Name: high-density electroencephalographic acquisition in a rodent model using low-cost and open-source resources
Uploaded: 2016-11-26T15:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 39 s
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This work was supported by the Foundation for Anesthesia Education and Research Mentored Research Training Grant (ARM), by the National Institutes of Health grants GM107117 (MBK) and GM088156 (MBK), and by the Department of Anesthesiology and Critical Care at the University of Pennsylvania, Perelman School of Medicine.

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The authors have nothing to disclose.

저비용 구조 적절히 마우스의 26 채널 고밀도 EEG 몽타주를 달성하기 위하여 필요한 수술 단계가 설명된다. 적절한 경막 외 전극 접촉이 시스템의 품질 EEG 신호를 획득에 중요합니다. 프로토콜 주소 내에서 두 단계이 문제 : 뇌 윤곽, 그리고 투구 주입 이전에 아크릴 보강에 맞게 트리밍 핀. 건설 단계에서 너무 짧은 핀을 절단하지 않는 것이 중요합니다. 투구 주입하면 최종 아크릴계 보강 전에 핀 배치를 확인하는 것이 필수적이다. 적당한 전극 접촉을 확인하기위한 한 가지 방법은, 임피던스 테스트를 통해서이다. 외면 상으로, 5 ~ 10 kΩ에서의 임피던스는 적절한 경막 외 배치를 제안한다. (26) &#160; 전극 임피던스 값이 주입 후 최소 4 개월이 5 ~ 10 kΩ의 범위 내에서 안정적으로 임피던스 측정치는 투구 &#39;내구성을 보여준다. 다른필수 단계는 2 × 7 EEG 벽돌의 두 후방 - 대부분의 행과 EMG의 핀을 정렬 포함한다. 오정렬 EMG와 EEG 핀 어댑터 또는 절곡 어댑터 핀을 연결하는 무능력 발생하므로 이는 어댑터 연결 중요하다. 이 획득 시스템의 주요 장점은 다양한 실험적인 요구를 최적화하기 위해 전극 어레이의 형상을 변경의 용이성이다. 최적 특정 실험에 적합한 맞춤형 전극 배치가 용이하게 생성 될 수있다. 특정 실험에 대한 정의는 잠재적으로. 결합 약리학, 뇌파, 행동 연구에 대한 감독 약물 전달을위한 정맥에 27 투구, 어댑터를 EEG를 결합 할 수 있으며, 수술은 쉽게 위의 프로토콜에 설명 된 방법에 따라 연구의 넓은 수에 맞게 조정됩니다 . 이 취득 시스템의 두 번째 주요 이점은 낮은 비용이다. 현재,이 수집 시스템은 수(4) 마우스 또는 고밀도 그리드로 원하는 경우, 래트에서의 동시 기록을 허용하는 최대 4 개의 별도의 케이블에 기록 입력 채널 (128). 이러한 확장은 별도의 케이블과 어댑터를 필요로한다. 고밀도 뇌파 취득이 방법은 마우스에서 다른 고밀도 EEG 취득 방법의 단점을 해결합니다. 이 작품에 설명 된 시스템은 솜씨 간단한 재료로 구성하고, 실험 기간 동안 자유로운 이동을 허용, 저렴하고 안정적이며 오픈 소스 하드웨어 및 소프트웨어를 사용 개월 동안 같은 동물에서 반복 측정을 가능하게하고, 수 쥐를 필요로하지 않습니다됩니다 기록에 마취. 이 시스템의 한계는 20 g 이상 무게, 이상 12 주 이상입니다 마우스에서 현재까지 확인 된 것을이다. 작은 이하의 마우스는 투구 주입에 어려움이있을 수 있습니다. 이 방법의 이차 제한 정확하게 headp 후 전극의 깊이를 제어 할 수 없다는 것이다IECE 제조. 정확하게 대뇌 피질의 표면에 대해 사전 부검 나사 깊이를 알 수있는 방법이 없기 때문에,이 같은 제한은 전통적인 나사 EEG 전극에 적용됩니다. 잡음이없는 신호를 얻기 위해 닿는 경우이 방법은 일반적으로 적절하게 마우스에서 간섭 신호를 차단 포함 문제 해결. 고밀도 EEG 어레이는 현대 EEG 해석에서 새로운 정상 EEG 데이터의 시공간 복잡한 분석에 필수적이다. 시각 유발 전위의 공간 분포가 도시되어 있지만,이 시스템을 이용하여 수집 된 데이터는 전자 소스 이미징 기술 및 신경 연결 수단을 사용하여 분석 될 수있다. 도 4에 도시 된 바와 같이, 기존의 스크류 접점에 비해 이들 전극 핀 사이의 접촉 면적이 60 % 내지 70 %의 감소는,보다 정확한 신호 위치 파악을 허용한다. 유전자 변형 마우스에서 고밀도 분석 기술을 사용, 다음 pharmacological 개입, 또는, 특정 대뇌 피질의 진동을 생성하는 메커니즘을 식별하는 데 도움 ERPS 및 인코더의 소스를 현지화 및 대규모 네트워크 속성을 표시 할 수 있습니다 발작 장애와 같은 고유의 병리와 동물입니다. 더 나은 병렬 인간의 시스템으로,이 방법은 인간의 과학 및 임상 관련성에 설치류 모델에서 만든 발견 쉽게 번역을 제공하고, 인간의 신경 생리학 및 신경 병리학의 작은 동물 모델을 향상시킬 수 있습니다.

