Poliimid-temelli Mikroelektrod kullanarak Serbestçe Hareketli Fare Yüksek yoğunluklu EEG Kayıtlar

Özet

Bu makalede, cerrahi prosedürü tarif ve ultra-ince bir fare modelinde yüksek yoğunluklu Ensefalografi (EEG) elde etmek için fare kafatası poliimid tabanlı mikroelektrot dizi (PBM dizi) implantasyonu için ipuçları ele.

Özet

Elektroensefalografi (EEG), büyük ölçekli bir düzeyde nöronal nüfus ortalama elektriksel aktivite gösterir. Bu yaygın bilişsel sinirbilim noninvaziv bir beyin izleme aracı yanı sıra, nöroloji, epilepsi ve uyku bozuklukları için bir tanı aracı olarak kullanılmaktadır. Ancak, EEG ritim nesil kisvesi altında yatan mekanizma halen devam etmektedir. Son zamanlarda piyasaya ¹ EEG yüksek çözünürlüklü fare poliimid tabanlı mikroelektrot (PBM-dizi) fare modeli kompleks EEG oluşturma süreci analizi için içerdiğini, zengin bir genetik kaynak dayalı EEG sinyalleri nörofizyolojik soruları yanıtlamak için çalışmaların biridir. Bu uygulama fare kafatası nanofabricated PBM dizi büyük ölçekli transgenik farelerin beyin aktivitesini toplamak için etkili bir araçtır ve davranışı ile bağlantılı olarak bazı EEG ritimleri sinirsel ilgisi tanımlamak için uygundur. Ancak ultra-ince kalınlığı ve çatallı yapı PBM dizi işleme ve implantasyon bir sorun neden olabilir. Sunulan video, PBM dizinin bir fare kafatası implantasyonu için hazırlık ve cerrahi basamakları adım adım açıklanmıştır. Kullanma ve cerrahi implantasyon araştırmacılar başarılı olmalarına yardımcı olmak için ipuçları da verilmektedir.

Protokol

1. Özet

C57BL/6J - 129S4/SvJae hibrid fareler (12 ~ 15 hafta), ketamin (120 mg / kg ip) ve xylazine (6 mg / kg, ip) kokteyl ile anestezi. Kuyruk veya parmak pinching cerrahi anestezi derinliğine incelemek için önce gelir. Fare stereotaksik aparat (David Kopf Aletleri, Model 902, Calif, ABD) ile sabittir. Kafa derisinde ağrı azalması için lidokain tedavi altında kafatası açığa çıkarmak için yaklaşık 25 mm orta hat üzerinde kazıma. Enkaz üzerinde herhangi bir kafatası kafatası elektrot bağlılığı artırmak için tuzlu su batırılmış pamuk ipuçları ile silinmelidir. Bregma ve lambda noktası işaretlenir ve aynı yatay düzlemde ayarlanır. Poliimid mikroelektrot dizi (PBM dizi) dikey orta hat kafatası orta hat uygun olduğunu konumlandırılmış. Bregma noktası PBM dizinin ön ^5. tabakasının ortasında yer almalıdır. İki ya da üç microscrews diş çimento ile elektrot pozisyonu güvenli hale getirmek için kafatasının kenarında boş alan kullanılır. PBM dizi konnektör yaslanır için, başın ortasında bir payanda pozisyonu ve diş çimento ile örtün. Kür sonra, kazıma cilt sütüre ve kurtarma için en az 5 gün verilir. Kurtarma sırasında, farelerin yiyecek ve su ücretsiz erişim ile bireysel kafeslere yerleştirilmiştir. İyileştikten sonra EEG kayıt yapılır. Kore Lab Hayvan Bakım Yönetmeliği ve ilişkili kurallar Act of 1992 Kurumsal Hayvan Bakım ve Kullanım Kurulu kurallarına uygun olarak hayvan bakımı, cerrahi, ve kayıt işlemleri. Choi tarafından açıklandığı gibi bu yazının PBM diziler uyduruldu. et. al ¹ video aynı PBM-dizi kullanmak için yazarlar irtibata geçiniz.

