Opłacalny i minimalnie inwazyjny protokół do przewlekłej wielomiejscowej elektroencefalografii u swobodnie poruszających się myszy
10 października 2025
Protokół ten został opracowany, aby stworzyć niezawodny i łatwo dostępny system do rejestrowania swobodnie poruszającego się EEG gryzoni.
Protokół ten umożliwia opłacalne, minimalnie inwazyjne, wysokiej jakości nagrania EEG u myszy, umożliwiając długoterminowe monitorowanie nerwowe dla badań przedklinicznych. Główne wyzwania związane z przewlekłym rejestrowaniem EEG to niestabilność implantów i długowieczność głowicy głowy, degradacja sygnału, ogromna analiza danych oraz niedostępność kosztownych, skomercjalizowanych systemów. Na początek użyj żeńskiego gniazdka USB typu B z pięcioma pinami i lutuj go 0,003-calowym przewódem platynowym irydu.
Nie używaj czwartego pinu, ponieważ jest to pinem masowym, lecz użyj pozostałych czterech pinów do połączenia elektród. Zgnij piny o około 45 stopni i owiń przewody wokół każdego pinu dwa razy, aby zapewnić mocne połączenie, które nie odpadnie. Następnie nałóż niewielką ilość pasty topnika do żywicy lutowniczej na każdy pin, aby oczyścić powierzchnię i zapewnić skuteczne lutowanie.
Następnie przyłóż mały kawałek lutowniczego przewodu na każdy pin. Za pomocą lutownicy stopić drut lutowy, aby trwale przymocować drut platynowo-irydowy do pinów. Po potwierdzeniu głębokiego znieczulenia rozpocznij podawanie izofluranowego wentylatora tlenowego na nosie w tempie 1,5% objętości na objętość.
Teraz wstrzyknij myszy karprofen w dawce pięciu miligramów na kilogram, aby zmniejszyć stan zapalny i ból. Wstrzyknij deksametazon w dawce 0,1 miligrama na kilogram domięśniowo, aby zmniejszyć stan zapalny i obrzęk mózgu. Stosuj maść do oczu, aby zapobiec przesuszeniu oczu podczas znieczulenia.
Po usunięciu sierści oczyść stronę nacięcia na czaszce 70% etanolem, a następnie zastosować podkładki jodowe i stosować technikę szamba. Następnie użyj skalpela, aby wykonać pojedyncze wyraźne nacięcie na środku głowy. Przetnij wokół nacięcia, aby odsłonić miejsce implantacji elektrody, zapewniając, że mięśnie nie są odsłonięte.
Powierzchnię czaszki umyj roztworem chlorku sodu o stężeniu 0,9%. Osusz powierzchnię i wyszoruj czaszkę patyczkami zanurzonymi w nadtlenku wodoru. Użyj skalpela, aby usunąć pozostałą tkankę łączną z kości.
Po minucie ponownie umyj powierzchnię roztworem chlorku sodu o stężeniu 0,9% i wysusz przed wierceniem. Użyj wiertarki dentystycznej, aby szorstkić powierzchnię czaszki i zwiększyć przyczepność akrylu. Zmierz i zaznacz miejsca implantacji elektrod w pozycjach przednich/tylnych, plus dwa i minus cztery, oraz przyśrodkowe pozycje boczne, plus minus 1,5.
Wierć powierzchnię czaszki wiertarkami 1,4 milimetra i włóż cztery śruby kostne o średnicy 1,5 milimetra w wywiercone miejsca za pomocą precyzyjnych śrubokrętów. Upewnij się, że śruby dotykają tylko powierzchni i nie wchodzą do mózgu. Owiń przewody z konektora USB wokół każdej śruby dwa do czterech razy i odetnij nadmiar przewodów.
Nałóż małą kroplę superglue na górę każdej śruby i pozwól wyschnąć, aby wzmocnić połączenie. Upewnij się, że łącznik jest umieszczony na środku czaszki, nie dotykając czaszki ani elektrod. Następnie powoli buduj głowicę, używając cyjanoakrylanu, nakładając cienkie warstwy, aby zapobiec przegrzaniu kości.
Używając cementu dentystycznego, przymocuj dużą śrubę do płaskiej powierzchni złącza, aby ułatwić podłączenie kabla USB. Pozwól głowicy wyschnąć przez co najmniej dwie minuty przed wyjmowaniem myszy ze sceny stereotaksyjnej. Połóż mysz na poduszce grzewczej i obserwuj ją przez 24 godziny.
