Sistema de registro electroencefalográfico de bajo costo combinado con una bobina de tamaño milimétrico para estimular transcranealmente el cerebro del ratón in vivo

Resumen

Se propone un sistema de registro electroencefalográfico de bajo costo combinado con una bobina de tamaño milimétrico para impulsar la estimulación magnética transcraneal del cerebro del ratón in vivo. Utilizando electrodos de tornillo convencionales con un sustrato de matriz de múltiples electrodos flexible hecho a medida, se puede llevar a cabo la grabación multisitio desde el cerebro del ratón en respuesta a la estimulación magnética transcraneal.

Resumen

Aquí se propone un sistema de registro electroencefalográfico (EEG) de bajo costo para impulsar la estimulación magnética transcraneal (TMS) del cerebro del ratón in vivo, utilizando una bobina de tamaño milimétrico. Utilizando electrodos de tornillo convencionales combinados con un sustrato de matriz de múltiples electrodos flexible hecho a medida, se puede llevar a cabo la grabación de múltiples sitios desde el cerebro del ratón. Además, explicamos cómo se produce una bobina de tamaño milimétrico utilizando equipos de bajo costo que generalmente se encuentran en los laboratorios. También se presentan procedimientos prácticos para fabricar el sustrato flexible de matriz multielectrodo y la técnica de implantación quirúrgica para electrodos de tornillo, que son necesarios para producir señales de EEG de bajo ruido. Aunque la metodología es útil para registrar desde el cerebro de cualquier animal pequeño, el presente informe se centra en la aplicación de electrodos en un cráneo de ratón anestesiado. Además, este método se puede extender fácilmente a un animal pequeño despierto que está conectado con cables atados a través de un adaptador común y fijado con un dispositivo TMS a la cabeza durante la grabación. Se describe la versión actual del sistema EEG-TMS, que puede incluir un máximo de 32 canales EEG (un dispositivo con 16 canales se presenta como un ejemplo con menos canales) y un dispositivo de canal TMS. Además, se informan brevemente los resultados típicos obtenidos por la aplicación del sistema EEG-TMS a ratones anestesiados.

Introducción

La estimulación magnética transcraneal (EMT) es una herramienta prometedora para la ciencia del cerebro humano, la aplicación clínica y la investigación de modelos animales debido a su no / baja invasividad. Durante la etapa temprana de las aplicaciones de TMS, la medición del efecto cortical en respuesta a TMS de pulso simple y pareado en humanos y animales se restringió a la corteza motora; La salida fácilmente medible se limitó a potenciales evocados motores y potenciales mioeléctricos inducidos que involucran la corteza motora ^1,2. Para expandir las regiones cerebrales que pueden ser medidas por modulación....

Protocolo

En el presente estudio, todos los experimentos con animales se realizaron siguiendo la Guía de los Institutos Nacionales de Salud para el Cuidado y Uso de Animales de Laboratorio y con la aprobación del Comité Institucional de Cuidado y Uso de Animales de la Universidad de Hokkaido. Para el presente estudio se utilizaron ratones C57BL/6J, dos machos y tres hembras, de 8 a 10 semanas de edad. Este es un procedimiento terminal. Los animales fueron obtenidos de una fuente comercial (ver Tabla de Materiales).

1. Diseño y construcción de matrices bidimensionales flexibles

1. Prepare el número requerido de....

Discusión

Este estudio aborda un sistema de registro de EEG multisitio combinado con un sistema de estimulación magnética diseñado para animales pequeños, incluidos ratones. El sistema construido es de bajo costo y fácil de construir en laboratorios fisiológicos, y puede ampliar sus configuraciones de medición existentes. El procedimiento quirúrgico necesario para obtener datos del sistema de registro del ratón es profundamente simple si dichos laboratorios tienen experiencia previa con experimentos electrofisiológicos e.......

Materiales

Name	Company	Catalog Number	Comments
3D printer	Zhejiang Flashforge 3D Technology Co., Ltd	FFD-101	The printer used for 3D-printing the donut-shaped disks
ATROPINE SULFATE  0.5 mg	NIPRO ES PHARMA CO., LTD.	-	Atropine sulfate
Bipolar amplifier	NF Corp.	KIT61380	For amplifying waveforms for coil input
Butorphanol	Meiji Seika Pharma Co., Ltd., Tokyo, Japan	-	For anathesis of animals
Commercial manufacturer of flexible 2D array	p-ban.com Corp.	-	URL: https://www.p-ban.com/
Computer prograom to analyze output signals	Natinal Instruments	NI-DAQ and  NI-DAQmx Python	To analyze output signals from the hall-effect sensor
Connector	Harwin Inc.	G125-FV12005L0P	For connector to conect to the measuring system
Copper pad	p-ban.com Corp.	copper	Copper pad on each substrate
Copper wire	Kyowa Harmonet Ltd.	P644432	The windings of the coil
DAQ board	National Instruments Corp.	USB-6343	For measuring the magnitic flux density of the coil
Dental cement	SHOFU INC.	Quick Resin	Self-Curing Orthodontic Resin
ECoG electrode	NeuroNexus Inc.	HC32	For reference to design of the flexible 2D array
Epoxy resin	Konishi Co. Ltd.	#16123	For coil construction
Ethyl Carbamate	FUJIFILM Wako Pure Chemical Corp.	050-05821	For urethan anesthesia
Flat ribbon cable	Oki Electric Cable Co., Ltd.	FLEX-B2(20)-7/0.1 20028 5m	For cable to connect between surface-mount connector and measuring sysytem
flexible substrate	p-ban.com Corp.	polyimide	Baseplate of flexible substrate
Function generator	NF Corp.	WF1947	For generating waveforms for coil input
Hall-effect sensor	Honeywell International Inc.	SS94A2D	For measuring the magnitic flux density of the coil
IDC crimping tool	Pro'sKit Industries Co.	6PK-214	To crimp the IDC and one end of the flat ribbon cable; Flat cable connector crimping tool
Instant glue	Konishi Co. Ltd.	#04612	For coil construction
Insulation-displacement connector (IDC )	Uxcell Japan	B07GDDG3XG	2 × 10 pins and a 1.27 mm pitch
LCR meter	NF Corp.	ZM2376	For measuring the AC properties of the coil
Manipulator	NARISHIGE Group.	SM-15L	For manipulating the coil
Medetomidine	Kobayashi Kako, Fukui, Japan	-	For anathesis of animals
Midazolam	Astellas Pharma, Tokyo, Japan	-	For anathesis of animals
Miniature screw	KOFUSEIBYO Co., Ltd.	S0.6*1.5	For EEG-senseing and reference electrode
Mouse	Japan SLC, Inc.	C57BL/6J (C57BL/6JJmsSlc)	Experimental animal
Permalloy-45 rod	The Nilaco Corp.	780544	The core of the coil
Recording system	Plexon Inc.	OmniPlex	For EEG data acquisition
Stainless wire	Wakisangyo Co., Ltd.	HW-136	For grasp by manipulator
Stereotaxic apparatus	NARISHIGE Group.	SR-5M-HT	To fix a mouse head
Surface-mount connector	Useconn Electronics Ltd.	PH127-2x10MG	For connector to mount on the flexible 2D array
Testing equipment (LCR meter)	NF Corp.	ZM2372	Contact check and impedance measurements
White PLA filament	Zhejiang Flashforge 3D Technology Co., Ltd	PLA-F13	The material used for 3D-printing the donut-shaped disks
Xylocaine Jelly 2%	Sandoz Pharma Co., Ltd.	-	lidocaine hydrochloride