2. Prosedür

1. Steril cerrahi aletler ve stereotaksik aparat hazırlayın.
2. Anestezi (örneğin, 120 ve 60 bir doz ketamin / xylazine mg / kg ip, repectively) ile fare anestezisi. Kuyruk veya parmak pinching cerrahi anestezi derinliğine incelemek için önce gelir.
3. Fare fare kulak kanalı içine kulak çubukları yerleştirerek ve bir yere sıkma stereotaksik aparat üzerine monte edin. Gözler cerrahi ışık kuruyor gözlerini tutmak için biyouyumlu jöle (örneğin, vazelin) ile kaplı olabilir. % 70 etanol ile farenin kafasını nemlendirici sonra kapalı kürk, başını tıraş.
4. Bir kafa derisi yaklaşık 25 mm kafa İnsizyon. % 2 oranında bir miktar uygulamak için tavsiye edilir, kafa derisi altında hidroklorür lidokain. Kesi geniş açık tutmak için mikro kelepçeli cilt (Güzel Bilim Araçları (USA), Inc., 18.052-03, Calif, ABD) Pinch.
5. Tuzlu-ıslatılmış pamuklu kafatası PBM dizi bağlılığı geliştirmek, kafatası üzerinde herhangi bir kalan doku artıkları silin. Membran kalıntısı kaldırmak için peroksit kullanımı da etkilidir.
6. Kafatası bregma ve lambda noktaları bulun ve yağ bazlı bir marker kalem ile işaretleyin. Şekil 1'de gösterildiği gibi kafatasının dikey orta hat orta hat uygun olduğunu PBM-dizi yerleştirin. Musluk suyu bir damla, PBM-dizi ön ⁵ inci tabakasının ortasında bregma yerleştirin . Çubukla dikkatlice iyi uyum için lateral medial film elektrot. Kafatası film elektrot sopa sıkı yardımcı olmak amacıyla, film elektrot, kafatasının tamamen kuru olmalıdır. Bu film elektrot van der Waals kuvveti kafatası sabit kalır. Elektrot yeniden konumlandırma, musluk suyu başka bir damla yırtılmış olan elektrot önlemek için gerekli.
   
   Şekil 1 (Sol) fare kafatası PBM dizi. PBM dizi posterio-arka eksen bregma (BP) ve lambda (LP) arasındaki çizgi eşleşir. (Sağ) fare beyin yüzeyinde varsayılan elektrot pozisyonları. Fare anatomisi stereotaksik ölçümüne göre işaretlenmiştir Brookhaven Ulusal laboratuarı ve elektrot yerlerde üretilen bir yetişkin C57BL/6J fare beyin 3-D MR dijital atlası veritabanı segmentlere ayrılırlar. Zemin (G) ve referans (Referans) elektrotlar doğru şekilde işaretlenmiştir.
7. Kafatası açık alanda en az üç pozisyonda işaretleyin ve sonra destekleyici microscrews konumlandırma için bir diş matkap kullanarak bu yerlerde delikler. Bu microscrews direk bir rol var ve kafatası diş çimento mekanik destek. Ekstra dikkatli sondaj sırasında ihtiyaç vardır. Fare kafatası ince katmanlardan oluşur, kanama, sondaj sırasında kolayca oluşabilir. Kanama olduğunda, sondaj durdurmak ve deliğe hemostatik toz az miktarda uygulayın.
8. PBM-dizi, demir vida, ve geri kalanı kafatasının kapsayacak şekilde diş akrilik çimento (Hollanda, Self-Kür Vertex Diş, Vertex) uygulayın. Yapışkan ve yapışkan c diş çimento hazırlayınondition.
9. Güçlü bir yapıştırıcı kullanarak (örneğin, Loctite Henkel, Loctite Corp, Dublin, İrlanda) başının ortasında bir payanda olarak sert bir sopa yerleştirin. Bağlayıcı uçağın arkasındaki çift taraflı bant yapıştırın. Payanda ucu ile bağlanmak için PBM dizi bağlantı konumunu işleyin. Kafatası ve konektör arasındaki dikey mesafe 5 mm daha fazla olmalıdır. Çubuk bağlayıcı düzlem ve daha iyi tutunma için güçlü bir yapıştırıcı kullanarak sopa ucu.
10. Diş çimento tamamen iyileşti olduğundan emin olun. Sonra kafatası üzerinde diş akrilik çimento ve bağlayıcı uçağın arka kafatası konnektör güvence altına almak için de geçerlidir.
11. Mikro kelepçeleri çıkarın. Sütür steril dikiş fiber ile cilt kazınmış. Cihazdan da fareyi çıkarın. Maruz kalan kafatası korumak için fazladan diş akrilik çimento geçerli olabilir. Çimento ve cilt sütüre etrafında bir antibiyotik (fucidin merhem, Dong Wha Eczacılık, Güney Kore) uygulayın.
12. Orijinal vücut ağırlığının (yaklaşık 5 ila 7 gün) iyileşene kadar steril bir kafes içinde fare yerleştirin. Bu herhangi bir kafes arkadaşları tanıtmak için tavsiye edilir.
13. Kurtarma sonra, kendi kafes içinde bir çok kanallı EEG bir amplifikatör sistemi ^(Synamps 2, North Carolina, ABD) amplifikatör hafif baskılı devre kartı (PCB) konektörü fare bağlayın . Bu karışık almaz böylece bağlantı hatları dikkatle tedavi edilmelidir.
14. Alışma 1 saat sonra, EEG kayıt gerçekleştirin. 4.4 Tarama. (Kuzey Carolina, ABD) kazanım yazılım bu deneyde kullanıldı. EEG fare tipik bir kez izleme seti Şekil 2'de gösterilmiştir. Bu fare davranış ilgili video oturum açmak için tavsiye edilir.
15. Elde edilen sinyal topografik beyin haritası üretmek için MATLAB (MathWorks, Natick, MA, ABD) tarafından analiz edilebilir. Fare beyin EEG güç haritanın örnek topografyalarının Şekil 3'te gösterilmiştir.

