Name: brain mapping using a graphene electrode array
Uploaded: 2023-10-20T14:45:00
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Este trabalho foi apoiado pela Universidade Nacional de Incheon (Cooperativa Internacional) para Sunggu Yang.

Todos os procedimentos de manejo de animais foram aprovados pelo Comitê Institucional de Cuidados e Uso de Animais da Universidade Nacional de Incheon (INU-ANIM-2017-08).
1. Preparo do animal para a cirurgia
NOTA: Use Sprague Dawley Rat (8-10 semanas de idade) sem o viés sexual para este experimento.
<ol><li>Anestesiar o rato com 90 mg/kg de cetamina e 10 mg/kg de coquetel de xilazina por via intraperitoneal. Para manter a profundidade de aneste...

<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>

O protocolo apresentado fornece um processo detalhado e passo a passo que explica como acessar e mapear as respostas somatossensoriais de ratos usando um arranjo de eletrodos de grafeno. Os dados adquiridos pelo protocolo são SEPs que fornecem informações somatossensoriais que estão sinapticamente ligadas a cada parte do corpo.
Vários aspectos desse protocolo devem ser considerados. Ao extrair o líquido cefalorraquidiano para prevenir o edema cerebral e atenuar a inflamação, é crucial...

Um mapa cortical é um conjunto de manchas locais que representam propriedades de resposta a estímulos sensório-motores no córtex cerebral. Eles são uma formação espacial de redes neurais e permitem a previsão para percepção e cognição. Portanto, mapas corticais são úteis na avaliação de respostas neurais a estímulos externos e no processamento de informações sensório-motoras1,2,3,4. Métodos invasivos e não invasivos estão disponíveis para mapeamento cortical. Um dos métodos invasivos mais comuns envolve o uso de eletrodos intracorticais (ou penetrantes) para mapeamento 5,6,7,8.
A avaliação de mapas corticais de alta resolução sob demanda usando eletrodos penetrantes tem enfrentado vários obstáculos. O método é muito trabalhoso para obter um mapa decente e muito invasivo para ser implementado para uso clínico, proibindo o desenvolvimento posterior. Tecnologias mais recentes, como eletroencefalografia (EEG), tomografia por emissão de pósitrons (PET), magnetoencefalografia (MEG) e ressonância magnética funcional (fMRI), têm ganhado popularidade por serem menos invasivas e reprodutíveis. No entanto, devido aos seus custos proibitivos e baixa resolução, são utilizados em um número limitado de casos 9,10,11. Recentemente, eletrodos de superfície flexíveis com confiabilidade de sinal superior têm atraído considerável atenção. Eletrodos de superfície à base de grafeno demonstram biocompatibilidade e flexibilidade mecânica a longo prazo, proporcionando registros estáveis em um cérebro complicado 12,13,14,15,16. Nosso grupo desenvolveu recentemente uma matriz multicanal baseada em grafeno para gravação de alta resolução e neuroestimulação sítio-específica na superfície cortical. Essa tecnologia nos permite acompanhar as representações corticais das informações sensoriais por um longo período.
Este artigo descreve as etapas envolvidas na aquisição de um mapa cerebral do córtex somatossensorial usando um arranjo multieletrodo de grafeno de 30 canais. Para medir a atividade cerebral, um arranjo de eletrodos de grafeno é colocado na área subdural do córtex, enquanto a pata ante, o membro anterior, a pata traseira, o membro posterior, o tronco e os bigodes são estimulados com uma vara de madeira. Os potenciais evocados somatossensoriais (PESs) são registrados para áreas somatossensoriais. Esse protocolo também pode ser aplicado a outras áreas cerebrais, como o córtex auditivo, visual e motor.

