Gravações de potenciais evocadas visuais em ratos usando um não-invasivo seco multi-canal do couro cabeludo Sensor de EEG
12 de janeiro de 2018
Nós projetamos um sensor de 16 canais de EEG de tipo seco que é não-invasivo, deformável e re-utilizáveis. Este paper descreve todo o processo de fabricação, o eletrodo de EEG proposto para processamento de potencial evocado visual (VEP) sinal sinaliza medido em um couro cabeludo de rato usando um sensor de EEG invasivo de multi-canal seco.
O objetivo geral deste procedimento é medir os potenciais evocados visuais no couro cabeludo de um camundongo usando um sensor de EEG seco, não invasivo e multicanal. Este método pode ajudar a responder a perguntas rápidas no campo de pesquisa translacional pré-clínica para romper a lacuna de sinal na pesquisa de EEG não invasiva entre animais humanos e de laboratório. A principal vantagem desta técnica é a sua não invasividade, o que aumenta a compreensão do EEG animal.
Além disso, fornece ambientes experimentais seguros e convenientes. Comece preparando 16 pinos para um eletrodo não invasivo. Corte dois pedaços de substratos de fibra de vidro com o tamanho de 15 milímetros por 17 milímetros.
Em seguida, faça 16 furos de 1,2 milímetros de diâmetro usando uma máquina de gravação de precisão. Em seguida, faça 16 furos nos substratos planos de acordo com a coordenação da sonda, uniformemente em um intervalo de dois milímetros. Empilhe dois substratos e aplique uma gota de cola adesiva de ação rápida entre as camadas do substrato para criar uma camada dupla de três milímetros de espessura, suportando 16 eletrodos estáveis e paralelos durante a aquisição do sinal.
Em seguida, monte manualmente os 16 eletrodos no substrato, um por um. Solde e vincule a parte final da tampa de solda de cada eletrodo ao conector à prova de toque. Por fim, cubra e esconda as junções expostas com tubos termorretráteis para isolamento elétrico.
No camundongo anestesiado, comece aplicando pomada para os olhos com um cotonete para manter a córnea úmida. Remova os pelos ao redor da cabeça e dos ombros com uma máquina de cortar cabelo. Em seguida, espalhe o creme depilatório disponível comercialmente e mantenha-o nessa área por três a quatro minutos.
Por fim, retire o depilatório aplicado com uma espátula e, em seguida, limpe o restante com lenços umedecidos, aplicando água várias vezes. Comece montando a cabeça do mouse na estrutura estereotáxica, colocando as barras auriculares nos canais auditivos do mouse e apertando-as no lugar. Monte o sensor no suporte de eletrodo feito sob medida.
Em seguida, fixe o suporte do sensor na estrutura estereotáxica. Localize a eletroencefalografia flexível, ou sensor de EEG, levando em consideração o eletrodo de referência e a posição do bregma. Em seguida, abaixe cuidadosamente o sensor na direção vertical, de modo que os êmbolos de eletrodo dispostos entrem em contato com o couro cabeludo do mouse uniformemente na margem curva.
Verifique se as impedâncias estão dentro da faixa adequada, de 100 kiloohms a dois megaohms. Reposicione o eletrodo quando qualquer valor de impedância estiver fora da faixa. Em seguida, posicione o fotoestimulador a 20 centímetros de distância dos olhos do mouse.
Defina os parâmetros dos dispositivos experimentais de modo que a frequência de amostragem seja de 500 hertz, a filtragem de entalhe seja de 60 hertz, o intervalo entre estímulos em 10 segundos, a duração do flash em 10 milissegundos e o número de estímulos de flash em 100 tentativas por sujeito. Finalmente, antes de iniciar as gravações de EEG, adapte o mouse por 10 minutos na gaiola escura para adaptação visual escura. As respostas médias do potencial evocado visual indicam flutuação mínima do sinal após a estimulação, com menos de 300 milissegundos de duração.