Leć mysz karprofenem w dawce pięciu miligramów na kilogram co 12 godzin przez siedem dni. Poczekaj dwa tygodnie, aby kość mogła rosnąć na styku akrylowym, zanim przystąpisz do elektroencefalografii lub zapisu EEG. Rejestruj sygnał EEG każdej myszy przez godzinę, w tym 30 minut przed leczeniem pentylenetetrazolem i 30 minut po podaniu 20 miligramów pentylenetetrazolu na kilogram.
Podłącz kabel USB do złącza myszy. Podłącz kabel USB do wzmacniacza różnicowego prądu przemiennego za pomocą klipsów aligator. Ustaw wzmocnienie na 10 000 i filtruj od 0,1 do 250 Hz.
Pobierz próbkę sygnału elektroencefalografii z częstotliwością 1 000 herców. Nagrywaj wyjścia wzmacniacza jednocześnie na komputerze i wyświetlaj sygnały w czasie rzeczywistym na oscyloskopie. Podłącz wyjścia wzmacniacza do urządzenia USB do akwizycji i kondycjonowania sygnału podłączonego do komputera.
Na koniec nagraj sygnał EEG za pomocą kodu Pythona i przefiltruj go między 0,1 a 250 herców i zwizualizuj dane. Elektrody zostały wszczepione 20 myszom tłem C57BL/6J, w tym pięciu myszom typu dzikiego o przeżywalności pooperacyjnej na poziomie 85%, utrzymywanej do sześciu miesięcy po operacji. Zapisy EEG uchwyciły zmiany elektrofizjologiczne wywołane pentylenetetrazolem, co potwierdza zwiększona liczba wydzielin międzywydzielowych u myszy po wstrzyknięciu pentylenetetrazolu.
Amplituda wyładowań międzywyrzutowych po wstrzyknięciu pentylenetetrazolu była widocznie wyższa na trzech różnych elektrodach, co pokazują reprezentatywne ślady EEG. Nasze badanie ustanowiło prosty, stabilny system EEG u swobodnie poruszających się myszy, wykazując wiarygodne, długoterminowe zapisy przy przezroczystych wyładowach seryjnych. Protokół ten rozwija neurobiologię, zapewniając dostępne długoterminowe nagrania EEG u swobodnie poruszających się gryzoni, wspierając szersze badania nad zaburzeniami mózgu i terapiami.
Przyszłe badania będą koncentrować się na udoskonalaniu projektowania elektrod, rozszerzaniu wieloregionalnych zapisów oraz integracji EEG z manipulacjami behawioralnymi, farmakologicznymi i genetycznymi.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Niniejszy protokół umożliwia kosztowo efektywne, małoinwazyjne i wysokiej jakości rejestrowanie EEG u myszy, czyniąc długoterminowy monitoring neuronalny dostępnym dla badań przedklinicznych. Rozwiązuje on główne problemy, takie jak niestabilność implantów oraz degradacja sygnału.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neuronauka
- Elektrofizjologia
- Badania przedkliniczne
Wstęp
- Przewlekłe rejestrowanie EEG wiąże się z wyzwaniami, takimi jak niestabilność implantów.
- Degradacja sygnału może wpływać na jakość danych.
- Systemy komercyjne są często drogie i niedostępne.
- Niniejszy protokół ma na celu zapewnienie niezawodnego rozwiązania.
Cel badania
- Stworzenie niezawodnego systemu do rejestracji EEG u swobodnie poruszających się gryzoni.
- Zwiększenie dostępności w zakresie długoterminowego monitorowania aktywności neuronalnej.
- Obniżenie kosztów związanych z systemami rejestracji EEG.
Zastosowane metody
- Wykorzystanie żeńskiego gniazda USB typu B z pięcioma pinami.
- Lutowanie przy użyciu platynowo-irydowego drutu o średnicy 0,003 cala.
- Szczegółowe instrukcje dotyczące połączeń pinów w celu zapewnienia stabilności.
- Zastosowanie kalafonii w paście topnikowej dla skutecznego lutowania.
Główne wyniki
- Skuteczne wdrożenie stabilnego systemu rejestracji EEG.
- Zminimalizowana degradacja sygnału w dłuższych okresach czasu.
- Kosztowo efektywne rozwiązanie dla badań przedklinicznych.
- Zwiększona dostępność dla badaczy w tej dziedzinie.
Wnioski
- Niniejszy protokół przedstawia niezawodną metodę przewlekłych zapisów EEG.
