드릴 비트</td> 연마 <td>Osstem 임플란트</td><td></td><td>두개골</td></tr><tr><td>Graefe 홍채 집게 약간 구부러진 톱니 모양의</td><td>vubu</td><td>vudu-02-73010</td><td>조직 제거 두개골 또는 홀드에서 와이퍼</td></tr><tr><td>그래핀 다전극 어레이</td><td>Gbrain</td><td></td><td>은 뉴런</td></tr><tr><td>이소플루란의</td> 신호를 기록합니다 <td>Hana Pharm Corporation</td><td></td><td>은</td></tr><tr><td>마취에 사용되는</td><td>주제 케타민</td><td>yuhan Corporation</td><td></td></tr>(2%)을 희생합니다.<tr><td></td><td>Daihan 제약&nbsp;</td><td></td><td>국소 마취제</td></tr><tr><td>Matlab R2021b</td><td>Mathworks</td><td></td><td>데이터 분석 소프트웨어</td></tr><tr><td>모기 지혈</td><td>Fine Science Tools</td><td>91309-12</td>는 <td>두피</td></tr><tr><td>연고</td><td>Alcon</td><td></td>을 고정하여 <td>눈이 건조해지는 것을 방지합니다&nbsp;</td></tr><tr><td>povidone</td><td>Green Pharmaceutical corporation</td><td></td><td>절개 부위</td></tr><tr><td>RHS 32ch Stim/Record 헤드스테이지</td><td>소독 intan technologies</td><td>M4032</td><td>커넥터 인터페이스 케이블에 연결 및 intan RHS 자극/증폭기 칩</td></tr><tr><td>RHS 6피트(1.8m) Stim SPI 인터페이스 케이블</td><td>intan technologies</td><td>M3206</td><td>그래핀 전극을 헤드스테이지</td></tr><tr><td>RHS Stim/Recording 컨트롤러 소프트웨어에 연결</td><td>intan technologies</td><td></td><td>데이터 수집 소프트웨어</td></tr><tr><td>RHS 자극 / 기록 컨트롤러</td><td>intan technologies</td><td>M4200</td><td></td></tr><tr><td>식염수</td><td>JW 제약</td><td></td><td></td></tr><tr><td>메스</td><td>Hammacher</td><td>HSB 805-03</td><td></td></tr><tr><td>입체 운동 기구</td><td>스톨팅</td><td></td><td>주제</td></tr><tr><td>멸균 피하 주사 바늘</td><td>KOREAVACCINE CORPORATION</td><td></td> 경<td>막 제거</td></tr><tr><td>스티븐 홍채 조직 집게 KASCO</td><td></td><td>50-2026</td><td>경막</td></tr> 제거 <tr><td>수술 블레이드 no.11</td><td>FEATHER</td><td></td> 두<td>피 제거</td></tr><tr><td>수술 sicssors</td><td>Fine Science Tools</td><td>14090-09</td><td>두피 제거 및 경막</td></tr> 제거 <tr><td>나무 막대기</td><td></td><td></td><td>수염 자극</td></tr><tr><td>자일라진,</td><td>바이엘 코</td><td></td><td>리아, 마취에 사용</td></tr></tbody></table>

그래핀 전극 어레이를 이용한 뇌 매핑

Brain Mapping Using a Graphene Electrode Array

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.

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...

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.

Cortical maps represent the spatial organization of location-dependent neural responses to sensorimotor stimuli in the cerebral cortex, enabling the ...

