Here we demonstrate the use of a wireless enabling technology for electroencephalogram (EEG) in neonatal rodent models of human disease. With telemetry, there are no encumbering connections, thus allowing natural behaviors.
간질과 같은 인간의 많은 진보적 인 신경 학적 질환, 천천히 질병 과정의 다양한 단계에서의 간섭을 테스트하기 위해 질환이 전임상 동물 모델을 필요로한다. 이 동물 모델은 미성숙 설치류, 이러한 질환의 실험실 연구를위한 고전적인 모델 생물을에서 구현하는 것이 특히 어렵다. 발작 및 다른 신경 질환의 젊은 동물 모델에서 녹음 연속 뇌파 인해 작은 물리적 젊은 설치류의 크기와 댐에 대한 의존도 이유 이전에 기술적 인 문제를 제시한다. 따라서, 더 클리닉 번역 또한 미성숙 설치류 연속 EEG를 기록 할 수있는 새로운 디바이스에 대한 요구에 적합한 그러한 치료를 식별 전임상 연구를 개선하기위한 명확한 필요성뿐만있다. 여기서, 우리는 뒤에 기술을 설명하고 특히 O 미성숙 래트에 사용하기 위해 설계 신규 소형 원격 측정 시스템의 사용을 보여성인 동물에 사용하기에 효과적이다 R 마우스.
오래된 – 여전히 가장 널리 사용 – 뇌 biopotentials를 기록하기위한 기술은 뇌파 (EEG)이다. 그것은 발작 감지 1, 발작 초점 2의 현지화 및 뇌진탕 3,4의 진단을 포함한 신경 학적 이상에 대해 임상 적으로 사용된다. 이 기술은 널리 수면의 메커니즘에 대한 기본 정보를 제공하고, 수면 장애 5,6-를 진단하기 위해 사용된다.
간질의 임상 진단에서와 같이, 뇌파는 모두 유전 인수 간질 동물 모델에서 중개 연구에 필수적이되었다. 현재의 연구 응용 프로그램에서 "유선"또는 "곁에"녹음 표준이며, 정기적으로 시간 7시에 주 동안 성인 설치류에서 수행됩니다. 그러나, 전기 노이즈, 이동 유물 및 케이블을 당겨 자신을 다치게합니다 동물을 닿는 위험이 긴 COMPR이이 실험을 omised. 따라서, 조건으로 실험 성공률을 향상시키기 위해, 우리는 동물 및 계측 간의 유선 인터페이스의 제거를 허용 할 새로운 기술을 개발해야한다. 개발의 가장 명백한 영역 설계 및 긴 수명을 유지하고 동물 피사체의 불편을 최소화하면서, 고품질의 기록이 가능 원격 측정 시스템의 구현이다. 이러한 장치의 물리적 크기를 줄이는 것은 신경 장애의 신생아 및 청소년 설치류 모델에서 병진 연구를 가능하게 할 것이다.
쥐의 낮은 채널 수의 뇌파 기록은 광범위하게 사용된다 인간에게 번역의 간질 발작이 가능한 억제하는 새로운 치료법을 개발하기 위해. 오랜 기간 동안 하나 이상의 사이트에서 녹음 중개 연구에서 간질의 쥐 모델을 사용하기위한 많은 가능성을 엽니 다. 이 분야에서 현대의 많은 연구는 만성 SEIZ의 발생을 차단하는 것을 목적으로연속적이지 EEG 모니터링 제안한 치료 8의 효과를 분석하는 경우 URES 또는 간질 (즉, epileptogenesis)의 개발 및 연구 노력은 광범위한 요구; 채널 당 0.1 내지 100 Hz의 사이에서 작동하는 하나, 두 개, 또는 네 개의 채널이 작고 단순한, 원격 측정 시스템은 강하게 병진 이러한 유형의 연구를 촉진 할 것이다. 전자 기록 발작은 종종 행동 발작을 기반으로 분석의 유용성을 제한 (확실히 경련없이) 최소한의 행동으로 발생합니다. EEG 기록 동시 비디오 모니터링을 조합의 전략은 하나마다 발작 캡처의 가능성을 허용한다; 나아가, 이러한 분석 방법은 "발작"(또는 발작) 이벤트 (9) 사이의 간질 뇌에서 발생하는 간기 스파이크의 정량적 평가를 허용 할 수있다. 또한, 연속 고품질 둘러 아티펙트 EEG 레코딩을 수득 할 수있는 능력이있는 무선 기술은 일반적우수한 크게 실험자의 부하를 줄이고, 특정 EEG 파형 (예를 들어, 세타, 감마),뿐만 아니라 발작의 자동 검출을 연구하기위한 컴퓨터 기반의 알고리즘의 사용의 개발을 허용한다.
