Pinnacle一站式神經電生理信號采集方案，助力神經科學研究（一）

2005年光遺傳學問世，2007年麻省理工學院評選光遺傳為年度10個有影響的技術之一；2010年該技術入選Nature  Methods 年度方法（Medthod of the Year）和 Science “十年突破”（Breakthroughs of the Decade）。這項注定會獲得諾貝爾獎的技術，自從問世以來，推進了神經科學領域的研究。

在睡眠、癲癇研究領域，光遺傳技術也將大放異彩。

玉研攜手Pinnacle，為大小鼠睡眠癲癇研究者帶來Turn-key神經電信號采集系統。

01

—  一站式解決方案  —

Pinnacle Technology以其在清醒自由活動狀態下測量腦電肌電的技術聞名，全世界數千個實驗室運用這套系統對大小鼠的神經電生理信號進行研究，取得突破性的進展并發表論文。除此之外，其產品高度集成化，實驗人員再也不用為了做一個實驗去不同的公司采購不同的配件，Pinnacle將硬件、軟件包括手術器械和細微的耗材都集成在一整套的設備中，all in one的理念使得無數的研究人員受益。高級的睡眠和癲癇分析軟件提供腦電肌電波形的數據分析和處理，自動出具分析的圖表，提高了手動分析的效率，使得神經科學的研究變得簡捷高效。另外，提供在腦電肌電基礎上升級的生物化學物質傳感器和光遺傳系統，幾乎涵蓋了神經科學中所有的應用領域。

02

—兩種專業分析軟件 —

睡眠專業分析軟件：專為睡眠研究者設計，可區分RAM，Non-RAM，Awake三種狀態。提供自動功率分析、半自動評分方法及高級統計和圖形分析。睡眠評分僅需三步：1.自動功率分析；2.評分（閾值評分、集群評分、手動評分）3.自動化分析。

圖為手動評分

圖為閾值評分

圖為集群評分

癲癇分析軟件：提供線長法和功率法兩種分析方法。在一個給定時間內，快速識別和分析用戶定義的癲癇事件，腦電和肌電數據自動分析和存儲，系統可定制發表文章用的報告和圖表：密度圖、峰值頻率計算、熱點圖、line length、癲癇持續時間、間隔時間等。

圖為癲癇認證與分析

03

—  三大記錄或刺激模塊 —

EEG/EMG信號采集系統：Pinnacle提供三通道和四通道的腦電/肌電采集系統，用于研究自由活動下動物的睡眠、癲癇、行為模式研究。四通道具有三通道幾乎所有的特征，并額外增加一個通道，從而可以同時配置生物傳感器及光遺傳系統。

    

                                                         小鼠頭帽                                                                    大鼠頭帽

    

 

                                          小鼠前置放大器                                                           大鼠前置放大器

        

                                     三通道數據采集器                                                        四通道數據采集器

參數配置：

參數	3通道	4通道
可調節采樣率	200-2000Hz	200-20000Hz
軟件配置低通濾波	11Hz-1kHz	21Hz-15kHz
ADC 分辨率	16 bits	16 bits
TTL輸入/輸出和模擬輸出	4 TTL輸入/輸出	4 TTL輸入/輸出；4模擬輸出

光遺傳（Optogentic）刺激系統：光遺傳刺激技術作為一種先進的神經調控手段，在帕金森病、癲癇等腦疾病治療、神經損傷修復，以及神經環路重塑研究中具有巨大的潛在應用價值。傳統的激光刺激器因光纖、體積和重量等因素限制了實驗動物的活動范圍，Pinnacle提供完整的在體、可移動、長期、微負荷光遺傳刺激技術，適用于腦疾病神經功能、神經調控以及藥物治療研究。

Pinnacle光遺傳系統是一個簡單、直接的Turn-Key實驗系統，可用于小鼠和大鼠。研究人員可以把光遺傳學實驗同生物電、神經遞質和行為記錄無縫結合，以適應不同的實驗模型。

圖為野生型C57小鼠在藍光（445nm）刺激期間和之后的腦電圖活動。

Pinnacle提供七種波長、兩種功率的LED光纖探針：

峰值波長	功率（mw/mm2）
	@300mA	@600mA
445深藍光	69	114
465藍光	66	112
515綠光	62	不推薦
590黃光	78	不推薦
620橙光	87	162
640紅光	82	104
660深紅光	97	163

Pinnacle睡眠剝奪系統：用于在無需訓練的條件下對大小鼠溫和地進行睡眠干預。該系統的鼠籠底板上放置一個旋轉棒，旋轉棒輕推動物使其從睡眠中蘇醒，從而達到睡眠干預的效果。旋轉棒的速度、方向、時間均可自定義調節。

