Abstract
전기 소스 영상과 네트워크 연결 수단을 포함하여 높은 공간 해상도를 필요로하는 고급 뇌파 분석 기법이 신경 질문의 다양한 확장 적용 가능하다. 설치류 모델에서 분석 이러한 종류의를 수행하면 기존의 나사 전극을 달성 할 수있는 것보다 더 높은 전극 밀도를 필요로한다. 설치류 용 고밀도 뇌파 몽타주가 존재하지만, 그들은 대부분의 연구자들에게 제한된 가용성 있습니다 장기간에 걸쳐 반복 실험 충분히 견고하지 않거나 마취 설치류에서 사용할 제한됩니다. 1-3 제안 된 저비용 좌우 이식 투구 이루어져 내구성이 높은 수, 두개의 전극 어레이를 구성하기위한 방법은, 진보 뇌파는 마우스 또는 래트에서 분석을 수행하는 수단으로 조사된다.
투구 제조 및 수술 주입 n에 대한 절차노이즈에 높은 신호를 생성 할 수 ecessary, 낮은 임피던스 뇌파 및 근전도 신호가 표시됩니다. 방법론은 모두 쥐와 생쥐에서 유용하지만,이 원고는 작은 마우스 두개골에 대한 더 도전 구현에 초점을 맞추고있다. 자유 자재로 움직이는 마우스 만 기록하는 동안 일반적인 어댑터를 통해 케이블에 닿는된다. 26 뇌파 채널 4 근전도 채널을 포함 이러한 전극 시스템의 한 버전을 설명한다.
Introduction
신경 활동은 거시적 (뇌파)을 중시하는 현미경 (개별 활동 전위)에서 입도 (로컬 필드 전위)의 다양한 수준과 세포 외로 기록 할 수 있습니다. 이러한 뇌파 트레이스 고전 행동, 신경 생리 학적 또는 전기 생리 학적 상태를 특성화하기 위해 주파수 영역에서 분석된다. 이것은 신경 활동의 공간 구성 요소를 해결할 수있는 하나의 바이오 포텐셜, 4하지만 스파 스 밀도 EEG 녹음을 수행 할 수 있습니다. 현대 뇌파 분석은 특정한 심리적 상태 및 생리 현상과 그 액티비티를 위해 피질 활성의 시공간적 분포의 상세한지도를 생성하기 위하여 복수의 전극들에 의존한다. 고밀도 EEG 몽타주가 필요한 분석의 일반적으로 사용되는 종류의 5-7 두 전기 소스 화상 및 뉴럴 네트워크 연결 방법. 8-11
12 ~ 15 EEG가 높은 시간 해상도를 가지고 있기 때문에, 뇌파 연구 ERPS 및 인코더의 실시간 평가뿐만 아니라 시간적으로 정확한 사후 분석을 허용합니다. 3,11 , (12)
뇌파에서 본 진동의 상호 작용과인지 적 상태와 기능을 연결하면 신경 네트워크 연결의 다양한 조치의 궁극적 인 목표입니다. 많은 연구 동기화 및 각성,주의, 행동의 특정 상태와 관련된 다른 뇌 영역 간의 진동의 위상 잠금을 보여 주었다. 6,13,14,16-19
소스 현지화 및 네트워크는 인간의 연구와 유래 EEG 신호 분석,하지만 그들은 인간 그렇지 않으면 불가능 침습적 기법을 필요로 이러한 신호에 대한 신경 기준으로 조사가 반드시, 동물 모델을 포함한다. 설치류 모델에서 이러한 분석을 복제하기 위하여, 설치류의 뇌에서 고밀도 EEG 신호를 포착하기위한 방법이 필요하다. 다른 그룹은 마우스에서 사용하기위한 고밀도 미세 전극 배열을 구성하고 있지만, 그러한 접근 방법은 나노 설비에 액세스하지 않고 연구자 제한된 가용성되어 장기간에 걸쳐 반복 실험을 충분히 강력하지 않거나 마취에서 사용 한정 마우스. 1-3,7 만성 고밀도을 구성하기위한 저가의 대체 프로토콜, 두개의 전극 ARRAY는 여기에 설명된다.
여기에 설명 된 신호 획득 방법은 EEG에 한정되지 않고, 근전도 (EMG) 신호를 포함하지 않는다. EMG 신호의 취득 동작 상태를 정의하기위한 보완적인 방법이 될 수면 연구에 특히 유용 할 수 있습니다. 이 방법은 고가의 초 고밀도 두개 그리드의 중간을 제공하며 진보 된 분석 방법에 대한 불충분 전통적인 나사 전극 가능한 한정된 리드 번호. 헤드 피스 디자인은 쉽게 구성 및 높은 처리량 연구를위한 저렴합니다. 대뇌 피질의 진동 발생 사실 유전자형의 차이에서 행동 이견, ERPS 및 인코더의 소스 현지화 및 대규모 네트워크 통신의 메커니즘을 발견 할 수 있습니다 설치류 모델에서 모듬 유전 또는 약리학 조작 기술과 함께이 수집 시스템의 사용.
Protocol
이 조사를 통해 수행 된 연구는 실험 동물의 관리 및 사용을위한 건강 가이드의 국립 연구소와 일치했고, 펜실베니아 대학에서 기관 애니멀 케어 및 사용위원회에 의해 승인했다.
1. 투구 설계 및 건설
- 플라스틱 벽돌을 통해 핀의 콘센트 부분을 밀어 핀셋과 100 위치 소켓 커넥터의 2 × 50 핀 벽돌에서 핀의 모든 여덟 번째 행을 제거합니다.
참고 : 아래로 향하게 핀이 프로토콜의 나머지 부분에 대한 참조 될 방향이 될 것입니다. (특히 2.6이 기록해 둡니다). - 절연 및 매니큐어가 완전히 건조 수 있도록 매니큐어의 매우 가벼운 코트와 핀을 커버.
- 아세톤과 작은 천으로 핀의 끝에서 매니큐어를 제거합니다.
