Author Produced

High-density EEG-registraties van de vrij bewegende muizen met behulp van Polyimide op basis van micro-elektrode

Neuroscience
JoVE Journal
Neuroscience
AccessviaTrial
 

Summary

In dit artikel beschrijven we de chirurgische ingreep en behandeling tips voor implantatie van ultra-dunne polyimide-op basis van micro-elektrode array (PBM-array) in de muis schedel voor de aankoop van high-density encefalografie (EEG) in een muismodel.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations | Reprints and Permissions

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), e2562, doi:10.3791/2562 (2011).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Elektro-encefalogram (EEG) geeft de gemiddelde elektrische activiteit van de neuronale populaties op grote schaal niveau. Het wordt algemeen gebruikt als een niet-invasieve brain controle-instrument in de cognitieve neurowetenschappen en een diagnostisch hulpmiddel voor epilepsie en slaapstoornissen in de neurologie. Echter, het onderliggende mechanisme van de EEG ritme generatie is nog onder de sluier. Recent geïntroduceerde polyimide-gebaseerde micro-elektrode (PBM-array) voor hoge resolutie muis EEG 1 is een van de onderzoeken naar de neurofysiologische vragen over EEG-signalen op basis van een rijke genetische hulpbronnen, dat de muis model bevat voor de analyse van complexe EEG generatie proces te beantwoorden. Deze toepassing van nanofabricated PBM-array voor muis-schedel is een efficiënt hulpmiddel voor het verzamelen van op grote schaal hersenactiviteit van transgene muizen en biedt aan de neurale correlaten om bepaalde EEG ritmes herkennen in combinatie met gedrag. Toch zijn ultra-dunne dikte en gespleten structuur leiden tot een probleem in de behandeling en implantatie van PBM-array. In de gepresenteerde video, zijn de voorbereiding en de operatie stappen voor de implantatie van PBM-array op een muis schedel stap voor stap beschreven. Behandeling en chirurgie tips om onderzoekers te helpen te slagen in de implantatie zijn ook aanwezig.

Protocol

1. Overzicht

C57BL/6J - 129S4/SvJae hybride muizen (12 ~ 15 weken oud) zijn verdoofd met ketamine (120 mg / kg ip) en xylazine (6 mg / kg, ip) cocktail. Staart of teen knijpen vooraf aan de operatie om de diepte van de anesthesie te inspecteren. De muis is vastgesteld door stereotaxische apparatuur (David Kopf Instruments, Model 902, Calif, USA). De hoofdhuid wordt ingesneden op de middellijn ongeveer 25 mm op de schedel bloot onder de lidocaïne behandeling voor vermindering van de pijn. Eventueel vuil op de schedel wordt geveegd door de zoutoplossing gedrenkte katoen tips om de hechting van de elektrode om de schedel te verbeteren. De bregma en lambda punten worden gemarkeerd en in hetzelfde horizontale vlak. De polyimide op basis van micro-elektrode array (PBM-array) is zodanig geplaatst dat de verticale middellijn van de middellijn van de schedel voldoet. De bregma punt moet worden gevestigd in het midden van de 5 e laag van de voorste van de PBM-array. Twee of drie microscrews worden gebruikt bij de nul ruimte in de rand van de schedel te helpen beveiligen van de positie van de elektrode met tandheelkundige cement. Voor stutten de PBM-array-aansluiting, hebben we de positie van een stut op het midden van het hoofd, en dek deze af met tandheelkundige cement. Na uitharding is de ingesneden huid gehecht, en ten minste 5 dagen worden gegeven voor herstel. Tijdens het herstel, zijn de muizen ondergebracht in afzonderlijke kooien met vrije toegang tot voedsel en water. Na het herstel, is het EEG-registratie uitgevoerd. Verzorging van dieren, chirurgische, en opnemen van procedures waren in overeenstemming met de richtlijnen voor de Institutionele Animal Care en gebruik Comite, na Act 1992 van de Korea Lab Animal Care verordeningen en bijbehorende richtlijnen. De PBM-arrays in dit manuscript werden gefabriceerd zoals beschreven door Choi. et. Al. 1 Neem contact op met de auteurs om dezelfde PBM-array te gebruiken in de video.

