Name: brain mapping using a graphene electrode array
Uploaded: 2023-10-20T14:45:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Brain Mapping Using a Graphene Electrode Array at JoVE.com

Dette arbejde blev støttet af Incheon National University (International Cooperative) for Sunggu Yang.

Alle dyrehåndteringsprocedurer blev godkendt af Institutional Animal Care and Use Committee ved Incheon National University (INU-ANIM-2017-08).
1. Dyreforberedelse til operation
BEMÆRK: Brug Sprague Dawley Rat (8-10 uger gammel) uden kønsbias til dette eksperiment.
<ol><li>Bedøv rotten med 90 mg/kg ketamin og 10 mg/kg xylazincocktail intraperitonealt. For at opretholde den ønskede dybde af anæstesi under hele operationen skal du give en supp...

<ol>
	<li>Leergaard, T. B., 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=Rat+somatosensory+cerebropontocerebellar+pathways:+spatial+relationships+of+the+somatotopic+map+of+the+primary+somatosensory+cortex+are+preserved+in+a+three-dimensional+clustered+pontine+map.">Rat somatosensory cerebropontocerebellar pathways: spatial relationships of the somatotopic map of the primary somatosensory cortex are preserved in a three-dimensional clustered pontine map.</a> Journal of Comparative Neurology. 422 (2), 246-266 (2000).</li><li>Craner, S. L., Ray, R. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Somatosensory+cortex+of+the+neonatal+pig:+I.+Topographic+organization+of+the+primary+somatosensory+cortex+(SI).">Somatosensory cortex of the neonatal pig: I. Topographic organization of the primary somatosensory cortex (SI).</a> Journal of Comparative Neurology. 306 (1), 24-38 (1991).</li><li>Benison, A. M., Rector, D. M., Barth, D. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hemispheric+mapping+of+secondary+somatosensory+cortex+in+the+rat.">Hemispheric mapping of secondary somatosensory cortex in the rat.</a> Journal of Neurophysiology. 97 (1), 200-207 (2007).</li><li>Lee, M., 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=Graphene-electrode+array+for+brain+map+remodeling+of+the+cortical+surface.">Graphene-electrode array for brain map remodeling of the cortical surface.</a> NPG Asia Materials. 13 (1), (2021).</li><li>Yang, S. C., Weiner, B. D., Zhang, L. S., Cho, S. J., Bao, S. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Homeostatic+plasticity+drives+tinnitus+perception+in+an+animal+model.">Homeostatic plasticity drives tinnitus perception in an animal model.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 108 (36), 14974-14979 (2011).</li><li>Yang, S., Zhang, L. S., Gibboni, R., Weiner, B., Bao, S. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impaired+development+and+competitive+refinement+of+the+cortical+frequency+map+in+tumor+necrosis+factor-alpha-deficient+mice.">Impaired development and competitive refinement of the cortical frequency map in tumor necrosis factor-alpha-deficient mice.</a> Cerebral Cortex. 24 (7), 1956-1965 (2014).</li><li>Miyakawa, A., 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=Tinnitus+correlates+with+downregulation+of+cortical+glutamate+decarboxylase+65+expression+but+not+auditory+cortical+map+reorganization.">Tinnitus correlates with downregulation of cortical glutamate decarboxylase 65 expression but not auditory cortical map reorganization.</a> Journal of Neuroscience. 39 (50), 9989-10001 (2019).</li><li>Yang, S., Su, W., Bao, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Long-term,+but+not+transient,+threshold+shifts+alter+the+morphology+and+increase+the+excitability+of+cortical+pyramidal+neurons.">Long-term, but not transient, threshold shifts alter the morphology and increase the excitability of cortical pyramidal neurons.</a> Journal of Neurophysiology. 108 (6), 1567-1574 (2012).