Method Article
Here we demonstrate the use of a wireless enabling technology for electroencephalogram (EEG) in neonatal rodent models of human disease. With telemetry, there are no encumbering connections, thus allowing natural behaviors.
Viele progressive neurologische Erkrankungen des Menschen, wie Epilepsie, erfordern präklinische Tiermodelle, die sich langsam entwickeln die Krankheit, um Eingriffe in den verschiedenen Stadien des Krankheitsprozesses zu testen. Diese Tiermodelle sind besonders schwierig zu implementieren in unreifen Nagetiere, eine klassische Modellorganismus für Laborstudie dieser Erkrankungen. Aufnahme kontinuierliche EEG in jungen Tiermodellen von Anfällen und anderen neurologischen Erkrankungen stellt eine technische Herausforderung aufgrund der geringen Baugröße der jungen Nagetiere und ihre Abhängigkeit von der Staumauer vor der Entwöhnung. Deshalb gibt es nicht nur ein eindeutiger Bedarf an der Verbesserung der präklinischen Forschung, die eine bessere Identifizierung werden diese Therapien geeignet für die Übersetzung in die Klinik, sondern auch eine Notwendigkeit für neue Geräte zur Aufzeichnung kontinuierliche EEG in unreifen Nagetiere. Hier beschreiben wir die Technologie und demonstrieren die Verwendung einer neuen Miniaturtelemetriesystem, das speziell für die Verwendung in unreifen Ratten o konstruiertr Mäusen, die auch wirksam für die Verwendung bei erwachsenen Tieren ist.
Die älteste - und immer noch die am weitesten verbreitete - Technik zum Aufzeichnen Biopotentialen im Gehirn ist das Elektroenzephalogramm (EEG). Es ist klinisch für neurologische Anomalien verwendet, einschließlich Anfallserkennung 1, Lokalisierung von Anfallsherde 2, und die Diagnose von Gehirnerschütterung 3,4. Diese Technik wird auch häufig verwendet, um grundlegende Informationen über die Mechanismen der Schlaf bereitzustellen und Schlafstörungen 5,6 diagnostizieren.
Wie in der klinischen Diagnose der Epilepsie hat das EEG werden für translationale Forschung in Tiermodellen sowohl genetische und erworbene Epilepsie unverzichtbar. In aktuellen Forschungsanwendungen, "verdrahtet" oder "tethered" Aufnahmen sind Standard und werden routinemäßig bei erwachsenen Nagetieren für Wochen zu einer Zeit 7 durchgeführt. , Elektrisches Rauschen, Bewegungsartefakte, und die Gefahr, dass Tiere sich durch Ziehen am Kabel zu verletzen angebunden haben jedoch lange compromised diese Experimente. So verbessert experimentellen Bedingungen und Erfolgsquoten, müssen wir neue Technologien, die für die Beseitigung der drahtgebundenen Schnittstelle zwischen dem Tier und Instrumentierung erlauben würde zu entwickeln. Der offensichtlichste Bereich der Entwicklung ist Konzeption und Umsetzung von Telemetriesysteme, die für hochwertige Aufnahmen ermöglicht, und gleichzeitig eine lange Lebensdauer und die Minimierung von Beschwerden für tierische Subjekte. Die Reduzierung der physischen Größe dieser Geräte wird die translationale Forschung in neugeborenen und jungen Nagetiermodellen neurologischer Erkrankungen ermöglichen.
