Высокая плотность Электроэнцефалографические Приобретение в грызунах с использованием недорогих и с открытым исходным кодом ресурсов

Summary

Предоставляются инструкции по недорогому строительству и хирургической имплантации хронического транскраниального электроэнцефалографического монтажа высокой плотности мышам. Также описаны методы записи, извлечения и обработки сигналов.

Abstract

Advanced электроэнцефалографические методы анализа, требующих высокого пространственного разрешения, в том числе электрического источника изображения и меры подключения к сети, применимы к расширяющейся различных вопросов в нейробиологии. Выполнение этих видов анализа в модели грызуна требует более высокую плотность электрода, чем традиционные винтовые электроды могут выполнить. В то время как с более высокой плотностью электроэнцефалографические монтажи для грызунов существуют, то они имеют ограниченную доступность для большинства исследователей, не являются достаточно надежными для повторных экспериментов в течение длительного периода времени, или ограничены использованием в наркотизированных грызунов. ^1-3 Предлагаемый недорогой метод построения прочного, высокого счета, транскраниальной массив электродов, состоящий из имплантируемых на двусторонней основе заставок исследуется как средство для выполнения расширенных электроэнцефалограмма анализов на мышах или крысах.

Порядок изготовления и головной убор хирургической имплантации пecessary для получения высокого сигнала к шуму, электроэнцефалографические с низким сопротивлением и электромиографические сигналы представлены. В то время как методика полезна в крыс и мышей, эта рукопись сосредотачивается на более сложной реализации для меньшего черепа мыши. Свободно перемещаясь мышей только привязанным к кабелям через общий адаптер во время записи. Один из вариантов этой системы электродов, которая включает в себя 26 электроэнцефалографические каналов и 4 электромиографические каналов описаны ниже.

Introduction

Активность нейронов могут быть записаны экстрацеллюлярно с различными уровнями детализации от микроскопических (индивидуальных потенциалов действия) для мезоскопические (локальные потенциалы поля) до макроскопического (электроэнцефалограммы). Эти следы мозговых волн классически проанализированы в частотной области для характеристики поведения, нейрофизиологические, или электрофизиологические состояния. Это может быть сделано с помощью одного биотоков, ⁴ , но редкие записи плотности ЭЭГ не может разрешить пространственную составляющую нейронной активности. Современный анализ электроэнцефалограммы опирается на несколько электродов для получения подробных карт пространственно - временного распределения корковой активности для того , чтобы соотнести эту деятельность с конкретными психологическими условиями и физиологическими процессами. ^5-7 Два из наиболее часто используемых категорий анализа , требующих высокой плотности ЭЭГ монтажи являются электрический источник изображения и нейронные меры подключения к сети. ^8-11

Формирования изображения источник электрического напряжения включает в себя локализацию функционально активных областей мозга. Топографическая отображение матрицы электродов может визуализировать плотность тока источника электрической активности в головном мозге во время потенциалов, связанных событий (ФКЗ) и вызванных потенциалов (EPS). Локализация источник электрического напряжения обычно используется в обоих припадков исследованиях, а также в распределении мощности анализа. ^12-15 Поскольку ЭЭГ имеет высокое временное разрешение, ЭЭГ исследования позволяют оценить реальную временную ФКЗ и САП, а также во времени точного постфактум анализа. ^{3,11 , 12}

Общаясь когнитивные состояния и функции с взаимодействием колебаний видны на электроэнцефалограмме является конечной целью различных мер нейронной подключения к сети. Многочисленные исследования показали , синхронизации и фазовой синхронизации колебаний между различными областями мозга связаны с определенными состояниями возбуждения, внимания и действий. ^{6,13,14,16-19} Демонстрация таких сигналов ассоциации между областями мозга требует массивы высокой плотности, которые позволяют оценки сетевого подключения.

локализация источника и сетевой анализ сигналов ЭЭГ возникла с исследований на людях, но исследования в нейронную основу этих сигналов обязательно включать модели на животных, так как они требуют инвазивных методов, которые в противном случае невозможно в организме человека. Для того, чтобы повторить эти анализы в моделях грызунов, метод для захвата сигналов ЭЭГ высокой плотности в мозгу грызуна требуется. В то время как другие группы построили микроэлектродный массивы с высокой плотностью для использования у мышей, такие подходы имеют ограниченную доступность для исследователей, не имеющих доступа к нанофабрикации объектов, не являются достаточно надежными для повторных экспериментов в течение длительного периода времени, или ограничены использованием в наркозом мышей. ^1-3,7 недорогой альтернативный протокол для построения хронической высокой плотности, транскраниальная электрод ARRAу здесь продемонстрировано.

