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Neurowissenschaften

दृश्य एक सूखी गैर इनवेसिव मल्टी चैनल खोपड़ी ईईजी संवेदक का उपयोग चूहों में संभावित रिकॉर्डिंग पैदा

Published: January 12, 2018
doi:
10.3791/56927
, , ,
1Department of Biomedical Science and Engineering (BMSE),Gwangju Institute of Science and Technology (GIST), 2School of Electrical Engineering and Computer Science (EECS),Gwangju Institute of Science and Technology (GIST), 3School of Mechanical Engineering (SME),Gwangju Institute of Science and Technology (GIST)

Summary

हम एक शुष्क प्रकार 16 चैनल ईईजी सेंसर जो गैर इनवेसिव, विकृत है, और फिर से प्रयोग करने योग्य बनाया गया है । यह कागज प्रस्तावित ईईजी इलेक्ट्रोड निर्माण से पूरी प्रक्रिया का वर्णन करने के लिए दृश्य पैदा की क्षमता का संकेत प्रसंस्करण (VEP) एक माउस खोपड़ी पर मापा एक सूखी गैर इनवेसिव मल्टी चैनल ईईजी संवेदक का उपयोग कर संकेत ।

Abstract

प्रयोगशाला चूहों के साथ खोपड़ी ईईजी अनुसंधान वातावरण के लिए, हम एक शुष्क प्रकार 16 चैनल ईईजी सेंसर जो गैर इनवेसिव, विरूपण है, और पुन: प्रयोग करने योग्य है क्योंकि सवार-स्प्रिंग बैरल संरचनात्मक पहलू और यांत्रिक धातु से उत्पंन ताकत के लिए तैयार सामग्री. एक माउस से vivo में VEP प्रतिक्रियाओं को प्राप्त करने के लिए पूरी प्रक्रिया में चार कदम होते हैं: (1) सेंसर विधानसभा, (2) पशु तैयारी, (3) VEP माप, और (4) सिग्नल प्रोसेसिंग. यह पत्र एक उपसूक्ष्म वोल्टेज संकेत संकल्प और उप सौ मिलीसेकंड लौकिक संकल्प के साथ कई चूहों से VEP प्रतिक्रियाओं के प्रतिनिधि माप प्रस्तुत करता है । प्रस्तावित विधि अन्य पहले की रिपोर्ट पशु ईईजी प्राप्त करने के तरीकों की तुलना में सुरक्षित और अधिक सुविधाजनक है, हालांकि, कैसे सिग्नल-शोर अनुपात को बढ़ाने के लिए और आज़ादी से चलती जानवरों के साथ इस तकनीक को लागू करने के लिए कैसे सहित शेष मुद्दों रहे हैं. प्रस्तावित विधि आसानी से उपलब्ध संसाधनों का इस्तेमाल करता है और एक संतोषजनक संकेत गुणवत्ता के साथ एक दोहराव VEP प्रतिक्रिया से पता चलता है । इसलिए, इस विधि अनुदैर्ध्य प्रयोगात्मक अध्ययन और विश्वसनीय शोधों गैर इनवेसिव मानदंड का शोषण अनुसंधान के लिए उपयोग किया जा सकता है ।