Low Kanalanzahl EEG bei Ratten werden in großem Umfang eingesetzt, um neue Therapien zu entwickeln, um zu unterdrücken epileptische Anfälle in der Lage, Übersetzung auf den Menschen. Aufnahmen von einer oder mehreren Stellen für längere Zeit öffnen viele Möglichkeiten für den Einsatz von Tiermodellen der Epilepsie in der translationalen Forschung. Ein Großteil der zeitgenössischen Forschung in diesem Bereich zielt darauf ab, das Auftreten von chronischen Seiz blockierenmen oder die Entwicklung von Epilepsie (dh Epileptogenese), und solche Forschungsanstrengungen erfordern umfangreiche wenn nicht kontinuierliche EEG-Monitoring der Wirksamkeit der vorgeschlagenen Therapie 8 zu untersuchen; eine kleine, einfache, Telemetriesystem mit einem, zwei oder vier Kanälen, die zwischen 0,1 bis 100 Hz pro Kanal wird stark fördern diese Art der translationalen Forschung. Elektrographisches Anfälle treten oft mit minimalem Verhalten (bestimmt ohne Krämpfe), die die Nützlichkeit des Assays, die auf Verhaltens Anfälle einschränkt. Die Strategie der Kombination von EEG-Aufzeichnung und gleichzeitige Videoüberwachung erlaubt es die Möglichkeit der Erfassung jedes Beschlagnahme; und darüber hinaus können diese Analyseansätze quantitative Bewertung der interiktalen Spitzen, die im epileptischen Gehirn zwischen "iktale" (oder Beschlagnahme) Ereignisse 9 auftreten kann. Darüber hinaus, für die die Wireless-Technologie ist die Fähigkeit, kontinuierlich qualitativ hochwertige Low-Artefakt EEG-Aufzeichnungen zu erhalten, in der Regelüberlegen, werden für die Entwicklung der Nutzung von Computer-basierte Algorithmen zum Studium spezifischer EEG-Wellenformen (zB theta, gamma), sowie die automatische Erfassung der Anfälle, die Arbeitsbelastung des Experimentators erheblich reduziert ermöglichen.
Der primäre präklinischen Modell für die Untersuchung chronischer Epilepsie nach einer Hirnschädigung ist die erwachsenen Ratte oder Maus, entweder durch eine chemokrampf (dh Kainsäure oder Pilocarpin) oder elektrisch induzierten Status epilepticus (SE), die durch eine chronische Epilepsie folgt. Unter diesen Bedingungen können die schweren Krämpfen mit SE oder den nachfolgenden Anfälle bei epileptischen Tieren verbunden, um Verletzungen durch das Tier Reißen oder Ziehen an der Leine und Lösen der Schrauben, die die Befestigung des Kopfhaube halten führen. Letztlich ist dieses Problem in der Regel beendet diese Experimente und dennoch die Notwendigkeit, die langfristige Hochauflösung EEG Aufnahmen für Versuche zur Entwicklung neuer Therapien für chronische Ziel erreichen, ist esEpilepsie ist von größter Bedeutung. Zusätzlich Gehäuse, Überwachung und Analyse der Daten aus Langzeit implantierten Tieren ist eine erhebliche Investition in beiden direkten Kosten und Ermittler Zeit; daher kann eine vorzeitige Beendigung des Versuchs in erheblichen Kosten für die Forscher führen. Da diese Modelle von Epilepsie Fortschritte, die Anfälle in der Regel häufiger und schwerer 10-12, erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass die Tiere verletzt, ebenso wie ihre Nützlichkeit für die Entwicklung neuer Therapien am größten wird. Diese Tiere können routinemäßig entwickeln Dutzende von Krampfanfälle pro Tag, häufig in Clustern 13 auftritt.
Wahrscheinlich eine der wichtigsten Entwicklungen in der biomedizinischen Wissenschaft ist die Verwendung von Gen-Targeting in Mausmodellen. Dieser Ansatz hat erlaubt, und wird auch weiterhin zu ermöglichen, die Entwicklung von Tiermodellen für genetische Epilepsie, die tatsächlichen menschlichen Syndrome 14-16 reproduzieren. Genetische Manipulationen durchgeführt werden kann alsProof-of-Prinzip Therapien zur epileptische Anfälle unterdrücken oder sogar die Entwicklung von Epilepsie nach einer Hirnschädigung 17-20 blockieren. Diese Art der Forschung dramatisch aus der Fähigkeit, Hochdurchsatz-kontinuierliche Erfassung der EEG führen profitieren. Derzeit ist es möglich, von Mäusen, die entweder tethered oder Telemetriesysteme aufzuzeichnen; aber die Herausforderungen der Beschaffung qualitativ hochwertiger sind artefaktfreie Aufnahmen wesentlich schwieriger als Ratten und oft erfordert verschiedene Formen von Rucksäcken, die Mäuse kontinuierlich versuchen, zu entfernen. Stress könnte Beschlagnahme Schwere, Häufigkeit und / oder Dauer zu erhöhen, und damit letztlich die Epilepsie der Versuchstiere zu ändern, damit verwechseln die Studie. Eine kleine, leichte und flache Minitelemetriesystem wird die Aufnahme des Langzeit-EEG von genetischen Mausmodelle für menschliche Krankheiten zu erleichtern.