- 면도날 또는 와이어 절단 페이지를 사용하여 2 × 7의의 초과 플라스틱 트림liers. 이 핀의 길이 방향을 따라 절연 및 핀 선단에 노출 된 2 × 7 벽돌 될 것이다. 이들은 결국 두개 EEG 전극이 될 것입니다. 두 개의 2 × 7 벽돌 완벽한 만성 전극 배열 (그림 1A)을 위해 필요하다.
- EMG 신호의 기록이 1 × 2 핀 벽돌을 잘라. 핀셋으로 원치 않는 핀을 제거하고 1 × 2 벽돌을 만들기 위해 멀리 초과 플라스틱 절단 동일한 프로세스를 사용합니다. 이 거리가 너무 하나의 어댑터가 모든 투구 (그림 1A)을 위해 일 각 헤드 피스에 대한 표준 핀 거리가 될 것이다 이러한 1 × 2의 원래 100 위치 소켓에서 그들에게 부드러운면을 가지고 있는지 확인하십시오.
- 2 X 7 핀 조각 (그림 1D)에 1 × 2 핀 조각을 연결하는 두 부분으로 에폭시를 사용합니다.
- 핀 세트 모두는 동일한 방향이어야 바와 같이, 1 × 2 × 2의 평활면으로 투구 모두 절반의 측면에 1 × 2 에폭시7 서로 접촉. 2 X 7 핀의 후방 가장 2 행과 1 × 2 핀홀 핀을 맞 춥니 다.
참고 : 투구의 두 반쪽 함께 에폭시 수지로 접착되지 않습니다. 이 습관화하는 동안 쉽게 연결을위한 헤드폰 어댑터의 두 반쪽 내에서 유연성과 실험 일 (그림 1E) 중에 있습니다. - 헤드 피스 반쪽 하룻밤 치료하자. 완료되면, 헤드 피스는 좌우 대칭이다. 각 반은 2 × 7 핀 벽돌의 대부분이 행 후방에 부합하는 측면에 부착 2 × 1 핀 벽돌와 2 × 7 핀 벽돌로 구성되어 있습니다.
- 핀 세트 모두는 동일한 방향이어야 바와 같이, 1 × 2 × 2의 평활면으로 투구 모두 절반의 측면에 1 × 2 에폭시7 서로 접촉. 2 X 7 핀의 후방 가장 2 행과 1 × 2 핀홀 핀을 맞 춥니 다.
- EMG 신호 기록을 위해 와이어를 준비합니다. 좌초 싱글, 31 G의 퍼플 루오로 절연 실버 와이어는 기록 EMG 신호 (그림 1D)에 사용됩니다. 그러나, 멀티 - 가닥 또는 원하는 경우 다른 금속 배선을 대체 할 수있다.
- 흉부 EMG 전선은 퍼플 루오로 절연 실버 와이어와 렘의 3.0 cm 긴 조각을 만들려면면도날 하나의 끝에서 플라스틱 절연 비켜 1cm. 두 번 핀셋 주변의 비 절연 와이어를 감 쌉니다. 핀셋에서 와이어를 제거하고 면도날과 비 루프 끝에 절연 25mm를 제거합니다.
- 자궁 EMG 와이어를 구성하는 와이어의 1.5 cm 세그먼트와 프로세스를 반복한다. 두 개의 자궁 EMG 전선 및이 흉부 EMG 전선은 완벽한 투구 필요합니다.
- 마우스 뇌 아틀라스 (20) (도에 의해 결정이 위치 아래의 뇌가 없으므로, 정수리 3.3 mm 전방 및 정수리 2.3 mm 폭의 정위 좌표에 대응하는 양 투구의 먼 앞쪽 행 측방 핀을 제거 2A).
- 모두 투구 반쪽에서 (3.0 mm 핀의 끝에서) 전선 절단기 한 쌍의 헤드 피스의 플라스틱베이스에 1 × 2 벽돌의 핀을 잘라 앞쪽 핀과 가슴에 자궁 EMG 와이어를 납땜 후방 페이지에 EMG에서.
- 각각의 핀은 전기적으로 절연되어 있는지 확인합니다. 연속성 모드에있는 동안 다른 핀에 전압계의 두 리드를 연결하여 디지털 멀티 미터와 연속성 테스트를 수행합니다. 전기적으로 절연 핀이 멀티 미터 테스트와 경고음을 생산하지 않습니다; 그러나, 전기적으로 결합 핀 것입니다. 그들은 최소한의 횡 방향 변위와 전방 / 후방 축에 평행에되도록 EMG 전선을 구부리, 매니큐어 한 번 건조와 납땜 관절을 커버.
- 상대 길이 트림 핀은 뇌의 표면 프로파일과 일치하도록.
- 마우스 뇌 아틀라스의 보좌관으로, 각 핀 브레 그마에서 뇌 표면에 기록 복부 거리 좌표입니다. (20)를 그의 복부 거리 브레 그마에서 핀 트리밍에 대한 지표가 될 것 가장 큰 핀. 다른 모든 핀이 최대 복부 거리 핀 (표 1에 대해 절단 반면이 핀은 정돈되지 않습니다).
참고 : 핀 크기로 분쇄 할 수 있지만 헤드 피스의 핀이 구부러가 발생할 수 있습니다 핀 및 연삭 휠 사이의 마찰로 조심스럽게 수행해야합니다. 핀이 구부러진 경우, 그것을 밖으로 곧게 핀셋을 사용합니다. 길이 아래로 핀을 연마하는 대신 와이어 커팅 펜치로 트림하는 것입니다.
- 마우스 뇌 아틀라스의 보좌관으로, 각 핀 브레 그마에서 뇌 표면에 기록 복부 거리 좌표입니다. (20)를 그의 복부 거리 브레 그마에서 핀 트리밍에 대한 지표가 될 것 가장 큰 핀. 다른 모든 핀이 최대 복부 거리 핀 (표 1에 대해 절단 반면이 핀은 정돈되지 않습니다).
- 실버 솔루션 펜을 사용하여은 용액으로 핀 팁을 모두 커버하고 건조 할 수 있습니다. 이 단계는 신호 대 잡음비를 증가시키고, 동시에 거친 가장자리를 따라서 조직 손상의 가능성을 감소시키는 수술 회복 촉진 핀 트리밍에 기인 제거 ≤30 kΩ의에 전극 임피던스를 낮춘다. 완성 된 투구의 절반 무게 약 0.5 g.
