Brain Mapping met behulp van een grafeenelektrode-array

Summary

We presenteren een op grafeenarray gebaseerde hersenkarteringsprocedure om de invasiviteit te verminderen en de spatiotemporale resolutie te verbeteren. Op grafeenarrays gebaseerde oppervlakte-elektroden vertonen biocompatibiliteit op lange termijn, mechanische flexibiliteit en geschiktheid voor hersenkartering in een ingewikkeld brein. Dit protocol maakt het mogelijk om meerdere vormen van sensorische kaarten tegelijkertijd en sequentieel te construeren.

Abstract

Corticale kaarten vertegenwoordigen de ruimtelijke organisatie van locatieafhankelijke neurale reacties op sensomotorische stimuli in de hersenschors, waardoor fysiologisch relevant gedrag kan worden voorspeld. Verschillende methoden, zoals penetrerende elektroden, elektro-encefalografie, positronemissietomografie, magneto-encefalografie en functionele magnetische resonantiebeeldvorming, zijn gebruikt om corticale kaarten te verkrijgen. Deze methoden worden echter beperkt door een slechte spatiotemporele resolutie, een lage signaal-ruisverhouding (SNR), hoge kosten en niet-biocompatibiliteit of veroorzaken fysieke schade aan de hersenen. Deze studie stelt een op grafeenarray gebaseerde somatosensorische mappingmethode voor als een kenmerk van elektrocorticografie die superieure biocompatibiliteit, hoge spatiotemporale resolutie, wenselijke SNR en minimale weefselschade biedt, waardoor de nadelen van eerdere methoden worden overwonnen. Deze studie toonde de haalbaarheid aan van een grafeenelektrode-array voor somatosensorische mapping bij ratten. Het gepresenteerde protocol kan niet alleen worden toegepast op de somatosensorische cortex, maar ook op andere cortices zoals de auditieve, visuele en motorische cortex, en biedt geavanceerde technologie voor klinische implementatie.

Introduction

Een corticale kaart is een verzameling lokale patches die reactie-eigenschappen vertegenwoordigen op sensomotorische stimuli in de hersenschors. Ze zijn een ruimtelijke formatie van neurale netwerken en maken voorspelling mogelijk voor perceptie en cognitie. Daarom zijn corticale kaarten nuttig bij het evalueren van neurale reacties op externe stimuli en het verwerken van sensomotorische informatie 1,2,3,4. Invasieve en niet-invasieve methoden zijn beschikbaar voor corticale mapping. Een van de meest voorkomende invasieve methoden omvat het ....

Protocol

Alle procedures voor het hanteren van dieren werden goedgekeurd door het Institutional Animal Care and Use Committee van de Incheon National University (INU-ANIM-2017-08).

1. Voorbereiding van dieren op een operatie

OPMERKING: Gebruik Sprague Dawley Rat (8-10 weken oud) zonder de geslachtsbias voor dit experiment.

1. Verdoof de rat met 90 mg/kg ketamine en 10 mg/kg xylazine cocktail intraperitoneaal. Om de gewenste diepte van anesthesie tijdens de operatie te behouden, geeft u een aanvullende 45 mg / kg ketamine en 5 mg / kg xylazinecocktail wanneer de rat tekenen van ontwaken vertoont.

Results

Dit protocol beschrijft hoe een grafeen meerkanaals array op het oppervlak van de hersenen is gemonteerd. De somatosensorische kaart werd geconstrueerd door neurale reacties op fysieke stimuli te verkrijgen en de amplitude van de respons te berekenen. Figuur 1 toont het schema van dit experiment.

Figuur 2A toont de structurele kenmerken van een grafeenelektrode-array. Er zitten steekgaten van het substraat tussen de elektroden. Deze g.......

Discussion

Het gepresenteerde protocol biedt een diepgaand, stapsgewijs proces dat uitlegt hoe de somatosensorische reacties van ratten kunnen worden geopend en in kaart gebracht met behulp van een grafeenelektrode-array. De door het protocol verkregen gegevens zijn SEP's die somatosensorische informatie leveren die synaptisch is gekoppeld aan elk lichaamsdeel.

Verschillende aspecten van dit protocol moeten in overweging worden genomen. Bij het extraheren van hersenvocht om hersenoedeem te voorkomen en o.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
1mL syringe	KOREAVACCINE CORPORATION		injecting the drug for anesthesia
3mL syringe	KOREAVACCINE CORPORATION		injecting the drug for anesthesia
Bone rongeur	Fine Science Tools	16220-14	remove the skull
connector	Gbrain		Connect graphene electrode to headstage
drill	FALCON tool		grind the skull
drill bits	Osstem implant		grind the skull
Graefe iris forceps slightly curved serrated	vubu	vudu-02-73010	remove the tissue from the skull or hold wiper
graphene multielectrode array	Gbrain		records signals from neuron
isoflurane	Hana Pharm Corporation		sacrifce the subject
ketamine	yuhan corporation		used for anesthesia
lidocaine(2%)	Daihan pharmaceutical		local anesthetic
Matlab R2021b	Mathworks		Data analysis Software
mosquito hemostats	Fine Science Tools	91309-12	fasten the scalp
ointment	Alcon		prevent eye from drying out
povidone	Green Pharmaceutical corporation		disinfect the incision area
RHS 32ch Stim/Record headstage	intan technologies	M4032	connect connector to interface cable and contain intan RHS stim/amplifier chip
RHS 6-ft (1.8m) Stim SPI interface cable	intan technologies	M3206	connect graphene electrode to headstage
RHS Stim/Recording controller software	intan technologies		Data Acquisition Software
RHS stimulation/ Recording controller	intan technologies	M4200
saline	JW Pharmaceutical
scalpel	Hammacher	HSB 805-03
stereotaxic instrument	stoelting		fasten the subject
sterile Hypodermic Needle	KOREAVACCINE CORPORATION		remove the dura mater
Steven Iris Tissue Forceps	KASCO	50-2026	remove the dura mater
surgical blade no.11	FEATHER		inscise the scalp
surgical sicssors	Fine Science Tools	14090-09	inscise the scalp and remove the dura mater
wooden stick			whisker stimulation
xylazine	Bayer Korea		used for anesthesia