신경 활동은 거시적 (뇌파)을 중시하는 현미경 (개별 활동 전위)에서 입도 (로컬 필드 전위)의 다양한 수준과 세포 외로 기록 할 수 있습니다. 이러한 뇌파 트레이스 고전 행동, 신경 생리 학적 또는 전기 생리 학적 상태를 특성화하기 위해 주파수 영역에서 분석된다. 이것은 신경 활동의 공간 구성 요소를 해결할 수있는 하나의 바이오 포텐셜, 4하지만 스파 스 밀도 EEG 녹음을 수행 할 수 있습니다. 현대 뇌파 분석은 특정한 심리적 상태 및 생리 현상과 그 액티비티를 위해 피질 활성의 시공간적 분포의 상세한지도를 생성하기 위하여 복수의 전극들에 의존한다. 고밀도 EEG 몽타주가 필요한 분석의 일반적으로 사용되는 종류의 5-7 두 전기 소스 화상 및 뉴럴 네트워크 연결 방법. 8-11 12 ~ 15 EEG가 높은 시간 해상도를 가지고 있기 때문에, 뇌파 연구 ERPS 및 인코더의 실시간 평가뿐만 아니라 시간적으로 정확한 사후 분석을 허용합니다. 3,11 , (12) 뇌파에서 본 진동의 상호 작용과인지 적 상태와 기능을 연결하면 신경 네트워크 연결의 다양한 조치의 궁극적 인 목표입니다. 많은 연구 동기화 및 각성,주의, 행동의 특정 상태와 관련된 다른 뇌 영역 간의 진동의 위상 잠금을 보여 주었다. 6,13,14,16-19 </sup&gt; 뇌 영역 사이에 같은 신호 연결을 입증하는 네트워크 연결의 평가를 허용 고밀도 배열이 필요합니다. 소스 현지화 및 네트워크는 인간의 연구와 유래 EEG 신호 분석,하지만 그들은 인간 그렇지 않으면 불가능 침습적 기법을 필요로 이러한 신호에 대한 신경 기준으로 조사가 반드시, 동물 모델을 포함한다. 설치류 모델에서 이러한 분석을 복제하기 위하여, 설치류의 뇌에서 고밀도 EEG 신호를 포착하기위한 방법이 필요하다. 다른 그룹은 마우스에서 사용하기위한 고밀도 미세 전극 배열을 구성하고 있지만, 그러한 접근 방법은 나노 설비에 액세스하지 않고 연구자 제한된 가용성되어 장기간에 걸쳐 반복 실험을 충분히 강력하지 않거나 마취에서 사용 한정 마우스. 1-3,7 만성 고밀도을 구성하기위한 저가의 대체 프로토콜, 두개의 전극 ARRAY는 여기에 설명된다. 여기에 설명 된 신호 획득 방법은 EEG에 한정되지 않고, 근전도 (EMG) 신호를 포함하지 않는다. EMG 신호의 취득 동작 상태를 정의하기위한 보완적인 방법이 될 수면 연구에 특히 유용 할 수 있습니다. 이 방법은 고가의 초 고밀도 두개 그리드의 중간을 제공하며 진보 된 분석 방법에 대한 불충분 전통적인 나사 전극 가능한 한정된 리드 번호. 헤드 피스 디자인은 쉽게 구성 및 높은 처리량 연구를위한 저렴합니다. 대뇌 피질의 진동 발생 사실 유전자형의 차이에서 행동 이견, ERPS 및 인코더의 소스 현지화 및 대규모 네트워크 통신의 메커니즘을 발견 할 수 있습니다 설치류 모델에서 모듬 유전 또는 약리학 조작 기술과 함께이 수집 시스템의 사용.