Introduction

जैसे डिमेंशिया के रूप में बूढ़ा अपक्षयी मस्तिष्क रोगों के साथ रोगियों की संख्या के रूप में, अल्जाइमर, Parkinsonian सिंड्रोम, और स्ट्रोक एक उम्र बढ़ने की आबादी और एक बढ़ती हुई जीवन प्रत्याशा के साथ वृद्धि हुई है, इन रोगों के दीर्घकालिक सामाजिक बोझ है भी1,2,3बढ़ गई । इसके अलावा, इस तरह के एक प्रकार का पागलपन और आत्मकेंद्रित के रूप में सबसे neurodevelopmental रोगों, संज्ञानात्मक और व्यवहार विकारों जो एक मरीज के पूरे जीवन2,3,4प्रभावित के साथ कर रहे हैं । इस कारण से, शोधकर्ताओं निदान, रोकथाम, रोग समझ, दीर्घकालिक प्रेक्षण, और मस्तिष्क रोगों के उपचार में सुधार करने के लिए संघर्ष किया गया है । हालांकि, समस्याओं मस्तिष्क की जटिलता और unवोह रोग विकृतियों से उपजी रहती है । शोधों अनुसंधान समाधान की पहचान के लिए एक आशाजनक उपकरण हो सकता है क्योंकि यह नैदानिक अनुप्रयोगों के लिए एक छोटी समय सीमा के भीतर बुनियादी अनुसंधान के हस्तांतरण में सक्षम बनाता है, कम कीमत पर, और तंत्रिका विज्ञान के क्षेत्रों में एक उच्च सफलता दर के साथ5 ,6,7. अनुवाद अनुसंधान का एक अंय लक्ष्य के लिए मानव विषयों में लागू की जांच है, जो पशुओं में गैर इनवेसिव प्रयोगात्मक दृष्टिकोण है कि मनुष्यों के लिए एक ही विधि से तुलना की अनुमति की आवश्यकता है । इन शर्तों गैर इनवेसिव पशु तैयारी तरीकों के विकास के लिए कई महत्वपूर्ण जरूरतों के लिए नेतृत्व किया है । एक विधि electroencephalography (ईईजी) है, जो cortical मस्तिष्क कनेक्टिविटी और गतिविधि दो-आयामी उच्च लौकिक संकल्प के साथ पता चलता है, और जो एक गैर इनवेसिव प्रोटोकॉल से लाभ । घटना से संबंधित संभावित रिकॉर्डिंग (ईआरपी) ठेठ प्रयोगात्मक मानदंड है कि ईईजी का उपयोग में से एक है ।

कई पिछले अध्ययनों से मानव विषयों को लक्षित करने के लिए गैर इनवेसिव ईईजी तरीके कार्यरत हैं, जबकि आक्रामक तरीके, प्रत्यारोपण शिकंजा और पोल प्रकार इलेक्ट्रोड के रूप में, पशु अध्ययन में इस्तेमाल किया गया है8,9,10 , 11 , 12. सिग्नल की गुणवत्ता और इन पद्धतियों की विशेषताओं को सेंसर प्लेसमेंट की आक्रामकता पर काफी निर्भर कर रहे हैं । सफल शोधों के अनुसंधान के लिए, मानव अनुसंधान13के लिए इस्तेमाल किया उन के रूप में पशु अध्ययन के लिए एक ही स्थिति का उपयोग पर बल दिया जुटाने । जानवरों का उपयोग कर बुनियादी अनुसंधान के लिए, तथापि, गैर इनवेसिव ईईजी के तरीके प्रचलित नहीं हैं । एक उपंयास दृष्टिकोण एक गैर इनवेसिव खोपड़ी ईईजी संवेदक प्रयोगशाला चूहों पर ध्यान केंद्रित प्रणाली का उपयोग कर अनुवाद अनुसंधान के लिए एक विश्वसनीय और कुशल उपकरण है कि गैर मानव के लिए इनवेसिव मानदंड लागू किया जा सकता है, के रूप में अच्छी तरह से होगा ।

कई माउस ईईजी अध्ययनों से पीसीबी (मुद्रित सर्किट बोर्ड) आधारित मल्टी चैनल इलेक्ट्रोड14,15,16का व्यावसायीकरण द्वारा जिस तरह से नेतृत्व किया । हालांकि वे एक इनवेसिव विधि को अपनाया, वे चैनलों की एक सीमित संख्या में था (3-8), जो यह कठिन बड़े पैमाने पर मस्तिष्क गतिशीलता का पालन करने के लिए बनाया है । इसके अलावा, आवेदन उनकी इनवेसिव और उच्च लागत से प्रतिबंधित किया जा सकता है । एक अन्य शोध अध्ययन में, आइएसटी (कोरिया विज्ञान और प्रौद्योगिकी संस्थान) ने ४० चैनल polyimide-आधारित पतली फिल्म इलेक्ट्रोड विकसित किया और इसे माउस की खोपड़ी से संलग्न किया17,18,19,20 . यह काम माउस ईईजी चैनलों की सबसे अधिक संख्या हासिल की । यह था, तथापि, यांत्रिक रूप से कमजोर और पुन: उपयोग करने के लिए आसान नहीं; इसलिए, यह दीर्घकालिक टिप्पणियों के लिए अनुपयुक्त था, एक कमजोर संकेत करने के लिए अग्रणी, संभवतः एक प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया के कारण होता है । इस बीच, Troncoso और Mégevand (मिथाइल methacrylate) (पीएमएमए, ऐक्रेलिक ग्लास) ग्रिड21,22 एक छिद्रित पाली द्वारा सुरक्षित ३२ स्टेनलेस स्टील इलेक्ट्रोड के साथ कुतर ‘ खोपड़ी पर एक संवेदी पैदा संभावित (SEP) हासिल किया , 23. उनके उच्च संकेत गुणवत्ता के बावजूद, इलेक्ट्रोड यांत्रिक लचीला और निविदा थे; इसलिए, वे कई प्रयोगों के लिए लागू किया जा रहा कठिनाइयों था । इसके अलावा, इस विधि अभी भी ंयूनतम इनवेसिव था । हालांकि इन तरीकों अच्छा संकेत गुणवत्ता प्रदान करते हैं, एक माउस की खोपड़ी की सतह क्षेत्र सीमित है, इसलिए इलेक्ट्रोड की संख्या एक स्टेनलेस पोल-प्रकार इलेक्ट्रोड का उपयोग कर प्रतिबंधित है. चूहों के लिए पिछले ईईजी अध्ययनों की एक संख्या कई सीमाएं दिखाई । इस अध्ययन में, हम एक गैर इनवेसिव शुष्क प्रकार मल्टी चैनल सेंसर का उपयोग कर पूर्व नैदानिक शोधों अनुसंधान में लागू ईईजी को मापने के लिए एक नई विधि दिखाएगा ।

