Chronische Implantation des gesamten kortikalen Electrocorticographic Arrays in der Weißbüschelaffe
1. Februar 2019
Wir haben eine ganze kortikale Electrocorticographic-Array für die Weißbüschelaffe entwickelt, die kontinuierlich fast die gesamte Mantelfläche des Kortex, aus dem okzipitalen Pol an die zeitlichen und frontal Pole abdeckt. Dieses Protokoll beschreibt eine chronische Implantationsverfahren des Arrays in den Epiduralraum des Gehirns Marmoset.
Dieses Protokoll demonstriert die Implantation eines elektrokortikographischen Arrays auf den Kortex eines nichtmenschlichen Primaten. Licht in die großangelegte Informationsverarbeitung in der Primatenschicht-Neurowissenschaft zu werfen. Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass sie eine Möglichkeit bietet, großflächige kortikale Aktivitäten mit hoher räumlicher zeitlicher Auflösung zu überwachen.
Beginnen Sie mit einem vier Zentimeter großen Hautschnitt durch die Mittellinie der Kopfhaut. Verwenden Sie ein Heilmittel, um den zeitlichen Muskel vom Schädel zu lösen, bis der gesamte Operationsbereich freigelegt ist. Und alle Gewebe von der Schädeloberfläche zu löschen.
Stoppen Sie die Blutung bei Bedarf vollständig mit Druckhämostase oder Knochenwachs. Wickeln Sie den Rand der Haut und Muskeln mit befeuchteter Gaze. Und legen Sie die Frontkante des Arrays auf den Rand des Frontpols.
Verwenden Sie einen Bleistift, um den Bereich für die geplante Kraniotomie, Schlitze und Löcher auf dem Schädel zu markieren. Und positionieren Sie das Sezieren des Mikroskops über dem Operationsbereich. Bohren Sie die Kraniotomie entlang Mark eins.
Während des Bohrens, Blasen Luft an der Schneide, um eine klare Sicht für den Chirurgen zu halten, schneiden den Knochen den ganzen Weg um Marke zwei, wie das Knochenstück wird immer noch an Dura in der Mitte befestigt werden. Langsam und vorsichtig, heben Sie das Stück von einer Kante nach oben. Und schälen Sie die Dura mit einem Spachtel ab.
Entfernen Sie die Knochenspitzen aus dem Knochenstück und halten Sie den Knochen in befeuchtete Gaze gewickelt, bis er am Ende des Eingriffs an den Schädel zurückgegeben wird. Bohren Sie an den Markierungen drei und vier, um das Einführen von Elektroden in die Orbital-, Frontal- und Okzipitalbereiche zu ermöglichen. Bohrschlitze auf Markierung fünf, um eine Bestätigung zu ermöglichen, wenn das Array richtig eingefügt ist.
Die Dura wird nun freigelegt. Waschen Sie den Bereich mit Kochchen und stoppen Sie die Blutung mit Druckhämostase und einem Gelatineschwamm bei Bedarf. Reinigen Sie bei Bedarf die Kante der offenen Kraniotomie und machen Sie die Markierung sechs Schlitze, in die die Referenzelektroden platziert werden.
Einsetzen eines Spachtel unter dem Schädel, um die Dura-Materie zu schützen, verwenden Sie eine Ein-Millimeter-Schraube, um Schraubenlöcher an vier Punkten um jeden Stiel des Steckers zu bohren. Und installieren Sie Spitzenschrauben als Anker, um den Stecker am Schädel zu befestigen. Fügen Sie dann mit Flathead-Zangen das Array ein, und fügen Sie das elektrokardiographische Array in den Epiduralraum ein.
Platzieren Sie die Referenzelektroden im Epiduralraum. Dann zahnärztliches Acryl auf die Referenz auftragen. Legen Sie die Bodenelektroden auf die Schädeloberfläche.
Dann Zahnacryl auf die gemahlene Elektrode auftragen. Setzen Sie das Knochenstück wieder an Ort und Stelle, und wenden Sie Dental-Acryl auf die Schrauben, um den Stecker und Kopfpfosten auf den Schädel zu fixieren. Verwenden Sie dann eine 6 O Nylon Naht, um die Haut an der Stirn und an der Rückseite des Endes zu schließen.