뇌 손상 후 만성 간질 연구를위한 주요 전임상 모델은 만성 간질 뒤에 화학 – 경련 (즉, kainic 산 또는 필로 카르 핀) 또는 전기적으로 유발 된 간질 중첩증 (SE)를 통해 어느 성인 쥐 또는 마우스입니다. 이러한 조건에서, SE 또는 간질 동물의 후속 발작과 연관된 심한 경련은 동물 찢어 인한 부상 또는 밧줄을 당겨와 headcap의 부착을 유지 나사를 풀어 발생할 수 있습니다. 궁극적으로, 이것은 일반적으로이 실험을 종결이 문제 및 만성에 대한 새로운 치료법의 개발을 목표로 실험 장기 고해상도 EEG 기록을 아직 얻을 필요가간질은 매우 중요합니다. 또한, 하우징은, 모니터링, 및 장기 이식 동물로부터 데이터를 분석하는 것은 모두 직접 비용과 시간 조사자 상당한 투자이다; 따라서, 실험의 조기 종료는 연구자에게 상당한 비용을 초래할 수있다. 간질 진행이 모델로서, 발작은 일반적으로 단지 새로운 치료법의 개발에 대한 유용성으로, 동물 손상 될 가능성을 증가시키는, 더 자주 그리고 더 심한 10-12 최대가된다. 이 동물들은 일상적으로 자주 클러스터 (13)에서 발생, 하루에 경련 발작의 수십을 개발할 수 있습니다.
아마 바이오 메디컬 사이언스의 가장 중요한 개발 중의 하나는 마우스 모델에서 표적 유전자의 사용이었다. 이러한 접근은 허용하고 있으며, 허용 실제 인간 증후군 14-16 재현 유전 간질 동물 모델의 개발을 계속할 것이다. 유전자 조작 같이 수행 할 수있다원리 증명 요법 간질 발작을 억제하거나 심지어 뇌 손상 후 17-20 간질의 발달을 차단한다. 이러한 유형의 연구는 EEG의 높은 처리량 연속 기록을 수행하는 능력에서 이익을 극적 것이다. 현재, 그것은 어느 테더 또는 원격 측정 시스템과 마우스로부터 기록 할 수있다; 그러나, 고화질을 획득하는 문제는 아티팩트없는 녹화 쥐보다 실질적으로 더 어렵고, 종종 이것은 생쥐 계속 빼내 베낭의 다양한 형태를 요구한다. 따라서 스트레스 연구를 교란, 궁극적으로 실험 동물의 간질을 수정할 것이다 따라서 발작 중증도, 주파수 및 / 또는 지속 기간을 증가시키고 있었다. 소형, 경량, 박형 미니어쳐 텔레 메 트리 시스템은 인간 질병의 유전 마우스 모델에서 장기적 EEG의 기록을 용이하게 할 것이다.
