Summary
Fare beyninin in vivo transkraniyal manyetik uyarımını sağlamak için milimetre büyüklüğünde bir bobin ile birleştirilmiş düşük maliyetli bir elektroensefalografik kayıt sistemi önerilmektedir. Özel yapım, esnek, çoklu elektrot dizisi substratına sahip geleneksel vidalı elektrotlar kullanılarak, transkraniyal manyetik stimülasyona yanıt olarak fare beyninden çok bölgeli kayıt gerçekleştirilebilir.
Abstract
Burada, milimetre boyutunda bir bobin kullanarak, fare beyninin transkraniyal manyetik stimülasyonunu (TMS) in vivo olarak yürütmek için düşük maliyetli bir elektroensefalografik (EEG) kayıt sistemi önerilmektedir. Özel yapım, esnek, çok elektrot dizilimli bir alt tabaka ile birleştirilmiş geleneksel vidalı elektrotlar kullanılarak, fare beyninden çok bölgeli kayıt gerçekleştirilebilir. Ek olarak, milimetre boyutunda bir bobinin genellikle laboratuvarlarda bulunan düşük maliyetli ekipmanlar kullanılarak nasıl üretildiğini açıklıyoruz. Düşük gürültülü EEG sinyalleri üretmek için gerekli olan esnek çoklu elektrot dizisi substratının üretimi için pratik prosedürler ve vidalı elektrotlar için cerrahi implantasyon tekniği de sunulmaktadır. Metodoloji, herhangi bir küçük hayvanın beyninden kayıt yapmak için yararlı olsa da, bu rapor anestezi uygulanmış bir fare kafatasında elektrot uygulamasına odaklanmaktadır. Ayrıca, bu yöntem, ortak bir adaptör aracılığıyla bağlı kablolarla bağlanan ve kayıt sırasında kafasına bir TMS cihazı ile sabitlenen uyanık küçük bir hayvana kolayca genişletilebilir. EEG-TMS sisteminin en fazla 32 EEG kanalı (16 kanallı bir cihaz daha az kanallı bir örnek olarak sunulmuştur) ve bir TMS kanal cihazı içerebilen mevcut versiyonu açıklanmıştır. Ek olarak, EEG-TMS sisteminin anestezi uygulanan farelere uygulanmasıyla elde edilen tipik sonuçlar kısaca bildirilmiştir.
Introduction
Transkraniyal manyetik stimülasyon (TMS), düşük invaziv olmayan / düşük invaziv olması nedeniyle insan beyni bilimi, klinik uygulama ve hayvan modeli araştırmaları için umut verici bir araçtır. TMS uygulamalarının erken aşamasında, insanlarda ve hayvanlarda tek ve çift darbeli TMS'ye yanıt olarak kortikal etkinin ölçülmesi motor korteksle sınırlandırılmıştır; Kolayca ölçülebilir çıktı, motor uyarılmış potansiyeller ve motor korteks1,2'yi içeren indüklenmiş miyoelektrik potansiyellerle sınırlıydı. TMS modülasyonu ile ölçülebilen beyin bölgelerini genişletmek için, elektroensefalografik (EEG) kayıt, tüm beyindeki alanların uyarılabilirliğini, bağlantısını ve mekansal zamansal dinamiklerini doğrudan incelemek için yararlı bir yöntem olarak tek ve çift darbeli TMS ile entegre edilmiştir 3,4,5. Bu nedenle, TMS ve EEG kaydının (TMS-EEG) beyne eşzamanlı uygulanması, intrakortikal sinir devrelerini araştırmak için insan ve hayvanların çeşitli yüzeysel kortikal beyin bölgelerini araştırmak için kullanılmıştır (bkz. Tremblay ve ark.6). Ayrıca, TMS-EEG sistemleri, sinyallerin diğer kortikal bölgelere yayılması ve salınımlı aktivitenin üretilmesi de dahil olmak üzere ek kortikal uzaysal zamansal özellikleri incelemek için kullanılabilir 7,8.
Bununla birlikte, TMS'nin beyindeki etki mekanizması, TMS'nin invaziv olmaması nedeniyle spekülatif kalmaktadır ve bu da TMS uygulamaları sırasında beynin nasıl çalıştığına dair bilgimizi sınırlamaktadır. Bu nedenle, kemirgenlerden insanlara kadar değişen hayvanlarda yapılan invaziv translasyonel çalışmalar, TMS'nin nöral devreler üzerindeki etkilerinin mekanizmasını ve aktivitelerini anlamak için çok önemlidir. Özellikle, hayvanlarda kombine TMS-EEG deneyleri için, küçük hayvanlar için eşzamanlı bir stimülasyon ve ölçüm sistemi yoğun bir şekilde geliştirilmemiştir. Bu nedenle, deneycilerin böyle bir sistemi kendi özel deneysel gereksinimlerine göre deneme yanılma yoluyla inşa etmeleri gerekmektedir. Ek olarak, fare modelleri diğer in vivo hayvan türü modelleri arasında yararlıdır, çünkü birçok transgenik ve suş yalıtımlı fare suşu biyolojik kaynaklar olarak mevcuttur. Bu nedenle, fareler için TMS-EEG kombine ölçüm sistemi oluşturmak için uygun bir yöntem, birçok sinirbilim araştırmacısı için arzu edilir.
Bu çalışma, araştırmalarda kullanılan ana transgenik hayvan türü olan fare beyninin eş zamanlı uyarılması ve kaydedilmesi için uygulanabilecek ve tipik sinirbilim laboratuvarlarında kolaylıkla oluşturulabilen TMS-EEG kombine bir yöntem önermektedir. İlk olarak, düşük maliyetli bir EEG kayıt sistemi, geleneksel vidalı elektrotlar ve her deneyde bir elektrot dizisi pozisyonunu tekrar tekrar atamak için esnek bir substrat kullanılarak tanımlanmıştır. İkincisi, tipik laboratuvarlarda kolayca ısmarlanabilen milimetre büyüklüğünde bir bobin kullanılarak manyetik bir stimülasyon sistemi inşa edilir. Üçüncüsü, TMS-EEG kombine sistemi, ses ve manyetik stimülasyona yanıt olarak nöral aktiviteyi kaydeder. Bu çalışmada sunulan yöntem, küçük hayvanlarda spesifik bozukluklar oluşturan mekanizmaları ortaya çıkarabilir ve hayvan modellerinde elde edilen sonuçlar, karşılık gelen insan bozukluklarını anlamak için çevrilebilir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Bu çalışmada, tüm hayvan deneyleri Ulusal Sağlık Enstitüleri Laboratuvar Hayvanlarının Bakımı ve Kullanımı Rehberi izlenerek ve Hokkaido Üniversitesi Kurumsal Hayvan Bakımı ve Kullanımı Komitesi'nin onayı ile gerçekleştirilmiştir. Bu çalışma için iki erkek ve üç dişi, 8 ila 10 haftalık C57BL / 6J fareler kullanıldı. Bu bir terminal prosedürüdür. Hayvanlar ticari bir kaynaktan elde edilmiştir (bakınız Malzeme Tablosu).
