高密度的自由移动，使用基于聚酰亚胺的微电极的小鼠的脑电图记录

摘要

在这篇文章中，我们介绍了手术过程和处理超薄的聚酰亚胺为基础的微电极阵列（PBM阵列）收购的高密度脑电图（EEG）在小鼠模​​型脑照相鼠标颅骨植入的提示。

摘要

脑电图（EEG）显示的一个大型神经元群体的平均的电活动。它被广泛用来作为一种无创性脑认知神经科学的监测工具以及神经内科癫痫和睡眠障碍的诊断工具。然而，脑电图节律产生的基本机制仍然是下的面纱。最近推出的聚酰亚胺为基础的微电极^脑电图 1高分辨率鼠标（矿务局阵列）的试验之一，回答基于丰富的遗传资源，在小鼠模型包含复杂的脑电图生成过程分析脑电信号的神经生理问题。这nanofabricated矿务局阵列对小鼠的头骨中的应用是一个有效的工具，收集大型的转基因小鼠的大脑活动和容纳结合与行为，以确定一定的脑电节律的神经关联。但它的超薄厚度和分叉结构导致矿务局阵列处理和植入的麻烦。在视频中，矿务局阵列鼠标头骨植入的准备和手术步骤描述一步一步来。还提供了处理和手术技巧，以帮助研究人员成功植入。

研究方案

1。摘要

只C57BL/6J - 129S4/SvJae混合小鼠（12〜15周龄）麻醉与氯胺酮（120毫克/公斤的IP）和甲苯噻嗪（6毫克/公斤，IP）的鸡尾酒。尾巴或脚趾捏之前检查手术麻醉深度。鼠标是固定的立体定位仪（大卫Kopf仪器，型号902，加州，美国）。头皮切开约25毫米利多卡因减轻疼痛的治疗颅骨暴露在中线。任何头骨碎片是被盐水浸泡过的棉花提示，以提高电极坚持头骨。前囟门和lambda点标记，并在同一水平面。聚酰亚胺为基础的微电极阵列（矿务局阵列）的位置，所以，它的垂直中线符合的头骨中线。前囟门点应设在^第 5层的前矿务局阵列中间。使用两个或三个microscrews在边缘的头骨，以帮助确保电极用牙科水泥的位置空空间。为支撑矿务局阵列连接器，我们对头部的中间支撑位置，并用牙科水泥覆盖。固化后，切开皮肤缝合，至少5天的恢复。在恢复过程中，老鼠被安置在个别笼免费获得食物和水。恢复后，进行脑电记录。动物护理，外科手术，并记录程序，按照机构的动物护理和使用委员会的指引，继1992年的韩国实验室动物保护条例“和相关准则的法。在这个手稿矿务局阵列制备蔡描述。等。人请联系作者在视频使用的相同的PBM阵列。

2。程序

1. 准备消毒的手术器械和立体定位仪。
2. 麻醉与麻醉（例如，氯胺酮/甲苯​​噻嗪，剂量为120和60毫克/公斤的IP，repectively）鼠标。尾巴或脚趾捏之前检查手术麻醉深度。
3. 立体定位仪安装到鼠标放入鼠标的耳道，耳酒吧，并拧紧到位。眼睛可覆盖生物相容性果冻（如凡士林），以防止眼睛干燥，手术灯。保湿鼠标的头部，用70％乙醇后，剃光头皮毛。
4. 切开头皮约25毫米的头部。这是可取的，适用2％的少量利多卡因头皮下的盐酸。捏皮肤微夹钳（18052-03，精细的科学工具（美国），公司​​，加州，美国），以保持切口敞开。
5. 擦拭用盐水浸泡棉签提高矿务局阵列坚持颅骨其余的头骨上的任何组织碎片。使用去除膜的残留过氧化氢也是有效的。
6. 前囟和lambda点上找到的头骨，并与石油为基础的记号笔标记。矿务局阵列，所以，它的垂直中线符合图1所示的头骨中线放置。矿务局阵列的前⁵次用一滴自来水层中间位置的前囟门。从内侧向外侧，为更好地遵守仔细擦拭薄膜电极。为了帮助薄膜电极薄膜电极坚持严格的头骨，应完全干燥的头骨。薄膜电极仍然被固定在头骨上的范德华力。重新定位电极，另一滴自来水是必要的，以防止被撕裂的电极。
   
