通过啮齿类动物行为学测试评估大鼠运动皮层微电极植入所致功能缺损

该方法有助于回答神经工程领域中的关键问题，例如器械植入是否对长期运动功能产生影响。该技术的主要优势在于，与终点组织学分析相比，持续的行为学检测能够在整个研究过程中提供运动功能的实时且全面的评估。开始此操作时，需皮下注射头孢类抗生素以预防感染，并给予非甾体抗炎药以控制疼痛。

接下来，将眼用软膏涂抹于动物眼部，以防止角膜干燥。使用小型动物专用的指甲剪修剪脚趾甲，以防止动物在术后伤口愈合期间抓挠缝线。随后，在动物头部切口区域皮下注射布比卡因，以提供局部镇痛作用。

使用耳杆将动物固定在立体定位仪上，以防止手术过程中头部移动。然后在动物身下放置循环水加热垫，以维持其体温。随后，使用聚维酮碘溶液和异丙醇交替擦拭手术区域进行消毒。

然后根据机构规程进行脚趾捏压，以确认动物已处于手术麻醉水平。为准备动物进行植入，在中线处做一个约一英寸长的切口以暴露颅骨。使用棉签钝性剥离骨膜，并用一块纱布止血。

然后使用鳄鱼夹或止血钳向后牵拉周围组织。颅骨清理干净后，在暴露的颅骨表面滴加数滴基于氰基丙烯酸酯的组织粘合剂，以增强后续步骤中牙科水泥的粘附效果。在选定的半脑，通过在颅骨上制造一个小切口，标记对应前爪运动的运动皮层区域。

使用1.75毫米圆头牙科钻头去除部分颅骨，需特别注意避免钻得过快或过深。应间歇性地使用钻头，以防止过热。用生理盐水和轻柔吸引清除颅骨上的骨碎片。

钻孔时需小心，避免损伤硬脑膜。随后使用精细咬骨钳或弯头显微镊子去除残留的骨质。之后，用45度角的细钩状硬脑膜剥离器将硬脑膜翻开。

使用棉签和生理盐水清理任何出血，注意不要直接接触脑表面。为将微电极插入运动皮层，需小心地将已灭菌的微电极安装在立体定位仪的通用固定夹上，注意避免碰撞电极柄。确保电极的头级接口连接器被固定夹牢固夹紧。

使用立体定位仪上的显微操作器，小心地将电极尖端移至开放性颅骨切口上方。轻柔地将电极缓慢下放至脑组织内约两毫米深处。操作时应尽可能避开所有可见的血管结构。

如本演示所示，使用显微镊子手动插入硅质非功能性假微电极。电极就位后，小心地从通用固定器上松开连接器，并撤回插入臂。使用棉签和生理盐水小心清除电极周围出血。

随后使用硅胶弹性体封闭植入电极周围的开颅部位。然后使用牙科水泥将电极固定在颅骨上。待水泥完全干燥后，将切口前后两端的边缘拉合并缝合关闭。

对于无功能的植入物，可将整个切口闭合。开始开放式场地网格测试时，将动物置于网格中央，使其背对测试者。记录三分钟视频，期间允许动物自由奔跑。

当动物完成测试后，将其从网格上移除，并使用基于二氧化氯的消毒剂彻底清洁网格。使用视频追踪软件分析动物穿过的网格线数量、总移动距离和最大速度，作为评估其粗大运动功能的指标。进行梯子测试前，需要经过一周的训练，然后记录术前基线评分。

然后将动物转移到一个临时的清洁暂养笼中，开始梯子行走测试。设置梯子，使其连接两个笼子。梯子的起始端放在一个清洁的笼子上，末端则置于动物的居住笼内，以此作为动物完成行走的动力。

将用于拍摄梯子行走测试的摄像机安装在三脚架上，并置于梯子横档高度的中央位置。开启摄像机后，将动物固定在梯子起始线处，使其前爪接触第一根横档。让大鼠以自身速度通过梯子。

动物的爪子接触第一根横杆到抵达倒数第三根横杆终点线之间所经过的时间，将决定其通过所需的时间。如果动物在梯子上转身，或在20秒内未移动，则视为失败。每次失败的运行均应赋予相应的惩罚分值时间，惩罚时间依据术前测试中记录的最慢表现来确定。

每次测试日让每只动物穿过梯子五次，每次运行之间休息约一分钟。以每天最快的三次运行的平均值作为精细运动功能的评估指标。此外，使用视频追踪软件记录每只前肢从梯子横档上滑落的次数。

进行握力测试时，将握力计放置在操作台边缘，使握力手柄悬伸于地面之上。然后让动物用两只前爪抓住手柄，同时用手握住动物尾部的基部固定。当动物的每只爪子都牢固抓住手柄后，通过握住尾部基部，以缓慢而稳定的力量将动物从握力计上向后拉。

使用握力计记录动物施加的最大握力。每次测试日对每只动物进行三次测试，每次测试之间休息约两分钟。作为精细运动功能的指标，记录并计算三次试验中每次试验的最大握力输出值的平均值。

仅在恢复期后的第一周测试中，对照组动物与植入组动物在开放场地格栅实验中的表现存在显著差异。在研究的其余时间段内，两组动物的表现无差异，表明不存在长期的粗大运动功能缺陷。除恢复期后第一周外，对照组动物穿越梯子的速度明显快于植入组动物。

植入手术后的动物无法维持术前的梯子穿越速度，表明其精细运动功能可能存在缺陷。这一点进一步得到以下观察结果的支持：植入动物右侧前爪打滑的次数增加，且与脑部植入区域相对应。在整个研究过程中，对照组动物的握力测试结果通常显著高于植入组动物。

此外，植入动物在恢复后即刻的表现显著低于基线水平，但随着时间推移表现逐渐改善，并恢复至基线水平。图中显示了动物在梯子任务中的表现与免疫球蛋白G荧光强度之间的相关性，后者是血脑屏障通透性的标志物。相关系数为0.901，表明两者之间存在极强的相关性。

一旦掌握，该技术每次测试每只动物大约可在30分钟内完成。在实施该操作时，重要的是尽量减少环境变量，因为这些因素可能会分散动物对当前任务的注意力。在完成该操作后，可进一步采用其他方法，如免疫组织化学或其他光学成像技术，以研究细胞或组织对植入式微电子器件的响应。

观看本视频后，您应能够充分理解如何对因初级运动皮层植入装置或损伤所引发的粗大及精细运动功能障碍，进行快速、简便且可重复的检测。