</li><li>Beniczky, S., Schomer, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electroencephalography:+basic+biophysical+and+technological+aspects+important+for+clinical+applications.">Electroencephalography: basic biophysical and technological aspects important for clinical applications.</a> Epileptic Disorders. 22 (6), 697-715 (2020).</li><li>Kim, S. G., Richter, W., U&#287;urbil, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Limitations+of+temporal+resolution+in+functional+MRI.">Limitations of temporal resolution in functional MRI.</a> Magnetic Resonance Medicine. 37 (4), 631-636 (1997).</li><li>Cho, Z. H., 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+fusion+PET-MRI+system+with+a+high-resolution+research+tomograph-PET+and+ultra-high+field+7.0+T-MRI+for+the+molecular-genetic+imaging+of+the+brain.">A fusion PET-MRI system with a high-resolution research tomograph-PET and ultra-high field 7.0 T-MRI for the molecular-genetic imaging of the brain.</a> Proteomics. 8 (6), 1302-1323 (2008).</li><li>Viventi, J., 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=Flexible,+foldable,+actively+multiplexed,+high-density+electrode+array+for+mapping+brain+activity+in+vivo.">Flexible, foldable, actively multiplexed, high-density electrode array for mapping brain activity in vivo.</a> Nature Neuroscience. 14 (12), 1599-1605 (2011).</li><li>Masvidal-Codina, E., 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=High-resolution+mapping+of+infraslow+cortical+brain+activity+enabled+by+graphene+microtransistors.">High-resolution mapping of infraslow cortical brain activity enabled by graphene microtransistors.</a> Nature Materials. 18 (3), 280-288 (2019).</li><li>Blaschke, B. M., 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=Mapping+brain+activity+with+flexible+graphene+micro-transistors.">Mapping brain activity with flexible graphene micro-transistors.</a> 2D Materials. 4 (2), 025040 (2017).</li><li>Park, S. W., 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=Epidural+electrotherapy+for+epilepsy.">Epidural electrotherapy for epilepsy.</a> Small. 14 (30), 1801732 (2018).</li><li>Lim, J., 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=Hybrid+graphene+electrode+for+the+diagnosis+and+treatment+of+epilepsy+in+free-moving+animal+models.">Hybrid graphene electrode for the diagnosis and treatment of epilepsy in free-moving animal models.</a> NPG Asia Materials. 15 (1), 7 (2023).</li><li>Hermanns, H., 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=Molecular+mechanisms+of+action+of+systemic+lidocaine+in+acute+and+chronic+pain:+a+narrative+review.">Molecular mechanisms of action of systemic lidocaine in acute and chronic pain: a narrative review.</a> British Journal of Anaesthesia. 123 (3), 335-349 (2019).</li><li>Tchoe, Y., 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=Human+brain+mapping+with+multithousand-channel+PtNRGrids+resolves+spatiotemporal+dynamics.">Human brain mapping with multithousand-channel PtNRGrids resolves spatiotemporal dynamics.</a> Science Translational Medicine. 14 (628), (2022).</li><li>Wilent, W. B., Contreras, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamics+of+excitation+and+inhibition+underlying+stimulus+selectivity+in+rat+somatosensory+cortex.">Dynamics of excitation and inhibition underlying stimulus selectivity in rat somatosensory cortex.</a> Nature Neuroscience. 8 (10), 1364-1370 (2005).</li><li>Insanally, M. N., K&#246;ver, H., Kim, H., Bao, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Feature-dependent+sensitive+periods+in+the+development+of+complex+sound+representation.">Feature-dependent sensitive periods in the development of complex sound representation.</a> Journal of Neuroscience. 29 (17), 5456-5462 (2009).</li></ol>

