This work was supported by the Foundation for Anesthesia Education and Research Mentored Research Training Grant (ARM), by the National Institutes of Health grants GM107117 (MBK) and GM088156 (MBK), and by the Department of Anesthesiology and Critical Care at the University of Pennsylvania, Perelman School of Medicine.

<ol>
	<li>Choi, J. H., Koch, K. P., Poppendieck, W., Lee, M., Shin, H. -. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High+resolution+electroencephalography+in+freely+moving+mic.">High resolution electroencephalography in freely moving mic.</a> J. Neurophysiol. 104 (3), 1825-1834 (2010).</li><li>Lee, M., Kim, D., Shin, H., Sung, H., Choi, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-density+EEG+Recordings+of+the+Freely+Moving+Mice+using+Polyimide-based+Microelectrode.">High-density EEG Recordings of the Freely Moving Mice using Polyimide-based Microelectrode.</a> J Vis Exp. (47), e2-e5 (2011).</li><li>Megevand, P., Quairiaux, C., Lascano, A. M., Kiss, J. Z., Michel, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+mouse+model+for+studying+large-scale+neuronal+networks+using+EEG+mapping+techniques.">A mouse model for studying large-scale neuronal networks using EEG mapping techniques.</a> Neuroimage. 42 (2), 591-602 (2008).</li><li>Sabourin, M. E., Cutcomb, S. D., Crawford, H. J., Pribram, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=EEG+correlates+of+hypnotic+susceptibility+and+hypnotic+trance:+spectral+analysis+and+coherence.">EEG correlates of hypnotic susceptibility and hypnotic trance: spectral analysis and coherence.</a> Int J Psychophysiol. 10 (2), 125-142 (1990).</li><li>Miller, E. K., Wilson, M. 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J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Real-Time+QRS+Detection+Algorithm.">A Real-Time QRS Detection Algorithm.</a> IEEE Trans Biomed Eng. 32 (3), 230-236 (1985).</li><li>Moody, G. B., Mark, R. G., Zoccola, A., Mantero, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Derivation+of+Respiratory+Signals+from+Multi-lead+ECGs.">Derivation of Respiratory Signals from Multi-lead ECGs.</a> Comput Cardiol. 12, 113-116 (1985).</li><li>Thongpang, S., Richner, T. J., Brodnick, S. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Micro-Electrocorticography+Platform+and+Deployment+Strategies+for+Chronic+BCI+Applications.">A Micro-Electrocorticography Platform and Deployment Strategies for Chronic BCI Applications.</a> Clin EEG Neurosci. 42 (4), 259-265 (2011).</li><li>Laird, H. E. I., Hermansen, J. E., Huxtable, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+electrode-cannula+unit+for+intracerebral+electrical+stimulation,+EEG+recording+and+drug+administration+in+small+animals.">An electrode-cannula unit for intracerebral electrical stimulation, EEG recording and drug administration in small animals.</a> Pharmacolgy Biochem Behav. 10 (2), 429-431 (1979).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

低コストの構造と適切にマウスにおいて26チャネル、高密度EEGモンタージュを達成するために必要な外科的手順が記載されています。適切な硬膜外電極の接触は、このシステムで品質の脳波信号を取得する上で重要です。プロトコル・アドレス内の二つの手順この問題：脳の輪郭、およびヘッドピース注入前のアクリル強化に一致するようにトリミングピン。建設段階の間に短すぎるピンをカットしないことが重要です。ヘッドピースを注入する場合には、最終的なアクリル補強前にピン配置を確認することが不可欠です。適切な電極接触を確認する一つの方法は、インピーダンステストを介してです。表向きは、5〜10kΩののインピーダンスが適切な硬膜外の配置を示唆している。26 &#160; 電極インピーダンスの値は移植後少なくとも4ヶ月間、本5-10kΩの範囲内で安定しているようなインピーダンス測定は、ヘッドピース」耐久性を実証します。他の必須のステップでは、2×7 EEGレンガの2後部-最も行とEMG端子を整列させることを含みます。ずれるEMGおよびEEGピンがアダプタまたは曲がったアダプタのピンを接続することができないことになりますように、これは、アダプタ接続のために重要です。 この取得システムの主な利点は、様々な実験の必要性を最適化するために、電極アレイの形状を変更することの容易さです。最適特定の実験に適しているカスタマイズされた電極配置を容易に作成することができます。具体的な実験のためのカスタマイズは、潜在的に合わせた薬理学的、脳波、および行動研究のために向けられた薬物送達のためのカニューレで27ヘッドピース、アダプタをEEGを組み合わせることができ、および外科的手技が容易に上記のプロトコルに記載されている方法以下の研究の広い数に合わせました。この収集システムの第二の主な利点は、その低コストです。現時点では、この収集システムは、缶4匹またはより高い密度のグリッドで必要であれば、ラットから同時録画を可能にする、最大4別々のケーブル上のレコード128の入力チャンネル、。このような拡張は、余分なケーブルとアダプタが必要になります。 高密度EEGの取得にこのアプローチは、マウスにおける他の高密度脳波取得方法の欠点に対処します。この作業に記載されているシステムは、手近に単純な材料で構成され、実験中に自由な動きを可能にする、安価で安定しているオープンソースのハードウェアとソフトウェアを使用していますヶ月にわたって同じ動物で繰り返し測定を可能にし、なるようにマウスを必要としませんさ記録のために麻酔。このシステムの制限事項は、それだけで20グラム以上の重量を量る、以前よりも12週であるマウスではこれまでに確認されているということです。小さいまたは若いマウスは、ヘッドピースの移植の難しさを有することができます。この方法の第二の制限は、正確headp後の電極の深さを制御することができないことですIECE製作。正確に皮質表面に対して生前ネジの深さを知ることができませんので、この同じ制限は、従来のネジEEG電極に適用されます。このメソッドのトラブルシューティングは、典型的には、ノイズのない信号を得るためにつながれたときに正しくマウスからの干渉信号を遮断することを含みます。 高密度EEGアレイは、近代的なEEGの解釈で新たな正常であるEEGデータの複雑な時空間分析のために必須です。視覚誘発電位の空間的な分布が示されているが、このシステムを用いて取得されたデータは、電源イメージング技術および神経接続手段を用いて分析することができます。 図4に示すように、従来のスクリューコンタクトと比較して、これらの電極端子間の接触面積の60％〜70％の減少が、より正確な信号の局在化を可能にする。遺伝的に改変されたマウスにおける高密度分析的技術を用いて、以下の薬理学ogical介入、またはそのような発作障害などの内因性の病理を有する動物では、特定の皮質の振動を発生させるメカニズムを識別に役立つのERPとEPSのソースをローカライズし、大規模なネットワークの特性を明らかにすることができます。より良い並列人間システムでは、このアプローチは、ヒトにおける科学的、臨床的妥当性に齧歯類モデルで行われた発見の移行が容易を提供し、人間の神経生理学と神経病理学の小動物モデルを改善します。

