Name: Mapowanie mózgu za pomocą matrycy elektrod grafenowych (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-10-20T14:45:00.000+00:00
Duration: 10 min 32 s
Description: Odkryj metodę mapowania mózgu za pomocą matrycy elektrod grafenowych u szczurów SD. Ta technika umożliwia rejestrację potencjałów wywołanych czuciowych z wysoką rozdzielczością przestrzenną i czasową przy minimalnej inwazyjności.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Ta praca była wspierana przez Incheon National University (Międzynarodowa Spółdzielnia) dla Sunggu Yanga.

Wszystkie procedury postępowania ze zwierzętami zostały zatwierdzone przez Instytucjonalny Komitet ds. Opieki i Użytkowania Zwierząt Narodowego Uniwersytetu Incheon (INU-ANIM-2017-08).
1. Przygotowanie zwierząt do operacji
UWAGA: W tym eksperymencie użyj Szczura Sprague Dawley (8-10 tygodni) bez uprzedzeń związanych z płcią.
<ol>
	<li>Znieczulić szczura 90 mg/kg ketaminy i 10 mg/kg koktajlu ksylazyny dootrzewnowo. Aby utrzymać pożądaną głębokość znieczulenia przez cały czas trwania operacji, należy podać dodatkowy koktajl ketaminy 45 mg/kg i 5 mg/kg ksylazyny, gdy szczur wykazuje oznaki przebudzenia.</li>
	<li>Upewnij się, że szczur jest pod głęboką narkozą i regularnie sprawdzaj odbicia ciała, takie jak szczypanie palców u stóp, szczypanie ogona i odruch rogówki.</li>
	<li>Ogol sierść między oczami i tylną częścią uszu za pomocą trymera.</li>
	<li>Nałóż maść okulistyczną na oczy, aby zapobiec ich wysuszeniu.</li>
</ol>
2. Chirurgia odsłonięcia powierzchni kory mózgowej
<ol>
	<li>Przymocuj głowę szczura do aparatu stereotaktycznego za pomocą adaptera stereotaktycznego. Aby utrzymać temperaturę ciała 37 °C podczas operacji, umieść szczura na poduszce grzewczej o kontrolowanej temperaturze.</li>
	<li>Wysterylizuj ogolony obszar naprzemiennie peelingami z alkoholem i jodowidonem trzy razy.</li>
	<li>Użyj kleszczy, aby mocno chwycić skórę głowy i wstrzyknij 0,1 ml lidokainy (2%) za pomocą strzykawki bezpośrednio w skórę głowy, aby wywołać znieczulenie miejscowe w obszarze operacyjnym.</li>
	<li>Wykonaj skalpelem nacięcie w linii środkowej o długości 2-3 cm i rozsuń skórę głowy, aby odsłonić czaszkę.</li>
	<li>Zaciśnij skórę głowy kleszczami do komarów, aby odsłonić czaszkę.</li>
	<li>Podrap powierzchnię czaszki kleszczami, aby usunąć okostną.</li>
	<li>Tępo wypreparuj mięśnie nad czaszką potyliczną, aby odsłonić cisterna magna powyżej osi na szczycie rdzenia kręgowego.</li>
	<li>Naciąć cisterna magna ostrzem, aby odsączyć płyn mózgowo-rdzeniowy i umieścić sterylną gazę w nacięciu cisterna magna, aby stale wchłaniać płyn mózgowo-rdzeniowy, aby zapobiec obrzękowi mózgu i zminimalizować stan zapalny.</li>
	<li>Za pomocą ołówka zaznacz na czaszce prostokątne okienko o wymiarach 3 mm w osi przednio-tylnej i 6 mm w prawym kierunku bocznym od bregmy prawej półkuli. 
	UWAGA: Oznakowanie musi zachowywać odległość 1 mm od linii środkowej, aby uniknąć pęknięcia zatoki strzałkowej.</li>
	<li>Wywierć zaznaczony obszar zgodnie ze współrzędną stereotaktyczną i usuń czaszkę za pomocą kostnego rongeura.</li>
