High-density Elektro-Aankoop in een knaagdier Model met behulp van goedkope en Open-source Resources
November 26th, 2016
Instructies voor de goedkope constructie en chirurgische implantatie van een chronische transcraniële hoog-dichtheid elektro-encefalografische montage in muizen worden gegeven. Technieken voor signaalregistratie, extractie en verwerking worden ook beschreven.
Het algemene doel van deze methodologie is om een goedkope alternatieve protocol aan te tonen voor het bouwen en opnemen van een chronische transcraniële elektrodearray met hoge dichtheid. Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van sleutelvragen in de neurowetenschappen, zoals grootschalige organisatie van neuronale netwerken en ruimtelijke en temporele kenmerken van sensorisch geëvoqueerde reacties. De belangrijkste voordelen van deze techniek zijn de lage kosten, reproduceerbaarheid en gemak voor experimentspecifieke aanpassing.
Hoewel deze methode inzicht kan geven in de complexe analyse van elektro-encefalografische gegevens, is de toepassing ervan ideaal voor studies in anesthesiologie, epilepsie en slaapneurobiologie. Om het hoofdstuk te maken, begint u met het isoleren van de pinnen van een twee-door-vijftig pin-blok met een zeer lichte laag nagellak. Vervolgens, met behulp van een tang, verwijdert u elke achtste rij pinnen door hun ontvangstkant door het blok te duwen.
Zodra de nagellak volledig is opgedroogd, verwijdert u de coating van de uiteinden van de pinnen met een klein doekje en aceton. Vervolgens, met behulp van een scheermesje of draadsnijders, knipt u de blokken om twee-door-zeven pin-blokken te maken. Twee van deze blokken zullen fungeren als transcraniële EEG-elektroden.
Vervolgens, vanaf elk uiteinde van een twee-door-vijftig blok, bereidt u twee een-door-twee pin-blokken voor om het EMG-signaal op te nemen volgens hetzelfde proces. Elke een-door-twee blok moet een van de buitenste gladde zijden van het twee-door-vijftig blok behouden. Om de twee helften van de volledige array te voltooien, lijnt u de een-door-twee pin-gaten en pinnen van de ene blok uit met de meest achterste rij pinnen van een twee-door-zeven blok.
Gebruik vervolgens een tweedelige epoxy om hun gladde oppervlakken te bevestigen en versterk de verbinding met meer epoxy indien nodig. Laat de twee helften een nacht drogen. Om twee thoracale EMG-draden te maken, begint u met een 3 cm geïsoleerde zilverdraad.
Verwijder 1 cm isolatie van het ene uiteinde en voeg twee lussen toe aan de kale draad door deze om een paar tangen te wikkelen. Verwijder vervolgens 25 mm isolatie van het andere uiteinde. Maak nu de twee vergelijkbare cervicale EMG-draden, beginnend met een draad van 1,5 cm.
Verwijder uit elk helft van het hoofdstuk de laterale pin in de verst voorste rij, omdat deze pin geen relevante weefsels zal raken. Om de draden te bevestigen, snijdt u de pinnen van de een-door-twee blokken 3 mm vanaf hun uiteinden. Soldeer vervolgens een cervicale EMG-draad op de voorste pin en een thoracale EMG-draad op de achterste pin.
Voordat u doorgaat, gebruikt u een multimeter in continuïteitsmodus om ervoor te zorgen dat elke pin elektrisch geïsoleerd is. Verbind de draden met verschillende pincombinaties en als een paar elektrisch gekoppeld is, zal de meter een hoorbaar piepje produceren. Eenmaal droog, buigt u de EMG-draden tot ze parallel zijn aan de AP-as met minimale laterale verplaatsing.
Bedek vervolgens de soldeerverbindingen met nagellak. Pas nu de pinlengten aan met behulp van draadsnijders en de hulp van een hersenatlas. Zoek de pin waarvan de ventrale afstand tot de bregma het grootst zal zijn.
Trim dit niet, maar trim alle andere pinnen ten opzichte van deze pin. Om de hoofdstukken te voltooien, bedekt u alle pinuiteinden met een zilveren oplossing met behulp van een applicatorpen. Om een adapter voor te bereiden, begint u met een 36-positie dubbele rij mannelijke nano-connector.
Snijd eerst de connectordraden af tot een uniforme lengte van 2 cm. En verwijder vervolgens 2,5 mm draad van het uiteinde van elke draad. Ten slotte, tin de strengen van fijne draad samen en snijd de verwijderde isolatie van de vertinde draad af.
Maak vervolgens een overeenkomstige mannelijke-mannelijke connector voor de hoofdstuk uit een con-strip header twee-door-vijftig pin-blok. Bereid zoals eerder twee twee-door-zevens en twee twee-door-eens voor. Soldeer nu een van de aardedraden van de nano-connector op de pin die 0,6 mm voor en 1 mm lateraal is van de bregma.
Deze pin functioneert als referentie en als aarde bij gebruik van een RHD 2132 versterkerchip. Soldeer vervolgens de vertinde nano-connectordraden aan dezelfde kant als de verbinding van de aardedraadpin. Omdat elke draad is toegewezen aan een specifiek kanaal, raadpleegt u een kanaaloverzichtsdiagram van de versterkerhoofdtrap en brengt u de kanalen in kaart.
Zodra alle draden op hun respectieve pin zijn gesoldeerd, snijdt u eventuele ongebruikte draden af. Gebruik vervolgens een voltmeter om ervoor te zorgen dat elke pin elektrisch geïsoleerd is van de andere pinnen. Zodra elektrische isolatie is bevestigd, brengt u een dunne laag nagellak aan rond elke soldeerverbinding om elke pin verder te isoleren.
