Недорогая электроэнцефалографическая регистрирующая система в сочетании с катушкой миллиметрового размера для транскраниальной стимуляции мозга мыши in vivo
26 мая 2023 г.
Предлагается недорогая электроэнцефалографическая регистрирующая система в сочетании с катушкой миллиметрового размера для управления транскраниальной магнитной стимуляцией мозга мыши in vivo. Используя обычные винтовые электроды с изготовленной на заказ гибкой подложкой из многоэлектродной матрицы, можно проводить многосайтовую запись из мозга мыши в ответ на транскраниальную магнитную стимуляцию.
В неврологии запись ТМС и ЭЭГ часто используется для улучшения нашего понимания мозга. ТМС особенно перспективна благодаря своей неинвазивности. Сочетание ТМС с записью ЭЭГ позволяет исследователям исследовать возбудимость, связь и пространственно-временную динамику в различных областях мозга.
Этот протокол направлен на разработку системы измерения одновременной стимуляции для экспериментов ТМС-ЭЭГ с мелкими животными. Эти системы не получили широкого развития, что вынуждает исследователей создавать систему методом проб и ошибок в соответствии с уникальными экспериментальными требованиями. Этот легко адаптируемый подход может быть установлен в стандартных лабораториях нейробиологии, что делает его более доступным и практичным для исследователей.
Результаты этого исследования будут способствовать исследованиям и выяснению механизмов, лежащих в основе специфических расстройств у мелких животных, которые являются важными моделями для кандидатов на людях. Кроме того, эти модели улучшат их понимание условий жизни человека и помогут в создании более эффективных методов лечения и вмешательств.
Просмотрите полный транскрипт и получите доступ к тысячам научных видео
Обзор
В данном исследовании предлагается недорогая система электроэнцефалографической (ЭЭГ) регистрации в сочетании с катушкой миллиметрового размера для проведения транскраниальной магнитной стимуляции (ТМС) in vivo на мышах. Система предназначена для углубленного изучения активности мозга посредством многоканальной регистрации ответов на ТМС, что позволяет исследователям изучать возбудимость и связность различных областей мозга.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Нейробиология
- Электрофизиология
- Транскраниальная магнитная стимуляция (ТМС)
Теоретические основы
- ТМС и ЭЭГ используются для неинвазивного изучения функций мозга.
- Одновременные измерения ТМС-ЭЭГ расширяют возможности исследования динамики мозга.
- Существующие системы для мелких животных имеют ограничения и требуют индивидуальных решений.
- В данном исследовании разработана практичная и адаптируемая система для стандартных лабораторий.
Цель исследования
- Создать систему одновременного измерения стимуляции для ТМС-ЭЭГ у мелких животных.
- Повысить доступность и практичность проведения нейробиологических исследований.
- Выяснить механизмы, лежащие в основе неврологических расстройств, с использованием моделей на мелких животных.
Используемые методы
- Регистрация электроэнцефалограммы (ЭЭГ) с помощью гибкого многоэлектродного массива.
- Модель мыши под внутрибрюшинной анестезией для размещения электродов и катушки.
- Подробные хирургические процедуры и инструкции по настройке для оптимального размещения электродов и устройства стимуляции.
- Сеансы регистрации и стимуляции с использованием генератора функций и системы сбора данных.
Основные результаты
- Успешная регистрация форм волн ЭЭГ в ответ на звуковые стимулы и ТМС.
- Отрицательные ответы, наблюдаемые после звуковой стимуляции, с вариациями в зависимости от интенсивности магнитной стимуляции.
- Увеличение амплитуды пиков на записях ЭЭГ, коррелирующее с усилением стимуляции.
- Данные демонстрируют способность системы измерять реакции мозга во время ТМС.
Выводы
- В исследовании представлена практическая установка для одновременной регистрации ТМС-ЭЭГ у грызунов.
- Данная методология открывает возможности для дальнейшего изучения церебральных механизмов, связанных с различными расстройствами.