Zusätzlich zu den oben beschriebenen Problemen, Aufzeichnungs EEG in unreifen Nagetiermodells Krankheit hat seine eigene einzigartige Reihe von Herausforderungen. Jungtieren kann so wenig wie 6 g (P8 Maus) 17 g (P6 Ratte) wiegen. Es ist praktisch unmöglich, serielle Mehrtages tethered EEG-Aufzeichnungen aufgrund der erhöhten Belastung durch Fangband und die Unfähigkeit zu machen, um natürliche Aufzucht der Welpen durch den Damm zu ermöglichen. Bis Tiere entwöhnt sind, müssen sie in der Obhut des Staudamms zu bleiben. Der Damm ist anfällig für jede externalisiert Verbindungsanordnung auf der Welpe zu zerstören, beenden Sie den Welpen, und in einigen Fällen zu kündigen die gesamte Wurf. Darüber hinaus macht die unreifen Nagetier Schädel es schwierig, jede Elektrode Sockel auf den Schädel mit mechanische Integrität zu montieren. Diese Herausforderungen, die spezifisch für unreife Nagetiere, erfordern eine neue Lösung für die Herstellung von robusten, langfristige elektrografischen Aufnahmen. Hier konzentrieren wir uns auf was die Implantation und Aufzeichnung von EEG mit einem neuartigen Mini-Funksender und Gegenwart drei Proof-of-principle Experimente als Beispiele für die Verwendung der Miniatur drahtlose Telemetriesystem: 1) die imreifen Rattenjunges Modell der Hypoxie-Ischämie, 2) erwachsenen Mäusen mit DFP behandelt, um Status epilepticus und anschließende spontane Anfälle, und 3) genetisches Modell von Gefäßmissbildungen, die in höhlenartigen Anfällen und Tod in erwachsenen Mäusen führen zu induzieren.
Die Miniatur drahtlose Telemetrie-System wurde entwickelt, um vier Hauptanforderungen erfüllen: (1) minimal invasiven chirurgischen Implantation; (2) die Kompatibilität für die Unterbringung von Nagetier-Welpen mit dem Damm und Wurf; (3) geringer Stromverbrauch des Geräts, so dass für Monate kontinuierlicher Überwachung ohne erneuten chirurgischen Implantation; und (4) die Fähigkeit, qualitativ hochwertige EEG-Wellenformen mit minimaler Bewegungsartefakte zu erfassen. Der Funksender wiegt <0,6, 2,3 und 4 g und <0,3, 0,8 und 1,4 cm 3, je nach Batterie mit einer Grundfläche von 5 x 7, 7 x 9 oder 7 x 12 mm, die leicht montiert auf den Schädel des Tieres mit Cyanoacrylat-Gel. Keine Knochendübel sind notwendig, um sicher zu befestigen Sie das Gerät ander Schädel, die Verringerung der Anzahl der Löcher, die in den Schädel und die Operationszeit gebohrt werden müssen. Das Gerät ist zur Amplifikation zwei EEG-Kanäle oder lokale Feldpotentiale von Hirnstrukturen, wie dem Hippocampus, als 2 Wochen, 2 Monaten oder 6 Monaten bei dieser Konfiguration. Die geringe Größe des drahtlosen Senders verringert das Infektionsrisiko erhöht Tier Mobilität und senkt die Morbidität und Mortalität, die sonst erhöht die Zeit, Geld und Anzahl der Tiere für ein Experiment benötigt. Die gesamte Elektronik und Batterie sind in medizinischer Qualität Epoxy, die das Gerät wasserdicht und widerstandsfähig macht, die Verhinderung der Staumauer aus Kauen auf dem Sender, die sonst machen das Gerät funktionsunfähig könnte vergossen. Im Gegensatz zu Hochfrequenzsender, verwendet das Telemetriesystem eine kapazitive Kopplung zwischen dem Sender und einer Empfangsantenne, die unter dem Tierkäfig befindet, so dass der Benutzer, um Tiere in Standardnagetier Gehäuse halten. Mehrere Kanäle recording ermöglichen die Erfassung von multimodalen Biopotentialen, wie EKG und Elektroenzephalogramm. Tiermodelle von Komorbiditäten wird durch die Fähigkeit, während Biopotentiale Verhalten 21-23 aufzeichnen profitieren. Die Kombination von Verhalten mit EEG-Monitoring wird den Forschern ein besseres Werkzeug für die Forschung und vorklinischen Studien.
Folgen Sie den Richtlinien des Instituts für Tierpflege für chirurgisches Werkzeug Sterilisation und das Protokoll, wie erforderlich sind, um den Richtlinien und erhalten Genehmigung durch Institutional Animal Care und Verwenden Committee Ihrer Institution (IACUC) zu ändern.