Und verwenden Sie Hautverschlüsse, um die Haut an den Seiten des Steckers zu fixieren. Hier werden Beispiele für auditive evozierte Potenziale aus mehreren Hörbereichen in einem wachen Marmoset gezeigt. Während der Exposition gegenüber randomisierten reinen Tönen mit 20 Frequenztypen können verschiedene Wellenformen aus unteren und höheren Hörbereichen beobachtet werden, was darauf hindeutet, dass die räumliche Auflösung des elektrokardiographischen Arrays verschiedene Informationsverarbeitungen in verschiedenen kortikalen Bereichen erfassen kann.
Die Option kann im Marmoset-Gehirn viral transduziert werden, da die elektrische Implantation eine langfristige chronische Fotostimulation und gleichzeitige Überwachung der kortikalen Reaktionen ermöglicht.
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Übersicht
Diese Studie stellt ein Protokoll für die Implantation eines vollständigen kortikalen elektrokortikografischen Arrays beim Grauohrmarmoset vor. Diese chronische Implantation ermöglicht eine kontinuierliche Überwachung der kortikalen Aktivität über verschiedene Regionen hinweg und liefert Einblicke in die Informationsverarbeitung auf großer Skala in der Primaten-Neurowissenschaft.
Wesentliche Studienkomponenten
Bereich der Wissenschaft
- Neurowissenschaft
- Elektrophysiologie
- Neurotechnologie
Hintergrund
- Die Studie nutzt ein nichtmenschliches Primatenmodell, den Gemeinen Zwergmaki.
- Das Elektrokortikographie-Array deckt nahezu die gesamte laterale Oberfläche der Großhirnrinde ab.
- Diese Methode ermöglicht eine kortikale Überwachung mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung.
- Die Implantation in verschiedenen Hirnregionen unterstützt die funktionelle Beurteilung der auditorischen Verarbeitung.
Zweck der Studie
- Entwicklung eines Protokolls für die chronische Implantation eines elektrokortikographischen Arrays.
- Ermöglichung einer kontinuierlichen Überwachung kortikaler Aktivität beim Krallenaffen.
- Gewinnung von Erkenntnissen über die Informationsverarbeitung in verschiedenen kortikalen Bereichen.
Verwendete Methoden
- Die verwendete Hauptplattform ist ein elektrokortikographisches Array-Implantat.
- Das biologische Modell beinhaltet den Gemeinen Krallenaffen, wobei der Fokus auf auditorischen Regionen liegt.
- Die Schritte umfassen einen Hautschnitt, eine Kraniotomie und eine sorgfältige Platzierung der Elektroden.
- Während des gesamten Verfahrens werden Spülungen mit Kochsalzlösung und Drucktamponade zur Blutstillung angewandt.
- Mit der Technik ist eine Langzeitüberwachung und Photostimulation kortikaler Antworten möglich.
Hauptergebnisse
- Während der Schallbelastung wurden unterschiedliche Wellenformen aus mehreren auditorischen Bereichen aufgezeichnet.
- Das elektrokortikographische Array erfasste effektiv räumlich getrennte Verarbeitungsvorgänge in der Großhirnrinde.
- Diese Methode könnte eine chronische Photostimulation unter gleichzeitiger Überwachung der Antworten ermöglichen.
- Es wurden Erkenntnisse zur auditorischen Verarbeitung und kortikalen Erregbarkeit gewonnen.
Schlussfolgerungen
- Die Studie demonstriert eine Methode zur chronischen Implantation eines elektrokortikographischen Arrays.
- Diese Technik ermöglicht eine umfassende Beurteilung neuronaler Mechanismen und der Plastizität.
- Sie trägt zum Verständnis kortikaler Aktivität im Zusammenhang mit auditorischer Verarbeitung sowie zu potenziellen Anwendungen in der Neurotechnologie bei.
Häufig gestellte Fragen
Ausschlaggebende Bedeutung für die Industrie
Dieses Protokoll ermöglicht eine elektrophysiologische Überwachung mit hoher räumlicher Auflösung über die gesamte Großhirnrinde hinweg in einem translationalen nichtmenschlichen Primatenmodell und unterstützt so die Zielvalidierung sowie die mechanistische Risikominderung in der neurowissenschaftlichen Arzneimittelforschung. Durch die Erfassung großskaliger kortikaler Dynamiken mit millimetergenauer räumlicher und untermillisekundengenauer zeitlicher Auflösung liefert es eine vorhersagbare Sicherheit bei der Beurteilung der Wirkstoffeffekte auf die Funktion neuronaler Schaltkreise. Der Ansatz schließt die Lücke zwischen Entdeckung und präklinischer Phase, indem er ein krankheitsrelevantes System zur Bewertung der kortikalen Aktivierung und netzwerkebener Biomarker bereitstellt.
