تسجيلات المحتملة مقولة البصرية في الفئران باستخدام الجاف غير الغازية متعدد القنوات فروة الرأس الاستشعار EEG
Summary
لقد قمنا بتصميم جهاز استشعار 16 قناة EEG نوع جاف الذي غير الغازية، وتشوه، ويمكن إعادة استخدامها. وتصف هذه الورقة العملية برمتها من التصنيع الكهربائي EEG المقترحة معالجة إمكانيات مقولة البصري (VEP) الإشارات إشارات قياس في فروة الرأس ماوس استخدام أجهزة استشعار EEG متعددة القنوات جافة غير الغازية.
Abstract
لفروة الرأس EEG بيئات البحث مع الفئران المختبرية، قمنا بتصميم جهاز استشعار EEG 16 قناة من نوع جاف الذي غير الغازية، وتشوه، ويمكن إعادة استخدامها بسبب الغطاس-الربيع-البرميل الجوانب الهيكلية ومواطن القوة الميكانيكية الناجمة عن المعادن المواد. العملية برمتها للحصول VEP الردود في فيفو من ماوس يتكون من أربع خطوات: (1) استشعار الجمعية وإعداد (2) الحيوان والقياس (3) VEP ومعالجة الإشارات (4). وتعرض هذه الورقة الممثل قياسات VEP ردود متعددة من الفئران بدقة إشارة الجهد سوبميكرو وشبه مئات ميلي ثانية الأزمنة. على الرغم من أن الطريقة المقترحة أكثر أماناً وأكثر ملاءمة بالمقارنة مع سبق الإبلاغ عنها الحيوان EEG أساليب الاقتناء، وتبقى هناك قضايا بما في ذلك كيفية تعزيز نسبة الإشارة إلى الضوضاء وكيفية تطبيق هذه التقنية مع الانتقال بحرية الحيوانات. الطريقة المقترحة وتستخدم الموارد المتاحة بسهولة ويظهر استجابة VEP متكررة مع نوعية إشارة مرضية. ولذلك، يمكن أن تستخدم هذا الأسلوب للدراسات التجريبية الطولية والبحوث متعدية الجنسيات موثوق بها استغلال نماذج غير الغازية.
Introduction
حيث أن عدد المرضى المصابين بأمراض الدماغ التنكسية خرف مثل الخرف ومرض الزهايمر والمتلازمات باركينسونيان، والسكتة الدماغية وزادت مع شيخوخة سكان، وزيادة العمر المتوقع، وقد عبء هذه الأمراض المجتمعية الطويلة الأجل وزادت أيضا1،،من23. وبالإضافة إلى ذلك، معظم الأمراض العصبية النمائية، مثل الفصام والتوحد، مصحوبة بالاضطرابات المعرفية والسلوكية التي تؤثر على المريض مدى الحياة2،،من34. لهذا السبب، قد تكافح الباحثين لتحسين التشخيص، والوقاية، وفهم المرضية والمراقبة الطويلة الأجل، وعلاج أمراض المخ. ومع ذلك، تظل مشاكل المستخرجة من التعقيد في الدماغ والأمراض مرض الرابح. البحوث متعدية الجنسيات قد تكون أداة واعدة لتحديد الحلول لأنه يمكن نقل البحوث الأساسية للتطبيقات السريرية في أقصر وقت، بتكاليف أقل، ومع ارتفاع معدل نجاح في ميادين علوم الأعصاب5 ،،من67. هدف آخر للبحوث متعدية الجنسيات هو للنظر في مدى انطباق على البشر، الأمر الذي يتطلب النهج التجريبي غير الغازية في الحيوانات التي تسمح بإجراء مقارنات بنفس الطريقة بالنسبة للبشر. هذه الظروف أدت إلى عدد من الاحتياجات الهامة لتطوير أساليب إعداد الحيوانات غير الغازية. أسلوب واحد المخ (EEG)، الذي يكشف عن اتصال الدماغ القشرية والنشاط الإحداثيات مع عالية الدقة الزمنية، والذي يستفيد من بروتوكول غير الغازية. تسجيل المحتملة ذات الصلة بالحدث (ERP) هو واحد من النماذج التجريبية النموذجية التي تستخدم التخطيط الدماغي.
