Bu protokol, serbestçe hareket eden kemirgen EEG'sini kaydetmek için güvenilir ve kolay erişilebilir bir sistem oluşturmak için geliştirilmiştir.
Yöntem makalesi
* These authors contributed equally
Bu protokol, serbestçe hareket eden kemirgen EEG'sini kaydetmek için güvenilir ve kolay erişilebilir bir sistem oluşturmak için geliştirilmiştir.
Elektroensefalografi (EEG), beyindeki elektriksel aktiviteyi izlemek için temel bir araç olarak hizmet eder ve hem klinik teşhislerde hem de klinik öncesi hayvan araştırmalarında giderek daha önemli hale gelmiştir. Kemirgen EEG'si insan nörolojik bozukluklarını modellemek için güçlü bir platform sunarken, uzun vadeli kayıtlar genellikle mevcut sistemlerin yüksek maliyeti, invazivliği veya teknik karmaşıklığı nedeniyle sınırlıdır. Burada, serbestçe hareket eden farelerde kronik, çok bölgeli kortikal EEG çekimi için güvenilir, erişilebilir, ekonomik olarak uygulanabilir ve minimum müdahaleci bir protokol sunuyoruz. Teknik, kemik vidaları kullanılarak epidural olarak sabitlenen ve yapıştırıcı ve diş çimentosu ile sabitlenen evrensel seri veri yolu (USB) tipi bir arayüze bağlı vidalı elektrotlarla platin-iridyum tellerin üretilmesini içerir. Sistem, %85 ameliyat sonrası hayatta kalma oranına sahip vahşi tip C57BL/6J farelerde gösterildiği gibi, birkaç ay boyunca istikrarlı sinyal yakalamaya izin verir (n = 20). EEG 1.000 Hz'de örneklendi ve bir diferansiyel amplifikatör kurulumu kullanılarak 1 Hz ile 500 Hz arasında filtrelendi. Sistemi doğrulamak için, nöbet benzeri aktiviteyi indüklemek için pentilentetrazol (20 mg / kg) uygulandı ve bu da interiktal deşarjlarda belirgin bir artışa yol açtı - başlangıçta 2-5'ten enjeksiyon sonrası 20-51 olaya - artan sinyal genliği ile birlikte. Deşarjlar, dalga biçimi morfolojisine ve tanınmış elektrofizyolojik kriterlere uyan sinyal özelliklerine göre tanımlandı. Kurulum, davranışsal video izleme ve açık kaynaklı analiz boru hatlarıyla uyumludur ve farmakolojik, genetik veya nöromodülasyon çalışmalarıyla entegrasyonu destekler. Bu yöntem, epilepsi araştırmaları ve ötesindeki uygulamalarla kemirgen modellerinde beyin ağı dinamiklerini araştırmak için istikrarlı ve uyarlanabilir bir platform sağlar.
Elektroensefalografi (EEG), beyin elektriksel aktivitesinin doğrudan bir ölçümünü sağlar ve epilepsi1 teşhisinde yaygın olarak kullanılır. Son yıllarda, EEG teknikleri nörolojik bozuklukları, uyku fizyolojisini ve beyin ağı dinamiklerini incelemek için küçük hayvan modellerinde kullanılmak üzere giderek daha fazla uyarlanmıştır 2,3,4. Genetiği değiştirilmiş fare modellerinin ortaya çıkması ve kayıt teknolojilerindeki önemli ilerlemelerle birlikte, kemirgen EEG, klinik öncesi araştırmalar için önemli bir araç haline geldi ve insan beyni sağlığı ile ilgili translasyonel mekanizmalar hakkında değerli bilgiler sundu 5,6.
Nöral aktiviteyi aynı anda yakalamak ve manipüle etmek, hem makro hem de mikro devre seviyelerinde beyin dinamiklerini incelemek için kritik öneme sahiptir. Bu ikili yaklaşım, nöbetin başlatılması ve ilerlemesinde rol oynayan sinir ağlarının gerçek zamanlı izlenmesini sağlar. Tekrarlayan ve genellikle öngörülemeyen nöbetlerle karakterize epilepsi, karmaşık beyin devrelerindeki bozulmalardan kaynaklanır4. Kapsamlı araştırmalara rağmen, nöbet yayılımını ve başlangıcını yöneten mekanizmalar, kısmen birden fazla beyin bölgesinde eşzamanlı kayıtlara izin veren teknolojilerin sınırlı kullanımı nedeniyle tam olarak anlaşılamamıştır7.