Strategische Anwendungen in der Biopharma-Forschung und Entwicklung
Frühe Entdeckung und Zielvalidierung
- Wissenschaftlicher Wert: Ermöglicht die Überprüfung therapeutischer Hypothesen durch direkte Messung der kortikalen Netzwerkaktivität in frontalen, parietalen und temporalen Komplexen.
- Operationaler Wert: Unterstützt die biologische Risikominderung, indem die Zielbindung in einem lissenzephalen Gehirn mit zu Menschen homologer Organisation validiert wird.
Screening und Assay-Entwicklung
- Wissenschaftlicher Wert: Bereitet validierte kortikale Systeme für die Standardisierung nachgeschalteter Assays vor, indem stabile, chronische elektrophysiologische Messungen etabliert werden.
- Operativer Wert: Fördert die Reproduzierbarkeit und Skalierbarkeit von Assays durch die Fixierung epiduraler Arrays und langfristige Signalstabilität.
Translationale und präklinische Forschung
- Wissenschaftlicher Wert: Ermöglicht die Überwachung auditorisch evozierter Potentiale und kortikaler Informationsverarbeitung und stellt damit ein systemisches Modell mit Krankheitsrelevanz bereit.
- Operationaler Wert: Gewährleistet eine translationale Kontinuität von der Entdeckung bis zur chronischen Implantation und unterstützt so die longitudinale Beurteilung neuronaler Plastizität und der Reaktion auf Medikamente.
Pipeline- und Workflow-Integration
Die Methode integriert sich in den Entdeckungsprozess, indem sie die Hypothesenprüfung in der frühen Biologie, die Assay-Bereitschaft im Screening sowie quantitative neurophysiologische Analysen zur Zielstrukturnbindung ermöglicht.
- Entdeckungsbiologie: Unterstützt die Aufklärung von Signalwegen und die biologische Risikominimierung durch die vollständige kortikale Abbildung elektrischer Feldpotentiale.
- Screening: Ermöglicht die Bereitschaft für Assays durch chronische Implantation und stabile Basislinienaufzeichnungen über kortikale Regionen hinweg.
- Analytik: Erzeugt quantitative Messungen abhängiger Variablen wie Amplituden und Latenzen evozierter Potentiale für den Vergleich zwischen verschiedenen Bedingungen.
- Translationale Forschung: Schafft Anschluss an die präklinische Kontinuität, indem eine menschenähnliche kortikale Organisation modelliert und chronische Stimulationsparadigmen ermöglicht werden.
- Unternehmensweite Wiederverwendung: Positioniert das Array als wiederverwendbare Plattform für wiederholte Sitzungen, verringert die Variabilität pro Versuchstier und erhöht den Durchsatz.
Operative und unternehmerische Auswirkungen
- Wissenschaftlicher Wert: Vorhersagegenauigkeit bei der Zielvalidierung durch kortikale Überwachung mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung.
- Operativer Wert: Standardisierung und Reproduzierbarkeit durch epidurale Fixierung und ein konsistentes chirurgisches Vorgehen.
- Strategischer Wert: Verbesserte Go/No-Go-Entscheidungen durch Verringerung mechanistischer Unklarheiten bei kortikalen Arzneimittelwirkungen.
- Portfolio-Wirkung: Risikoadjustierte Priorisierung anhand objektiver biomarkerbasierter neuronaler Aktivität.
Durchführungsaspekte
- Erfordert Fachkenntnisse in Neurochirurgie, Elektrophysiologie und dem Umgang mit Primaten.
- Abhängig von mikrochirurgischen Instrumenten, Bohrern, Nähten und biokompatiblen Klebstoffen wie zahnmedizinischem Acryl.
- Erfordert eine standardisierte Vorgehensweise zwischen den Teams hinsichtlich der Elektrodenplatzierung sowie der Referenz- und Erdungsprotokolle.
- Beinhaltet Anpassungsüberlegungen für unterschiedliche kortikale Zielstrukturen und Stimulationsparadigmen.
- Eingeschränkt durch den invasiven Charakter des Eingriffs und das Management der postoperativen Gewebsreaktionen bei chronischer Anwendung.