Den præsenterede protokol giver en dybdegående, trinvis proces, der forklarer, hvordan man får adgang til og kortlægger rotters somatosensoriske reaktioner ved hjælp af et grafenelektrodearray. De protokolerhvervede data er SEP'er, der giver somatosensorisk information, der er synaptisk knyttet til hver kropsdel.
Flere aspekter af denne protokol bør overvejes. Ved ekstraktion af cerebrospinalvæske for at forhindre hjerneødem og afbøde betændelse er det afgørende for eksperimentatore...

Et kortikalt kort er et sæt lokale pletter, der repræsenterer responsegenskaber til sensorimotoriske stimuli i hjernebarken. De er en rumlig dannelse af neurale netværk og muliggør forudsigelse for opfattelse og kognition. Derfor er kortikale kort nyttige til evaluering af neurale reaktioner på eksterne stimuli og behandling af sensorimotorisk information 1,2,3,4. Invasive og ikke-invasive metoder er tilgængelige til kortikal kortlægning. En af de mest almindelige invasive metoder involverer brugen af intrakortikale (eller gennemtrængende) elektroder til kortlægning af 5,6,7,8.
Vurdering af on-demand kortikale kort med høj opløsning ved hjælp af gennemtrængende elektroder har stået over for flere forhindringer. Metoden er for besværlig til at opnå et anstændigt kort og for invasiv til at implementere til klinisk brug, hvilket forbyder yderligere udvikling. Nyere teknologier som elektroencefalografi (EEG), positronemissionstomografi (PET), magnetoencefalografi (MEG) og funktionel magnetisk resonansbilleddannelse (fMRI) har vundet popularitet, fordi disse er mindre invasive og reproducerbare. Men i betragtning af deres uoverkommelige omkostninger og dårlige opløsning anvendes de i et begrænset antal tilfælde 9,10,11. For nylig har fleksible overfladeelektroder med overlegen signalpålidelighed tiltrukket stor opmærksomhed. Grafenbaserede overfladeelektroder demonstrerer langsigtet biokompatibilitet og mekanisk fleksibilitet, hvilket giver stabile optagelser i en indviklet hjerne 12,13,14,15,16. Vores gruppe har for nylig udviklet et grafenbaseret multikanalsystem til optagelse i høj opløsning og stedspecifik neurostimulering på den kortikale overflade. Denne teknologi giver os mulighed for at holde styr på de kortikale repræsentationer af sensorisk information i en længere periode.
Denne artikel beskriver de trin, der er involveret i at erhverve et hjernekort over den somatosensoriske cortex ved hjælp af et 30-kanals grafenmultielektrodearray. For at måle hjerneaktivitet placeres et grafenelektrodearray på cortexens subdurale område, mens forpoten, forbenet, bagpoten, bagbenet, bagagerummet og whiskers stimuleres med en træpind. De somatosensoriske fremkaldte potentialer (SEP'er) registreres for somatosensoriske områder. Denne protokol kan også anvendes på andre hjerneområder, såsom den auditive, visuelle og motoriske cortex.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>1mL syringe</td>
			<td>KOREAVACCINE CORPORATION</td>
			<td></td>
			<td>injecting the drug for anesthesia&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3mL syringe</td>
			<td>KOREAVACCINE CORPORATION</td>
			<td></td>
			<td>injecting the drug for anesthesia&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bone rongeur</td>
			<td>Fine Science Tools</td>
			<td>16220-14</td>
			<td>remove the skull</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>connector</td>
			<td>Gbrain</td>
			<td></td>
			<td>Connect graphene electrode to headstage</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>drill</td>
			<td>FALCON tool</td>
			<td></td>
			<td>grind the skull</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>drill bits</td>
			<td>Osstem implant</td>
			<td></td>
			<td>grind the skull</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Graefe iris forceps slightly curved serrated</td>
			<td>vubu</td>
			<td>vudu-02-73010</td>
			<td>remove the tissue from the skull or hold wiper</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>graphene multielectrode array</td>
			<td>Gbrain</td>
			<td></td>
			<td>records signals from neuron</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>isoflurane</td>
			<td>Hana Pharm Corporation</td>
			<td></td>
			<td>sacrifce the subject</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ketamine</td>
			<td>yuhan corporation</td>
			<td></td>
			<td>used for anesthesia</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>lidocaine(2%)</td>
			<td>Daihan pharmaceutical&#160;</td>
			<td></td>
			<td>local anesthetic</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Matlab R2021b</td>
			<td>Mathworks</td>
			<td></td>
			<td>Data analysis Software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>mosquito hemostats</td>
			<td>Fine Science Tools</td>
			<td>91309-12</td>
			<td>fasten the scalp</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ointment</td>
			<td>Alcon</td>
			<td></td>
			<td>prevent eye from drying out&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>povidone</td>
			<td>Green Pharmaceutical corporation</td>
			<td></td>
			<td>disinfect the incision area</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>RHS 32ch Stim/Record headstage</td>
			<td>intan technologies</td>
			<td>M4032</td>
			<td>connect connector to interface cable and contain intan RHS stim/amplifier chip</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>RHS 6-ft (1.8m) Stim SPI interface cable</td>
			<td>intan technologies</td>
			<td>M3206</td>
			<td>connect graphene electrode to headstage</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>RHS Stim/Recording controller software</td>
			<td>intan technologies</td>
			<td></td>
			<td>Data Acquisition Software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>RHS stimulation/ Recording controller</td>
			<td>intan technologies</td>
			<td>M4200</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>saline</td>
			<td>JW Pharmaceutical</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>scalpel</td>
			<td>Hammacher</td>
			<td>HSB 805-03</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>stereotaxic instrument</td>
			<td>stoelting</td>
			<td></td>
			<td>fasten the subject</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>sterile Hypodermic Needle</td>
			<td>KOREAVACCINE CORPORATION</td>
			<td></td>
			<td>remove the dura mater</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Steven Iris Tissue Forceps</td>
			<td>KASCO</td>
			<td>50-2026</td>
			<td>remove the dura mater</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>surgical blade no.11</td>
			<td>FEATHER</td>
			<td></td>
			<td>inscise the scalp</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>surgical sicssors</td>
			<td>Fine Science Tools</td>
			<td>14090-09</td>
			<td>inscise the scalp and remove the dura mater</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>wooden stick</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>whisker stimulation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>xylazine</td>
			<td>Bayer Korea</td>
			<td></td>
			<td>used for anesthesia</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