상술 한 문제점에 더하여, 미성숙 설치류 모델에서 EEG 기록질병의 도전의 고유 한 집합이 있습니다. 미성숙 동물은 17g (P6 쥐)에 적은 6으로 G (P8 마우스)를 무게 수 있습니다. 이 댐에 의해 강아지의 자연 양육을 할 수 있도록 밧줄과 무능력의 증가로 인해 스트레스에 직렬 여러 날 닿는 뇌파 기록을 만들기 위해 사실상 불가능하다. 동물이 젖을 때까지 그들은 댐의 관리에 있어야합니다. 댐은 강아지 어떠한 구체화 커넥터 조립체를 파괴 강아지를 종료하는 경향이 있으며, 일부의 경우에 전체 쓰레기를 종료. 또한, 미성숙 쥐 두개골 어려운 기계적 무결성 두개골에 어떤 전극 받침대를 장착 할 수 있습니다. 미성숙 설치류 고유 이러한 과제는, 강력한 전자 기록 장기 녹화를 만들기위한 새로운 해결책이 필요하다. 1) 메신저 : 여기에서 우리는 소형 무선 원격 측정 시스템을 사용하는 예와 같은 새로운 소형 무선 송신기와 현재의 세 가지 원리 증명 실험을 사용하여 뇌파의 주입 및 녹음을 입증에 초점저산소증 – 허혈의 성숙한 쥐 강아지 모델, 2) 성인 마우스는 간질 중첩증 이후 자발적인 발작, 성인 마우스의 발작과 사망을 초래할 혈관 동굴 기형의 3) 유전 적 모델을 유도하기 위해 DFP 처리 하였다.
소형의 무선 원격 측정 시스템은 네 가지 주요 요구 조건을 충족하기 위해 설계되었다 : (1) 최소 침습 수술 이식; (2) 댐과 한배 새끼와 쥐 새끼의 주택에 대한 호환성; 따라서 수술 재 주입없이 지속적인 모니터링 개월 허용 부 (3) 낮은 전력 소모; (4) 최소한의 운동 능력 아티팩트 고품질 EEG 파형을 기록한다. 무선 송신기는 <0.6, 2.3, 4 g의 무게, 0.3 <0.8, 1.4 cm 3은 쉽게 두개골에 마운트 X 7 5의 풋 프린트, 7 × 9, 7 × 12 mm의 배터리에 따라 시아 노 아크릴 레이트 젤 동물의. 어떤 뼈 나사 앵커는 안전하게에 장치를 부착 할 필요 없다두개골과 수술시 천공해야 할 홀의 개수를 감소 두개골. 장치는 2 주 이상, 11 개월, 또는 이러한 구성에서 6 개월 등 해마 깊은 뇌 구조에서 EEG 또는 로컬 필드 전위의 두 개의 채널을, 증폭시킬 수있다. 무선 송신기의 작은 크기, 감염의 위험을 감소 동물의 이동성을 증가시키고, 궁극적으로 다른 실험에 필요한 동물의 시간, 돈, 그리고 수를 증가 이환율과 사망률을 감소시킨다. 전자 및 배터리 모두 다르게 장치가 작동하지 않을 수있는 송신기 씹는 댐 방지 장치는 방수 및 터프하게 의료용에 에폭시 포팅된다. 무선 – 주파수 송신기는 달리, 원격 측정 시스템은 송신기와 사용자가 표준 설치류 하우징 내에 동물을 유지 할 수 있도록, 동물 케이지 이하 앉는 수신기 안테나 사이의 용량 성 커플 링을 사용한다. recordi의 다중 채널NG는 심전도 및 뇌파 멀티 모달 biopotentials의 녹음 할 수 있습니다. 동반 질환의 동물 모델은 동작 중에 21-23 biopotentials를 기록하는 기능에 의해 유익 할 것이다. 뇌파 모니터링 동작을 결합하여 연구 및 전임상 연구를위한 더 나은 도구와 연구자를 제공 할 것입니다.
이는 질병의 작은 동물 모델에서 장기 전자 사진 촬영을 해 매우 비쌀 수있다. 간단한 전기 회로에 의존하고, 저전력 소비를 강조함으로써 장기간 모니터링 실험 비용을 감소 송신기 시스템 (도 1 및도 2)을 만들 수 있었다. 6 개월 모니터링 실험의 총 비용은 4백70달러 낮은 수, 플러스 동물 (~ 일당 $ 1.5 동물 200 달러 송신기)의 비용을 수 있습니다. 송신기의 작은 크기는 작은 동물에 연속 중단 전자 사진 기록, 테더 또는 무선 주파수 기반 무선 레코딩 시스템 (도 4)를 수득하는 것은 매우 어려운 인간 질병의 임상 전 모델을 허용한다. 마지막으로, 송신기의 두개골 장착 자연 달리 실험을 손상시킬 수 동물에서 수술 시간 및 스트레스를 감소시킨다. 여기서 우리는 세 DIFF에서 원리 증명 실험을 보여발작의 erent 실험 모델 : 주 산기 저산소증 – 허혈 (13), (27), 쥐 강아지 28 (그림 4), DFP에 의한 간질 중첩증 (그림 5)와 동굴 혈관 기형의 유전자 유도 모델에서 발작 (그림 6).
