摘要：人类临床研究表明，一些脑电图参数可以作为精神疾病的生物标志物。非人类灵长类（猴）脑电图记录有助于了解人类精神疾病的病理学和开发新的治疗药物。

新方法：我们扩展了以前的无创头部固定系统，该系统具有用于清醒猴的面罩，可用于头皮脑电图记录。新设计的头部固定系统允许将头皮脑电图电极连接到与人体电极放置位置相当的位置上，并呈现听觉刺激。

结果：利用该系统，我们可以记录听觉感觉门控和怪球范式下的听觉诱发电位（AEPs），这两种范式常被用作动物模型和人类患者精神疾病的生物标志物。记录的AEP与以前的人类临床数据相当。与现有方法的比较：与先前的无创头部保持系统相比，本系统的头部的顶部，侧面（脸颊和耳）和后部可以打开以连接EEG电极和听觉刺激。

结论：本系统可用于清醒猴的EEG记录。 此外，该系统可以应用于眼动追踪和慢性脑内记录实验。

关键词：神经科学  神经病学  生理  行为测试 意识  精神障碍  生物精神病学 临床前转化研究 EEG 非人灵长类

简介：脑电图（EEG）已被用作各种精神疾病的诊断标准之一，例如精神分裂症，双相情感障碍，注意力缺陷/多动症（ADHD）和阿尔茨海默氏病。尽管在啮齿类动物的各种精神病动物模型中也报道了与人类患者相似的脑电图结果，但由于猴脑的结构和连通性与人脑高度相似，非人灵长类（猴）应可用于开发精神药物。然而，以前在猴中进行的大多数研究都使用植入式电极或侵入性头枕系统记录脑电图。考虑到动物伦理，特别是猴，非人类灵长类脑电研究推荐使用非侵入性方法。为了非侵入性地记录头皮脑电图，有必要固定受试者的头部，以防止与运动有关的伪影。以前的研究报告了使用热塑性面罩或侧头模具的无创头部固定系统，用于猴眼跟踪和慢性脑内记录。然而，这些先前的系统不适合脑电图记录或听觉刺激，因为顶部、侧面（面颊和耳朵）或头部后部（连接电极或传递听觉刺激）部分被面具、模具或猴椅上的板覆盖。在这项研究中，我们将先前的头枕系统扩展到无创脑电图记录中，这样头的顶部、侧面和后部都可以打开以连接电极和听觉刺激。为了验证现有的脑电记录系统，我们记录了两种在人类临床研究中经常被评估的听觉诱发电位（AEPs）。听觉感觉门控是一种大脑对重复的听觉刺激表现出反应减弱的现象，门控失败被认为会导致感官刺激泛滥。在精神分裂症患者和注射了苯环利定（PCP）或苯丙胺的动物（包括带有植入电极的猴）中，已经报告了听觉感觉门控缺陷。注射五氯酚、甲基苯丙胺或氯胺酮的啮齿动物和猴经常被用于精神分裂症动物的研究，因为这些药物在动物身上可以诱发类似精神分裂症的症状。AEPs已被广泛用于评估人类患者和精神疾病动物模型的认知缺陷，并且对于理解精神疾病病理学的基础研究以及临床前的转化研究都是有用的。

动物：选用4只成年（3-4岁）雄性恒河猴（平均体重4.4±0.4kg）。所有四只动物均用于听觉感觉门控实验，其中两只被附加用于音高差异较小的听觉怪球实验中，其中一个进一步用于刺激音调差异较大的听觉怪球实验中。

实验装置：为了在EEG记录期间固定受试者的头部，模制了一种由热塑性塑料制成的网状面罩，以适合每个受试者的面部。网状热塑性钢板的周边用聚甲醛板加固，之后在脑电图记录过程中，将其连接到固定在猴椅上的金属框架上。为了模制面罩，实验者支撑麻醉猴的身体和头部以防止颈部拉拽。鼻处形成了一个空间，使受试者在脑电图记录期间可以轻松呼吸。然后，将受试猴放回笼中，并进一步修饰热塑性板。面罩的上部用开水修饰，为头部电极的放置开辟了空间。此外，将一小块软化的热塑性塑料（约30×50×2 mm）附着在面罩的颚部和额头部位以增强其强度，因为这两个部位容易受到头部最大的作用力。

