그래핀 전극 어레이를 이용한 뇌 매핑
Summary
침습성을 줄이고 시공간 해상도를 개선하기 위해 그래핀 어레이 기반 뇌 매핑 절차를 제시합니다. 그래핀 어레이 기반 표면 전극은 복잡한 뇌에서 장기적인 생체 적합성, 기계적 유연성 및 뇌 매핑에 대한 적합성을 나타냅니다. 이 프로토콜을 사용하면 여러 형태의 감각 맵을 동시에 순차적으로 구성할 수 있습니다.
Abstract
피질 지도는 대뇌 피질의 감각 운동 자극에 대한 위치 의존적 신경 반응의 공간적 구성을 나타내므로 생리학적으로 관련된 행동을 예측할 수 있습니다. 피질 지도를 얻기 위해 관통 전극, 뇌파 검사, 양전자 방출 단층 촬영, 자기 뇌파 검사 및 기능적 자기 공명 영상과 같은 다양한 방법이 사용되었습니다. 그러나 이러한 방법은 열악한 시공간 해상도, 낮은 신호 대 잡음비(SNR), 높은 비용 및 비생체 적합성으로 인해 제한되거나 뇌에 물리적 손상을 유발합니다. 본 연구에서는 기존 방법의 단점을 극복하여 우수한 생체적합성, 높은 시공간 해상도, 바람직한 SNR, 최소화된 조직 손상을 제공하는 전기피질검사의 특징으로 그래핀 어레이 기반 체성감각 매핑 방법을 제안한다. 이 연구는 쥐의 체성 감각 매핑을 위한 그래핀 전극 어레이의 타당성을 입증했습니다. 제시된 프로토콜은 체성감각 피질뿐만 아니라 청각, 시각, 운동 피질과 같은 다른 피질에도 적용될 수 있어 임상 구현을 위한 첨단 기술을 제공합니다.
Introduction
피질 지도는 대뇌 피질의 감각 운동 자극에 대한 반응 특성을 나타내는 일련의 국소 패치입니다. 그것들은 신경망의 공간적 형성이며 지각과 인지에 대한 예측을 가능하게 합니다. 따라서 피질 맵은 외부 자극에 대한 신경 반응을 평가하고 감각 운동 정보를 처리하는 데 유용합니다 1,2,3,4. 피질 매핑을 위해 침습적 및 비침습적 방법을 사용할 수 있습니다. 가장 일반적인 침습적 방법 중 하나는 5,6,7,8을 매핑하기 위해 피질 내 (또는 관통) 전극을 사용하는 것입니다.
관통 전극을 사용하여 주문형 고해상도 피질 지도를 평가하는 것은 몇 가지 장애물에 직면했습니다. 이 방법은 적절한 지도를 얻기에는 너무 힘들고 임상용으로 구현하기에는 너무 침습적이어서 추가 개발을 금지합니다. 뇌파 검사 (EEG), 양전자 방출 단층 촬영 (PET), 자기 뇌파 검사 (MEG) 및 기능적 자기 공명 영상 (fMRI)과 같은 최신 기술은 덜 침습적이고 재현 가능하기 때문에 인기를 얻고 있습니다. 그러나, 그들의 엄청난 비용과 열악한 해상도를 감안할 때, 그들은 제한된 수의 경우에 사용됩니다 9,10,11. 최근, 신호 신뢰성이 우수한 유연한 표면 전극이 상당한 주목을 받고 있습니다. 그래핀 기반 표면 전극은 장기적인 생체 적합성과 기계적 유연성을 보여 주며 복잡한 뇌에서 안정적인 기록을 제공합니다 12,13,14,15,16. 우리 그룹은 최근 피질 표면의 고해상도 기록 및 부위별 신경 자극을 위한 그래핀 기반 다중 채널 어레이를 개발했습니다. 이 기술을 통해 우리는 오랜 기간 동안 감각 정보의 피질 표현을 추적 할 수 있습니다.
이 기사에서는 30채널 그래핀 다중 전극 어레이를 사용하여 체성 감각 피질의 뇌 지도를 획득하는 단계를 설명합니다. 뇌 활동을 측정하기 위해 그래핀 전극 어레이를 피질의 경막하 영역에 놓고 앞발, 앞다리, 뒷발, 뒷다리, 몸통 및 수염을 나무 막대기로 자극합니다. 체성감각 유발 전위(SEP)는 체성감각 영역에 대해 기록됩니다. 이 프로토콜은 청각, 시각 및 운동 피질과 같은 다른 뇌 영역에도 적용될 수 있습니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
제시된 프로토콜은 그래핀 전극 어레이를 사용하여 쥐의 체성 감각 반응에 접근하고 매핑하는 방법을 설명하는 심층적인 단계별 프로세스를 제공합니다. 프로토콜 획득 데이터는 각 신체 부위에 시냅스적으로 연결된 체성 감각 정보를 제공하는 SEP입니다.
이 프로토콜의 여러 측면을 고려해야 합니다. 뇌부종을 예방하고 염증을 완화하기 위해 뇌척수액을 추출 할 때 실험자?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 작업은 양성구를 위해 인천대학교(국제협동조합)의 지원을 받았습니다.
Materials
| 1mL syringe | KOREAVACCINE CORPORATION | injecting the drug for anesthesia | |
| 3mL syringe | KOREAVACCINE CORPORATION | injecting the drug for anesthesia | |
| Bone rongeur | Fine Science Tools | 16220-14 | remove the skull |
| connector | Gbrain | Connect graphene electrode to headstage | |
| drill | FALCON tool | grind the skull | |
| drill bits | Osstem implant | grind the skull | |
| Graefe iris forceps slightly curved serrated | vubu | vudu-02-73010 | remove the tissue from the skull or hold wiper |
| graphene multielectrode array | Gbrain | records signals from neuron | |
| isoflurane | Hana Pharm Corporation | sacrifce the subject | |
| ketamine | yuhan corporation | used for anesthesia | |
| lidocaine(2%) | Daihan pharmaceutical | local anesthetic | |
| Matlab R2021b | Mathworks | Data analysis Software | |
| mosquito hemostats | Fine Science Tools | 91309-12 | fasten the scalp |
| ointment | Alcon | prevent eye from drying out | |
| povidone | Green Pharmaceutical corporation | disinfect the incision area | |
| RHS 32ch Stim/Record headstage | intan technologies | M4032 | connect connector to interface cable and contain intan RHS stim/amplifier chip |
| RHS 6-ft (1.8m) Stim SPI interface cable | intan technologies | M3206 | connect graphene electrode to headstage |
| RHS Stim/Recording controller software | intan technologies | Data Acquisition Software | |
| RHS stimulation/ Recording controller | intan technologies | M4200 | |
| saline | JW Pharmaceutical | ||
| scalpel | Hammacher | HSB 805-03 | |
| stereotaxic instrument | stoelting | fasten the subject | |
| sterile Hypodermic Needle | KOREAVACCINE CORPORATION | remove the dura mater | |
| Steven Iris Tissue Forceps | KASCO | 50-2026 | remove the dura mater |
| surgical blade no.11 | FEATHER | inscise the scalp | |
| surgical sicssors | Fine Science Tools | 14090-09 | inscise the scalp and remove the dura mater |
| wooden stick | whisker stimulation | ||
| xylazine | Bayer Korea | used for anesthesia |
References
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