Gravações de potenciais evocadas visuais em ratos usando um não-invasivo seco multi-canal do couro cabeludo Sensor de EEG
Summary
Nós projetamos um sensor de 16 canais de EEG de tipo seco que é não-invasivo, deformável e re-utilizáveis. Este paper descreve todo o processo de fabricação, o eletrodo de EEG proposto para processamento de potencial evocado visual (VEP) sinal sinaliza medido em um couro cabeludo de rato usando um sensor de EEG invasivo de multi-canal seco.
Abstract
Para ambientes de pesquisa do couro cabeludo EEG com ratos de laboratório, nós projetamos um sensor de EEG de 16 canais do tipo seco que é não-invasivo, deformável e re-utilizáveis por causa do êmbolo-Primavera-barril faceta estrutural e forças mecânicas resultantes de metal materiais. Todo o processo para adquirir o VEP respostas na vivo de um rato é composto por quatro etapas: montagem do sensor (1), preparação (2) animal, medição (3) VEP e processamento de sinal (4). Este trabalho apresenta medições representativas das respostas VEP de vários mouses com uma resolução de sinal submicro-tensão e resolução temporal de sub 100 milissegundos. Embora o método proposto é mais conveniente e mais seguro em comparação com outros anteriormente relatados animais métodos de aquisição de EEG, lá permanecem questões incluindo como melhorar a relação sinal-ruído e como aplicar esta técnica com animais movimentando-se livremente. O método proposto utiliza recursos facilmente disponíveis e mostra uma resposta VEP repetitiva com uma qualidade de sinal satisfatório. Portanto, esse método poderia ser utilizado para estudos experimentais longitudinais e confiável pesquisa translacional explorando paradigmas não-invasiva.
Introduction
Como o número de pacientes com doenças cerebrais degenerativas senis como demência, Alzheimer, Parkinson síndromes e derrame aumentou com o envelhecimento da população e uma crescente expectativa de vida, os encargos sociais a longo prazo destas doenças tem também aumentou a1,2,3. Além disso, a maioria das doenças do desenvolvimento neurológico, como esquizofrenia e autismo, são acompanhadas por distúrbios cognitivos e comportamentais que afetam toda a vida da2,3,4 um paciente. Por este motivo, os pesquisadores têm lutado para melhorar o diagnóstico, prevenção, compreensão patológica, observação a longo prazo e tratamento de doenças cerebrais. No entanto, os problemas permanecem provindo da complexidade do cérebro e patologias de doença não revelada. Investigação de translação pode ser uma ferramenta promissora para a identificação de soluções porque permite a transferência de pesquisa básica para aplicações clínicas, dentro de um prazo mais curto, a um custo menor e com uma maior taxa de sucesso em neurociência campos5 ,6,7. Outro objetivo da pesquisa translacional é examinar a aplicabilidade em seres humanos, que requer abordagens experimentais não-invasiva em animais que permitem comparações com o mesmo método para os seres humanos. Estas condições têm levado a diversas necessidades significativas para o desenvolvimento de métodos de preparação de animais não-invasiva. Um método é a Eletroencefalografia (EEG), que revela a conectividade cortical cerebral e atividade forma bidimensional com alta resolução temporal, e que beneficia de um protocolo não-invasiva. A gravação potencial relacionados a eventos (ERP) é um dos típicos paradigmas experimentais que utilizam EEG.
Numerosos estudos independentes não-invasivo EEG métodos anteriores para segmentação de assuntos humanos, Considerando que os métodos invasivos, tais como parafusos e eletrodos do tipo polo, implante têm sido utilizados em estudos com animais8,9,10 , 11 , 12. a qualidade do sinal e as características desses métodos dependem significativamente a capacidade de invasão da colocação do sensor. Para investigação de translação bem sucedida, Garner enfatizada usando as mesmas condições para estudo animal como aqueles usados para pesquisa humana13. Para a pesquisa básica com animais, no entanto, metodologias de EEG invasivo não são predominantes. Uma nova abordagem, usando um sistema de sensor de couro cabeludo invasivo EEG com foco em ratos de laboratório seria uma ferramenta confiável e eficiente para investigação de translação que pode ser aplicada para os paradigmas não-invasivo para os seres humanos, também.
