Goedkoop elektro-encefalografisch opnamesysteem gecombineerd met een millimetergrote spoel om het muizenbrein in vivo transcraniaal te stimuleren
26 mei 2023
Een goedkoop elektro-encefalografisch registratiesysteem in combinatie met een millimetergrote spoel wordt voorgesteld om transcraniële magnetische stimulatie van het muizenbrein in vivo aan te sturen. Met behulp van conventionele schroefelektroden met een op maat gemaakt, flexibel, multi-elektrode arraysubstraat, kan multi-site opname worden uitgevoerd vanuit het muizenbrein als reactie op transcraniële magnetische stimulatie.
In de neurowetenschappen worden TMS- en EEG-registratie vaak gebruikt om ons begrip van de hersenen te vergroten. TMS is vooral veelbelovend vanwege zijn niet-invasiviteit. Door TMS te combineren met EEG-opname kunnen onderzoekers prikkelbaarheid, connectiviteit en spatiotemporale dynamiek in verschillende hersengebieden onderzoeken.
Dit protocol heeft tot doel een simultaan stimulatiemeetsysteem te ontwikkelen voor TMS-EEG-experimenten met kleine dieren. Deze systemen zijn niet uitgebreid ontwikkeld, waardoor onderzoekers gedwongen zijn om een systeem te maken dat met vallen en opstaan is volgens de unieke experimentele vereisten. Deze gemakkelijk aanpasbare aanpak kan worden opgezet in standaard neurowetenschappelijke laboratoria, waardoor het toegankelijker en praktischer wordt voor onderzoekers.
De bevindingen van deze studie zullen het onderzoek bevorderen en de mechanismen achter specifieke aandoeningen bij kleine dieren ophelderen, die essentiële modellen zijn voor menselijke kandidaten. Verder zullen deze modellen hun begrip van menselijke omstandigheden verbeteren en helpen bij het creëren van effectievere behandelingen en interventies.
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Deze studie stelt een goedkoop elektro-encefalografisch (EEG) registratiesysteem voor, gecombineerd met een spoel van enkele millimeters groot voor het aansturen van transcraniële magnetische stimulatie (TMS) in vivo bij muizen. Het systeem is erop gericht het begrip van hersenactiviteit te vergroten door middel van multi-site registraties als reactie op TMS, waardoor onderzoekers de prikkelbaarheid en connectiviteit tussen verschillende hersengebieden kunnen verkennen.
Belangrijkste componenten van het onderzoek
Wetenschapsgebied
- Neurowetenschappen
- Elektrofysiologie
- Transcraniaal Magnetische Stimulatie (TMS)
Achtergrond
- TMS en EEG worden gebruikt om hersenfuncties op niet-invasieve wijze te bestuderen.
- Gelijktijdige TMS-EEG-metingen verbeteren de exploratie van hersendynamiek.
- Bestaande systemen voor kleine dieren vertonen beperkingen en vereisen op maat gemaakte oplossingen.
- Deze studie ontwikkelt een praktisch, aanpasbaar systeem voor standaardlaboratoria.
Doel van de studie
- Om een systeem voor gelijktijdige stimulatie-meting voor TMS-EEG bij kleine dieren te creëren.
- Om de toegankelijkheid en praktische toepasbaarheid voor neurowetenschappelijk onderzoek te verbeteren.
- Om de mechanismen ten grondslag aan neurologische aandoeningen te verduidelijken met behulp van kleine diermodellen.
Gebruikte methoden
- Electroencefalografie (EEG)-registratie met een flexibele multielektrodenmatrix.
- Muizenmodel onder intraperitoneale anesthesie voor het plaatsen van elektroden en de spoel.
- Gedetailleerde chirurgische en installatieprocedures voor de optimale plaatsing van elektroden en het stimulatieapparaat.
- Registratie- en stimulatiesessies met gebruik van een functiegenerator en een gegevensverwervingssysteem.
Belangrijkste resultaten
- Succesvolle opnames van EEG-golfvormen in reactie op geluid en TMS.
- Negatiefgaande responsen waargenomen na geluidsstimulatie, met variaties op basis van de intensiteit van de magnetische stimulatie.
- Verhoogde piek amplitudes in EEG-opnames correleerden met een sterkere stimulatie.
- De gegevens illustreren het vermogen van het systeem om hersenresponsen tijdens TMS te meten.
Conclusies
- De studie demonstreert een praktische opstelling voor gelijktijdige TMS-EEG bij knaagdieren.