1. Chirurgische Vorbereitung
2. Chirurgische Implantation
3. Pflege und Wohnen
Hinweis: Einige Dämme nicht Welpen mit dem Gerät implantiert zu tolerieren. Dams müssen möglicherweise ausgewählt werden, die tolerant sind. Es ist akzeptabel für die Mutter zu Welpen um den Käfig, indem abholen vom Sender zu bewegen.
4. Aufnahme EEG
5. EEG-Analyse - Allgemeine
6. Perinatale Hypoxie-Ischämie (HALLO) Model Protocol
Wir entwickelt und das Konzept der Aufnahme EEG aus einer erwachsenen Nagetieren, in Abbildung 1 schematisch umgesetzt Für die IACUC Genehmigungsprozess muss das Design auch in die bestehenden institutionellen Tieranlagen zu integrieren. Daher wurde das System entwickelt, um einfach in eine Standard-Tierhaltung, ohne Verwendung zusätzlicher Raum installiert werden: das Tier in einem regelmäßigen "Tierhaltung-issue" Gehäusekäfig, der innerhalb eines Empfängers mit integriertem Faraday-Käfig gebracht wird, zu reduzieren untergebracht elektrisches Rauschen. Das Signal von jedem Empfängerbasis über Seile mit einem Digitalisierer, der an den Computer (1) verbunden ist, durchgeführt. Ein einzelner Computer benötigt wird, um Daten von bis zu 32 Tieren aufgezeichnet gleichzeitig, je nach der Fähigkeit des Datenerfassungssystems des Benutzers zu sammeln. Diese Art von Setup wenig Energie verbraucht und erzeugt wenig Wärme, eine Funktion, mit klimatisierten Tieranlagen kompatibel. Daten könnendargestellt in Echtzeit auf dem Monitor, so dass experimentelle Beobachtung und gespeicherte langfristig auf externe Festplatten (10 TB-Speichereinheit).
Um Schäden durch Wurf Kollegen und pup Kannibalisierung durch den Damm zu minimieren, haben wir getestet, verschiedene Sender Formfaktoren. Der letzte Entwurf war eine gewölbte Zylinder; eine Form schwierig für Ratten zu beißen und Schäden. Ein einzelner Sender auf dem Schädel eines erwachsenen Ratte ist in 2A gezeigt, und eine frühe Version mit hoher Dichte (32 Tier) -Empfänger Basen und Aufzeichnen Riggs, in dem Standard-Nagetier Gehäuse platziert ist in 2B gezeigt. Energieeffizienz war ein äußerst wichtiger Aspekt; wählten wir kapazitive Kopplung als ein Datenübertragungsprotokoll. Die folgende Konstruktion ermöglicht die Aufzeichnung kontinuierlicher EEG für über 6 Monate, je nach Batteriekapazität (2A). Mäuse im Alter von postnatalen Tag 12 (P12, 3A) und Ratten im Alter von P6 (Figure 3B) vertragen den Sender ganz gut. Kleben der Sender an den Schädel mit Cyanacrylat können Tiere mit dem Sender in das Erwachsenenalter (3C) zu wachsen, während die kontinuierliche Erfassung von EEG-Daten.
Die einzigartige miniaturisierten Formfaktor des Senders und Wireless-Schnittstelle eignet sich für die Arbeit mit Tiermodellen der neo- und perinatale Erkrankungen. Die Daten in Abbildung 4 zeigt zwei Kanäle des EEG-Aufzeichnung von subakuter Anfallsaktivität, die hypoxisch-ischämischen (HALLO) Infarkt (Karotis Ligation, gefolgt von 2 Stunden nach der Hypoxie mit 8% O & sub2; -Mischung) in einem P7 Sprague-Dawley folgt Rattenjunges, 13. Die HALLO-Behandlung führt zu einer starken Schädigung der Hemisphäre ipsilateral zur ligiert carotis. Hier werden die Aufnahmen zeigen einen Cluster aus zwei Anfälle über beide Hemisphären des Gehirns verletzt verallgemeinert. Die schwarze Kurve zeigt EEG-Aktivität in der Hemisphäre kontralateral zur Läsion, dieblaue Kurve zeigt EEG in der ipsilateralen Hemisphäre (also im Bereich der Läsion). Während die Anfallsaktivität in beiden Hemisphären des Gehirns vorhanden ist, die ispilateral Hemisphäre zeigt EEG Hintergrundausblendung, was auf anhaltende Hirnschäden 21 ist.
