Este protocolo foi desenvolvido para criar um sistema confiável e de fácil acesso para registrar EEG de roedores em movimento livre.
Artigo de método
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Este protocolo foi desenvolvido para criar um sistema confiável e de fácil acesso para registrar EEG de roedores em movimento livre.
A eletroencefalografia (EEG) serve como uma ferramenta fundamental para rastrear a atividade elétrica no cérebro e tornou-se cada vez mais importante tanto no diagnóstico clínico quanto na pesquisa pré-clínica com animais. Embora o EEG de roedores ofereça uma plataforma poderosa para modelar distúrbios neurológicos humanos, as gravações de longo prazo geralmente são limitadas pelo alto custo, invasividade ou complexidade técnica dos sistemas existentes. Aqui, apresentamos um protocolo confiável, acessível, economicamente viável e minimamente intrusivo para aquisição crônica de EEG cortical em vários locais em camundongos em movimento livre. A técnica envolve a fabricação de fios de platina-irídio com eletrodos de parafuso conectados a uma interface do tipo barramento serial universal (USB), que são ancorados periduralmente com parafusos ósseos e fixados com adesivo e cimento dentário. O sistema permite a captura de sinal estável ao longo de vários meses, como demonstrado em camundongos C57BL / 6J do tipo selvagem com uma taxa de sobrevida pós-operatória de 85% (n = 20). O EEG foi amostrado a 1.000 Hz e filtrado entre 1 Hz e 500 Hz usando uma configuração de amplificador diferencial. Para validar o sistema, o pentilenotetrazol (20 mg / kg) foi administrado para induzir atividade semelhante a uma convulsão, levando a um aumento acentuado nas descargas interictais - de 2-5 no início do estudo para 20-51 eventos pós-injeção - acompanhado por aumento da amplitude do sinal. As descargas foram identificadas com base na morfologia da forma de onda e nas características do sinal que correspondem aos critérios eletrofisiológicos reconhecidos. A configuração é compatível com rastreamento de vídeo comportamental e pipelines de análise de código aberto e oferece suporte à integração com estudos farmacológicos, genéticos ou de neuromodulação. Este método fornece uma plataforma estável e adaptável para investigar a dinâmica da rede cerebral em modelos de roedores, com aplicações na pesquisa de epilepsia e além.
A eletroencefalografia (EEG) fornece uma medida direta da atividade elétrica cerebral e é amplamente utilizada no diagnóstico de epilepsia1. Nos últimos anos, as técnicas de EEG têm sido cada vez mais adaptadas para uso em modelos de pequenos animais para estudar distúrbios neurológicos, fisiologia do sono e dinâmica da rede cerebral 2,3,4. Com o advento de modelos de camundongos geneticamente modificados e avanços significativos nas tecnologias de registro, o EEG de roedores tornou-se uma ferramenta essencial para pesquisas pré-clínicas, oferecendo informações valiosas sobre mecanismos translacionais relevantes para a saúde do cérebro humano 5,6.
Capturar e manipular a atividade neural simultaneamente é fundamental para estudar a dinâmica cerebral nos níveis de macro e microcircuito. Essa abordagem dupla permite o monitoramento em tempo real das redes neurais envolvidas no início e progressão das convulsões. A epilepsia, caracterizada por crises recorrentes e muitas vezes imprevisíveis, surge de interrupções em circuitos cerebrais complexos4. Apesar de extensas pesquisas, os mecanismos que governam a disseminação e o início das convulsões permanecem incompletamente compreendidos, em parte devido ao uso limitado de tecnologias que permitem gravações simultâneas emvárias áreas do cérebro.
O registro de EEG de modelos animais que recapitulam distúrbios neurológicos humanos revelou picos interictais, descargas de picos e ondas e padrões de início de convulsões que refletem de perto os observados em pacientes humanos 8,9, avançando assim nossa compreensão das mudanças eletrofisiológicas que ocorrem no cérebro humano. Da mesma forma, as anormalidades do EEG detectadas em modelos da doença de Alzheimer, transtorno do espectro do autismo e esquizofrenia fornecem informações críticas sobre a atividade oscilatória neural interrompida e destacam potenciais alvos terapêuticos10.