ニューロンの活動は、巨視的（脳波）へのメゾスコピックする顕微鏡（個々の活動電位）から粒度（局所電場電位）の様々なレベルで細胞外に記録することができます。これらの脳波のトレースは、古典的行動、神経生理学的、または電気生理学的状態を特徴付けるために、周波数領域で分析されます。これは、単一の生体電位、4で行うことができますが、疎な密度のEEG記録は、神経活動の空間的なコンポーネントを解決することはできません。現代の脳波分析は、特定の心理状態や生理学的プロセスとその活動を相関させるために皮質活動の時空間分布の詳細な地図を生成するために複数の電極に依存している。分析のより一般的に使用されるカテゴリの5-7つを高密度EEGのモンタージュを必要としています電源イメージングとニューラルネットワーク接続の措置。8-11 。12月15日の脳波は、高時間分解能を有しているため、脳波の研究では、事象関連電位とEPSのリアルタイム評価を可能にするだけでなく、時間的に正確な事後解析。3,11 、12 脳波に見られる振動の相互作用と認知の状態と機能を関連付けると、ニューラルネットワーク接続のさまざまな施策の究極の目標です。多くの研究は、同期や覚醒、注意、およびアクションの特定の状態に関連付けられている異なる脳領域間の振動の位相ロックを示している。6,13,14,16-19 </sup&gt;脳の領域の中で、このような信号の関連を実証することは、ネットワーク接続の評価を可能にする高密度アレイを必要とします。 音源定位とネットワークは、ヒトでの研究が起源EEG信号の解析が、それらは、ヒトにおいてそうでなければ不可能な侵襲的技術を必要とするこれらのシグナルの神経基盤の調査は、必ずしも、動物モデルを伴います。げっ歯類モデルにおけるこれらの分析を複製するために、齧歯類の脳における高密度EEG信号を捕捉するための方法が必要とされています。他のグループは、マウスで使用するための高密度微小電極アレイを構築しているが、そのようなアプローチは、ナノ加工設備にアクセスすることなく研究に限ら利用可能である、長期間にわたって繰り返し実験のために十分に堅牢ではない、または麻酔の使用に限定されていますマウス。1-3,7慢性高密度を構築するための低コストの代替プロトコルを、経頭蓋電極ARRAyがここに示されています。 ここで説明する信号取得アプローチは、EEGに限定されるものではなく、筋電（EMG）信号を含むものです。 EMG信号の取得は、動作状態を定義するための補完的なアプローチであると睡眠研究のために特に有用であることができます。このアプローチは、高価な、超高密度頭蓋グリッド間の中間体を提供し、高度な分析手法には不十分である伝統的なネジ電極を有する可能な限られたリード数。ヘッドピースの設計が容易に構築し、高スループットの研究のための手頃な価格です。皮質振動発生のメカニズムを明らかにすることができます齧歯類モデル内の各種遺伝的または薬理学的整体技術と共にこの取得システムの利用、真の遺伝子型のERPとのEPの違い、音源定位、および大規模なネットワーク通信からの行動の相違。