	<li>Aby usunąć oponę twardą, zegnij końcówkę igły 26 G pod kątem 90°, utwórz otwór w oponie twardej, podnieś oponę twardą, włóż kleszcze do tego otworu i rozerwij ją kleszczami.</li>
	<li>Umieść gazę nasączoną solą fizjologiczną na korze somatosensorycznej, aby zapobiec jej wysychaniu.</li>
</ol>
3. Przygotowanie zestawu elektrod grafenowych podłączonego do systemu rejestrującego
<ol>
	<li>Przygotuj matrycę elektrod grafenowych ze złączem omnetycznym.
	<ol>
		<li>Odłącz matrycę wieloelektrodową grafenu bez powodowania uszkodzeń poprzez nałożenie roztworu soli fizjologicznej.</li>
		<li>Zdejmij zewnętrzną osłonę przewodu odniesienia i uziemiającego ze złącza.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Podłącz stopień głowicy z układem elektrod grafenowych do złącza.</li>
	<li>Podłącz interfejsu podłączony do stopnia głównego do systemu nagrywania.</li>
	<li>Zamocuj kompleks matrycy elektrod grafenowych w ramieniu stereotaktycznym.</li>
	<li>Aby przechwycić sygnały neuronowe ze wszystkich kanałów, umieść matrycę na korze somatosensorycznej bez zginania, zgodnie z wcześniej ustalonymi współrzędnymi stereotaktycznymi.</li>
	<li>Umieść przewód odniesienia pod tkanką za kością potyliczną i podłącz przewód uziemiający do uziemionego stołu optycznego.</li>
</ol>
4. Stymulacja fizyczna i nagrywanie SEPów do mapowania
<ol>
	<li>Otwórz oprogramowanie do nagrywania sygnałów neuronowych.</li>
	<li>Ustaw środowisko oprogramowania do nagrywania: (1) ustaw częstotliwość próbkowania dla SEP i filtr wycinający (60 lub 50 Hz, częstotliwość domowej energii elektrycznej), aby usunąć szumy z linii energetycznej.</li>
	<li>Aby odwzorować wąsy, zegnij wąsy cienkim patyczkiem.</li>
	<li>Stale szturchaj przednią łapę, przednią kończynę, tylną łapę, tylną kończynę i tułów drewnianym patyczkiem do mapowania ciała.</li>
	<li>Rejestruj sygnały neuronowe w systemie akwizycji danych przez wskazany czas.</li>
</ol>
5. Eutanazja zwierząt
<ol>
	<li>Po wszystkich procedurach rejestracyjnych należy złożyć szczury w ofierze ze znieczuleniem przy użyciu >5% izofluranu i przeprowadzić sekcję szyjki macicy.</li>
</ol>
6. Pomiar SEP do mapowania kory mózgowej
<ol>
	<li>Otwórz program MATLAB o nazwie kodowej read_Intan_RHS2000_file.m do analizy sygnału. 
	UWAGA: read_Intan_RHS2000_file.m można pobrać ze strony "https://intantech.com/downloads.html?tabSelect=Software".</li>
	<li>Kliknij przycisk Uruchom, wybierz plik nagrania z rozszerzeniem ".rhs" i poczekaj, aż plik zostanie przetworzony i odczytany.</li>
	<li>Wprowadź polecenie "wykres (t, amplifier_data("numer kanału",:))", aby utworzyć wykres liniowy 2D danych nagrania, znaleźć SEP i obliczyć amplitudę SEP we wszystkich kanałach. 
	UWAGA: Wprowadź numer kanału w polu "numer kanału". Na przykład "plot(t, amplifier_data(1,:))" tworzy wykres liniowy 2D kanału 1. Ponadto, gdy eksperymentator oblicza amplitudę odpowiedzi, wybierz odpowiedź nagraną z każdego kanału.</li>
	<li>Uzyskaj dane, kolorując siatkę innym odcieniem w zależności od amplitudy SEPs. 
	UWAGA: Polecenie "imagesc" w programie MATLAB pomaga w szybszym uzyskaniu mapy topograficznej.</li>
</ol>