<table><tbody><tr><td>32 Channel RHD2132 amplifier headstage</td><td>Intan Technologies</td><td>C3314</td><td></td></tr><tr><td>Aquistion Board</td><td>Open Ephys</td><td>v2.2</td><td></td></tr><tr><td>100 Position Receptable Connector</td><td>Digi-Key</td><td>ED85100-ND</td><td>Headpiece</td></tr><tr><td>Acetone (1 L)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>179973-1L</td><td></td></tr><tr><td>Razor Blade (100 pack)</td><td>McMaster Carr</td><td>3962A4</td><td></td></tr><tr><td>Wire-Cutting Pliers</td><td>MSC Industrial</td><td>321786</td><td></td></tr><tr><td>2-Part Epoxy</td><td>McMaster Carr</td><td>7605A18</td><td></td></tr><tr><td>PFA Coated Silver Wire (25 ft)</td><td>A-M Systems</td><td>787000</td><td>EMG Wire</td></tr><tr><td>CircuitWriter Pen</td><td>MCM Electronics</td><td>200-175</td><td>Silver Applicator for Electrode Tips</td></tr><tr><td>36 Position Dual Row Male Nano-Miniature Connector</td><td>Omnetics Connector Corporation</td><td>A79028-001</td><td>Headpiece to Amplifier Adapter</td></tr><tr><td>Conn Strip Header 2 x 50</td><td>Digi-Key</td><td>ED83100-ND</td><td>Headpiece to Amplifier Adapter</td></tr><tr><td>Clidox Base and Acitvator</td><td>Pharmacal</td><td>95120F &amp;amp; 96120F</td><td>Sterilant</td></tr><tr><td>Isoflurane</td><td>Priamal Enterprises Ltd</td><td>66794-019-10</td><td></td></tr><tr><td>Oxygen</td><td>Airgas</td><td>OX USP300</td><td></td></tr><tr><td>Closed Loop Temperature Controller</td><td>CWE Inc.&amp;nbsp;</td><td>08-130000</td><td></td></tr><tr><td>Curved Scissors</td><td>FST</td><td>14085-09</td><td></td></tr><tr><td>0.25% Bupivicaine Hydrochloride</td><td>Hospira</td><td>0409-1159-02</td><td>Local Anesthetic</td></tr><tr><td>Meloxicam 5mg/ml</td><td>Henry Schein</td><td>6451602845</td><td>Pain/Inflammation Relief</td></tr><tr><td>0.9% Sodium Chloride</td><td>Hospira</td><td>0409-4888-20</td><td>Fluids</td></tr><tr><td>Cefazolin</td><td>Hospira</td><td>0409-0806-01</td><td>Antibacterial</td></tr><tr><td>No.11 Disposable Scapel (20 pk)</td><td>Feather</td><td>2975#11</td><td></td></tr><tr><td>Micro Serrefines</td><td>FST</td><td>18052-3</td><td></td></tr><tr><td>Cotton Swabs (1,000 pk)</td><td>MSC Industrial</td><td>8749574</td><td></td></tr><tr><td>0.5 mm Micro Drill Bit</td><td>FST</td><td>19007-05</td><td></td></tr><tr><td>Stereotaxic Drill</td><td>Kopf</td><td>Model 1471</td><td></td></tr><tr><td>Curved Forceps</td><td>Roboz</td><td>RS-5136</td><td></td></tr><tr><td>Methyl Methacrylate</td><td>A-M Systems</td><td>525000</td><td>Cement for headpiece</td></tr><tr><td>Methyl Methacrylate Crosslinking Compound</td><td>A-M Systems</td><td>526000</td><td></td></tr><tr><td>Curved Hemostats</td><td>FST</td><td>13003-10</td><td>Aide in Adapter Connection</td></tr><tr><td>RHD2000 standard SPI interface cable (3ft)</td><td>Intan Technologies</td><td>C3203</td><td></td></tr><tr><td>Cantilever Arm</td><td>Instech</td><td>MCLA</td><td></td></tr><tr><td>Micro Spatula (12 pk)</td><td>Fischer Scientific</td><td>S50822</td><td></td></tr><tr><td>Digital Soldering Station</td><td>MCM Electronics</td><td>21-10115</td><td></td></tr><tr><td>Rosin Core Solder 60/40 Tin/Lead</td><td>MCM Electronics</td><td>21-1045</td><td></td></tr><tr><td>Color Craze Nail Polish with Hardeners (Nitrocellulose based)</td><td>L.A. Colors</td><td>CNP508</td><td></td></tr><tr><td>Small Animal Stereotaxic Instrument with Digital Display Console</td><td>Kopf</td><td>Model 940</td><td></td></tr></tbody></table>

high-density electroencephalographic acquisition in a rodent model using low-cost and open-source resources

전기 소스 영상과 네트워크 연결 수단을 포함하여 높은 공간 해상도를 필요로하는 고급 뇌파 분석 기법이 신경 질문의 다양한 확장 적용 가능하다. 설치류 모델에서 분석 이러한 종류의를 수행하면 기존의 나사 전극을 달성 할 수있는 것보다 더 높은 전극 밀도를 필요로한다. 설치류 용 고밀도 뇌파 몽타주가 존재하지만, 그들은 대부분의 연구자들에게 제한된 가용성 있습니다 장기간에 걸쳐 반복 실험 충분히 견고하지 않거나 마취 설치류에서 사용할 제한됩니다. 1-3 제안 된 저비용 좌우 이식 투구 이루어져 내구성이 높은 수, 두개의 전극 어레이를 구성하기위한 방법은, 진보 뇌파는 마우스 또는 래트에서 분석을 수행하는 수단으로 조사된다. 투구 제조 및 수술 주입 n에 대한 절차노이즈에 높은 신호를 생성 할 수 ecessary, 낮은 임피던스 뇌파 및 근전도 신호가 표시됩니다. 방법론은 모두 쥐와 생쥐에서 유용하지만,이 원고는 작은 마우스 두개골에 대한 더 도전 구현에 초점을 맞추고있다. 자유 자재로 움직이는 마우스 만 기록하는 동안 일반적인 어댑터를 통해 케이블에 닿는된다. 26 뇌파 채널 4 근전도 채널을 포함 이러한 전극 시스템의 한 버전을 설명한다.

