Tek Birim Faaliyet ve elektrokortikografik Sinyalleri Kayıt için Kronik Sinir Elektrotların Cerrahi İmplantasyonu

Gage, G. J., Stoetzner, C. R., Richner, T., Brodnick, S. K., Williams, J. C., Kipke, D. R. Surgical Implantation of Chronic Neural Electrodes for Recording Single Unit Activity and Electrocorticographic Signals. J. Vis. Exp. (60), e3565, doi:10.3791/3565 (2012).

Uzun vadeli elektrofizyolojik başarısı genellikle implantasyonu kalitesine bağlı olarak değişir. Burada elektrot sistemlerinin yerleştirilmesi süreci öğrenen cerrahlar için yararlı bilgiler sağlar. Bir nüfuz eden ve bir yüzey elektrot hem implantasyon prosedürü göstermektedir. Cerrahi işlem prosedür boyunca her adımı ayrıntılı açıklamalar da dahil olmak üzere, baştan sona tarif edilir. Bu, bu video kılavuz kemirgen modellerinde ve diğer küçük hayvan modellerinde yürütülen işlemleri doğru odaklanmış da belirtmek gerekir. Açıklanan prosedürlerin değişiklikler diğer hayvan modelleri için uygun bulunmaktadır.

1. Ön implant Prosedürleri (Genel)

1. Iyi kulakların arkasında gözü arasında gelen hayvan başın üst Tıraş. Başını tıraş elektrik berber makasları kullanın. Sonra, izopropil alkol ile ilk başkanı fırçalayın betadin (3x tekrarlayın). Göz yağlayıcı.
2. Stereotaksik kulak çubukları hayvan monte edin. Kanal karşı kafa yanlara hareket ettirerek hayvanın sağ kulak kulak içine doğru stereotaksik kulak çubuğu sabit ucu yönlendirin. Aşırı bakım her bir kulak-bar ucu düzgün kulak yolunun yerleştirilir emin olmak için alınmalıdır. Sonra, kulak içine gevşeyen sol kulak çubuğu itin ve hafif içe doğru basınç uygulayın. Hayvanın burun tutun ve ileri geri sıkıca deniyordum. Hayvan monte edilirse düzgün kafa katı monte hissedeceksiniz.

2. Pre-implantasyon Cerrahisi (Ortak)

1. Ince bir makas ile, iki yarım circ kesmekles orta hatta dışarıya, kısmen derisi çıkarmadan
2. Kemiğe yapışıktır periost bağ dokusu kazıyın ve çıkarın. Böyle bir neşter bıçak ya da steril bir pamuklu çubukla ucu arkası gibi bir künt kenarı ile kazıma kılcal ezilmiş yerine düzgün kesilir, çünkü kanama en aza indirecektir. Kontrol kemik kanama kemik mum veya dağlama demir kullanarak.
3. Dezenfekte ve hidrojen peroksit kullanılarak kemik yüzeyi temizleyin. Daha net görünür kranial sütürler yapmak için kemik kurulayın. Bregma ve Lambda hususlara dikkat ve kafa dengelemek için kullanılmalıdır. Kraniotomi ve elektrot implant için yer bregma göre ölçülmelidir ve geçici bir kalemle veya yüzeyin içine sığ sondaj işaretlenebilir. Kraniotomi konumu çalışmanın deney amaçları (yani motor, duyu deneyler) ¹ bağlı olacaktır.
4. Kemiğe screwholes Matkap ve yere yerleştirin ve s stabilizeekipleri. Daima paslanmaz çelik veya titanyum vidalar kullanın. Mümkün olduğunca inç başına birçok konuları arzu gibi küçük kuyumcu vidalarını (örneğin # 2.56 veya # 00-80 için).