   图1（左）鼠标头骨矿务局阵列。矿务局阵列anterio后轴相匹配的前囟（BP）和lambda点（LP）之间的线。 （右）上公认的鼠脑表面电极位置。鼠标的解剖结构分割的3 - D的磁共振成像数字地图集在布鲁克海文国家实验室和电极位置生产的成年C57BL/6J小鼠脑数据库，根据立体测量标记。地线（G）和参考（REF）电极标记在右边的图。
7. 标记至少有三个开放区域的头骨上的位置，然后在这些地点使用支持microscrews定位一个牙钻的孔。这些microscrews的stanchion作用和机械支持的头骨上的牙科水泥。在钻井过程中需要格外小心。由于小鼠颅骨的薄层组成，出血可发生在钻井过程中轻松。出血发生时，停钻成孔止血粉少量申请。
8. 应用牙科丙烯酸水泥（牙科顶点，顶点自固化，荷兰），覆盖的PBM的阵列，锚钉，而其余的头骨。准备在胶和粘性彗星的牙科水泥ondition。
9. 一个刚性棒作为一个支柱上使用强力胶头（例如，乐泰，汉高乐泰公司，都柏林，爱尔兰）的中间位置。放在后面的连接器平面双面胶带。操纵矿务局阵列连接器连接支柱的一角。头骨和连接器之间的垂直距离应超过5毫米。棒连接器的平面和提示使用强力胶水粘更好的附着力。
10. 确保彻底治愈，牙科水泥。然后申请在头骨的牙齿丙烯酸水泥和安全颅骨的连接器连接器平面的背面。
11. 删除微夹钳。缝合切开皮肤消毒缝合纤维。从设备中取出鼠标。你可以申请额外的牙科丙烯酸水泥盾暴露颅骨。周围的水泥和缝合皮肤应用抗生素（fucidin软膏，东和制药，韩国）。
12. 鼠标放置在消毒笼，直到它恢复其原来的体重（约5至7天）。建议不作任何笼交配。
13. 恢复后，由一个轻量级的印刷电路板（PCB）连接器连接到一个多通道脑电放大器系统，在自己的笼子里^（Synamps 2），美国北卡罗莱纳州的流浆箱的连接鼠标。连接线应慎重对待，因此它不纠缠不清。
14. 经过1小时的习惯，进行脑电记录。扫描4.4。 （美国北卡罗莱纳州）在本实验中使用采集软件。一个典型的时间跟踪鼠标脑电图的设置如图2所示。建议记录的视频与鼠标的行为。
15. MATLAB（MathWorks公司，纳提克，马萨诸塞州，美国）获得的信号可以分析产生的地形脑图。鼠脑的脑电功率图的示例拓扑图如图3所示。

3。代表性的成果

如果上述手术过程中正确地进行，将成功地执行了40个频道的鼠标脑电记录，无不良渠道。下图显示的代表性原始脑电图跟踪和地形图。

图2：一个脑电图经历的情况下通过注射γ-丁内酯（GBL，经口50mg/kg，IP）致痫样本跟踪。红色条表示在失神发作棘波放电（SWDS）。水平和垂直轴表示时间和电压分别。在图中定义的通道蒙太奇数如下。 1（右）。

图3。地形图显示2-6赫兹配电。在彩条的值代表的势力地图的颜色规模。在棘波和γ-丁内酯（GBL，经口50mg/kg，IP），大额顶皮层区域的力量诱导显着的排放（SWDS）相比增加GBL注射前（基线）的权力。

讨论

在这里，我们报告，手术及录音的程序，以获得自由活动的小鼠高密度的脑电图。这种方法使我们获得脑功能的地图，从小鼠模型，研究自发^的有节奏的1,2或事件相关脑活动的分子机制。

矿务局阵列中的所有渠道收购是一个必要条件，以获得整个大脑映射，但是为每个通道的安全接触是非常具有挑战性的。为了保持一致的联系渠道颅骨，下面的程序是重要的。首先，任何组织头骨碎片可能会设置除了从头骨的电极。因此，它是非常重要的，以消除所有的组织碎片，并用消毒棉签干颅骨表面。其次，矿务局阵列的能力，能坚持到头骨表面的范德华力。建议申请前申请矿务局阵列头骨，头骨建立水层下降的自来水。第三，正确的牙科水泥粘度是非常重要的。如果是过流鼻涕，有可能建立一个绝缘层，下矿务局阵列。如果过于密集，牙科水泥将很容易从头骨，由于其自​​身的重量土崩瓦解。最后，至少有三个配套microscrews应植入的头骨，使牙科水泥紧密结合的头骨。支持microscrews托起牙科水泥和安全的探头，这是必不可少的长期研究的。

由于其尺寸和重量成年小鼠的慢性研究矿务局阵列的应用将受到限制。根据我们的经验，超过25克重的老鼠已经足够使用。作为进一步的应用，通过我们矿务局阵列中的分支之间的空空间，可能引入二次电极记录或刺激的目的。

材料

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