وقد استخدمت السابقة الدراسات العاملين غير الغازية EEG أساليب عديدة لاستهداف أشخاص البشر، بينما الأساليب الدخيلة، مثل زرع المسامير وقطب كهربائي نوع، في الدراسات الحيوانية8،،من910 , 11 , 12-جودة الإشارة وخصائص هذه الأساليب تعتمد إلى حد كبير على اختزاع لوضع أجهزة الاستشعار. لبحوث ناجحة متعدية الجنسيات، غارنر أكد على استخدام نفس الشروط لدراسة الحيوان كتلك المستخدمة للبحوث البشرية13. ومع ذلك، منهجيات التخطيط الدماغي غير الغازية ليست سائدة للبحوث الأساسية باستخدام الحيوانات،. سيكون نهجاً جديداً باستخدام نظام استشعار فروة الرأس غير الغازية EEG تركز على الفئران المختبرية أداة فعالة وموثوق بها للبحوث متعدية الجنسيات التي يمكن تطبيقها على النماذج غير الغازية للبشر، وكذلك.
العديد من الدراسات الماوس EEG قيادة الطريق بالترويج التجاري لثنائي الفينيل متعدد الكلور (الدوائر المطبوعة المجلس) على أساس متعدد القنوات أقطاب14،،من1516. على الرغم من أنها اعتمدت أسلوب الغازية، لديها عدد محدود من القنوات (3-8)، التي جعلت من الصعب مراقبة ديناميات المخ على نطاق واسع. وعلاوة على ذلك، يمكن تقييد التطبيقات اختزاع بتكلفة عالية. في دراسة بحثية أخرى، وضعت 40 قناة على أساس بوليميد قطب غشاء رقيق KIST (معهد كوريا للعلوم والتكنولوجيا) وتعلق على الماوس جمجمة17،،من1819،20 . هذا العمل الحصول على أكبر عدد من القنوات الماوس EEG. بيد أنه كان ميكانيكيا ضعيفة، وليس من السهل إعادة استخدامها؛ ولذلك، كان من غير الملائم للملاحظات الطويلة الأجل، مما أدى إلى إشارة ضعيفة، وربما تسبب بفعل المناعة. وفي الوقت نفسه، ترونكوسو Mégevand حصلت واحتمال مقولة حسية (SEP) على جماجم القوارض مع الأقطاب الفولاذ المقاوم للصدأ اثنان وثلاثون يؤمنها21،شبكة22 Poly(methyl methacrylate) (البولي ميثيل ميثا اكريلات، زجاج اﻷكريليك) مثقب , 23-على الرغم من جودتها العالية إشارة، كانت الأقطاب ميكانيكيا مرنة والعطاء؛ ولذلك، كان لديهم صعوبات يجري تطبيقها على تجارب متعددة. وبالإضافة إلى ذلك، كان هذا الأسلوب لا يزال كسبها. على الرغم من أن هذه الأساليب توفير جودة الإشارة جيدة، المساحة السطحية للجمجمة بالماوس محدودة، ولذلك عدد الأقطاب تقييد استخدام غير القابل للصدأ من نوع قطب كهربائي. وأظهر عدد من الدراسات السابقة في التخطيط الدماغي للفئران العديد من القيود. في هذه الدراسة، سوف نعرض طريقة جديدة لقياس التخطيط الدماغي المطبق في البحوث متعدية الجنسيات ما قبل السريرية باستخدام جهاز استشعار متعدد القنوات من نوع الجاف غير الغازية.
من أجل التغلب على القيود المفروضة على منهجيات التخطيط الدماغي الحيوانية السابقة، التي شملت تعقيد الجوهرية لإعداد الحيوانات، اختزاع وتكلفة عالية، والاهدار وضعيفة القوة الميكانيكية، سعينا إلى تطوير قطب جديد الذي يسلك المرونة وحالة النوع الجاف، وقدرات متعددة القنوات، وغير اختزاع وإعادة الاستخدام. في بروتوكول التالية، ونحن سوف تصف عملية قياس مقولة البصرية المحتملة من التسجيلات (VEP) في فروة الرأس ماوس استخدام جهاز استشعار EEG الجافة، وغير الغازية، متعدد القنوات. هذا الأسلوب يستخدم الموارد المتاحة بسهولة، وبالتالي خفض الحاجز لدخول الحيوان التجريب في مجال الهندسة الطبية الحيوية.