3. Silikon Elektrot İmplant Prosedürleri

1. Vida yerleştirilmesi sonra kraniotomi delin. Kraniotomi köşelerinde dört sığ pilotu işaretleri delin. Bir rehber kraniotomi çevresi dışında matkap gibi Pilot işaretleri kullanma. Sağlam forseps kullanılarak, bir çift delik değildi kemik kütlesi merkezi çıkarın. Açık kraniotomi kenarı daha sondaj ile temizlenmesi gerekiyor olabilir. Kemiğin ince parçalar microrongeurs bir çift kırpılır edilebilir. Gibi orta hat boyuna sütür ¹ 0,5 mm içinde görünebilir Sagittal Sinüs, gibi büyük kan damarları önlemek için dikkatli cerrahi planlayın. Sagital sinüs delinmesiyle kapsamlı kanamaya neden olabilir. Maruz kalan dura aCSF veya tuzlu su ile sulandırılmış tutulmalıdır.
2. Delip duramater içinEğer moda küçük ölçer steril bir derialtı iğne (örneğin, <28 gauge) kullanılarak küçük bir kanca gerekir. İğnenin konik alın ve noktada 90 derecelik bir viraj oluşturacak şekilde hafifçe eğerek (böyle bir neşter düz kısmının gibi) sağlam bir yüzey karşı düz basın. Dura yüzeyi yakalamak ve beyin yüzeyinden yukarı doğru kaldırın bu kanca kullanın. Dura mikro makasla kesilebilir veya dura kanca yanal hareketleri kullanılarak yırtılmış olabilir. Dura kanca kullanırken beyin yüzeyindeki kan damarlarının özen göstermeli. Sen BOS dura rezeke zaman dışarı sızdıran ve dura yüzeyinden renkli bir fark olmalıdır.
3. Dikkatlice zemin yere vida tabanı etrafında silikon elektrot teli ve diş çimento ile yer inceliğini ekleyin. Silikon elektrotlar elektrotlar kablo uçları kraniotomi üzerinde kemerli olduğunu dikkatle yerleştirilmelidir.
4. İmplantlar bir lineer motor aktüatör pla kullanarak alınacaktırbir stereotaksik aparatı üzerinde düşürebilmiştir. Ekleme cihaza elektrot bağlamak için, polietilen glikol (PEG), bir havyanızla ısıtılır ve yerleştirme çubuk ve kayıt elektrot uygulanır.
5. Elektrotu ile sabitlenir, elle beyin yüzeyinde istenen stereotaksik konuma elektrot ucu düşürmektedir.
6. Doğrusal harekete geçirici için yazılım arabirimidir kullanılarak, beyin dokusu içinde istenen derinliğe elektrot hareket eder.
7. Elektrot kablosu bitişik bir vida ile PEG takarak beyinde kayıt elektrodu sabitleyin. Artık bağlı PEG çözünmesi için tuzlu su eklenerek yerleştirme aygıtı ile elektrot kaldırabilir. Uzaklıkta, her elektrot için kraniotomi ve tekrar gelen ekleme aygıtı kaldırın.
8. Serum fizyolojik ile ıslatılmış Gelfoam maruz kraniotomi örtün. Bir silikon polimer sonra elektrot kablosu kapağı ve diş akrilik korumak için kullanılır. Nihai olarak bağlayıcı konumlandırmakyer, daha sonra sağlam bir headcap yapmak için dental akrilik geçerlidir.