Versterk vervolgens, met behulp van een tweedelige epoxy, de overeenkomende nano-adapter naar de bilaterale pin-arrays op de mannelijke-mannelijke blokken. Er mag geen overtollige epoxy op de mediale delen van de adapters zijn, omdat dit zal voorkomen dat de hoofdstukken gelijktijdig worden aangesloten. Voor verhoogde duurzaamheid, epoxy de basis van de nano-connector.
Zorg ervoor dat alle soldeerverbindingen met epoxy worden bedekt. Zodra de epoxy is opgedroogd, bevestigt u de kanaalkaart met behulp van impedantiemetingen. Nadat de muis veilig is ingesteld en bregma is gedefinieerd als de oorsprong van het stereotactische coördinatensysteem, nivelleert u de schedel in de mediale laterale as en in de anterior-posterior-as.
Boor vervolgens, met behulp van een microboor met een diameter van 0,5 mm, burr-gaten van 1,3 mm uit elkaar en 1 mm van de middenlijn, beginnend 3,3 mm voor de bregma en eindigend 4,5 mm achter de bregma. Maak twee rijen bilateraal. Boor vervolgens burr-gaten aan beide
Overzicht
Dit artikel presenteert een kosteneffectieve methode voor het construeren en chirurgisch implanteren van een chronische transcraniële hoge-dichtheid elektro-encefalografische montage bij muizen. Het beschrijft de technieken voor signaalregistratie, extractie en verwerking.
Belangrijke onderdelen van het onderzoek
Wetenschapsgebied
- Neurowetenschap
- Elektrofysiologie
- Neurobiologie
Achtergrond
- Begrip van grootschalige organisatie van neuronale netwerken.
- Onderzoek naar ruimtelijke en temporele kenmerken van sensorisch opgewekte reacties.
- Toepassingen in anesthesiologie, epilepsie en slaapneurobiologie.
- Belang van kosteneffectieve en reproduceerbare methoden in onderzoek.
Doel van het onderzoek
- Om een kosteneffectief protocol voor EEG-onderzoeken bij muizen te bieden.
- Om aanpassing voor specifieke experimentele behoeften mogelijk te maken.
- Om het begrip van complexe elektro-encefalografische gegevens te verbeteren.
Gebruikte methoden
- Constructie van een hoge-dichtheid elektrodenarray met behulp van geïsoleerde pinnen.
- Chirurgische implantatietechnieken voor het elektrodenarray bij muizen.
- Signaalregistratie- en verwerkingsmethoden voor EEG- en EMG-signalen.
- Verificatie van elektrische isolatie en impedantiemetingen.
Belangrijkste resultaten
- Succesvolle implantatie van het elektrodenarray bij muizen.
- Demonstratie van de reproduceerbaarheid en gebruiksgemak van de methode.
- Inzichten verkregen in de organisatie van neuronale netwerken.
- Mogelijke toepassingen in verschillende gebieden van de neurowetenschap.
Conclusies
- De beschreven methodologie biedt een haalbaar alternatief voor chronische EEG-onderzoeken.
- Het ondersteunt het onderzoek naar kritieke vragen in de neurowetenschap.
- Toekomstige studies kunnen deze kosteneffectieve aanpak voor diverse toepassingen benutten.
Veelgestelde vragen
Executive Industry Relevance
High-density electroencephalographic (EEG) acquisition in rodent models enables advanced interrogation of neuronal network organization and sensory processing, supporting early-stage target validation and mechanistic de-risking in CNS drug discovery. The described low-cost, open-source methodology increases accessibility and reproducibility for preclinical teams, facilitating robust quantitative data collection in freely moving animals. This capability strengthens predictive confidence at key inflection points in neuroscience-focused R&D portfolios.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables high-resolution mapping of neuronal activity for functional target validation.
- Supports mechanistic de-risking by clarifying spatial and temporal features of network responses.
- Facilitates hypothesis-driven interrogation of CNS pathways relevant to disease models.
Screening & Assay Development
- Provides validated, reproducible EEG and EMG signals for downstream assay development.
- Standardizes electrode placement and signal acquisition for cross-study comparability.
- Delivers quantitative outputs suitable for compound screening in neuroactive pipelines.
Translational & Preclinical Research
- Enables polysomnography and cortical mapping in freely moving rodents for translational biomarker alignment.
- Supports continuity from discovery through preclinical validation in CNS and sleep disorder models.
- Reduces biological risk by providing robust, longitudinal neural data in small animal systems.
Pipeline & Workflow Integration
This method integrates into the discovery-to-preclinical continuum, supporting early mechanistic studies, lead identification, and translational research in neuroscience portfolios.
- Discovery Biology: Facilitates hypothesis testing and pathway clarification via high-density neural recordings.
- Screening: Delivers reproducible, quantitative EEG/EMG data for assay readiness and compound evaluation.
- Analytics: Enables measurement of heart rate, respiratory rate, and cortical responses for comparative analysis.
- Translational Research: Aligns rodent neural readouts with human-relevant biomarkers in sleep and epilepsy research.
- Enterprise Reuse: Offers a scalable, customizable platform for repeated studies across CNS research programs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in CNS target validation.
- Operational Value: Promotes standardization, reproducibility, and cost efficiency in neural data acquisition.
- Strategic Value: Improves go/no-go decision quality and capital allocation in neuroscience portfolios.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization and advancement of CNS and sleep disorder assets.
Implementation Considerations
- Requires expertise in rodent surgery and stereotaxic implantation techniques.
- Needs access to electrophysiology instrumentation and open-source acquisition software.
- Demands rigorous cross-team standardization of electrode mapping and signal processing.
- Adaptable to both mice and rats, with protocol modifications for skull size and electrode density.
- Practical limitations include the need for careful electrode placement to avoid tissue damage and ensure signal quality.