<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

Os mapas corticais representam a organização espacial das respostas neurais dependentes da localização a estímulos sensório-motores no córtex cerebral, permitindo a predição de comportamentos fisiologicamente relevantes. Vários métodos, como eletrodos penetrantes, eletroencefalografia, tomografia por emissão de pósitrons, magnetoencefalografia e ressonância magnética funcional, têm sido utilizados para a obtenção de mapas corticais. No entanto, esses métodos são limitados por baixa resolução espaço-temporal, baixa relação sinal-ruído (SNR), altos custos e não biocompatibilidade ou causam danos físicos ao cérebro. Este estudo propõe um método de mapeamento somatossensorial baseado em arranjo de grafeno como uma característica da eletrocorticografia que oferece biocompatibilidade superior, alta resolução espaço-temporal, SNR desejável e dano tecidual minimizado, superando as desvantagens dos métodos anteriores. Este estudo demonstrou a viabilidade de um arranjo de eletrodos de grafeno para mapeamento somatossensorial em ratos. O protocolo apresentado pode ser aplicado não apenas ao córtex somatossensorial, mas também a outros córtices, como o córtex auditivo, visual e motor, fornecendo tecnologia avançada para implementação clínica.

Este protocolo descreve como uma matriz multicanal de grafeno é montada na superfície do cérebro. O mapa somatossensorial foi construído por meio da aquisição de respostas neurais a estímulos físicos e do cálculo da amplitude da resposta. A Figura 1 mostra o esquema desse experimento.
A Figura 2A apresenta as características estruturais de um arranjo de eletrodos de grafeno. Há furos do substrato entre os eletrodos. Esses o...

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Brain Mapping Using a Graphene Electrode Array

Apresentamos um procedimento de mapeamento cerebral baseado em arranjo de grafeno para reduzir a invasividade e melhorar a resolução espaço-temporal. Eletrodos de superfície baseados em arranjo de grafeno exibem biocompatibilidade de longo prazo, flexibilidade mecânica e adequação para mapeamento cerebral em um cérebro complicado. Este protocolo permite a construção simultânea e sequencial de múltiplas formas de mapas sensoriais.