Numerosos estudos de rato EEG liderou o caminho por comercializar PCB (placa de circuito impresso) com base em eletrodos de multi-canal14,15,16. Embora eles adotaram um método invasivo, eles tinham um número limitado de canais (3-8), que tornou mais difícil de observar a dinâmica do cérebro em grande escala. Além disso, aplicativos podem ser restringidos por sua capacidade de invasão e alto custo. Num outro estudo, o KIST (Instituto de Coreia da ciência e tecnologia) desenvolveu um eletrodo de filme fino baseados em poliimida 40 canal e acompanha-lo para crânio17,18,19,20 de um rato . Esta obra adquiriu o maior número de canais de EEG de rato. Foi, no entanto, mecanicamente fraco e não é fácil de reutilizar; Portanto, seria inapropriado para observações a longo prazo, levando a um sinal enfraquecido, possivelmente causado por uma reação imune. Enquanto isso, Troncoso e Mégevand adquiriram um potencial evocado sensorial (SEP) em crânios dos roedores com trinta e dois eletrodos de aço inoxidável garantidos por uma perfurada Poly(methyl methacrylate) (PMMA, vidro acrílico) grade21,22 , 23. apesar de sua qualidade de sinal elevado, os eletrodos foram mecanicamente flexível e macio; Portanto, eles tinham dificuldades sendo aplicadas a vários experimentos. Além disso, este método foi ainda minimamente invasivo. Embora esses métodos fornecem um sinal de boa qualidade, a área de superfície do crânio de um rato é limitada, portanto o número de eletrodos é restrito usando um eletrodo de aço inoxidável tipo polo. Um número de estudos anteriores de EEG para ratos mostrou várias limitações. Neste estudo, vamos mostrar um novo método de medição aplicáveis na investigação de translação pré-clínicos usando um sensor de multi-canal de tipo seco não-invasivo de EEG.
A fim de superar as limitações das metodologias anteriores de EEG animais, que incluía a complexidade intrínseca da preparação do animal, invasividade, alto custo, desperdício e fraca resistência mecânica, procuramos desenvolver um novo eletrodo que exibe flexibilidade, status do tipo seco, capacidades de multi-canal, não-invasividade e reutilização. No protocolo a seguir, descreveremos o processo de medição visuais gravações de potenciais evocadas (VEP) em um couro cabeludo de rato usando um sensor seco, não-invasivo, multi-canal de EEG. Este método utiliza recursos facilmente disponíveis, portanto, reduzindo a barreira de entrada em experimentação animal no campo da engenharia biomédica.
Protocol
Representative Results
Discussion
Em primeiro lugar focamos no projeto do sensor, priorizando praticidade, minimizando procedimentos cirúrgicos complexos. O sensor de EEG deformável é composto de 16 pinos: quatorze para gravação, para o chão e o último para eletrodos de referência. Cada eletrodo tem a estrutura de êmbolo-Primavera-barril, que se aplica à deformação na superfície de contato do eletrodo, então eles facilitam a aquisição do sinal uniforme e estável do couro cabeludo do rato curvo e terna. Tendo em conta o bem-estar dos anim…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabalho foi financiado em parte pelo GIST Research Institute (GRI), o projeto de colaboração de pesquisa de GIST-Caltech através de uma concessão fornecida pela GIST em 2017. Também apoiada pela bolsa de investigação (NRF-2016R1A2B4015381) de Fundação Nacional de pesquisa (NRF) financiado pelo governo coreano (MEST) e pelo programa de pesquisa básica KBRI através do Instituto de pesquisa do cérebro Coreia financiada pelo Ministério da ciência, das TIC e futuro Planejamento (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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