생체 내에서 마우스 뇌를 경두개로 자극하기 위해 밀리미터 크기의 코일과 결합된 저비용 뇌파 기록 시스템
2023년 5월 26일
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.
신경 과학에서 TMS 및 EEG 기록은 뇌에 대한 이해를 높이는 데 자주 사용됩니다. TMS는 비 침습성으로 인해 특히 유망합니다. TMS와 EEG 기록을 결합하면 연구자들이 다양한 뇌 영역에서 흥분성, 연결성 및 시공간 역학을 탐색할 수 있습니다.
이 프로토콜은 작은 동물을 대상으로 한 TMS-EEG 실험을 위한 동시 자극 측정 시스템을 개발하는 것을 목표로 합니다. 이러한 시스템은 광범위하게 개발되지 않았기 때문에 연구자들은 고유한 실험 요구 사항에 따라 시행착오를 거쳐야 하는 시스템을 만들어야 합니다. 이 쉽게 적응할 수 있는 접근 방식은 표준 신경과학 실험실에서 설정할 수 있으므로 연구자가 더 쉽게 접근할 수 있고 실용적입니다.
이 연구의 결과는 인간 후보에게 필수적인 모델인 작은 동물의 특정 장애 이면에 있는 메커니즘에 대한 연구와 설명을 발전시킬 것입니다. 또한, 이러한 모델은 인간 상태에 대한 이해를 향상시키고보다 효과적인 치료법과 개입을 만드는 데 도움이 될 것입니다.
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개요
본 연구는 생체 내(in vivo) 마우스의 경두개 자기 자극(TMS) 구동을 위한 밀리미터 크기의 코일과 결합된 저비용 뇌전도(EEG) 기록 시스템을 제안합니다. 이 시스템은 TMS에 반응하는 다지점 기록을 통해 뇌 활동에 대한 이해를 증진함으로써, 연구자들이 뇌 영역 간의 흥분성과 연결성을 탐구할 수 있도록 하는 것을 목표로 합니다.
주요 연구 구성 요소
과학 분야
- 신경과학
- 전기생리학
- 경두개 자기 자극술 (TMS)
배경
- TMS와 EEG는 뇌 기능을 비침습적으로 연구하는 데 사용됩니다.
- 동시 TMS-EEG 측정은 뇌 역동성 탐구를 강화합니다.
- 소동물을 위한 기존 시스템은 한계가 있어 맞춤형 솔루션이 필요합니다.
- 본 연구는 일반 실험실에서 사용할 수 있는 실용적이고 적응 가능한 시스템을 개발합니다.
연구 목적
- 소동물을 대상으로 한 TMS-EEG 동시 자극 측정 시스템을 구축하기 위함입니다.
- 신경과학 연구의 접근성과 실용성을 향상시키기 위함입니다.
- 소동물 모델을 사용하여 신경 질환의 기저 기전을 규명하기 위함입니다.
사용된 방법
- 유연한 다중 전극 어레이를 이용한 뇌파(EEG) 기록.
- 전극 및 코일 배치를 위해 복강 내 마취를 실시한 마우스 모델.
- 전극 및 자극 장치의 최적 배치를 위한 상세한 수술 및 설정 절차.
- 함수 발생기와 데이터 수집 시스템을 이용한 기록 및 자극 세션.
주요 결과
- 소리 및 TMS에 반응하는 EEG 파형의 성공적인 기록.
- 소리 자극 후 관찰된 음의 방향 응답 및 자기 자극 강도에 따른 변동.
- 자극 강도 증가와 상관관계가 있는 EEG 기록의 피크 진폭 증가.
- TMS 중 뇌 반응을 측정하는 시스템의 능력을 데이터로 입증.
결론
- 본 연구는 설치류에서 TMS-EEG를 동시에 측정할 수 있는 실용적인 설정 방법을 제시합니다.
- 이 방법론은 질환과 관련된 뇌 기전에 대한 추가 연구의 길을 열어줍니다.
- 이를 통해 인간의 신경계 질환 및 잠재적 치료법에 대한 이해가 향상될 것으로 기대됩니다.