2. Procedure

  1. Bereid de gesteriliseerde chirurgische instrumenten en apparaten stereotaxische.
  2. Verdoven van de muis met anesthesie (bijv. ketamine / xylazine met een dosis van 120 en 60 mg / kg ip, repectively). Staart of teen knijpen vooraf aan de operatie om de diepte van de anesthesie te inspecteren.
  3. Monteer de muis op de stereotaxische apparaat door het plaatsen van oor bars in het oor van de muis kanaal en aanscherping op zijn plaats. De ogen kunnen worden bekleed met biocompatibele jelly (bijvoorbeeld vaseline) om de ogen niet uitdrogen door de operatie licht. Na vochtinbrengende van de muis het hoofd met 70% ethanol, scheren de vacht uit zijn hoofd.
  4. Incise het hoofd ongeveer 25 mm met een hoofdhuid. Het is aan te bevelen om een ​​kleine hoeveelheid van 2% toe te passen lidocaïne hydrochloride onder de hoofdhuid. Knijp de huid met micro-klemmen (Fine Science Tools (USA), Inc, 18052-03, Calif, USA) om de incisie wijd open.
  5. Veeg het resterende weefsel puin op de schedel met een zoutoplossing gedrenkte wattenstaafjes hechting van de PBM-array te verbeteren aan de schedel. Het gebruik van peroxide voor het verwijderen van het residu van het membraan is ook effectief.
  6. Zoek de bregma en lambda punten op de schedel, en markeer ze met een basis van olie marker pen. Plaats de PBM-array, zodat de verticale middellijn voldoet aan de middellijn van de schedel zoals weergegeven in figuur 1. Plaats de bregma in het midden van de 5e laag van de voorste van de PBM-array met een druppel kraanwater. Wattenstaafje de film elektrode uit de mediaal naar lateraal zorgvuldig voor een betere hechting. Om de film te elektrode stok strakker om de schedel te helpen, moet de film elektrode helemaal droog op de schedel. De film elektrode moet nog worden vastgesteld op de schedel van Van der Waals kracht. Wanneer de elektrode herpositionering, een andere druppel leidingwater is nodig om de elektrode te voorkomen dat gescheurd.
    Figuur 1
    Figuur 1. (Links) Een PBM-array op de muis schedel. De Voorwandinfarct-posterior as van PBM-array komt overeen met de lijn tussen bregma (BP) en lambda punten (LP). (Rechts) De vermeende elektrode posities op de hersenen van muizen oppervlak. De anatomie van de muis zijn gesegmenteerd van de 3-D MRI digitale atlas database van een volwassen C57BL/6J muizenhersenen geproduceerd in Brookhaven National Lab en de elektrode locaties zijn gemarkeerd volgens de stereotaxische meting. Grond (G) en referentie (Ref) elektroden zijn aangegeven in de figuur rechts.
  7. Mark ten minste drie posities op de open ruimte van de schedel, en dan gaten in die locaties met behulp van een tandartsboor voor de positionering van de ondersteunende microscrews. Deze microscrews hebben een rol van scepter en mechanisch ondersteunen de tandheelkundig cement op de schedel. Extra voorzichtigheid is nodig tijdens het boren. Omdat de muis schedel bestaat uit dunne lagen, kunnen bloedingen zich gemakkelijk voordoen tijdens het boren. Bij het bloeden gebeurt, stop boren en breng een kleine hoeveelheid poeder hemostatische in het gat.
  8. Breng de tandheelkundige acryl cement (Vertex-Dental, Vertex Self-Curing, Nederland) aan de PBM-array, anker schroeven, en de rest van de schedel te dekken. Bereid de tandheelkundige cement in een lijmachtige en visceuze condition.
  9. Plaats een stijve stok als een stut op het midden van de kop met sterke lijm (bijvoorbeeld, Loctite, Henkel Loctite Corp, Dublin, Ierland). Zet dubbelzijdige plakband op de achterkant van de connector vliegtuig. Manipuleren van de PBM-array connector positie te verbinden met de punt van de veerpoot. De verticale afstand tussen de schedel en de connector moet meer zijn dan 5 mm. Plak de connector vliegtuig en de punt van de stok met sterke lijm voor een betere hechting.
  10. Zorg ervoor dat de tandheelkundige cement volledig is uitgehard. Breng vervolgens de tandheelkundige acryl cement over de schedel en de achterkant van de connector vliegtuig aan op de connector aan de schedel te beveiligen.
  11. Verwijder de micro-klemmen. Hechtdraad ingesneden huid met gesteriliseerd stiksels vezels. Haal de muis uit het apparaat. U van toepassing kunnen zijn extra tandheelkundige acryl cement om de blootgestelde schedel schild. Breng een antibioticum (Fucidin zalf, Dong Wha Apotheek, Zuid-Korea) rond de cement-en gehecht huid.
  12. Plaats de muis in een gesteriliseerde kooi tot hij hersteld in de oorspronkelijke lichaamsgewicht (ongeveer 5 tot 7 dagen). Het wordt aanbevolen om geen kooi vrienden te introduceren.
  13. Na herstel, sluit u de muis door een licht-gewicht printed circuit board (PCB) aan op de stofoploop van een multikanaals EEG-versterker systeem (Synamps 2, North Carolina, USA) in zijn eigen kooi. De verbindende lijnen moeten voorzichtig behandeld worden zodat het niet verstrikt raken.
  14. Na 1 uur van gewenning, uitvoeren EEG opname. Scan 4.4. (North Carolina, VS) acquisitie software werd gebruikt in dit experiment. Een typische tijd trace set van de muis EEG is weergegeven in figuur 2. Het wordt aanbevolen om de video te loggen op het gedrag van de muis betrekking hebben.
  15. Verkregen signaal kan worden geanalyseerd met behulp van MATLAB (MathWorks, Natick, MA, USA) om de topografische kaart hersenen produceren. Voorbeeld topografieën van EEG de macht kaart van muizenhersenen zijn weergegeven in figuur 3.