고밀도 EEG 투구 주입 자유롭게 움직이는 마우스에 기록 된 샘플 데이터는도 3에 도시되어있다. 각각의 EEG 파형은도 2에 도시 된 채널 매핑 방식에 대응한다. 경추와 흉추 EMG의 예는도 3에 표시된다. 흉부 EMG 기록은 또한이 흉부 EMG 전선 사이의 차동 신호 (T)가 계산 될 때 명백해진다 마우스의 심장에서 발생 내장 된 전기 활동이 포함되어 있습니다. 이 녹음은 심전도 QRS 스파이크 사이의 시간을 측정함으로써 마우스의 심박수를 계산하는 것도 가능하다. 마찬가지로 23-24은 흉강의 팽창으로 QRS 스파이크 phasic 변동을 계산하여, 마우스의 호흡률을 측정 할 수 있고 각 숨 계약. 오 획득을위한 25 따라서,이 설정은 허가F 쥐의 수면 다원. 또한, 설정이 시각 유발 전위 (그림 4)의 대뇌 피질의 매핑을 가능하게한다. 빛의 10 밀리 초 펄스가 마우스의 왼쪽 눈에만 전달 될 때, 클래식 응답은 반대편 차 시각 피질의 지연 응답 뒤에있는 반대측 (그러나 동측) 일차 시각 피질에 기록됩니다. 그림 4에 포함 된 영화는 반대측 V1 및 V2 활동의 그래프와 함께 전체 대뇌 피질의 표면을 가로 질러 전기적 전위를 변화 시간을 보여줍니다. <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td> AP </td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td> 3.3 </td><td></td><td></td><td> 0 </td><td> 0 </td><td></td><td></td></tr><tr><td> 이 </td><td></td><td> 0.4 </td><td> 0.6 </td><td> 0.6 </td><td> 0.4 </td><td></tD&gt; </tr><tr><td> 0.7 </td><td></td><td> 0.6 </td><td> 0.9 </td><td> 0.9 </td><td> 0.6 </td><td></td></tr><tr><td> -0.6 </td><td></td><td> 0.9 </td><td> 1 </td><td> 1 </td><td> 0.9 </td><td></td></tr><tr><td> -1.9 </td><td></td><td> 1 </td><td> 1.1 </td><td> 1.1 </td><td> 1 </td><td></td></tr><tr><td> -3.2 </td><td> 삼 </td><td> 1 </td><td> 1 </td><td> 1 </td><td> 1 </td><td> 삼 </td></tr><tr><td> -4.5 </td><td> 삼 </td><td> 0.7 </td><td> 0.7 </td><td> 0.7 </td><td> 0.7 </td><td> 삼 </td></tr><tr><td> ML </td><td></td><td> -2.3 </td><td> -1 </td><td> 1 </td><td> 2.3 </td><td></td></tr></tbody></table> 표 1 :. 핀 트리밍 길이는이 그림은 헤드 피스에 대한 핀 당 mm에 필요한 트리밍 길이를 보여줍니다. 핀 트리밍 길이는 마우스 뇌 아틀라스로부터 획득 하였다. AF트리밍 핀 ter에게 상기 투구은 뇌의 표면 프로파일이 일치한다. EMG 신호를 기록하기 위해 사용되는 와이어 핀 스터브 상에 납땜 20로 EMG 핀이 완전히 차단된다. <img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/54908/54908fig1.jpg" /> 그림 1 :. 투구 구성 요소, 중급 건설 단계, 및 기록에 대한 적절한 연결이 그림은 투구를 만드는 데 사용되는 원료를 보여줍니다. 100 핀 소켓 커넥터를 시작으로, 작은 2 × 7, 2 × 1 구성 요소가 생성됩니다. . 2 × 1 구성 요소, 2 × 50의 원래 에지가 일관된 투구 건설을 허용하는, 그대로 하나의 어댑터가 많은 이식 마우스에 연결이 가능합니다 그림 1B와 어댑터를 만드는 데 필요한 원료를 제공 1C 앰프 헤드 피스에서.도 1b의 헤드 피스 끝을 선물한다유사하게 삭감되는 어댑터는 헤드 피스에 연결합니다. 그 2 × 1 다시 어댑터와 헤드 피스 사이의 적절한 연결을 보장, 원료 구성 요소에서 원래의 우위를 가지고 있습니다. 그림 1C는 앰프에 연결하는 어댑터의 끝을 보여줍니다. 