Visuelle evozierte möglichen Aufnahmen bei Mäusen mit einer trockenen nichtinvasive Mehrkanal Scalp EEG Sensor
Summary
Wir entwarfen einen trocken-Typ 16-Kanal EEG Sensor, der nicht-invasiven, verformbar und wiederverwendbar ist. Dieses Whitepaper beschreibt den gesamten Prozess von der Herstellung der geplante EEG-Elektrode zur Signalverarbeitung von visuell evozierten Potentiale (VEP) Signale auf eine Maus Kopfhaut mit einem trockenen nichtinvasive Multi-Kanal EEG Sensor gemessen.
Abstract
Wir haben für Kopfhaut EEG Forschungsumgebungen mit Labormäusen entwickelt einen trocken-Typ 16-Kanal EEG Sensor ist nicht-invasiv, verformbar und wiederverwendbar wegen der strukturellen Facette Kolben Federhaus und mechanische Festigkeiten aus Metall Materialien. Der gesamte Prozess für den Erwerb der VEP Antworten in Vivo von einer Maus besteht aus vier Schritten: (1) Sensor-Baugruppe, (2) tierische Vorbereitung und (3) VEP-Messung (4) Signalverarbeitung. Dieser Beitrag stellt repräsentative Messungen der VEP Antworten von mehrere Mäuse mit einer Submicro Spannungssignal Auflösung und Sub-hundert Millisekunden Zeitauflösung. Obwohl die vorgeschlagene Methode sicherer und komfortabler ist im Vergleich zu anderen tierische EEG übernehmende Methoden bereits berichtet, gibt es noch Themen wie wie das Signal-Rausch-Verhältnis zu verbessern und wie Sie diese Technik mit frei beweglichen Tieren anwenden. Die vorgeschlagene Methode leicht verfügbare Ressourcen nutzt und zeigt eine sich wiederholende VEP-Antwort mit einem zufrieden stellenden Signalqualität. Daher könnte diese Methode für experimentelle Längsschnittstudien und zuverlässige translationale Forschung Nutzung nicht-invasive Paradigmen verwendet werden.
Introduction
Als die Zahl der Patienten mit senile degenerativen Hirnerkrankungen wie Schlaganfall, Demenz, Alzheimer und Parkinson-Syndrome mit einer alternden Bevölkerung und eine steigende Lebenserwartung gestiegen hat die langfristige gesellschaftliche Belastung dieser Krankheiten 1,2,3erhöht. Darüber hinaus werden die meisten Entwicklungsstörungen Krankheiten wie Schizophrenie und Autismus, von kognitiven und Verhaltensstörungen begleitet, die ein Patient ganzes Leben2,3,4beeinflussen. Aus diesem Grund kämpfen Forscher, Diagnose, Prävention, pathologische Verständnis, Langzeit-Beobachtung und Behandlung von Erkrankungen des Gehirns zu verbessern. Probleme bleiben jedoch aus Komplexität und unrevealed Krankheit Krankheiten des Gehirns. Translationaler Forschung möglicherweise ein viel versprechendes Instrument zur Identifizierung von Lösungen, da es, die Übertragung der Grundlagenforschung in klinische Anwendungen innerhalb eines kürzeren Zeitraums, zu niedrigeren Kosten und mit einer höheren Erfolgsquote in Neurowissenschaften Felder5 ermöglicht ,6,7. Ein weiteres Ziel der translationalen Forschung soll Anwendbarkeit an Probanden, zu prüfen, die nicht-invasive experimentelle Ansätze bei Tieren erfordert, die Vergleiche mit der gleichen Methode für den Menschen. Diese Bedingungen führten zu mehreren erheblicher Bedarf für die Entwicklung der nicht-invasiven Tier Zubereitungsmethoden. Eine Methode ist die Elektroenzephalographie (EEG), welche zeigt kortikalen Gehirn Konnektivität und Aktivität zweidimensional mit hoher zeitlicher Auflösung, und welche Vorteile aus einer nicht-invasiven Protokoll. Die veranstaltungsbezogenen mögliche Aufnahme (ERP) ist eine der typischen experimentellen Paradigmen, die EEG zu nutzen.
Zahlreiche frühere Studien beschäftigte nichtinvasive EEG Methoden für targeting Menschen Themen, während invasive Methoden, wie z. B. Implantat-Schrauben und Pol Art Elektroden, wurden verwendet in tierexperimentellen Studien8,9,10 , 11 , 12. die Signalqualität und Merkmale dieser Methoden auf die Invasivität der Sensor Platzierung deutlich angewiesen sind. Für die erfolgreiche translationale Forschung, Garner betonte, mit den gleichen Bedingungen für Tier-Studie für Humanforschung13verwendet. Für die Grundlagenforschung, die Verwendung von Tieren sind nicht-invasive EEG Methoden jedoch nicht weit verbreitet. Ein neuer Ansatz mit einem nicht-invasive Scalp EEG Sensorsystem mit Schwerpunkt auf Labormäusen wäre ein zuverlässiges und effizientes Werkzeug für die translationale Forschung, die für den Menschen, als auch auf die nicht-invasive Paradigmen angewendet werden können.