brain mapping using a graphene electrode array

Kortikale kort repræsenterer den rumlige organisering af placeringsafhængige neurale reaktioner på sensorimotoriske stimuli i hjernebarken, hvilket muliggør forudsigelse af fysiologisk relevant adfærd. Forskellige metoder, såsom penetrerende elektroder, elektroencefalografi, positronemissionstomografi, magnetoencefalografi og funktionel magnetisk resonansbilleddannelse, er blevet brugt til at opnå kortikale kort. Disse metoder er imidlertid begrænset af dårlig rumlig tidsmæssig opløsning, lavt signal-støj-forhold (SNR), høje omkostninger og ikke-biokompatibilitet eller forårsager fysisk skade på hjernen. Denne undersøgelse foreslår en grafenarray-baseret somatosensorisk kortlægningsmetode som et træk ved elektrokortikografi, der tilbyder overlegen biokompatibilitet, høj rumlig tidsmæssig opløsning, ønskelig SNR og minimeret vævsskade, der overvinder ulemperne ved tidligere metoder. Denne undersøgelse viste gennemførligheden af et grafenelektrodearray til somatosensorisk kortlægning i rotter. Den præsenterede protokol kan anvendes ikke kun på den somatosensoriske cortex, men også på andre cortices såsom den auditive, visuelle og motoriske cortex, hvilket giver avanceret teknologi til klinisk implementering.

Denne protokol beskriver, hvordan et grafen multikanals array er monteret på hjernens overflade. Det somatosensoriske kort blev konstrueret ved at erhverve neurale reaktioner på fysiske stimuli og beregne amplituden af responsen. Figur 1 viser skemaet for dette eksperiment.
Figur 2A viser de strukturelle egenskaber ved et grafenelektrodearray. Der er gennemgående huller i substratet mellem elektroderne. Disse huller hjælper elektr...

Watch this Scientific Journal Video about Brain Mapping Using a Graphene Electrode Array at JoVE.com

Brain Mapping Using a Graphene Electrode Array

Vi præsenterer en grafenarray-baseret hjernekortlægningsprocedure for at reducere invasiviteten og forbedre den rumlige tidsmæssige opløsning. Graphene array-baserede overfladeelektroder udviser langsigtet biokompatibilitet, mekanisk fleksibilitet og egnethed til hjernekortlægning i en indviklet hjerne. Denne protokol giver mulighed for at konstruere flere former for sensoriske kort samtidigt og sekventielt.

Hjernekortlægning ved hjælp af et grafenelektrodearray

Cortical maps represent the spatial organization of location-dependent neural responses to sensorimotor stimuli in the cerebral cortex, enabling the ...