İnsan nörolojik bozukluklarını özetleyen hayvan modellerinden alınan EEG kaydı, insan hastalarda görülenleri yakından yansıtan interiktal sivri uçlar, ani ve dalga deşarjları ve nöbet başlangıç modellerini ortaya çıkardı 8,9, böylece insan beyninde meydana gelen elektrofizyolojik değişiklikler hakkındaki anlayışımızı ilerletti. Benzer şekilde, Alzheimer hastalığı, otizm spektrum bozukluğu ve şizofreni modellerinde tespit edilen EEG anormallikleri, bozulmuş nöral salınım aktivitesi hakkında kritik bilgiler sağlar ve potansiyel terapötik hedefleri vurgular10.
Beyin anatomisi ve ölçeğindeki farklılıklara rağmen, fare ve insan EEG'leri çarpıcı benzerlikler sergiler 2,11. Her ikisi de karakteristik salınım frekans bantları (delta, teta, alfa, beta ve gama) sergiler ve güç spektrumları genellikle 1/f dağılımınıtakip eder 2,11. Hızlı olmayan göz hareketi (NREM) uykusu sırasında delta aktivitesinin ortaya çıkması veya dikkat ve hafıza görevleri sırasında artan gama senkronizasyonu gibi beyin durumları arasındaki geçişler türler arasında korunur. Ayrıca, yüksek frekanslı salınımlar (HFO'lar) ve iktal paternler dahil olmak üzere epileptiform aktivite, hem farelerde hem de insanlarda karşılaştırılabilir zamansal ve spektral profiller gösterir7.
Kemirgen ve insan EEG'sinin korunmuş özellikleri, fare modellerini beyin bozukluklarını incelemek için oldukça translasyonel hale getirir. Fare EEG'si, ayrıntılı devre düzeyinde analiz sağlayan invaziv, yüksek çözünürlüklü kayıtlara izin verir12. Ayrıca, nöral disfonksiyonu hassas bir şekilde sorgulamak için davranışsal ve moleküler araçlarla birleştirilebilen farmakolojik ajanlar, optogenetik kontrol ve kapalı döngü stimülasyonu13,14 dahil olmak üzere nöromodülatör stratejilerin test edilmesini de destekler.
Bununla birlikte, bulguları tahmin ederken dikkatli olunmalıdır. Fare beyninin daha küçük boyutu ve daha basit kortikal yapısı, sinyal yayılımını etkileyebilir ve bilişsel olayla ilgili potansiyeller (ERP'ler) insanlara kıyasla daha az belirgin olabilir15. Elektrot yerleştirme, sinyal referanslama ve analitik boru hatlarında tutarlılığın sağlanması, tekrarlanabilirliği ve laboratuvarlar arası geçerliliği geliştirmek için kritik öneme sahiptir16.
Küçük hayvanlarda EEG'nin kaydedilmesi hem fırsatlar hem de zorluklar sunar. Fare EEG'si tipik olarak ya kafatası yüzeyine epidural olarak yerleştirilmiş kronik olarak implante edilmiş elektrotlar ya da subkortikal yapılara yerleştirilen derinlik elektrotları kullanılarak elde edilir17,18. Dura mater üzerine yerleştirilen vidalı veya tel elektrotlar gibi yüzey elektrotları minimal invazivdir ve uzun süreli, uzunlamasına kayıtlar için uygundur. Bu tür elektrotlar kemiğin altındadır ve bu da kayıt için yüksek empedanslı bir bariyer sağlar. Buna göre, kemirgenlerdeki dural elektrotların EEG'den çok elektrokortikografi (eCoG) ile karşılaştırılabilir olduğu düşünülebilir. Derinlik elektrotları, aksine, daha yüksek uzamsal çözünürlük sunar ve hipokampus, talamus veya amigdala gibi derin beyin bölgelerine erişim sağlayarak, bölgeler dağılımı 2,11 arasında nöbet ağları ve salınımlı eşleşme üzerine çalışmaları kolaylaştırır.
Kemirgenler için modern EEG sistemleri, yüksek zamansal çözünürlükle çok kanallı kaydı destekler ve genellikle davranışsal korelasyon için video izleme ile birleştirilir18. Ek olarak, kablosuz EEG sistemleri, serbestçe davranan hayvanlarda bağlı, gerçek zamanlı edinime izin vererek hareket kısıtlamalarını ve stresi en aza indirir19. Zamanla bu modernizasyonlar ticari olarak kullanılabilir hale getirilmiş olsa da, ya çok pahalıdırlar ya da kemirgen modelini uzun bir süre boyunca incelemek için çok istilacıdırlar.