<ol><li>Leergaard, T. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rat+somatosensory+cerebropontocerebellar+pathways%3A+spatial+relationships+of+the+somatotopic+map+of+the+primary+somatosensory+cortex+are+preserved+in+a+three-dimensional+clustered+pontine+map%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Comparative+Neurology%22%5BJournal%5D)">Rat somatosensory cerebropontocerebellar pathways: spatial relationships of the somatotopic map of the primary somatosensory cortex are preserved in a three-dimensional clustered pontine map.</a> Journal of Comparative Neurology. 422 (2), 246-266 (2000).</li>
<li>Craner, S. L., Ray, R. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Somatosensory+cortex+of+the+neonatal+pig%3A+I.+Topographic+organization+of+the+primary+somatosensory+cortex+%28SI%29%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Comparative+Neurology%22%5BJournal%5D)">Somatosensory cortex of the neonatal pig: I. Topographic organization of the primary somatosensory cortex (SI).</a> Journal of Comparative Neurology. 306 (1), 24-38 (1991).</li>
<li>Benison, A. M., Rector, D. M., Barth, D. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hemispheric+mapping+of+secondary+somatosensory+cortex+in+the+rat%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Hemispheric mapping of secondary somatosensory cortex in the rat.</a> Journal of Neurophysiology. 97 (1), 200-207 (2007).</li>
<li>Lee, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Graphene-electrode+array+for+brain+map+remodeling+of+the+cortical+surface%5BTitle%5D)+AND+%22NPG+Asia+Materials%22%5BJournal%5D)">Graphene-electrode array for brain map remodeling of the cortical surface.</a> NPG Asia Materials. 13 (1), (2021).</li>
<li>Yang, S. C., Weiner, B. D., Zhang, L. S., Cho, S. J., Bao, S. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Homeostatic+plasticity+drives+tinnitus+perception+in+an+animal+model%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences+of+the+United+States+of+America%22%5BJournal%5D)">Homeostatic plasticity drives tinnitus perception in an animal model.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 108 (36), 14974-14979 (2011).</li>
<li>Yang, S., Zhang, L. S., Gibboni, R., Weiner, B., Bao, S. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Impaired+development+and+competitive+refinement+of+the+cortical+frequency+map+in+tumor+necrosis+factor-alpha-deficient+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Cerebral+Cortex%22%5BJournal%5D)">Impaired development and competitive refinement of the cortical frequency map in tumor necrosis factor-alpha-deficient mice.</a> Cerebral Cortex. 24 (7), 1956-1965 (2014).</li>
<li>Miyakawa, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tinnitus+correlates+with+downregulation+of+cortical+glutamate+decarboxylase+65+expression+but+not+auditory+cortical+map+reorganization%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Tinnitus correlates with downregulation of cortical glutamate decarboxylase 65 expression but not auditory cortical map reorganization.</a> Journal of Neuroscience. 39 (50), 9989-10001 (2019).</li>
<li>Yang, S., Su, W., Bao, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Long-term%2C+but+not+transient%2C+threshold+shifts+alter+the+morphology+and+increase+the+excitability+of+cortical+pyramidal+neurons%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Long-term, but not transient, threshold shifts alter the morphology and increase the excitability of cortical pyramidal neurons.</a> Journal of Neurophysiology. 108 (6), 1567-1574 (2012).</li>
<li>Beniczky, S., Schomer, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electroencephalography%3A+basic+biophysical+and+technological+aspects+important+for+clinical+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Epileptic+Disorders%22%5BJournal%5D)">Electroencephalography: basic biophysical and technological aspects important for clinical applications.</a> Epileptic Disorders. 22 (6), 697-715 (2020).</li>
<li>Kim, S. G., Richter, W., Uğurbil, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Limitations+of+temporal+resolution+in+functional+MRI%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+Resonance+Medicine%22%5BJournal%5D)">Limitations of temporal resolution in functional MRI.</a> Magnetic Resonance Medicine. 37 (4), 631-636 (1997).</li>
<li>Cho, Z. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+fusion+PET-MRI+system+with+a+high-resolution+research+tomograph-PET+and+ultra-high+field+7.0+T-MRI+for+the+molecular-genetic+imaging+of+the+brain%5BTitle%5D)+AND+%22Proteomics%22%5BJournal%5D)">A fusion PET-MRI system with a high-resolution research tomograph-PET and ultra-high field 7.0 T-MRI for the molecular-genetic imaging of the brain.</a> Proteomics. 8 (6), 1302-1323 (2008).</li>
<li>Viventi, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Flexible%2C+foldable%2C+actively+multiplexed%2C+high-density+electrode+array+for+mapping+brain+activity+in+vivo%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Flexible, foldable, actively multiplexed, high-density electrode array for mapping brain activity in vivo.</a> Nature Neuroscience. 14 (12), 1599-1605 (2011).</li>
<li>Masvidal-Codina, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-resolution+mapping+of+infraslow+cortical+brain+activity+enabled+by+graphene+microtransistors%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Materials%22%5BJournal%5D)">High-resolution mapping of infraslow cortical brain activity enabled by graphene microtransistors.</a> Nature Materials. 18 (3), 280-288 (2019).</li>
<li>Blaschke, B. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mapping+brain+activity+with+flexible+graphene+micro-transistors%5BTitle%5D)+AND+%222D+Materials%22%5BJournal%5D)">Mapping brain activity with flexible graphene micro-transistors.</a> 2D Materials. 4 (2), 025040(2017).</li>
<li>Park, S. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Epidural+electrotherapy+for+epilepsy%5BTitle%5D)+AND+%22Small%22%5BJournal%5D)">Epidural electrotherapy for epilepsy.</a> Small. 14 (30), 1801732(2018).</li>
<li>Lim, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hybrid+graphene+electrode+for+the+diagnosis+and+treatment+of+epilepsy+in+free-moving+animal+models%5BTitle%5D)+AND+%22NPG+Asia+Materials%22%5BJournal%5D)">Hybrid graphene electrode for the diagnosis and treatment of epilepsy in free-moving animal models.</a> NPG Asia Materials. 15 (1), 7(2023).</li>
<li>Hermanns, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Molecular+mechanisms+of+action+of+systemic+lidocaine+in+acute+and+chronic+pain%3A+a+narrative+review%5BTitle%5D)+AND+%22British+Journal+of+Anaesthesia%22%5BJournal%5D)">Molecular mechanisms of action of systemic lidocaine in acute and chronic pain: a narrative review.</a> British Journal of Anaesthesia. 123 (3), 335-349 (2019).</li>
<li>Tchoe, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Human+brain+mapping+with+multithousand-channel+PtNRGrids+resolves+spatiotemporal+dynamics%5BTitle%5D)+AND+%22Science+Translational+Medicine%22%5BJournal%5D)">Human brain mapping with multithousand-channel PtNRGrids resolves spatiotemporal dynamics.</a> Science Translational Medicine. 14 (628), (2022).</li>
<li>Wilent, W. B., Contreras, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamics+of+excitation+and+inhibition+underlying+stimulus+selectivity+in+rat+somatosensory+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Dynamics of excitation and inhibition underlying stimulus selectivity in rat somatosensory cortex.</a> Nature Neuroscience. 8 (10), 1364-1370 (2005).</li>
<li>Insanally, M. N., Köver, H., Kim, H., Bao, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Feature-dependent+sensitive+periods+in+the+development+of+complex+sound+representation%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Feature-dependent sensitive periods in the development of complex sound representation.</a> Journal of Neuroscience. 29 (17), 5456-5462 (2009).</li>
</ol>

