Wizualne zapisy potencjału wywołanego u myszy za pomocą suchego, nieinwazyjnego wielokanałowego czujnika EEG skóry głowy
12 stycznia 2018
Zaprojektowaliśmy 16-kanałowy czujnik EEG typu suchego, który jest nieinwazyjny, odkształcalny i wielokrotnego użytku. W artykule opisano cały proces od wytworzenia proponowanej elektrody EEG do przetwarzania sygnałów wizualnego potencjału wywołanego (VEP) mierzonych na skórze głowy myszy za pomocą suchego, nieinwazyjnego wielokanałowego czujnika EEG.
Ogólnym celem tej procedury jest pomiar wizualnych potencjałów wywołanych na skórze głowy myszy za pomocą suchego, nieinwazyjnego i wielokanałowego czujnika EEG. Metoda ta może pomóc odpowiedzieć na szybkie pytania w dziedzinie przedklinicznych badań translacyjnych, aby przełamać lukę w sygnałach w nieinwazyjnych badaniach EEG między ludźmi a zwierzętami laboratoryjnymi. Główną zaletą tej techniki jest jej nieinwazyjność, co ułatwia zrozumienie EEG zwierząt.
Ponadto zapewnia bezpieczne i wygodne środowisko eksperymentalne. Zacznij od przygotowania 16 pinów na jedną nieinwazyjną elektrodę. Wytnij dwa kawałki podłoża z włókna szklanego o wymiarach 15 milimetrów na 17 milimetrów.
Następnie wykonaj 16 otworów o średnicy 1,2 milimetra za pomocą precyzyjnej maszyny do grawerowania. Następnie wywierć 16 otworów w płaskich podłożach zgodnie z koordynacją sondy, równomiernie w odstępie dwóch milimetrów. Ułóż dwa podłoża i nałóż jedną kroplę szybko działającego kleju klejącego między warstwy podłoża, aby utworzyć podwójną warstwę o grubości trzech milimetrów, podtrzymującą 16 stabilnych i równoległych elektrod podczas akwizycji sygnału.
Następnie ręcznie zamontuj 16 elektrod na podłożu jedna po drugiej. i połącz końcową część nasadki lutowniczej każdej elektrody ze złączem odpornym na dotyk. Na koniec zakryj i ukryj odsłonięte połączenia rurką termokurczliwą do izolacji elektrycznej.
Na znieczulonej myszy zacznij od nałożenia maści do oczu za pomocą bawełnianego wacika, aby rogówka była wilgotna. Usuń włosy wokół głowy i ramion za pomocą maszynki do strzyżenia włosów. Następnie rozprowadź dostępny w handlu krem do depilacji i trzymaj go w tym miejscu przez trzy do czterech minut.
Na koniec usuń nałożoną depilację szpatułką, a następnie przetrzyj resztę wilgotnymi chusteczkami, kilkakrotnie nakładając wodę. Zacznij od zamontowania głowy myszy na ramie stereotaktycznej, umieszczając paski douszne w kanałach słuchowych myszy i dokręcając je na miejscu. Zamontuj czujnik w specjalnie wykonanym uchwycie elektrody.
Następnie przymocuj uchwyt czujnika do ramy stereotaktycznej. Zlokalizuj elastyczną elektroencefalografię lub czujnik EEG, biorąc pod uwagę elektrodę odniesienia i pozycję bregma. Następnie ostrożnie opuść czujnik w kierunku pionowym, tak aby tłoki elektrod z układem stykały się równomiernie ze skórą głowy myszy na zakrzywionym brzegu.
Sprawdź, czy impedancje mieszczą się w odpowiednim zakresie, od 100 kiloomów do dwóch megaomów. Zmień położenie elektrody, gdy jakakolwiek wartość impedancji wykracza poza zakres. Następnie umieść fotostymulator w odległości 20 centymetrów od oczu myszy.
Ustaw parametry urządzeń eksperymentalnych tak, aby częstotliwość próbkowania wynosiła 500 Hz, filtrowanie wycinające wynosiło 60 Hz, interwał między bodźcami wynosił 10 sekund, czas trwania błysku wynosił 10 milisekund, a liczba bodźców błyskowych wynosiła 100 prób na badany. Na koniec, przed rozpoczęciem zapisów EEG, dostosuj mysz przez 10 minut do ciemnej klatki, aby uzyskać ciemną adaptację wizualną. Średnie wizualne reakcje wywołanego potencjału wskazują na minimalne fluktuacje sygnału po stymulacji, trwające mniej niż 300 milisekund.