Bu boşluğu gidermek için, kemirgen modellerinde çok bölgeli EEG çekimi için minimal invazivlik ile uzun vadeli çalışmalara uygun, çok yönlü ve uygun maliyetli bir protokol sunuyoruz. Bu EEG kayıt yaklaşımı, kontrollü deneysel koşullar altında farelerde kortikal aktivitenin yüksek çözünürlüklü değerlendirmesini gerektiren çalışmalar için özellikle uygundur. En iyi şekilde (i) hayvan elektrot implantasyonu sırasında kısa anesteziyi tolere edebildiğinde ve tamamen iyileşebildiğinde, (ii) kayıtlar sırasında sabit kafa pozisyonu veya minimum hareket sağlandığında, (iii) nöral aktivitenin uzun süreli veya tekrarlanan izlenmesi istendiğinde ve (iv) deneysel tasarım, amplifikatör kapasitesine bağlı olarak tek veya sınırlı çoklu hayvan kaydını barındırabilir. Araştırmacılar, bu yöntemin deneysel hedefleriyle uyumlu olup olmadığını belirlemek için bu kısıtlamaları dikkate almalıdır.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Bu protokol, Augusta Üniversitesi Hayvan Bakım ve Kullanım Komitesi'nden onay aldı. Deneyin her adımında Ulusal Sağlık Enstitüleri Laboratuvar Hayvanlarının Bakımı ve Kullanımı Rehberi takip edildi. Bu çalışmada kullanılan hayvan sayısını en aza indirmek için mümkün olan tüm önlemler uygulandı. Bu çalışma için kullanılan fareler 2 aylık vahşi tip C57Bl6J'dir. Her adımı gerçekleştirmek için gereken süre ilgili adımlara dahildir.
1. Elektrotlu fiş pimlerinin hazırlanması (5 dk)
2. Elektrotların implante edilmesi (30 dk)
3. EEG kaydı (65 dk)
4. Verilerin yorumlanması
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Elektrotlar, 5 vahşi tip C57Bl6J faresi de dahil olmak üzere C57Bl6J arka planında 20 fareye implante edildi ve ameliyat sonrası sağkalım oranı ameliyattan 6 aya kadar %85'lik bir oranla korundu (Şekil 4B). 6 ay sonra başlıklar ayrılmaya başladı ve tüm farelere 8 aylıkken ötenazi yapıldı. Konektör ve vidalar dahil olmak üzere başlık tertibatının ortalama ağırlığı 1,13 g (n = 20) idi. Fareler ameliyattan sonraki 30 dakika içinde bilinçlerini geri kazandılar v...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Bu çalışmada, serbestçe hareket eden farelerde kronik, çok bölgeli EEG kaydı için sağlam, uygun maliyetli ve minimal invaziv bir protokol geliştirdik ve doğruladık. Bir USB konektörüne lehimlenmiş vidalı elektrotların ve özel olarak üretilmiş platin-iridyum elektrotların başarılı bir şekilde implantasyonu, gözlemlenen hayatta kalma oranı ve kayıt kalitesiyle birlikte, tekniğin kronik kayıtlarda uygulanabilirliğini ve güvenilirliğini göstermektedir. Özellikle bu protokol, kapsamlı cerrahi...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
DTB, Alfred Mann Vakfı'nın ücretli danışmanıdır. Yazarların bu çalışma uyarınca herhangi bir rakip mali çıkarı veya başka çıkar çatışması yoktur.
DTB, NEI hibe R01EY036089 ve NIA hibe RF1AG060754 tarafından desteklenmektedir. XF, James Fickel Alzheimer Hastalığı Araştırma Fonu, EY028158 ve EY032488'den gelen hibelerle desteklendi.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
| Ad | Şirket | Katalog numarası | Yorumlar |
|---|---|---|---|
| 0.003" platin iridyum tel | sistemleri | 777000 | |
| 1,5 mm Kemik vidalar | Antrin Minyatür Spesiateliyeleri | 000-120X1/16 SL BIND MS SST | |
| AC amplifikatör & nbsp; | Sistemleri | ||
| Karprofen | Covetrus | 11695-6935-1 | |
| Coldpac protez akrilik taban | Yates Motloid Şirketi | https://www.yates-motloid.com/collections/coldpac/denture-base | |
| Diş matkapı 1,4 mm | Volvere GX | Yok | |
| Deksametazon | VEDCO | 50989-437-12 | |
| Göz kayganlaştırıcısı | Optix Bakımı | https://theoptixcare.com/ | |
| Hidrojen peroksit | Sigma Aldrich | 7722-84-1 | |
| NIDAQ USB | Ulusal Enstrümanlar | https://www.ni.com/en/shop/data-acquisition/entry-level-usb-daq.html | Veri toplama ve sinyal koşullandırma USB |
| Pentilentetrazol | Caymen Chemicals | 18682 | |
| Lehim reçine akısı macunu | Weller | https://www.weller-tools.com/us/en/consumer/products/soldering-accessories/ | |
| Lehim teli 0.32" | Radio Shack | Yok | |
| Süper yapıştırıcı | Loctite | Yok | |
| USB tip B dişi fişler | QM Satıcısı | X00292ABU9 |
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Bu JoVE makalesinin metnini veya şekillerini yeniden kullanmak için izin iste
İzin iste