- Ожидается, что это позволит улучшить понимание неврологических заболеваний человека и поиск потенциальных методов лечения.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для отрасли
Одновременная регистрация ЭЭГ и транскраниальная магнитная стимуляция (ТМС) на моделях мелких животных позволяют напрямую исследовать возбудимость и связность нейронных сетей, что способствует валидации мишеней на ранних этапах разработки нейрофармацевтических препаратов. Эта недорогая многоканальная система обеспечивает воспроизводимую количественную оценку ответов мозга, снижая неопределенность механизмов и повышая прогностическую достоверность при поиске лекарств для лечения заболеваний ЦНС. Ее доступность и масштабируемость делают ее универсальной платформой для доклинических нейрофизиологических исследований.
Стратегические применения в биофармацевтических исследованиях и разработках
Ранний поиск и валидация мишени
- Позволяет напрямую измерять ответы нейронных цепей на контролируемое воздействие TMS.
- Обеспечивает функциональную валидацию мишеней ЦНС с помощью количественных показателей ЭЭГ.
- Способствует снижению механистических рисков путем картирования пространственно-временных паттернов активности мозга.
- Повышает прогностическую уверенность при разработке нейроактивных соединений.
Скрининг и разработка анализа
- Обеспечивает стандартизированную многоканальную платформу ЭЭГ для скрининга соединений in vivo.
- Предоставляет воспроизводимые количественные электрофизиологические данные для разработки анализов.
- Поддерживает масштабируемость и повторное использование платформы для различных мишеней и моделей ЦНС.
- Позволяет проводить надежную оценку фармакологических и нейромодулирующих воздействий.
Трансляционные и доклинические исследования
- Сопоставляет профили нейрональных ответов на доклиническом этапе с биомаркерами, релевантными для заболевания.
- Обеспечивает непрерывность процесса от раннего поиска до доклинической валидации на моделях мелких животных.
- Поддерживает принятие решений о продвижении препаратов с учетом рисков на основе функциональных конечных точек ЦНС.
- Предоставляет трансляционно значимые данные для приоритизации портфеля препаратов для ЦНС.
Интеграция конвейера и рабочего процесса
Эта система интегрируется в непрерывный цикл открытий — от раннего тестирования гипотез до идентификации ведущих соединений и доклинической валидации программ по изучению ЦНС.
- Биология открытий: позволяет проводить исследования нейронных цепей и проверять эффективность воздействия на мишени на основе выдвинутых гипотез.
- Скрининг: обеспечивает количественные выходные данные ЭЭГ, готовые к анализу, для оценки соединений и устройств.
- Аналитика: поддерживает статистическое сравнение ответов, вызванных стимуляцией, в различных экспериментальных условиях.
- Трансляционные исследования: позволяют связать механистические открытия, полученные на грызунах, с конечными точками ЦНС, актуальными для человека.
- Корпоративное повторное использование: представляет собой гибкую и недорогую платформу, адаптируемую под разнообразные нужды НИОКР в области нейрофармакологии.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: повышает прогностическую достоверность и снижает механистическую неопределенность при валидации мишеней в ЦНС.
- Операционная ценность: стандартизирует многоточечные рабочие процессы ЭЭГ-ТМС для обеспечения воспроизводимости и масштабируемости.
- Стратегическая ценность: позволяет принимать обоснованные решения о продолжении или прекращении разработок (go/no-go) и эффективно управлять портфелем препаратов для ЦНС с точки зрения затрат капитала.
- Влияние на портфель: обеспечивает приоритизацию и продвижение нейроактивных активов с учетом скорректированного риска.
Особенности реализации
- Требуется опыт проведения хирургических операций на мелких животных и знания в области нейрофизиологии.
- Необходим доступ к базовому электрофизиологическому оборудованию и системам сбора данных.
- Требуется стандартизация протоколов стимуляции и размещения электродов между исследовательскими группами.
- Метод может быть адаптирован для различных моделей грызунов и экспериментальных парадигм.
- Потенциальные ограничения включают вариативность ответов животных и необходимость индивидуальной настройки протокола.