आदेश में पिछले पशु ईईजी के तरीके, जो पशु तैयारी, इनवेसिव, उच्च लागत, बेकार, और कमजोर यांत्रिक शक्ति की आंतरिक जटिलता शामिल की सीमाओं को दूर करने के लिए, हम एक नया इलेक्ट्रोड जो प्रदर्शित विकसित करने की मांग की लचीलापन, शुष्क प्रकार की स्थिति, मल्टी चैनल क्षमताओं, गैर इनवेसिव, और पुनः प्रयोज्य । निम्नलिखित प्रोटोकॉल में, हम एक सूखी, गैर इनवेसिव, मल्टी चैनल ईईजी सेंसर का उपयोग कर एक माउस खोपड़ी पर दृश्य पैदा की क्षमता (VEP) रिकॉर्डिंग को मापने की प्रक्रिया का वर्णन करेंगे. इस विधि आसानी से उपलब्ध संसाधनों का उपयोग करता है, इसलिए जैव चिकित्सा अभियांत्रिकी क्षेत्र में पशु प्रयोग में प्रवेश के लिए बाधा कम ।

Protocol

पशु देखभाल और हैंडलिंग Gwangju विज्ञान और प्रौद्योगिकी संस्थान (सार) के संस्थागत दिशानिर्देश के बाद । नोट: vivo में एक माउस से VEP संकेत प्राप्त करने के लिए प्रक्रिया में चार चरण होते हैं: (1) सेंसर अस…

Representative Results

हम चित्र 2में दिखाए गए के रूप में ग्यारह चूहों से VEP प्रतिक्रियाओं के पहनावा औसत गणना । यह परिणाम इस प्रयोग के माध्यम से प्राप्त VEP प्रतिक्रियाओं से पता चलता है पूर्व उत्तेजना अवध?…

Discussion

हम सबसे पहले सेंसर के डिजाइन पर ध्यान केंद्रित, जटिल शल्य चिकित्सा प्रक्रियाओं को कम करके व्यावहारिकता को प्राथमिकता । विकृत ईईजी संवेदक सोलह पिन के शामिल है: रिकॉर्डिंग के लिए चौदह, जमीन के लिए एक, और ?…

Offenlegungen

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

इस काम के भाग में सार अनुसंधान संस्थान (गृ), सार-कैलटेक अनुसंधान सहयोग परियोजना द्वारा एक २०१७ में सार द्वारा प्रदान अनुदान के माध्यम से समर्थित किया गया था । इसके अलावा अनुसंधान अनुदान (एनआरएफ-2016R1A2B4015381) नेशनल रिसर्च फाउंडेशन (एनआरएफ) कोरियाई सरकार (MEST) द्वारा वित्त पोषित के द्वारा समर्थित है, और द्वारा KBRI बुनियादी अनुसंधान कार्यक्रम कोरिया मस्तिष्क अनुसंधान संस्थान के माध्यम से वित्त पोषित विज्ञान, आईसीटी, और भविष्य के मंत्रालय द्वारा वित्तपोषित योजना (17-बीआर-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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Referenzen

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Yeon, C., Kim, D., Kim, K., Chung, E. Visual Evoked Potential Recordings in Mice Using a Dry Non-invasive Multi-channel Scalp EEG Sensor. J. Vis. Exp. (131), e56927, doi:10.3791/56927 (2018).
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