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1063">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:445px;">32 Channel RHD2132 amplifier headstage</td>
			<td style="width:225px;">Intan Technologies</td>
			<td style="width:145px;">C3314</td>
			<td style="width:248px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Aquistion Board</td>
			<td>Open Ephys</td>
			<td>v2.2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">100 Position Receptable Connector</td>
			<td>Digi-Key</td>
			<td>ED85100-ND</td>
			<td>Headpiece</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Acetone (1L)</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>179973-1L</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Razor Blade (100pack)</td>
			<td>McMaster Carr</td>
			<td>3962A4</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Wire-Cutting Pliers</td>
			<td>MSC Industrial</td>
			<td align="right">321786</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">2-Part Epoxy</td>
			<td>McMaster Carr</td>
			<td>7605A18</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">PFA Coated Silver Wire (25ft)</td>
			<td>A-M Systems</td>
			<td align="right">787000</td>
			<td>EMG Wire</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">CircuitWriter Pen</td>
			<td>MCM Electronics</td>
			<td>200-175</td>
			<td>Silver Applicator for Electrode Tips</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">36 Position Dual Row Male Nano-Miniature Connector</td>
			<td>Omnetics Connector Corporation</td>
			<td>A79028-001</td>
			<td>Headpiece to Amplifier Adapter</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Conn Strip Header 2 x 50</td>
			<td>Digi-Key</td>
			<td>ED83100-ND</td>
			<td>Headpiece to Amplifier Adapter</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Clidox Base and Acitvator</td>
			<td>Pharmacal</td>
			<td>95120F &#38; 96120F</td>
			<td>Sterilant</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Isoflurane</td>
			<td>Priamal Enterprises Ltd</td>
			<td>66794-019-10</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Oxygen</td>
			<td>Airgas</td>
			<td>OX USP300</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Closed Loop Temperature Controller</td>
			<td>CWE Inc.&#160;</td>
			<td>08-130000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Curved Scissors</td>
			<td>FST</td>
			<td>14085-09</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">0.25% Bupivicaine Hydrochloride</td>
			<td>Hospira</td>
			<td>0409-1159-02</td>
			<td>Local Anesthetic</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Meloxicam 5mg/mL</td>
			<td>Henry Schein</td>
			<td align="right">6451602845</td>
			<td>Pain/Inflammation Relief</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">0.9% Sodium Chloride</td>
			<td>Hospira</td>
			<td>0409-4888-20</td>
			<td>Fluids</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Cefazolin</td>
			<td>Hospira</td>
			<td>0409-0806-01</td>
			<td>Antibacterial</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">No.11 Disposable Scapel (20 pk)</td>
			<td>Feather</td>
			<td>2975#11</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Micro Serrefines</td>
			<td>FST</td>
			<td>18052-3</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Cotton Swabs (1000 pk)</td>
			<td>MSC Industrial</td>
			<td align="right">8749574</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">0.5mm Micro Drill Bit</td>
			<td>FST</td>
			<td>19007-05</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Stereotaxic Drill</td>
			<td>Kopf</td>
			<td>Model 1471</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Curved Forceps</td>
			<td>Roboz</td>
			<td>RS-5136</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Methyl Methacrylate</td>
			<td>A-M Systems</td>
			<td align="right">525000</td>
			<td>Cement for headpiece</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Methyl Methacrylate Crosslinking Compound</td>
			<td>A-M Systems</td>
			<td align="right">526000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Curved Hemostats</td>
			<td>FST</td>
			<td>13003-10</td>
			<td>Aide in Adapter Connection</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">RHD2000 standard SPI interface cable (3ft)</td>
			<td>Intan Technologies</td>
			<td>C3203</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Cantilever Arm</td>
			<td>Instech</td>
			<td>MCLA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Micro Spatula (12 pk)</td>
			<td>Fischer Scientific</td>
			<td>S50822</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Digital Soldering Station</td>
			<td>MCM Electronics</td>
			<td>21-10115</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Rosin Core Solder 60/40 Tin/Lead</td>
			<td>MCM Electronics</td>
			<td>21-1045</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Color Craze Nail Polish with Hardeners (Nitrocellulose based)</td>
			<td>L.A. Colors</td>
			<td>CNP508</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Small Animal Stereotaxic Instrument with Digital Display Console</td>
			<td>Kopf</td>
			<td>Model 940</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

high-density electroencephalographic acquisition in a rodent model using low-cost and open-source resources

電源イメージングおよびネットワーク接続の措置を含む高空間分解能を必要とする高度な脳波解析技術は、神経科学の質問拡大多様に適用可能です。齧歯類モデルでの分析のこれらの種類を実行すると、従来のネジ電極が達成できるよりも高い電極密度を必要とします。げっ歯類用の高密度脳波モンタージュが存在するが、それらは、大部分の研究者に制限アベイラビリティである、長期間にわたって繰り返し実験のために十分に堅牢ではない、または麻酔げっ歯類での使用に限定されている。1-3提案低コスト両側移植可能なヘッドピースからなる、耐久性、高カウント、経頭蓋電極アレイを構築するための方法は、高度な脳波がマウスまたはラットで分析を実行する手段として検討されています。 ヘッドピースの製作及び外科的移植nの手順ノイズに対する高いシグナルを生成するecessary、低インピーダンス脳波と筋電信号が示されています。方法論は、ラットとマウスの両方で有用であるが、この原稿が小さいマウスの頭蓋骨のためのより挑戦的な実装に焦点を当てています。自由に動くマウスは、記録中のみ共通アダプタを介してケーブルにつながれています。 26脳波チャンネルと4電チャネルを含み、この電極システムの一バージョンは、以下に記載されています。