그림 1D는 에폭시 수지로 접착 보여 2 × 7 (2) 신호 기록을위한 준비 EMG 전선과 함께 × 1 구성 요소는. 그림 1E는 완성 된 투구를 보여줍니다. 그림 1 층은 완성 된 어댑터를 표시합니다. 그림 1G는 투구와 어댑터 사이의 적절한 연결을 보여줍니다. 마지막으로, 그림 1H 연결된 어댑터와 앰프 이식 마우스를 보여줍니다. 앰프 칩이 수집 보드 (도시하지 않음)에 실행되는 인터페이스 케이블에 연결되어있다. <a href="https://ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/54908/54908fig1large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <p유지-together.within 페이지 = &quot;1&quot;&gt; : FO 클래스 = &quot;jove_content&quot; <img alt="그림 2" src="/files/ftp_upload/54908/54908fig2.jpg" /> 그림 2 :. 전극 몽타주와 완벽하게 구축 투구이 그림은 마우스의 뇌에 대한 전극 위치를 보여줍니다. 전극 위치는 브레 그마로부터 정위 좌표에 기초한다. 각 전극 용 좌표 프로토콜의 단계 4.8에서 발견 될 수있다. 전극 색상은 각 전극에 대한 기본 뇌 영역에 해당한다. 화이트 = 정면 연합 피질 (FRA), 오렌지 = 일차 운동 피질 (M1), 핑크 = 보조 운동 피질 (M2), 다크 그린 = 차 체 감각 피질, 앞다리 지역 (S1FL), 녹색 = 차 체 감각 피질, dysgranular 영역 (S1DZ ), 라이트 그린 = 차 체 감각 피질, 배럴 필드 (S1BF), 노란색 = 중간 정수리 협회 피질 (MPTA), 다크 블루 = 차 시각 피질 (V1), 라이트 블루 = 차 시각 피질, mediomedial 영역 (V2MM), 블랙 = retrosplenial DYsgranular 피질 (RSD). (20) 일반 참조 / 접지도 표시됩니다. 이 참조 방식은 원시 신호에서 호흡 이슈를 최소화 할 수 있습니다. 각각의 전극과 연관된 숫자는 전체 어레이에 대한 채널 맵을 제공한다. 알렌 마우스 뇌지도 책. 21, 22도 2b에서 수정 된 이미지는 한 푼에 대한 확장 할 수 완전히 구축 투구를 보여줍니다. <a href="https://ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/54908/54908fig2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 3" src="/files/ftp_upload/54908/54908fig3.jpg" /> 도 3 : 샘플 EEG와 EMG 전극 몽타주에서 추적 전극의 파형은도 1a에 도시 된 채널의 맵핑에 대응한다.. 경추 EMG (C)는 목덜미 근육 (+)를 결정할 수있는 능력을 제공한다. EMG 신호는 심장 QRS 전기 자극을 포함(*). 추적 진폭 200 μV 및 추적 기간 동안 1 초 규모의 막대가 표시됩니다. <a href="https://ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/54908/54908fig3large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 4" src="/files/ftp_upload/54908/54908fig4.jpg" /> 그림 4 : 시각 유발 전위의 공간적 분포 왼쪽 눈에만 투여 일방적 빛 플래시의 유발 가능성 다음 응용 프로그램의 공간 분포.. 상부 도면은 전극을 각각 나타내는 원 고밀도 EEG 몽타주를 나타낸다. 시간이 지남에 따라 색상의 변화는 각각의 전극 시간이 지남에 따라 변화를 전압에 대응한다. 시간 = 0 밀리에서 10 밀리 광 펄스를 전달하고, 중간 그림으로 표현. 아래 그림은 반대편 V1 및 V2 EEG 전극 (N = 108 EP 시험)에 대한 유발 가능성 흔적을 의미 보여줍니다. 빛 PUL자체 0 밀리 초에서 발생한다. 해당 유발 전위 반응이 더 긴 대기 시간 뒤에, 반대측 V1 (블랙 추적)에서 관찰 반대측 V2 (빨간색 추적)에서 잠재적 인 반응을 유발되어 있습니다. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/54908/Figure_4.mov" target="_blank">(오른쪽 다운로드 클릭).</a>