Sygnał stabilizuje się stabilnie w czasie w okresie po stymulacji. Co więcej, 14 kanałów można podzielić na kilka grup w oparciu o odpowiedzi VEP, ujawniając podobne morfologie i wzorce. Po opanowaniu tej techniki można ją ukończyć w ciągu godziny, jeśli zostanie wykonana prawidłowo.
Podczas wykonywania tej procedury należy pamiętać o sprawdzeniu stanu znieczulenia zwierzęcia. Łącząc tę procedurę z innymi metodami, takimi jak stymulacja mózgu lub powierzchniowe zapisy elektrofizjologiczne, można wykonać w celu uzyskania odpowiedzi na dodatkowe pytania, takie jak optymalizacja parametrów stymulacji mózgu lub lokalizacja źródła. Po jej opracowaniu technika ta utorowała drogę naukowcom zajmującym się obszarami badań translacyjnych do łączenia badań podstawowych z badaniami ludzkiego mózgu z porównywalnymi, wiarygodnymi i skutecznymi badaniami bez inwazyjnego przygotowania chirurgicznego.
Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak mierzyć wizualne potencjały wywołane na skórze głowy myszy za pomocą nowej elektrody, która ma zalety elastyczności, stanu suchego, możliwości wielokanałowych, nieinwazyjności i możliwości ponownego użycia.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Niniejsze badanie przedstawia suchy, 16-kanałowy czujnik EEG zaprojektowany do nieinwazyjnego, elastycznego pozyskiwania sygnałów z czaszki myszy. Skupia się ono na pomiarze potencjałów wywołanych wzrokiem (VEP) w badaniach przedklinicznych, usprawniając nieinwazyjną technologię EEG w celu lepszego zrozumienia aktywności mózgu zwierząt.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neuronauka
- Elektrofizjologia
- Badania przedkliniczne
Wstęp
- Nieinwazyjne metody w badaniach EEG wypełniają lukę między badaniami na ludziach a badaniami na zwierzętach.
- Obecne techniki charakteryzują się brakiem elastyczności i często wymagają procedur inwazyjnych.
- Zrozumienie VEP może dostarczyć informacji na temat funkcjonalności mózgu oraz dobrostanu zwierząt.
Cel badania
- Opracowanie nowego czujnika EEG umożliwiającego wydajne pomiary VEP u myszy.
- Wykazanie zalet nieinwazyjnego monitorowania EEG w badaniach translacyjnych.
- Ustanowienie niezawodnej metody akwizycji sygnału bez konieczności przygotowania chirurgicznego.
Zastosowane metody
- Wielokanałowy czujnik EEG do nieinwazyjnego pozyskiwania sygnałów z przeskalpowanej skóry myszy.
- Model myszy wykorzystany wraz ze szczególnymi preparatami do znieczulenia i oczyszczania skóry głowy.
- Szczegółowe kroki montażu konstrukcji elektrod EEG.
- Konfiguracja parametrów stymulacji oraz adaptacja wzrokowa przed rejestracją EEG.
- Monitorowanie impedancji w celu zapewnienia optymalnego kontaktu elektrod.
Główne wyniki
- Uzyskano stabilne zapisy VEP z minimalnymi fluktuacjami sygnału.
- Reakcje podzielono na grupy na podstawie podobnej morfologii ujawnionej przez 14 kanałów.
- Wykazano szybkie wykonanie procedury oraz jej skuteczność w badaniach nad stymulacją mózgu.
Wnioski
- Niniejsze badanie podkreśla znaczenie nieinwazyjnej techniki pomiaru VEP, torując drogę dla translacyjnych badań z zakresu neuronauki.
- Niezawodne zapisy EEG mogą zwiększyć zrozumienie mechanizmów neuronalnych w modelach przedklinicznych.
- Opisane podejście można zintegrować z innymi metodami w celu przeprowadzenia zaawansowanych badań nad przesyłaniem sygnałów neuronalnych i zachowaniem.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Nieinwazyjne metody EEG w modelach przedklinicznych niwelują lukę translacyjną między neurofizjologią zwierząt i ludzi, umożliwiając powtarzalne i skalowalne odczyty neuronalne bez konieczności interwencji chirurgicznej. Ten suchy czujnik wielokanałowy wspiera ograniczanie ryzyka mechanistycznego w walidacji celów poprzez dostarczanie ilościowych, rozdzielczych w czasie biomarkerów funkcji dróg sensorycznych. Jego możliwość ponownego użycia oraz kompatybilność z projektami badań podłużnych zwiększają efektywność portfolio w wczesnych etapach odkrywania leków ukierunkowanych na terapeutyki OUN.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne odkrywanie i walidacja celu
- Wartość naukowa: Umożliwia badanie integralności szlaku wzrokowego oraz reaktywności kory jako funkcjonalnego biomarkera zaangażowania celu w przypadku kandydatów na leki oddziałujące na OUN.
