Grafen Elektrot Dizisi Kullanarak Beyin Haritalama

Kortikal harita, serebral korteksteki duyusal motor uyaranlara yanıt özelliklerini temsil eden bir dizi yerel yamadır. Algı ve biliş için bir tahmin sunabilen sinir ağlarının uzamsal oluşumunu keşfedebilir. Bu nedenle, kortikal haritalar, dış uyaranlardan gelen sinirsel tepkileri ve duyusal motor bilginin işlenmesini incelemek için kullanılır Kortikal haritalar oluşturmak invaziv ve non-invaziv yöntemlerdir.

İntrakortikal elektrotların kullanılması, serebral korteksi haritalamak için kullanılan en yaygın invaziv yöntemlerden biridir. Yüksek çözünürlük için beyne zarar verebileceği için daha fazla ölçüm yapılmasını engeller. EEG, PET, MEG, fMRI gibi alternatif beyin haritalama araçları, tüm beyin haritalamasına ve tekrarlanan örneklemeye izin veren non-invaziv yöntemlerdir.

Bununla birlikte, çeşitli dezavantajlar, düşük uzamsal zamansal çözünürlük, zamansal gecikme, belirtilmemiş modülatör girdilerden kaynaklanan hatalar ve engelleyici maliyetlerdir. Kalsiyum görüntüleme ve optogenetik fMRI gibi optik teknikler büyük ölçekli beyin haritalaması sağlar, ancak gösterge toksisitesi ve düşük uzamsal zamansal çözünürlük nedeniyle klinik olarak faydalı değildir. Grafen elektrot dizisi, kıvrımlı beynin kararlı kayıtlarını sağlayan uzun vadeli biyouyumluluk ve mekanik esneklik sergiler.

Son zamanlarda grubumuz, kortikal yüzeydeki nöral sinyaller için yüksek çözünürlüklü kayıtlar sağlayan bir grafen elektrot dizisi geliştirdi. Bu protokol, kortikal bir harita oluşturmak için bir SD sıçanın ön paçalı, ön ayağı, arka pençesi, arka uzuv, gövde ve bıyığından SEP'leri kaydetmek için bir grafen elektrot dizisi kullanır. Ketamin için kilogram başına 90 miligram ve ksilazin için kilogram başına 10 miligram dozaj kullanarak intraperitoneal ketamin ve ksilazin kokteyli enjeksiyonu uygulayın.

Ameliyat boyunca istenen anestezi derinliğini korumak için, sıçan uyanma belirtileri gösteriyorsa, kilogram başına 45 miligram ketamin ve kilogram başına beş miligram ksilazin kokteyli enjekte edin. Anestezi derinliğini doğrulamak için ayak parmağını sıkıştırın. Sıçan titrerse, yanıt vermeyene kadar birkaç dakika daha bekleyin.

Bir düzeltici kullanarak farenin kafasındaki kürkü gözler arasındaki boşluktan kulakların arkasına kadar tıraş edin. Ardından gözlere oftalmik bir merhem sürün. Kulak çubukları ve stereotaksik adaptörler kullanarak, farenin kafasını stereotaksik aparata sabitleyin.

Sıçanın kafasının düzgün bir şekilde sabitlendiğinden emin olun. Tıraşlı bir alanı povidon ile ıslatılmış pamuk takası ile sterilize edin. Traş edilen bölgeyi alkolle ovalayın.

Sterilizasyon işlemini üç kez tekrarlayın. Daha sonra lokal anesteziyi indüklemek için kafa derisine 0.1 mililitre% 2 lidokain enjekte edin. İki ila üç santimetrelik bir orta hat kesisi oluşturur ve kafatasını ortaya çıkarmak için kafa derisini yanal olarak ayırın.

Kafatasını sivrisinek forseps ile ortaya çıkarmak için kafa derisini sıkıştırın. Kafatasının yüzeyini forseps ile çizerek periosteuumu çıkararak başlayın. Lambdaya doğru düz bir çizgide, arka kenardaki oksipital kemiğin arkasındaki kası yırtarak sternum magna'yı bulun.

Cisterna magna'yı yakından görmek için mikroskop kullanın. Cisterna magna'yı nazikçe kesin. Cisterna magna'yı yırttıktan sonra beyin omurilik sıvıları dışarı akar.

Beyni batırmak için beyin omurilik sıvısını sarmal steril gazlı bezle boşaltın. Grafen elektrotunun, bregmanın konumuna göre önceden tanımlanmış stereotaksik koordinatlara göre nereye yerleştirileceğini işaretleyin. Somatosensoriyel korteks, sağ hemisfer kafatasının bregmasından anterior posterior eksende üç milimetre ve sağ lateral yönde altı milimetre bulunur.

Stereotaksik koordinata göre işaretlenmiş alanı delin. Kafatasını kemik rongeur ile çıkarın. Pamuklu bir bezi 26 cafcaflı bir iğneye batırın.

İğneyi 90 derece bükün. Dura mater'i çıkarmak için, bükülmüş bir iğne kullanarak bir delik açın. Dura mater'i yukarı doğru kaldırın, forsepsleri o deliğe sokun ve dura mater'i makasla kesmeye veya forseps ile yırtmaya devam edin.

Korteksin kurumasını önlemek için tuzlu su ile ıslatılmış steril gazlı bezi somatosensoriyel kortekse takın. Tuzlu su çözeltisi uygulayarak grafen çoklu elektrot dizisini herhangi bir hasara neden olmadan ayırın. Referans ve topraklama kablolarının dış kaplamasını konektörden çıkarın.

