Görsel uyarılmış potansiyel kayıtları bir kuru Non-invaziv çok kanallı kullanarak farelerde EEG sensör kafa derisi
概要
Biz non-invaziv, deforme ve yeniden kullanılabilir olan bir kuru tip 16 kanal EEG sensör tasarlanmıştır. Bu kağıt tüm sinyal işleme görsel uyarılmış potansiyel (VEP) için önerilen EEG elektrot kuru bir non-invaziv çok kanallı EEG sensör kullanarak fare kafa derisi üzerinde ölçülen sinyalleri üretimden anlatılmaktadır.
Abstract
Laboratuvar fareler ile kafa derisi EEG araştırma ortamları için dizayn ettik dalgıç-bahar-varil yapısal model ve metalden kaynaklanan mekanik güçlü nedeniyle non-invaziv, deforme ve yeniden kullanılabilir bir kuru tip 16 kanal EEG sensör malzemeler. Bir fareden VEP yanıt vivo içinde edinme için tüm süreç dört adımdan oluşur: (1) sensör derleme, (2) hayvan hazırlama, (3) VEP ölçüm ve (4) sinyal işleme. Bu kağıt submicro gerilim sinyali çözünürlüğü ile birden çok fareler yanıtlarını VEP temsilcisi ölçümleri ve alt yüz milisaniyelik zamansal çözünürlük sunar. Önerilen yöntem karşılaştırıldığında daha güvenli ve daha kolay olmasına rağmen diğer hayvan EEG edinilmesi yöntemleri daha önce rapor, sinyal-gürültü oranı geliştirmek ve hayvanlar özgürce hareket ile bu tekniği uygulamak da dahil olmak üzere sorunları kalan. Önerilen yöntem kolayca kullanılabilir kaynaklar kullanır ve tekrarlayan VEP yanıt tatmin edici sinyal kalitesi ile gösterir. Bu nedenle, bu yöntem boyuna deneysel çalışmalar ve non-invaziv paradigmalar istismar güvenilir translasyonel araştırma için yararlanılabilir.
Introduction
Senil dejeneratif beyin hastalığı olan hastaların sayı olarak demans, Alzheimer, Parkinson sendromları ve inme bir yaşlanan nüfus ve artan bir yaşam beklentisi arttı gibi uzun vadeli toplumsal yükünü bu hastalıkların vardır Ayrıca1,2,3arttı. Buna ek olarak, çoğu nörogelişimsel hastalıklar, şizofreni ve otizm, gibi bir hastanın tüm hayatını2,3,4etkileyen bilişsel ve davranışsal bozukluklar tarafından eşlik eder. Bu nedenle, araştırmacılar tanı, önleme, patolojik anlayış, uzun vadeli gözlem ve beyin hastalıkları tedavi geliştirmek mücadele edilmiştir. Ancak, sorunlar beynin karmaşıklığı ve mefhumlarının hastalığı patolojiler stemming devam etmektedir. Translasyonel araştırma bir daha kısa süre içerisinde, daha düşük maliyetle ve nörolojik alanları5 daha yüksek başarı oranı ile klinik uygulamaları temel araştırma aktarımı yapılmasını sağlar çünkü çözümleri tanımlamak için umut verici bir araç olabilir ,6,7. Başka bir amacı translasyonel araştırma, karşılaştırmalar aynı yöntemi için insanlar için izin hayvanlarda non-invaziv deneysel yaklaşımlar gerektiren uygulanabilirliği insan bireylerde incelemektir. Bu koşullar non-invaziv hayvan hazırlama yöntemleri geliştirmek için birkaç önemli ihtiyaçlarını yol açmıştır. Hangi kortikal beyin bağlantısı ve yüksek zamansal çözünürlük two-dimensionally aktivitesiyle ortaya çıkarır ve hangi bir non-invaziv iletişim kuralından faydaları elektroansefalografi (EEG), bir yöntemdir. Olay-ilişkili potansiyel kayıt (ERP) EEG kullanmak tipik deneysel paradigmalar biridir.
Hayvan çalışmaları8,9,10 ‘ gibi invaziv yöntemler, implant ise vida ve Kutup türü elektrotlar, insanlar konular, hedefleme için çok sayıda önceki çalışmalar istihdam non-invaziv EEG yöntemleri kullanılmıştır , 11 , 12. bu yöntemleri özellikleri ve sinyal kalitesini önemli ölçüde sensör yerleşim invasiveness üzerinde bağımlı. Başarılı translasyonel araştırma için Garner insan araştırma13için kullanılanlarla aynı koşullar için hayvan çalışma kullanarak vurguladı. Hayvanlar kullanarak temel araştırma için ancak, non-invaziv EEG yöntemleri yaygın değildir. Laboratuvar fareler üzerinde odaklanan bir non-invaziv kafa derisi EEG sensör sistemi kullanarak yeni bir yaklaşım için non-invaziv paradigmalar insan için de uygulanabilir translasyonel araştırma için güvenilir ve verimli bir araç olurdu.