Apesar das diferenças na anatomia e escala do cérebro, os EEGs de camundongos e humanos exibem semelhanças impressionantes 2,11. Ambos exibem bandas de frequência oscilatórias características - delta,, alfa, beta e gama - com espectros de potência geralmente seguindo uma distribuição de 1 / f 2,11. As transições entre os estados cerebrais, como o surgimento da atividade delta durante o sono sem movimento rápido dos olhos (NREM) ou o aumento da sincronização gama durante tarefas de atenção e memória, são conservadas entre as espécies. Além disso, a atividade epileptiforme, incluindo oscilações de alta frequência (HFOs) e padrões ictais, mostra perfis temporais e espectrais comparáveis em camundongos e humanos7.
As características conservadas do EEG de roedores e humanos tornam os modelos de camundongos altamente translacionais para o estudo de distúrbios cerebrais. O EEG do camundongo permite gravações invasivas e de alta resolução, permitindo análises detalhadas em nível de circuito12. Ele também suporta o teste de estratégias neuromoduladoras, incluindo agentes farmacológicos, controle optogenético e estimulação em circuito fechado13,14, que podem ser acoplados a ferramentas comportamentais e moleculares para interrogar com precisão a disfunção neural.
No entanto, deve-se ter cuidado ao extrapolar os resultados. O tamanho menor e a estrutura cortical mais simples do cérebro do camundongo podem afetar a propagação do sinal, e os potenciais relacionados a eventos cognitivos (ERPs) podem ser menos proeminentes em comparação com os humanos15. Garantir a consistência na colocação do eletrodo, referência de sinal e pipelines analíticos é fundamental para melhorar a reprodutibilidade e a validade entre laboratórios16.
O registro de EEG em pequenos animais apresenta oportunidades e desafios. O EEG de camundongo é tipicamente adquirido usando eletrodos implantados cronicamente posicionados por via peridural na superfície do crânio ou como eletrodos de profundidade inseridos em estruturas subcorticais17,18. Os eletrodos de superfície, como eletrodos de parafuso ou fio colocados na dura-máter, são minimamente invasivos e adequados para gravações longitudinais de longo prazo. Esses eletrodos estão abaixo do osso, o que fornece uma barreira de alta impedância para a gravação. Assim, os eletrodos durais em roedores podem ser considerados mais comparáveis à eletrocorticografia (eCoG) do que ao EEG. Os eletrodos de profundidade, por outro lado, oferecem maior resolução espacial e permitem o acesso a regiões cerebrais profundas, como hipocampo, tálamo ou amígdala, facilitando estudos sobre redes convulsivas e acoplamento oscilatório entre a distribuição das regiões 2,11.
Os modernos sistemas de EEG para roedores suportam gravação multicanal com alta resolução temporal e são frequentemente acoplados ao monitoramento de vídeo para correlação comportamental18. Além disso, os sistemas de EEG sem fio permitem a aquisição sem amarras e em tempo real em animais que se comportam livremente, minimizando as restrições de movimento e o estresse19. Embora com o tempo essas modernizações tenham sido disponibilizadas comercialmente, elas são muito caras ou muito invasivas para estudar o modelo de roedor por um longo período de tempo.
Para resolver essa lacuna, apresentamos um protocolo versátil e econômico para aquisição de EEG em vários locais em modelos de roedores, adequado para estudos de longo prazo com invasividade mínima. Esta abordagem de registro de EEG é particularmente adequada para estudos que requerem avaliação de alta resolução da atividade cortical em camundongos sob condições experimentais controladas. É melhor aplicado quando (i) o animal pode tolerar uma breve anestesia durante o implante do eletrodo e se recuperar totalmente, (ii) o posicionamento estável da cabeça ou o movimento mínimo é garantido durante as gravações, (iii) o monitoramento de longo prazo ou repetido da atividade neural é desejado e (iv) o projeto experimental pode acomodar a gravação de um ou vários animais, dependendo da capacidade do amplificador. Os investigadores devem considerar essas restrições para determinar se esse método está alinhado com seus objetivos experimentais.