图1.猴的非侵入性EEG记录系统的图示。（A） 显示猴椅上面罩、猴头和亚克力板之间相对位置关系的示意图。（B） AEPs全脑电记录系统透视图。

所有受试者在面具成型和修饰后，接受为期两周的训练，以适应面具。头部前部由面罩固定，头部后部由周围的U形亚克力板固定。这种头部固定系统能够稳定地固定头部，头部运动不明显。

听觉刺激：MT-ST-S产生刺激。 在听觉感觉门控实验中，以短间隔（300毫秒）分隔的200个配对咔嗒声（S1和S2，80 dB）以8 s刺激间隔出现。在听觉怪球实验中，两组听觉刺激（75 dB； 50 ms持续时间，5 ms上升/下降； 600 ms刺激间隔）由不同频率的标准（频繁）和异常（不频繁）音调组成[330 （标准）vs.349（偏差）Hz，持续390毫秒； 展示了1500（标准）和500 Hz（偏差），持续了325毫秒]。

EEG记录：预先用脱毛膏脱掉猴的头部毛发。 受试者坐在猴椅上，头部固定。将EEG电极放置在受试者的头部。在头皮上放置11个有源电极（F3、FZ、F4、C3、CZ、C4、P3、PZ、P4、A1、A2）和一个接地无源电极（G）。使用带有有源电极的Polymate II AP216R2系统放大并记录EEG信号，阻抗保持在30kΩ以下。耳垂用手术胶带固定，以防止耳垂运动造成的伪影。

图2、在听觉感觉门控任务中，由S1（黑色）和S2（红色）诱发的9个电极记录的典型AEPs 。

结果：头部固定系统：通过热成型，制作了带有猴脸的面罩。为了非侵入性地记录头皮脑电图，保持受试者头部稳定，以防止与头部运动相关的伪影。为了防止头部旋转，覆盖下巴的面罩的一部分被加固。为了防止头部上下翻动，对面罩的前额部分进行了加固，并在枕突下方设置了U形亚克力板。系统通过下巴、前额和枕突来固定受试者的头部。所有四只猴都能适应这种头枕系统，而不会表现出压力行为，如面部攻击和发声。通过眼区周围的网孔可以目测观察到猴的眼球运动。

听觉感觉门控：从9个电极上稳定地记录了AEPs，平均次数相对较少，只有100次。刺激开始后24毫秒左右出现正电位（P1），50毫秒左右出现负电位（N1）。除C4以外，在大多数电极上，由S2（红色）引发的AEP的幅度小于由S1（黑色）引发的AEP。

图3、听觉感觉门控的AEP成分

MMN:先前的研究表明，MMN在猴的听觉皮层中反映的是刺激特异性适应而不是异常检测.由于额叶皮层对小偏差更敏感，因此在本研究中也引入了标准和偏差小的音调刺激。图4A指示响应于第一刺激组[330（标准）对349（偏差）Hz]的示例AEP。 在Fz处观察到异常刺激（红色）引起的N1的振幅大于标准刺激（黑色）引起的N1的振幅。图4B显示了AEP在N1峰潜伏期图，其中在猴1的Cz和Fz周围以及猴2的Fz周围观察到了对异常刺激的负电位。图4C显示了两只猴的异常和标准刺激在N1潜伏期在Fz处的AEP振幅。 在两只猴的Fz处，观察到异常刺激（红色）引起的N1的振幅大于标准刺激（黑色）引起的N1的振幅。

图4、听觉怪球范式中记录的AEP。

结论：可以使用本发明的系统分析精神疾病的有用的生物标志物，例如听觉感觉门控的AEP成分和MMN，这表明该系统在临床前转化研究中是有用的，可开发新的精神疾病治疗剂。 此外，该系统的功能还可用于各种类型的神经科学研究。

原文出自：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405844020308872