1. Esnek iki boyutlu dizi tasarımı ve yapımı
- EEG kaydı ve referans elektrotları olarak kullanılmak üzere gerekli sayıda minyatür vidalı elektrodu (paslanmaz, SUS XM7; bakınız Malzeme Tablosu) aşağıdaki yapısal özelliklerle hazırlayın: nominal çap, boyun uzunluğu ve kafa çapı sırasıyla 0,6 mm, 1,5 mm ve 1,1 mm (Şekil 1A).
NOT: Bu çalışmada 16 adet minyatür vida elektrodu kullanılmıştır. - Aşağıdaki adımları izleyerek esnek bir alt tabaka üzerinde baskılı devre şemasının bir planını hazırlayın.
- Vida elektrotlarının okunması için esnek bir alt tabaka (tam boyut, 41,2 mm × 19,9 mm; bkz. malzemeler) üzerinde iki boyutlu (2B) bir elektrot pedi deseni oluşturun. 2B elektrot düzenlemesini tasarlayın. Şekil 1B , bu çalışmada kullanılan spesifik düzenlemeleri ve bir taban çizgisi noktasından göreceli koordinatları göstermektedir (orijinde çapraz işaretlenmiş [0, 0]).
NOT: Bu çalışmada, temporal loblar içindeki işitsel korteksteki nöral aktiviteyi kaydetmek için, lateral-medial (yatay) yönde elektrot yerleşimi, rostral-kaudal (dikey) yöndekinden daha uzundu (Şekil 1B). - EEG kayıt elektrotları için, esnek alt tabaka üzerindeki her bakır pedin (bkz. Malzeme Tablosu) dış çapı 1,3 mm ve iç çapı 0,8 mm olan bir halka şekline sahip olduğundan emin olun (Şekil 1C, solda). Her vidalı elektrotun alt tabakadan geçmesi için merkezde küçük bir delik (0,8 mm çapında) açın. Referans elektrotları için, her bakır ped, kenar uzunluğu 1,4 mm olan kare bir şekle sahip olmalıdır; Benzer şekilde, her vidanın alt tabaka üzerindeki kare pedden geçmesi için merkezde küçük bir delik (0,8 mm çapında) açın (Şekil 1C, sağda).
- Ardından, yüzeye monte edilmiş bir konektörü lehimlemek için (Şekil 1D, solda), konektöre giden okuma pedleri (2B dizi) tasarlayın (Şekil 1D, sağ). Örneğin, 2 × 10 pimli bir konektör ve bitişik pimler arasında 1,27 mm'lik bir aralık kullanın (Şekil 1D, sağda).
- Vidalı elektrot pedlerini ve konektör pedlerini, çizgi genişliği 0,03 mm ve çizgi aralığı 0,03 mm olan ( Şekil 1E'deki ince çizgiler) hem yüzey hem de arka katmanı kullanarak bağlayın.
- Ayrıca, referans ve toprak kanallarını amplifikatöre bağlamak için, referans ve toprak elektrotları için elektrot pedlerini esnek 2D dizinin dışındaki izole parçaya bağlayın ( Şekil 1E'nin altındaki "G" ve "HR" ile gösterilen iki dikey dikdörtgen). Referans ve topraklama kanallarını belirledikten sonra, elektrot pedlerini ilgili konektörlere lehimlemeyi unutmayın (bkz. adım 2.1).
- Bir koruma tabakası (poliimid tabakası) ile kaplanmamış açık bir alanı uygun şekilde tasarlayın. Vidalı elektrot pedlerini hem yüzey hem de arka katmanlarda açığa çıkarırken konektör pedlerini yüzey katmanında açığa çıkarın. Tüm elektrot tasarımı, boyutları ve imal edilmiş esnek 2D dizisi Şekil 1E'de gösterilmiştir ve fabrikasyon bir substratın görüntüsü Şekil 1F'de gösterilmiştir.
- Esnek 2B dizinin üst elektrot kısmında (kafa kısmı), yukarıdan aşağıya doğru üç katmanlı yapının aşağıdakilerden oluştuğundan emin olun (toplam kalınlık 49,0 μm): bir üst bakır tabaka (12,0 μm kalınlık), bir orta çekirdek poliimid tabakası (25,0 μm) ve bir alt bakır tabaka (12,0 μm) (Şekil 1G, üst).
- Bakır tabakaları substratın üst ve alt yüzeyine, örneğin ıslak aşındırma ve standart imalat tekniği9 kullanarak kazıyın.
- Esnek 2B dizinin alt kare ped kısmında (konektör parçası), altı katmanlı yapının, üst ve alt (her ikisi de 12,5 μm) katmanlar dahil olmak üzere koruyucu poliimid tabakalarla sıkıştırılmış bir üst bakır tabaka (12,0 μm kalınlık), bir orta çekirdek poliimid tabakası (25,0 μm) ve bir alt bakır tabaka (12,0 μm) dahil olmak üzere üç katmandan oluştuğundan emin olun. Takviye malzemesi olarak alttan 2 mm'lik bir poliimid levha takın (Şekil 1G, alt).
NOT: Esnekliği korumak için, takviye poliimid levhası, kafa ve konektör parçası arasındaki esnek 2D dizisinin boyun kısmına monte edilmez. - Benzer şekilde, konektör kısmında, ıslak aşındırma ve standart imalat tekniğini kullanarak bakır ve koruyucu poliimid tabakalarını üstte aşındırın.
NOT: Konektör dahil olmak üzere fabrikasyon, esnek, 2D dizi cihazının toplam ağırlığı 0,84 g'dır. Esnek bir 2B dizi için bir düzen tasarladıktan sonra, ticari bir üreticinin alt tabakaları (bkz. Malzeme Tablosu) bazen kolaylık sağlamak için önerilir.
- Vida elektrotlarının okunması için esnek bir alt tabaka (tam boyut, 41,2 mm × 19,9 mm; bkz. malzemeler) üzerinde iki boyutlu (2B) bir elektrot pedi deseni oluşturun. 2B elektrot düzenlemesini tasarlayın. Şekil 1B , bu çalışmada kullanılan spesifik düzenlemeleri ve bir taban çizgisi noktasından göreceli koordinatları göstermektedir (orijinde çapraz işaretlenmiş [0, 0]).