2. 어댑터 건설 및 채널 매핑
- 면도날을 사용하여 2 또는 3 ㎝의 균일 한 길이를 36 위치 듀얼 행 남성 나노 소형 커넥터의 커넥터 자르지. 각 와이어, 일에 대한끝과 주석 각 전선의 노출 된 금속에서 절연체를 2.5 mm를 벗어 버리고. 이 핀을 분리하는 것이 중요하다 각 나노 어댑터 와이어에 대한 주석 도금 와이어의 단일 얇은 가닥을 가지고 주석 도금 할 때 확인하십시오. 와이어 절단 플라이어 (그림 1C)로 제거 절연을 싹둑.
- 사용하여 헤드 피스에 일치하는 남성 / 남성 커넥터를 만듭니다 2 × 50 벽돌에서 코네티컷 스트립 헤더 2 × 50 컷이 2 × 7의 두 개의 2 × 1의. 남성 핀 중 하나를 파괴하여 2 × 50 벽돌에서 원치 않는 핀을 제거하고 핀셋 (그림 1B)와 커넥터 오프 같은 조각의 끊어지지 하반기을 누릅니다.
참고 : 어댑터 핀이 각각의 헤드 피스에 연결하도록 나머지 절반은 주석 도금 나노 커넥터 전선에 납땜 될 것입니다 동안이 핀 한 쪽이 될 것입니다. 단계에서 만든 헤드 피스로 남성 / 남성 커넥터의 적절한 결합을 보장하기 위해 2 × 1, 2 × 7 감동의 평평한 플라스틱 가장자리를해야합니다1. - 원하는 접지 / 기준 핀 나노 커넥터에서 접지 / 기준 배선 한 솔더. 접지 및 참조 와이어는 RHD2132 앰프 칩에 함께 묶여있다. 브레 그마에 0.60 mm의 전방과 기준 및 접지 모두 같은 브레 그마의 1.00 mm의 측면이다 단일 핀을 사용합니다. 지상 묶는 0Ω의 저항을 제거함으로써 증폭기 칩 그라운드 기준을 분리하는 것이 가능하다 (좌측 헤드 피스는 제 가장 앞쪽 행의 내측 핀이 바람직한 경우, 다른 핀은도 2에 할당 될 수있다) 및 기준이 서로 분리하는 것이 바람직하다면.
- 접지 / 기준 핀 연결과 같은 남성 / 여성 커넥터의 동일 측에 주석 도금 나노 와이어 커넥터 납땜. 채널 설정을 완료 할 수 있도록 각각의 와이어는, 특정 채널에 매핑한다. 앰프 headstages에 대한 채널 맵 다이어그램 열기 Ephys 위키 사이트 (https://open-ephys.atlassian.net/wiki/display/OEW/Home에서 찾을 수 있습니다). 그 채널의 각 핀에 공지되어 원하는 매핑을 달성하기 위해 해당 와이어를 납땜.
- 와이어 절단 플라이어와 나노 커넥터의 기지에서 사용하지 않는 전선을 잘라.
- 각 핀이 다른 핀에 전기적으로 절연 있는지 확인하기 위해 전압계를 사용합니다. 분리가 확인되면, 추가로 각각의 핀을 절연하기 위해 각 납땜 관절 주위에 매니큐어의 얇은 코트를 적용합니다.
- 두 파트 에폭시를 사용하여 남성 남성 벽돌 양자 2 × 7 및 2 × 1 핀 정합 나노 어댑터를 강화한다.
참고 : 이전에 만든 투구 절반의 핀 배열과 일치하는이 단일 어댑터에 두 부분이있을 것입니다. 이 동시에 연결되는 헤드 피스의 두 반쪽을 방지하므로 어댑터의 각 절반의 중간 부분은 남성 / 남성 커넥터의 플라스틱 가장자리를 넘쳐 초과 에폭시가 발생하지 않는 것을 확인하는 것이 중요합니다. 모든 에폭시 핀 어댑터 포의 하부로 유동하는 것을 허용하지 않습니다이 같은 어댑터의 기도 적절한 연결을 방지 할 수 있습니다. 적절한 커넥터 핀 맞춤을위한 금형으로 2 투구 반쪽을 사용합니다. - 어댑터의 두 반쪽 에폭시과 내구성을 증가시키는 나노 커넥터베이스 에폭시. 에폭시 모든 납땜 관절을 포함해야합니다. 어댑터 치료 하룻밤을 보자.
- 적절한 채널 매핑 확인의 개방 Ephys 그래픽 사용자 인터페이스 (GUI)에서 임피던스 측정을 이용하여 수행 될 수있다. 완성 된 어댑터는 약 1.3 g (그림 1 층)의 무게.
3. 수술
- 멸균 수술 필드를 준비합니다.
- 필요에 따라 멸균 장갑 등 개인 보호 장비를 착용하십시오. 오토 클레이브에서 도구를 소독. 1.0 mM의 이산화 염소 용액 정위 프레임 소독. 프레임에 용액을 스프레이 및 멸균 수로 세척하기 전에 5 분을 기다립니다.
- 이식 headp을 소독하기IECE 부품, 1.0 mM의 이산화 염소 용액 성분을 살포하고, 멸균 수로 린스하기 전에 5 분을 기다린다. 멸균 페트리 접시에 지금 멸균 이식 하드웨어를 놓습니다.
- 다음 100 % 산소 1.5 내지 2.0 %의 이소 플루 란을 사용하여 200 mL의 유도 챔버에 마우스를 마취 마우스위한 수술 전 중량을 얻었다. / min으로 약 500 ml를 상기 챔버 내에 유량을 사용한다.
- 유도 챔버를 회전시켜 반사를 바로 잡고 손실을 확인합니다. 완전히 귀 막대 마우스의 머리를 고정하지 않고 정위 프레임의 코 콘으로 유도 챔버와 장소에서 마우스를 제거합니다. 또한 생체 신호를 평가하면서 발가락 핀치 평가에 의한 마취의 적절한 깊이에 대한 모니터링을 계속합니다.
