Картирование мозга с помощью графеновой электродной матрицы

Summary

Мы представляем процедуру картирования мозга на основе графенового массива для снижения инвазивности и улучшения пространственно-временного разрешения. Поверхностные электроды на основе графеновых матриц демонстрируют долгосрочную биосовместимость, механическую гибкость и пригодность для картирования мозга в извитом мозге. Этот протокол позволяет строить несколько форм сенсорных карт одновременно и последовательно.

Abstract

Корковые карты представляют собой пространственную организацию зависящих от местоположения нейронных реакций на сенсомоторные стимулы в коре головного мозга, что позволяет предсказывать физиологически значимое поведение. Для получения карт коры головного мозга использовались различные методы, такие как проникающие электроды, электроэнцефалография, позитронно-эмиссионная томография, магнитоэнцефалография и функциональная магнитно-резонансная томография. Однако эти методы ограничены плохим пространственно-временным разрешением, низким отношением сигнал/шум (SNR), высокой стоимостью, а также небиосовместимостью или физическим повреждением мозга. В этом исследовании предлагается метод соматосенсорного картирования на основе графеновой матрицы в качестве особенности электрокортикографии, который обеспечивает превосходную биосовместимость, высокое пространственно-временное разрешение, желательное отношение сигнал/шум и минимальное повреждение тканей, преодолевая недостатки предыдущих методов. Это исследование продемонстрировало возможность использования графеновой электродной решетки для соматосенсорного картирования у крыс. Представленный протокол может быть применен не только к соматосенсорной коре, но и к другим корам, таким как слуховая, зрительная и моторная кора, обеспечивая передовые технологии для клинической реализации.

Introduction

Корковая карта представляет собой набор локальных участков, представляющих свойства реакции на сенсомоторные стимулы в коре головного мозга. Они представляют собой пространственное образование нейронных сетей и позволяют предсказывать восприятие и познание. Таким образом, корковые карты полезны для оценки нейронных реакций на внешние стимулы и обработки сенсомоторной информации 1,2,3,4. Существуют инвазивные и неинвазивные методы картирования коры головного мозга. Один из наиболее распространенных инвазивных методов предполагает использовани....

Protocol

Все процедуры обращения с животными были одобрены Институциональным комитетом по уходу за животными и их использованию Инчхонского национального университета (INU-ANIM-2017-08).

1. Подготовка животных к операции

ПРИМЕЧАНИЕ: В этом эксперименте используйте крысу Sprague Dawley Rat (8-10 недель) без предвзятости по половому признаку.

1. Обезболивайте крыс коктейлем 90 мг/кг кетамина и 10 мг/кг ксилазина внутрибрюшинно. Чтобы поддерживать желаемую глубину анестезии на протяжении всей операции, дайте крысе дополнительный коктейль 45 мг/кг кетамина и 5 мг/кг ксилазина, когда крыса проявляет при....

Results

Этот протокол описывает, как графеновая многоканальная матрица монтируется на поверхности мозга. Соматосенсорная карта была построена путем получения нейронных реакций на физические стимулы и вычисления амплитуды ответа. На рисунке 1 показана схема этого эксперимента.

На рисунке 2А представлены структурные характеристики графеновой электродной решетки. Между электродами имеются сквозные отверстия подложки. Эти отверстия помогают элект.......

Discussion

Представленный протокол представляет собой углубленный пошаговый процесс, который объясняет, как получить доступ к соматосенсорным реакциям крыс и отобразить их с помощью графеновой электродной решетки. Данные, полученные протоколом, представляют собой SEP, которые предоставляют соматосенсорную информацию, синаптически связанную с каждой частью тела.

Следует рассмотреть несколько аспектов этого протокола. При извлечении спинномозговой жидкости для предотвращения отека мозга и смягчения воспале.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Шприц объемом 1 мл	KOREAVACCINE CORPORATION		для инъекций препарата для анестезии
Шприц объемом 3мл	KOREAVACCINE CORPORATION		для инъекций препарата для анестезии
Костный ронжер	Fine Science Tools	16220-14	удалить соединитель черепа
	Gbrain		Подключить графеновый электрод к
сверлу	инструмент FALCON зашлифовать		сверло черепа
	остемальный имплантат		отшлифовать череп
щипцы радужной оболочки Graefe слегка изогнутый зубчатый	вубу	vudu-02-73010	удалить ткань из черепа или трюма стеклоочистителя
графеновая многоэлектродная решетка	Gbrain		записывает сигналы от нейрона
изофлурана	Hana Pharm Corporation		жертва субъекта
кетамин	юхан корпорация		используется для анестезии
лидокаин (2%)	Daihan pharmaceutical		местный анестетик
Matlab R2021b	Mathworks		Анализ данных Программное обеспечение
гемостатиков от комаров	Fine Science Tools	91309-12	закрепить мазь для кожи головы
	Alcon		предотвращает высыхание глаз
povidone	Зеленая фармацевтическая корпорация		дезинфицирует область разреза
RHS 32ch Stim/Record headstage	intan technologies	M4032	подключает разъем к интерфейсному кабелю и содержит интан RHS stim/усилитель
RHS 6-футовый (1,8 м) Stim SPI интерфейсный кабель	intan technologies	M3206	подключает графеновый электрод к голове
RHS Stim/Recording контроллер программного обеспечения	intan technologies		Программное обеспечение для сбора данных
RHS стимуляция/ Запись контроллер	intan technologies	M4200
физиологический раствор	JW Фармацевтический
скальпель	Hammacher	HSB 805-03
стереотаксический инструмент	стоелирования		закрепить субъект
стерильной иглой	для подкожных инфекцийKOREAVACCINE CORPORATION		удалить твердую мозговую оболочку
Тканевые щипцы Steven Iris	KASCO	50-2026	удалить твердую мозговую оболочку
хирургическое лезвие No11	ПЕРО		удар на кожу головы
хирургические сикссоры	Fine Science Tools	14090-09	нанести удар на кожу головы и удалить твердую мозговую оболочку
деревянной палочкой			стимуляция усов
ксилазин	Bayer Korea		используется для анестезии