Подход сбора сигналов, описанный здесь, не ограничивается EEG, но включает в себя электромиографические сигналы (ЭМГ). Приобретение сигналов ЭМГ может быть дополнительным подходом для определения состояния поведения и особенно полезен для изучения сна. Такой подход обеспечивает промежуточный между дорогой, ультра-высокой плотности внутричерепных сеток, а ограниченное количество свинца с использованием традиционных шнековых электродов, которые являются недостаточными для продвинутых подходов к анализу. Конструкция головной убор легко построить и доступным для исследований с высокой пропускной способностью. Использование этой системы сбора данных в сочетании с разнообразными генетическими или фармакологического манипулятивных методов в моделях на грызунах могут помочь раскрыть механизмы корковой генерации колебаний, поведенческих отклонениях от истинных генотипических различий, локализации источника из ФКЗ и ОзВ, и широкомасштабной сети связи.

Protocol

Исследования, проведенные на протяжении всего этого исследования были в согласии с национальными институтами здравоохранения Руководство по уходу и использованию лабораторных животных и утверждены по уходу и использованию комитета Institutional животного происхождения в Университете штата Пенсильвания.

1. Головной убор Проектирование и строительство

1. Удалите каждый восьмой ряд штифтов из штырькового кирпича 2 х 50 разъема сосуда в 100 положении с помощью пинцета, нажав сосуда часть штифта через пластмассовую кирпича.
   Примечание: Пальцы были обращены вниз будет ориентация, которая будет ссылаться на остальной части протокола. (Обратите внимание на это конкретно в 2.6).
2. Накройте контакты с очень легким пальто лака для ногтей, чтобы изолировать и пусть лак для ногтей полностью высохнуть.
3. Удалите лак для ногтей от кончиков шпилек ацетоном и небольшой тканью.
4. Обрежьте лишний пластик 2 х 7-х с помощью лезвия бритвы или проволочной резки рЗасада. Это приведет к 2-х 7 кирпичей, которые изолированы по длине штифтов и экспонированные на кончике штифта. Они в конечном счете становятся транскраниальные EEG электродов. Два 2 х 7 кирпичей необходимы для полного хронического матрицы электродов (рис 1А).
5. Вырезать два 1 х 2 контактный кирпича для записи сигнала ЭМГ. Используйте тот же самый процесс удаления нежелательных булавки с помощью пинцета и сокращая излишки пластмассы прочь, чтобы создать 1 х 2 кирпича. Убедитесь , что эти 1 х 2 - х имеют гладкую сторону к ним из оригинального 100 Позиция Сосуд , как это расстояние станет стандартным контактный расстояние для каждого шлемом так один адаптер будет работать для всех заставок (Рис . 1А)
6. Используйте 2-эпоксидный , чтобы прикрепить контактный лист 1 х 2 к 2 х 7 контактный части (рис 1D).
   1. Поскольку оба набора штырей должны быть в той же ориентации, эпоксидная смола 1-х 2 на боковой стороне обеих половин заставкой с гладкими сторон 1 х 2 и 2 х7 в контакт друг с другом. Совместите 1 х 2 микроотверстий и булавки с задне-максимум 2 рядами контактов на 2 х 7.
      Примечание: две половинки головного убора не эпоксидной смолой вместе. Это обеспечивает гибкость в пределах двух половин адаптера Головной убор для более легкого соединения во время привыкания и во время экспериментальных дней (рис 1E).
   2. Пусть головной убор половинки вылечить в течение ночи. После завершения головной убор на двусторонней основе симметричной. Каждая половина состоит из стержневой кирпича 2 х 7 с боков прикрепленного 2 х 1 контактный кирпича, который в соответствии с задней большинство 2 ряда стержневой кирпича 2 х 7.
7. Подготовьте провода для записи сигналов ЭМГ. Одноцепочечную, 31 G перфторалкокси изолированный серебряный провод используется для ЭМГ сигнала записи (рис 1D). Тем не менее, многожильный или другая проводка металл может быть заменен, если желательно.
   1. Для создания грудные провода EMG занять много 3,0 см кусок перфторалкоксиалкан изоляцией серебряной проволоки и бэрOve 1 см пластиковой изоляции с одного конца с лезвием бритвы. Обертка Провод неизолированный вокруг пары пинцетов дважды. Снимите провод от пинцета и удалить 25 мм изоляции на нерабочей петельные конце с бритвенным лезвием.
   2. Для построения шейные провода EMG, повторите процесс с 1,5 см сегмент проводом. Два шейных EMG провода и два грудные провода EMG необходимы для полного заставкой.
8. Снимите боковой штифт в дальнем переднем ряду обоих заставками, что соответствует стереотаксической координатам 3,3 мм впереди от брегмы и 2,3 мм сбоку от брегмы, поскольку нет мозга под этого места, определенного с помощью мозга мыши атласе ²⁰ (рис 2А).
9. На обеих головной убор половинки, вырезать штырьки кирпича 1 х 2 к пластмассовому основанию заставкой с парой кусачек (3,0 мм от кончика пальца) и припой шейки матки EMG провод к переднему штифтом и торакальной EMG к заднему рв.
   1. Убедитесь, что каждый штырь электрически изолирован. Выполните проверку целостности с помощью цифрового мультиметра путем соединения двух проводов вольтметра к разным контактам в режиме непрерывности. Гальванической развязкой контакты не будет производить звуковой сигнал с помощью этого теста мультиметра; Однако, электрически соединенные контакты будут. Накройте спаев с лаком для ногтей и после высыхания, согните провода EMG таким образом, что они расположены параллельно оси передней / задней с минимальным боковым смещением.
10. Обрезка шпилек к относительной длины таким образом, чтобы они соответствовали профиль поверхности головного мозга.
    1. С помощником мыши атласе мозга, запись вентральной расстояние до поверхности мозга от брегмы для каждого штифта координат. ²⁰ Штырь которого вентральной расстояние от брегмы является крупнейшим будет служить индикатором для пин подрезки. Этот вывод не будет обрезана в то время как все остальные контакты будут сокращены по отношению к этому максимальному вентральной расстояния штифта (таблица 1).
       Примечание: штыри могут быть отшлифованы до размера, но это должно быть сделано тщательно, как трение между штифтом и шлифовального круга может привести к колья заставкой сгибаться. Если штифт изогнут, используйте пинцет, чтобы выровнять ее. Альтернативой шлифовальные штифты вниз до нужной длины, чтобы обрезать их с парой резки провода.
11. Накройте все контактных наконечников с раствором серебра с помощью ручки раствора серебра и дайте высохнуть. Этот шаг снижает полное сопротивление электрода к ≤30 кОм, что увеличивает соотношение сигнал-шум и одновременно устраняет неровные края вызывается из пальца тримминга, поэтому снижается вероятность повреждения тканей и ускорения восстановления после операции. Заполненный головной убор половина веса примерно 0,5 г.