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High-density Electroencephalographic Acquisition in a Rodent Model Using Low-cost and Open-source Resources

Instructions for the low-cost construction and surgical implantation of a chronic transcranial high-density electroencephalographic montage into mice are provided. Signal recording, extraction, and processing techniques are also described.

설치류 모델에서 고밀도 뇌파 취득 낮은 비용과 오픈 소스 리소스를 사용하여

Advanced electroencephalographic analysis techniques requiring high spatial resolution, including electrical source imaging and measures of network ...

high-density-electroencephalographic-acquisition-rodent-model-using

Universidad San Sebastian

Research

JoVE Journal

Neuroscience

15.8K 조회수.  University of Pennsylvania. Instructions for the low-cost construction and surgical implantation of a chronic transcranial high-density electroencephalographic montage into mice are provided. Signal recording, extraction, and processing techniques are also described.

비디오: High-density Electroencephalographic Acquisition in a Rodent Model Using Low-cost and Open-source Resources

High-density EEG Recordings of the Freely Moving Mice using Polyimide-based Microelectrode

Electroencephalogram (EEG) indicates the averaged electrical activity of the neuronal populations on a large-scale level. It is widely utilized as a noninvasive brain monitoring tool in cognitive neuroscience as well as a diagnostic tool for epilepsy and sleep disorders in neurology. However, the underlying mechanism of EEG rhythm generation is still under the veil. Recently introduced polyimide-based microelectrode (PBM-array) for high resolution mouse EEG1 is one of the trials to answer the neurophysiological questions on EEG signals based on a rich genetic resource that the mouse model contains for the analysis of complex EEG generation process. This application of nanofabricated PBM-array to mouse skull is an efficient tool for collecting large-scale brain activity of transgenic mice and accommodates to identify the neural correlates to certain EEG rhythms in conjunction with behavior. However its ultra-thin thickness and bifurcated structure cause a trouble in handling and implantation of PBM-array. In the presented video, the preparation and surgery steps for the implantation of PBM-array on a mouse skull are described step by step. Handling and surgery tips to help researchers succeed in implantation are also provided.

In this article, we described the surgery procedure and handling tips for implantation of ultra-thin polyimide-based microelectrode array (PBM-array) on the mouse skull for acquisition of high-density encephalography (EEG) in a mouse model.

Polyimide 기반 Microelectrode를 사용하여 자유롭게 이동 마우스의 고밀도 뇌파 레코딩

Electroencephalogram (EEG) indicates the averaged electrical activity of the neuronal populations on a large-scale level. It is widely utilized as a ...

연구

신경과학

Inducing Post-Traumatic Epilepsy in a Mouse Model of Repetitive Diffuse Traumatic Brain Injury

Traumatic brain injury (TBI) is a leading cause of acquired epilepsy. TBI can result in a focal or diffuse brain injury. Focal injury is a result of direct mechanical forces, sometimes penetrating through the cranium, creating a direct lesion in the brain tissue. These are visible during brain imaging as areas with contusion, laceration, and hemorrhage. Focal lesions induce neuronal death and glial scar formation and are present in 20%&minus;25% of all people who incur a TBI. However, in the majority of TBI cases, injury is caused by acceleration-deceleration forces and subsequent tissue shearing, resulting in nonfocal, diffuse damage. A subpopulation of TBI patients continues to develop post-traumatic epilepsy (PTE) after a latency period of months or years. Currently, it is impossible to predict which patients will develop PTE, and seizures in PTE patients are challenging to control, necessitating further research. Until recently, the field was limited to only two animal/rodent models with validated spontaneous post-traumatic seizures, both presenting with large focal lesions with massive tissue loss in the cortex and sometimes subcortical structures. In contrast to these approaches, it was determined that diffuse TBI induced using a modified weight drop model is sufficient to initiate development of spontaneous convulsive and non-convulsive seizures, even in the absence of focal lesions or tissue loss. Similar to human patients with acquired post-traumatic epilepsy, this model presents with a latency period after injury before seizure onset. In this protocol, the community will be provided with a new model of post-traumatic epilepsy, detailing how to induce diffuse non-lesional TBI followed by continuous long-term video-electroencephalographic animal monitoring over the course of several months. This protocol will detail animal handling, the weight drop procedure, the electrode placement for two acquisition systems, and the frequent challenges encountered during each of the steps of surgery, postoperative monitoring, and data acquisition.

This systematic protocol describes a new animal model of post-traumatic epilepsy after repetitive mild traumatic brain injury. The first part details steps for traumatic brain injury induction using a modified weight drop model. The second part provides instructions on the surgical approach for single- and multi-channel electroencephalographic data acquisition systems.

반복적 확산 외상성 뇌 손상의 마우스 모델에서 외상 후 간질 유도

Traumatic brain injury (TBI) is a leading cause of acquired epilepsy. TBI can result in a focal or diffuse brain injury. Focal injury is a result of ...

행동분석학

Long-term Continuous EEG Monitoring in Small Rodent Models of Human Disease Using the Epoch Wireless Transmitter System

Many progressive neurologic diseases in humans, such as epilepsy, require pre-clinical animal models that slowly develop the disease in order to test interventions at various stages of the disease process. These animal models are particularly difficult to implement in immature rodents, a classic model organism for laboratory study of these disorders. Recording continuous EEG in young animal models of seizures and other neurological disorders presents a technical challenge due to the small physical size of young rodents and their dependence on the dam prior to weaning. Therefore, there is not only a clear need for improving pre-clinical research that will better identify those therapies suitable for translation to the clinic but also a need for new devices capable of recording continuous EEG in immature rodents. Here, we describe the technology behind and demonstrate the use of a novel miniature telemetry system, specifically engineered for use in immature rats or mice, which is also effective for use in adult animals.

Here we demonstrate the use of a wireless enabling technology for electroencephalogram (EEG) in neonatal rodent models of human disease. With telemetry, there are no encumbering connections, thus allowing natural behaviors.

신기원 무선 송신기 시스템을 사용하여 인간의 질병의 작은 설치류 모델에서 장기 연속 뇌파 모니터링

Many progressive neurologic diseases in humans, such as epilepsy, require pre-clinical animal models that slowly develop the disease in order to test ...