Det kortikale kort er et sæt lokale pletter, der repræsenterer responsegenskaber til sensoriske motoriske stimuli i hjernebarken. Det kan opdage den rumlige dannelse af neurale netværk, som kan tilbyde en forudsigelse for opfattelse og kognition. Derfor bruges kortikale kort til at studere neurale reaktioner fra eksterne stimuli og behandling af sensorisk motorisk information At skabe kortikale kort er invasive og ikke-invasive metoder.Brug af intrakortikale elektroder er en af de mest almindelige invasive metoder, der anvendes til kortlægning af hjernebarken. Da det kan skade hjernen for høj opløsning, forhindrer det yderligere målinger i at blive foretaget. Alternative hjernekortlægningsværktøjer som EEG, PET, MEG, fMRI er ikke-invasive metoder, der giver mulighed for kortlægning af hele hjernen og gentagen prøveudtagning.Imidlertid er flere ulemper lav rumlig tidsopløsning, tidsmæssig forsinkelse, fejl på grund af uspecificerede modulatoriske input og uoverkommelige omkostninger. Optiske teknikker såsom calciumbilleddannelse og optogenetisk fMRI giver hjernekortlægning i stor skala, men er ikke klinisk gavnlige på grund af indikatortoksicitet og lav rumlig tidsopløsning. Grafenelektrodearrayet udviser langsigtet biokompatibilitet og mekanisk fleksibilitet, som giver stabile optagelser af den indviklede hjerne.For nylig har vores gruppe udviklet et grafenelektrodearray, der giver optagelser i høj opløsning til neurale signaler på den kortikale overflade. Denne protokol bruger et grafenelektrodearray til at registrere SEP'erne fra en SD-rottes forpote, forben, bagpote, bagben, bagagerum og whisker for at skabe et kortikalt kort. Administrer en intraperitoneal injektion af ketamin og xylazincocktail ved hjælp af en dosis på 90 milligram pr. Kg for ketamin og 10 mg pr. Kg for xylazin.For at opretholde en ønsket dybde af anæstesi under hele operationen injiceres en 45 milligram pr. Kg ketamin og fem milligram pr. Kg xylazincocktail, hvis rotten viser tegn på opvågnen. Klem tåen for at bekræfte dybden af anæstesi. Hvis rotten ryster, skal du vente i yderligere minutter, indtil den ikke viser noget svar.Barber pelsen på rottens hoved fra mellemrummet mellem øjnene til bagsiden af ørerne ved hjælp af en trimmer. Påfør derefter en oftalmisk salve på øjnene. Brug ørestænger og stereotaksiske adaptere til at fastgøre rottens hoved på det stereotaksiske apparat.Sørg for, at rottens hoved er fastgjort korrekt. Steriliser et barberet område med povidon-gennemblødt bomuldsbytte. Skrub det barberede område med alkohol.Gentag steriliseringsprocessen tre gange. Injicer derefter 0,1 ml 2% lidokain i hovedbunden for at fremkalde lokalbedøvelse. Opretter et to til tre centimeter midterlinjesnit og trækker sideværts hovedbunden fra hinanden For at udsætte kraniet.Klem hovedbunden for at udsætte kraniet med mygtang. Start med at fjerne periosteum ved at ridse overfladen af kraniet med tang. I en lige linje mod lambdaen skal du lokalisere brystbenet magna ved at rive musklen bag occipitalbenet på den bageste kant.Brug et mikroskop til at få et tæt billede af cisterna magna. Skær cisterna magna forsigtigt. Efter at have revet cisterna magna strømmer cerebrale spinalvæsker ud.Tøm cerebral spinalvæske med den oprullede sterile gaze for at synke ned i hjernen. Marker, hvor grafenelektroden vil blive placeret baseret på de foruddefinerede stereotaksiske koordinater i henhold til bregmaens position. Den somatosensoriske cortex er placeret tre millimeter i den forreste bageste akse og seks millimeter i højre laterale retning fra bregma på højre halvkugle kraniet.Bor det område, der er markeret i henhold til den stereotaksiske koordinat. Fjern kraniet med knoglerongeuren. Stik en vatpind i en 26 garish nål.Bøj nålen til 90 grader. For at fjerne dura mater skal du oprette et hul ved hjælp af en bøjet nål. Løft dura mater opad, indsæt tang i hullet og fortsæt med at skære dura mater med en saks eller rive den med tang.Fastgør den sterile gaze våd med saltvand på den somatosensoriske cortex for at forhindre, at cortex tørrer ud. Fjern grafen-multielektrodearrayet uden at forårsage skade ved at anvende saltopløsning. Fjern den ydre beklædning af reference- og jordledningerne