Şekil 1: Elektroensefalografik (EEG) kayıt için esnek iki boyutlu (2D) dizinin bileşen parçaları ve dizi dahil olmak üzere fabrikasyon cihaz. (A) Fare kafatasına gömülü minyatür vidalı elektrot. (B) Beyin aktivitesini ölçmek için tasarlanmış elektrot pedleri (yeşil daireler) ve referans kanalı (sağ alttaki kare). Elektrot pedlerinin orijindeki (0, 0) bir referans noktasından (çapraz işaret) göreceli koordinatları gösterilir; milimetre cinsinden boyut parantez içinde gösterilmiştir. Elektrot pedlerinin merkez koordinatları, çapraz işaretten geçen dikey eksene göre simetriktir. (C) Bir kayıt elektrodu (solda) ve bir referans elektrodu (sağda) için elektrot pedleri ve matkap delikleri gösterilmiştir. (D) Esnek 2D dizisi (solda) ve alt tabaka üzerinde tasarlanan pedlerin deseni ve boyutu (sağda) için kullanılan yüzeye monte edilmiş bir konektör (2 × 10 pim). (E) Her bir parçanın milimetre cinsinden boyutuyla tasarlanmış plan. (F) E'deki plan ile gösterilen fabrikasyon bir substratın görüntüsü. (G) Esnek 2B dizinin katman yapısı (kafa ve konektör parçaları). Vidalı elektrot pedlerinin (üstte) ve okuma pedlerinin (altta) üst ve yan görünümleri gösterilmiştir. Kafa ve konektör parçaları sırasıyla üç katmanlı bir yapıdan (üstte) ve altı katmanlı bir yapıdan (altta) oluşur. Ek olarak, boyun kısmı beş katmanlı bir yapıdan oluşur; Üst ve arka yüzeye koruyucu bir poliimid tabakası monte edilir ve takviye poliimid levhası boyun kısmına monte edilmez. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
2. Adaptör yapımı ve kanal haritalama
- Aşağıdaki adımları izleyerek adaptör yapımını gerçekleştirin.
- Lehimleme akısını 2 × 10 pim, yüzeye monte konektör (Şekil 1D, solda) ve esnek alt tabaka üzerindeki 2B dizinin konektör pedleri (Şekil 1D, sağ) üzerinde yayın.
- 2 × 10 pimli, yüzeye monte konektörü konektör pedlerine lehimleyin. Özellikle, 2B dizinin alt kısmındaki iki ped ile referans ve topraklama kanalları olarak kullanılan iki konektör pimi arasındaki bağlantıyı onaylayın (Şekil 2A).
- Taban çizgisi sinyallerini harici bir noktaya (örneğin, ölçüm sisteminin toprak kanalına bağlı bir toprak noktası; Şekil 2A).
NOT: Ancak bu çalışmada konnektör kısmında kare elektrot yerine referans elektrot olarak vidalı elektrotlu dairesel elektrot pedlerinden biri kullanılmıştır. - Lehimlemeden sonra, açığa çıkan noktaları korumak ve kısa devreleri önlemek için lehimleme noktalarını epoksi reçine kullanarak örtün ( bkz.
- Aşağıdaki adımları izleyerek konektör kablosunu ve kafa amplifikatörünü sabitleyin.
- 2 × 10 pimli ve 1,27 mm aralıklı (Şekil 2B, sol üstte) ve 0,635 mm aralıklı düz bir 20 pimli şerit kablo (Şekil 2B, sol altta) içeren bir yalıtım-yer değiştirme konektörü (IDC) hazırlayın. Düz şerit kabloyu istenen uzunluğa (ör. 40 cm) kesin.
- IDC'yi ve düz şerit kablonun bir ucunu bir IDC sıkma aleti kullanarak kıvırın (Şekil 2B, sağ üstte) ( bkz.
- Kablonun diğer ucunun her bir hattını, bir kesici kullanarak uç ucundan yaklaşık 15 mm'ye kadar ayırın. İzolasyonu uç ucundan 3 mm sıyırın.
- Kıvrımlı IDC'yi düz şerit kabloya ve esnek alt tabakaya lehimlenmiş 2 × 10 pimli konektöre bağlayın (Şekil 2C).
- Kayıt elektrodu ile kablonun ayrılmış hattı arasındaki yazışmaları onaylayın. Kullanılan her hattın yanlış bir bağlantı hatası üretmediğinden emin olun.
- Her elektrotun çıkışına karşılık gelen bireysel hatların açıkta kalan bakır tellerini, ana amplifikatör de dahil olmak üzere ölçüm sisteminin 20 pimli konektörüne (1,25 mm aralık) lehimleyin (Şekil 2B, sağ altta).
- Lehimlemeden sonra, bir test ekipmanı kullanarak vidalı elektrot pedleri ve konektör pimleri arasındaki iletimi onaylayın (örneğin, bir LCR ölçüm cihazı; bkz.
- Lehimleme noktalarını hasardan korumak ve diğer sinyal hatlarıyla teması önlemek için epoksi reçine ve koruyucu bant kullanarak örtün.
- Epoksi reçine kullanarak, esnek alt tabaka üzerindeki 2D dizinin konektör kısmının arka tarafına ince bir paslanmaz çelik çubuk (çap: 1,1-1,2 mm; uzunluk: 100 mm) yapıştırın.
NOT: Bu paslanmaz çelik çubuk, deneyler sırasında bir mikromanipülatör tutucu tarafından kavranabilir (Şekil 2C). - Son olarak, vidalı elektrotlar ve sinyal çıkış kanalları arasındaki eşlemeyi onaylayın (Şekil 2D).