자주 묻는 질문
산업적 관련성 요약
소형 동물 모델에서 뇌파(EEG) 기록과 경두개 자기 자극(TMS)을 동시에 수행하면 신경 흥분성과 연결성을 직접적으로 조사할 수 있어, 신경 약물 개발 파이프라인의 초기 단계 타겟 검증을 지원합니다. 이 저비용 다지점 시스템은 뇌 반응에 대한 재현 가능하고 정량적인 평가를 용이하게 하여, 기전적 모호성을 줄이고 중추신경계(CNS) 약물 발견의 예측 신뢰도를 높입니다. 이러한 접근성과 확장성 덕분에 이 시스템은 전임상 신경생리학 워크플로우를 위한 재사용 가능한 플랫폼으로 활용될 수 있습니다.
바이오 제약 R&D의 전략적 응용
초기 발견 및 표적 검증
- 제어된 TMS 섭동에 대한 신경 회로 반응의 직접적인 측정이 가능합니다.
- 정량적 EEG 판독을 통해 CNS 표적의 기능적 검증을 지원합니다.
- 시공간적 뇌 활동 패턴 매핑을 통해 기전적 위험 제거(de-risking)를 용이하게 합니다.
- 신경 활성 화합물의 진척을 위한 예측 신뢰도를 향상시킵니다.
스크리닝 및 분석법 개발
- 생체 내(in vivo) 화합물 스크리닝을 위한 표준화된 다채널 EEG 플랫폼을 제공합니다.
- 어세이 개발을 위해 재현 가능하고 정량적인 전기생리학적 결과물을 제공합니다.
- 다양한 중추신경계(CNS) 표적 및 모델에 걸쳐 확장성과 플랫폼 재사용성을 지원합니다.
- 약리학적 및 신경 조절 중재의 신뢰성 있는 평가를 가능하게 합니다.
중개 및 전임상 연구
- 전임상 신경 반응 프로파일을 질환 관련 바이오마커와 일치시킵니다.
- 초기 발굴 단계부터 소동물 모델에서의 전임상 검증까지 연속성을 유지합니다.
- 기능적 CNS 엔드포인트를 기반으로 위험 조정된 진행 결정 체계를 지원합니다.
- CNS 포트폴리오 선별을 위해 중개 연구와 관련성 높은 데이터를 제공합니다.
파이프라인 및 워크플로우 통합
이 시스템은 초기 가설 검증부터 리드 화합물 발굴 및 CNS 프로그램의 전임상 검증에 이르기까지의 신약 발견 연속 과정에 통합됩니다.
- 발견 생물학: 신경 회로 및 표적 결합에 대한 가설 기반의 조사를 가능하게 합니다.
- 스크리닝: 화합물 및 장치 평가를 위해 분석 가능한 정량적 EEG 출력값을 제공합니다.
- 분석: 실험 조건별 자극 유발 반응의 통계적 비교를 지원합니다.
- 중개 연구: 설치류에서의 기전적 발견을 인간에게 적용 가능한 CNS 엔드포인트로 연결합니다.
- 기업 내 재사용: 다양한 신경약물 R&D 필요성에 맞게 조정 가능한 유연하고 저비용인 플랫폼을 제공합니다.
운영 및 기업 영향
- 과학적 가치: CNS 표적 검증의 예측 신뢰도를 높이고 기전적 불확실성을 줄입니다.
- 운영적 가치: 재현성과 확장성을 위해 다지점 EEG-TMS 워크플로우를 표준화합니다.
- 전략적 가치: 정보에 기반한 go/no-go 결정과 자본 효율적인 CNS 포트폴리오 관리를 가능하게 합니다.
- 포트폴리오 영향: 신경 활성 자산의 위험 조정 우선순위 설정 및 진전을 지원합니다.
실행 시 고려 사항
- 소동물 수술 및 신경생리학 분야의 전문 지식이 필요합니다.
- 기본적인 전기생리학 장비 및 데이터 수집 시스템에 대한 접근이 필요합니다.
- 전극 배치 및 자극 프로토콜에 대한 팀 간의 표준화가 요구됩니다.
- 다양한 설치류 모델 및 실험 패러다임에 적용 가능합니다.
- 잠재적 제한 사항으로는 동물 반응의 개체 차이 및 프로토콜 맞춤 설정의 필요성이 있습니다.
