Визуальные вызвала потенциальных записей в мышей с использованием сухой неинвазивные многоканальный скальпа ЭЭГ датчик
Summary
Мы разработали сухого типа 16-канальный ЭЭГ датчик, который является неинвазивным, деформируемых и многоразового использования. Этот документ описывает весь процесс от производства, предлагаемой электрода ЭЭГ для обработки визуальных вызванных потенциалов (VEP) сигнала сигналы, измеренная на волосистой части головы мыши, с помощью сухой неинвазивные многоканальной ЭЭГ датчика.
Abstract
Для скальпа ЭЭГ исследования сред с лабораторных мышей мы разработали сухого типа 16-канальный ЭЭГ датчик, который является неинвазивным, деформируемого и многоразового использования из-за структурных аспектов поршень Весна ствол и механических сильные, вытекающие из металла материалы. Весь процесс приобретения ВЭП ответы в естественных условиях от мыши состоит из четырех этапов: Ассамблеи (1) датчик, (2) животных подготовки, (3) ВЭП измерение и обработка сигналов (4). Этот документ представляет представителя измерения ВЭП ответов от нескольких мышей с разрешением субмикро напряжения сигнала и югу сотен миллисекунд временного разрешения. Хотя предложенный метод является более безопасным и более удобным по сравнению с ранее сообщалось животных ЭЭГ эквайринга методы, остаются вопросы, включая как повысить соотношение сигнал шум и как применить этот метод с свободно перемещающихся животных. Предложенный метод использует легко доступных ресурсов и показывает повторяющиеся ВЭП ответ с удовлетворительным сигнала. Таким образом этот метод может использоваться для продольной экспериментальных исследований и надежной трансляционного исследования, использования неинвазивной парадигмы.
Introduction
Как количество больных старческого дегенеративных мозга таких, как деменция, болезнь Альцгеймера, Паркинсона синдромы и инсульта увеличились с старение населения и увеличение продолжительности жизни, имеет долгосрочные социальные бремя этих заболеваний также увеличено1,2,3. Кроме того большинство психомоторного развития болезней, таких как шизофрения и аутизмом, сопровождаются когнитивных и поведенческих расстройств, влияющих на пациента всю жизнь2,3,4. По этой причине исследователи стремились улучшить диагностики, профилактики, патологических понимания, долгосрочное наблюдение и лечение заболеваний головного мозга. Однако проблемы остаются вытекающие из сложности и нераскрытой болезни патологий мозга. Трансляционного исследования может быть перспективным инструментом для выявления решений, поскольку он позволяет передачу фундаментальных исследований клинических приложений в более короткие сроки, при более низких затратах и с более высоким показателем успеха в неврологии поля5 ,6,7. Еще одна цель трансляционного исследования — изучить применимость в человеке, который требует неинвазивные экспериментальных подходов в животных, которые позволяют сравнения на тот же метод для людей. Эти условия привели к несколько значительных потребностей для разработки методов неинвазивной животных подготовки. Один метод — электроэнцефалография (ЭЭГ), который показывает коры мозга подключения и активность координате с высоким временным разрешением, и что выгоды от неинвазивные протокола. События, связанные с потенциальным запись (ERP) является одним из типичных экспериментальных парадигм, которые используют ЭЭГ.
Были использованы многочисленные предыдущие исследования занятых неинвазивные ЭЭГ методы для ориентации людей вопросов, тогда как инвазивные методы, такие как имплантата винты и полюс Тип электродов, в исследованиях на животных8,9,10 , 11 , 12. качество сигнала и характеристик этих методов значительно зависят от инвазии размещение сенсора. Для успешного трансляционного исследования, Гарнер подчеркнул, используя одинаковые условия для исследования животных, которые используются для исследований человеческого13. Для фундаментальных исследований с использованием животных однако, неинвазивные методики ЭЭГ не распространены. Новаторский подход с использованием неинвазивные скальпа ЭЭГ датчик системы упором на лабораторных мышах бы надежным и эффективным инструментом для трансляционного исследования, которые могут быть применены к неинвазивной парадигмы для людей, а также.
Многочисленные исследования мыши ЭЭГ повел по коммерциализации ПХД (печатная плата) на основе многоканальные электроды14,,1516. Хотя они приняли инвазивный метод, они имеют ограниченное количество каналов (3-8), которые сделали это труднее наблюдать динамику крупномасштабных мозга. Кроме того приложения могут ограничиваться их инвазии и высокой стоимости. В другом исследовании KIST (Корейский институт науки и технологии) разработал 40 каналов на основе полиимидных тонкопленочных электрода и прикрепить его к мыши череп17,18,19,20 . Эта работа получила наибольшее количество каналов мыши ЭЭГ. Было, однако, механически слабы и не легко для повторного использования; Поэтому неуместно для долгосрочных наблюдений, ведущих к ослабленной сигнал, возможно вызванной иммунной реакции. Тем временем Тронкосо Межеван приобретено и сенсорные вызванный потенциал (SEP) на грызунов черепа электродами тридцать два из нержавеющей стали, обеспеченные перфорированные21,Poly(Methyl methacrylate) (ПММА, акриловое стекло) сетка22 , 23. Несмотря на их высокий сигнал качества, электроды были механически гибкими и нежная; Таким образом они столкнулись с трудностями, применяется несколько экспериментов. Кроме того этот метод был по-прежнему минимально инвазивные. Хотя эти методы обеспечивают качество хороший сигнал, площадь поверхности мыши черепа ограничен, поэтому количество электродов ограниченным использованием нержавеющей мачтового типа электрода. Ряд предыдущих исследований ЭЭГ для мышей показало ряд ограничений. В этом исследовании мы будем показывать новый метод измерения ЭЭГ, применимых в доклинических трансляционного исследования с использованием неинвазивные датчик многоканальный сухого типа.
Для того, чтобы преодолеть ограничения предыдущих животных ЭЭГ методологий, которые включают внутреннюю сложность подготовки животных, инвазивность, высокой стоимости, расточительности и слабая механическая прочность, мы стремились разработать новый электрод, которая exhibits гибкость, статус сухого типа, многоканальный возможностей, без инвазии и многократному. В протоколе ниже мы опишем процесс измерения визуальные вызвала потенциальных (VEP) записей на волосистой части головы мыши, с помощью сухой, неинвазивный, многоканальной ЭЭГ датчик. Этот метод использует легко доступных ресурсов, поэтому снижение барьер для вступления в животных экспериментов в области биомедицинской инженерии.
Protocol
Representative Results
Discussion
Во-первых мы сосредоточились на дизайн датчика, приоритизация практичность путем минимизации сложных хирургических процедур. Деформируемый ЭЭГ датчик состоит из шестнадцати контакты: четырнадцать для записи, один для земли и последний для ссылки электродов. Каждый электрод имеет стр…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа частично поддержали ГИСТ исследовательский институт (GRI), ГИСТ-Калифорнийский технологический исследовательский проект сотрудничества через субсидии, предоставляемые ГИСТ в 2017 году. Также поддерживается исследовательский грант (СР 2016R1A2B4015381) национальной исследовательский фонд (СРН), финансируемой правительством Кореи (MEST) и KBRI программы фундаментальных исследований через Корея мозга научно-исследовательский Институт финансируется министерством науки, ИКТ и будущее Планирование (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 |
Referenzen
- 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).