- 이러한 직장 프로브 가열 패드 시스템과 같은 폐쇄 루프 온도 조절 장치, 37 ° C에서 코어 체온을 유지한다. 모피를 트리밍하기 전에 안과 눈 연고와 마우스의 눈을 커버곡선 위 또는 가위를 이용하여 두개골 위에. betadine와 머리를 소독하고 betadine 진행하기 전에 완전히 건조 할 수 있습니다.
- 복강 액과 함께 진통제와 항생제를 관리 할 수 있습니다. 25 그램 마우스, 0.5 mg을 세파 졸린, 0.125 mg을 멜 록시 캄, 0.5 ml의 생리 식염수, 2.5 μg의 프레 노르 핀 q를 4-6 시간의 PRN.
- 머리에 중간 선을 따라 250 ㎕를 0.25 % bupivacaine을 피하 주사하고, 마우스의 양쪽 광대뼈 아치에 100 ㎕를 0.25 % bupivacaine을 피하 주사.
- 정위 프레임에 마우스를 안전하고 두개골을 노출.
- 정위 프레임에 정위 귀 막대 마우스의 머리를 고정합니다. 마우스가 발가락 핀치 반사의 부재를 확인하여 마취의 수술 비행기에 있는지 확인합니다. 두개골의 정중선을 따라 11 호 일회용 메스와 함께 1.5-2.0 cm 절개를 만듭니다. 절개는 눈 사이에서 시작하고 뒷머리에 후방 계속됩니다. </ 리>
- 마이크로 클램프 측 방향으로 피부를 확산하여 두개골을 노출. 수술 적 단계의 마취를 유지하는 농도로 2.0 %에서 이소 플루 농도를 감소하지만, 100 % 산소 이하 1.0 % 이소 플루 란으로 감소하지 않는다. 수술 전 마취 진통제의 수술 깊이를 유지하는 데 필요한 흡입 마취제의 양을 감소시키고, 더 빠른 회복 생존율 결과로 이어질 수있다.
- 두개골과 드릴 버 구멍을 수준.
- 브레 그마를 확인하고 좌표계의 원점이된다 브레 그마,의 정위 좌표를 제로. 외측 / 내측 축 두개골 수평을, 정수리로부터 양쪽 방향으로 1.50 mm 측 방향 정위 조작자 암에 부착 된 높이 조절 프로브를 이동 지느러미 / 복부 깊이가 0.05 mm 인 것을 확인할 때, 프로브 접점 좌우 두개골의 측면.
참고 : 지느러미 / 복부 조작 아칸소의 10 μm의 해상도를디지털과 함께 사용 해요 디스플레이가 수평을 단순화 좌표입니다. 브레 그마에 대한 전방 / 후방 축 수평하면 동일한 기술을 따른다. 브레 그마 및 람다에 문의 해 복부 거리의 차이는 0.05 mm이어야한다.- 횡 평면이지면에 평행하도록 수평 양방향에 완료 될 때까지 두개골을 조정한다. 이 마우스의 뇌지도 책에서 볼 수 있듯이 진정한 정위 좌표 수 있습니다. (20)
- 정위 드릴 내에서 0.5 mm 직경 마이크로 드릴 비트, 두개골의 두 반쪽의 중간 선에 횡 방향으로 1.00 mm에서 1.30 mm 단위로 브레 그마에 4.50 mm 후방에 3.30 mm 전방에서 드릴 버 구멍. 전극의 2.30 mm 측면 열의 경우 2.00 mm 전방에서 드릴 버 구멍 중심선의 양쪽에 1.30 mm 단위로 브레 그마에 4.50 mm 후방 (그림 2)에 브레 그마합니다. 이 박사에 필요한 높은 정확도와 정밀도illing 동작은 디지털 정위 매니퓰레이터 아암의 10 ㎛의 해상도에 의해 단순화된다.
참고 : 헤드 피스의 핀의 순서를 적절하게 이식 할, 마우스의 두개골은 정위 프레임 내에서 제 위치에 단단히 고정해야합니다. 두개골을 시추하는 동안 이동하면, 헤드 피스와 버 구멍의 어긋남이 계속 일어날 수 있습니다.
- 브레 그마를 확인하고 좌표계의 원점이된다 브레 그마,의 정위 좌표를 제로. 외측 / 내측 축 두개골 수평을, 정수리로부터 양쪽 방향으로 1.50 mm 측 방향 정위 조작자 암에 부착 된 높이 조절 프로브를 이동 지느러미 / 복부 깊이가 0.05 mm 인 것을 확인할 때, 프로브 접점 좌우 두개골의 측면.
- 투구를 이식.
- 바로 집게로, 흉부 EMG 전선에 대한 EMG 와이어 터널을 준비합니다. 좌우측 EMG 와이어 모두 뒤에서 피부와 근육 사이에 2.5 cm를 뚫. 핀이 이전 드릴 버 구멍과 정렬되도록 곡선 집게와 EEG 벽돌을 기동 한 후 첫 번째 직선 집게로 만든 공동으로 흉부와 경부 EMGS를 삽입합니다.
- 헤드 피스에 약간의 압력을 적용하고 두개골에 핀을 흔들. 핀 직경은 0.46 mm이다. 매니큐어 절연으로, 핀 드릴 버 호에 꽉 맞는레. 이 적절하게 삽입되면 헤드 피스 안정 될 것입니다. 최종 위치로 EMG 와이어를 조정합니다. 다른 쪽의 투구에 대해 동일한 과정을 반복합니다.
- 치과 용 시멘트를 사용하는 대신에 헤드 피스를 고정합니다.
- 그 가교 결합 성 화합물과 메틸 메타 크릴 레이트 : 1 비율 모두가 투구 위치에 설정되면, 1을 혼합한다. 이 노출 된 두개골, 핀 전극의 손톱 연마 부품 및 EMG 전선의 근위 부분을 커버하지만, 헤드 피스의 여성 소켓을 포함하지 않도록 혼합물을 적용합니다.