Nie mamy nic do ujawnienia.

Przedstawiony protokół zapewnia dogłębny proces krok po kroku, który wyjaśnia, w jaki sposób uzyskać dostęp i zmapować reakcje somatosensoryczne szczurów za pomocą układu elektrod grafenowych. Dane pozyskane przez protokół to SEP, które dostarczają informacji somatosensorycznych, które są synaptycznie połączone z każdą częścią ciała.
Należy wziąć pod uwagę kilka aspektów tego protokołu. Podczas ekstrakcji płynu mózgowo-rdzeniowego w celu zapobiegania obrzękowi mózgu i łagodzenia stanu zapalneg...

Mapa korowa to zestaw lokalnych łatek reprezentujących właściwości odpowiedzi na bodźce sensomotoryczne w korze mózgowej. Są przestrzenną formacją sieci neuronowych i umożliwiają przewidywanie percepcji i poznania. Dlatego mapy korowe są przydatne w ocenie reakcji neuronalnych na bodźce zewnętrzne i przetwarzaniu informacji sensomotorycznych1,2,3,4. Do mapowania kory mózgowej dostępne są metody inwazyjne i nieinwazyjne. Jedna z najczęstszych metod inwazyjnych polega na użyciu elektrod wewnątrzkorowych (lub penetrujących) do mapowania5,6,7,8.
Ocena map korowych o wysokiej rozdzielczości na żądanie za pomocą elektrod penetrujących napotkała kilka przeszkód. Metoda jest zbyt pracochłonna, aby uzyskać porządną mapę i zbyt inwazyjna, aby wdrożyć ją do użytku klinicznego, co uniemożliwia dalszy rozwój. Nowsze technologie, takie jak elektroencefalografia (EEG), pozytonowa tomografia emisyjna (PET), magnetoencefalografia (MEG) i funkcjonalne obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego (fMRI) zyskały na popularności, ponieważ są mniej inwazyjne i powtarzalne. Jednak ze względu na ich zaporowe koszty i słabą rozdzielczość, są one używane w ograniczonej liczbie przypadków9,10,11. Ostatnio dużym zainteresowaniem cieszą się elastyczne elektrody powierzchniowe o doskonałej niezawodności sygnału. Elektrody powierzchniowe na bazie grafenu wykazują długoterminową biokompatybilność i elastyczność mechaniczną, zapewniając stabilne zapisy w zawiłym mózgu12,13,14,15,16. Nasza grupa opracowała niedawno wielokanałową matrycę na bazie grafenu do nagrywania w wysokiej rozdzielczości i neurostymulacji specyficznej dla miejsca na powierzchni kory mózgowej. Technologia ta pozwala nam śledzić korowe reprezentacje informacji sensorycznych przez dłuższy czas.
Ten artykuł opisuje kroki związane z uzyskaniem mapy mózgu kory somatosensorycznej za pomocą 30-kanałowego grafenu wieloelektrodowego. Aby zmierzyć aktywność mózgu, matrycę elektrod grafenowych umieszcza się w podtwardówkowym obszarze kory, podczas gdy przednią łapę, kończynę przednią, tylną łapę, kończynę tylną, tułów i wąsy stymuluje się drewnianym patyczkiem. Potencjały somatosensoryczne (SEP) są rejestrowane dla obszarów somatosensorycznych. Protokół ten można również zastosować do innych obszarów mózgu, takich jak kora słuchowa, wzrokowa i ruchowa.

<table><tbody><tr><td>Strzykawka 1 ml</td><td>KOREAVACCINE CORPORATION</td><td></td><td>wstrzykiwanie leku do znieczulenia&nbsp;</td></tr><tr><td>Strzykawka 3 ml</td><td>KOREAVACCINE CORPORATION</td><td></td><td>iniekcja leku do znieczulenia&nbsp;</td></tr><tr><td>Bone rongeur</td><td>Fine Science Tools</td><td>16220-14</td><td>usuń łącznik czaszki</td></tr><tr><td></td><td>Gbrain</td><td></td><td>Podłącz elektrodę grafenową do</td></tr><tr><td>wiertarki</td> headstage <td>narzędzie</td><td></td> FALCON <td>szlifuj wiertła do czaszki</td></tr><tr><td></td><td>Implant</td><td></td> Osstem <td>szlifuje czaszkę</td></tr><tr><td>Kleszcze do tęczówki Graefe lekko zakrzywione ząbkowane</td><td>vubu</td><td>vudu-02-73010</td><td>usuń tkankę z czaszki lub uchwytu wycieraczki</td></tr><tr><td>grafenowy wieloelektrodowy</td><td>układ Gbrain</td><td></td><td>rejestruje sygnały z neuronu</td></tr><tr><td>izofluran</td><td>Hana Pharm Corporation</td><td></td><td>poświęca temat</td></tr><tr><td>ketamina</td><td>yuhan corporation</td><td></td><td>używana do znieczulenia</td></tr><tr><td>lidokaina (2%)</td><td>Daihan pharmaceutical&nbsp;</td><td></td><td>znieczulenie miejscowe</td></tr><tr><td>Matlab R2021b</td><td>Mathworks</td><td></td><td>Oprogramowanie do analizy danych</td></tr><tr><td>hemostatyki komarów</td><td>Fine Science Tools</td><td>91309-12</td><td>mocuj maść do skóry głowy</td></tr><tr><td></td><td>Alcon</td><td></td><td>zapobiegaj wysuszaniu oka&nbsp;</td></tr><tr><td>povidone</td><td>Green Pharmaceutical corporation</td><td></td><td>dezynfekuje obszar nacięcia</td></tr><tr><td>RHS 32ch Stim/Record headstage</td><td>intan technologies</td><td>M4032</td><td>podłącz złącze do interfejsu i zawiera intan RHS stim / amplifier chip</td></tr><tr><td>RHS 6-ft (1.8m) Stim SPI</td> interface cable <td>intan technologies</td><td>M3206</td><td>podłącz elektrodę grafenową do sterownika headstage</td></tr><tr><td>RHS Stim/Recording</td><td>intan technologies</td><td></td><td>Oprogramowanie do akwizycji danych</td></tr><tr><td>Kontroler stymulacji / nagrywania</td><td>RHS intan technologies</td><td>M4200</td><td></td></tr><tr><td>sól fizjologiczna</td><td>JW Skalpel farmaceutyczny</td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td>Hammacher</td><td>HSB 805-03</td><td></td></tr><tr><td>stereotaktyczny instrument</td><td>stoelting</td><td></td><td>mocuje przedmiot</td></tr><tr><td>sterylna igła</td> <td>podskórnaKOREAVACCINE CORPORATION</td><td></td><td>usuń oponę twardą</td></tr><tr><td>Steven Iris Tissue Kleszcze</td><td>KASCO</td><td>50-2026</td><td>usuń oponę twardą</td></tr> ostrze <tr><td>chirurgiczne nr 11</td><td>FEATHER</td><td></td><td>naciąć skórę głowy</td></tr><tr><td>chirurgiczne sicssors</td><td>Fine Science Tools</td><td>14090-09</td><td>naciąć skórę głowy i usunąć stymulację wąsów drewnianego patyczka</td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr> opony twardej<tr><td>ksylazyna</td><td>Bayer Korea</td><td></td><td>stosowana do znieczulenia</td></tr></tbody></table>