2. Адаптер Конструкция и Mapping Channel

1. Обрежьте разъем провода 36 Позиция двурядных Мужской Nano-миниатюрный разъем одинаковой длины 2-х или 3-х см с помощью лезвия бритвы. Для каждого провода, улсдирать 2,5 мм изоляции с конца и олова обнаженный металла для каждого провода. Убедитесь, что при лужения иметь единую, тонкую прядь луженых провода для каждого нано адаптера провода, так как это очень важно, чтобы изолировать булавки. Надрез от оголенную изоляцию с проволочной кусачками (рис 1C).
2. Создать соответствующий мужской / мужской разъем к заставкой с использованием Конн полосы заголовка 2 х 50. Отрежьте два 2 х 7-х и два 2 х 1 от 2 х 50 кирпича. Удалите ненужные контакты из 2 х 50 кирпича обрывая один из штырьков, а затем нажать на сплошную вторую половину того же куска от разъема с парой пинцетом (рис 1B).
   Примечание: Одна сторона этих контактов будет служить в качестве адаптера контакты для подключения к каждому заставкой, в то время как другая половина будет припаяны к луженых проводов разъема нано. Обязательно иметь плоские пластиковые края прикосновения 2 х 1 и 2 х 7, чтобы гарантировать надлежащее сопряжении / вставных мужского пола с заставкой, созданной на этапе1.
3. Припой на одном из грунта / опорных проводов от разъема нано до требуемого заземления / опорного штифта. Наземные и опорные провода связаны между собой на чипе усилителя RHD2132. Используйте один вывод, который 0,60 мм впереди брегмы и 1,00 мм сбоку от брегмы и как ссылки и землей. (Левый головной убор, медиальный штифт третьей самой передней подряд, однако, любой другой штырь может быть назначен , если предпочтительнее, рисунок 2.) Обратите внимание , что можно отделить землю и ссылку на чипе усилителя, удалив резистор 0 Ом , который связывает землю и справка вместе, если выделение двух желателен.
4. Припой луженых проволок разъем нано к той же стороне мужчин / штекерами как соединение заземления / опорного штифта. Каждый провод карты на определенный канал, так что установка канала может быть завершена в это время. Канал карты схемы для усилителя headstages находятся на сайте Open Ephys Wiki (https://open-ephys.atlassian.net/wiki/display/OEW/Home~~HEAD=pobj). Припой, соответствующий проволоки, канал, как известно, соответствующего штифта для достижения нужного отображения.
5. Отрезанные неиспользуемые провода на основании соединителя нано с проволокой кусачек.
6. С помощью вольтметра, чтобы гарантировать, что каждый штырь электрически изолирован от всех других контактов. После того, как изоляция подтверждается, нанесите тонкий слой лака для ногтей вокруг каждой пайки шва, чтобы дополнительно изолировать каждый штифт.
7. С помощью 2-х частей эпоксидной, усиливают соответствующий переходник нано двусторонним 2 х 7 и 2 х 1 штырями на мужчин-мужчина кирпича.
   Примечание: Там будет две половинки до этого одного адаптера, которые соответствуют расположение выводов на головной убор половины созданных ранее. Крайне важно, чтобы убедиться, что медиальная часть каждой половины адаптера не имеет избыток эпоксидной смолы, Переполненная пластиковый край / вставных мужского, так как это позволит предотвратить обе половинки заставкой быть подключен одновременно. Не допускать любой эпоксидный течь к нижней стороне контактный переходник PORции адаптера, так как это было бы также предотвратить соответствующие соединения. Используйте 2 заставкой половинки в качестве формы для правильного выравнивания соединительного пальца.
8. Эпоксидные обе половинки адаптера и эпоксидной основание разъема нано, чтобы увеличить его прочность. Обязательно, чтобы покрыть все пайки с эпоксидной смолой. Пусть адаптер отверждения на ночь.
9. Подтверждение правильного отображения канала может быть выполнено с использованием измерений импеданса в графическом интерфейсе пользователя с открытым Ephys (GUI). Заполненная адаптер весит около 1,3 г (рис 1F).