高密度EEGヘッドピースを移植自由に動くマウスで記録されたサンプルデータは、 図3に示されている。個々のEEG波形は、 図2に示すチャンネルマッピング方式に対応する。子宮頸部および胸部EMGの例としては、 図3に表示されています。胸部EMG記録は、2つの胸部EMG線間の差動信号（T）が計算されたときには容易に明らかになり、マウスの心臓由来の埋め込まれた電気的活動が含まれていることに注意してください。胸腔を拡大するように、この記録では同様に、QRSスパイクの相の変動を計算することにより、マウスの呼吸数を測定することができる心電図QRSスパイク間の時間を測定することにより、マウスの心拍数を計算することも可能である。23-24及び各呼吸との契約。O獲得のための25したがって、このセットアップは許可Fマウス睡眠ポリグラフ。また、セットアップは、視覚誘発電位（ 図4）の皮質マッピングを可能にします。光の10ミリ秒パルスは、マウスの左眼にのみ配信されている場合、クラシックな応答は反対側の二次視覚野における応答遅れが続いている対側（ただし、同側の）一次視覚野に記録されています。 図4に埋め込まれたムービーは、反対側のV1とV2の活動のグラフと一緒に全体の皮質表面を横切って電位を変化させる時間を示しています。 <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td> AP </td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td> 3.3 </td><td></td><td></td><td> 0 </td><td> 0 </td><td></td><td></td></tr><tr><td> 2 </td><td></td><td> 0.4 </td><td> 0.6 </td><td> 0.6 </td><td> 0.4 </td><td></tD&gt; </tr><tr><td> 0.7 </td><td></td><td> 0.6 </td><td> 0.9 </td><td> 0.9 </td><td> 0.6 </td><td></td></tr><tr><td> -0.6 </td><td></td><td> 0.9 </td><td> 1 </td><td> 1 </td><td> 0.9 </td><td></td></tr><tr><td> -1.9 </td><td></td><td> 1 </td><td> 1.1 </td><td> 1.1 </td><td> 1 </td><td></td></tr><tr><td> -3.2 </td><td> 3 </td><td> 1 </td><td> 1 </td><td> 1 </td><td> 1 </td><td> 3 </td></tr><tr><td> -4.5 </td><td> 3 </td><td> 0.7 </td><td> 0.7 </td><td> 0.7 </td><td> 0.7 </td><td> 3 </td></tr><tr><td> ML </td><td></td><td> -2.3 </td><td> -1 </td><td> 1 </td><td> 2.3 </td><td></td></tr></tbody></table> 表1：ピントリミング長さは、この図は、ヘッドピースのピンごとに、ミリメートルで、必要なトリミング長さを示しています。トリミングピンの長さは、マウスの脳アトラスから取得しました。 Afトリミングピンterを、ヘッドピースは、脳の表面形状に一致する。EMG信号を記録するために使用されるワイヤはピンスタブにハンダ付けされているとして20 EMGピンが完全に遮断されています。 <img alt="図1" src="/files/ftp_upload/54908/54908fig1.jpg" /> 図1： ヘッドピースコンポーネント、中級建設手順、および録音のための正しい接続この図は、ヘッドピースを作成するために使用される原料を示しています。 100ピンレセプタクルコネクタから始めて、小さい2×7と2×1のコンポーネントが作成されます。一貫性のあるヘッドピースの構築を可能にし、多くの移植したマウスに接続するためのアダプタを可能にする、2×1コンポーネントで、2×50の元のエッジが完全であることに注意してください。 図1B及び1Cは 、アダプタを作成するために必要な原材料を提示アンプのヘッドピースから1（b）は、ヘッドピースの終わりを提示します同様にヘッドピースに接続するために伐採されたアダプタ。その2×1が再びアダプタとヘッドピースとの間の適切な接続を確保し、生の部品から元のエッジを持っていることに注意してください。 図1Cは、アンプに接続するアダプタの終わりを示している。 図1Dは、エポキシ樹脂で接着を示し、2×7と2信号記録用に準備EMGワイヤと一緒に×1の構成要素は図1Eは、完成したヘッドピースを示している。 図1Fは、完成したアダプタが表示されます。 図1Gは、ヘッドピースとアダプタとの間の適切な接続を示しています。最後に、 図1Hは、接続されたアダプタとアンプを移植したマウスを示します。アンプチップを収集ボード（図示せず）に実行されるインターフェイスケーブルが接続されている。 <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54908/54908fig1large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <pキープtogether.withinページ= &quot;1&quot;&gt;：FOクラス= &quot;jove_content&quot; <img alt="図2" src="/files/ftp_upload/54908/54908fig2.jpg" /> 図2： 電極モンタージュと完全に構築かぶとこの図は、マウスの脳に対する電極配置を示しています。電極位置はブレグマからの定位座標に基づいています。各電極の座標は、プロトコルのステップ4.8に記載されています。電極の色は、各電極の基礎となる脳の領域に相当します。ホワイト=前頭連合野（FRA）、オレンジ=一次運動野（M1）、ピンク=二次運動野（M2）、ダークグリーン=一次体性感覚野、前肢地域（S1FL）、グリーン=一次体性感覚野、dysgranularゾーン（S1DZ ）、ライトグリーン=一次体性感覚野、バレルフィールド（S1BF）、黄=内側頭頂連合野（MPTA）、ダークブルー=一次視覚野（V1）、ライトブルー=二次視覚野、mediomedialエリア（V2MM）、ブラック= retrosplenial DYsgranular皮質（RSD）。20共通の基準/グラウンドも同様に示されています。この参照方式は、生の信号内の呼吸アーチファクトを最小限に抑えることができます。各個別電極に関連付けられた数字は、アレイ全体のためのチャネルマップを提供しています。アレンマウス脳アトラス。21,22 図2Bから修正された画像は、ダイムに関してスケーリングする完全に構築かぶとを示している。 <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54908/54908fig2large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <img alt="図3" src="/files/ftp_upload/54908/54908fig3.jpg" /> 図3： サンプルEEGとEMGは、電極モンタージュからトレース電極波形は、図1（a）に示すチャネルマッピングに対応します。子宮頸EMG（C）項部筋緊張（+）を決定する機能を提供します。 EMG信号は、心臓QRS電気インパルスが含まれています（*）。トレース振幅およびトレース期間の間、1秒間200μVのスケールバーが示されている。 <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54908/54908fig3large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <img alt="図4" src="/files/ftp_upload/54908/54908fig4.jpg" /> 図4：視覚誘発電位の空間分布のみ、左眼に投与一方的な光フラッシュの誘発電位以下のアプリケーションの空間分布。上図は、電極を表し、各円の高密度EEGモンタージュを示します。時間をかけて色の変化は、それぞれの電極のための経時変化を電圧に対応します。時間= 0ミリ秒で、10ミリ秒の光パルスが送出され、中央の図に示しました。ボトムグラフィックは反対側のV1とV2 EEG電極（N = 108 EP試験）のための誘発電位のトレースを意味示しています。ライトPULseが0ミリ秒で起こります。対応する誘発電位応答は、長い待ち時間が続き、対側V1（黒のトレース）で観察された反対側のV2（赤トレース）の潜在的な応答を誘発していることに注意してください。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54908/Figure_4.mov" target="_blank">（右クリックしてダウンロード）。</a>

