Artigo de método

Sistema de Gravação Eletroencefalográfica de Baixo Custo Combinado com uma Bobina de Tamanho Milimétrico para Estimular Transcranialmente o Cérebro de Camundongos In Vivo

DOI:

10.3791/65302

26 de maio de 2023

* These authors contributed equally

Neste artigo

Resumo

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Um sistema de registro eletrencefalográfico de baixo custo combinado com uma bobina de tamanho milimétrico é proposto para conduzir a estimulação magnética transcraniana do cérebro de camundongos in vivo. Usando eletrodos de parafuso convencionais com um substrato multieletrodo personalizado, flexível e com arranjo de eletrodos, o registro multi-site pode ser realizado a partir do cérebro de camundongos em resposta à estimulação magnética transcraniana.

Resumo

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Um sistema de registro eletroencefalográfico (EEG) de baixo custo é proposto aqui para conduzir a estimulação magnética transcraniana (EMT) do cérebro de camundongos in vivo, utilizando uma bobina de tamanho milimétrico. Usando eletrodos de parafuso convencionais combinados com um substrato de matriz multieletrodos flexível, flexível e feito sob medida, a gravação em vários locais pode ser realizada a partir do cérebro do camundongo. Além disso, explicamos como uma bobina de tamanho milimétrico é produzida usando equipamentos de baixo custo normalmente encontrados em laboratórios. Também são apresentados procedimentos práticos para a confecção do substrato flexível multieletrodo array e a técnica cirúrgica de implante de eletrodos de parafuso, necessários para produzir sinais de EEG de baixo ruído. Embora a metodologia seja útil para o registro a partir do cérebro de qualquer pequeno animal, o presente relato se concentra na implementação de eletrodos em um crânio de camundongo anestesiado. Além disso, este método pode ser facilmente estendido a um pequeno animal acordado que é conectado com cabos amarrados através de um adaptador comum e fixado com um dispositivo TMS na cabeça durante a gravação. A presente versão do sistema EEG-TMS, que pode incluir no máximo 32 canais de EEG (um aparelho com 16 canais é apresentado como exemplo com menos canais) e um dispositivo de canal de EMT, é descrita. Além disso, resultados típicos obtidos pela aplicação do sistema EEG-TMS em camundongos anestesiados são brevemente relatados.

Introdução

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A estimulação magnética transcraniana (EMT) é uma ferramenta promissora para a ciência do cérebro humano, aplicação clínica e pesquisa de modelos animais devido à sua não/baixa invasividade. Durante o estágio inicial das aplicações da EMT, a medida do efeito cortical em resposta à EMT de pulso único e pareado em humanos e animais foi restrita ao córtex motor; a produção facilmente mensurável limitou-se aos potenciais evocados motores e aos potenciais mioelétricos induzidos envolvendo o córtex motor 1,2. Para expandir as regiões cerebrais que podem ser medidas pela modulação da EMT, o registro eletroencefalográ....

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Protocolo

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No presente estudo, todos os experimentos com animais foram realizados seguindo o National Institutes of Health Guide for the Care and Use of Laboratory Animals e com aprovação do Comitê Institucional de Cuidados e Uso de Animais da Universidade de Hokkaido. Camundongos C57BL/6J, dois machos e três fêmeas, com 8 a 10 semanas de idade, foram utilizados para o presente estudo. Este é um procedimento terminal. Os animais foram obtidos de fonte comercial (ver Tabela de Materiais).

1. Projeto e construção de matriz bidimensional flexível

  1. Prepare o número necessário de eletrodos de parafuso miniatura (i....

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Resultados

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Os dados de EEG de amostra registrados em camundongos C57BL/6J anestesiados com o substrato flexível combinado com os eletrodos de parafuso são apresentados a seguir.

Como exemplo típico, as médias das formas de onda do EEG geradas em resposta à estimulação sonora (tone-burst de 8 kHz, nível de pressão sonora [NPS] de 80 dB) são mostradas para 60 tentativas com estímulos idênticos (Figura 4A). Um esquema de mapeamento do canal de registro também é apresentado no m.......

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Discussão

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Este estudo aborda um sistema de registro de EEG multi-site combinado com um sistema de estimulação magnética projetado para pequenos animais, incluindo camundongos. O sistema construído é de baixo custo e fácil construção em laboratórios fisiológicos, podendo estender suas configurações de medição existentes. O procedimento cirúrgico necessário para obter dados do sistema de gravação do mouse é profundamente simples se esses laboratórios tiverem experiência prévia com experimentos eletrofisiológicos padrão.

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Divulgações

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Os autores não têm nada a revelar.