Brain Source Imaging in Preclinical Rat Models of Focal Epilepsy using High-Resolution EEG Recordings

Electroencephalogram (EEG) has been traditionally used to determine which brain regions are the most likely candidates for resection in patients with focal epilepsy. This methodology relies on the assumption that seizures originate from the same regions of the brain from which interictal epileptiform discharges (IEDs) emerge. Preclinical models are very useful to find correlates between IED locations and the actual regions underlying seizure initiation in focal epilepsy. Rats have been commonly used in preclinical studies of epilepsy1; hence, there exist a large variety of models for focal epilepsy in this particular species. However, it is challenging to record multichannel EEG and to perform brain source imaging in such a small animal. To overcome this issue, we combine a patented-technology to obtain 32-channel EEG recordings from rodents2 and an MRI probabilistic atlas for brain anatomical structures in Wistar rats to perform brain source imaging. In this video, we introduce the procedures to acquire multichannel EEG from Wistar rats with focal cortical dysplasia, and describe the steps both to define the volume conductor model from the MRI atlas and to uniquely determine the IEDs. Finally, we validate the whole methodology by obtaining brain source images of IEDs and compare them with those obtained at different time frames during the seizure onset.

This video introduces the preparation, recording, and source analysis procedures of high-resolution EEG on sedated rats with a particular preclinical model of focal epilepsy under noninvasive conditions.

고해상도 뇌파 기록을 사용하여 초점 간질의 전임상 쥐 모델에서 뇌 원본 영상

Electroencephalogram (EEG) has been traditionally used to determine which brain regions are the most likely candidates for resection in patients with ...

의학

Polygraphic Recording Procedure for Measuring Sleep in Mice

Recording of the epidural electroencephalogram (EEG) and electromyogram (EMG) in small animals, like mice and rats, has been pivotal to study the homeodynamics and circuitry of sleep-wake regulation. In many laboratories, a cable-based sleep recording system is used to monitor the EEG and EMG in freely behaving mice in combination with computer software for automatic scoring of the vigilance states on the basis of power spectrum analysis of EEG data. A description of this system is detailed herein. Steel screws are implanted over the frontal cortical area and the parietal area of 1 hemisphere for monitoring EEG signals. In addition, EMG activity is monitored by the bilateral placement of wires in both neck muscles. Non-rapid eye movement (Non-REM; NREM) sleep is characterized by large, slow brain waves with delta activity below 4 Hz in the EEG, whereas a shift from low-frequency delta activity to a rapid low-voltage EEG in the theta range between 6 and 10 Hz can be observed at the transition from NREM to REM sleep. By contrast, wakefulness is identified by low- to moderate-voltage brain waves in the EEG trace and significant EMG activity.

The recording of electroencephalogram (EEG) and electromyogram (EMG) in freely behaving mice is a critical step to correlate behavior and physiology with sleep and wakefulness. The experimental protocol described herein provides a cable-based system for acquiring EEG and EMG recordings in mice.

Recording of the epidural electroencephalogram (EEG) and electromyogram (EMG) in small animals, like mice and rats, has been pivotal to study the ...

Concurrent Recording of Co-localized Electroencephalography and Local Field Potential in Rodent

Although electroencephalography (EEG) is widely used as a non-invasive technique for recording neural activities of the brain, our understanding of the neurogenesis of EEG is still very limited. Local field potentials (LFPs) recorded via a multi-laminar microelectrode can provide a more detailed account of simultaneous neural activity across different cortical layers in the neocortex, but the technique is invasive. Combining EEG and LFP measurements in a pre-clinical model can greatly enhance understanding of the neural mechanisms involved in the generation of EEG signals, and facilitate the derivation of a more realistic and biologically accurate mathematical model of EEG. A simple procedure for acquiring concurrent and co-localized EEG and multi-laminar LFP signals in the anesthetized rodent is presented here. We also investigated whether EEG signals were significantly affected by a burr hole drilled in the skull for the insertion of a microelectrode. Our results suggest that the burr hole has a negligible impact on EEG recordings.

This protocol describes a simple method for concurrent recording of co-localized electroencephalography (EEG) and multi-laminar local field potential in an anesthetized rat. A burr hole drilled in the skull for the insertion of a microelectrode is shown to produce negligible distortion of the EEG signal.

공동 화 된 Electroencephalography 및 설치류에서 로컬 필드 가능성의 동시 녹음

Although electroencephalography (EEG) is widely used as a non-invasive technique for recording neural activities of the brain, our understanding of the ...