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High-density Electroencephalographic Acquisition in a Rodent Model Using Low-cost and Open-source Resources

Instructions for the low-cost construction and surgical implantation of a chronic transcranial high-density electroencephalographic montage into mice are provided. Signal recording, extraction, and processing techniques are also described.

低コストかつオープンソースのリソースの使用げっ歯類モデルにおける高密度脳波取得

Advanced electroencephalographic analysis techniques requiring high spatial resolution, including electrical source imaging and measures of network ...

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Research

JoVE Journal

Neuroscience

15.8K ビュー.  University of Pennsylvania. Instructions for the low-cost construction and surgical implantation of a chronic transcranial high-density electroencephalographic montage into mice are provided. Signal recording, extraction, and processing techniques are also described.

ビデオ: High-density Electroencephalographic Acquisition in a Rodent Model Using Low-cost and Open-source Resources

High Density Event-related Potential  Data Acquisition in Cognitive Neuroscience

Functional magnetic resonance imaging (fMRI) is currently the standard method of evaluating brain function in the field of Cognitive Neuroscience, in part because fMRI data acquisition and analysis techniques are readily available. Because fMRI has excellent spatial resolution but poor temporal resolution, this method can only be used to identify the spatial location of brain activity associated with a given cognitive process (and reveals virtually nothing about the time course of brain activity). By contrast, event-related potential (ERP) recording, a method that is used much less frequently than fMRI, has excellent temporal resolution and thus can track rapid temporal modulations in neural activity. Unfortunately, ERPs are under utilized in Cognitive Neuroscience because data acquisition techniques are not readily available and low density ERP recording has poor spatial resolution. In an effort to foster the increased use of ERPs in Cognitive Neuroscience, the present article details key techniques involved in high density ERP data acquisition. Critically, high density ERPs offer the promise of excellent temporal resolution and good spatial resolution (or excellent spatial resolution if coupled with fMRI), which is necessary to capture the spatial-temporal dynamics of human brain function.

Event-related potential (ERP) recording is under utilized in Cognitive Neuroscience because data acquisition techniques are not readily available and this method often has poor spatial resolution. To foster the increased use of ERPs in Cognitive Neuroscience, the present article details key techniques involved in high density ERP data acquisition.

高密度のイベントに関連する認知神経科学における潜在的なデータ収集

Functional magnetic resonance imaging (fMRI) is currently the standard method of evaluating brain function in the field of Cognitive Neuroscience, in part ...

神経科学

High-density EEG Recordings of the Freely Moving Mice using Polyimide-based Microelectrode

Electroencephalogram (EEG) indicates the averaged electrical activity of the neuronal populations on a large-scale level. It is widely utilized as a noninvasive brain monitoring tool in cognitive neuroscience as well as a diagnostic tool for epilepsy and sleep disorders in neurology. However, the underlying mechanism of EEG rhythm generation is still under the veil. Recently introduced polyimide-based microelectrode (PBM-array) for high resolution mouse EEG1 is one of the trials to answer the neurophysiological questions on EEG signals based on a rich genetic resource that the mouse model contains for the analysis of complex EEG generation process. This application of nanofabricated PBM-array to mouse skull is an efficient tool for collecting large-scale brain activity of transgenic mice and accommodates to identify the neural correlates to certain EEG rhythms in conjunction with behavior. However its ultra-thin thickness and bifurcated structure cause a trouble in handling and implantation of PBM-array. In the presented video, the preparation and surgery steps for the implantation of PBM-array on a mouse skull are described step by step. Handling and surgery tips to help researchers succeed in implantation are also provided.