피질 지도는 대뇌 피질의 감각 운동 자극에 대한 반응 특성을 나타내는 국소 패치 집합입니다. 지각과 인지에 대한 예측을 제공할 수 있는 신경망의 공간적 형성을 발견할 수 있습니다. 따라서 피질 지도는 외부 자극으로부터의 신경 반응과 감각 운동 정보 처리를 연구하는 데 사용됩니다. 피질 지도를 만드는 것은 침습적이고 비침습적인 방법입니다.피질 내 전극을 사용하는 것은 대뇌 피질을 매핑하는 데 사용되는 가장 일반적인 침습적 방법 중 하나입니다. 고해상도를 위해 뇌를 손상시킬 수 있기 때문에 추가 측정이 이루어지지 않습니다. EEG, PET, MEG, fMRI와 같은 대체 뇌 매핑 도구는 전체 뇌 매핑 및 반복 샘플링을 허용하는 비침습적 방법입니다.그러나 몇 가지 단점은 낮은 공간적 시간 분해능, 시간적 지연, 지정되지 않은 변조 입력으로 인한 오류 및 엄청난 비용입니다. 칼슘 이미징 및 광유전학적 fMRI와 같은 광학 기술은 대규모 뇌 매핑을 제공하지만 지표 독성과 낮은 공간적 시간 해상도로 인해 임상적으로 유익하지 않습니다. 그래핀 전극 어레이는 장기적인 생체 적합성과 기계적 유연성을 나타내어 복잡한 뇌의 안정적인 기록을 제공합니다.최근에, 우리 그룹은 피질 표면의 신경 신호에 대한 고해상도 기록을 제공하는 그래 핀 전극 어레이를 개발했습니다. 이 프로토콜은 그래핀 전극 어레이를 사용하여 SD 쥐의 앞발, 앞다리, 뒷발, 뒷다리, 몸통 및 수염의 SEP를 기록하여 피질 지도를 만듭니다. 케타민의 경우 킬로그램당 90mg, 자일라진의 경우 킬로그램당 10mg의 용량을 사용하여 케타민과 자일라진 칵테일을 복강내 주사합니다.수술 내내 원하는 마취 깊이를 유지하려면 킬로그램당 45mg의 케타민을 주사하고 쥐가 각성의 징후를 보이면 킬로그램당 5mg의 자일라진 칵테일을 주사합니다. 발가락을 꼬집어 마취의 깊이를 확인합니다. 쥐가 떨리면 반응이 없을 때까지 몇 분 더 기다리십시오.트리머를 사용하여 눈 사이의 공간에서 귀 뒤쪽까지 쥐의 머리에 털을 면도하십시오. 그런 다음 눈에 안과 용 연고를 바르십시오. 귀 막대와 입체 어댑터를 사용하여 쥐의 머리를 입체 장치에 고정시킵니다.쥐의 머리가 제대로 고정되어 있는지 확인하십시오. 포비돈에 적신 화장솜으로 면도한 부위를 소독하십시오. 면도 부위를 알코올로 문지릅니다.멸균 과정을 세 번 반복하십시오. 그런 다음 0.1밀리리터의 2%리도카인을 두피에 주사하여 국소 마취를 유도합니다. 2-3 센티미터의 정중선 절개를 만들고 두피를 옆으로 당겨 두개골을 노출시킵니다.두피를 고정하여 모기 집게로 두개골을 노출시킵니다. 집게로 두개골 표면을 긁어 골막을 제거하는 것으로 시작하십시오. 람다를 향해 일직선으로 뒤쪽 가장자리의 후두골 뒤 근육을 찢어 흉골 마그나를 찾습니다.현미경을 사용하여 수조 마그나를 자세히 볼 수 있습니다. 수조를 부드럽게 절개하십시오. 수조를 찢은 후 뇌척수액이 흘러 나옵니다.코일 멸균 거즈로 뇌척수액을 배출하여 뇌를 가라앉힙니다. 그래핀 전극이 배치될 위치를 표시하고, 브레그마의 위치에 따라 미리 정의된 입체 좌표를 기반으로 합니다. 체성 감각 피질은 우반구 두개골의 브레그마에서 전방 후방 축으로 3 밀리미터, 오른쪽 측면 방향으로 6 밀리미터에 위치합니다.입체 좌표에 따라 표시된 영역을 드릴합니다. 뼈 rongeur로 두개골을 제거하십시오. 면봉을 26 번쩍이는 바늘에 꽂습니다.바늘을 90도 구부립니다. 경막을 제거하려면 구부러진 바늘을 사용하여 구멍을 만드십시오. 경막을 위로 들어 올리고 그 구멍에 집게를 삽입하고 가위로 경막을 자르거나 집게로 찢습니다.피질이 마르지 않도록 체성 감각 피질에 식염수로 적신 멸균 거즈를 부착하십시오. 식염수를 도포하여 손상을 입히지 않고 그래핀 다중전극 어레이를 분리합니다. 커넥터에서 기준 및 접지선의 외부 덮개를 제거합니다.