fra stikket.For at konfigurere grafen-multielektrodearrayet til kortlægning skal du forbinde hovedscenen med stikket. Tilslut grafenelektrodearrayet med stikket. Sæt interfacekablet i optagecontrolleren.Tilslut grafen-multielektrodearrayet og stikkomplekset til et interfacekabel. Fastgør derefter grafen-multielektrodearraykomplekset på stereotaksarmen. Placer grafenelektrodearrayet på den somatosensoriske cortex baseret på de foruddefinerede stereotaksiske koordinater.Placer referencetråden i vævet bag occipitalbenet. Tilslut derefter jordledningen til det jordede optiske bord. Åbn optagelsessoftwaren, og indstil samplingshastigheden til 30 kilohertz, og klik på OK knap.Indstil filteret med 60 hertz hak for at fjerne støj fra strømmen. Bøj knurhåret med en fin pind. Optag neurale signaler gennem dataindsamlingssystemet i den ønskede tid.Disse signaler er neurale signaler opnået gennem stimuli til whiskers. Andre kropsdele stimulerer også på samme måde at registrere SEP'er. Åbn MATLAB-koden med navnet read_Intan_RHS2000 fil.Klik på knappen Kør. Vælg optagelsesfilen, og klik på den fil, og vent derefter på, at filen læses. Indtast kommandoplottet for at oprette et 2D-linjeplot.Vælg de repræsentative topsignaler, der reagerede på stimulus, og beregn amplituderne af SEP'erne ved at måle maksimums- og minimumsværdierne. Få det topografiske kort ved at farve karakteren med den forskellige farvenuance i henhold til SEP's amplitude. Grafenelektrodearrayet er til venstre.Der er gennemgående huller i substratet mellem alle elektroder. Disse huller hjælper elektroderne med at opretholde stærk kontakt med cortex. Til højre viser billedet elektrodearrayet på cortex.Til venstre vises forholdet mellem hver placeringsafhængig neural respons forårsaget af stimuleringer til forskellige dele af rottens krop i form af en rotte. Hver kropsdel er repræsenteret med en anden farve. Dette konfigurerer et somatosensorisk cortex-kort.Til højre viser følgende figur en stimuli specifikke reaktioner opnået gennem multikanals grafenelektroder, der blev placeret på overfladen af cortex. Hver farvet boks repræsenterer de svar, som forskellige kropsdele havde på de 30 kanaler. Figuren ovenfor repræsenterer LFP'erne detekteret på overfladen af den somatosensoriske cortex ved hjælp af grafenelektrodearrayer.Farvebjælken viser, at en større amplitude er repræsenteret af en mørkere farvenuance, og hver farve repræsenterer en anden kropsdel. Figuren bøjer amplituden baseret på nuancerne i farvebjælken. Denne homunculus af gnaveren blev skabt ved hjælp af de resultater, der netop blev forklaret.Jo større amplitude en bestemt kropsdele havde, jo større ville den blive illustreret på homonculus. Figuren nedenfor repræsenterer separate data om LFP'er indsamlet fra hver kropsdel. Det repræsenterer de varierende amplituder af LFP'er, der er registreret baseret på farvebjælken.Der er flere forholdsregler for denne procedure. Når du fjerner cerebral spinalvæske, skal eksperimentatoren være forsigtig med ikke at røre hjernestammen eller rygmarven. Dette trin kræver øvelse.Gnavernes whisker er udviklet nok til at mærke en afbøjningsretning, stimulusintensitet og placering af whisker, der blev stimuleret. Derfor skal whiskers stimuleres i konstant retning og intensitet for denne protokol. Andre kropsdele bør også stimuleres konsekvent.Begrænsningen ved denne protokol er, at signaler fremkaldt i dybe hjernestrukturer ikke kan registreres, da et grafenelektrodearray er monteret på den kortikale overflade. Således kan eksperimentatoren ikke identificere, hvordan det søjleformede netværk er hierarkisk organiseret med hensyn til de neurale reaktioner. Ikke desto mindre kan denne protokol anvendes yderligere, hvis eksperimentatoren ændrer de flere områder, hvor elektrodearrayerne er placeret.For eksempel, hvis eksperimentatoren placerer elektroden på den auditive eller visuelle cortex for at udtrække auditiv og visuel information, kan de erhverve de auditive eller visuelle kort. Denne protokol kan også udvides til kronisk implantation af grafenmultielektrodearrayet.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Multi-electrode Array Recordings of Neuronal Avalanches in Organotypic Cultures