Status epilepticus kann bei erwachsenen Ratten durch Injektion der Tiere mit dem Organophosphat, DFP 22,23 induziert werden. Die Daten in 5 zeigen, sich wiederholenden EEG-Entladungen, was auf Status epilepticus (siehe zeitliche Erweiterungen 5A, B). Unterhalb der Probe Spuren hat der Zeitverlauf der Status epilepticus über 12 Stunden mit einer nichtlinearen Mischeffekte Modell, das die Intensität der Anfälle über die Zeit quantifiziert analysiert. Der Schweregrad der Status epilepticus durch EEG-Strom in der Gamma-Band (20-60 Hz) definiert. Dabei wurde die oben beschriebene Leistung über 12 Tieren gemittelt und aufgetragen über 12 Stunden mit 95% Vertrauensintervallen. Th e Daten zeigen einen deutlichen Anstieg der Gamma-Energie innerhalb der ersten Stunde des DFP-Behandlung, die über 12 Stunden, in der Tiere wurden kontinuierlich überwacht fortbesteht. Die folgenden Analyseverfahren ermöglicht ein quantitatives Maß für die Schwere der akuten Status epilepticus, ein Phänomen, das vorstehend untersucht primär Verhaltensmaßnahmen. Wir sind diese Analysetechnik als Beispiel, denn es nutzt Stromberechnung in klassischen EEG-Bands und wurde ausgiebig in präklinischen Studien zur Überprüfung der Wirksamkeit der Antikonvulsiva Medikamente in unserem Labor 24-26 verwendet. Möglicherweise ist der wertvollste Aspekt der Herstellung von kontinuierlichen, ununterbrochenen drahtlosen Aufnahmen mit der kabellosen Telemetrie ist die Fähigkeit, anomale spontane Ereignisse, die mit geringer Häufigkeit auftreten, aufzuzeichnen. Diese Arten von Daten zeigen die breite Anwendbarkeit des drahtlosen Senders Systems.
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Abb. 1: Schematische Darstellung der Epoch Aufzeichnungssystem Die drahtlose Aufnahmesystem besteht aus zwei Komponenten: 1) eine drahtlose Schädel-Wandsender, die das Biosignal verstärkt, und 2) eine Aufnahmeplatte unter Standardnagetier Gehäuse platziert. Der Ausgang der Empfangsgrundlage ist ein analoges Signal, das aus dem demodulierten Biosignal zu einem Maximum von 4 V Spitze-Spitze verstärkt. Dieses Signal kann dann in einem Datenerfassungssystem für die Aufzeichnung zugeführt werden.
Fig. 2: Der Sender und Empfänger dieser bestimmten drahtlosen Sender (A) wiegt 4 g und verdrängt <1,4 cm 3 Volumen und mit einer Grundfläche von 7 x 12 mm ist leicht an dem Schädel von Ratten und Mäusen montiert. Der Sender 2 Kanäle von Biopotentialen für bis zu 6 Monaten zu verstärken, wonach die Batterie Drained. Größere Batterien für längere Aufnahmezeit verwendet werden. Die Tiere werden in Standard-Nagetierkäfighaltung auf dem Epoch Empfänger (B) platziert. Gezeigt im rechten ist ein frühes Beispiel von zwei getrennten Aufzeichnungs Rigs jeder Lage die Aufnahme von 16 Tiere gleichzeitig was die relativ geringen Platzbedarf (2 'x 4', ca. 60 cm x 120 cm) von jedem der Aufzeichnungs Anlagen.
Abb. 3: Implantation des Funksender bei Ratten und Mäusen Der Sender ermöglicht eine kontinuierliche EEG-Aufzeichnungen für bis zu 6 Monaten bei Mäusen im Alter von postnatalen Tag 12 (P12, oben). Das mittlere Foto ist eines P7 Rattenjunges mit der Miniatursender implantiert. Der Sender bleibt fest an dem Schädel angebracht ist, wie das Tier reift. Das Tier im Grunde ist P280 und wurde mit einem Schein-Sender im Alter von P7 implantiert. Das System ermöglicht simultazeitiger und kontinuierlicher EEG-Aufzeichnungen von mehreren alten Tieren P7 durch Entwöhnung, die Verringerung der Anzahl der Würfe für präklinische, langfristige, EEG-Monitoring Studien erforderlich.
