$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Ponieważ liczba pacjentów z starczymi chorobami zwyrodnieniowymi mózgu, takimi jak demencja, choroba Alzheimera, zespoły Parkinsona i udar mózgu, wzrosła wraz ze starzeniem się populacji i wzrostem średniej długości życia, długoterminowe obciążenie społeczne tymi chorobami również wzrosło1,2,3. Ponadto większości chorób neurorozwojowych, takich jak schizofrenia i autyzm, towarzyszą zaburzenia poznawcze i behawioralne, które wpływają na całe życie pacjenta2,3,4. Z tego powodu naukowcy starają się poprawić diagnostykę, profilaktykę, zrozumienie patologii, długoterminową obserwację i leczenie chorób mózgu. Pozostają jednak problemy wynikające ze złożoności mózgu i nieujawnionych patologii chorobowych. Badania translacyjne mogą być obiecującym narzędziem do identyfikowania rozwiązań, ponieważ umożliwiają transfer badań podstawowych do zastosowań klinicznych w krótszym czasie, przy niższych kosztach i z wyższym wskaźnikiem sukcesu w dziedzinach neuronauki5,6,7. Innym celem badań translacyjnych jest zbadanie możliwości zastosowania u ludzi, co wymaga nieinwazyjnych podejść eksperymentalnych na zwierzętach, które umożliwiają porównania z tą samą metodą u ludzi. Warunki te doprowadziły do powstania kilku istotnych potrzeb w zakresie opracowania nieinwazyjnych metod przygotowania zwierząt. Jedną z metod jest elektroencefalografia (EEG), która ujawnia dwuwymiarowe połączenia i aktywność kory mózgowej z wysoką rozdzielczością czasową i która korzysta z nieinwazyjnego protokołu. Rejestracja potencjału związanego ze zdarzeniami (ERP) jest jednym z typowych paradygmatów eksperymentalnych wykorzystujących EEG.
Wiele poprzednich badań wykorzystywało nieinwazyjne metody EEG do kierowania do ludzi, podczas gdy metody inwazyjne, takie jak implantów i elektrody typu biegunowego, były używane w badaniach na zwierzętach8,9,10,11,12. Jakość sygnału i charakterystyka tych metod są w znacznym stopniu uzależnione od inwazyjności umieszczenia czujnika. Aby badania translacyjne zakończyły się sukcesem, Garner położył nacisk na stosowanie tych samych warunków do badań na zwierzętach, co do badań na ludziach13. W przypadku podstawowych badań na zwierzętach nieinwazyjne metodologie EEG nie są jednak powszechne. Nowatorskie podejście wykorzystujące nieinwazyjny system czujników EEG skóry głowy, skupiający się na myszach laboratoryjnych, byłoby niezawodnym i wydajnym narzędziem do badań translacyjnych, które można zastosować również do nieinwazyjnych paradygmatów dla ludzi.
Liczne badania EEG na myszach utorowały drogę do komercjalizacji wielokanałowych elektrod opartych na płytce drukowanej (PCB)14,15,16. Chociaż przyjęli metodę inwazyjną, mieli ograniczoną liczbę kanałów (3-8), co utrudniało obserwację dynamiki mózgu na dużą skalę. Ponadto zastosowania mogą być ograniczone ze względu na ich inwazyjność i wysokie koszty. W innym badaniu KIST (Korea Institute of Science and Technology) opracował 40-kanałową elektrodę cienkowarstwową na bazie poliimidu i przymocował ją do czaszki myszy 17,18,19,20. W tej pracy uzyskano największą liczbę kanałów EEG myszy. Był jednak słaby mechanicznie i niełatwy do ponownego użycia; W związku z tym nie nadawało się do długotrwałych obserwacji, co prowadziło do osłabienia sygnału, być może spowodowanego reakcją immunologiczną. W międzyczasie Troncoso i Mégevand uzyskali sensoryczny potencjał wywołany (SEP) na czaszkach gryzoni za pomocą trzydziestu dwóch elektrod ze stali nierdzewnej zabezpieczonych perforowaną siatką z poli(metakrylanu metylu) (PMMA, szkło akrylowe)21,22,23. Pomimo wysokiej jakości sygnału, elektrody były mechanicznie elastyczne i delikatne; W związku z tym miały trudności z zastosowaniem ich w wielu eksperymentach. Ponadto metoda ta była nadal mało inwazyjna. Chociaż metody te zapewniają dobrą jakość sygnału, powierzchnia czaszki myszy jest ograniczona, dlatego liczba elektrod jest ograniczona za pomocą elektrody ze stali nierdzewnej. Wiele wcześniejszych badań EEG na myszach wykazało kilka ograniczeń. W tym badaniu pokażemy nową metodę pomiaru EEG mającą zastosowanie w przedklinicznych badaniach translacyjnych z wykorzystaniem nieinwazyjnego czujnika wielokanałowego typu suchego.
Aby przezwyciężyć ograniczenia poprzednich metodologii EEG dla zwierząt, które obejmowały wewnętrzną złożoność przygotowania zwierząt, inwazyjność, wysokie koszty, marnotrawstwo i słabą wytrzymałość mechaniczną, staraliśmy się opracować nową elektrodę, która wykazuje elastyczność, status suchego typu, możliwości wielokanałowe, nieinwazyjność i możliwość ponownego użycia. W poniższym protokole opiszemy proces pomiaru zapisów wizualnego potencjału wywołanego (VEP) na skórze głowy myszy za pomocą suchego, nieinwazyjnego, wielokanałowego sensora EEG. Metoda ta wykorzystuje łatwo dostępne zasoby, obniżając w ten sposób barierę wejścia do eksperymentów na zwierzętach w dziedzinie inżynierii biomedycznej.