- Deze methodologie opent wegen voor verder onderzoek naar cerebrale mechanismen die gerelateerd zijn aan stoornissen.
- Een verbeterd begrip van menselijke neurologische aandoeningen en potentiële behandelingen wordt verwacht.
Veelgestelde vragen
Relevantie voor de industrie
Simultane EEG-registratie en transcraniële magnetische stimulatie (TMS) in kleine diermodellen maken directe bevraging van neurale exciteerbaarheid en connectiviteit mogelijk, wat vroege fase targetvalidatie in neurofarmaceutische pipelines ondersteunt. Dit kosteneffectieve multi-site systeem faciliteert een reproduceerbare, kwantitatieve beoordeling van hersenresponsen, waardoor mechanistische ambiguïteit wordt verminderd en het voorspellend vertrouwen voor CNS-drugdiscovery wordt vergroot. Door zijn toegankelijkheid en schaalbaarheid is het een herbruikbaar platform voor preklinische neurofysiologische workflows.
Strategische toepassingen in biofarmaceutische R&D
Vroege ontdekking & targetvalidatie
- Maakt directe meting mogelijk van neuronale circuitrespons op gecontroleerde TMS-perturbatie.
- Ondersteunt functionele validatie van CZS-doelwitten via kwantitatieve EEG-uitlezingen.
- Faciliteert mechanistische risicoreductie door het in kaart brengen van spatiotemporele hersenactiviteitspatronen.
- Verbetert het voorspellende vertrouwen voor de verdere ontwikkeling van neuroactieve verbindingen.
Screening & Assay-ontwikkeling
- Biedt een gestandaardiseerd, multi-channel EEG-platform voor in vivo compound-screening.
- Levert reproduceerbare, kwantitatieve elektrofysiologische outputs voor assay-ontwikkeling.
- Ondersteunt schaalbaarheid en platformhergebruik over meerdere CNS-targets en modellen.
- Maakt betrouwbare evaluatie van farmacologische en neuromodulatoire interventies mogelijk.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Rijst preklinische neurale responsprofielen uit met ziekte-relevante biomarkers.
- Handhaaft continuïteit van vroege ontdekking tot preklinische validatie in kleine diermodellen.
- Ondersteunt risico-gecorrigeerde beslissingen voor verdere ontwikkeling op basis van functionele CNS-eindpunten.
- Biedt translationeel relevante gegevens voor de triage van de CNS-portfolio.
Integratie van Pipeline & Workflow
Dit systeem is geïntegreerd in het ontdekkingscontinuüm, van vroege hypothesetesten tot leadidentificatie en preklinische validatie voor CNS-programma's.
- Discovery Biology: Maakt hypothese-gestuurde analyse van neurale circuits en target engagement mogelijk.
- Screening: Levert assay-klare, kwantitatieve EEG-outputs voor de evaluatie van verbindingen en apparaten.
- Analytics: Ondersteunt statistische vergelijking van stimulatie-geïnduceerde responsen over verschillende experimentele condities.
- Translationeel onderzoek: Slaat de brug tussen mechanistische bevindingen bij knaagdieren en mens-relevante CNS-eindpunten.
- Herbruikbaarheid binnen de onderneming: Biedt een flexibel, kostenefficiënt platform dat aanpasbaar is aan diverse behoeften binnen neurofarmaceutisch R&D.
Operationele en zakelijke impact
- Wetenschappelijke waarde: Verhoogt het voorspellende vertrouwen en vermindert de mechanistische onzekerheid bij de validatie van CNS-doelen.
- Operationele waarde: Standardiseert multi-site EEG-TMS-workflows voor reproduceerbaarheid en schaalbaarheid.
- Strategische waarde: Maakt geïnformeerde go/no-go-beslissingen en kapitaalefficiënt beheer van de CNS-portfolio mogelijk.
- Impact op portfolio: Ondersteunt risico-gecorrigeerde prioritering en voortgang van neuroactieve activa.
Overwegingen bij de implementatie
- Vereist expertise in chirurgie bij kleine dieren en neurofysiologie.
- Toegang tot basisinstrumentatie voor elektrofysiologie en datasquisitiesystemen is noodzakelijk.
- Standaardisatie van elektrodeplaatsing en stimuleringsprotocollen tussen teams is vereist.
- Aanpasbaar aan verschillende knaagdiermodellen en experimentele paradigma's.
- Potentiële beperkingen omvatten variabiliteit in dierlijke responsen en de noodzaak voor aanpassing van het protocol.