Şekil 2: Esnek alt tabaka üzerinde iki boyutlu (2B) bir elektrot dizisi için adaptörün oluşturulması ve kanal eşlemesinin kaydedilmesi. (A) Konektör kısmında, referans ve toprak kanalları alt elektrot pedlerine kurşun tellerle bağlanır. Referans ve toprak kanalları önceden belirlenmişse, kanallar tasarım aşamasında ilgili alt elektrot pedlerine bağlanmalıdır. Bu gibi durumlarda, kurşun tellerin kanallara ve elektrot pedlerine lehimlenmesi gereksizdir. (B) İzolasyon-yer değiştirme konektörleri (sol üstte), ölçüm amplifikatörü konektörünü (sağ üstte) bağlamak için düz kablonun bir ucuna (sol altta) kıvrılır. Kullanılacak kanallara karşılık gelen tüm hatlar yeşil konektörlere lehimlenir (sağ altta). Bu durumda, kafa amplifikatörüne bağlı her yeşil konektör sekiz kanallı bir ölçüm için atandığından, 16 kanallı beyin aktivitesi sinyallerini kaydetmek için en az iki konektöre ihtiyaç vardır. Lehimli noktalar, diğer sinyal hatlarıyla teması önlemek için epoksi reçine ve koruyucu bant ile kaplanmıştır. (C) Konektör ve fabrikasyon kablo, esnek 2D dizi alt tabakasının yüzeyine yerleştirilir. İnce paslanmaz çelik çubuk, esnek alt tabakanın arka tarafına tutturulmuştur. (D) Fare beyni yüzeyindeki kayıt kanallarının uzamsal konumları ve ölçüm sistemi için her bir nokta için kanal haritaları gösterilir. Bu durumda, vidalı elektrotlu (kırmızı daireler) 16 kayıt kanalı vardır, ancak olası kayıt alanlarının toplam sayısı 32'dir. Kayıt yapmayan diğer 16 kanal da beyin yüzeyinde yeşil daireler olarak gösterilir. Haritalama grafiğinde, "G" ve "R" sırasıyla zemin ve referans elektrotları için tasarlanmış kanalları gösterir. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
3. Hayvan cerrahisi
- Steril cerrahi ortamı hazırlayın.
- Hayvanları içeren tüm deneysel prosedür sırasında lateks eldiven gibi koruyucu ekipmanlar giyin.
- Stereotaksik aparatı ve cerrahi aletleri sterilize edin (bakınız Malzeme Tablosu).
- Cerrahi aletleri sterilize ettikten sonra, steril salin kullanarak yıkayın.
- Hayvanları uyuşturun.
- Ameliyattan önce farenin ağırlığını ölçün. Atropin sülfat (0.04 mg/kg; bakınız Malzeme Tablosu) intraperitoneal enjeksiyon yoluyla uygulanır.
- Medetomidin (0.3 mg / kg), midazolam (4.0 mg / kg) ve butorphanol (5.0 mg / kg) karışımının intraperitoneal enjeksiyonu yoluyla fareyi uyuşturun.
- Ayak parmağını sıkıştırarak anestezik derinliği yanıt seviyesine göre onaylayın.
NOT: Anestezi yaklaşık 40 dakika sonra yıpranacaktır. Fare bir ayak parmağı sıkışmasına yanıt verirse, anestezik karışımın aynı dozunu intraperitoneal enjeksiyon yoluyla uygulayın.
- Elektrot implantasyon ameliyatı için önceden hazırlanın.
- Dokunsal hissi önlemek için fare bıyıklarını kesin.
- Kurumayı önlemek için her iki gözü de oftalmik bir merhemle yağlayın. Görme duyusunu engellemek için göz kapaklarını kapatın ve üst ve alt göz kapaklarını tamir bandı ile yapıştırarak kapanmayı sürdürün.
- Farenin başındaki saçları elektrikli makaslarla tıraş edin. Rektuma bir termometre yerleştirin ve bir ısıtma yastığı kullanarak vücut sıcaklığını 37 ° C'de tutun.
- Lidokain hidroklorürü, fare kafa derisinin kesilecek kısmına topikal bir lokal anestezik olarak uygulayın.
- Fare kafa derisini bir neşter veya cerrahi makas kullanarak rostral-kaudal yönde kesin (alan boyutu: 7 × 10 mm2).
- Kafa derisini kesilmiş kısmın yakınında cımbızla sıkıştırın ve kaldırın. Bir neşter veya cerrahi makas kullanarak kafatasındaki görünür zarı çıkarın. Operasyon sırasında göz çevresindeki kan damarlarını kırmayın.
- Kafa derisinin kesi çizgisinin her iki merkezinin yakınındaki cildi forseps ile kavrayın ve kafatasının üst kısmını geniş bir şekilde açığa çıkarmak için kesilmiş kısmı genişletin.
- Kafatasının yüzeyindeki tüm zarların ve lambda çevresindeki dokunun cerrahi makasla tamamen çıkarıldığını onaylayın.
- Kafatasının altındaki beyin yüzeyinin görünürlüğünü arttırmak ve enine sinüsü bulmak için kafatası yüzeyini fizyolojik salinle ıslatın.
NOT: Vida elektrotlarını kafatasına implante ederken, bunları enine sinüsün üstüne ve içine gömmemeyi unutmayın.
4. Elektrot implantasyonu
- Esnek substratın arka tarafındaki 2D elektrot dizisine monte edilmiş paslanmaz çelik çubuğu bir mikromanipülatöre takın. Esnek substratı kafatasına yerleştirin.
- Kanalların (Chs) 3 ve 14'ün (Şekil 2D) dizideki konumunu, inferior kollikulusa sığacak şekilde ayarlayın.
NOT: İnferior kollikulus transvers sinüs boyunca yer alır. Önceden bir fare beyin atlası kullanarak inferior kollikulusun yerini doğrulamanızı öneririz. - Kafatası üzerindeki Chs 3, 8, 9 ve 14'ün (Şekil 2D) konumlarına, hedefleme yer işaretleri olarak kullanmak üzere kalıcı bir işaretleyici ile küçük daireler çizin.
- Diş çimentosuna yapışmayı arttırmak ve esnek substrat üzerindeki 2D elektrot dizisini fare kafatasından elektriksel olarak izole etmek için kafatası yüzeyini kurutun.
- Kafatası yüzeyine diş çimentosu (yaklaşık 1 mm kalınlığında; bakınız Malzeme Tablosu) uygulayın. Diş çimentosunu uyguladıktan sonra, iyileşmesi için yaklaşık 30 dakika bekleyin.
- Esnek substratı kafatasının yüzeyindeki küçük dairesel işaretlere göre hizalayın.
- Bir diş matkabının ucunu esnek alt tabaka üzerindeki her elektrot pedi deliğine hizalayın. Elektrot pedi deliklerinin her birinden kafatasına dikkatlice delin.
- Minyatür vida elektrotlarının her birini, minyatür vidalar için özel bir tornavida kullanarak kafatasındaki delinmiş deliklerden vidalayın.
- Vida elektrodunun kafasını ve elektrot pedini sıkıca sıkın. Son olarak, elektriksel iletkenliği doğrulamak için her bir vidalı elektrot ile konektör arasındaki iletkenliği test ekipmanıyla (örneğin bir LCR ölçüm cihazı) ölçün.