- Odnosi się on do kluczowych wyzwań w dziedzinie monitorowania aktywności neuronalnej.
- Przyszłe badania mogą odnieść korzyści z zastosowania tego dostępnego podejścia.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Przewlekłe wielokanałowe EEG u swobodnie poruszających się myszy wypełnia istotną lukę w przedklinicznej neuronauce, umożliwiając stabilne, długoterminowe monitorowanie aktywności neuronalnej przy minimalnej inwazyjności i niskich kosztach. Niniejszy protokół wspiera badania translacyjne nad dynamiką sieci mózgowych, modelami napadów oraz interwencjami farmakologicznymi, bezpośrednio wpływając na wczesne odkrycia i walidację celów terapeutycznych w zaburzeniach OUN. Jego dostępność oraz kompatybilność z analityką open-source ułatwiają szersze zastosowanie w przedsiębiorczych portfelach B+R.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne odkrywanie i walidacja celu
- Umożliwia rzetelną analizę funkcji obwodów neuronalnych oraz mechanizmów chorobowych in vivo.
- Wspiera funkcjonalną walidację celu poprzez rejestrację odpowiedzi elektrofizjologicznych na manipulacje farmakologiczne lub genetyczne.
- Zwiększa pewność predykcyjną w zakresie oddziaływania na cele w OUN oraz pozwala na redukcję ryzyka mechanistycznego.
Przesiewanie i opracowywanie testów
- Zapewnia zwalidowaną platformę do ilościowego przesiewu fenotypowego opartego na EEG w modelach gryzoni.
- Gwarantuje odtwarzalne, wysokiej wierności pozyskiwanie sygnału, odpowiednie do standaryzacji testów.
- Umożliwia skalowalne pomiary wieloośrodkowe do oceny związków i badań zależności dawka-odpowiedź.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Koreluje przedkliniczne biomarkery EEG z punktami końcowymi w badaniach nad epilepsją i w obszarze neuropsychiatrii.
- Zapewnia ciągłość od wczesnej fazy odkryć po walidację przedkliniczną dzięki możliwości prowadzenia monitorowania chronicznego.
- Zmniejsza ryzyko translacyjne poprzez modelowanie istotnych dla choroby dynamik neuronalnych u zwierząt swobodnie poruszających się.
Integracja potoku i przepływu pracy
Niniejszy protokół integruje się z kontinuum od etapu odkrywania do badań przedklinicznych, wspierając testowanie hipotez, identyfikację związków wiodących oraz rozwój translacyjnych biomarkerów dla portfolio ukierunkowanego na OUN.
- Biologia odkrywcza: Ułatwia badania mechanistyczne aktywności neuronalnej i odpowiedzi na leki in vivo.
- Przesiewanie: Dostarcza ilościowych, powtarzalnych wyników EEG do selekcji i priorytetyzacji związków.
- Analityka: Umożliwia wykrywanie zdarzeń na podstawie kształtu fali oraz porównania statystyczne między warunkami eksperymentalnymi.
- Badania translacyjne: Łączy przedkliniczne wyniki EEG ze strategiami biomarkerów klinicznych.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Oferuje modułową, kosztowo efektywną platformę dostosowalną do różnorodnych programów neuronaukowych.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorczy
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność prognostyczną i redukuje niejednoznaczność mechanistyczną w badaniach nad OUN.
- Wartość operacyjna: Standaryzuje akwizycję chronicznego EEG dzięki skalowalnym i reprodukowalnym przepływom pracy.
- Wartość strategiczna: Poprawia podejmowanie decyzji go/no-go oraz efektywność kapitałową w procesach rozwoju neuroterapeutyków.
- Wpływ na portfolio: Umożliwia priorytetyzację zasobów w obszarze OUN z uwzględnieniem ryzyka, w oparciu o rzetelne dane in vivo.
Uwagi dotyczące wdrożenia
- Wymaga doświadczenia w chirurgii gryzoni, elektrofizjologii i analizie danych.
- Wymaga dostępu do wzmacniaczy różnicowych, systemów akwizycji danych oraz otwartoźródłowych narzędzi analitycznych.
- Wymaga standaryzacji międzyzespołowej w zakresie wytwarzania elektrod i przetwarzania sygnałów.
- Możliwość adaptacji do różnych szczepów myszy oraz kompatybilność z badaniami behawioralnymi, farmakologicznymi i genetycznymi.
- Ograniczenia obejmują czas rekonwalescencji pooperacyjnej oraz możliwość wystąpienia artefaktów związanych z implantem.