The cortex is spontaneously active, even in the absence of any particular input or motor output.  During development, this activity is important for the ...

Mapping Cortical Dynamics Using Simultaneous MEG/EEG and Anatomically-constrained Minimum-norm Estimates: an Auditory Attention Example

Kortlægning Corticale Dynamics Brug Samtidige MEG / EEG og Anatomisk-begrænset Minimum-norm skøn: en auditiv Attention Eksempel

Magneto- and electroencephalography (MEG/EEG) are neuroimaging techniques that provide a high temporal resolution particularly suitable to investigate the ...

A Computer-assisted Multi-electrode Patch-clamp System

En computer-assisteret Multi-elektrode Patch-clamp System

The patch-clamp technique is today the most  well-established method for recording electrical activity from individual  neurons or their subcellular ...

Functional Imaging of Auditory Cortex in Adult Cats using High-field fMRI

Funktionel Imaging af Auditory Cortex i voksne katte ved hjælp af High-felt fMRI

Current knowledge of sensory processing in the mammalian auditory system is mainly derived from electrophysiological studies in a variety of animal ...

Neural Activity Propagation in an Unfolded Hippocampal Preparation with a Penetrating Micro-electrode Array

Neurale aktivitet Propagation i en udfoldet Hippocampal Forberedelse med en gennemtrængende Micro-elektrode Array

This protocol describes a method for preparing a new in vitro flat hippocampus preparation combined with a micro-machined array to map neural activity in ...

Direct-current Stimulation and Multi-electrode Array Recording of Seizure-like Activity in Mice Brain Slice Preparation

Direkte aktuelle Stimulation og Multi-elektrode Array Registrering af beslaglæggelse-lignende aktivitet i mus Brain Slice Forberedelse

Cathodal transcranial direct-current stimulation (tDCS) induces suppressive effects on drug-resistant seizures. To perform effective actions, the ...

Adaptation of Microelectrode Array Technology for the Study of Anesthesia-induced Neurotoxicity in the Intact Piglet Brain

Tilpasning af mikroelektrode Array teknologi for studiet af anæstesi-induceret neurotoksicitet i hjernen, intakt Grisling

Every year, millions of children undergo anesthesia for a multitude of procedures. However, studies in both animals and humans have called into question ...

Chronic Implantation of Whole-cortical Electrocorticographic Array in the Common Marmoset

Kronisk Implantation af hele-kortikale Electrocorticographic Array i den fælles silkeabe

Electrocorticography (ECoG) allows the monitoring of electrical field potentials from the cerebral cortex with high spatiotemporal resolution. Recent ...

Translational Brain Mapping at the University of Rochester Medical Center: Preserving the Mind Through Personalized Brain Mapping

Translationel hjerne kortlægning ved University of Rochester Medical Center: bevarelse af sindet gennem personlig hjerne kortlægning

The Translational Brain Mapping Program at the University of Rochester is an interdisciplinary effort that integrates cognitive science, neurophysiology, ...

Real-Time fMRI Brain Mapping in Animals

Real-Time fMRI hjernekortlægning hos dyr

Dynamic fMRI responses vary largely according to the physiological conditions of animals either under anesthesia or in awake states. We developed a ...