5. Küçük bobin tasarımı ve yapımı
- Bilgisayar destekli tasarım (CAD) yazılımını kullanarak merkezinde bir delik bulunan (iç çap: 2 mm; dış çap: 7 mm; kalınlık: 1 mm) çörek şeklinde bir disk tasarlayın (bkz. Ek Kodlama Dosyası 1).
- Bir 3D yazıcı kullanarak, ısıya dayanıklı olmayan malzemeden (örneğin, poli-laktik asit filament) yapılmış iki disk (Şekil 3A, solda) yazdırın; ısıya dayanıklı olmayan malzeme her zaman gerekli değildir (aşağıya bakınız).
- Kısa bir şaft (uzunluk: 60 mm) oluşturmak için bir permalloy-45 çubuğunu (çap: 2 mm; bkz. Malzeme Tablosu) kesin.
- Şaftı iki 3D baskılı diskin her bir deliğine yerleştirin (Şekil 3A, sağda). Bir diski şaftın ucuna, diğerini ise uçtan 11 mm uzağa yerleştirin, böylece iki disk arasında 10 mm'lik bir mesafe elde edilir. Diskleri anında yapıştırıcı ile yapıştırın (bkz.
- Şaftın ucunu disksiz olarak bir darbe sürücüsüne takın (Şekil 3B). Permalloy-45 miline küçük bir mıknatıs takın. Mıknatısın yanına şafttan 5 mm uzakta bir hall etkisi sensörü yerleştirin. Hall etkisi sensörünü bir veri toplama (DAQ; bkz. Malzeme Tablosu) sistemine bağlayın.
- Dönüş sayısını saymak için, DAQ sistemi aracılığıyla hall etkisi sensöründen gelen çıkış sinyallerini analiz eden bir bilgisayar programı hazırlayın (bkz.
- Şafta ince bir bakır tel (çap: 0,16 mm) bağlayın ve telin üst ucuna anında yapıştırıcı ile yapıştırın.
- Darbe sürücüsünü kullanarak, bakır teli iki disk arasında 1.000 tur boyunca sarın. Dönme hızı isteğe bağlı olmasına rağmen, tipik olarak saniyede yaklaşık 5 dönüş kullanılır. Ardından, yara teline anında yapıştırıcı ile yapıştırın.
- İki diski şafttan ayırın. Diskler şafta kuvvetli bir şekilde yapışmışsa, diskleri bir ısı tabancası kullanarak eritin.
- Yüzeyi yalıtmak ve sabitlemek için bobini epoksi reçine ile örtün. Ardından, sargısız şaft kısmını fazlalık olarak kesin.
- Elde edilen bobinin yüksekliğinin 10 mm ve çapının 6 mm olduğundan emin olun (Şekil 3B, solda). Bobin manipülasyonu için, ya bir bobin tutucu oluşturun (Şekil 3C, sağda) ya da bobine paslanmaz çelik bir çubuk yapıştırın (burada gösterilmemiştir).
- Bir LCR metre kullanarak bobinin direncini ve endüktansını ölçün (bkz. Örneğin, burada kullanılan bobin, 18.3 Ω'lik bir doğru akım (DC) direncine ve 1 kHz alternatif akım (AC) girişinde 7.9 mH'lik bir endüktansa sahipti. AC özellikleri (direnç ve endüktans) Şekil 3D'de gösterilmiştir.
- Bobine bipolar kare dalga uygulamak için bir fonksiyon üreteci kullanın. Giriş voltajının tipik genliği, 2 V'luk bir jeneratör çıkışını takiben, 10x kazançlı bir bipolar güç kaynağı aracılığıyla 20 V'tur. Ortaya çıkan dalga formu, yaklaşık genliği 20 V olan bipolar kare dalgadır (yani, 40 V'luk bir tepeden tepeye voltaj) (Şekil 3E).
- Hall etkisi sensörünü ve DAQ sistemini kullanarak manyetik akı yoğunluğunu ölçün. Bu durumda, örneğin, bobinin manyetik akı yoğunluğu (B), bobin tabanı hall etkisi sensörü ile temas ettiğinde 113.6 ±2.5 mT (ortalama ± SEM) idi (Şekil 3F).
Şekil 3: Manyetik stimülasyon için küçük bobin. (A) Üç boyutlu (3D) baskılı disk (solda). Permalloy-45 miline iki özdeş disk yapıştırılır; biri şaftın sonunda, diğeri ise 10 mm uzaklıktadır (sağda). (B) Bobinin sarılması için kurulum. İki diskli 60 mm'lik şaft, bir darbe sürücüsüne bağlanır. Şafta bağlı küçük mıknatısın yanına bir hall etkisi sensörü yerleştirilir. Bakır tel iki disk arasına sarılır. (C) İnşa edilmiş bobin. Bobin 10 mm yüksekliğinde, 6 mm çapındadır ve 1.000 tur bakır tel vardır. Şeklin sağ tarafı, 3D baskılı bir bobin tutucu tarafından manipüle edilen bobini göstermektedir. (D) Bir LCR metre tarafından kaydedilen bobinin AC özellikleri: (üst) sinüzoidal giriş frekansına karşı direnç; (alt) endüktansa karşı giriş frekansı. Tipik bir bobin, 1 kHz AC girişinde sırasıyla 21.6 ve 7.9 mH'lik bir direnç ve endüktansa sahiptir. (E) Bir osiloskop tarafından kaydedilen bobin girişi olarak kullanılan bifazik dikdörtgen dalga formu. (F) Manyetik akı yoğunluğu ile inşa edilmiş bir bobin ile hall-effect sensörü arasındaki mesafe arasındaki ilişki. Manyetik akı yoğunluğu, her sensör için bir kez olmak üzere beş farklı salon etkisi sensörü tarafından kaydedildi. Beş ölçümün ortalaması çizilir ve hata çubukları ortalamanın standart hatalarını temsil eder. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
6. Sinyal kayıt sistemi ve prosedürü
- Esnek 2B diziyi düz şerit kabloyla kayıt sistemine bağlayın (bkz.
- Bobin üzerine monte edilmiş paslanmaz çelik çubuğu bir mikromanipülatöre takın (bkz.
- Bobini bregma'nın üzerine yerleştirin ve odak noktasını inferior kollikulusun üzerine yerleştirmek için kaudal yönde konumu ayarlayın. Yayan elektrik alanın odak noktası, bobinin alt yüzeyindeki yara alanının orta çizgisidir (yani, kenardan merkeze 1 mm).
- İki kutuplu bir güç kaynağı ve bir fonksiyon üretecinden oluşan bir stimülasyon sistemi hazırlayın (bakınız Malzeme Tablosu) ve bobini sisteme bağlayın.