매핑을 위해 그래핀 다중 전극 어레이를 설정하려면 헤드 스테이지를 커넥터와 연결하십시오. 그래핀 전극 어레이를 커넥터와 연결합니다. 인터페이스 케이블을 녹음 컨트롤러에 꽂습니다.그래핀 다중 전극 어레이와 커넥터 복합체를 인터페이스 케이블에 연결합니다. 그런 다음 그래핀 다중전극 어레이 복합체를 정위 암에 고정합니다. 그래핀 전극 어레이를 미리 정의된 입체 좌표에 기초하여 체감각 피질에 배치한다.후두골 뒤의 조직에 기준선을 놓습니다. 그런 다음 접지선을 접지된 광학 테이블에 연결합니다. 녹음 소프트웨어를 열고 샘플링 속도를 30킬로헤르츠로 설정하고 확인 버튼을 클릭합니다.60Hz 노치 필터를 설정하여 전원에서 노이즈를 제거합니다. 가는 막대기로 수염을 구부립니다. 원하는 시간 동안 데이터 수집 시스템을 통해 신경 신호를 기록합니다.이 신호는 수염에 대한 자극을 통해 얻은 신경 신호입니다. 다른 신체 부위도 SEP를 기록하는 것과 같은 방식으로 자극합니다. MATLAB 코드명 read_Intan_RHS2000 파일을 엽니다.실행 버튼을 클릭합니다. 녹음 파일을 선택하고 해당 파일을 클릭한 다음 파일을 읽을 때까지 기다립니다. 명령 plot을 입력하여 2D 선 플롯을 생성합니다.자극에 반응한 대표적인 피크 신호를 선택하고 최대값과 최소값을 측정하여 SEP의 진폭을 계산합니다. SEP의 진폭에 따라 다른 색상 음영으로 등급을 채색하여 지형도를 얻습니다. 그래핀 전극 어레이는 왼쪽에 있습니다.모든 전극 사이에는 기판의 관통 구멍이 있습니다. 이 구멍은 전극이 피질과 강한 접촉을 유지하는 데 도움이 됩니다. 오른쪽 이미지는 피질의 전극 배열을 보여줍니다.왼쪽에는 쥐의 신체의 다른 부분에 대한 자극으로 인한 각 위치 의존적 신경 반응의 비율이 쥐 모양으로 표시됩니다. 각 신체 부위는 다른 색상으로 표시됩니다. 이것은 체성 감각 피질 지도를 구성합니다.오른쪽에서 다음 그림은 피질 표면에 배치 된 다중 채널 그래 핀 전극을 통해 얻은 자극 특이 반응을 보여줍니다. 각 색상 상자는 30개 채널에서 서로 다른 신체 부위의 반응을 나타냅니다. 위의 그림은 그래핀 전극 어레이를 사용하여 체성감각 피질의 표면에서 검출된 LFP를 나타냅니다.색상 막대는 진폭이 클수록 더 어두운 음영으로 표시되고 각 색상은 다른 신체 부위를 나타냅니다. Figure는 색상 막대의 음영에 따라 진폭을 조정합니다. 설치류의이 호문클루스는 방금 설명한 결과를 사용하여 만들어졌습니다.특정 신체 부위의 진폭이 클수록 호몬큘러스에 더 많이 표시됩니다. 아래 그림은 각 신체 부위에서 수집된 LFP의 개별 데이터를 나타냅니다. 색상 막대를 기반으로 감지된 LFP의 다양한 진폭을 나타냅니다.이 절차에는 몇 가지 예방 조치가 있습니다. 뇌척수액을 제거 할 때 실험자는 뇌간이나 척수를 만지지 않도록주의해야합니다. 이 단계는 연습이 필요합니다.설치류 수염은 자극된 수염의 편향 방향, 자극 강도 및 위치를 감지할 수 있을 만큼 충분히 발달되어 있습니다. 그렇기 때문에 이 프로토콜에 대해 수염을 일정한 방향과 강도로 자극해야 합니다. 다른 신체 부위도 지속적으로 자극을 받아야 합니다.이 프로토콜의 한계는 심부 뇌 구조에서 유발된 신호가 피질 표면에 장착된 그래핀 전극 어레이로 기록될 수 없다는 것입니다. 따라서 실험자는 신경 반응과 관련하여 원주 네트워크가 계층 적으로 어떻게 구성되어 있는지 식별 할 수 없습니다. 그럼에도 불구하고, 이 프로토콜은 실험자가 전극 어레이가 배치되는 여러 영역을 변경하는 경우 추가로 적용될 수 있습니다.예를 들어, 실험자가 청각 또는 시각 피질에 전극을 배치하여 청각 및 시각 정보를 추출하면 청각 또는 시각 지도를 획득할 수 있습니다. 또한, 이 프로토콜은 그래핀 다중전극 어레이의 만성 이식으로 확장될 수 있다.