- 모피에 시멘트를 얻을해야합니다. 마우스로 잡아 수있을 것 형성하기 위해 시멘트의 능선을 허용하지 않습니다. 건조 시멘트에 대한 충분한 시간을 확인한 후 정위 프레임에서 마우스를 제거합니다. 마우스가 수행해야합니다 총 중량은 헤드 피스의 2 반에서하고 고정 시멘트는 약 1.2 g이다.
- 깨끗한에서 동물을 배치복구 영역.
- 가열 패드 핵심 체온을 유지한다. 이 마취에서 출현을 의미, 모든 자세 반사 신경을 회복 할 때까지 마우스를 모니터합니다. 개별 주택 장기 복구하는 것이 좋습니다.
- 수술을 다음 삼일의 최소 일일 모니터링 중재 적 통증에 좋습니다. 복구 수술 후 10-14 일 닿는 습관화 기간을 시작하기 전에 허용합니다.
테 더링 4. 길들 동물
- 마우스 머리 받침 (그림 1G-H)를 사용하여 마우스에 어댑터를 연결합니다. 마우스를 억제 천천히 양쪽에 이식 헤드 피스에 어댑터 핀을 삽입되면 곡선 지혈제로 제자리에 접합 된 투구의 반대 모서리에 잡으십시오.
- 어댑터 (그림 1H)에 32 채널 앰프를 연결합니다. 공동의 어댑터와 앰프 모두에서 로고를 정렬해야합니다어댑터와 채널 매핑 에러를 방지하기 위하여 증폭기 모두 nsistent 방향. RHD2000 표준 직렬 주변 장치 인터페이스 (SPI) 케이블에 앰프를 연결합니다. 이 케이블은 신호 기록의 수집 시스템에 연결됩니다.
- 챔버 벽에 설치된 캔틸레버 아암을 갖는 챔버 내에서 마우스를 놓는다. 캔틸레버 암에 SPI 인터페이스 케이블을 연결하고 닿는 케이블의 무게를 상쇄하는 캔틸레버 암의 장력을 조정합니다. 마우스가 자유롭게 움직일 수있는 기록 전날에게 시간 동안 일주일에 순응한다.
- 마우스에서 어댑터를 분리에 보좌관에 평면 스테인레스 스틸 마이크로 주걱을 사용하는 동안 마우스를 분리하려면 마우스의 케이블과 어댑터 플러그를 뽑습니다.
5. 신호 추출 시스템 설치 / 신호 기록
- 이식 마우스의 헤드 피스로 구성된 어댑터를 연결합니다. 어댑터에 headstage 앰프를 연결하고앰프 및 인수 보드에 표준 SPI 인터페이스 케이블을 연결합니다. 마우스의 헤드에 추가 웨이트가 최소화되도록 SPI 케이블 적절히 인장 캔틸레버에 접속하게한다.
- 로컬 패러데이 케이지를 놓고 headstage 주위 수행 메쉬 또는 알루미늄 호일을 사용하여 만든 로컬 패러데이 케이지를 접지.
- GUI의 모듈을 통해 30 KS / 초 샘플링 속도와 측정 임피던스를 선택하여 각 기록의 시작 전에 전극 임피던스를 얻습니다. 보다 작거나 개별 핀 10 kΩ의 동일한 임피던스 값은 적절한 전극 접촉의 확인이 필요합니다. 높은 임피던스 값은 거부 된 데이터 전극으로부터 초래한다.
- 기록을 위해, 리듬 FPGA, GUI의 대역 통과 필터 및 LFP 뷰어의 신호 체인을 만들 수 있습니다. 1.00 KS / s의, 0.1-7,500 Hz에서의 대역폭의 샘플링 속도를 선택하고 DSP의 선택을 해제하는 것이 좋습니다. 0.1-250 Hz로 밴드 패스 필터를 설정하고 연산에 의해 채널을 표시LFP 뷰어를 위할. 최상의 선택 연신 법으로 250, 400 μV 채널 진폭 데이터를 가시화한다.
- GUI를 사용하여 녹음을 시작합니다. 각 기록에 대한 새 폴더를 생성하고 해당 폴더에 파일을 저장할 경로를 설정합니다. 녹음을 시작하려면 단순히 기록했다. 상기 커넥터 (32)의 모든 채널은 기본적으로 기록되지만, 원치 않는 채널은 기록의 시작 전에 리듬 FPGA 모듈 우측 클릭하여 선택 취소 될 수있다.
- 분석을위한 matlab에로 데이터 가져 오기. 분석하는 데 도움이 될 수있는 오픈 소스 툴박스 다수가있다.
Representative Results
고밀도 EEG 투구 주입 자유롭게 움직이는 마우스에 기록 된 샘플 데이터는도 3에 도시되어있다. 각각의 EEG 파형은도 2에 도시 된 채널 매핑 방식에 대응한다. 경추와 흉추 EMG의 예는도 3에 표시된다. 흉부 EMG 기록은 또한이 흉부 EMG 전선 사이의 차동 신호 (T)가 계산 될 때 명백해진다 마우스의 심장에서 발생 내장 된 전기 활동이 포함되어 있습니다. 이 녹음은 심전도 QRS 스파이크 사이의 시간을 측정함으로써 마우스의 심박수를 계산하는 것도 가능하다. 마찬가지로 23-24은 흉강의 팽창으로 QRS 스파이크 phasic 변동을 계산하여, 마우스의 호흡률을 측정 할 수 있고 각 숨 계약. 오 획득을위한 25 따라서,이 설정은 허가F 쥐의 수면 다원. 또한, 설정이 시각 유발 전위 (그림 4)의 대뇌 피질의 매핑을 가능하게한다. 빛의 10 밀리 초 펄스가 마우스의 왼쪽 눈에만 전달 될 때, 클래식 응답은 반대편 차 시각 피질의 지연 응답 뒤에있는 반대측 (그러나 동측) 일차 시각 피질에 기록됩니다. 그림 4에 포함 된 영화는 반대측 V1 및 V2 활동의 그래프와 함께 전체 대뇌 피질의 표면을 가로 질러 전기적 전위를 변화 시간을 보여줍니다.
| AP | ||||||
| 3.3 | 0 | 0 | ||||
| 이 | 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 | 삼 | 1 | 1 | 1 | 1 | 삼 |
| -4.5 | 삼 | 0.7 | 0.7 | 0.7 | 0.7 | 삼 |
| ML | -2.3 | -1 | 1 | 2.3 |
표 1 :. 핀 트리밍 길이는이 그림은 헤드 피스에 대한 핀 당 mm에 필요한 트리밍 길이를 보여줍니다. 핀 트리밍 길이는 마우스 뇌 아틀라스로부터 획득 하였다. AF트리밍 핀 ter에게 상기 투구은 뇌의 표면 프로파일이 일치한다. EMG 신호를 기록하기 위해 사용되는 와이어 핀 스터브 상에 납땜 20로 EMG 핀이 완전히 차단된다.