- DAQ sisteminden fonksiyon üretecine tetikleme sinyalleri uygulamak için fonksiyon üretecinin giriş terminali ile DAQ sisteminin çıkış terminali arasına bir kablo bağlayın. Uyaranları başlatmak için tetikleyici sinyaller için uygun bir bilgisayar programı hazırlayın. Ek olarak, stimülasyon sürelerini zaman damgası olarak kaydetmek için DAQ sistemini kayıt sistemine bağlayın.
- Kayıt sistemi için satın alma işlemini başlatın.
NOT: Kayıt sistemi gürültüyü topluyorsa, gürültünün kaynağını bulun ve azaltın. - Stimülasyon sistemini tetikleyerek manyetik stimülasyonu test edin.
NOT: Manyetik stimülasyon tarafından üretilen gürültü ölçüm aralığını doyuruyorsa, aralığı uygun şekilde ayarlayın. Ek olarak, kayıt sisteminin stimülasyon zaman damgalarını düzgün bir şekilde kaydettiğini onaylayın. - Yanıt verilerini kaydetmeye başlayın ve stimülasyon oturumlarına başlayın. Her stimülasyon oturumu tamamlandığında kaydı durdurun. Kaydedilen tüm verileri sonraki analizler için kaydedin.
NOT: Tüm deneysel koşulları beş farklı manyetik yoğunlukla gerçekleştirmek için, örneğin, tüm seanslar için gereken toplam süre yaklaşık 75 dakika idi. Son nokta genellikle tüm kayıt oturumları bittikten sonra belirlenirdi. Bununla birlikte, hayvanlar öksürük, nefes darlığı ve nefes alma gibi klinik belirtiler gösterdiğinde, deneysel oturum derhal sonlandırıldı. Ötanazi için, hayvanlar anestezi altındayken keskin, temiz makas kullanılarak kafa kesme işlemi yapıldı.
7. Veri analizi
- Geniş bant (ham) sinyali, kesme frekansı 200 Hz olan alçak geçirgen bir filtre kullanarak filtreleyin.
- Her stimülasyon zaman damgasının etrafındaki bir zaman penceresi boyunca filtrelenmiş dalga formlarını toplayın. Olayla ilişkili potansiyel (ERP) dalga formlarını elde etmek için dalga formlarının ortalaması alınmaktadır (Şekil 4 ve Şekil 5).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Anestezi uygulanmış C57BL/6J farelerde kaydedilen örnek EEG verileri, vidalı elektrotlarla birleştirilmiş esnek substrat ile aşağıda sunulmuştur.
Tipik bir örnek olarak, ses stimülasyonuna yanıt olarak üretilen ortalama EEG dalga formları (8 kHz ton patlaması, 80 dB ses basıncı seviyesi [SPL]), aynı uyaranlara sahip 60 çalışma için gösterilmiştir (Şekil 4A). Kayıt kanalı haritalamasının bir şeması da Şekil 4A'nın ortasında sunulmuştur. Chs 5, 7, 10 ve 12'den gelen yanıtlar, her iki temporal lobdaki işitsel korteksin yakınındaki bölgelerden kaydedilir. İşitsel alanların etrafında bulunan kanalların bireysel EEG dalga formlarında (inferior kollikulus ve işitsel korteks), stimülasyon artefaktlarını hariç tutan yanıtlar ilk önce ses stimülasyonunun başlamasından hemen sonra negatif gidiyordu (örneğin, Chs 3 ve 10); tepe genlikleri sırasıyla 45.6 ± 4.0 μV ve 25.6 ± 1.5 μV idi. Yanıtlar daha sonra taban çizgisi üzerinde bir dereceye kadar pozitif gidiyordu (Şekil 4B, C) ve sönümleme sırasında salınım yapıyordu. Buna karşılık, diğer kanallardan gelen tepkiler, bazı kanal dalga formları benzer tepkiler göstermesine rağmen, stimülasyon başlangıcından neredeyse bağımsızdı.
Şekil 4: Fare beynindeki 16 bölgede ses olayıyla ilgili potansiyel (ERP) dalga formları . (A) Anestezi uygulanan bir fareye uygulanan ses (8 kHz ton patlaması, 80 dB SPL) stimülasyonuna yanıt olarak, 16 kanallı ERP dalga formları gösterilmiştir. Bir fare beyninin şeması merkezde gösterilir ve fare beyni yüzeyindeki 16 kayıt bölgesi (kırmızı daireler) kanal numaralarıyla gösterilir. Bu durumda, 16 kayıt kanalı kullanılır; Kayıt dışı diğer 16 kanal yeşil daireler halinde gösterilir. (B) Ch 3 için ERP dalga formlarının genişletilmiş görünümleri. (C) Ch 10 için ERP dalga formlarının genişletilmiş görünümleri. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
Benzer şekilde, sağ inferior kollikulusun yakınındaki alanın kısa manyetik stimülasyonuna (V in = 60 Vpp) yanıt olarak EEG kayıtlarının ortalama dalga formları, Şekil 5A'da aynı uyaranlara sahip 60 çalışma için gösterilmiştir. Kayıt kanalı haritalamasının bir şeması da Şekil 5A'nın ortasında sunulmuştur. Stimülasyon bobini Ch 14 alanının yakınında bulunduğundan, stimülasyon artefaktı bu kanalda en büyüktü. Bununla birlikte, stimülasyon başlangıcından hemen sonra çoğu kanal için nispeten büyük stimülasyon eserleri gözlenmiştir, bu da manyetik stimülasyonun tüm kayıt bölgelerini etkilediğini göstermektedir. Chs 5, 7, 10 ve 12'den gelen yanıtlar her iki temporal lobdaki işitsel kortekse yakın bölgelerden kaydedildiğinden, stimülasyon artefaktlarını hariç tutan bireysel EEG dalga formları, kanal konumlarına bağlı olarak önce negatif ve daha sonra bir dereceye kadar pozitif gidiyordu (Şekil 5A-C). İşitsel alanların yakınında, manyetik stimülasyonun neden olduğu tepki süresi kursları, ses stimülasyonu tarafından indüklenenlerden farklıydı. Örneğin, Chs 3 ve 10 için, yanıtlar ses stimülasyonu başlangıcından hemen sonra negatif gidiyordu, ancak tepe genlikleri sırasıyla 58.8 ± 4.0 μV ve 28.2 ± 2.0 μV idi. Ayrıca, artan manyetik stimülasyon yoğunlukları ile, Ch 10 için tahrik edilen yanıtların tepe genlikleri artmıştır (Şekil 5D), manyetik stimülasyonun uyandırılmış nöral tepkileri etkilediğini düşündürmektedir.