brain-mapping-using-a-graphene-electrode-array

Research

연구

JoVE Journal

Neuroscience

신경과학

우리는 침략적 간질 모니터링을 진행하고 인간에서 연구 목적으로 electrocorticographic 신호를 수집하기위한 방법을 제시한다. 우리는 데이터 수집, 신호 처리 및 자극 프레 젠 테이션을 위해 BCI2000 소프트웨어 플랫폼을 사용하는 방법을 보여줍니다. 특히, 우리는 SIGFRIED, 실시간 기능적 뇌 맵핑을위한 BCI2000 기반 도구를 보여줍니다.

Neuroscientific 연구 및 실시간 기능성 두피 매핑을위한 인적 Electrocorticographic (ECoG) 신호를 녹음하기

이 프로토콜은 미세 전극 어레이(MEA)를 사용하여 발작 유도 약물에 노출된 뇌 절편의 전기 활동을 기록하는 것을 포함합니다. 이 절차에는 MEA 기록 챔버에 뇌 절편을 배치하고, 인공 발작을 유도하기 위해 전기 자극을 가하고, 결과 신호를 분석하는 것이 포함됩니다.

Monitoring Seizure-Induced Neural Electrical Activity in Brain Slices Using Microelectrode Arrays(미세 전극 어레이를 사용한 뇌 절편에서 발작 유도 신경 전기 활동 모니터링)

이 비디오에서는 전기 신호를 측정하기 위해 MEA(Multi-Electrode Array)를 사용하여 ACC(anterior cingulate cortex) 및 시상 영역을 포함하는 뇌 절편에 대한 경두개 직류 자극(tDCS)의 영향을 조사합니다. 이 연구는 전기 펄스를 전달하고 발작 유발 약물을 주입함으로써 발작에 대한 ACC 반응을 조사합니다.

발작 유도 물질에 대한 반응으로 multi-electrode array를 사용한 뇌 피질 모니터링

높은 처리량 잠재력을 가진 마이크로 디바이스는 새로운 재료와 3 차원 (3D) 유전 (DEP)를 설명하는 데 사용됩니다. 그래 핀 nanoplatelet 종이 양면 테이프가 교대로 적층 하였다; 700 μm의 마이크로 웰 층에 가로을 드릴 하였다. 폴리스티렌 비즈의 DEP 동작은 마이크로에 잘 입증되었다.