Mapeamento Cerebral Usando um Arranjo de Eletrodos de Grafeno

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

O mapa cortical é um conjunto de manchas locais que representam propriedades de resposta a estímulos sensório-motores no córtex cerebral. Ele pode descobrir a formação espacial de redes neurais que podem oferecer uma previsão para percepção e cognição. Assim, mapas corticais são usados para estudar respostas neurais de estímulos externos e o processamento de informações sensório-motoras Criar mapas corticais são métodos invasivos e não invasivos.O uso de eletrodos intracorticais é um dos métodos invasivos mais comuns usados para mapear o córtex cerebral. Como pode danificar o cérebro para alta resolução, impede que novas medições sejam feitas. Ferramentas alternativas de mapeamento cerebral, como EEG, PET, MEG, fMRI, são métodos não invasivos que permitem o mapeamento do cérebro inteiro e amostragem repetida.No entanto, várias desvantagens são baixa resolução espaço-temporal, defasagem temporal, erros devido a entradas modulatórias não especificadas e custos proibitivos. Técnicas ópticas como imagem de cálcio e fMRI optogenética fornecem mapeamento cerebral em larga escala, mas não são clinicamente benéficas devido à toxicidade do indicador e baixa resolução espaço-temporal. O arranjo de eletrodos de grafeno exibe biocompatibilidade de longo prazo e flexibilidade mecânica que fornece registros estáveis do cérebro complicado.Recentemente, nosso grupo desenvolveu um arranjo de eletrodos de grafeno que fornece registros de alta resolução para sinais neurais na superfície cortical. Este protocolo usa uma matriz de eletrodos de grafeno para registrar os SEPs da pata dianteira, membro anterior, pata traseira, membro posterior, tronco e bigode de um rato SD para criar um mapa cortical. Administrar uma injeção intraperitoneal de coquetel de cetamina e xilazina usando uma dosagem de 90 miligramas por quilograma para cetamina e 10 miligramas por quilograma para xilazina.Para manter uma profundidade desejada de anestesia durante toda a cirurgia, injete um coquetel de 45 miligramas por quilograma de quetamina e cinco miligramas por quilograma de xilazina se o rato mostrar sinais de despertar. Aperte o dedo do pé para confirmar a profundidade da anestesia. Se o rato tremer, aguarde mais alguns minutos até que ele não mostre resposta.Faça a barba na cabeça do rato do espaço entre os olhos até a parte de trás das orelhas usando um aparador. Em seguida, aplique uma pomada oftálmica nos olhos. Usando barras auriculares e adaptadores estereotáxicos, fixe a cabeça do rato no aparelho estereotáxico.Certifique-se de que a cabeça do rato está fixada corretamente. Esterilize uma área raspada com algodão embebido em povidona. Esfregue a área raspada com álcool.Repita o processo de esterilização três vezes. Em seguida, injete 0,1 mililitros de lidocaína a 2% no couro cabeludo para induzir anestesia local. Cria uma incisão de dois a três centímetros na linha média e afasta lateralmente o couro cabeludo Para expor o crânio.Aperte o couro cabeludo para expor o crânio com pinças de mosquito. Comece removendo o periósteo coçando a superfície do crânio com pinças. Em linha reta em direção ao lambda, localize o esterno magno rasgando o músculo atrás do osso occipital na borda posterior.Use um microscópio para ter uma visão de perto da cisterna magna. Incite a cisterna magna suavemente. Depois de rasgar a cisterna magna, os fluidos espinhais cerebrais fluem.Escorra o líquido cefalorraquidiano com a gaze estéril enrolada para afundar o cérebro. Marca onde o eletrodo de grafeno será colocado com base nas coordenadas estereotáxicas predefinidas de acordo com a posição do bregma. O córtex somatossensorial localiza-se três milímetros no eixo anteroposterior e seis milímetros na direção lateral direita a partir do bregma craniano do hemisfério direito.Perfurar a área marcada de acordo com a coordenada estereotáxica. Retire o crânio com o rongeur ósseo. Coloque um cotonete em uma agulha berrante 26.Dobre a agulha a 90 graus. Para remover a dura-máter, crie um orifício usando uma agulha dobrada. Levante a dura-máter para cima, insira pinças nesse orifício e passe a cortar a dura-máter com tesoura ou rasgue-a com pinças.Coloque a gaze estéril molhada com soro fisiológico no córtex somatossensorial para evitar que o córtex seque. Desconecte o arranjo de multieletrodos de grafeno sem causar danos aplicando solução salina. Remova a cobertura externa dos fios de referência e terra do conector.Para configurar a matriz multieletrodos de grafeno para mapeamento, conecte o estágio principal com o conector. Conecte o conjunto de eletrodos de grafeno com o conector. Conecte o cabo de interface ao controlador de gravação.Conecte o conjunto de multieletrodos de grafeno e o complexo de conectores a um cabo de interface. Em seguida, fixe o complexo de arranjo multieletrodo de grafeno no braço estereotáxico. Coloque o arranjo de eletrodos de grafeno no córtex somatossensorial com base nas coordenadas estereotáxicas predefinidas.Coloque o fio de referência no tecido atrás do osso occipital. Em seguida, conecte o fio terra à mesa óptica aterrada. Abra o software de gravação e defina a taxa de amostragem em 30 kilohertz e clique no botão OK.Ajuste o filtro de entalhe de 60 hertz