Abbildung 4: Zweikanalige Aufzeichnung Hypoxie-Ischämie induzierte Anfälle mit dem Telemetriesystem Dual-Channel-Aufnahmen von abnormen EEG mit dem Wireless-Telemetrie in einem P7 Rattenjunges nach Karotis-Ligatur (Ischämie) während 8% O 2 -Behandlung (Hypoxie).. (A) und (B), erweiterten Blick auf die Wellenformen. Anfallsaktivität ist in beiden Hemisphären (schwarz, blau) mit erheblichen EEG Unterdrückung in der Hemisphäre mit ischämischer Infarkt (blau) vorhanden vorhanden.
Abbildung 5: Aufnahmestatus epilepticus bei erwachsenen Ratten. Oberflächen EEG (dh Dura) mit der drahtlosen Miniaturtelemetriesystem in Reaktion auf Diisopropylfluorphosphat (DFP) Behandlung in einer erwachsenen Ratte. Die schraffierten Perioden in der oberen Kurve (A und B) in Spuren unterhalb erweiterten Blick auf die Wellenformen. Mit dem drahtlosen Sender aufgezeichneten Daten können dann in dem Frequenzbereich ermöglichen statistische Vergleiche in einer Kohorte von Tieren untersucht werden. (C) Die Daten sind die mittlere und 95% -Konfidenzintervalle gamma Bandleistung (20-60 Hz) folgende DFP-induzierten Status epilepticus (N = 12) über 12 Stunden nach Verabreichung von DFP.
Abb. 6: Aufnahme der Sicherstellungen und Änderungen im EEG in einem transgenen Mausmodell von Gefäßmissbildungen Schwellkörper Hier haben wir von einer transgenen Maus aufzeichnen (A) thwird derzeit bei Anfallsaktivität. Zunächst ist normal EEG-Muster vorhanden (1); unmittelbar vor dem Anfall gibt es eine Periode von vorge ictal Vertiefung (2), das durch einen Cluster von fünf Anfälle (3) folgt. Im Anschluss an die Anfälle, sind abnorme iktale Entladungen in dem Signal (4) vorhanden ist. Kontrolltier hat keine Anfälle und keine anormalen Merkmale EEG (B).
Es kann sehr teuer in der langfristigen elektrographischen Aufnahmen in Kleintiermodellen von Krankheiten machen. Indem sie sich auf einfache Stromkreise und betont geringen Stromverbrauch haben wir in der Lage, einen Sendersystem (Abbildungen 1 und 2), die die Kosten für die langfristige Überwachung Experimente reduziert erstellen. Die Gesamtkosten von 6 Monaten Monitoring Experiment konnte so günstig wie $ 470 die Kosten für das Tier (~ $ 1,5 Tier pro Tag, $ 200 Sender), plus. Die geringe Größe des Senders ermöglicht eine kontinuierliche ununterbrochene elektrographischen Aufnahmen für Kleintiere, vorklinischen Modellen der menschlichen Krankheit, die nur sehr schwer mit angebundenen oder funkfrequenzbasierten drahtlosen Aufzeichnungssystemen (Figur 4) erhalten sind. Schließlich wird der Schädel montierten Art des Senders verringert die Operationszeit und die Belastung auf das Tier, das sonst beeinträchtigen können ein Experiment. Hier zeigen wir proof-of-principle Experimente aus drei diffErent experimentellen Modellen von Anfällen: perinatale Hypoxie-Ischämie 13, 27, 28 in einem Rattenjunges (Abbildung 4), DFP-induzierten Status epilepticus (Abbildung 5) und Beschlagnahmen in einem genetisch induzierten Modell der höhlenartigen Gefäßmissbildungen (Abbildung 6).
