विवो में माउस मस्तिष्क को ट्रांसक्रैनियल रूप से उत्तेजित करने के लिए मिलीमीटर आकार के कॉइल के साथ संयुक्त कम लागत वाली इलेक्ट्रोएन्सेफलोग्राफिक रिकॉर्डिंग सिस्टम
Summary
विवो में माउस मस्तिष्क के ट्रांसक्रैनियल चुंबकीय उत्तेजना को चलाने के लिए मिलीमीटर आकार के कॉइल के साथ संयुक्त एक कम लागत वाली इलेक्ट्रोएन्सेफलोग्राफिक रिकॉर्डिंग प्रणाली प्रस्तावित है। कस्टम-निर्मित, लचीला, मल्टीइलेक्ट्रोड सरणी सब्सट्रेट के साथ पारंपरिक स्क्रू इलेक्ट्रोड का उपयोग करके, ट्रांसक्रैनियल चुंबकीय उत्तेजना के जवाब में माउस मस्तिष्क से मल्टी-साइट रिकॉर्डिंग की जा सकती है।
Abstract
एक मिलीमीटर आकार के कॉइल का उपयोग करके विवो में माउस मस्तिष्क के ट्रांसक्रैनियल चुंबकीय उत्तेजना (टीएमएस) को चलाने के लिए एक कम लागत वाली इलेक्ट्रोएन्सेफलोग्राफिक (ईईजी) रिकॉर्डिंग प्रणाली यहां प्रस्तावित है। कस्टम-निर्मित, लचीला, मल्टीइलेक्ट्रोड सरणी सब्सट्रेट के साथ संयुक्त पारंपरिक स्क्रू इलेक्ट्रोड का उपयोग करके, माउस मस्तिष्क से मल्टी-साइट रिकॉर्डिंग की जा सकती है। इसके अलावा, हम बताते हैं कि आमतौर पर प्रयोगशालाओं में पाए जाने वाले कम लागत वाले उपकरणों का उपयोग करके मिलीमीटर आकार के कॉइल का उत्पादन कैसे किया जाता है। लचीले मल्टीइलेक्ट्रोड सरणी सब्सट्रेट और पेंच इलेक्ट्रोड के लिए सर्जिकल आरोपण तकनीक बनाने के लिए व्यावहारिक प्रक्रियाएं भी प्रस्तुत की जाती हैं, जो कम शोर वाले ईईजी संकेतों का उत्पादन करने के लिए आवश्यक हैं। यद्यपि पद्धति किसी भी छोटे जानवर के मस्तिष्क से रिकॉर्डिंग के लिए उपयोगी है, वर्तमान रिपोर्ट एक एनेस्थेटाइज्ड माउस खोपड़ी में इलेक्ट्रोड कार्यान्वयन पर केंद्रित है। इसके अलावा, इस विधि को आसानी से एक जागृत छोटे जानवर तक बढ़ाया जा सकता है जो एक सामान्य एडाप्टर के माध्यम से टेथर्ड केबल से जुड़ा होता है और रिकॉर्डिंग के दौरान सिर पर टीएमएस डिवाइस के साथ तय किया जाता है। ईईजी-टीएमएस प्रणाली का वर्तमान संस्करण, जिसमें अधिकतम 32 ईईजी चैनल शामिल हो सकते हैं (16 चैनलों वाला एक डिवाइस कम चैनलों के साथ एक उदाहरण के रूप में प्रस्तुत किया जाता है) और एक टीएमएस चैनल डिवाइस, वर्णित है। इसके अतिरिक्त, एनेस्थेटाइज्ड चूहों के लिए ईईजी-टीएमएस प्रणाली के आवेदन द्वारा प्राप्त विशिष्ट परिणाम संक्षेप में रिपोर्ट किए गए हैं।
Introduction
ट्रांसक्रैनियल चुंबकीय उत्तेजना (टीएमएस) मानव मस्तिष्क विज्ञान, नैदानिक अनुप्रयोग और पशु मॉडल अनुसंधान के लिए एक आशाजनक उपकरण है क्योंकि इसकी गैर-/ कम आक्रामकता है। टीएमएस अनुप्रयोगों के प्रारंभिक चरण के दौरान, मनुष्यों और जानवरों में एकल और युग्मित-पल्स टीएमएस के जवाब में कॉर्टिकल प्रभाव का माप मोटर कॉर्टेक्स तक सीमित था; आसानी से मापने योग्य आउटपुट मोटर उत्पन्न क्षमता और प्रेरित मायोइलेक्ट्रिक क्षमता तक सीमित था जिसमें मोटर कॉर्टेक्स 1,2 शामिल था। मस्तिष्क क्षेत्रों का विस्तार करने के लिए जिन्हें टीएमएस मॉड्यूलेशन द्वारा मापा जा सकता है, इलेक्ट्रोएन्सेफलोग्राफिक (ईईजी) रिकॉर्डिंग को एकल और युग्मित-पल्स टीएमएस के साथ एकीकृत किया गया था ताकिपूरे मस्तिष्क 3,4,5 में क्षेत्रों की उत्तेजना, कनेक्टिविटी और स्थानिक गतिशीलता की सीधे जांच की जा सके। इस प्रकार, मस्तिष्क के लिए टीएमएस और ईईजी रिकॉर्डिंग (टीएमएस-ईईजी) के एक साथ आवेदन का उपयोग इंट्राकॉर्टिकल तंत्रिका सर्किट की जांच के लिए मनुष्यों और जानवरों के विभिन्न सतही कॉर्टिकल मस्तिष्क क्षेत्रों की जांच करने के लिए किया गया है (देखें ट्रेम्बले एट अल.6)। इसके अलावा, टीएमएस-ईईजी सिस्टम का उपयोग अतिरिक्त कॉर्टिकल स्थानिक विशेषताओं की जांच करने के लिए किया जा सकता है, जिसमें अन्य कॉर्टिकल क्षेत्रों में संकेतों का प्रसार और ऑसिलेटरी गतिविधि 7,8 की पीढ़ी शामिल है।
