微电极引导下大鼠丘脑底核电极植入术用于长期深部脑刺激

本实验的总体目标是对大鼠进行记录引导下的微电极植入，将电极植入丘脑底核（STN），并在此之后对该核团进行长期刺激。该过程首先在暴露的颅骨上钻一个电极孔；第二步是将电极通过电极孔推进至脑内，同时记录脑内不同区域的电生理活动，直至可检测到STN特有的电活动。

接下来，通过在电极柄周围涂抹牙科水泥来固定电极，并将头帽连接至电极引脚。最后一步是用牙科水泥固定插头，并将其连接到通向刺激器的导线上。最终，将采集的脑组织切成八微米厚的切片，并用苏木精、曙红和伊红染色，以显示电极尖端位于丘脑底核内。

与现有的盲法电极植入技术相比，该技术的主要优势在于，通过记录引导的微电极植入可高精度地定位丘脑底核。动物实验已获得布尔格大学及法定州级主管部门的批准，并依照实验性卒中研究中的科研建议以及当前活体实验动物研究报道指南进行。首先，在诱导室中对大鼠进行麻醉，以每分钟2升的流速输送空气，并加入3.5%的异氟烷。将大鼠从诱导室中取出，剃除两耳之间至眼睛区域的毛发。使用浸有消毒液的棉签擦拭已剃毛的区域。

为去除任何松散的毛发，将气流切换至鼻罩，并将麻醉剂异氟烷的浓度调整为2.5%，以每分钟1升的流速输送。将大鼠置于鼻罩中，并固定于立体定位仪框架内。通过夹捏足趾间区域检查麻醉深度。

如果大鼠已充分麻醉，则其防御性反射会消失。在麻醉期间，需在大鼠眼部涂抹眼膏以防止干燥。监测并维持大鼠体温在37摄氏度。

在剃毛区域中心皮下注射0.2毫升甲哌卡因，以麻醉手术区域，并从此保持无菌状态。使用手术刀从两耳之间开始沿中线向前做切口，长度约2厘米。确保骨膜也被切开，然后用四个夹钳暴露颅骨。

使用棉签轻轻去除骨膜，直至暴露出冠状缝和矢状缝。用脱脂棉吸去血液。将针头固定在探针架上，然后用黑色记号笔标记针尖。

利用前-后、中线-侧向以及背-腹驱动螺钉，将针尖准确定位于背内侧下丘脑核（bgma）正上方。记录前后（AP）和内侧-外侧（ML）刻度读数。

将电极植入右侧丘脑底核（STN）时，AP坐标减去3.6毫米，ML坐标减去2.5毫米。将针头尖端降至颅骨表面，用记号笔的染料标记注射位点，将牙科钻固定到立体定位仪的大探头架上。将牙钻移至颅骨上标记的位置，在显微镜下观察，钻出一个直径约1毫米的孔，直至可见硬脑膜。

这是电极插入的孔位。使用显微解剖镊子或无菌针头回缩硬脑膜，因为硬脑膜较坚韧，可能会损坏电极尖端。使用牙科钻在每个额鳞和与电极孔相对的顶鳞上各钻一个孔。

随后，在每侧顶骨鳞部钻孔。将骨螺钉拧入五个孔中。注意避免将螺钉拧入过深，以免对脑组织造成压迫。

旋转圈数取决于螺钉的螺距。此处每个螺钉旋转两到三圈。将探针固定器从立体定位仪上拆下，并用显微操作器夹住带有电极的探针固定器。

使用前后-内侧（AP ML）和背侧-腹侧（DV）驱动螺钉，移动带有电极的探针架，直至电极尖端接近颅骨前囟点（bregma）。记录此时前囟点处的AP ML和DV刻度读数。随后将电极略微上提几毫米，以防止在移动过程中电极刮擦颅骨。

为确定电极插入孔洞的位置坐标，将3.6毫米加至前后（AP）读数，并将2.5毫米加至内外（ML）读数。使用前后和内外驱动螺钉，将电极移至计算所得的位置。此时，电极尖端应正好位于钻好的电极孔上方。

接下来，在显微镜下观察，将电极降低至硬脑膜水平，并将此位置记为背腹向（DV）的零点。然后轻柔地将电极尖端插入脑组织中。

在显微镜下观察时，将电极针连接至记录系统的连接器。使用房间内的配重将立体定位仪接地。然后将法拉第笼罩在立体定位仪中的大鼠上方，以替代法拉第笼。

您也可以使用铝箔，如图所示，因为其效果与法拉第笼相同。如有条件，启动记录系统。在推进电极的同时，使用扬声器获取单个神经元放电的声学信号。

在推进电极的过程中，缓慢将电极插入脑内，同时记录电极前进过程中的电活动。记录期间应尽可能降低麻醉深度至0.8%至1%，因为麻醉程度较低的动物表现出更清晰的脑电活动。STN的特异性电活动通常在距离硬脑膜7.5至8.1毫米的深度处可被检测到。

丘脑底核（STN）神经元的典型活动特征表现为不规则的放电模式和较高的放电频率。接下来，在降低电极时，用棉签清除颅骨表面被移位的血液或脑脊液，然后混合少量牙科水泥，使用小刮刀将其涂抹在电极周围以及五个螺钉中的四个周围。待牙科水泥硬化后，断开电极针与记录系统电极夹持器和连接器的连接。

然后拧下未用牙科水泥固定的第五颗螺丝。将插头插在电极针上，并用第四颗螺丝固定插头的接地线。待牙科水泥变稠后，将其涂抹在插头周围。

将材料围绕塞子塑形，形成一个帽状结构。避免牙科水泥出现可能对动物造成伤害的锋利边缘，并在硬化过程中将其去除。清创伤口边缘，并在帽后方用缝线闭合伤口，前方则对伤口边缘进行消毒。

将插头连接到固定在旋转接头上的导线上。然后将大鼠从立体定位仪中取出，并给予适当的术后镇痛药物，剂量为每千克12.5毫克。

此处使用曲马多。将大鼠放入带有保温支持的清洁笼子中，并将旋转连接器固定在笼子上。观察动物的恢复情况。

此图像显示的是植入并持续刺激14天后处死动物所获取的八微米厚组织切片，经苏木精、曙红和伊红染色，用于观察电极尖端所在位置。实线围绕的是丘脑底核（STN）。在电极尖端持续刺激14天的位置，可见一个小的损伤灶。

值得注意的是，电极周围未见明显的穿透通道，表明电极未对周围组织造成破坏。此图像显示了该区域更高倍数下的情况。由于脑组织对电极尖端的反应，在病灶周围检测到少量炎性细胞。

如果操作得当，掌握此技术后可在一小时十五分钟内完成。