3. хирургия

1. Приготовьте стерильную операционное поле.
   1. Носите стерильные перчатки и другие средства индивидуальной защиты в соответствии с требованиями. Стерилизацию инструментов в автоклаве. Стерилизовать стереотаксической рамы с раствором диоксида хлора 1,0 мМ. Брызги раствора на раму и подождать 5 минут перед полосканием стерильной водой.
   2. Стерилизация имплантируемый headpIECE части, опрыскивать компоненты с раствором диоксида хлора 1,0 мМ, и подождите 5 минут перед полосканием стерильной водой. Поместите в настоящее время стерильные имплантируемые в аппаратные средства на стерильную чашку Петри.
2. Получают предоперационного веса для мыши, а затем обезболить мышь в индукционной камере 200 мл с использованием 1,5-2,0% изофлуран в 100% кислорода. Используйте скорость потока в камеру примерно 500 мл / мин.
3. Подтвердить потерю установочного рефлекса путем поворота индукции камеры. Отключив мышь от индукции камеры и поместить в носовой конус на стереотаксической рамы без полного закрепления головы мыши с полосами уха. Продолжайте следить за надлежащей глубины анестезии путем оценки пальца ноги пинч в то же время оценки жизненно важных признаков.
4. Поддерживать температуру тела при температуре 37 ° C с регулятором температуры в замкнутом контуре, такой как ректального зонда и нагревательной системы пусковой площадки. Закройте глаза мыши с глазной мази для глаз, прежде чем обрезки механа верхней части черепа с помощью изогнутых ножниц или кусачки. Лечить головы с бетадин и бетадин позволяют полностью высохнуть, прежде чем продолжить.
5. Администрирование анальгетики и антибиотики вместе с жидкостями внутрибрюшинно. Для 25 г мышь, 0,5 мг цефазолин, 0,125 мг мелоксикама, 0,5 мл физиологического раствора и 2,5 мкг бупренорфина д 4-6 ч PRN.
6. Вводят 250 мкл 0,25% бупивакаина подкожно вдоль средней линии на голове, и вводят 100 мкл 0,25% бупивакаина подкожно на обеих скулах мыши.
7. Закрепите мышь в стереотаксической рамы и выставить череп.
   1. Зафиксировать голову мыши с стереотаксической баров уха к стереотаксической рамы. Убедитесь в том, что мышь находится в хирургической плоскости анестезии, подтвердив отсутствие пальца щепоткой рефлекса. Создание 1,5-2,0 см надрез наряду с № 11 одноразового использования скальпелем вдоль средней линии черепа. Разрез начинается с между глазами и по-прежнему кзади к затылку.
   2. Expose черепа, раздвигая кожу по бокам с микро зажимами. Снижение концентрации изофлуран от 2,0% до концентрации, поддерживающей хирургической плоскости анестезии, но не снижают до величины ниже 1,0% изофлуран в 100% кислорода. Предоперационное обезболивание уменьшает количество вдыхаемого анестетика, необходимого для поддержания хирургической глубины анестезии, и может привести к более быстрому восстановлению и улучшению результатов выживаемости.
8. Уровень черепа и сверление отверстий заусенцев.
   1. Определение темени и нулю стереотаксической координаты на брегмы, которая становится причиной системы координат. Чтобы выровнять череп в медиальной / боковой оси, перемещать выравнивающий датчик, прикрепленный к стереотаксической манипулятора 1,50 мм в поперечном направлении в обоих направлениях от брегмы и подтвердить, что спинной / вентральной глубина составляет менее 0,05 мм, когда зонд контактирует с левым и правым стороны черепа.