O sinal se estabiliza constantemente ao longo do tempo durante o período pós-estimulação. Além disso, 14 canais podem ser categorizados em vários grupos com base nas respostas do VEP, revelando morfologias e padrões semelhantes. Uma vez dominada, essa técnica pode ser concluída em uma hora se for executada corretamente.
Ao tentar este procedimento, é importante lembrar de verificar o estado da anestesia do animal. A combinação deste procedimento com outros métodos, como estimulação cerebral ou gravações eletrofisiológicas superficiais, pode ser realizada para responder a perguntas adicionais, como otimização de parâmetros de estimulação cerebral ou localização da fonte. Após seu desenvolvimento, essa técnica abriu caminho para pesquisadores no campo das áreas de pesquisa translacional conectarem a pesquisa científica básica aos estudos do cérebro humano com pesquisas comparáveis, confiáveis e eficientes, sem qualquer preparação cirúrgica invasiva.
Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como medir os potenciais evocados visuais no couro cabeludo de um camundongo usando um novo eletrodo que tem o benefício de flexibilidade, status de tipo seco, recursos multicanal, não invasividade e reutilização.
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Visão Geral
Este estudo apresenta um sensor de EEG do tipo seco, com 16 canais, projetado para aquisição flexível e não invasiva de sinais do couro cabeludo de um camundongo. O foco está na medição de potenciais evocados visuais (VEP) em pesquisas pré-clínicas, aprimorando a tecnologia de EEG não invasiva para uma melhor compreensão da atividade cerebral animal.
Componentes Principais do Estudo
Área da Ciência
- Neurociência
- Eletrfisiologia
- Pesquisa Pré-clínica
Antecedentes
- Métodos não invasivos na pesquisa de EEG preenchem lacunas entre estudos com humanos e animais.
- As técnicas atuais apresentam pouca flexibilidade e frequentemente exigem procedimentos invasivos.
- O entendimento dos PEPs pode fornecer informações sobre a funcionalidade cerebral e o bem-estar animal.
Objetivo do Estudo
- Desenvolver um novo sensor de EEG que facilite medições eficientes de PEP em camundongos.
- Demonstrar as vantagens do monitoramento não invasivo de EEG para pesquisas translacionais.
- Estabelecer um método confiável para aquisição de sinais sem a necessidade de preparação cirúrgica.
Métodos Utilizados
- Sensor de EEG multicanal para aquisição não invasiva de sinais do couro cabeludo de um camundongo.
- Modelo de camundongo utilizado com preparações específicas para anestesia e limpeza do couro cabeludo.
- Passos detalhados de montagem para a construção do eletrodo de EEG.
- Configuração dos parâmetros de estimulação e adaptação visual antes das gravações de EEG.
- Monitoramento de impedância para garantir contato ideal do eletrodo.
Resultados Principais
- Gravações estáveis de PVE obtidas com flutuação mínima do sinal.
- Respostas categorizadas em grupos com base em morfologias semelhantes reveladas por 14 canais.
- Demonstrou execução rápida do procedimento com eficácia em estudos de estimulação cerebral.
Conclusões
- Este estudo destaca uma técnica não invasiva para medir PEPs, abrindo caminho para pesquisas translacionais em neurociência.
- Gravações confiáveis de EEG podem aprimorar a compreensão dos mecanismos neuronais em modelos pré-clínicos.
- A abordagem pode ser integrada a outros métodos para estudos avançados em sinalização neural e comportamento.
Perguntas Frequentes
Relevância Executiva para a Indústria
Métodos não invasivos de EEG em modelos pré-clínicos abordam a lacuna translacional entre a neurofisiologia animal e humana ao permitir leituras neurais repetíveis e escaláveis sem intervenção cirúrgica. Este sensor multi-canal seco apoia a desmistificação mecanicista na validação de alvos ao fornecer biomarcadores quantitativos e resolvidos no tempo da função da via sensorial. Sua reutilização e compatibilidade com desenhos de estudos longitudinais aumentam a eficiência do portfólio em etapas iniciais de descoberta focadas em terapêuticas para o SNC.