그림 1 :. 투구 구성 요소, 중급 건설 단계, 및 기록에 대한 적절한 연결이 그림은 투구를 만드는 데 사용되는 원료를 보여줍니다. 100 핀 소켓 커넥터를 시작으로, 작은 2 × 7, 2 × 1 구성 요소가 생성됩니다. . 2 × 1 구성 요소, 2 × 50의 원래 에지가 일관된 투구 건설을 허용하는, 그대로 하나의 어댑터가 많은 이식 마우스에 연결이 가능합니다 그림 1B와 어댑터를 만드는 데 필요한 원료를 제공 1C 앰프 헤드 피스에서.도 1b의 헤드 피스 끝을 선물한다유사하게 삭감되는 어댑터는 헤드 피스에 연결합니다. 그 2 × 1 다시 어댑터와 헤드 피스 사이의 적절한 연결을 보장, 원료 구성 요소에서 원래의 우위를 가지고 있습니다. 그림 1C는 앰프에 연결하는 어댑터의 끝을 보여줍니다. 그림 1D는 에폭시 수지로 접착 보여 2 × 7 (2) 신호 기록을위한 준비 EMG 전선과 함께 × 1 구성 요소는. 그림 1E는 완성 된 투구를 보여줍니다. 그림 1 층은 완성 된 어댑터를 표시합니다. 그림 1G는 투구와 어댑터 사이의 적절한 연결을 보여줍니다. 마지막으로, 그림 1H 연결된 어댑터와 앰프 이식 마우스를 보여줍니다. 앰프 칩이 수집 보드 (도시하지 않음)에 실행되는 인터페이스 케이블에 연결되어있다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 2 :. 전극 몽타주와 완벽하게 구축 투구이 그림은 마우스의 뇌에 대한 전극 위치를 보여줍니다. 전극 위치는 브레 그마로부터 정위 좌표에 기초한다. 각 전극 용 좌표 프로토콜의 단계 4.8에서 발견 될 수있다. 전극 색상은 각 전극에 대한 기본 뇌 영역에 해당한다. 화이트 = 정면 연합 피질 (FRA), 오렌지 = 일차 운동 피질 (M1), 핑크 = 보조 운동 피질 (M2), 다크 그린 = 차 체 감각 피질, 앞다리 지역 (S1FL), 녹색 = 차 체 감각 피질, dysgranular 영역 (S1DZ ), 라이트 그린 = 차 체 감각 피질, 배럴 필드 (S1BF), 노란색 = 중간 정수리 협회 피질 (MPTA), 다크 블루 = 차 시각 피질 (V1), 라이트 블루 = 차 시각 피질, mediomedial 영역 (V2MM), 블랙 = retrosplenial DYsgranular 피질 (RSD). (20) 일반 참조 / 접지도 표시됩니다. 이 참조 방식은 원시 신호에서 호흡 이슈를 최소화 할 수 있습니다. 각각의 전극과 연관된 숫자는 전체 어레이에 대한 채널 맵을 제공한다. 알렌 마우스 뇌지도 책. 21, 22도 2b에서 수정 된 이미지는 한 푼에 대한 확장 할 수 완전히 구축 투구를 보여줍니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
도 3 : 샘플 EEG와 EMG 전극 몽타주에서 추적 전극의 파형은도 1a에 도시 된 채널의 맵핑에 대응한다.. 경추 EMG (C)는 목덜미 근육 (+)를 결정할 수있는 능력을 제공한다. EMG 신호는 심장 QRS 전기 자극을 포함(*). 추적 진폭 200 μV 및 추적 기간 동안 1 초 규모의 막대가 표시됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 4 : 시각 유발 전위의 공간적 분포 왼쪽 눈에만 투여 일방적 빛 플래시의 유발 가능성 다음 응용 프로그램의 공간 분포.. 상부 도면은 전극을 각각 나타내는 원 고밀도 EEG 몽타주를 나타낸다. 시간이 지남에 따라 색상의 변화는 각각의 전극 시간이 지남에 따라 변화를 전압에 대응한다. 시간 = 0 밀리에서 10 밀리 광 펄스를 전달하고, 중간 그림으로 표현. 아래 그림은 반대편 V1 및 V2 EEG 전극 (N = 108 EP 시험)에 대한 유발 가능성 흔적을 의미 보여줍니다. 빛 PUL자체 0 밀리 초에서 발생한다. 해당 유발 전위 반응이 더 긴 대기 시간 뒤에, 반대측 V1 (블랙 추적)에서 관찰 반대측 V2 (빨간색 추적)에서 잠재적 인 반응을 유발되어 있습니다. (오른쪽 다운로드 클릭).
Discussion
저비용 구조 적절히 마우스의 26 채널 고밀도 EEG 몽타주를 달성하기 위하여 필요한 수술 단계가 설명된다. 적절한 경막 외 전극 접촉이 시스템의 품질 EEG 신호를 획득에 중요합니다. 프로토콜 주소 내에서 두 단계이 문제 : 뇌 윤곽, 그리고 투구 주입 이전에 아크릴 보강에 맞게 트리밍 핀. 건설 단계에서 너무 짧은 핀을 절단하지 않는 것이 중요합니다. 투구 주입하면 최종 아크릴계 보강 전에 핀 배치를 확인하는 것이 필수적이다. 적당한 전극 접촉을 확인하기위한 한 가지 방법은, 임피던스 테스트를 통해서이다. 외면 상으로, 5 ~ 10 kΩ에서의 임피던스는 적절한 경막 외 배치를 제안한다. (26) 전극 임피던스 값이 주입 후 최소 4 개월이 5 ~ 10 kΩ의 범위 내에서 안정적으로 임피던스 측정치는 투구 '내구성을 보여준다. 다른필수 단계는 2 × 7 EEG 벽돌의 두 후방 - 대부분의 행과 EMG의 핀을 정렬 포함한다. 오정렬 EMG와 EEG 핀 어댑터 또는 절곡 어댑터 핀을 연결하는 무능력 발생하므로 이는 어댑터 연결 중요하다.