獨立型—Standalone

當使用獨立型睡眠剝奪系統時，旋轉棒以時間為參數進行控制，從秒到小時、日、周、月間隔不等。旋轉棒可設置為隨機方向，以盡量減少動物對睡眠剝奪環境產生適應?？墒褂弥鳈C上的觸屏LCD控件進行操作，無需電腦控制。

反饋型—Feedback

當在獨立型的基礎上增加了Sirenia Feedback Pro軟件功能時，整個系統與EEG/EMG采集系統聯用，使用腦電和肌電數據為基準進行旋轉棒的控制。當實時監測的腦電肌電信號與預設置的睡眠狀態匹配或相似時，系統控制旋轉棒轉動。

系統特性	Standalone	Feedback
速度和電動控制可調	√	√
以日歷形式進行日程程序設置	√	√
適合短期、長期和慢性研究	√	√
可選配同步視頻采集系統	√	√
實時對生物腦電肌電反饋進行睡眠剝奪		√
基于規則的程序控制		√
共軛控制功能		√
需配備Pinnacle EEG /EMG系統		√
與第三方硬件兼容	√

部分用戶名單

中科院神經所

首都醫科大學

清華大學

北京天壇醫院

大連理工大學

西安交通大學

山東大學齊魯醫院

華東師范大學

軍科院防化研究院

 廣東省微生物研究所

吉林大學

北京大學第六醫院

南京大學醫學院附屬鼓樓醫院

復旦大學附屬中山醫院

武漢同濟醫院

武漢大學中南醫院

……

部分高分文獻：

     《Neuron》

1. Dorsal Raphe Dopamine Neurons Modulate Arousal and Promote Wakefulness by Salient Stimuli；

2. A rare mutation of β1-adrenergic receptor affects sleep/wake behaviors；

3. Connexin 43-mediated astroglial metabolic networks contribute to the regulation of the sleep-wake cycle；

   《Brain》

4. A novel metabolism-based phenotypic drug discovery platform in zebrafish uncovers HDACs 1 and 3 as a potential combined anti-seizure drug target；

   《Nature》

5. Distinct subnetworks of the thalamic reticular nucleus；

其他文獻：

1. Acker, D.W.M., Wong, I., Kang, M., & Paradis, S. (2018). Semaphorin 4D promotes inhibitory synapse formation and suppresses seizures in vivo. Epilepsia.

2. Casalia, M.L., Howard, M.A., & Baraban, S.C. (2017). Persistent seizure control in epileptic mice transplanted with GABA progenitors. Annals of Neurology, 82(4), 530-542.

3. Chachua, T., Yum, M-S., Velí?ková, J., & Velí?ek, L. (2011). Validation of the rat model of cryptogenic infantile spasms. Epilepsia, 52(9), 1666-1677.

4. Dinday, M.T., Girskis, K.M., Lee, S., Baraban, S.C., & Hunt, R.F. (2017). PAFAH1B1 haploinsufficiency disrupts GABA neurons and synaptic E/I balance in the dentate gyrus. Scientific Reports, 7, Article 8269.

5. Goz, R.U., Silas, A., Buzel, S., LoTurco, J.J. (2019) BRAFV600E Expression in Mouse Neuroglial Progenitors Increase Neuronal Excitability, Cause Appearance of Balloon-like cells, Neuronal Mislocalization, and Inflammatory Immune response.

6. Altimus, C.M., Guler, A.D., Villa, K.L., McNeill, D.S., LeGates, T.A., & Hattar, S. (2008). Rods-cones and melanopsin detect light and dark to modulate sleep independent of image formation. Proceedings of the National Academy of Sciences USA, 105(50), 19998-20003.

7. Cho, J.R., Treweek, J.B., Robinson, J.E., Xiao, C., Bremmer, L.R., Greenbaum, A., & Gradinaru, V. (2017). Dorsal raphe dopamine neurons modulate arousal and promote wakefulness by salient stimuli. Neuron, 94(6), 1205-1219.e8.

8. Ehlen, J.C., Brager, A.J., Baggs, J., Pinckney, L., Gray, C.L., DeBruyne, J.P., Esser, K.A., Takahashi, J.S., Paul, K.N. (2017). Bmal1 function in skeletal muscle regulates sleep. eLife, 6.

9. Erickson, E.T.M., Ferrari, L.L., Gompf, H.S., Anaclet, C. (2019). Differential Role of Pontomedullary Glutamatergic Neuronal Populations in Sleep-Wake Control. Front. Neurosci., 30 July.

10. Fisher, S.P., Cui, N., McKillop, L.E., Gemignani, J., Bannerman, D.M., Oliver, P.L., Peirson, S.N., Vyazovskiy, V.V. (2016). Stereotypic wheel running decreases cortical activity in mice. Nature Communications, 7, Article 13138

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