      Примечание: разрешение спинном / вентральной манипулятором А.Р. 10 мкмм используется в сочетании с цифровым дисплеем координат упрощает выравнивание. Выравнивание передней / задней оси относительно брегмы следует ту же технику. Различие в вентральной расстоянии для контактирования темени и LAMDA также должны быть меньше, чем 0,05 мм.
      1. Отрегулировать череп до выравнивания не будет завершено в обоих направлениях, так что поперечная плоскость параллельна земле. Это позволяет для истинных стереотаксической координат , как видно в атласе мозга мыши. ²⁰
   2. С 0,5 мм диаметр микро бурового долота в стереотаксической дрель, сверло заусенцев отверстия от 3,30 мм до 4,50 передней мм кзади от брегмы с шагом 1,30 мм при 1,00 мм сбоку от средней линии на обеих половинах черепа. Для 2,30 мм боковых колонн электродов, сверло заусенцев отверстия от 2,00 мм до передней темени до 4,50 мм кзади от брегмы с шагом 1,30 мм по обе стороны от средней линии (рис 2). Высокая точность и точность, что требуется для этого д-рIlling операция упрощается за счет разрешения цифровой стереотаксической манипулятора 10 мкм.
      Примечание: Для того, чтобы штифты заставкой правильно имплантировать, череп мыши должен быть надежно закреплен внутри стереотаксической рамы. Если череп движется во время бурения, разрегулированность головной убор и заусенцев отверстий может наступить.
9. Имплантат заставках.
   1. С прямыми щипцами, подготовьте проволочные туннели ЭМГ для торакальных проводов EMG. Берроу 2,5 см между кожей и мышцей в задней части для левого и правого проводов EMG. Вставьте грудного и шейного EMGS в полость, созданной с прямыми щипцами, а затем маневрировать кирпич EEG с изогнутыми щипцами таким образом, чтобы штифты приведения в соответствие с ранее просверленных отверстий заусенцев.
   2. Нанесите небольшое давление на головной убор и шевелить булавки в череп. Диаметр Pin составляет 0,46 мм. С изоляционной лак для ногтей, штифты будут плотно прилегать в пробуренной заусенцев холе. Головной убор будет стабильным, как только он надлежащим образом вставлен. Отрегулируйте ЭМГ провода до конечных положений. Повторите тот же процесс для заставкой на другой стороне.
10. Закрепите головной убор на месте с помощью стоматологического цемента.
    1. Когда оба заставок установлены в месте, смешать 1: соотношение метилметакрилата 1 с сшивающим соединением. Нанесите смесь таким образом, что она покрывает обнаженный череп, лак-полированные части стержневого электродов и проксимальную часть ЭМГ проводов, но не покрывает женских сосудов головного украшения.
    2. Будьте уверены, чтобы не получить цемент на мех. Не допускать к гребням цемента с образованием, что мышь сможет ухватиться. Обеспечить достаточное время для цемента, чтобы высохнуть, а затем удалить мышь из стереотаксической рамы. Общий вес, что мышь будет нести от 2-х половин заставкой и фиксирующая цемента составляет около 1,2 г.
11. Поместите животное в чистотеобласть восстановления.
    1. Поддерживать температуру тела с грелку. Монитор мыши, пока он не восстановит все постуральные рефлексы, означающий появление от наркоза. Индивидуальное жилищное строительство рекомендуется для долгосрочного восстановления.
    2. Ежедневный мониторинг в течение как минимум 3-х дней после операции рекомендуется с инвазивной аналгезии. Разрешить 10-14 дней восстановления после операции перед началом привязной периода привыкания.