4. Elektrot İmplant Prosedürler MicroECoG

1. MicroECoG elektrot implantasyonu biraz daha büyük kraniotomi içerecektir. 5 x 5 mm cihaz için, 6 x 6 mm kraniotomi yapılmalıdır. Hala dura ya pia dokunmadan tehlikesi kuru ve değilken kraniotomi açılmadan önce, UV diş akrilik kraniotomi sitenin periferi uygulanır.
2. A steril cerrahi matkap kraniotomi genel şekle kemik yüzeyinden açılması için bir # 107 çapak ile birlikte kullanılır. Daha küçük # 106 çapak sonra ince bir şeffaf tabaka kemik kalanı aşağı doğru dışarı açılması için kullanılabilir. Rongeurs sonra kemik kalan parçasını kaldırmak mümkün olacaktır. MicroECoG epidural veya subdurally implante edilebilir. Yine, suni CSF veya Tuzlu ile dura iyi nemli tutar.
3. MicroECoG aşılamak amacıyla, ope üzerinde bir stereotaksik kol yerleştirmekn kafatası ve steril bir bant kullanarak kola elektrot sabitleyin. Elektrot şimdi kraniotomi aşağı düşürülebilir. Elektrot siteleri aşağı bakacak ve dura veya pial yüzeyi ile temas yapacak emin olun. Nemli tutulmalıdır ise, elektrot doku üzerine kayar olmalı ve yerinde kalacak.
4. Topraklama kablosu kendisi üzerinde ve altında en az üç kez sarılmasıyla yere vida bağlıdır. Toprak vidası dura ile temas eden herhangi bir vida olabilir. Referans tel de aynı şekilde referans vida bağlı olabilir.
5. Dura veya pia maruz olduğu durumlarda tuzlu batırılmış Gelfoam küçük parçalar elektrodu çevreleyen konulmalıdır. Tuzlu batırılmış Gelfoam küçük bir miktar da ince film elektrot üst kapsamalıdır. UV ile sertleşen diş akrilik Gelfoam üst uygulanabilir ve stabil bir kafa kap oluşturmak için de kullanılabilir. Akrilik ince film kablo coveri doğrudan uygulanırng bu bağlayıcı ulaşılana kadar. Konektör kapağı altındaki ötesinde karşılamak için dikkatli olun.
6. Alternatif olarak, 4.3 microECoG implantasyonu hemen microECoG substrat olarak üretilmektedir küçük deliklerden bir silikon mikroelektrot dizisi (adımları 3,2-3,6) implantasyonu izlenebilir. Bu çevredeki beyin yüzeyinin yüksek çözünürlüklü alan kayıtları ile birlikte çeşitli derinliklerde hem tek birimlerinin eş zamanlı kayıt yapabiliyor.

5.. Postoperatif Kurtarma

1. Çimento tamamen sertleştikten sonra, baş-kapağı sıkıca çevresinde deri dikiş ve stereotaksik çerçeve hayvan çıkarın.
2. Bolca yara etrafında antiseptik toz veya antibiyotikli merhem sürün. Kulağımıza gelen herhangi bir kanama varsa, kulak yoluna bazı antibiyotik iyi yerleştirin.
3. Barbitüratlar kendi vücut ısısını muhafaza gelen hayvan engel olarak hayvan sıcak tutun. Ev each kronik ayrı bir kafeste hayvan implante. Genellikle cerrahi tamamen kurtarmak için hayvan için dört ila yedi gün sürer.

6. Temsilcisi Sonuçlar

Başarılı bir silikon elektrot implant cerrahisi 500kOhm-2MOhm arasındaki ölçüm empedanslı siteleri kayıt ve 10kOhm-50kohm (at 1kHz) arasında ince film elektrotlar olacaktır. Nöral sinyalin yanı sıra hemen cerrahi sonrası kontrol edilebilir. Sen yerleştirilmiş elektrotlar üzerinde ani görmek ve ince film yüzeyinin elektrot (Şekil 1) yavaş dalga salınımları görmek gerekir.

Şekil 1.. Tek bir birim faaliyet ve ECoG salınımlar Temsilcisi sonuçları. Neokorteks implante kronik bir silikon elektrot 6 aynı anda kayda kanal a) Geniş band veri. Yükselmelerine genellikle kayıt siteler arasında görülebilir unutmayın. b) EBeynin yüzeyi üzerinde bir 16 kanalı ince-film uECoG elektrot dizisine 6 kanallardan Cog salınımlar. Tüm 16 sinyallerin ortalama her eser (ortak ortalaması referans) çıkarıldı, ve 500 Hz dijital alçak geçiren filtre uygulandı.

