神经环路应用（29）丨小鼠脑电监测技术应用及案例解析

小鼠脑电（Electroencephalography, EEG）是一种记录大脑皮层神经元群体电活动的非侵入性或微创性技术，广泛应用于睡眠、癫痫、认知、神经发育及精神疾病等基础与转化神经科学研究中。

在小鼠模型中，EEG通常通过在颅骨表面植入螺丝电极或高密度微电极阵列（HD-EEG）实现。常见记录位点包括额叶（frontal）和顶叶（parietal）皮层，以顶间骨或小脑为参考。同步结合肌电（EMG）可有效区分觉醒、非快速眼动睡眠（NREM）和快速眼动睡眠（REM）等状态。

Fig1 EEG电极植入的示意图

安装在小鼠头颅上的EEG记录头端结构，包括螺丝电极、高密度EEG（HD-EEG）微阵列及其连接接口，整体通过牙科粘固剂牢固固定于颅骨表面并与柔性记录线缆相连，以支持自由活动状态下的长期信号采集。

对于HD-EEG，采用基于聚酰亚胺的微电极阵列（共40个通道，厚度8 μm，尺寸10 mm × 12.6 mm）。该电极接触点在1 kHz下的阻抗约为100 kΩ，电极半径为500 μm，相邻电极中心间距为1.2–2.0 mm。

为同步监测动物运动状态，使用加速度计对动物的运动进行非侵入式监测。该加速度计的灵敏度和动态范围通过跑步机行走测试确定。2G量程的加速度计具备六轴输出（三轴线性加速度+三轴陀螺仪）。加速度计被固定在EEG电极连接器上，其记录轴与小鼠头部中线呈正交方向。

结合行为范式脑电记录

Fig2 记录环境示意图

小鼠在手术后经过5天适应期，随后进行为期9天的连续记录。其中第2至第6天实施睡眠剥夺，小鼠被置于一个直径14 cm、宽5.8 cm的电动转轮中，转轮一侧设有透明挡板防止逃逸；设备以约2.3 RPM的速度间歇运行（运行4秒、暂停2秒），每日从光照周期ZT6持续至ZT0，通过轻微运动干扰阻止小鼠进入稳定睡眠。其余时间，小鼠被安置于透明亚克力材质的睡眠机会笼（直径20 cm，高25 cm）中可自由获取食物和饮水。整个实验期间，小鼠始终通过柔性线缆连接记录系统，用于螺丝EEG的连续采集；仅在转移动物或进行HD-EEG记录时短暂干预，最大限度减少人为干扰。

数据采集

所有记录均在隔音法拉第笼内进行，环境维持12小时光照/12小时黑暗循环。为避免数据溢出，HD-EEG使用独立计算机进行采集。

常规EEG（额叶与顶叶）：采用双极导联方式，参考电极置于顶间骨，接地电极置于对侧顶间骨，信号经模拟放大器放大；信号随后通过模数转换器以500 Hz采样率数字化并应用0.3 Hz高通滤波、100 Hz低通滤波及60 Hz硬件陷波滤波；

HD-EEG：通过Synamps 2放大器和SCAN 4.5采集系统记录，采样率为1 kHz，带通滤波范围为0.1–100 Hz。记录后，HD-EEG信号被降采样至500 Hz以匹配常规EEG。

EEG与加速度计信号均连续记录；而HD-EEG仅在实验中单次连续记录2小时，以避免因电极极化引起的直流漂移导致信号饱和，这是此类微电极阵列常见的技术问题。

总结

小鼠脑电作为一种经典而不断革新的神经生理学工具，在保留高时间精度的同时，正通过高密度电极、自动化分析和多模态整合，拓展其在系统神经科学中的应用边界。它不仅为理解睡眠、癫痫、认知等基本脑功能提供了关键窗口，也为神经发育障碍、精神疾病和神经退行性疾病的机制探索与治疗评估提供了可靠的行为-生理桥梁。

文献引用：

• Han, HB., Kim, B., Kim, Y. et al. Nine-day continuous recording of EEG and 2-hour of high-density EEG under chronic sleep restriction in mice. Sci Data 9, 225 (2022). https://doi.org/10.1038/s41597-022-01354-x
  

• Oh, S. W. et al. A mesoscale connectome of the mouse brain. Nature 508, 207–214 (2014).
  

• Lee M, Kim D, Shin HS, Sung HG, Choi JH. High-density EEG recordings of the freely moving mice using polyimide-based microelectrode. J Vis Exp. 2011 Jan 11;(47):2562. doi: 10.3791/2562. PMID: 21248705; PMCID: PMC3182650.
  

• Maheshwari A. Rodent EEG: Expanding the Spectrum of Analysis. Epilepsy Curr. 2020 May;20(3):149-153. doi: 10.1177/1535759720921377. Epub 2020 Apr 30. PMID: 32354231; PMCID: PMC7281905.

脑声小店基于深度科研洞察，专注为动物实验提供"简器械·精实验"解决方案。我们突破高精设备局限，开发手工定制化仪器及配件，通过科研巧思将基础工具转化为创新实验方案。产品涵盖行为学装置、操作辅助工具等，使实验室在保持操作简效的同时，实现精细化数据采集，助力科研人员以创造性思维发掘简易仪器的潜在科研价值。