Protocol
Representative Results
Discussion
وركزنا أولاً على تصميم أجهزة الاستشعار، وإعطاء الأولوية للتطبيق العملي بالتقليل من الإجراءات الجراحية المعقدة. أجهزة الاستشعار EEG تشوه يتكون من ستة عشر دبابيس: أربعة عشر تسجيل، وواحدة للأرض، وهي آخر لمرجع كهربائي. وقد كل قطب هيكل الغطاس-الربيع-البرميل، الذي ينطبق على ديفورمابيليتي على س?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وأيد هذا العمل جزئيا معهد بحوث فريق دعم المعلومات الجغرافية (GRI)، “المشروع التعاون البحثي” فريق دعم المعلومات الجغرافية-معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا من خلال منحة قدمها فريق دعم المعلومات الجغرافية في عام 2017. كما تدعمها منحة بحثية (جبهة الخلاص الوطني-2016R1A2B4015381) من الوطني بحوث مؤسسة (جبهة الخلاص الوطني) ممولة من الحكومة الكورية (MEST)، وبرنامج البحوث الأساسية كبرى من خلال المعهد الكوري لأبحاث الدماغ تموله وزارة العلوم وتكنولوجيا المعلومات والاتصالات، والمستقبل التخطيط (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 |
Referências
- Alzheimer’s Association. Alzheimer’s disease facts and figures. Alzheimers Dement. 12 (4), 459-509 (2016).
- Birbeck, G. L., Meyer, A. C., Ogunniyi, A. Nervous system disorders across the life course in resource-limited settings. Nature. 527 (7578), S167-S171 (2015).
- World Health Organization. . Neurological disorders: public health challenges. , (2006).
- Meyer, U., Feldon, J., Dammann, O. Schizophrenia and Autism: Both Shared and Disorder-Specific Pathogenesis Via Perinatal Inflammation?. Pediatr Res. 69 (5), 26r-33r (2011).
- Freedman, L. P., Cockburn, I. M., Simcoe, T. S. The Economics of Reproducibility in Preclinical Research. PLoS Biol. 13 (6), e1002165 (2015).
- Cummings, J. L., et al. Alzheimer’s disease drug development: translational neuroscience strategies. CNS Spectr. 18 (3), 128-138 (2013).
- Roelfsema, P. R., Treue, S. Basic neuroscience research with nonhuman primates: a small but indispensable component of biomedical research. Neuron. 82 (6), 1200-1204 (2014).
- Wu, C., Wais, M., Sheppy, E., del Campo, M., Zhang, L. A glue-based, screw-free method for implantation of intra-cranial electrodes in young mice. J Neurosci Methods. 171 (1), 126-131 (2008).
- Yu, F. H., et al. Reduced sodium current in GABAergic interneurons in a mouse model of severe myoclonic epilepsy in infancy. Nat Neurosci. 9 (9), 1142-1149 (2006).
- Parmentier, R., et al. Anatomical, physiological, and pharmacological characteristics of histidine decarboxylase knock-out mice: evidence for the role of brain histamine in behavioral and sleep-wake control. J Neurosci. 22 (17), 7695-7711 (2002).
- Handforth, A., Delorey, T. M., Homanics, G. E., Olsen, R. W. Pharmacologic evidence for abnormal thalamocortical functioning in GABA receptor beta3 subunit-deficient mice, a model of Angelman syndrome. Epilepsia. 46 (12), 1860-1870 (2005).
- Wu, C., Wais, M., Zahid, T., Wan, Q., Zhang, L. An improved screw-free method for electrode implantation and intracranial electroencephalographic recordings in mice. Behav Res Methods. 41 (3), 736-741 (2009).
- Garner, J. P. The Significance of Meaning: Why Do Over 90% of Behavioral Neuroscience Results Fail to Translate to Humans, and What Can We Do to Fix It?. Ilar Journal. 55 (3), 438-456 (2014).