어쩌면 아티팩트없는 장기 전자 기록 레코딩을 얻기위한 가장 중요한 측면은 관심있는 피질 영역 (도 4-6)에 전극 자유로운 액세스를 검증하는 것이다. 이 공통 기준 / 접지 전극을 포함한다. 특히 중요 경막 EEG 애플리케이션의 두개골에 송신기를 연결한다. 이 과정에서, 상기 전극의 길이가 매우 짧은 주어진 시아 노 아크릴 레이트와 전극 팁 부주의 코팅 할 수있다. 시아 노 아크릴 레이트로 전극에 코팅하여 EEG 신호를 감쇠 또는 완전히 최악의 경우에 그것들을 분리 할 수있다. 양호한 전기적 접속 B의 유사 부족etween 공통 기준 / 접지와 전기적 "노이즈"신호 출력 결과 송신기에서 차동 증폭기의 올바른 동작을 방지 할 동물의 뇌. 종종, 수술 후, 좋은 품질의 신호는 두개골 버 홀을 둘러싸 인한 부종에 최대 48 시간 동안 노출 될 수있다. 부종이 가라 앉을 때, 신호는 일반적으로 개선. 이 버 홀을 만들지 않고 두개골 표면에 전극을 배치함으로써 방지 될 수있다. 이 프로세스의 결과는, 시아 노 아크릴 레이트로 코팅하는 전극 전위를 증가 고주파 활성 감소로 인해 두개골 뼈 저역 전기적 특성, 및 전위는 전기적 신호에 공통 기준 / 접지 렌더링 잡음을 분리한다. 전극 연습 정확한 배치는 마우스 또는 쥐의 두개골의 두께를 모방 목재 또는 베니어의 얇은 조각으로 이루어질 수있다. 이 논문에 제시된 결과는 …로서 예시무선 원격 측정 기술을 사용하여 얻을 수있다 레코딩 품 질 문.
본원에 기재된 방법을 이용하여 외과 적 이식 수술의 복잡성에 따라, 적은 10 분 걸릴 수있다. 이러한 해마 CA1 영역 깊은 뇌 구조, 외과 액세스를 들어, 정위 프레임에 장착 미세 조작기에 송신기를 연결하는 것이 최상이다. 미세 조작기 마우스 (29)와 쥐 (30) 두뇌의지도 책의 출판 정위 좌표에 따라 송신기를 이식 정확하게 의사를 제공 할 것입니다. 이것은 단순히 시아 노 아크릴 레이트와 송신기에 피하 주사 바늘 튜브의 조각을 시침 한 후 미세 조작기에 피하 주사 바늘을 장착하여 수행 할 수 있습니다. 종래 피부 봉합 폐쇄로 두개골에 송신기를 장착 할 때, X, Y, Z 좌표의 미세 조작기 제어 추가적인 안정성을 제공 할 것이다. PE 주위 뼈 나사의 추가송신기 rimeter들은 필요하지 않지만, 두개골에 고정 송신기를 도울 수있다. 뼈 나사는 리튬 – 필로 카르 핀 처리 된 성인 쥐 같은 발작 및 간질의 특정 동물 모델에서, 그러나, 효과적 일 수있다. 이 동물은 발작 중 송신기가 손상 될 수 있습니다 강렬한 모터 활동과 자발적인 경련 발작을하는 경향이있다. 추가의 복잡성은 이러한 실험에 첨가 될 수있다. 예를 들어, 상기 송신기는 제어 된 피질 충격 31 외상성 뇌 손상의 많은 다른 모델과 호환된다. 송신기 장치의 내구성은 동물 시설에서 그들을 수용 다음 P7에서 송신기와 동물에 주입하고, 테스트 하였다. 12개월 후에 임플란트의 대부분은 두개골에 그대로 남아 있었다. 동물 안락사 때, 두개골이 정상으로 나타나 송신기는 압축을 해제 상당한 힘을 필요로 두개골 뼈에 포함되었다. 때 깊은 뇌 구조주의공부하다; 뇌가 증가하고, 전극 고정 남아, 전극의 최종 위치를 변경할 것으로 예상된다. 여기에 설명 된 기술의 경우, 전극은 일반적으로 원래의 위치에 남아 전극 뇌와 두개골 모두 성장시키고 경질 위와 위해 배치되었다. 송신기가 사용될 수있는 기간에 제한 요소가 배터리 크기 (즉, 배터리가 소진 할 때까지).