3D 그래 핀 전극 유전 영동 장치의 개발

우리는 microelectrode 배열을 사용 하는 설치류 뇌 조각에 4 aminopyridine 이용한 epileptiform 활동의 기록 및 전기 변조를 수행 하는 방법을 보여 줍니다. 사용자 지정 녹음 실 조직 생존 연장된 실험 세션에 걸쳐 유지합니다. 전극 매핑 라이브 고 자극 쌍의 선택 사용자 지정 그래픽 사용자 인터페이스에 의해 수행 됩니다.

녹음 및 Microelectrode 배열에 결합 하는 설치류 뇌 조각에 Epileptiform 활동의 변조

우리는 지속적으로 피 질 측 두 엽에 후 두 극과 정면 기둥에서의 거의 전체 측면 표면 커버 일반적인 마모 셋에 대 한 전체 피 질 electrocorticographic 배열을 개발 했습니다. 이 프로토콜의 비단 뇌 경 막 외 공간에 배열의 만성 이식 절차를 설명합니다.

일반적인 마모 셋에 전체 피 질 Electrocorticographic 배열의 만성 이식

여기서 Ti3C2 MXene 마이크로 전극 어레이를 제조하고 생체 내 신경 기록용으로 활용하는 방법을 설명합니다.

생체 내 신경 녹음을 위한 Ti3C2 MXene 마이크로 전극 어레이 의 제조

본 프로토콜은 전해질 게이팅된 그래핀 전계 효과 트랜지스터(EGGFET) 바이오센서의 개발 및 바이오마커 면역글로불린 G(IgG) 검출에서의 이의 응용을 입증한다.

바이오마커 검출을 위한 전해질 게이팅 그래핀 전계 효과 트랜지스터의 개발 및 기능화

우리는 뇌 전기장 측정 및 관련 바이오마커-대뇌 혈류의 관점에서 두개외 자극에 대한 용량-반응 곡선을 평가하기 위한 프로토콜을 설명합니다. 이 프로토콜은 뇌에 침습적인 전극 배치를 포함하기 때문에 전신 마취가 필요하며 통제된 호흡보다는 자발적 호흡이 선호됩니다.

두개외 자극 전극의 배치 및 마취된 마우스의 대뇌 혈류 및 두개내 전기장 측정

밀리미터 크기의 코일과 결합된 저비용 뇌파 기록 시스템은 생체 내에서 마우스 뇌의 경두개 자기 자극을 유도하기 위해 제안되었습니다. 맞춤형의 유연한 다중 전극 어레이 기판이 있는 기존의 나사 전극을 사용하여 경두개 자기 자극에 대한 반응으로 마우스 뇌에서 다중 부위 기록을 수행할 수 있습니다.

생체 내에서 마우스 뇌를 경두개로 자극하기 위해 밀리미터 크기의 코일과 결합된 저비용 뇌파 기록 시스템

이 프로토콜은 in vitro에서 간질을 모델링하기 위해 다중 전극 어레이에 dorsal-ventral fused assembloids를 안정적으로 도금하는 것을 목표로 합니다.

인간 만능 줄기 세포 유래 뇌 조립체를 사용하여 간질을 모델링하기 위한 다중 전극 어레이 플랫폼

배우세요 그래핀 전극 어레이를 이용한 뇌 매핑 기술로 SD 래트의 체감각 피질에서 고해상도 신경 신호를 기록하는 방법입니다. 이 기술은 최소 침습으로 장기 생체적합성과 기계적 유연성을 제공합니다.

그래핀 전극 어레이를 이용한 뇌 매핑

더 많은 동영상 탐색