저비용 EEG와 밀리미터 크기의 코일로 생쥐의 뇌 자극

Low-Cost Electroencephalographic Recording System Combined with a Millimeter-Sized Coil to Transcranially Stimulate the Mouse Brain In Vivo

A low-cost electroencephalographic (EEG) recording system is proposed here to drive transcranial magnetic stimulation (TMS) of the mouse brain in vivo, utilizing a millimeter-sized coil. Using conventional screw electrodes combined with a custom-made, flexible, multielectrode array substrate, multi-site recording can be carried out from the mouse brain. In addition, we explain how a millimeter-sized coil is produced using low-cost equipment usually found in laboratories. Practical procedures for fabricating the flexible multielectrode array substrate and the surgical implantation technique for screw electrodes are also presented, which are necessary to produce low-noise EEG signals. Although the methodology is useful for recording from the brain of any small animal, the present report focuses on electrode implementation in an anesthetized mouse skull. Furthermore, this method can be easily extended to an awake small animal that is connected with tethered cables via a common adapter and fixed with a TMS device to the head during recording.The present version of the EEG-TMS system, which can include a maximum of 32 EEG channels (a device with 16 channels is presented as an example with fewer channels) and one TMS channel device, is described. Additionally, typical results obtained by the application of the EEG-TMS system to anesthetized mice are briefly reported.

저자 스포트라이트: 생체 내에서 쥐 뇌를 경두개골로 자극하기 위해 밀리미터 크기의 코일과 결합된 저비용 뇌파 기록 시스템  

A low-cost electroencephalographic recording system combined with a millimeter-sized coil is proposed to drive transcranial magnetic stimulation of the mouse brain in vivo. Using conventional screw electrodes with a custom-made, flexible, multielectrode array substrate, multi-site recording can be carried out from the mouse brain in response to transcranial magnetic stimulation.

생체 내에서 마우스 뇌를 경두개로 자극하기 위해 밀리미터 크기의 코일과 결합된 저비용 뇌파 기록 시스템

A low-cost electroencephalographic (EEG) recording system is proposed here to drive transcranial magnetic stimulation (TMS) of the mouse brain in vivo, ...

<meta charset="utf8"></head><body>쥐의 다중 지역 전기생리학적 모니터링을 위한 오픈 소스 임플란트

The TD Drive: A Parametric, Open-Source Implant for Multi&#45;Area Electrophysiological Recordings in Behaving and Sleeping Rats

Intricate interactions between multiple brain areas underlie most functions attributed to the brain. The process of learning, as well as the formation and consolidation of memories, are two examples that rely heavily on functional connectivity across the brain. In addition, investigating hemispheric similarities and/or differences goes hand in hand with these multi-area interactions. Electrophysiological studies trying to further elucidate these complex processes thus depend on recording brain activity at multiple locations simultaneously and often in a bilateral fashion. Presented here is a 3D-printable implant for rats, named TD Drive, capable of symmetric, bilateral wire electrode recordings, currently in up to ten distributed brain areas simultaneously. The open-source design was created employing parametric design principles, allowing prospective users to easily adapt the drive design to their needs by simply adjusting high-level parameters, such as anterior-posterior and mediolateral coordinates of the recording electrode locations. The implant design was validated in n = 20 Lister Hooded rats that performed different tasks. The implant was compatible with tethered sleep recordings and open field recordings (Object Exploration) as well as wireless recording in a large maze using two different commercial recording systems and headstages. Thus, presented here is the adaptable design and assembly of a new electrophysiological implant, facilitating fast preparation and implantation.

<meta charset="utf8"></head><body>저자 스포트라이트: 다중 지역 뇌 연구를 위한 신경 임플란트를 통한 기억 해독 및 학습

Here, we present a unique, 3D-printable implant for rats, named TD Drive, capable of symmetric, bilateral wire electrode recordings, currently in up to ten distributed brain areas simultaneously.

TD Drive: 행동하는 쥐와 잠자는 쥐의 다중 영역 전기생리학적 기록을 위한 파라메트릭 오픈 소스 임플란트

Intricate interactions between multiple brain areas underlie most functions attributed to the brain. The process of learning, as well as the formation and ...

설치류 모델에서 고밀도 뇌파 취득 낮은 비용과 오픈 소스 리소스를 사용하여

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Polyimide 기반 Microelectrode를 사용하여 자유롭게 이동 마우스의 고밀도 뇌파 레코딩

반복적 확산 외상성 뇌 손상의 마우스 모델에서 외상 후 간질 유도

신기원 무선 송신기 시스템을 사용하여 인간의 질병의 작은 설치류 모델에서 장기 연속 뇌파 모니터링

고해상도 뇌파 기록을 사용하여 초점 간질의 전임상 쥐 모델에서 뇌 원본 영상

Polygraphic Recording Procedure for Measuring Sleep in Mice

공동 화 된 Electroencephalography 및 설치류에서 로컬 필드 가능성의 동시 녹음

생체 내에서 마우스 뇌를 경두개로 자극하기 위해 밀리미터 크기의 코일과 결합된 저비용 뇌파 기록 시스템

생체 내에서 마우스 뇌를 경두개로 자극하기 위해 밀리미터 크기의 코일과 결합된 저비용 뇌파 기록 시스템

생체 내에서 마우스 뇌를 경두개로 자극하기 위해 밀리미터 크기의 코일과 결합된 저비용 뇌파 기록 시스템

TD Drive: 행동하는 쥐와 잠자는 쥐의 다중 영역 전기생리학적 기록을 위한 파라메트릭 오픈 소스 임플란트