4. приучить животных к привязывать

1. Подключите адаптер к мыши с помощью головки мыши сдержанность (рис 1G-H). Держитесь противоположные углы заставках, которые цементируют на месте с изогнутыми кровоостанавливающих раз мышь сдержан и медленно вставьте адаптер булавки в имплантированного заставкой с обеих сторон.
2. Подключение усилителя 32 канала к адаптеру (рис 1H). Обязательно совместите логотипы на адаптеру и усилителя в сотрудничествеnsistent ориентации как для адаптера и усилителя для предотвращения ошибок канала отображения. Подключите усилитель к стандартному последовательного периферийного интерфейса (SPI) кабель RHD2000. Этот кабель будет подключаться к системе сбора данных для записи сигнала.
3. Место мыши в камере, имеющей консольную рычаг, установленный на стенке камеры. Подключите интерфейсный кабель SPI к консольным рычагом и отрегулируйте натяжение в консольной руке, чтобы противодействовать весу привязанной кабеля. Мышь может свободно перемещаться и приучали в течение одного часа в день за неделю до начала записи.
4. Чтобы отключить мышь, просто отключите кабель и адаптер от мыши при использовании плоского из нержавеющей стали микро лопаточку, чтобы помощник в отключении адаптера от мыши.

Настройка 5. Сигнал Извлечение системы / записи сигнала

1. Вставьте построенную адаптер в заставкой имплантированного мыши. Подключите усилитель headstage к адаптеру иподключить стандартный интерфейсный кабель SPI к усилителю и к плате сбора. Есть кабель SPI прикрепить к правильно натянутом кантилевера, так что дополнительный вес на голове мыши сведена к минимуму.
2. Поместите локальную клетку Фарадея, созданная с помощью проводящей сетки или алюминиевой фольги, вокруг headstage и заземлить местную клетку Фарадея.
3. Получение электродов импедансы перед началом каждой записи, выбрав 30 Ks / частота выборки в секунду и измерить полное сопротивление промежуточного модуля в графическом интерфейсе. Значение импеданса меньше, чем или равно 10 кОм для отдельного пальца требуется для подтверждения правильного контакта электрода. Более высокие значения импеданса приводят к отклоненных данных с этого электрода.
4. Для записи, создать цепочку сигнала Rhythm FPGA, полосовой фильтр и просмотра LFP в графическом интерфейсе. Рекомендуется, чтобы выбрать частоту дискретизации 1,00 Кс / с, пропускная способность 0.1-7,500 Гц и снимите флажок DSP. Установите полосовой фильтр 0,1-250 Гц и отображают каналы О.П.Ening зрителя LFP. 250 и 400 мкВ амплитуды канала с методом жеребьевки выбраны лучший визуализирует данные.
5. Начало записи с помощью графического интерфейса. Создайте новую папку для каждой записи и указываем путь для сохранения файлов в эту папку. Для того, чтобы начать запись просто нажмите запись. Все 32 каналов из разъема записываются по умолчанию, но нежелательные каналы можно отказаться, нажав на правой стороне модуля Ритм FPGA перед началом записи.
6. Импорт данных в Matlab для анализа. Есть множество открытым исходным кодом инструментариев, которые могут быть использованы, чтобы помочь в анализе.

Results

Выборочные данные , записанные в свободно движущейся мыши , имплантированного с EEG заставкой высокой плотности показана на рисунке 3. Отдельные формы волны ЭЭГ соответствуют схеме канала отображения , показанного на рисунке 2. Примеры шейного и грудного отделов ЭМГ также отображаются на рисунке 3. Обратите внимание, что грудная ЭМГ также содержит встроенную электрическую активность, происходящий в сердце мыши, которое становится очевидным, когда дифференциальный сигнал между двумя грудными проводами ЭМГ (Т) вычисляется. С помощью этой записи можно также вычислить частоту сердечных сокращений у мыши, путем измерения времени между электрокардиографических QRS шипами. ^23-24 Подобным же образом можно измерить частоту дыхания мыши путем расчета фазовое изменчивость QRS шипа , как грудной полости расширяется и контракты с каждым вдохом. ²⁵ Следовательно, эта установка разрешений на приобретение Oе мышиный полисомнография. Кроме того, установка позволяет корковой отображение визуальных вызванных потенциалов (рисунок 4). Когда 10 мс световой импульс подается только левый глаз мыши, классические ответы записываются в контралатеральной (но не ипсилатеральной) первичной зрительной коры головного мозга, которые сопровождаются задержкой реакции в контралатеральной вторичной зрительной коры. Фильм встроен на рисунке 4 показывает время изменяющийся электрических потенциалов по всей поверхности коры мозга наряду с графиками активности в контралатеральной V1 и V2.

AP
3.3			0	0
2		0,4	0,6	0,6	0,4
0,7		0,6	0,9	0,9	0,6
-0,6		0,9	1	1	0,9
-1,9		1	1.1	1.1	1
-3,2	3	1	1	1	1	3
-4,5	3	0,7	0,7	0,7	0,7	3
ML		-2,3	-1	1	2.3

Таблица 1:. Pin Обрезка Длины На этом рисунке показаны необходимые подрезки длины, в мм, на контакт для заставкой. Длины для контактного подрезки были приобретены из атласа мозга мыши. Мтер подрезки штифтами, то головной убор соответствует профилю поверхности мозга. ²⁰ EMG штифты полностью отрезаны , как провода , используемые для записи сигнала EMG припаяны на штифт заглушки.