3. Representatieve resultaten

Als de bovenstaande chirurgische procedures correct zijn uitgevoerd, zal 40 kanalen muis EEG-registratie met succes worden uitgevoerd zonder slecht kanalen. Volgende afbeeldingen tonen de vertegenwoordiger van ruwe EEG sporen en topografische kaarten.

Figuur 2
Figuur 2. Een voorbeeld van een spoor van EEG ervaren afwezigheid beslag geïnduceerd door middel van injectie γ-butyrolacton (GBL, 50mg/kg, ip). Rode balk geeft aan spike-wave-en ontladingen (SWDs) tijdens de afwezigheid aanval. De horizontale en verticale assen geven aan tijd en spanning, respectievelijk. Het nummer volgt het kanaal montage gedefinieerd in figuur. Een (rechts).

Figuur 3
Figuur 3. De topografische kaarten geven de 2-6 Hz distributie. De waarde in de colorbar vertegenwoordigt de kleur schaal van de macht kaart. Tijdens de spike-wave-en ontladingen (SWDs) veroorzaakt door γ-butyrolacton (GBL, 50mg/kg, ip), de kracht in de grote frontoparietal corticale gebieden aanzienlijk toenemen in vergelijking met de kracht voordat GBL injectie (Baseline).

Discussion

Hier rapport chirurgische en het opnemen van procedures om high-density EEG verwerven in vrij bewegende muizen. Deze methode stelt ons in staat om functionele brein kaarten te verkrijgen van de muis model om de moleculaire mechanismen van spontane ritmische 1,2 of event related hersenactiviteit te bestuderen.

Overname van alle kanalen in de PBM-array is een noodzakelijke voorwaarde om hele brein in kaart brengen van te krijgen, maar het maken van een veilige contactpersoon voor elk kanaal is zeer uitdagend. Voor een duurzaam behoud consistente contact van het kanaal naar de schedel, zijn de volgende procedures die te vinden te zijn belangrijk. In de eerste plaats kan een weefsel puin op de schedel uit elkaar van de elektrode van de schedel. Daarom is het zeer belangrijk om de weefselstukjes te verwijderen met wattenstaafjes gesteriliseerd en opdrogen van de schedel oppervlak. Ten tweede, het vermogen van PBM-array die kan vasthouden aan de schedel oppervlak van der Waals kracht. Er wordt voorgesteld om een ​​druppel leidingwater op de schedel om water te laag te bouwen toe te passen voordat een PBM-array van toepassing op de schedel. Ten derde, de juiste viscositeit van tandheelkundige cement is erg belangrijk. Als het te vloeibaar is, kan een isolerende laag uit hoofde van de PBM-array. Als het te dicht, zal de tandheelkundige cement gemakkelijk uit elkaar vallen van de schedel door zijn eigen gewicht. Ten slotte moet ten minste drie ondersteunende microscrews worden ingeplant op de schedel aan de tandheelkundige cement strak gebonden aan de schedel te maken. De ondersteunende microscrews houden de tandheelkundige cement en zet de headstage, die essentieel is voor de lange termijn te bestuderen.

De toepassing van PBM-array zal worden beperkt tot chronische studie met volwassen muizen door zijn grootte en gewicht. Gebaseerd op onze ervaring, muizen zwaarder dan 25 gram voldoende zijn om te gebruiken. Als verdere toepassingen, door de null ruimte tussen vestigingen in onze PBM-array, kan men invoeren secundaire elektroden voor opname of stimulatie doel.

Disclosures

Geen belangenconflicten verklaard.

Acknowledgments

Ondersteund door KIST Grant (2E21510), Nationaal Honor Scientist programma van het Ministerie van Onderwijs, en de originele Technology Research Program for Brain Science door de National Research Foundation van Korea gefinancierd door het Ministerie van Onderwijs, Wetenschap en Technologie (2010 tot 0018944).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
γbutyrolactone Sigma-Aldrich H7629-500G

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Choi, J. H., Koch, K. P., Poppendieck, W., Lee, M., Shin, H. S. High resolution Electroencephalography in Freely Moving Mice. J Neurophysiol. Forthcoming.
  2. Lee, M., Shin, H. S., Choi, J. H. Simultaneous recording of brain activity and functional connectivity in the mouse brain. Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc. 2934-2936 (2009).

Comments

1 Comment

  1. Is the PBM-array commercially available for non-profit organization?

    Reply
    Posted by: Farida H.
    December 20, 2015 - 10:26 AM

Post a Question / Comment / Request

You must be signed in to post a comment. Please sign in or create an account.

Usage Statistics