Agradecimentos

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Este trabalho foi apoiado pela Murata Science Foundation, Suzuken Memorial Foundation, Nakatani Foundation for Advancement of Measuring Technologies in Biomedical Engineering, e um Grant-in-Aid for Exploratory Research (grant number 21K19755, Japão) e for Scientific Research (B) (grant number 23H03416, Japan) para T.T.

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Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo
NomeEmpresaNúmero de catálogoComentários
Impressora 3DZhejiang Flashforge 3D Technology Co., LtdFFD-101A impressora usada para imprimir em 3D os discos em forma de rosquinha
SULFATO DE ATROPINA  0,5 mgNIPRO ES PHARMA CO., LTD.-Sulfato de atropina
Amplificador bipolarNF Corp.KIT61380Para amplificar formas de onda para entrada de bobina
ButorfanolMeiji Seika Pharma
Co., Ltd., Tóquio,
Japão-Paraanálise de animais
Fabricante comercial de matriz 2D flexívelp-ban.com Corp.-URL: https://www.p-ban.com/
Programa de computador para analisar sinais de saídaInstrumentos NacionaisNI-DAQ e  NI-DAQmx PythonPara analisar os sinais de saída do sensor de efeito Hall
ConnectorHarwin Inc.G125-FV12005L0PPara que o conector se conecte ao sistema de medição
Almofada de cobrep-ban.com Corp.cobreAlmofada de cobre em cada substrato
Fio de cobreKyowa Harmonet Ltd.P644432Os enrolamentos da placa
DAQNational Instruments Corp.USB-6343Para medir a densidade de fluxo magnítico da bobina
Cimento dentalSHOFU INC.Resina RápidaAutopolimerizável Resina Ortodôntica
Eletrodo ECoGNeuroNexus Inc.HC32Para referência ao projeto da resina epóxi de matriz 2D flexível
Konishi Co., Ltd.#16123Para construção de bobinas
Carbamato de etilaFUJIFILM Wako Pure Chemical Corp.050-05821Para anestesia uretônica
Cabo de fita planaOki Electric Cable Co., Ltd.FLEX-B2(20)-7/0.1 20028 5mPara cabo para conexão entre o conector de montagem em superfície e o substrato flexível do sistema de medição
p-ban.com Corp.placa de base de poliimidade substrato flexível
Gerador de funçãoNF Corp.WF1947Para gerar formas de onda para entrada de bobina
Sensor de efeito HallHoneywell International Inc.SS94A2DPara medir a densidade de fluxo magnítico da
bobina IDC ferramenta de crimpagemPro'sKit Industries Co.6PK-214Para cravar o IDC e uma extremidade do cabo de fita plano; Ferramenta de crimpagem de conector de cabo plano
Cola instantâneaKonishi Co. Ltd.#04612Para construção de bobina
Conector de isolamento-deslocamento (IDC)Uxcell JapanB07GDDG3XG2 &vezes; 10 pinos e um passo de 1,27 mm 
Medidor LCRNF Corp.ZM2376Para medir as propriedades AC do
Grupo NARISHIGEdo manipuladorSM-15LPara manipulação da bobina
MedetomidinaKobayashi Kako, Fukui,Japão-Paraanálise de animais
MidazolamAstellas Pharma, Tóquio,Japão-Paraanálise de animais
Parafuso miniaturaKOFUSEIBYO Co., Ltd.S0.6 * 1.5Para EEG-detecção e eletrodo de referência
MouseJapan SLC, Inc.C57BL/6J  (C57BL/6JJmsSlc)Animal experimental
Haste Permalloy-45A Nilaco Corp.780544O núcleo da bobina
Sistema de gravaçãoPlexon Inc.OmniPlexpara aquisição de dados EEG
Fio inoxidávelWakisangyo Co., Ltd.HW-136Para agarrar por manipulador
Aparelho estereotáxicoGrupo NARISHIGE.SR-5M-HTPara fixar uma cabeça de mouse
Conector de montagem em superfícieUseconn Electronics Ltd.PH127-2x10MGPara conector para montagem na matriz 2D flexível
Equipamento de teste (medidor LCR)NF Corp.ZM2372Verificação de contato e medições de impedância
Filamento PLA brancoZhejiang Flashforge 3D Technology Co., LtdPLA-F13O material usado para impressão 3D dos discos em forma de rosquinha
Xylocaine Jelly 2%Sandoz Pharma Co., Ltd.-cloridrato de lidocaína
da bobina de bobinas.

Referências

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  1. Ilmoniemi, R. J., et al. Neuronal responses to magnetic stimulation reveal cortical reactivity and connectivity. Neuroreport. 8 (16), 3537-3540 (1997).
  2. Hallett, M. Transcranial magnetic stimulation: a primer. Neuron. 55 (2), 187-199 (2007).
  3. Thut....

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