- Naylor, E., Harmon, H., Gabbert, S., Johnson, D. Automated sleep deprivation: simulated gentle handling using a yoked control. Sleep. 12 (1), 5-12 (2010).
- Naylor, E., et al. Simultaneous real-time measurement of EEG/EMG and L-glutamate in mice: A biosensor study of neuronal activity during sleep. J Electroanal Chem (Lausanne). 656 (1-2), 106-113 (2011).
- Naylor, E., et al. Molecules in Neuroscience. , 12-16 (2010).
- Choi, J. H., et al. A flexible microelectrode for mouse EEG. , 1600-1603 (2009).
- Choi, J. H., Koch, K. P., Poppendieck, W., Lee, M., Shin, H. S. High resolution electroencephalography in freely moving mice. J Neurophysiol. 104 (3), 1825-1834 (2010).
- Lee, M., Shin, H. S., Choi, J. H. Simultaneous recording of brain activity and functional connectivity in the mouse brain. , 2934-2936 (2009).
- Lee, M., Kim, D., Shin, H. S., Sung, H. G., Choi, J. H. High-density EEG recordings of the freely moving mice using polyimide-based microelectrode. JoVE-J Vis Exp. (47), e2562 (2011).
- Mégevand, P., Quairiaux, C., Lascano, A. M., Kiss, J. Z., Michel, C. M. A mouse model for studying large-scale neuronal networks using EEG mapping techniques. Neuroimage. 42 (2), 591-602 (2008).
- Megevand, P., et al. Long-term plasticity in mouse sensorimotor circuits after rhythmic whisker stimulation. J Neurosci. 29 (16), 5326-5335 (2009).
- Troncoso, E., Muller, D., Czellar, S., Zoltan Kiss, J. Epicranial sensory evoked potential recordings for repeated assessment of cortical functions in mice. J Neurosci Methods. 97 (1), 51-58 (2000).
- Keith, B., Franklin, G. P., Paxinos, G. . The mouse brain in stereotaxic coordinates. , (2008).
- Kawakami, M., Yamamura, K. I. Cranial bone morphometric study among mouse strains. Bmc Evol Biol. 8, (2008).
- Strain, G. M., Tedford, B. L. Flash and pattern reversal visual evoked potentials in C57BL/6J and B6CBAF1/J mice. Brain Res Bull. 32 (1), 57-63 (1993).
- Schalk, G., McFarland, D. J., Hinterberger, T., Birbaumer, N., Wolpaw, J. R. BCI2000: A general-purpose, brain-computer interface (BCI) system. Ieee Transactions on Biomedical Engineering. 51 (6), 1034-1043 (2004).
- Kim, D., Yeon, C., Kim, K. Development and Experimental Validation of a Dry Non-Invasive Multi-Channel Mouse Scalp EEG Sensor through Visual Evoked Potential Recordings. Sensors. 17 (2), 326 (2017).
- Yeon, C., Kim, D., Kim, K., Chung, E. . SENSORS, 2014 IEEE. , 519-522 (2014).
- Kim, D., Yeon, C., Chung, E., Kim, K. . SENSORS, 2015 IEEE. , 1-4 (2015).
- Lin, C. T., et al. Novel dry polymer foam electrodes for long-term EEG measurement. IEEE Trans Biomed Eng. 58 (5), 1200-1207 (2011).
- Lopez-Gordo, M. A., Sanchez-Morillo, D., Pelayo Valle, F. Dry EEG electrodes. Sensors (Basel). 14 (7), 12847-12870 (2014).
- Fang, Q., Bedi, R., Ahmed, B., Cosic, I. Engineering in Medicine and Biology Society, 2004. IEMBS’04. , 2995-2998 (2004).
- Maffei, L., Fiorentini, A., Bisti, S. Neural correlate of perceptual adaptation to gratings. Science. 182 (4116), 1036-1038 (1973).
- Ernst, M., Lee, M. H., Dworkin, B., Zaretsky, H. H. Pain perception decrement produced through repeated stimulation. Pain. 26 (2), 221-231 (1986).