3. Temsilcisi Sonuçlar

Yukarıdaki cerrahi prosedürleri doğru bir şekilde yapılmaktadır, 40 kanal fare EEG kayıt kötü kanal olmadan başarılı bir şekilde yapılabilir. Aşağıdaki rakamlar temsilcisi ham EEG izleri ve topoğrafik haritalar gösteriyor.

Şekil 2, γ-butirolakton (GBL, 50mg/kg 'dan, ip) enjeksiyonu ile indüklenen EEG yaşıyor yokluğunda nöbet örnek bir iz . Kırmızı çubuk yokluğunda nöbet sırasında diken-dalga ve deşarj (SWDs) gösterir. Yatay ve dikey eksen, zaman ve voltaj göstermektedir. Şekil tanımlanan kanal montaj izler. 1 (sağda).

Şekil 3 topografik haritalar 2-6 Hz güç dağılım göstermektedir. Colorbar değer güç harita renk skalası temsil eder. GBL enjeksiyon (Temel) önce güç ile karşılaştırıldığında önemli ölçüde γ-butirolakton (GBL, 50mg/kg 'dan, ip), büyük frontoparyetal kortikal bölgelerde güç tarafından uyarılan diken-dalga ve deşarj (SWDs) sırasında artar.

Tartışmalar

Burada özgürce fareler hareket eden yüksek yoğunluklu EEG elde etmek için cerrahi ve kayıt işlemleri raporu. Bu yöntem bize spontan ritmik ^1,2 veya olaya ilişkin beyin aktivitelerini moleküler mekanizmaları çalışma fonksiyonel beyin haritaları elde etmek için fare modeli sağlar.

PBM-dizideki tüm kanalları satın alınması, çok zor ancak her kanal için güvenli bir iletişim, tüm beyin haritalama elde etmek için gerekli bir koşuldur. Kafatası kanal tutarlı temas korumak için, aşağıdaki yordamları önemli olduğu bulunmuştur. Her şeyden önce, kafatası üzerinde herhangi bir doku enkaz dışında kafatası elektrot ayarlayabilirsiniz. Bu nedenle steril pamuklu çubukla bütün doku enkaz kaldırmak ve kafatası yüzeyi kurur çok önemlidir. İkincisi, kafatası yüzeyi sopa PBM dizi yetenek van der Waals güçtür. Musluk suyu bir damla su tabakası oluşturmak için kafatasının bir kafatası PBM dizi uygulamak önce uygulanması tavsiye edilir. Üçüncü olarak, diş çimento sağ viskozitesi çok önemlidir. Çok akıntısı ise, PBM-dizi altında bir yalıtım tabakası oluşturmak. Çok yoğun ise, diş çimento kolayca kendi ağırlığı nedeniyle kafatası paramparça olacaktır. Son olarak, en az üç destekleyen microscrews kafatası sıkıca bağlı diş çimento yapmak için kafatası implante olmalıdır. Destekleyen microscrews diş çimento tutun ve uzun vadeli bir çalışma için gerekli olan headstage, güvenli.

PBM dizi uygulama kronik çalışmada, büyüklüğü ve ağırlığı nedeniyle yetişkin farelerin ile sınırlı olacaktır. Tecrübelerimize dayanarak, 25 gram daha ağır fareler kullanımı için yeterli. Başka uygulamalar olarak, PBM-dizi şubeleri arasındaki boş uzayda, bir kayıt veya stimülasyon amacı için ikincil elektrotlar tanıtmak.

Malzemeler

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