para remover o ruído da alimentação. Dobre o bigode com um pau fino. Registrar sinais neurais através do sistema de aquisição de dados pelo tempo desejado.Esses sinais são sinais neurais obtidos através de estímulos para whiskers. Outras partes do corpo também estimulam a mesma forma de registrar SEPs. Abra o arquivo de código MATLAB com read_Intan_RHS2000 nome.Clique no botão Executar. Escolha o arquivo de gravação e clique nesse arquivo e, em seguida, aguarde até que o arquivo seja lido. Insira o gráfico de comando para criar um gráfico de linha 2D.Selecionar os sinais de pico representativos que estavam em resposta ao estímulo e calcular as amplitudes dos PES medindo os valores máximo e mínimo. Obtenha o mapa topográfico colorindo a grade com a tonalidade diferente de cor de acordo com a amplitude do SEP. O arranjo de eletrodos de grafeno está à esquerda.Há através de furos do substrato entre todos os eletrodos. Esses orifícios ajudam os eletrodos a manter forte contato com o córtex. À direita, a imagem mostra o arranjo de eletrodos no córtex.À esquerda, a proporção de cada resposta neural dependente do local causada por estímulos a diferentes partes do corpo do rato é exibida na forma de um rato. Cada parte do corpo é representada com uma cor diferente. Isso configura um mapa do córtex somatossensorial.À direita, a figura a seguir mostra um estímulo de respostas específicas obtidas através dos eletrodos de grafeno multicanal que foram colocados na superfície do córtex. Cada caixa colorida representa as respostas que diferentes partes do corpo tiveram nos 30 canais. A figura acima representa os LFPs detectados na superfície do córtex somatossensorial usando arranjos de eletrodos de grafeno.A barra de cores mostra que uma amplitude maior é representada por um tom de cor mais escuro e cada cor representa uma parte diferente do corpo. A figura flexiona a amplitude com base nas tonalidades na barra de cores. Este homúnculo do roedor foi criado usando os resultados que acabaram de ser explicados.Quanto maior a amplitude de uma determinada parte do corpo, maior ela seria ilustrada no homônimo. A figura abaixo representa um dado separado de LFPs coletados de cada parte do corpo. Ele representa as amplitudes variáveis de LFPs detectadas com base na barra de cores.Existem vários cuidados para este procedimento. Ao remover o líquido cefalorraquidiano, o experimentador deve ter cuidado para não tocar no tronco cerebral ou em uma medula espinhal. Essa etapa exige prática.O whisker de roedores é desenvolvido o suficiente para sentir uma direção de deflexão, intensidade do estímulo e localização do bigode que foi estimulado. Por isso, os bigodes devem ser estimulados em direção e intensidade constantes para este protocolo. Outras partes do corpo também devem ser estimuladas de forma consistente.A limitação deste protocolo é que os sinais evocados em estruturas cerebrais profundas não podem ser registrados quando um arranjo de eletrodos de grafeno é montado na superfície cortical. Assim, o experimentador não consegue identificar como a rede colunar está hierarquicamente organizada em relação às respostas neurais. No entanto, este protocolo pode ser aplicado se o experimentador alterar as múltiplas áreas onde as matrizes de eletrodos são colocadas.Por exemplo, se o experimentador coloca o eletrodo no córtex auditivo ou visual para extrair informações auditivas e visuais, ele pode adquirir os mapas auditivos ou visuais. Além disso, este protocolo pode ser estendido para o implante crônico do arranjo multieletrodo de grafeno.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Multi-electrode Array Recordings of Neuronal Avalanches in Organotypic Cultures

Multieletrodos Recordings Array of Avalanches Neuronal em culturas organotípicas

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

Neurociência

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

Mapeamento Dynamics cortical MEG simultâneas / EEG e anatomicamente constrangido mínima norma-Estimativas: um exemplo Atenção Auditiva

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

A Multi-eletrodo Sistema patch-clamp assistida por computador

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

Imagem Funcional do Cortex Auditivo em gatos adultos usando de alta campo 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

Neural Activity Propagação em uma Unfolded Hippocampal Preparação com um penetrante Micro-eletrodo Matriz

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

A estimulação de corrente contínua e Multi-eletrodo de gravação matriz de perda de consciência em Ratos Cérebro Slice Preparação

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

Adaptação da tecnologia de matriz de microeletrodos para o estudo de neurotoxicidade induzida por anestesia no cérebro intacto Leitão

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

Crônica implantação de matriz Electrocorticographic todo-cortical no sagui comum

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

Mapeamento cerebral translacional na Universidade de Rochester Medical Center: preservando a mente através de mapeamento cerebral personalizado

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

Mapeamento cerebral por fMRI em tempo real em animais

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