हालांकि, टीएमएस की गैर-आक्रामकता के कारण मस्तिष्क में टीएमएस की कार्रवाई का तंत्र सट्टा बना हुआ है, जो टीएमएस अनुप्रयोगों के दौरान मस्तिष्क के कार्य करने के बारे में हमारे ज्ञान को सीमित करता है। इसलिए, कृन्तकों से लेकर मनुष्यों तक जानवरों में आक्रामक अनुवाद अध्ययन तंत्रिका सर्किट और उनकी गतिविधि पर टीएमएस के प्रभावों के तंत्र को समझने के लिए महत्वपूर्ण महत्व के हैं। विशेष रूप से, जानवरों में संयुक्त टीएमएस-ईईजी प्रयोगों के लिए, छोटे जानवरों के लिए एक साथ उत्तेजना और माप प्रणाली गहन रूप से विकसित नहीं की गई है। इसलिए, प्रयोगवादियों को अपनी विशिष्ट प्रयोगात्मक आवश्यकताओं के अनुसार परीक्षण और त्रुटि द्वारा ऐसी प्रणाली का निर्माण करने की आवश्यकता होती है। इसके अलावा, माउस मॉडल विवो पशु प्रजातियों के मॉडल में अन्य के बीच उपयोगी हैं क्योंकि कई ट्रांसजेनिक और तनाव-पृथक चूहों के उपभेद जैविक संसाधनों के रूप में उपलब्ध हैं। इस प्रकार, चूहों के लिए टीएमएस-ईईजी-संयुक्त माप प्रणाली बनाने का एक सुविधाजनक तरीका कई तंत्रिका विज्ञान शोधकर्ताओं के लिए वांछनीय होगा।
यह अध्ययन एक टीएमएस-ईईजी-संयुक्त विधि का प्रस्ताव करता है जिसे माउस मस्तिष्क की एक साथ उत्तेजना और रिकॉर्डिंग के लिए लागू किया जा सकता है, जो अनुसंधान में उपयोग किया जाने वाला मुख्य प्रकार का ट्रांसजेनिक जानवर है, और जिसे आसानी से विशिष्ट तंत्रिका विज्ञान प्रयोगशालाओं में बनाया जा सकता है। सबसे पहले, एक कम लागत वाली ईईजी रिकॉर्डिंग प्रणाली को पारंपरिक स्क्रू इलेक्ट्रोड और एक लचीले सब्सट्रेट का उपयोग करके वर्णित किया जाता है ताकि प्रत्येक प्रयोग में इलेक्ट्रोड-सरणी स्थिति को पुन: निर्दिष्ट किया जा सके। दूसरा, एक चुंबकीय उत्तेजना प्रणाली का निर्माण एक मिलीमीटर आकार के कॉइल का उपयोग करके किया जाता है, जिसे आसानी से विशिष्ट प्रयोगशालाओं में कस्टम-बनाया जा सकता है। तीसरा, टीएमएस-ईईजी-संयुक्त प्रणाली ध्वनि और चुंबकीय उत्तेजना के जवाब में तंत्रिका गतिविधि को रिकॉर्ड करती है। इस अध्ययन में प्रस्तुत विधि उन तंत्रों को प्रकट कर सकती है जो छोटे जानवरों में विशिष्ट विकार उत्पन्न करते हैं, और पशु मॉडल में प्राप्त परिणामों को संबंधित मानव विकारों को समझने के लिए अनुवादित किया जा सकता है।
Protocol
Representative Results
Discussion
यह अध्ययन चूहों सहित छोटे जानवरों के लिए डिज़ाइन किए गए चुंबकीय उत्तेजना प्रणाली के साथ संयुक्त एक बहु-साइट ईईजी रिकॉर्डिंग सिस्टम को संबोधित करता है। निर्मित प्रणाली कम लागत वाली है और शारीरिक प्रय?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस काम को मुराटा साइंस फाउंडेशन, सुज़ुकेन मेमोरियल फाउंडेशन, बायोमेडिकल इंजीनियरिंग में मापने वाली प्रौद्योगिकियों की उन्नति के लिए नाकातानी फाउंडेशन और खोजपूर्ण अनुसंधान के लिए सहायता अनुदान (अनुदान संख्या 21 के 19755, जापान) और वैज्ञानिक अनुसंधान (बी) (अनुदान संख्या 23 एच 03416, जापान) द्वारा समर्थित किया गया था।
Materials
| 3D printer | Zhejiang Flashforge 3D Technology Co., Ltd | FFD-101 | The printer used for 3D-printing the donut-shaped disks |
| ATROPINE SULFATE 0.5 mg | NIPRO ES PHARMA CO., LTD. | – | Atropine sulfate |
| Bipolar amplifier | NF Corp. | KIT61380 | For amplifying waveforms for coil input |