mapowanie mózgu za pomocą matrycy elektrod grafenowych

Brain Mapping Using a Graphene Electrode Array

Mapy korowe reprezentują przestrzenną organizację zależnych od lokalizacji reakcji neuronalnych na bodźce sensomotoryczne w korze mózgowej, umożliwiając przewidywanie fizjologicznie istotnych zachowań. Do uzyskania map korowych zastosowano różne metody, takie jak elektrody penetrujące, elektroencefalografia, pozytonowa tomografia emisyjna, magnetoencefalografia i funkcjonalne obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego. Jednak metody te są ograniczone przez słabą rozdzielczość czasowo-przestrzenną, niski stosunek sygnału do szumu (SNR), wysokie koszty i brak biokompatybilności lub powodują fizyczne uszkodzenie mózgu. W badaniu tym zaproponowano metodę mapowania somatosensorycznego opartą na matrycy grafenowej jako cechę elektrokortykografii, która oferuje doskonałą biokompatybilność, wysoką rozdzielczość czasowo-przestrzenną, pożądany SNR i zminimalizowane uszkodzenia tkanek, pokonując wady poprzednich metod. Badanie to wykazało wykonalność matrycy elektrod grafenowych do mapowania somatosensorycznego u szczurów. Przedstawiony protokół może być stosowany nie tylko do kory somatosensorycznej, ale także do innych kory, takich jak kora słuchowa, wzrokowa i ruchowa, zapewniając zaawansowaną technologię do wdrożenia klinicznego.

Niniejszy protokół opisuje sposób montażu wielokanałowej macierzy grafenowej na powierzchni mózgu. Mapa somatosensoryczna została stworzona poprzez rejestrację odpowiedzi neuronalnych na bodźce fizyczne i obliczenie amplitudy tej odpowiedzi. Rysunek 1 przedstawia schemat tego eksperymentu.
Rysunek 2A przedstawia charakterystykę strukturalną macierzy elektrod grafenowych. Pomiędzy elektrodami w podłożu znajdują się otwory przelotowe. O...

Prezentujemy procedurę mapowania mózgu opartą na tablicy grafenowej, aby zmniejszyć inwazyjność i poprawić rozdzielczość czasoprzestrzenną. Elektrody powierzchniowe oparte na matrycy grafenowej wykazują długoterminową biokompatybilność, elastyczność mechaniczną i przydatność do mapowania mózgu w splątanym mózgu. Protokół ten pozwala na konstruowanie wielu form map sensorycznych jednocześnie i sekwencyjnie.

Mapowanie mózgu za pomocą matrycy elektrod grafenowych

Cortical maps represent the spatial organization of location-dependent neural responses to sensorimotor stimuli in the cerebral cortex, enabling the ...