Zahlreiche Studien an Mäusen EEG führte der Weg durch die Kommerzialisierung PCB (Printed Circuit Board) basierte Mehrkanal Elektroden14,15,16. Obwohl sie eine invasive Methode angenommen, hatte sie eine begrenzte Anzahl von Kanälen (3-8), wodurch es schwieriger, große Gehirn Dynamik zu beobachten. Darüber hinaus können Anwendungen durch ihre Invasivität und die hohen Kosten beschränkt werden. In einer anderen Studie die KIST (Korea Institute of Science and Technology) entwickelt eine 40 Kanal Polyimid-basierte Dünnschicht-Elektrode und befestigte es an einer Maus Schädel17,18,19,20 . Diese Arbeit hat die höchste Zahl der Maus EEG-Kanäle erworben. Es war jedoch mechanisch schwach und nicht leicht zu verwenden; Daher war es ungeeignet für Langzeitbeobachtungen, führt zu einem geschwächten Signal, möglicherweise durch eine Immunreaktion verursacht. Unterdessen erworbene Troncoso und Mégevand ein sensorisch evozierten Potentiale (SEP) auf Nagetiere Schädel mit zweiunddreißig Edelstahl-Elektroden gesichert durch eine perforierte Poly(methyl methacrylate) (PMMA, Acrylglas) Raster21,22 , 23. trotz ihrer hohen Signalqualität waren die Elektroden mechanisch flexible und zart; Daher hatten sie Schwierigkeiten, die auf mehrere Experimente angewendet wird. Darüber hinaus wurde diese Methode immer noch minimal-invasive. Obwohl diese Methoden bieten gute Signalqualität, die Fläche von einer Maus Schädel ist begrenzt, daher ist die Anzahl der Elektroden über eine Edelstahl-polig-Elektrode eingeschränkt. Eine Reihe von früheren EEG-Studien für Mäuse zeigten mehrere Einschränkungen. In der vorliegenden Studie zeigen wir eine neue Methode zur Messung von EEG in der präklinischen translationale Forschung mit einem nicht-invasive trocken-Typ Multi-Kanal-Sensor anwendbar.
Um die Grenzen der bisherigen tierischen EEG Methoden, zu überwinden, die die innere Komplexität der tierischen Vorbereitung, Invasivität, hohe Kosten, Verschwendung und schwache mechanische Festigkeit enthalten, haben wir versucht, eine neue Elektrode zu entwickeln, die Exponate Flexibilität, trockene Art Status, Multi-Channel-Funktionen, nicht-Invasivität und Wiederverwendbarkeit. In das folgende Protokoll beschreiben wir den Prozess der visuellen evozierte Potenzial (VEP) Aufnahmen auf eine Maus Kopfhaut mit einem trockenen, nicht-invasive, Multi-Kanal EEG Sensor messen. Diese Methode nutzt leicht verfügbare Ressourcen, daher senkt die Eintrittsbarriere in Tierversuchen im Bereich Biomedical Engineering.
Protocol
Representative Results
Discussion
Zunächst konzentrieren wir auf die Gestaltung des Sensors, Priorisierung der Zweckmäßigkeit durch komplexe chirurgische Eingriffe zu minimieren. Die verformbare EEG Sensor besteht aus sechzehn Stifte: vierzehn für Aufnahme, für Boden, und die letzte für Elektroden zu verweisen. Jede Elektrode hat der Kolben Federhaus-Struktur, die Verformbarkeit auf der Elektrodenkontaktfläche gilt, so dass sie homogen und beständig Signalerfassung aus gebogenen und zarte Maus Kopfhaut erleichtern. Wenn man bedenkt das Wohlergehe…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde teilweise von GIST Research Institute (GRI), die GIST-Caltech Zusammenarbeit Forschungsprojekt über ein Stipendium zur Verfügung gestellt von GIST im Jahr 2017 unterstützt. Auch unterstützt durch Forschungsstipendium (NRF-2016R1A2B4015381) der National Research Foundation (NRF) von der koreanischen Regierung (MEST) und von KBRI Grundlagenforschung Programm durch Korea Institut für Hirnforschung gefördert durch das Ministerium für Wissenschaft, IKT und Zukunft finanziert Planung (17-BR-04).
Materials
| Ketamine 50 Inj. (Vial) | Yuhan | – | Ketamine HCl 57.68 mg |
| Zoletil 50 Inj. | Virbac | – | Tiletamina 125 mg/ Zolazepam 125 mg |
| Rompun 2% Inj. | BAYER | – | Xylazine hydrochloride 23.32mg/mL |
| Hycell solution 2% | Samil | – | Hydroxypropylmethylcellulose 20 mg |
| Puralube Vet Ointment 3.5 mg | Pharmaderm | – | |
| Saline solution Inj. | JW Pharmaceutical | – | NaCl 9 g/1000 mL |
| Veet Hair Removal Cream – Legs & Body – Sensitive Skin | Reckitt Benckiser | – | depilatory |
| Skins – Surgical Skin Marker | Surgmed | S-3000 | STERILE – Multi-Tip Fine Marker with ruler and label set |
| Stainless Steel Micro Spatulas | HEATHROW SCIENTIFIC | HS15907 | One Round Flat End, 2L x 5/16W" |
| cotton swap | |||
| Stereotaxic, Desktop Digi Single | RWD Life Science | 68025 | |
| Mouse Adapter | RWD Life Science | 68010 | |
| Ear Bar for Mouse Non-Rupture | RWD Life Science | 68306 | |
| Mitsar-EEG 202-24 | MITSAR | amplifier | |
| EEGStudio EEG acquisition software | MITSAR | ||
| White flash stimulator | MITSAR | MITSAR Flash stimulator | |
| BCI2000 software | Schalk lab | ||
| g.USBamp | g.tec | 0216 | |
| g.Power-g.USBamp | g.tec | 0247 | |
| 441 style straight body Touch Proof connector | PlasticsOne | 441000PSW080001 | 441 – 000 PSW 80" (BLACK) |
| Standard probe | LEENO | SK100CSW | http://www.globalinterpark.com/detail/detail?prdNo=2114277241&dispNo=001851006012 |
| Precision engraving machine tools | TINYROBO | TinyCNC-6060C | |
| Heat shirink | 3M | FP301 |
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