Een kosteneffectief en minimaal invasief protocol voor chronische multi-site elektro-encefalografie-opname bij vrij bewegende muizen

Dit protocol maakt kostenefficiënte, minimaal invasieve, hoogwaardige muis-EEG-opnames mogelijk, waardoor langdurige neurale monitoring toegankelijk wordt voor preklinisch onderzoek. De grootste uitdagingen van chronische EEG-opname zijn implantaatinstabiliteit en levensduur van de headcap, signaaldegradatie, grootschalige data-analyse en ontoegankelijkheid van dure commerciële systemen. Om te beginnen gebruik je een USB type B vrouwelijke stekker met vijf pinnen en soldeer je deze met een 0,003 inch platinum iridiumdraad.

Gebruik de vierde pin niet, want dat is de aardpen, maar gebruik in plaats daarvan de andere vier pinnen om de elektroden te verbinden. Buig de pennen ongeveer 45 graden en wikkel de draden twee keer om elke pin om een sterke verbinding te garanderen die niet loskomt. Breng nu een kleine hoeveelheid soldeerharsfluxpasta aan op elke pin om het oppervlak schoon te maken voor effectief solderen.

Plaats vervolgens een klein stukje soldeerdraad op elke pin. Gebruik een soldeerbout om de soldeerdraad te smelten om de platina iridiumdraad permanent aan de pinnen te bevestigen. Na bevestiging van diepe anesthesie start je de isoflurane zuurstofventilator op de neus met een snelheid van 1,5% volume per volume.

Injecteer nu de muis met carprofen van vijf milligram per kilogram om ontsteking en pijn te verminderen. Injecteer dexamethason met 0,1 milligram per kilogram intramusculair om ontsteking en zwelling van de hersenen te verminderen. Breng oogzalf aan om te voorkomen dat de ogen uitdrogen tijdens de narcose.

Na het verwijderen van de vacht maak je de incisiezijde van de schedel schoon met 70% ethanol, gevolgd door jodiumpads terwijl je een septische techniek volgt. Gebruik vervolgens een scalpel om een enkele doorzichtige incisie in het midden van het hoofd te maken. Snijd rond de incisie om de plaats van elektrodeimplantatie bloot te leggen, zodat de spieren niet blootliggen.

Was het schedeloppervlak met 0,9% natriumchlorideoplossing. Droog het oppervlak en schob de schedel met wattenstaafjes gedoopt in waterstofperoxide. Gebruik een scalpel om eventueel achtergebleven bindweefsel op het bot te verwijderen.

Na één minuut was je het oppervlak opnieuw met 0,9% natriumchloride oplossing en droog je het voordat je gaat boren. Gebruik een tandboor om het schedeloppervlak te ruw te maken en zo de acryladhesie te bevorderen. Meet en markeer de elektrodeimplantatieplaatsen op de voorste/posterieure posities, plus twee en min vier, en de mediale laterale posities, plus of min 1,5.

Boor het oppervlak van de schedel met 1,4-millimeter boren en steek vier botschroeven van 1,5 millimeter in de geboorde plekken met precisieschroevendraaiers. Zorg ervoor dat de schroeven alleen het oppervlak raken en niet in de hersenen komen. Wikkel de draden van de USB-connector twee tot vier keer om elke schroef en knip overtollige draden af.

Breng een klein druppeltje secondelijm aan op de bovenkant van elke schroef en laat het drogen om de verbinding te versterken. Zorg ervoor dat de connector in het midden van de schedel is geplaatst zonder de schedel of elektroden te raken. Bouw vervolgens langzaam de kopkap op met cyanoacrylaat, waarbij je dunne lagen aanbrengt om oververhitting van het bot te voorkomen.

Bevestig met tandcement een grote schroef aan het vlakke oppervlak van de connector om het aansluiten van USB-kabels te vergemakkelijken. Laat de kopdop minstens twee minuten drogen voordat je de muis uit de stereotaxische fase haalt. Leg de muis op een warmtekussen en observeer hem 24 uur.

Behandel de muis zeven dagen lang met carprofen op vijf milligram per kilogram elke 12 uur. Wacht twee weken om het bot te laten groeien bij het acryl-grensvlak voordat je doorgaat met elektro-encefalografie of EEG-opname. Noteer het EEG-signaal van elke muis gedurende één uur, inclusief 30 minuten voor de behandeling met pentyleentetrazol en 30 minuten na toediening van 20 milligram per kilogram pentyleentetrazol.

Steek de USB-kabel in de connector van de muis. Sluit de USB-kabel aan op een differentiële wisselstroomversterker met behulp van alligatorklemmen. Stel de versterking in op 10.000 en filter tussen 0,1 en 250 hertz.

Neem een monster van het elektro-encefalografiesignaal op 1.000 hertz. Neem de versterkeruitgangen gelijktijdig op op de computer op en toon de signalen in realtime op de oscilloscoop. Verbind de versterkeruitgangen met een USB-apparaat voor data-acquisitie en signaalverwerking dat op de computer is aangesloten.

Tot slot registreer je het EEG-signaal met de Python-code en filter je het tussen 0,1 hertz en 250 hertz en visualiseer je de data. Elektroden werden geïmplanteerd in 20 C57BL/6J achtergrondmuizen, waaronder vijf wildtype-muizen met een postoperatieve overlevingskans van 85%, gehandhaafd tot zes maanden na de operatie. EEG-opnames legden door pentyleentetrazol geïnduceerde elektrofysiologische veranderingen vast, zoals blijkt uit een verhoogd aantal interictale ontladingen bij de muizen na de injectie van pentyleentetrazol.

De amplitude van interictale ontladingen na pentyleentetrazolinjectie was zichtbaar hoger over drie verschillende elektroden, zoals te zien is in representatieve EEG-sporen. Onze studie stelde een eenvoudig stabiel EEG-systeem vast in vrij bewegende muizen, dat betrouwbare langetermijnopnames toonde bij de duidelijke serie-gerelateerde ontladingen. Dit protocol bevordert de neurowetenschap door toegankelijke langetermijn-EEG-opnames van vrij bewegende knaagdieren te bieden, wat bredere studies van hersenaandoeningen en therapieën ondersteunt.

Toekomstig onderzoek zal zich richten op het verfijnen van het elektrodeontwerp, het uitbreiden van multi-regio opnames en het integreren van EEG met gedrags-, farmacologische en genetische manipulaties.