^4,5 neuroprosthetic sistemleri için mikrostimülasyonla ^3, ya da kontrol sinyallerini veren, beyin fonksiyonu ² araştırma için intrakortikal ve yüzey, çok kanallı kayıt arabirimleri kullanarak artan bir ilgi var. Bu video belirtilen yöntemler kronik delici ve yüzey elektrot sistemleri implant nasıl gösterilmektedir. Diğer silikon kronik elektrot sistemleri ⁶ var olurken, NeuroNexus Teknolojileri ^7,8 tarafından geliştirilen düzlemsel elektrot implante odaklanmıştır. Diğer elektrot sistemlerinin implantasyonu için teknikler ölçüde değişir.

Açıklanan cerrahi basamakları, stereotaksik kulak çubukları hayvan montaj en zor ve implante elektrot yerleştirme doğruluğunu belirleyen en önemli adım olabilir. Aşırı bakım her bir kulak-bar ucu düzgün kulak yolunun konumlandırılmış olduğunu varsayalım, bu nedenle, alınması gerekir. Assura sonrasol başparmak ve işaret parmağı baş desteklemek ve kulak çubuğu ucu karşı başın basınç uygulamaya devam ederken kulak çubuğu ucu hayvanın sağ kulak kulak yolunun olduğunu nce, sağ elinizle hayvanın boynuna bırakın. Sağ elinizle, kulak içine gevşeyen sol kulak çubuğu itin ve hafif içe doğru basınç uygulayın. Eğer kulak yolunun içine sol kulak-bar ucu kayma hissediyorum kadar aşağı ve ileri ve çevresinde hayvanın başının sol tarafına taşıyın. Sağ elinizle, sol kulak çubuğu üzerinde baskı uygulamaya devam edeceklerdir. Hayvanın kafasını bırakın ve, sizin şimdi sol el ile, sol kulak çubuğu seti sıkın.

DRK NeuroNexus Teknolojileri parçası sahibi olduğunu.

Bu çalışma Sinir İletişim Teknolojileri Merkezi (CNCT), Biyomedikal Görüntüleme ve Biyomühendislik Ulusal Enstitüsü (NIBIB, P41 EB002030) tarafından finanse edilen ve Ulusal Sağlık Enstitüsü (NIH) tarafından desteklenen bir P41 Kaynak Merkezi tarafından finanse edildi. Yazarlar, cerrahi tekniklerin geliştirilmesi için NeuroNexus Teknolojileri Rio Vetter teşekkür etmek istiyorum, ve ameliyatlar sırasında kullanılan donanım listesini derlemek için Michigan Üniversitesi Patel Paras.

1. Paxinos, G.A. The Rat Brain in Stereotaxic Coordinates, Sixth Edition. Academic Press, (2007).
2. Fujisawa, S.A. Behavior-dependent short-term assembly dynamics in the medial prefrontal cortex. Nat. Neurosci. 11 (7), 823-833 (2008).
3. Merrill, D.B. Electrical stimulation of excitable tissue: design of efficacious and safe protocols. J. Neurosci. Methods. 141, 171 (2005).
4. Gage, G.J. Naive coadaptive cortical control. J. Neural Eng. 2, 52 (2005).
5. Marzullo, T.L. Development of Closed-Loop Neural Interface Technology in a Rat Model: Combining Motor Cortex Operant Conditioning With Visual Cortex Microstimulation. IEEE Trans. Neur. Sys. and Rehab. Eng. 18 (2), 117-126 (2010).
6. Maynard, E.N. The Utah intracortical electrode array: a recording structure for potential brain-computer interfaces. Electroencephalogr. Clin. Neurophysiol. 102, 228-239 (1997).
7. Kipke, D.V. Silicon-substrate intracortical microelectrode arrays for long-term recording of neuronal spike activity in cerebral cortex. IEEE Trans. Neural Syst. Rehab. Eng. 11 (2), 151-155 (2003).
8. Vetter, R.W. Chronic neural recording using silicon-substrate microelectrode arrays implanted in cerebral cortex. IEEE Trans. Biomed. Eng. 51 (6), 896-904 (2004).

6 Comments

You must be signed in to post a comment. Please sign in or create an account.