In this article, we described the surgery procedure and handling tips for implantation of ultra-thin polyimide-based microelectrode array (PBM-array) on the mouse skull for acquisition of high-density encephalography (EEG) in a mouse model.

ポリイミドベースのマイクロ電極を用いて自由に動くマウスの高密度脳波録音

Electroencephalogram (EEG) indicates the averaged electrical activity of the neuronal populations on a large-scale level. It is widely utilized as a ...

A Low Cost Setup for Behavioral Audiometry in Rodents

In auditory animal research it is crucial to have precise information about basic hearing parameters of the animal subjects that are involved in the experiments. Such parameters may be physiological response characteristics of the auditory pathway, e.g. via brainstem audiometry (BERA). But these methods allow only indirect and uncertain extrapolations about the auditory percept that corresponds to these physiological parameters. To assess the perceptual level of hearing, behavioral methods have to be used. A potential problem with the use of behavioral methods for the description of perception in animal models is the fact that most of these methods involve some kind of learning paradigm before the subjects can be behaviorally tested, e.g. animals may have to learn to press a lever in response to a sound. As these learning paradigms change perception itself 1,2 they consequently will influence any result about perception obtained with these methods and therefore have to be interpreted with caution. Exceptions are paradigms that make use of reflex responses, because here no learning paradigms have to be carried out prior to perceptual testing. One such reflex response is the acoustic startle response (ASR) that can highly reproducibly be elicited with unexpected loud sounds in na&iuml;ve animals. This ASR in turn can be influenced by preceding sounds depending on the perceptibility of this preceding stimulus: Sounds well above hearing threshold will completely inhibit the amplitude of the ASR; sounds close to threshold will only slightly inhibit the ASR. This phenomenon is called pre-pulse inhibition (PPI) 3,4, and the amount of PPI on the ASR gradually depends on the perceptibility of the pre-pulse. PPI of the ASR is therefore well suited to determine behavioral audiograms in na&iuml;ve, non-trained animals, to determine hearing impairments or even to detect possible subjective tinnitus percepts in these animals. In this paper we demonstrate the use of this method in a rodent model (cf. also ref. 5), the Mongolian gerbil (Meriones unguiculatus), which is a well know model species for startle response research within the normal human hearing range (e.g. 6).

A fast and inexpensive method for the behavioral determination of hearing parameters like hearing thresholds, hearing impairments or phantom perceptions (subjective tinnitus) is described. It uses pre-pulse inhibition of the acoustic startle response and can be easily implemented in a personal computer using a programmable AD/DA-converter and a piezo sensor.

げっ歯類における行動聴力検査のための低コストのセットアップ

In auditory animal research it is crucial to have precise information about basic hearing parameters of the animal subjects that are involved in the ...

Building An Open-source Robotic Stereotaxic Instrument

This protocol includes the designs and software necessary to upgrade an existing stereotaxic instrument to a robotic (CNC) stereotaxic instrument for around $1,000 (excluding a drill), using industry standard stepper motors and CNC controlling software. Each axis has variable speed control and may be operated simultaneously or independently. The robot&#39;s flexibility and open coding system (g-code) make it capable of performing custom tasks that are not supported by commercial systems. Its applications include, but are not limited to, drilling holes, sharp edge craniotomies, skull thinning, and lowering electrodes or cannula. In order to expedite the writing of g-coding for simple surgeries, we have developed custom scripts that allow individuals to design a surgery with no knowledge of programming. However, for users to get the most out of the motorized stereotax, it would be beneficial to be knowledgeable in mathematical programming and G-Coding (simple programming for CNC machining).
The recommended drill speed is greater than 40,000 rpm. The stepper motor resolution is 1.8&#176;/Step, geared to 0.346&#176;/Step. A standard stereotax has a resolution of 2.88 &#956;m/step. The maximum recommended cutting speed is 500 &#956;m/sec. The maximum recommended jogging speed is 3,500 &#956;m/sec. The maximum recommended drill bit size is HP 2.

This protocol includes the designs and software necessary to upgrade an existing stereotaxic instrument to a robotic (computer numeric controlled; CNC) stereotaxic instrument for around $1,000 (excluding a drill).

オープンソースロボット定位固定装置を構築する

This protocol includes the designs and software necessary to upgrade an existing stereotaxic instrument to a robotic (CNC) stereotaxic instrument for ...

A Low-cost Method for Analyzing Seizure-like Activity and Movement in Drosophila

Video tracking systems have been used widely to analyze Drosophila melanogaster movement and detect various abnormalities in locomotive behavior. While these systems can provide a wealth of behavioral information, the cost and complexity of these systems can be prohibitive for many labs. We have developed a low-cost assay for measuring locomotive behavior and seizure movement in D. melanogaster. The system uses a web-cam to capture images that can be processed using a combination of inexpensive and free software to track the distance moved, the average velocity of movement and the duration of movement during a specified time-span. To demonstrate the utility of this system, we examined a group of D. melanogaster mutants, the Bang-sensitive (BS) paralytics, which are 3-10 times more susceptible to seizure-like activity (SLA) than wild type flies. Using this novel system, we were able to detect that the BS mutant bang senseless (bss) exhibits lower levels of exploratory locomotion in a novel environment than wild type flies. In addition, the system was used to identify that the drug metformin, which is commonly used to treat type II diabetes, reduces the intensity of SLA in the BS mutants.