Şekil 5: Fare beynindeki 16 bölgede transkraniyal manyetik stimülasyon (TMS) güdümlü olayla ilişkili potansiyel (ERP) dalga formları. (A) Anestezi uygulanan bir fareye uygulanan TMS'ye yanıt olarak 16 kanallı ERP dalga formları (V in = 60 Vpp) gösterilmiştir. Merkezde bir fare beyninin şeması gösterilir ve fare beyni yüzeyindeki 16 kayıt bölgesi (kırmızı daireler) kanal numaraları ile gösterilir. (B) Ch 3 için ERP dalga formlarının genişletilmiş görünümleri. (C) Ch 10 için ERP dalga formlarının genişletilmiş görünümleri. (D) Farklı manyetik yoğunluklar (giriş voltajı) tarafından uyandırılan Ch. 10 ERP'lerin genlikleri için özet. İstatistiksel analiz için, çoklu karşılaştırmalar için bir ANOVA ve ardından bir post-hoc Tukey-Kramer testi kullanılır. * ve *** sırasıyla p < 0,05 ve p < 0,001'i temsil eder. Bir seans için deneme sayısı, bireysel hayvanların her durumu için 60 katıdır. İstatistikler iki hayvandan elde edilen örnekler için hesaplanır. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
Bu yöntem aynı zamanda ortak bir adaptör aracılığıyla bağlı kablolarla bağlanan ve kayıt sırasında kafasına bir TMS cihazı ile sabitlenen uyanık küçük bir hayvana da kolayca genişletilebilir (Ek Şekil 1 ve Ek Şekil 2).
Ek Şekil 1: Bir fare kafatasına bağlı stimülasyon bobininin fikstürü. (A) Uyanık bir fare için, fare kafatasına bağlı fikstürle sabitlenmiş bir stimülasyon bobini gösterilir. (B) Uyanık farenin olayla ilgili potansiyelleri (ERP'ler), farenin kutunun içinde hareket edebileceği bir akrilik kutuya kaydedildi. Bu Dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.
Ek Şekil 2: Uyanık bir farenin beyninden 16 bölgede ses tahrikli ve transkraniyal manyetik stimülasyon (TMS) tahrikli ERP'lerin dalga formları. (A) Bir akrilik durumunda uyanık bir fareye uygulanan ses stimülasyonuna (8 kHz ton patlaması, 80 dB SPL) yanıt olarak (Ek Şekil 1B), 16 kanallı ERP dalga formları gösterilmiştir. Bir fare beyninin şeması merkezde gösterilir ve fare beyni yüzeyindeki 16 kayıt bölgesi (kırmızı daireler) kanal numaraları ile gösterilir. Bu durumda, 16 kayıt kanalı kullanılır; Kayıt dışı diğer 16 kanal yeşil daireler halinde gösterilir. (B) Benzer şekilde, aynı uyanık fareye uygulanan TMS'ye yanıt olarak 16 kanallı ERP dalga formları (Vin = 60 Vpp) gösterilmiştir. Merkezde bir fare beyninin şeması gösterilir ve fare beyni yüzeyindeki 16 kayıt bölgesi (kırmızı daireler) kanal numaraları ile gösterilir. Stimülasyon bobini Ch 14 alanının yakınında bulunur. Bu Dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.
Ek Kodlama Dosyası 1: Bobin yapımı için gerekli olan çörek şeklindeki disk için CAD veri dosyası. Bu Dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Bu çalışma, fareler de dahil olmak üzere küçük hayvanlar için tasarlanmış manyetik bir stimülasyon sistemi ile birleştirilmiş çok bölgeli bir EEG kayıt sistemini ele almaktadır. İnşa edilen sistem düşük maliyetlidir ve fizyolojik laboratuvarlarda kolayca inşa edilir ve mevcut ölçüm kurulumlarını genişletebilir. Fare kayıt sisteminden veri elde etmek için gerekli cerrahi prosedür, bu tür laboratuvarların standart elektrofizyolojik deneylerle daha önce deneyime sahip olmaları durumunda son derece basittir.
Bu yaklaşımı kullanmanın bir avantajı, elektrot yerleşiminin bireysel bir hayvanın kafasına ve kafa derisine iyi bir şekilde tekrarlanabilirliğidir. Vida elektrotlarını beyin hedef bölgelerine atamak için kullanılan esnek substrat, standart mikrofabrikasyon teknikleri kullanılarak kolayca çoğaltılır ve aynı substratlar, her bir hayvanın kafa derisinden kayıt bölgelerini belirlemek için de uygundur. Ek olarak, elektrot dizisinin şekli, çeşitli deneysel ihtiyaçları optimize etmek için kolayca değiştirilebilir; Özelleştirilmiş elektrot düzenlemeleri, belirli deneysel amaçlar için en uygun şekilde oluşturulabilir. Protokolde belirtilen yöntem izlenirse, vidalı elektrotlar, konektörler, kablolar ve cerrahi prosedürler kolayca değiştirilebilir ve daha fazla sayıda kayıt alanına sahip bir ölçüm sistemine genişletilebilir. Bu kayıt sisteminin ikinci bir avantajı, laboratuvarlar çok kanallı bir amplifikatörle donatıldığında düşük maliyetidir. Mevcut kayıt sistemi, 32 giriş kanalından ve dört ayrı kabloya kadar nöral sinyaller alabilir. Bu nedenle, genişletilmiş bir 32 kanallı kayıt sistemi ekstra kablolar, vidalı elektrotlar ve modifiye edilmiş esnek substratlar gerektirecektir ve bu genişletilmiş sistem çok düşük bir maliyete sahip olacaktır.
Bununla birlikte, bu metodolojinin bir dezavantajı, implantasyon sırasında vida elektrotlarının derinliğinin hassas kontrolüdür. Bununla birlikte, bu dezavantaj tipik vidalı EEG elektrotları için her zaman mevcuttur ve vidaların kortikal yüzeye göre premortem kesin derinliği bilinmemektedir. Ayrıca, bu sistemde, EEG sinyallerinin kayıt kalitesi ve gürültü seviyesinin azaltılması için bir başka kritik nokta, epidural tabaka ile uygun elektrot temasıdır. Empedans ölçümü yoluyla tüm vidalı elektrotların uygun elektrot temasını her zaman onaylıyoruz. Tipik olarak, 1 kHz'de 5-10 kΩ'luk bir empedans, uygun epidural yerleşimi önerir ve empedans değerleri nöral sinyal ölçümünden önce doğrulanmalıdır.