Mapa kory mózgowej to zestaw lokalnych plam reprezentujących właściwości odpowiedzi na czuciowe bodźce motoryczne w korze mózgowej. Może odkryć przestrzenne formowanie się sieci neuronowych, które mogą oferować przewidywanie dla percepcji i poznania. W związku z tym mapy korowe są wykorzystywane do badania reakcji neuronalnych na bodźce zewnętrzne i przetwarzania informacji sensoryczno-motorycznych Tworzenie map korowych to metody inwazyjne i nieinwazyjne.Korzystanie z elektrod wewnątrzkorowych jest jedną z najczęstszych metod inwazyjnych stosowanych do mapowania kory mózgowej. Ponieważ może uszkodzić mózg w celu uzyskania wysokiej rozdzielczości, uniemożliwia wykonanie dalszych pomiarów. Alternatywne narzędzia do mapowania mózgu, takie jak EEG, PET, MEG, fMRI, to nieinwazyjne metody, które pozwalają na mapowanie całego mózgu i wielokrotne pobieranie próbek.Jednak kilka wad to niska przestrzenna rozdzielczość czasowa, opóźnienie czasowe, błędy spowodowane nieokreślonymi danymi wejściowymi modulacji i zaporowe koszty. Techniki optyczne, takie jak obrazowanie wapnia i optogenetyczny fMRI, zapewniają mapowanie mózgu na dużą skalę, ale nie są korzystne klinicznie ze względu na toksyczność wskaźnikową i niską rozdzielczość przestrzenną. Układ elektrod grafenowych wykazuje długoterminową biokompatybilność i elastyczność mechaniczną, co zapewnia stabilne zapisy splątanego mózgu.Ostatnio nasza grupa opracowała matrycę elektrod grafenowych, która zapewnia wysokiej rozdzielczości zapisy sygnałów nerwowych na powierzchni kory mózgowej. Protokół ten wykorzystuje matrycę elektrod grafenowych do rejestrowania SEP z przedniej łapy, kończyny przedniej, tylnej łapy, kończyny tylnej, tułowia i wąsów szczura SD w celu stworzenia mapy korowej. Podać dootrzewnowe wstrzyknięcie ketaminy i koktajlu ksylazyny, stosując dawkę 90 miligramów na kilogram w przypadku ketaminy i 10 miligramów na kilogram w przypadku ksylazyny.Aby utrzymać pożądaną głębokość znieczulenia przez cały czas operacji, wstrzyknij 45 miligramów na kilogram ketaminy i pięć miligramów na kilogram ksylazyny, jeśli szczur wykazuje oznaki przebudzenia. Ściśnij palec u nogi, aby potwierdzić głębokość znieczulenia. Jeśli szczur drży, poczekaj dodatkowe minuty, aż nie wykaże żadnej odpowiedzi.Ogol futro na głowie szczura od przestrzeni między oczami do tylnej części uszu za pomocą trymera. Następnie nałóż maść okulistyczną na oczy. Za pomocą pasków słuchowych i adapterów stereotaktycznych przymocuj głowę szczura do aparatu stereotaktycznego.Upewnij się, że głowa szczura jest prawidłowo zamocowana. Wysterylizuj ogolony obszar bawełnianą zamianą nasączoną powidonem. Wyszoruj ogolone miejsce alkoholem.Powtórz proces sterylizacji trzy razy. Następnie wstrzyknij 0,1 mililitra 2% lidokainy w skórę głowy, aby wywołać znieczulenie miejscowe. Tworzy dwu- lub trzycentymetrowe nacięcie w linii środkowej i bocznie rozsuwa skórę głowy, aby odsłonić czaszkę.Zaciśnij skórę głowy, aby odsłonić czaszkę za pomocą kleszczy do komarów. Zacznij od usunięcia okostnej, drapiąc powierzchnię czaszki kleszczami. W linii prostej w kierunku lambdy zlokalizuj mostek wielki, rozrywając mięsień za kością potyliczną na tylnej krawędzi.Użyj mikroskopu, aby uzyskać bliski widok cisterna magna. Delikatnie naciąć cisterna magna. Po zerwaniu cisterna magna wypływają płyny mózgowo-rdzeniowe.Opróżnij płyn mózgowo-rdzeniowy za pomocą zwiniętej sterylnej gazy, aby zanurzyć się w mózgu. Zaznacz miejsce, w którym zostanie umieszczona elektroda grafenowa na podstawie predefiniowanych współrzędnych stereotaktycznych zgodnie z położeniem bregmy. Kora somatosensoryczna znajduje się trzy milimetry w przedniej tylnej osi i sześć milimetrów w prawym kierunku bocznym od bregmy prawej półkuli czaszki.Wywierć obszar zaznaczony zgodnie ze współrzędną stereotaktyczną. Usuń czaszkę z kością rongeur. Wbij bawełniany wacik w jaskrawą igłę o średnicy 26.Zegnij igłę do 90 stopni. Aby usunąć oponę twardą, utwórz otwór za pomocą wygiętej igły. Podnieś oponę twardą do góry, włóż kleszcze do tego otworu i przystąp do cięcia opony twardej nożyczkami lub rozerwij ją kleszczami.Przymocuj sterylną gazę zwilżoną solą fizjologiczną do kory somatosensorycznej, aby zapobiec wysychaniu kory. Odłącz matrycę wieloelektrodową grafenu, nie powodując żadnych uszkodzeń, stosując roztwór soli fizjologicznej. Zdejmij zewnętrzną