A Low-cost Method for Analyzing Seizure-like Activity and Movement in Drosophila

Using a webcam and a combination of free and inexpensive software programs, locomotive patterns in Drosophila melanogaster can be analyzed to detect differences in the speed, distance, and time of various motor activities.

における発作様活性を分析し、移動のための低コストの方法<em&gt;ショウジョウバエ</em

Video tracking systems have been used widely to analyze Drosophila melanogaster movement and detect various abnormalities in locomotive behavior. While ...

A Human-machine-interface Integrating Low-cost Sensors with a Neuromuscular Electrical Stimulation System for Post-stroke Balance Rehabilitation

A stroke is caused when an artery carrying blood from heart to an area in the brain bursts or a clot obstructs the blood flow to brain thereby preventing delivery of oxygen and nutrients. About half of the stroke survivors are left with some degree of disability. Innovative methodologies for restorative neurorehabilitation are urgently required to reduce long-term disability. The ability of the nervous system to reorganize its structure, function and connections as a response to intrinsic or extrinsic stimuli is called neuroplasticity. Neuroplasticity is involved in post-stroke functional disturbances, but also in rehabilitation. Beneficial neuroplastic changes may be facilitated with non-invasive electrotherapy, such as neuromuscular electrical stimulation (NMES) and sensory electrical stimulation (SES). NMES involves coordinated electrical stimulation of motor nerves and muscles to activate them with continuous short pulses of electrical current while SES involves stimulation of sensory nerves with electrical current resulting in sensations that vary from barely perceivable to highly unpleasant. Here, active cortical participation in rehabilitation procedures may be facilitated by driving the non-invasive electrotherapy with biosignals (electromyogram (EMG), electroencephalogram (EEG), electrooculogram (EOG)) that represent simultaneous active perception and volitional effort. To achieve this in a resource-poor setting, e.g., in low- and middle-income countries, we present a low-cost human-machine-interface (HMI) by leveraging recent advances in off-the-shelf video game sensor technology. In this paper, we discuss the open-source software interface that integrates low-cost off-the-shelf sensors for visual-auditory biofeedback with non-invasive electrotherapy to assist postural control during balance rehabilitation. We demonstrate the proof-of-concept on healthy volunteers.

A novel low-cost human-machine interface for interactive post-stroke balance rehabilitation system is presented in this article. The system integrates off-the-shelf low-cost sensors towards volitionally driven electrotherapy paradigm. The proof-of-concept software interface is demonstrated on healthy volunteers.

脳卒中後のバランスリハビリテーションのための神経筋電気刺激システムで低コストのセンサーを統合ヒューマンマシンインターフェース

A stroke is caused when an artery carrying blood from heart to an area in the brain bursts or a clot obstructs the blood flow to brain thereby preventing ...

Computer-based Multitaper Spectrogram Program for Electroencephalographic Data

Current web resources provide limited, user friendly tools to compute spectrograms for visualizing and quantifying electroencephalographic (EEG) data. This paper describes a Windows-based, open source code for creating EEG multitaper spectrograms. The compiled program is accessible to Windows users without software licensing. For Macintosh users, the program is limited to those with a MATLAB software license. The program is illustrated via EEG spectrograms that vary as a function of states of sleep and wakefulness, and opiate-induced alterations in those states. The EEGs of C57BL/6J mice were wirelessly recorded for 4 h after intraperitoneal injection of saline (vehicle control) and antinociceptive doses of morphine, buprenorphine, and fentanyl. Spectrograms showed that buprenorphine and morphine caused similar changes in EEG power at 1&#8722;3 Hz and 8&#8722;9 Hz. Spectrograms after administration of fentanyl revealed maximal average power bands at 3 Hz and 7 Hz. The spectrograms unmasked differential opiate effects on EEG frequency and power. These computer-based methods are generalizable across drug classes and can be readily modified to quantify and display a wide range of rhythmic biological signals.

This protocol provides an open source, compiled MATLAB program that generates multitaper spectrograms for electroencephalographic data.

脳波データのためのコンピュータベースのマルチテーパースペクトログラムプログラム

Current web resources provide limited, user friendly tools to compute spectrograms for visualizing and quantifying electroencephalographic (EEG) data. ...

Social Isolation Model: A Noninvasive Rodent Model of Stress and Anxiety

Anxiety disorders are one of the leading causes of disability in the United States (US). Current treatments are not always effective and less than 50% of patients achieve full remission. A critical step in developing a novel anxiolytic is to develop and utilize an animal model, such as mice, to study pathological changes and test drug target(s), efficacy, and safety. Current approaches include genetic manipulation, chronic administration of anxiety-inducing molecules, or the administration of environmental stress. These methods, however, may not realistically reflect anxiety induced throughout daily life. This protocol describes a novel anxiety model, which mimics the intentional or unintentional patterns of social isolation in modern life. The social isolation-induced anxiety model minimizes perceived distractions and invasiveness and utilizes wild type C57BL/6 mice. In this protocol, 6- to 8-week-old mice (male and female) are singly housed in opaque cages to visually block the external environment, such as neighboring mice, for 4 weeks. No environmental enrichments (such as toys) are provided, bedding material is reduced by 50%, any treatment of drug is administered as an agar form, and the exposure/handling of the mice is minimized. Socially isolated mice generated using this protocol exhibit greater anxiety-like behavior, aggression,&#160;as well as decreased cognition.