Möglicherweise ist der wichtigste Aspekt für den Erhalt von artefaktfreie, langfristige elektrographischen Aufnahmen ist es, ungehemmt Elektrode Zugriff auf die kortikale Region von Interesse (Bild 4-6) zu überprüfen. Dazu gehört auch die gemeinsame Bezugs / Masseelektrode. Besonders kritisch ist Befestigung der Sender an den Schädel für epidurale EEG-Anwendungen. Während dieses Prozesses ist es versehentlich Mantel die Spitze der Elektroden mit Cyanoacrylat sichts der sehr kurzen Länge der Elektroden möglich. Beschichtung der Elektroden in Cyanacrylat können die EEG-Signale zu dämpfen oder vollständig zu isolieren, sie in den schlimmsten Fall. Ähnlich fehlende gute elektrische Verbindung bwischen der gemeinsame Bezugs / Boden und dem Gehirn des Tieres wird der ordnungsgemäße Betrieb des Differentialverstärkers in dem Sender zu verhindern, was zu einem elektrisch "lauten" Signal ausgegeben. Häufig nach der Operation, einwand Signale können für bis zu 48 Stunden aufgrund von Ödemen Umgebung der Bohrlöcher in den Schädel beeinträchtigt werden. Wie das Ödem nachlässt, Signale im Allgemeinen zu verbessern. Dies kann durch Plazieren der Elektroden auf der Oberfläche des Schädels, ohne Bohrlöcher vermieden werden. Die Folgen dieses Prozesses werden zur Beschichtung erhöhtes Potenzial der Elektroden mit Cyanacrylat, reduziert hochfrequente Aktivität aufgrund des Tiefpass elektrischen Eigenschaften der Schädelknochen und das Potential, um elektrisch zu isolieren die gemeinsame Bezugs / Boden Rendering Rauschen in den Signalen. Üben korrekte Platzierung der Elektroden mit einem dünnen Stück Holz oder Furnier, die die Dicke der Maus oder Ratte Schädel imitiert erfolgen. Die Ergebnisse in diesem Manuskript vorgestellt veranschaulichen die quakeit der Aufnahmen, die mit WLAN-Telemetrie-Technologie erhältlich ist.
Chirurgische Implantation unter Verwendung der hierin beschriebenen Verfahren kann so wenig wie 10 Minuten dauern, abhängig von der Komplexität der Operation. Chirurgischer Zugang zu tiefen Hirnstrukturen, wie beispielsweise die CA1-Region des Hippocampus, ist es am besten, den Sender an einen Mikromanipulator zu einem stereotaktischen Rahmen befestigt zu befestigen. Der Mikromanipulator wird der Chirurg mit der Genauigkeit liefern, um die Sender nach veröffentlicht stereotaktischen Koordinaten im Atlas der Maus 29 und 30 Ratten Gehirn zu implantieren. Dies kann durch einfaches Verriegeln ein Stück hypodermischen Nadel Schlauch an den Sender mit Cyanoacrylat und dann Montieren der Injektionsnadel in den Mikromanipulator ausgeführt werden. Mikromanipulator Steuerung der x-, y- und z-Koordinaten werden zusätzliche Stabilität bei der Montage der Sender an den Schädel vor dem Nähen die Haut verschlossen. Die Zugabe von Knochenschrauben auf der ganzen perimeter des Senders kann helfen, zu verankern Sie den Sender auf den Schädel, auch wenn sie nicht notwendig sind. Knochenschrauben wirksam sein könnte, jedoch in bestimmten Tiermodellen von Anfällen oder Epilepsie, wie zum Beispiel der Lithium-Pilocarpin behandelten erwachsenen Ratte. Diese Tiere sind in der Regel spontaner Krampfanfälle mit intensiven motorische Aktivität, die den Sender während des Anfalls beschädigen können. Zusätzliche Komplexität könnte diesen Versuchen zugegeben werden. Zum Beispiel ist der Sender mit vielen verschiedenen Modellen von traumatischen Hirnverletzung, wie kontrollierte kortikalen Auswirkungen 31 kompatibel. Die Haltbarkeit der Sendervorrichtung wurde durch Implantieren Tiere mit Sendern an P7 und dann das Gehäuse sie im Tieranlage getestet. Nach 12 Monaten, die meisten Implantate intakt auf dem Schädel. Als Tiere wurden eingeschläfert, erschien die Schädel, normal zu sein und der Sender wurde in den Schädelknochen eingebettet ist, erfordern erhebliche Kraft auf sie zu extrahieren. Vorsicht beim tiefen Hirnstrukturenuntersucht; so wächst das Gehirn, und die Elektroden stationär bleiben, würde die endgültige Position der Elektroden sich ändern könnte werden. Für die hier beschriebenen Techniken wurden die Elektroden in der Regel oberhalb der Dura, die sowohl das Gehirn und Schädel wachsen gelassen und für die Elektroden positioniert sind, um in ihren ursprünglichen Positionen verbleiben. Der limitierende Faktor in wie lange der Sender kann verwendet werden, ist die Batteriegröße (dh bis der Akku leer ist).