| Butorphanol | Meiji Seika Pharma Co., Ltd., Tokyo, Japan |
– | For anathesis of animals |
| Commercial manufacturer of flexible 2D array | p-ban.com Corp. | – | URL: https://www.p-ban.com/ |
| Computer prograom to analyze output signals | Natinal Instruments | NI-DAQ and NI-DAQmx Python | To analyze output signals from the hall-effect sensor |
| Connector | Harwin Inc. | G125-FV12005L0P | For connector to conect to the measuring system |
| Copper pad | p-ban.com Corp. | copper | Copper pad on each substrate |
| Copper wire | Kyowa Harmonet Ltd. | P644432 | The windings of the coil |
| DAQ board | National Instruments Corp. | USB-6343 | For measuring the magnitic flux density of the coil |
| Dental cement | SHOFU INC. | Quick Resin | Self-Curing Orthodontic Resin |
| ECoG electrode | NeuroNexus Inc. | HC32 | For reference to design of the flexible 2D array |
| Epoxy resin | Konishi Co. Ltd. | #16123 | For coil construction |
| Ethyl Carbamate | FUJIFILM Wako Pure Chemical Corp. | 050-05821 | For urethan anesthesia |
| Flat ribbon cable | Oki Electric Cable Co., Ltd. | FLEX-B2(20)-7/0.1 20028 5m | For cable to connect between surface-mount connector and measuring sysytem |
| flexible substrate | p-ban.com Corp. | polyimide | Baseplate of flexible substrate |
| Function generator | NF Corp. | WF1947 | For generating waveforms for coil input |
| Hall-effect sensor | Honeywell International Inc. | SS94A2D | For measuring the magnitic flux density of the coil |
| IDC crimping tool | Pro'sKit Industries Co. | 6PK-214 | To crimp the IDC and one end of the flat ribbon cable; Flat cable connector crimping tool |
| Instant glue | Konishi Co. Ltd. | #04612 | For coil construction |
| Insulation-displacement connector (IDC ) | Uxcell Japan | B07GDDG3XG | 2 × 10 pins and a 1.27 mm pitch |
| LCR meter | NF Corp. | ZM2376 | For measuring the AC properties of the coil |
| Manipulator | NARISHIGE Group. | SM-15L | For manipulating the coil |
| Medetomidine | Kobayashi Kako, Fukui, Japan | – | For anathesis of animals |
| Midazolam | Astellas Pharma, Tokyo, Japan | – | For anathesis of animals |
| Miniature screw | KOFUSEIBYO Co., Ltd. | S0.6*1.5 | For EEG-senseing and reference electrode |
| Mouse | Japan SLC, Inc. | C57BL/6J (C57BL/6JJmsSlc) | Experimental animal |
| Permalloy-45 rod | The Nilaco Corp. | 780544 | The core of the coil |
| Recording system | Plexon Inc. | OmniPlex | For EEG data acquisition |
| Stainless wire | Wakisangyo Co., Ltd. | HW-136 | For grasp by manipulator |
| Stereotaxic apparatus | NARISHIGE Group. | SR-5M-HT | To fix a mouse head |
| Surface-mount connector | Useconn Electronics Ltd. | PH127-2x10MG | For connector to mount on the flexible 2D array |
| Testing equipment (LCR meter) | NF Corp. | ZM2372 | Contact check and impedance measurements |
| White PLA filament | Zhejiang Flashforge 3D Technology Co., Ltd | PLA-F13 | The material used for 3D-printing the donut-shaped disks |
| Xylocaine Jelly 2% | Sandoz Pharma Co., Ltd. | – | lidocaine hydrochloride |
References
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