Haritalama için grafen çoklu elektrot dizisini ayarlamak için, kafa aşamasını konektöre bağlayın. Grafen elektrot dizisini konektöre bağlayın. Arabirim kablosunu kayıt denetleyicisine takın.

Grafen çoklu elektrot dizisini ve konektör kompleksini bir arabirim kablosuna bağlayın. Ardından grafen çoklu elektrot dizisi kompleksini stereotaksik kola sabitleyin. Grafen elektrot dizisini, önceden tanımlanmış stereotaksik koordinatlara göre somatosensoriyel korteks üzerine yerleştirin.

Referans telini oksipital kemiğin arkasındaki dokuya yerleştirin. Ardından topraklama kablosunu topraklanmış optik tabloya bağlayın. Kayıt yazılımını açın ve örnekleme hızını 30 kilohertz olarak ayarlayın ve OK düğmesine basın.

Gürültüyü güçten uzaklaştırmak için 60 hertz çentik filtresini ayarlayın. Bıyığı ince bir çubukla bükün. Sinirsel sinyalleri veri toplama sistemi aracılığıyla istenen süre boyunca kaydedin.

Bu sinyaller bıyıklar için uyaranlar aracılığıyla elde edilen sinirsel sinyallerdir. Diğer vücut parçaları da SEP'leri kaydetmek için aynı şekilde uyarır. read_Intan_RHS2000 dosyası adlı MATLAB kodunu açın.

Çalıştır düğmesine tıklayın. Kayıt dosyasını seçin ve o dosyaya tıklayın ve ardından dosyanın okunmasını bekleyin. 2B çizgi grafiği oluşturmak için komut grafiğini girin.

Uyarana yanıt olarak gelen temsili tepe sinyallerini seçin ve maksimum ve minimum değerleri ölçerek SEP'lerin genliklerini hesaplayın. SEP'in genliğine göre dereceyi farklı renk tonlarıyla renklendirerek topografik haritayı elde edin. Grafen elektrot dizisi soldadır.

Tüm elektrotlar arasında alt tabakanın açık delikleri vardır. Bu delikler, elektrotların korteks ile güçlü temas kurmasına yardımcı olur. Sağda, görüntü korteks üzerindeki elektrot dizisini göstermektedir.

Solda, sıçanın vücudunun farklı bölgelerine yapılan uyarıların neden olduğu her bir konuma bağlı nöral tepkinin oranı bir sıçan şeklinde gösterilmektedir. Her vücut parçası farklı bir renkle temsil edilir. Bu, bir somatosensoriyel korteks haritası yapılandırır.

Sağda, aşağıdaki şekil, korteksin yüzeyine yerleştirilen çok kanallı grafen elektrotlar aracılığıyla kazanılan uyaranlara özgü tepkileri göstermektedir. Her renkli kutu, farklı vücut bölümlerinin 30 kanalda sahip olduğu tepkileri temsil eder. Yukarıdaki şekil, grafen elektrot dizileri kullanılarak somatosensoriyel korteksin yüzeyinde tespit edilen LFP'leri temsil etmektedir.

Renk çubuğu, daha büyük bir genliğin daha koyu bir renk tonuyla temsil edildiğini ve her rengin farklı bir vücut bölümünü temsil ettiğini gösterir. Şekil, renk çubuğundaki gölgelere göre genliği esnetir. Kemirgenin bu homunculus'u, az önce açıklanan sonuçlar kullanılarak oluşturuldu.

Belirli bir vücut parçasının sahip olduğu genlik ne kadar büyükse, homonculus üzerinde o kadar büyük gösterilecektir. Aşağıdaki şekil, her bir vücut parçasından toplanan LFP'lerin ayrı bir verisini temsil etmektedir. Renk çubuğuna göre algılanan LFP'lerin değişen genliklerini temsil eder.

Bu prosedür için birkaç önlem vardır. Beyin omurilik sıvısını çıkarırken, deneyci beyin sapına veya omuriliğe dokunmamaya dikkat etmelidir. Bu adım pratik gerektirir.

Kemirgenlerin bıyığı, bir sapma yönünü, uyaran yoğunluğunu ve uyarılan bıyığın yerini algılayacak kadar gelişmiştir. Bu nedenle bu protokol için bıyıklar sabit bir yönde ve yoğunlukta uyarılmalıdır. Diğer vücut kısımları da sürekli olarak uyarılmalıdır.

Bu protokolün sınırlaması, derin beyin yapılarında uyarılan sinyallerin, kortikal yüzeye bir grafen elektrot dizisi monte edildiğinden kaydedilememesidir. Bu nedenle, deneyci, sütunlu ağın nöral tepkilerle ilgili olarak hiyerarşik olarak nasıl organize edildiğini tanımlayamaz. Bununla birlikte, deneyci elektrot dizilerinin yerleştirildiği birden fazla alanı değiştirirse bu protokol daha da uygulanabilir.

Örneğin, deneyci işitsel ve görsel bilgileri çıkarmak için elektrotu işitsel veya görsel kortekse yerleştirirse, işitsel veya görsel haritaları elde edebilir. Ayrıca, bu protokol grafen çoklu elektrot dizisinin kronik implantasyonuna kadar genişletilebilir.