이 획득 시스템의 주요 장점은 다양한 실험적인 요구를 최적화하기 위해 전극 어레이의 형상을 변경의 용이성이다. 최적 특정 실험에 적합한 맞춤형 전극 배치가 용이하게 생성 될 수있다. 특정 실험에 대한 정의는 잠재적으로. 결합 약리학, 뇌파, 행동 연구에 대한 감독 약물 전달을위한 정맥에 27 투구, 어댑터를 EEG를 결합 할 수 있으며, 수술은 쉽게 위의 프로토콜에 설명 된 방법에 따라 연구의 넓은 수에 맞게 조정됩니다 . 이 취득 시스템의 두 번째 주요 이점은 낮은 비용이다. 현재,이 수집 시스템은 수(4) 마우스 또는 고밀도 그리드로 원하는 경우, 래트에서의 동시 기록을 허용하는 최대 4 개의 별도의 케이블에 기록 입력 채널 (128). 이러한 확장은 별도의 케이블과 어댑터를 필요로한다.
고밀도 뇌파 취득이 방법은 마우스에서 다른 고밀도 EEG 취득 방법의 단점을 해결합니다. 이 작품에 설명 된 시스템은 솜씨 간단한 재료로 구성하고, 실험 기간 동안 자유로운 이동을 허용, 저렴하고 안정적이며 오픈 소스 하드웨어 및 소프트웨어를 사용 개월 동안 같은 동물에서 반복 측정을 가능하게하고, 수 쥐를 필요로하지 않습니다됩니다 기록에 마취. 이 시스템의 한계는 20 g 이상 무게, 이상 12 주 이상입니다 마우스에서 현재까지 확인 된 것을이다. 작은 이하의 마우스는 투구 주입에 어려움이있을 수 있습니다. 이 방법의 이차 제한 정확하게 headp 후 전극의 깊이를 제어 할 수 없다는 것이다IECE 제조. 정확하게 대뇌 피질의 표면에 대해 사전 부검 나사 깊이를 알 수있는 방법이 없기 때문에,이 같은 제한은 전통적인 나사 EEG 전극에 적용됩니다. 잡음이없는 신호를 얻기 위해 닿는 경우이 방법은 일반적으로 적절하게 마우스에서 간섭 신호를 차단 포함 문제 해결.
고밀도 EEG 어레이는 현대 EEG 해석에서 새로운 정상 EEG 데이터의 시공간 복잡한 분석에 필수적이다. 시각 유발 전위의 공간 분포가 도시되어 있지만,이 시스템을 이용하여 수집 된 데이터는 전자 소스 이미징 기술 및 신경 연결 수단을 사용하여 분석 될 수있다. 도 4에 도시 된 바와 같이, 기존의 스크류 접점에 비해 이들 전극 핀 사이의 접촉 면적이 60 % 내지 70 %의 감소는,보다 정확한 신호 위치 파악을 허용한다. 유전자 변형 마우스에서 고밀도 분석 기술을 사용, 다음 pharmacological 개입, 또는, 특정 대뇌 피질의 진동을 생성하는 메커니즘을 식별하는 데 도움 ERPS 및 인코더의 소스를 현지화 및 대규모 네트워크 속성을 표시 할 수 있습니다 발작 장애와 같은 고유의 병리와 동물입니다. 더 나은 병렬 인간의 시스템으로,이 방법은 인간의 과학 및 임상 관련성에 설치류 모델에서 만든 발견 쉽게 번역을 제공하고, 인간의 신경 생리학 및 신경 병리학의 작은 동물 모델을 향상시킬 수 있습니다.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 32 Channel RHD2132 amplifier headstage | Intan Technologies | C3314 | |
| Aquistion Board | Open Ephys | v2.2 | |
| 100 Position Receptable Connector | Digi-Key | ED85100-ND | Headpiece |
| Acetone (1 L) | Sigma Aldrich | 179973-1L | |
| Razor Blade (100 pack) | McMaster Carr | 3962A4 | |
| Wire-Cutting Pliers | MSC Industrial | 321786 | |
| 2-Part Epoxy | McMaster Carr | 7605A18 | |
| PFA Coated Silver Wire (25 ft) | A-M Systems | 787000 | EMG Wire |
| CircuitWriter Pen | MCM Electronics | 200-175 | Silver Applicator for Electrode Tips |
| 36 Position Dual Row Male Nano-Miniature Connector | Omnetics Connector Corporation | A79028-001 | Headpiece to Amplifier Adapter |
| Conn Strip Header 2 x 50 | Digi-Key | ED83100-ND | Headpiece to Amplifier Adapter |
| Clidox Base and Acitvator | Pharmacal | 95120F & 96120F | Sterilant |
| Isoflurane | Priamal Enterprises Ltd | 66794-019-10 | |
| Oxygen | Airgas | OX USP300 | |
| Closed Loop Temperature Controller | CWE Inc. | 08-130000 | |
| Curved Scissors | FST | 14085-09 | |
| 0.25% Bupivicaine Hydrochloride | Hospira | 0409-1159-02 | Local Anesthetic |
| Meloxicam 5mg/ml | Henry Schein | 6451602845 | Pain/Inflammation Relief |
| 0.9% Sodium Chloride | Hospira | 0409-4888-20 | Fluids |
| Cefazolin | Hospira | 0409-0806-01 | Antibacterial |
| No.11 Disposable Scapel (20 pk) | Feather | 2975#11 | |
| Micro Serrefines | FST | 18052-3 | |
| Cotton Swabs (1,000 pk) | MSC Industrial | 8749574 | |
| 0.5 mm Micro Drill Bit | FST | 19007-05 | |
| Stereotaxic Drill | Kopf | Model 1471 | |
| Curved Forceps | Roboz | RS-5136 | |
| Methyl Methacrylate | A-M Systems | 525000 | Cement for headpiece |
| Methyl Methacrylate Crosslinking Compound | A-M Systems | 526000 | |
| Curved Hemostats | FST | 13003-10 | Aide in Adapter Connection |
| RHD2000 standard SPI interface cable (3ft) | Intan Technologies | C3203 | |
| Cantilever Arm | Instech | MCLA | |
| Micro Spatula (12 pk) | Fischer Scientific | S50822 | |
| Digital Soldering Station | MCM Electronics | 21-10115 | |
| Rosin Core Solder 60/40 Tin/Lead | MCM Electronics | 21-1045 | |
| Color Craze Nail Polish with Hardeners (Nitrocellulose based) | L.A. Colors | CNP508 | |
| Small Animal Stereotaxic Instrument with Digital Display Console | Kopf | Model 940 |
References
- Choi, J. H., Koch, K. P., Poppendieck, W., Lee, M., Shin, H. -S. High resolution electroencephalography in freely moving mic. J. Neurophysiol. 104 (3), 1825-1834 (2010).