Birçok fare EEG çalışma PCB Ticarileştirme tarafından öncülük (baskılı devre kartı) dayalı çok kanallı elektrotlar14,15,16. İnvaziv bir yöntem kabul rağmen onlar çok sınırlı sayıda kanal (3-8), zor büyük ölçekli beyin dinamiği gözlemlemek için yapılan vardı. Ayrıca, uygulamaları kendi invasiveness ve yüksek maliyet tarafından kısıtlanabilir. Başka bir araştırma, KIST (Kore Enstitüsü Fen ve teknoloji) 40 kanal polimid tabanlı ince film elektrot geliştirildi ve bir farenin kafatası17,18,19‘ a,20 bağlı . Bu eser fare EEG kanal en yüksek sayısı satın aldı. Bu, ancak, mekanik olarak zayıf ve yeniden kullanmak kolay değil; Bu nedenle, uzun süreli gözlemler, muhtemelen bir bağışıklık tepkisi tarafından neden zayıf bir sinyal önde gelen uygunsuzdu. Bu arada, Troncoso ve Mégevand bir duyusal uyarılmış potansiyel (SEP) kemirgenler kafatası üzerinde bir delikli Poly(methyl methacrylate) (PMMA, akrilik cam) kılavuz21,22 tarafından güvenli otuz iki paslanmaz çelik elektrotlar ile elde , 23. rağmen yüksek sinyal kalitesi, elektrotlar mekanik olarak esnek ve ihale; Bu nedenle, birden çok deneyler için uygulanan zorluklar vardı. Buna ek olarak, bu yöntem hala minimal invaziv. Her ne kadar bu yöntemleri iyi sinyal kalitesi sağlar, bir farenin kafatası yüzey alanı sınırlıdır, bu nedenle elektrot sayısı paslanmaz kutup tipi elektrot kullanarak sınırlı. Fareler için önceki EEG çalışmalar bir dizi bazı sınırlamaları gösterdi. Bu çalışmada, biz EEG önceden klinik translasyonel araştırma bir non-invaziv Kuru tip çok kanallı sensör kullanarak ilgili ölçmek için yeni bir yöntem gösterir.
Hayvan hazırlanması, invasiveness, yüksek maliyet, israf ve zayıf mekanik kuvvet içsel karmaşıklığı dahil, önceki hayvan EEG metodolojileri sınırlamaları aşmak için sergileyen yeni bir elektrot geliştirmek istedi esneklik, Kuru tip durum, çok kanallı yetenekleri, Sigara invasiveness ve re-usability. Aşağıdaki iletişim kuralında, Kuru, non-invaziv, çok kanallı EEG sensör kullanarak bir fare derisi üzerinde görsel uyarılmış potansiyel (VEP) kayıtları ölçme işlemi anlatacağız. Bu yöntem bu nedenle hayvan deney Biyomedikal Mühendisliği alanında girişine bariyer düşürücü kolayca kullanılabilir kaynaklar kullanır.
Protocol
Representative Results
Discussion
Öncelikle karmaşık cerrahi işlemler en aza indirerek pratiklik öncelik sensör tasarımı üzerinde duruldu. Deforme EEG sensör on altı iğne oluşur: kayıt, bir zemin ve sonuncusu için için on dört referans elektrotlar. Elektroda deformasyon elektrot’ın temas yüzeyine düzgün ve istikrarlı sinyal Alım kavisli ve ihale fare kafa derisi kolaylaştırmak böylece uygulayan dalgıç-bahar-varil yapıya sahiptir. Hayvan refahı göz önüne alındığında, biz Bahar zorla cilde temas bölgesinin cilt-elektro…
開示
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu eser kısmen özü Araştırma Enstitüsü (GRI), özü-Caltech araştırma işbirliği projesi 2017 yılında özü tarafından sağlanan hibe ile desteklenen bir durumdu. Ayrıca araştırma bursu (NMK-2016R1A2B4015381), Ulusal Araştırma Vakfı (ya temel araştırma programı aracılığıyla Kore beyin Araştırma Enstitüsü Bilim Bakanlığı, ICT ve gelecek tarafından finanse edilen ve Kore hükümeti (MEST) tarafından finanse edilen NMG) tarafından desteklenen Planlama (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 |
参考文献
- 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).