Aplicações Estratégicas em P&D de Biotecnologia Farmacêutica
Descoberta Inicial e Validação de Alvo
- Valor Científico: Permite a investigação da integridade da via visual e da resposta cortical como biomarcador funcional para a interação com o alvo em candidatos a fármacos do SNC.
- Valor Operacional: Fornece medições repetíveis e não terminais que apoiam estudos de resposta à dose e de curso temporal na mesma coorte de animais.
Triagem e Desenvolvimento de Ensaios
- Valor Científico: Gera leituras quantificáveis de amplitude e latência de PVE adequadas para triagem de alto conteúdo de compostos que afetam a transmissão neural.
- Valor Operacional: O posicionamento padronizado dos eletrodos e o monitoramento da impedância garantem a reprodutibilidade do ensaio entre laboratórios e pontos temporais.
Pesquisa Translacional e Pré-clínica
- Valor Científico: Facilita a comparação direta dos perfis de resposta neural entre modelos de roedores e dados clínicos de EEG humano, melhorando a confiança preditiva.
- Valor Operacional: Permite o acompanhamento longitudinal da progressão da doença ou do efeito terapêutico em estudos pré-clínicos crônicos.
Integração de Pipeline e Fluxo de Trabalho
O método se insere no continuum de descoberta, desde a verificação da hipótese do alvo até a otimização do composto líder, no qual biomarcadores neurais funcionais orientam decisões de prosseguir ou não antes de investimentos significativos.
- Biologia da Descoberta: Permite a desvinculação mecanicista ao validar os efeitos da modulação do alvo na atividade neural evocada por estímulos sensoriais em circuitos intactos.
- Triagem: Fornece leituras eletrofisiológicas que podem ser multiplexadas com ensaios comportamentais ou moleculares para triagem fenotípica integrada.
- Análise: Fornece dados de PVE multicanal sincronizados no tempo, permitindo análise espectral e morfológica das respostas da rede neural.
- Pesquisa Translacional: Alinha-se com os pontos finais clínicos de EEG para melhorar a extrapolação entre espécies do engajamento do alvo e dos efeitos farmacodinâmicos.
- Reutilização Corporativa: A reutilizabilidade do sensor e seu desempenho estável apoiam a padronização como recurso de plataforma compartilhado entre equipes de descoberta.
Impacto Operacional e Empresarial
- Valor Científico: Reduz a ambiguidade mecanicista na validação de alvos ao associar intervenção molecular a alterações mensuráveis na função do circuito neural.
- Valor Operacional: Elimina cirurgias de sobrevivência e a variabilidade pós-operatória, aumentando a produtividade e a conformidade com o bem-estar animal.
- Valor Estratégico: Melhora a eficiência de capital ao permitir a detecção precoce de candidatos ineficazes para o SNC por meio de biomarcadores neurais objetivos.
- Impacto na Carteira: Apoia o avanço ajustado ao risco ao fornecer dados funcionais que complementam ensaios de ligação ao alvo e ensaios fenotípicos.
Considerações sobre a Implementação
- Requer experiência em eletrofisiologia, manejo de animais e processamento de sinais para a aquisição e interpretação precisas dos PVEs.
- Depende de contatos elétricos estáveis e ambientes com baixo ruído; a qualidade do sinal pode variar com o movimento do animal ou degradação do eletrodo.
- Necessita padronização dos parâmetros de estimulação, profundidade da anestesia e preparação do couro cabeludo entre diferentes locais para comparação entre múltiplos estudos.
- A adaptação para animais em movimento livre permanece limitada conforme o material de origem, restringindo o uso em paradigmas de eletrofisiologia comportamental.
- As limitações práticas incluem a necessidade de monitoramento de impedância e a exigência de adaptação à escuridão antes de cada sessão de gravação.