- Lee, M., Kim, D., Shin, H., Sung, H., Choi, J. H. High-density EEG Recordings of the Freely Moving Mice using Polyimide-based Microelectrode. J Vis Exp. (47), e2-e5 (2011).
- Megevand, P., Quairiaux, C., Lascano, A. M., Kiss, J. Z., Michel, C. M. A mouse model for studying large-scale neuronal networks using EEG mapping techniques. Neuroimage. 42 (2), 591-602 (2008).
- Sabourin, M. E., Cutcomb, S. D., Crawford, H. J., Pribram, K. EEG correlates of hypnotic susceptibility and hypnotic trance: spectral analysis and coherence. Int J Psychophysiol. 10 (2), 125-142 (1990).
- Miller, E. K., Wilson, M. A. All My Circuits: Using Multiple Electrodes to Understand Functioning Neural Networks. Neuron. 60 (3), 483-488 (2008).
- Buzsáki, G. Large-scale recording of neuronal ensembles. Nat Neurosci. 7 (5), 446-451 (2004).
- Kipke, D. R., et al. Advanced Neurotechnologies for Chronic Neural Interfaces: New Horizons and Clinical Opportunities. J Neurosci. 28 (46), 11830-11838 (2008).
- Logothetis, N. K., Kayser, C., Oeltermann, A. In Vivo Measurement of Cortical Impedance Spectrum in Monkeys: Implications for Signal Propagation. Neuron. 55 (5), 809-823 (2007).
- Michel, C. M., et al. Electric source imaging of human brain functions. Brain Res Rev. 36 (2-3), 108-118 (2001).
- Mitzdorf, U. Current source-density method and application in cat cerebral cortex: investigation of evoked potentials and EEG phenomena. Physiol Rev. 65 (1), 37-100 (1985).
- Cook, I. A., O'Hara, R., Uijtdehaage, S. H. J., Mandelkern, M., Leuchter, A. F. Assessing the accuracy of topographic EEG mapping for determining local brain function. Electroencephalogr Clin Neurophysiol. 107 (6), 408-414 (1998).
- Teplan, M. Fundamentals of EEG measurement. Meas Sci Rev. 2, 1-11 (2002).
- Buzsáki, G., Anastassiou, C. a, Koch, C. The origin of extracellular fields and currents- EEG, ECoG, LFP and spikes. Nat Rev Neurosci. 13 (6), 407-420 (2012).
- Kahana, M. J. The Cognitive Correlates of Human Brain Oscillations. J Neurosci. 26 (6), 1669-1672 (2006).
- Olejniczak, P. Neurophysiologic basis of the EEG. J Clin Neurophysiol. 23 (3), 186-189 (2006).
- Thut, G. Modulating Brain Oscillations to Drive Brain Function. PLoS Biol. 12 (12), 1-4 (2014).
- Buzsáki, G., Draguhn, A. Neuronal Oscillations in Cortical Networks. Science. 304, 1926-1929 (2004).
- Crick, F., Koch, C. Towards a neurobiological theory of consciousness. Semin Neurosci. 2, 263-275 (1990).
- Murakami, S., Okada, Y. Contributions of principal neocortical neurons to magnetoencephalography and electroencephalography signals. J Physiol. 575 (3), 925-936 (2006).
- Franklin, K. B. J., Paxinos, G. The Mouse Brain in Stereotaxic Coordinates. 3rd ed. , Elsevier. New York. (2007).
- Lein, E. S., et al. Genome-wide atlas of gene expression in the adult mouse brain. Nature. 445 (7124), 168-176 (2007).
- Allen Mouse Brain Atlas. , Allen Institute for Brain Science. Available from: http://mouse.brain-map.org (2015).
- Berger, R. D., Akselrodv, S., Gordon, D., Cohen, R. J. An Efficient Algorithm for Spectral Analysis of Heart Rate Variability. IEEE Trans Biomed Eng. 33 (9), 900-904 (1986).
- Pan, J., Tompkins, W. J. A Real-Time QRS Detection Algorithm. IEEE Trans Biomed Eng. 32 (3), 230-236 (1985).
- Moody, G. B., Mark, R. G., Zoccola, A., Mantero, S. Derivation of Respiratory Signals from Multi-lead ECGs. Comput Cardiol. 12, 113-116 (1985).
- Thongpang, S., Richner, T. J., Brodnick, S. K., et al. A Micro-Electrocorticography Platform and Deployment Strategies for Chronic BCI Applications. Clin EEG Neurosci. 42 (4), 259-265 (2011).
- Laird, H. E. I., Hermansen, J. E., Huxtable, R. J. An electrode-cannula unit for intracerebral electrical stimulation, EEG recording and drug administration in small animals. Pharmacolgy Biochem Behav. 10 (2), 429-431 (1979).