Presented here is a social isolation (SI)-induced anxiety mouse model that utilizes wild type C56BL/6J mice to induce stress and anxiety-like behavior with minimal handling and no invasive procedures. This model reflects modern life patterns of social isolation and is ideal for studying anxiety and related disorders.

社会的孤立モデル:ストレスと不安の非侵襲的げっ歯類モデル

Anxiety disorders are one of the leading causes of disability in the United States (US). Current treatments are not always effective and less than 50% of ...

An Open-Source Virtual Reality System for the Measurement of Spatial Learning in Head-Restrained Mice

Head-restrained behavioral experiments in mice allow neuroscientists to observe neural circuit activity with high-resolution electrophysiological and optical imaging tools while delivering precise sensory stimuli to a behaving animal. Recently, human and rodent studies using virtual reality (VR) environments have shown VR to be an important tool for uncovering the neural mechanisms underlying spatial learning in the hippocampus and cortex, due to the extremely precise control over parameters such as spatial and contextual cues. Setting up virtual environments for rodent spatial behaviors can, however, be costly and require an extensive background in engineering and computer programming. Here, we present a simple yet powerful system based upon inexpensive, modular, open-source hardware and software that enables researchers to study spatial learning in head-restrained mice using a VR environment. This system uses coupled microcontrollers to measure locomotion and deliver behavioral stimuli while head-restrained mice run on a wheel in concert with a virtual linear track environment rendered by a graphical software package running on a single-board computer. The emphasis on distributed processing allows researchers to design flexible, modular systems to elicit and measure complex spatial behaviors in mice in order to determine the connection between neural circuit activity and spatial learning in the mammalian brain.

Here, we present a simplified open-source hardware and software setup for investigating mouse spatial learning using virtual reality (VR). This system displays a virtual linear track to a head-restrained mouse running on a wheel by utilizing a network of microcontrollers and a single-board computer running an easy-to-use Python graphical software package.

頭部拘束マウスの空間学習計測のためのオープンソースバーチャルリアリティシステム

Head-restrained behavioral experiments in mice allow neuroscientists to observe neural circuit activity with high-resolution electrophysiological and ...

Open-Source Real-Time Closed-Loop Electrical Threshold Tracking for Translational Pain Research

Nociceptors are a class of primary afferent neurons that signal potentially harmful noxious stimuli. An increase in nociceptor excitability occurs in acute and chronic pain conditions. This produces abnormal ongoing activity or reduced activation thresholds to noxious stimuli. Identifying the cause of this increased excitability is required for the development and validation of mechanism-based treatments. Single-neuron electrical threshold tracking can quantify nociceptor excitability. Therefore, we have developed an application to allow such measurements and demonstrate its use in humans and rodents. APTrack provides real-time data visualization and action potential identification using a temporal raster plot. Algorithms detect action potentials by threshold crossing and monitor their latency after electrical stimulation. The plugin then modulates the electrical stimulation amplitude using an up-down method to estimate the electrical threshold of the nociceptors. The software was built upon the Open Ephys system (V0.54) and coded in C++ using the JUCE framework. It runs on Windows, Linux, and Mac operating systems. The open-source code is available (<a data-saferedirecturl="https://www.google.com/url?q=https://github.com/Microneurography/APTrack&amp;source=gmail&amp;ust=1680789829274000&amp;usg=AOvVaw0nMk9J_EI2jUn8SlmC5JJm" href="https://github.com/Microneurography/APTrack" target="_blank">https://github.com/Microneurography/APTrack</a>). The electrophysiological recordings were taken from nociceptors in both a mouse skin-nerve preparation using the teased fiber method in the saphenous nerve and in healthy human volunteers using microneurography in the superficial peroneal nerve. Nociceptors were classified by their response to thermal and mechanical stimuli, as well as by monitoring the activity-dependent slowing of the conduction velocity. The software facilitated the experiment by simplifying the action potential identification through the temporal raster plot. We demonstrate real-time closed-loop electrical threshold tracking of single-neuron action potentials during&#160;in vivo&#160;human microneurography, for the first time, and during&#160;ex vivo&#160;mouse electrophysiological recordings of C-fibers and A&#948;-fibers. We establish proof of principle by showing that the electrical threshold of a human heat-sensitive C-fiber nociceptor is reduced by heating the receptive field. This plugin enables the electrical threshold tracking of single-neuron action potentials and allows the quantification of changes in nociceptor excitability.

APTrack is a software plugin developed for the Open Ephys platform that enables real-time data visualization and the closed-loop electrical threshold tracking of neuronal action potentials. We have successfully used this in microneurography for human C-fiber nociceptors and mouse C-fiber and A&#948;-fiber nociceptors.

トランスレーショナルペイン研究のためのオープンソースのリアルタイム閉ループ電気閾値追跡

Nociceptors are a class of primary afferent neurons that signal potentially harmful noxious stimuli. An increase in nociceptor excitability occurs in ...