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Este protocolo recebeu aprovação do Comitê de Cuidados e Uso de Animais da Universidade de Augusta. O Guia do National Institutes of Health para Cuidados e Uso de Animais de Laboratório foi seguido em cada etapa do experimento. Todas as medidas possíveis foram implementadas para minimizar o número de animais utilizados neste estudo. Os camundongos usados para este estudo são C57Bl6J do tipo selvagem de 2 meses. O tempo necessário para executar cada etapa está incluído nas respectivas etapas.
1. Preparação dos pinos do plugue com eletrodos (5 min)
2. Eletrodos de implantação (30 min)
3. Gravação de EEG (65 min)
4. Interpretação dos dados
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Os eletrodos foram implantados em 20 camundongos em um fundo C57Bl6J, incluindo 5 camundongos C57Bl6J do tipo selvagem, com uma taxa de sobrevida pós-operatória de 85% mantida até 6 meses após a cirurgia (Figura 4B). Após 6 meses, as calotas começaram a se soltar e todos os camundongos foram sacrificados aos 8 meses de idade. O peso médio do conjunto das cabeças, incluindo o conector e os parafusos, foi de 1,13 g (n = 20). Os camundongos recuperaram a consci...
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Neste estudo, desenvolvemos e validamos um protocolo robusto, econômico e minimamente invasivo para registro crônico de EEG em vários locais em camundongos que se movem livremente. A implantação bem-sucedida de eletrodos de parafuso e eletrodos de platina-irídio fabricados sob medida soldados a um conector USB, juntamente com a taxa de sobrevivência observada e a qualidade do registro, demonstra a viabilidade e confiabilidade da técnica em registros crônicos. Notavelmente, este protocolo...
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DTB é um consultor pago da Fundação Alfred Mann. Os autores não têm interesses financeiros concorrentes ou outros conflitos de interesse de acordo com este trabalho.
O DTB é apoiado pelo R01EY036089 de concessão do NEI e pelo RF1AG060754 de concessão do NIA. O XF foi apoiado por doações do James Fickel Alzheimer's Disease Research Fund, EY028158 e EY032488.
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| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| Fio de irídio platina 0,003" | Sistemas AM | 777000 | |
| Parafusos de osso de 1,5 mm | Especialidades da Antrin Miniature | 000-120X1/16 SL BIND MS SST | |
| Amplificador AC | Sistemas AM | ||
| Carprofeno | Covetrus | 11695-6935-1 | |
| Coldpac Dentadura base acrílica | Yates Motloid Company | https://www.yates-motloid.com/collections/coldpac/denture-base | |
| Broca dentária 1,4 mm | Volvere GX | N/A | |
| Dexametasona | VEDCO | 50989-437-12 | |
| Lubrificante para os olhos | Optix Care | https://theoptixcare.com/ | |
| Peróxido de hidrogênio | Sigma Aldrich | 7722-84-1 | |
| NIDAQ USB & NBSP; | Instrumentos Nacionais | https://www.ni.com/en/shop/data-acquisition/entry-level-usb-daq.html | Aquisição de dados e condicionamento de sinal USB |
| Pentilenetetrazol | Caymen Chemicals | 18682 | |
| Pasta de fluxo de resina de solda | Weller | https://www.weller-tools.com/us/en/consumer/products/soldering-accessories/ | |
| Fio de solda 0,32" | Radio Shack | N/A | |
| Supercola | Loctite | N/A | |
| Plugs USB tipo B fêmea | Vendedor QM | X00292ABU9 |
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