Рисунок 1:. Головной убор Компоненты, Промежуточные Строительные шаги, и правильного подключения для записи На этом рисунке показано сырье , используемое для создания заставок. Начиная с 100-штырьковый разъем коннектору, меньше 2 х 7 и 2 х 1 компоненты созданы. Обратите внимание , что в компоненте 2 х 1, исходный край 2 х 50 цела, что позволяет последовательную конструкцию заставкой и позволяет один адаптер для подключения ко многим имплантированных мышам. Фигура 1В и 1С представляют сырья , необходимого для создания адаптера от заставкой к усилителю. 1В представляет конец головной уборадаптер, который так же вырубается для подключения к головным убором. Следует отметить , что , что 2 х 1 снова имеет оригинальный край от сырьевой составляющей, обеспечивая правильное соединение между адаптером и головным убором. Рисунок 1С показывает конец адаптера , который подключается к усилителю. Рисунок 1D иллюстрирует эпоксидной смолой 2 х 7 и 2 х 1 компоненты вместе с подготовленными проводами ЭМГ для записи сигнала. Рисунок 1E показывает , заполненную головным убором. Рисунок 1F показывает завершенный адаптер. Рисунок 1G показывает правильное соединение между заставками и адаптером. И, наконец, на рисунке 1H показывает имплантирован мышь с подключенным адаптером и усилителем. Микросхема усилитель подключен к интерфейсный кабель , который проходит к плате сбора (не показан). Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Рис . 2: Электрод Монтаж и полностью построен головной убор На этом рисунке показано расположение электродов относительно мозга мыши. Места электродов основаны на стереотаксической координат от брегмы. Координаты для каждого электрода может быть найден на этапе 4.8 протокола. Электрод цвет соответствует нижележащих областях мозга для каждого электрода. Белый = фронтальная ассоциативная кора (АОП), Оранжевый = первичный двигатель коры головного мозга (M1), розовый = вторичный моторной коры (M2), темно-зеленый = первичный соматосенсорной коры головного мозга, передняя конечность область (S1FL), Зеленый = первичный соматосенсорной коры головного мозга, dysgranular зона (S1DZ ), светло-зеленый = первичный соматосенсорной коры головного мозга, поле ствола (S1BF), желтый = медиальной теменной ассоциации коры головного мозга (MPTA), темно-синий = первичной зрительной коры (V1), светло-голубой = вторичная зрительная кора, mediomedial область (V2MM), черный = ретроспленальной дуsgranular коры головного мозга (RSD). ²⁰ Общие справочники / Ground показано , как хорошо. Эта ссылка схема минимизирует дыхательный артефакт в пределах исходного сигнала. Числа, связанные с каждым отдельным электродом обеспечивают карту канала для всего массива. Изображение редактировался Allen Brain Atlas Mouse. ^21,22 фиг.2В показана полностью построенную головной убор масштабирования по десять центов. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 3: Пример ЭЭГ и ЭМГ Следы от электрода Montage электрода формы волны соответствуют отображению канала , показанного на рисунке 1А.. Шейки EMG (C) обеспечивает возможность определять затылочной тонус мышц (+). ЭМГ сигналы также содержат сердечные QRS электрические импульсы(*). Шкала баров 200 мкВ для амплитуды трассы и 1 сек для длительности трассировки показаны. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 4: Пространственное распределение потенциала Визуальный Вызванные Пространственное распределение вызванных потенциалов после нанесения одностороннего световой вспышки вводят только в левый глаз.. Верхняя диаграмма изображает высокой плотности монтажа EEG с каждым кругом, представляющим электрод. Изменение цвета с течением времени соответствует напряжению изменения с течением времени для каждого соответствующего электрода. В момент времени = 0 мс, 10 мс световой импульс подается и представлен в средней фигуре. Дно рисунок иллюстрирует в виду возможные следы навеянные для контрлатеральных V1 и V2 ЭЭГ электродов (n = 108 EP испытания). Свет импсе происходит при 0 мс. Обратите внимание , что соответствующий вызванный потенциал отклик наблюдается в контралатеральной V1 (черный след), за которым следует более длительного латентного вызванных потенциалов ответа в контралатеральной V2 (красный след). (Правый щелчок , чтобы загрузить).

Discussion

Конструкция недорогой и хирургические шаги, необходимые для того, чтобы должным образом достигнуть 26 канала высокой плотности монтажа EEG у мыши описана. Правильный эпидуральной контакт электродов имеет решающее значение в получении качества EEG сигналов в этой системе. Два шага в пределах адресу протокола этот вопрос: пин обрезки, чтобы соответствовать контуру мозга, а также головной убор имплантации перед акриловым арматуры. Важно, чтобы не порезать штифт слишком короткий на этапе строительства. При имплантации заставках, крайне важно, чтобы проверить размещение штифта до окончательного акриловой арматуры. Один из способов, чтобы подтвердить правильность контакт электрода через тестирования импеданса. Якобы, полное сопротивление 5-10 кОм предложить правильное размещение эпидуральной. ²⁶   измерения импеданса демонстрируют прочность заставках ", так как значения полного сопротивления электрода стабильны в пределах этого диапазона 5-10 кОм в течение не менее 4-х месяцев после имплантации. Другойсущественный шаг включает в себя совместив штифты ЭМГ с двумя задними-большинство строк EEG кирпича 2 х 7. Это очень важно для подключения адаптера, так как перекос ЭМГ и ЭЭГ штырьки приведет к невозможности подключения адаптера или согнутые адаптера булавки.

Главным преимуществом этой системы сбора данных является легкость изменения формы матрицы электродов с целью оптимизации разнообразных экспериментальных потребностей. Настроенные механизмы электродов, которые оптимально подходят для конкретных экспериментов могут быть легко созданы. Настройка для конкретных экспериментов потенциально могут объединить электроэнцефалограмму с канюлей для направленной доставки лекарственных средств для комбинированного фармакологического, Электроэнцефалографические и поведенческих исследований. ²⁷ заставок, адаптеры, и хирургические процедуры легко приспособлены к широкому ряду исследований при следующих способов , описанных в протоколе выше , Вторым важным преимуществом этой системы сбора является его низкая стоимость. В настоящее время эта система сбора данных можетзапись 128 входных каналов на до 4-х отдельных кабелей, допускающие одновременную запись с 4-х мышей или при желании, у крыс с более высокой плотностью сетки. Такое расширение будет только требует дополнительных кабелей и адаптеров.