Ek olarak, mevcut protokolde, elektrot implantasyonundan önce kafatasına diş çimentosu uygulanır. Uygun miktarda diş çimentosu EEG sinyal kayıtlarının başarısını etkileyebilir. Yani, kafatası üzerindeki ince bir diş çimentosu tabakası, implante edilen elektrotları desteklemez veya elektrotların konumunu sabitlemezken, daha kalın bir tabaka, elektrotların dura maddesine temas etmesi için uygun şekilde konumlandırılmasını önler. Tabakanın uygun kalınlığını belirlemek için, başarılı EEG kayıtlarından sonra dijital bir kumpas kullanarak diş çimentosunun kalınlığını ölçtük. Uygun bir çimento tabakasının ortalama kalınlığı 0.7 mm idi, bu da diş çimentosu tabakasının 0.7 mm kalınlığında bir "kafatası kapağı" ve vida elektrotları için küçük deliklerle değiştirilebileceğini düşündürüyordu.
Manyetik stimülasyon, beynin minimal invaziv veya noninvaziv nörostimülasyonu için insan ve hayvan çalışmalarında yararlı bir araçtır. Bir bobindeki akımları hızla değiştirmek, bobin etrafında manyetik bir alan oluşturur ve akımlar hayvan ve insan kafataslarından geçtiğinde nöron zarlarının hiperpolarizasyonuna veya depolarizasyonuna neden olur. Hayvan modelleri için, aksiyon potansiyeli tepkileri doğrudan elektrik alan değişiminin eşik üstü büyüklüğü tarafından ateşlenirken, sinir zarlarındaki eşik altı değişiklikler, sinir popülasyonlarının ağ aktivitesini ayarlamak için üretilir10. Bu bobin, tipik (örneğin, C57BL / 6J) fare10'daki kortikal tabaka 5/6 veya daha derin bölgelere karşılık gelen, beynin yüzeyinden 1,8 mm derinliğe kadar (kafatasından 2,4 mm) 10 V / m'den fazla bir elektrik alanı üretmek üzere simüle edilmiştir. Bu milimetre boyutlu bobinler, eşik üstü nöral aktiviteyi indükleyebilir ve hatta daha önce bildirilen bobinler11 tarafından indüklenenlere kıyasla beynin yüzeyinde daha lokalize bir elektrik alanı oluşturabilir. Algılanan ses, kafatası titreşimi ve termal etki dahil olmak üzere çeşitli faktörlerden oluşan ek etkiler tamamen dışlanamasa da, bu bireysel etkilerin sinirsel aktivite üzerinde biraz etkisi olmuştur. Dahası, manyetik bir çekirdek olarak, manyetik özellikleri genellikle soğutma hızı, tavlama sıcaklığı vetutma süresi 12 dahil olmak üzere tavlama işleminin koşullarına bağlı olan permalloy kullanıyoruz. Bununla birlikte, tavlama koşulları ticari bir permalloy olduğu için kontrol edilememiştir.
Son yıllarda tıbbi çalışmalarda çok bölgeli EEG kaydı ve TMS'den oluşan kombine ölçüm sistemleri kullanılmaya başlanmış ve klinik uygulamalarıgiderek artmaktadır 4,6. Önerilen yaklaşımımız, insan nörofizyolojisinin küçük hayvan modellerini (özellikle fare modellerini) geliştirecek ve bu da insan sistemlerine daha iyi paralel hayvan modelleri sunarak deneysel kemirgen modeli sonuçlarının insan klinik meslektaşlarına çok daha kolay bir şekilde çevrilmesini sağlayabilecektir. Son olarak, genetiği değiştirilmiş farelerde çok bölgeli kayıt tekniklerinin kullanılması, duyusal işitme kaybı olan hayvanlarda kombine manyetik ve farmakolojik müdahaleler, gelecekteki araştırma hedeflerimiz olan spesifik işitsel bozukluklar ve kulak çınlaması üreten mekanizmaların ortaya çıkarılmasına yardımcı olabilir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarların açıklayacak hiçbir şeyi yok.
Acknowledgments
Bu çalışma Murata Bilim Vakfı, Suzuken Memorial Vakfı, Nakatani Biyomedikal Mühendisliğinde Ölçüm Teknolojilerinin Geliştirilmesi Vakfı ve T.T.'ye Keşif Araştırmaları için Hibe (hibe numarası 21K19755, Japonya) ve Bilimsel Araştırma (B) (hibe numarası 23H03416, Japonya) tarafından desteklenmiştir.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 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
- Ilmoniemi, R. J., et al. Neuronal responses to magnetic stimulation reveal cortical reactivity and connectivity. Neuroreport. 8 (16), 3537-3540 (1997).
- Hallett, M. Transcranial magnetic stimulation: a primer. Neuron. 55 (2), 187-199 (2007).
- Thut, G., Pascual-Leone, A. Integrating TMS with EEG: How and what for. Brain Topography. 22 (4), 215-218 (2010).
- Ilmoniemi, R. J., Kicic, D. Methodology for combined TMS and EEG. Brain Topograpy. 22 (4), 233-248 (2010).
- Daskalakis, Z. J., Farzan, F., Radhu, N., Fitzgerald, P. B. Combined transcranial magnetic stimulation and electroencephalography: its past, present and future. Brain Research. 1463, 93-107 (2012).
- Tremblay, S., et al. Clinical utility and prospective of TMS-EEG. Clinical Neurophysiology. 130 (5), 802-844 (2019).
- Pellicciari, M. C., Veniero, D., Miniussi, C. Characterizing the cortical oscillatory response to TMS pulse. Frontiers in Cellular Neuroscience. 11, 38 (2017).
- Lin, Y. J., Shukla, L., Dugue, L., Valero-Cabre, A., Carrasco, M. Transcranial magnetic stimulation entrains alpha oscillatory activity in occipital cortex. Scientific Reports. 11 (1), 18562 (2021).
- Takahashi, S., et al. Laminar responses in the auditory cortex using a multielectrode array substrate for simultaneous stimulation and recording. IEEJ Transactions Electrical and Electronic Engineering. 14 (2), 303-311 (2019).
- Yoshikawa, T., Higuchi, H., Furukawa, R., Tateno, T. Temporal and spatial profiles of evoked activity induced by magnetic stimulation using millimeter-sized coils in the mouse auditory cortex in vivo. Brain Research. 1796, 148092 (2022).
- Tang, A. D., et al. Construction and evaluation of rodent-specific rTMS coils. Frontiers in Neural Circuits. 10, 47 (2016).
- Li, L. Controlling annealing and magnetic treatment parameters to achieve high permeabilities in 55 Ni-Fe toroid cores. IEEE Transactions on Magnetics. 37 (4), 2315-2317 (2001).