osłonę przewodu odniesienia i uziemiającego ze złącza.Aby skonfigurować matrycę wieloelektrodową grafenu do mapowania, połącz stopień głowicy ze złączem. Połącz matrycę elektrod grafenowych ze złączem. Podłącz interfejsu do kontrolera nagrywania.Podłącz grafenowy układ wieloelektrodowy i kompleks złączy do interfejsu. Następnie przymocuj grafenowy kompleks wieloelektrodowy do ramienia stereotaktycznego. Umieść matrycę elektrod grafenowych na korze somatosensorycznej w oparciu o predefiniowane współrzędne stereotaktyczne.Umieść drut referencyjny w tkance za kością potyliczną. Następnie podłącz przewód uziemiający do uziemionego stołu optycznego. Otwórz oprogramowanie do nagrywania i ustaw częstotliwość próbkowania na 30 kiloherców, a następnie kliknij przycisk OK.Ustaw filtr wycinający 60 Hz, aby usunąć szumy z zasilania. Zegnij wąsy cienkim patyczkiem. Rejestruj sygnały neuronowe za pomocą systemu akwizycji danych przez żądany czas.Sygnały te są sygnałami neuronalnymi uzyskiwanymi poprzez bodźce dla wąsów. Inne części ciała również stymulują w ten sam sposób do rejestrowania SEP. Otwórz plik o nazwie kodowej MATLAB read_Intan_RHS2000.Kliknij przycisk Uruchom. Wybierz plik nagrania i kliknij ten plik, a następnie poczekaj, aż plik zostanie odczytany. Wprowadź polecenie, aby utworzyć wykres liniowy 2D.Wybierz reprezentatywne sygnały szczytowe, które były w odpowiedzi na bodziec, i oblicz amplitudy SEP, mierząc wartości maksymalne i minimalne. Mapę topograficzną można uzyskać, kolorując nachylenie innym odcieniem koloru w zależności od amplitudy SEP. Układ elektrod grafenowych znajduje się po lewej stronie.Pomiędzy wszystkimi elektrodami znajdują się otwory przelotowe w podłożu. Otwory te pomagają elektrodom utrzymać silny kontakt z korą. Po prawej stronie zdjęcie przedstawia układ elektrod na korze mózgowej.Po lewej stronie stosunek każdej zależnej od lokalizacji odpowiedzi neuronalnej spowodowanej stymulacją do różnych części ciała szczura jest wyświetlany w kształcie szczura. Każda część ciała jest reprezentowana przez inny kolor. Spowoduje to skonfigurowanie mapy kory somatosensorycznej.Po prawej stronie poniższy rysunek przedstawia specyficzne dla bodźców reakcje uzyskane za pośrednictwem wielokanałowych elektrod grafenowych, które zostały umieszczone na powierzchni kory mózgowej. Każde kolorowe pole reprezentuje reakcje, jakie różne części ciała miały na 30 kanałach. Powyższy rysunek przedstawia LFP wykryte na powierzchni kory somatosensorycznej przy użyciu układów elektrod grafenowych.Kolorowy pasek pokazuje, że większa amplituda jest reprezentowana przez ciemniejszy odcień koloru, a każdy kolor reprezentuje inną część ciała. Figura wygina amplitudę w oparciu o odcienie na pasku kolorów. Ten homunkulus gryzonia został stworzony przy użyciu wyników, które właśnie zostały wyjaśnione.Im większą amplitudę miały określone części ciała, tym większe byłyby one zilustrowane na homonculusie. Poniższy rysunek przedstawia osobne dane LFP zebrane z każdej części ciała. Reprezentuje różne amplitudy LFP wykrywane na podstawie kolorowego paska.Istnieje kilka środków ostrożności dotyczących tej procedury. Podczas usuwania płynu mózgowo-rdzeniowego eksperymentator powinien uważać, aby nie dotknąć pnia mózgu ani rdzenia kręgowego. Ten krok wymaga praktyki.Wąs gryzoni jest wystarczająco rozwinięty, aby wyczuć kierunek odchylenia, intensywność bodźca i lokalizację wąsa, który został pobudzony. Dlatego w tym protokole wąsy powinny być stymulowane w stałym kierunku i intensywności. Inne części ciała również powinny być konsekwentnie stymulowane.Ograniczeniem tego protokołu jest to, że sygnały wywoływane w głębokich strukturach mózgu nie mogą być rejestrowane, ponieważ matryca elektrod grafenowych jest zamontowana na powierzchni kory mózgowej. W związku z tym eksperymentator nie może zidentyfikować, w jaki sposób sieć kolumnowa jest hierarchicznie zorganizowana w odniesieniu do odpowiedzi neuronalnych. Niemniej jednak protokół ten może być dalej stosowany, jeśli eksperymentator zmieni wiele obszarów, w których umieszczone są układy elektrod.Na przykład, jeśli eksperymentator umieści elektrodę na korze słuchowej lub wzrokowej, aby wyodrębnić informacje słuchowe i wzrokowe, może uzyskać mapy słuchowe lub wzrokowe. Protokół ten można również rozszerzyć na przewlekłą implantację matrycy wieloelektrodowej z grafenu.