Такой подход к высокой плотности приобретения EEG рассматриваются недостатки других методов сбора данных ЭЭГ высокой плотности у мышей. Система, описанная в данной работе сподручно построен с помощью простых материалов и использует открытые аппаратные источника и программное обеспечение, которое является недорогим и стабильным, позволяет для повторных измерений в том же животном в течение нескольких месяцев, разрешает свободное движение во время эксперимента, и не требует мышей быть наркоз для записи. Ограничения этой системы является то, что она только была подтверждена на сегодняшний день у мышей, которые весят 20 г или более, и старше 12 недель. Более мелкие или молодые мыши могут возникнуть трудности с имплантацией головной убор. Вторичное ограничение этой методики является невозможность точно контролировать глубину электрода после headpIECE изготовление. Тем не менее, это же ограничение относится и к традиционным винтового EEG электродов, так как нет никакого способа, чтобы точно знать глубину винта предсмертного относительно поверхности коры. Устранение этого метода, как правило, включает в себя должным образом экранирование сигнала помехи от мыши, когда привязных для получения сигнала без шумов.

Высокая плотность EEG массивы имеют важное значение для сложных пространственно-временных анализа данных ЭЭГ, которые являются новой нормой в современной интерпретации ЭЭГ. В то время как пространственное распределение визуального вызванного потенциала проиллюстрирована, данные, полученные с помощью этой системы можно анализировать с использованием методов визуализации электрического источника и нейронные мер по обеспечению связности. Снижение 60% до 70% в зоне контакта между этими электродными штифтов по сравнению с традиционными винтовыми контактами позволяет локализовать более точный сигнал, как показано на рисунке 4. Использование высокой плотности аналитические методы в генетически модифицированных мышей, после Pharmacological вмешательство, или у животных с внутренней патологии, таких как эпилепсией могут помочь выявить механизмы, порождающие специфические кортикальные колебания, локализовать источники ФКЗ и ОзВ, и выявить крупномасштабные свойства сети. В лучших человеческих систем параллельной работы, этот подход позволит улучшить небольшие животные модели человеческого нейрофизиологии и невропатологии, обеспечивая более легкий перевод открытий, сделанных в моделях грызуна к научной и клинической значимости в организме человека.

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
32-канальный усилитель RHD2132 Headstage	Intan Technologies	C3314
Aquistion Board	Open Ephys	v2.2
100-позиционный распознаваемый разъем	Digi-Key	ED85100-ND	Headpiece
Ацетон (1 л)	Sigma Aldrich	179973-1L
Бритвенное лезвие (100 шт)	McMaster Carr	3962A4
Плоскогубцы для резки проволоки	MSC Промышленный	321786
2-х компонентный эпоксидный	McMaster Carr	7605A18
PFA покрытый серебряный провод (25 футов)	A-M Systems	787000	EMG Wire
CircuitWriter Pen	MCM Electronics	200-175	Серебряный аппликатор для наконечников электродов
36-позиционный двухрядный наружный наноминиатюрный разъем	Omnetics Connector Корпорация	A79028-001	Адаптер передатчика к усилителю
Разъем 2 x 50	Digi-Key	ED83100-ND	Передатчик к адаптеру
усилителя Clidox Base and Acitvator	Pharmacal	95120F & 96120F	Стерилант
изофлуран	Priamal Enterprises Ltd	66794-019-10
Кислород	Воздушный газ	OX USP300
Регулятор температуры с замкнутым контуром	CWE Inc.	08-130000
Изогнутые ножницы	FST	14085-09
0,25% Бупивикаина гидрохлорид	Hospira	0409-1159-02	Местный анестетик
Мелоксикам 5мг/мл	Henry Schein	6451602845	обезболивающее/воспалительное средство
0,9% Натрия хлорид	Hospira	0409-4888-20	Жидкости
Цефазолин	Hospira	0409-0806-01	Антибактериальный
No11 Одноразовый сверло (20 шт)	Feather	2975#11
Micro Serrefines	FST	18052-3
Ватные палочки (1,000 шт)	MSC Industrial	8749574
0,5 мм Микросверло	FST	19007-05
Стереотаксическое сверло	Kopf	Модель 1471
изогнутое Щипцы	Roboz	RS-5136
Метилметакрилат	A-M Systems	525000	Цемент для головного убора
Метилметакрилат Сшивающий компаунд	A-M Systems	526000
Изогнутые гемостатики	FST	13003-10	Помощник в переходном соединении
RHD2000 стандартным интерфейсным кабелем SPI (3ft)	Intan Technologies	C3203
Консольный рычаг	Instech	MCLA
Micro Шпатель (12 шт)	Fischer	Scientific S50822
Цифровая паяльная станция	MCM Electronics	21-10115
Припой канифоли с сердечником 60/40 Олово/свинец	MCM Electronics	21-1045
Color Craze Лак для ногтей с отвердителями (на основе нитроцеллюлозы)	L.A. Colors	CNP508
Стереотаксический инструмент для мелких животных с цифровой консолью	Kopf	Модель 940