Ein in sich geschlossenes monolithischer Bauweise (dh der Sender in harten Epoxid eingebettet) des Gehäuses des Senders bietet sich mit unreifen Jungtiere mit der Staumauer und ihre Wurfgeschwister untergebracht zu verwenden. Oft Co-Gehäuse implantiert Tiere mit verdrahteten Anbindehaltung Ergebnisse in der Zerstörung des implantierten Hardware oder Kannibalisierung der Jungtiere durch den Damm. Die glattwandige Form des Senders ermöglicht die Implantation praktisch ohne Hardware-Ausfall oder Verlust der Jungtiere durch Kannibalisierung.
Die Low-Power-kapazitive gekoppelte Übertragungsschema in diesem System eignet sich gut für den Einsatz in vielen verschiedenen experimentellen Szenarien wie die Platzierung in einem temperaturgeregelten Inkubator oder sogar für die Verwendung mit Versuchsvorrichtungen wie Plethysmographie Kammern. Ebenso kann die Form der Empfängerantenne manipuliert werden, um in verschiedenen Verhaltens Umgebungen, wie die erhöhte T-maze.The Reichweite des Senders angepasst werden nur wenige Zoll da der Sender in der Lage zu sein, "drive" (kapazitiv to) der Empfängerantenne und stützt sich auf das Tier in Standardnagetierkäfighaltung oder geeigneten Käfig von der Empfangsantenne behandelte Oberfläche untergebracht werden. Der Sender dient als ein Pol eines elektrischen Feldes, während die Körper des Tieres nach einem anderen Pol wirkt. Das Feld ist derart, dass bestimmte Orientierungen, wie zum Beispiel 90 ° außer Phase mit der Empfangsantenne, wird fehlschlagen, um die Empfangsantenne, was zu fahren ein "drop out". Dies ist ein ziemlich seltenes Ereignis. Zukünftige Arbeiten mit dieser Technologie ermöglicht die Aufzeichnung von mehreren Tieren in der gleichen Käfig, der Internatskosten zu senken und damit für die soziale Interaktion werden. Die weitere Entwicklung wird beinhalten die Erhöhung der Anzahl der Kanäle, einschließlich Temperatur und Elektromyogramm. Das aktuelle Design des Gerätes bietet eine Bandbreite, die für die Umkodierung der klassischen EEG Bands, die nicht geeignet für die Aufnahme von schnellen Wellen oder hochfrequenten Schwingungen ist optimiert ist. In der Zukunft kann die Vorrichtung modifiziert werden, um die Hochfrequenzkomponenten des Signals aufnehmen, aber auf Kosten der Lebensdauer der Batterie. Verschiedene Arten von Wandlern wird der Blutdruck und der Druck-Volumen und sogar beim Aufbau einer Sendeelektrodenanordnung durch den Anwender spezifizierte Abmessungen nach der stereotaktischen Koordinaten des gewünschten Gehirnstrukturen umfassen.
Drs. Lehmkuhle und Dudek haben ein finanzielles Interesse an epitel, Inc., Entwickler der Epoch drahtlose Biopotential Aufzeichnungssystem.
Diese Arbeit wurde durch das Nationale Institut für neurologische Erkrankungen und Schlaganfall R43 / R44 NS064661 finanziert.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Sterile Surgical Gloves | Protective Industrial Products | 100-3201 PF | Powder Free Sterile Latex Surgical Glove |
Scalpel Handle | FST | 10003-12 | |
Scalpel Blade #15 | FST | 10015-00 | |
Fine Scissors | FST | 14090-09 | |
Burr tool | Ram Products, Inc. | Microtorque II | |
Fine burr | FST | 19007-07 | |
Aneurism clip | ROBOZ | RS-5422 | |
Toothed Forceps | FST | 11022-14 | |
Cotton-Tipped applicators | McKesson | 24-103 | |
Needle Driver | WPI | 521725 | Olsen-Hegar Needle Holder |
Cyanoacrylate gel | Henkel | Loctite 4541 | |
Cyanoacrylate accelerant | Henkel | Loctite 7452 | |
Suture | Ethicon | Vicryl RB-1 J304 | |
Elecrocautery disposable | Bovie | AA01 | Fine Tip |
Surgical Tray | FST | 20311-21 | |
Epitel Receiver Base | Epitel Inc | N/A | |
Epitel wireless transmitter | Epitel Inc | N/A | |
Biopac digitizer | Biopac | MP-150 | |
PC-compatible computer |
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