- Wartość operacyjna: Zapewnia powtarzalne, nieterminalne pomiary, które wspierają badania zależności dawka-odpowiedź oraz badania przebiegu czasowego w tej samej kohorcie zwierząt.
Przesiewy i opracowywanie testów
- Wartość naukowa: Generuje mierzalne odczyty amplitudy i latencji VEP, odpowiednie do wysokoprzepustowych badań przesiewowych związków wpływających na przekaźnictwo neuronalne.
- Wartość operacyjna: Standaryzowane rozmieszczenie elektrod oraz monitorowanie impedancji zapewniają powtarzalność analizy pomiędzy różnymi laboratoriami i punktami czasowymi.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Wartość naukowa: Umożliwia bezpośrednie porównanie profili odpowiedzi neuronalnych między modelami gryzoni a klinicznymi danymi EEG u ludzi, zwiększając wiarygodność predykcyjną.
- Wartość operacyjna: Wspiera podłużne monitorowanie progresji choroby lub efektu terapeutycznego w przewlekłych badaniach przedklinicznych.
Integracja potoku i przepływu pracy
Metoda ta wpisuje się w kontinuum procesu odkrywania leków – od testowania hipotezy dotyczącej celu terapeutycznego po optymalizację wiodących związków, gdzie funkcjonalne biomarkery neuronalne stanowią podstawę do decyzji o kontynuacji lub przerwaniu prac przed poniesieniem znacznych nakładów inwestycyjnych.
- Biologia odkrywcza: Umożliwia redukcję ryzyka mechanistycznego poprzez walidację efektów modulacji celu na aktywność neuronalną wywołaną bodźcami sensorycznymi w nienaruszonych obwodach.
- Przesiewanie: Dostarcza odczyty elektrofizjologiczne, które mogą być łączone z testami behawioralnymi lub molekularnymi w celu zintegrowanego przesiewania fenotypowego.
- Analityka: Zapewnia zsynchronizowane czasowo, wielokanałowe dane VEP, umożliwiające analizę spektralną i morfologiczną odpowiedzi sieci neuronalnych.
- Badania translacyjne: Jest zgodne z klinicznymi punktami końcowymi EEG, co usprawnia ekstrapolację oddziaływania na cel oraz efektów farmakodynamicznych między gatunkami.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Możliwość ponownego użycia sensora oraz jego stabilna wydajność wspierają standaryzację jako wspólnego zasobu platformowego dla zespołów badawczych.
Wpływ operacyjny i organizacyjny
- Wartość naukowa: Redukuje niejednoznaczność mechanistyczną w walidacji celu poprzez powiązanie interwencji molekularnej z mierzalnymi zmianami w funkcjonowaniu obwodów neuronalnych.
- Wartość operacyjna: Eliminuje konieczność przeprowadzania operacji przeżywalnych oraz zmienność pooperacyjną, zwiększając przepustowość i zgodność z normami dobrostanu zwierząt.
- Wartość strategiczna: Poprawia efektywność kapitałową, umożliwiając wczesne wykrywanie nieefektywnych kandydatów leków na OUN dzięki obiektywnym biomarkerom neuronalnym.
- Wpływ na portfolio: Wspiera dostosowany do ryzyka postęp prac, dostarczając danych funkcjonalnych uzupełniających badania wiązania z celem oraz testy fenotypowe.
Uwagi dotyczące wdrożenia
- Wymaga wiedzy z zakresu elektrofizjologii, obsługi zwierząt oraz przetwarzania sygnałów w celu dokładnej akwizycji i interpretacji VEP.
- Zależność od stabilnych kontaktów elektrycznych i środowisk o niskim poziomie szumów; jakość sygnału może różnić się w zależności od ruchów zwierzęcia lub degradacji elektrod.
- Konieczna jest standaryzacja parametrów stymulacji, głębokości anestezji oraz przygotowania skóry głowy we wszystkich ośrodkach w celu zapewnienia porównywalności między badaniami.
- Adaptacja do zwierząt swobodnie poruszających się pozostaje ograniczona zgodnie z materiałem źródłowym, co ogranicza zastosowanie w paradygmatach behawioralnej elektrofizjologii.
- Ograniczenia praktyczne obejmują wymogi monitorowania impedancji oraz konieczność adaptacji do ciemności przed każdą sesją rejestracyjną.
