Formación quirúrgica para la implantación de microelectrodos Neocortical matrices usando un modelo de cadáver humano formaldehído-fija

Los microelectrodos permiten registrar la actividad de las neuronas individuales en el cerebro vivo. Gracias a los recientes avances en ingeniería, las matrices de microelectrodos están disponibles para su uso en humanos. Pueden dar acceso a más de un centenar de neuronas individuales en el neocórtex cerebral humano.

Hasta ahora, las matrices de microelectrodos se han utilizado en humanos en dos circunstancias. Como implantes crónicos para controlar las interfaces cerebro-ordenador, y como implantes temporales para investigar los fundamentos neurales de la epilepsia en pacientes sometidos a evaluación con EEG intracraneal. Las matrices de microelectrodos son dispositivos invasivos, y su implantación requiere abrir el cráneo y las meninges, e insertar la matriz en la corteza.

Por lo tanto, la implantación de matrices de microelectrodos en humanos debe ser realizada por un neurocirujano. Además de la experiencia con las herramientas y técnicas neuroquirúrgicas estándar, el cirujano debe estar capacitado en el procedimiento anestésico de implantación de una matriz de microelectrodos. Diseñamos el procedimiento de entrenamiento utilizando un cadáver humano fijado en formaldehído.

Nuestros objetivos eran proporcionar a los cirujanos un entorno similar al de un quirófano, una anatomía realista y la oportunidad de practicar y ensayar los pasos críticos del procedimiento. El protocolo que se muestra aquí se aplica específicamente a la matriz Utah. Este dispositivo consta de una matriz de 4x4 mm de 100 microelectrodos basados en silicio, un haz de 100 hilos de oro aislados individualmente y un pedestal transcutáneo de titanio que se conecta a la computadora que graba las señales neuronales.

El presente video tutorial revisa los pasos del procedimiento operatorio comenzando con la configuración, la exposición de la superficie cortical, la fijación del pedestal, la implantación de la guía de microelectrodos en sí, la colocación de una rejilla de electrocorticografía o ECOG y el cierre de la craneotomía. Seleccione un espécimen que no tenga antecedentes de enfermedades o lesiones en la cabeza, el cráneo y el cerebro. Si está disponible, una tomografía computarizada de la cabeza postmortem asegurará que no haya ninguna lesión intracraneal significativa.

Fije la cabeza en la pinza del cráneo y cúbrala con paños quirúrgicos. Incidir y reclinar el cuero cabelludo y el músculo temporal. Realiza una craneotomía cuadrada grande, por ejemplo, de 5x5 centímetros.

Retire el colgajo óseo y exponga la duramadre. Reserva el colgajo de hueso. Abra la duramadre en tres lados de la craneotomía.

Recíntelo y exponga la membrana aracnoidea y la superficie del neocórtex cerebral. El primer paso para fijar el pedestal es seleccionar un giro cortical donde se implantará la guía de microelectrodos. La superficie del giro debe ser aproximadamente plana para que la matriz de microelectrodos quede al ras cuando se inserte.

Y no debe haber ningún vaso sanguíneo visible en la superficie cortical donde se va a insertar la matriz de microelectrodos. Luego, seleccione un sitio para la fijación del pedestal en el borde superior de la craneotomía cerca de la incisión cutánea. Deje suficiente holgura para el haz de cables para que la guía de microelectrodos pueda alcanzar el giro objetivo.

Use tornillos óseos para atornillar el pedestal a la mesa externa del hueso del cráneo junto a la craneotomía. A lo largo del procedimiento, es fundamental asegurarse siempre de que la guía de microelectrodos no toque nada, ya que puede dañarse o lacerar la superficie neocortical. Sostenga el haz de cables cerca de la guía de microelectrodos con pinzas con puntas recubiertas de plástico o goma.

Coloque la guía de microelectrodos paralela a la superficie del giro objetivo. Doble el haz de alambre según sea necesario para ese propósito. Este es un paso crítico.

El haz de alambre es algo rígido y no se adapta fácilmente a los deseos del cirujano. Se requiere cuidado y paciencia para obtener una buena alineación de la matriz de microelectrodos y la superficie cortical. Las correas de titanio de hueso de perro se pueden usar para asegurar el haz de alambre al hueso del cráneo y controlar su curso hacia el giro objetivo.

Ahora coloque el soporte del impactador neumático en una alineación aproximada con la parte posterior de la guía de microelectrodos. Los tornillos milimétricos del soporte del impactador neumático se utilizarán más adelante para ajustes más finos. Fije el impactador neumático dentro de su soporte.

Compruebe las conexiones con la caja de control y, a continuación, encienda la caja de control. Ahora, use los tornillos milimétricos para colocar el impactador en estrecha alineación con la parte posterior de la matriz de microelectrodos. Luego, use el impactador para aplicar una tachuela en la parte posterior de la matriz de microelectrodos y empujarla hacia la superficie cortical.

Compruebe que la guía de microelectrodos esté al ras de la superficie cortical. Opcionalmente, coloque un refragrado electrocortical subdural sobre la superficie cortical expuesta. Asegúrelo suturándolo a la duramadre.

La matriz de microelectrodos estará cubierta por el grado ECOG. Vuelva a colocar la duramadre sobre la superficie cortical expuesta y suturela. Vuelva a colocar el colgajo óseo.

Asegúralo con correas de titanio de hueso de perro. Asegúrese de que el haz de cables de la guía de microelectrodos, así como los cables ECOG, no se aplasten entre los bordes de los huesos. Reposicione y suture el colgajo de piel.

Cierre la incisión en la piel alrededor del cuello del pedestal. Alternativamente, el pedestal puede salir del cuero cabelludo a través de una incisión de puñalada separada hecha en el colgajo de piel. Utilizamos un cadáver humano fijado en formaldehído para permitir que los cirujanos practicaran el procedimiento quirúrgico de implantar una matriz de microelectrodos en el neocórtex cerebral humano.

Las ventajas incluyen un entorno similar al de un quirófano y una anatomía humana realista, así como la oportunidad de practicar los pasos clave del procedimiento, incluida la manipulación de la propia matriz de microelectrodos y el uso del impactador. Los inconvenientes obvios de usar un cadáver son la ausencia de circulación de sangre y líquido cefalorraquídeo y la ausencia de los pulsos cerebrales causados por la respiración y los latidos del corazón. En conclusión, la práctica de la implantación de microelectrodos en un cadáver fijado en formaldehído es adecuada para la formación de neurocirujanos.

Los cadáveres fijados en formaldehído están fácilmente disponibles y son relativamente baratos. Este procedimiento pasa por alto las cuestiones éticas y económicas de la formación de cirujanos con primates no humanos.