brain-mapping-using-a-graphene-electrode-array

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Neuronauka

Przedstawiamy metodę pozyskiwania sygnałów elektrokortykograficznych do celów badawczych u ludzi poddawanych inwazyjnemu monitorowaniu epilepsji. Pokazujemy, jak wykorzystać platformę programową BCI2000 do zbierania danych, przetwarzania sygnałów oraz prezentacji bodźców. W szczególności prezentujemy SIGFRIED, narzędzie oparte na BCI2000 służące do funkcjonalnego mapowania mózgu w czasie rzeczywistym.

Rejestracja ludzkich sygnałów elektrokortykograficznych (ECoG) w badaniach neuronaukowych i funkcjonalnym mapowaniu kory mózgowej w czasie rzeczywistym

Ten protokół polega na użyciu układu mikroelektrod (MEA) do rejestrowania aktywności elektrycznej w wycinku mózgu wystawionym na działanie leku wywołującego drgawki. Procedura obejmuje umieszczenie wycinka mózgu w komorze rejestracyjnej MEA, zastosowanie stymulacji elektrycznej w celu wywołania sztucznych napadów i analizę uzyskanych sygnałów.

Monitorowanie aktywności elektrycznej neuronów wywołanej napadami padaczkowymi w wycinkach mózgu za pomocą układów mikroelektrod

W tym filmie badane są efekty przezczaszkowej stymulacji prądem stałym (tDCS) na wycinki mózgu zawierające przednią korę obręczy (ACC) i obszary wzgórza, używając matrycy wieloelektrodowej (MEA) do pomiaru sygnałów elektrycznych. Dostarczając impulsy elektryczne i podając leki wywołujące napady, badanie bada odpowiedź ACC na napady.

Monitorowanie kory mózgowej za pomocą układu wieloelektrodowego w odpowiedzi na czynniki wywołujące napady

Mikrourządzenie o wysokim potencjale przepustowości jest używane do demonstracji trójwymiarowej (3D) dielektroforezy (DEP) z wykorzystaniem nowych materiałów. Papier z nanopłytek grafenu i taśma dwustronna były na przemian układane w stosy; Wykonano mikrostudnię o średnicy 700 μm w kierunku poprzecznym do warstw. W mikrostudzience wykazano zachowanie DEP kulek polistyrenowych.

Opracowanie urządzenia dielektroforetycznego do elektrod grafenowych 3D

Ilustrujemy, jak przeprowadzić rejestrację i elektryczną modulację aktywności padaczkowej indukowanej przez 4-aminopirydynę w wycinkach mózgu gryzoni za pomocą układów mikroelektrod. Niestandardowa komora rejestracyjna utrzymuje żywotność tkanek podczas długotrwałych sesji eksperymentalnych. Mapowanie elektrod na żywo i wybór par stymulujących odbywa się za pomocą niestandardowego graficznego interfejsu użytkownika.

Rejestracja i modulacja aktywności padaczkowej w wycinkach mózgu gryzoni sprzężonych z układami mikroelektrod

Opracowaliśmy całokorową matrycę elektrokortykograficzną dla marmozety pospolitej, która nieprzerwanie pokrywa prawie całą boczną powierzchnię kory, od bieguna potylicznego do bieguna skroniowego i czołowego. Protokół ten opisuje przewlekłą procedurę implantacji matrycy w przestrzeni zewnątrzoponowej mózgu marmozety.

Przewlekła implantacja całej korowej matrycy elektrokortykograficznej u marmozety zwyczajnej

Opisujemy tutaj metodę wytwarzania matryc mikroelektrod Ti3C2 MXene i wykorzystywania ich do rejestracji neuronowej in vivo.

Produkcja matryc mikroelektrod Ti3C2 MXene do rejestracji neuronowej in vivo

Obecny protokół demonstruje rozwój biosensora grafenowego tranzystora polowego (EGGFET) bramkowanego elektrolitem i jego zastosowanie w wykrywaniu biomarkerów immunoglobuliny G (IgG).

Opracowanie i funkcjonalizacja grafenowego tranzystora polowego bramkowanego elektrolitem do detekcji biomarkerów

Opisujemy protokół oceny krzywych dawka-odpowiedź dla stymulacji pozaczaszkowej pod względem pomiarów pola elektrycznego mózgu i odpowiedniego biomarkera przepływu krwi w mózgu. Ponieważ protokół ten obejmuje inwazyjne umieszczenie elektrod w mózgu, potrzebne jest znieczulenie ogólne, w którym preferowane jest spontaniczne oddychanie, a nie kontrolowane oddychanie.

Umieszczenie zewnątrzczaszkowych elektrod stymulujących i pomiar przepływu krwi w mózgu i wewnątrzczaszkowych pól elektrycznych u znieczulonych myszy

Proponuje się tani system zapisu elektroencefalograficznego w połączeniu z cewką o rozmiarach milimetrowych do napędzania przezczaszkowej stymulacji magnetycznej mózgu myszy in vivo. Korzystając z konwencjonalnych elektrod śrubowych z niestandardowym, elastycznym podłożem z matrycą wieloelektrodową, można przeprowadzić zapis w wielu miejscach z mózgu myszy w odpowiedzi na przezczaszkową stymulację magnetyczną.

Niedrogi elektroencefalograficzny system zapisu w połączeniu z cewką o rozmiarach milimetrowych do przezczaszkowej stymulacji mózgu myszy in vivo

Ten protokół ma na celu stabilne umieszczanie grzbietowo-brzusznych zrośniętych asembloidów na wieloelektrodowych układach do modelowania padaczki in vitro.

Wieloelektrodowa platforma matrycowa do modelowania padaczki przy użyciu ludzkich pluripotencjalnych zespołów mózgowych pochodzących z komórek macierzystych

Odkryj metodę mapowania mózgu za pomocą matrycy elektrod grafenowych u szczurów SD. Ta technika umożliwia rejestrację potencjałów wywołanych czuciowych z wysoką rozdzielczością przestrzenną i czasową przy minimalnej inwazyjności.

Mapowanie mózgu za pomocą matrycy elektrod grafenowych

Przeglądaj więcej filmów