송신기의 하우징 (송신기가 하드 에폭시에 포함 즉) 자체에 포함 된 모 놀리 식 디자인은 댐과 한배 새끼와 함께 보관 미숙 새끼와 함께 사용할 빌려 준다. 종종, 공동 주택은 댐에 의해 이식 된 하드웨어 나 새끼의 잠식의 파괴에 유선 테더 결과에 동물을 이식. 송신기의 부드러운 벽의 형태는 사실상 하드웨어 오류 또는 잠식으로 인해 새끼의 손실을 주입 수 있습니다.
<p claSS = "jove_content는">이 시스템을 저전력 용량 성 결합 된 송신 방식은 온도 조절 배양기 배치로서 또는 심지어 혈량 측정법 챔버와 같은 실험 장치와 함께 사용하기위한 여러 가지의 실험 상황에서 사용하기에 그 자체를 준다. 마찬가지로, 수신기 안테나의 형상은 "드라이브"(용량 적 커플 송신기로서 몇 인치 수이어야 이러한 송신기의 높은 T-maze.The 범위만큼 상이한 행동 환경에 맞도록 조작 될 수있다 수신기 안테나) 및 동물에 의존하는 표준 설치류 caging 또는 수신기 안테나 면적에 의해 덮여 적합한 케이지에 수용된다. 동물의 신체 다른 극의 역할을하는 반면, 송신기는 전계의 하나로서 작용 극. 이 필드는 특정 방향이 같은 90 ° 수신기 안테나와 아웃 단계에서 발생하는 수신기 안테나를 구동하기 위해 실패하도록하는 "그만". 이는 오히려 드문하다. 이 기술을 향후 연구는 기숙 비용을 절감하고 사회적 상호 작용이 가능합니다 같은 케이지에서 여러 동물에서 녹음 수 있습니다. 또한 발달은 온도, 근전도 등의 채널 수를 증가 포함 할 것이다. 장치의 현재 설계는 고속 잔물결 또는 고주파 진동의 기록에 적합하지 않은 고전 EEG 밴드의 레코딩에 최적화되어 대역폭을 제공한다. 미래에는, 기기는 신호의 고주파 성분을 기록하도록 변형되지만 배터리 수명 비용으로 할 수있다. 센서의 종류는 혈압과 압력 볼륨 및 원하는 구조의 뇌 정위 좌표에 따라 사용자 특정 치수 송신기 전극 배열의 구조에도 포함된다.The authors have nothing to disclose.
이 작품은 신경 질환의 국립 연구소와 스트로크 R43 / R44 NS064661를 통해 투자되었다.
Sterile Surgical Gloves | Protective Industrial Products | 100-3201 PF | Power Free Sterile Latex Surgical Glove |
Scalpel Handle | FST | 10003-12 | |
Scalpel Blade #15 | FST | 10015-00 | |
Fine Scissors | FST | 14090-09 | |
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Fine burr | FST | 19007-07 | |
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Cotton-Tipped applicators | McKesson | 24-103 | |
Needle Driver | WPI | 521725 | Olsen-Hegar Needle Holder |
Cyanoacrylate gel | Henkel | Loctite 4541 | |
Cyanoacrylate accelerant | Henkel | Loctite 7452 | |
Suture | Ethicon | Vicryl RB-1 J304 | |
Elecrocautery disposable | Bovie | AA01 | Fine Tip |
Surgical Tray | FST | 20311-21 | |
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Epitel wireless transmitter | Epitel Inc | N/A | |
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