Implantation sous-durale d’un réseau d’électrocorticographie douce pour l’enregistrement de l’électrophysiologie corticale chez les miniporcs

Toutes les procédures impliquant des modèles animaux ont été examinées par le comité institutionnel local de protection des animaux et le comité d’examen vétérinaire JoVE.

1. Implantation chirurgicale de réseaux d’électrocorticographie douce (ECoG)

1. anesthésie
   1. Prémédication : Isolez les miniporcs femelles de Göttingen (n = 7) à l’âge de 2 à 6 mois (5 à 8 kg) et jeûnez-le pendant la nuit. Injecter un mélange de midazolam à 0,75 mg/kg, d’atropine à 0,25 μg/kg et d’haldol à 0,1 mg/kg par voie intradermique, et attendre que l’animal soit sous sédation. Pesez l’animal avant de continuer.
   2. Installation de sonde intraveineuse (IV) :
      1. Placez l’animal sur la table d’opération sur un coussin chauffant. Induire l’anesthésie en plaçant un masque facial sur l’animal, en utilisant du sévoflurane à 3 % à 3,5 %.
      2. Placez des sondes d’électrocardiogramme sur l’abdomen, un capteur de saturation sanguine sur la queue et un capteur de température dans la narine.
      3. Placez une sonde IV sur une veine de l’oreille et confirmez l’accès au sang à l’aide d’une seringue remplie de solution saline. Assurez-vous que les yeux sont hydratés en utilisant une pommade.
   3. Intubation : Injecter un bolus d’atracurium à raison de 0,5 mg/kg, de kétamine à raison de 1 mg/kg et de fentanyl à raison de 1 à 2 μg/kg. Placez l’animal sur le dos pour l’intubation. Insérez un tube de 4,5 mm.
   4. Médicament : Après l’intubation, arrêtez l’anesthésie au sévoflurane et installez une perfusion de propofol à 10 mg/kg/h, de fentanyl à 2 μg/kg/h, d’atracurium à 0,2-0,5 mg/kg/h et de solution saline à 4-7 mg/kg/h. Commencez une perfusion de mannitol à 1 g/kg/h pour réduire l’enflure cérébrale pendant la chirurgie.
      REMARQUE : Un régime d’analgésie multimodale peut être utilisé s’il est recommandé par le comité local d’éthique animale.
2. Préparation du champ aseptique et de la peau : Rasez toute la surface de la tête au-delà du champ chirurgical. À l’aide d’un tampon stérile, frottez soigneusement la tête avec de la bétadine. Ensuite, placez des champs stériles sur la table d’instrumentation et sur l’animal pour ne révéler que la fenêtre chirurgicale. Enfin, frottez à nouveau la tête avec un tampon stérile à base de bétadine.
3. craniotomie et durotomie
   1. Incision cutanée : Inciser la peau à l’aide d’un scalpel le long de la ligne médiane. Séparez le muscle et le périoste (25 mm latéralement du bregma des deux côtés et 40 mm en avant et en arrière du bregma) de l’os à l’aide d’une râpe et placez des écarteurs pour obtenir un accès optimal pour un forage ultérieur.
   2. Mesures et marquage : Identifiez bregma et lambda et marquez-les avec un stylo chirurgical stérile (Figure 1A, B). À l’aide d’une règle stérile, définissez le contour du lambeau osseux centré autour de la cible d’implantation sur les deux hémisphères. Dans ce cas précis, le cortex auditif a été choisi, avec des coordonnées de -5 mm à -15 mm du bregma et de -4 mm à -20 mm latéralement. Ensuite, ajustez la craniotomie à la taille de l’implant et aux repères anatomiques, en limitant la taille de l’ouverture.
   3. craniotomie:
      1. À l’aide d’une perceuse à os avec un embout rond, percez le contour de la craniotomie en tenant compte de l’épaisseur du crâne. Irriguez le lieu de forage avec une solution saline pour éviter de surchauffer l’os.
      2. Percez soigneusement le contour de manière homogène jusqu’à ce qu’il atteigne la dure-mère. À la première percée, terminez de percer le contour jusqu’à ce qu’il soit suffisamment aminci pour presque percer. Ensuite, utilisez une spatule plate (sur la ligne médiane ou sur le côté latéral) pour détacher le lambeau osseux en un seul morceau, en utilisant le bord de la craniotomie comme levier. Si vous rencontrez trop de résistance, continuez à amincir l’os.
      3. Placez le morceau d’os dans une solution saline stérile.
      4. Une fois le lambeau osseux retiré, ébréchez soigneusement le bord de la craniotomie, à l’aide d’un Kerison pour éviter que le bord osseux tranchant ne coupe dans la dure-mère.
      5. Si des saignements excessifs sont rencontrés sur la dure-mère ou l’os, utilisez respectivement du Gelfoam ou de la cire d’os. Placez une compresse humide (tampon standard dans une solution saline stérile) dans la craniotomie et répétez cette étape sur l’autre hémisphère (Figure 1B).
   4. Durotomie :
      1. À l’aide de l’aiguille d’un kit de suture 6-0, percez et soulevez soigneusement la dure-mère à l’extrémité antérieure ou postérieure de la craniotomie à mi-chemin entre le côté médial et le côté latéral et créez le début d’une incision avec le couteau à couteau.
      2. Ensuite, à l’aide d’une petite spatule plate insérée dans l’espace sous-dural faisant office de base de coupe pour protéger le cortex, créez une fente antéropostérieure dans la dure-mère en avançant simultanément avec les deux outils. Assurez-vous que la fente est légèrement plus grande que la largeur de l’implant (Figure 1C). En cas de saignement ou de dommage à cette étape, couvrez-le de mousse de gel et attendez qu’il s’arrête.
         REMARQUE : La trajectoire de la fente doit être adaptée si de gros vaisseaux sanguins sont présents dans la dure-mère pour éviter les saignements.
4. implantation
   1. Insertion de l’appareil :
      1. Irriguez l’implant (Figure 2A) avec une solution saline des deux côtés afin qu’il glisse plus facilement dans l’espace sous-dural. Placez l’implant au-dessus de la fente de la dure-mère et, à l’aide d’une petite pince, insérez l’appareil par voie sous-durale en le faisant glisser séquentiellement sur chaque bord.
      2. Tenez soigneusement l’extrémité du socle de l’appareil et avancez avec l’implant afin de ne pas créer de tension entravant l’insertion. Lorsque le bord du connecteur est situé sur le dessus de la fente, arrêtez l’insertion.
   2. Fixez l’implant : Pour fixer l’implant en place, placez un pont en titane sur le câble après le bord de la craniotomie ou dans les ailes d’ancrage et fixez-le avec une ou deux vis en titane à l’aide du tournevis approprié (Figure 1D).
   3. Mise à la terre : Retirez avec précaution 1 cm de l’isolant des fils de terre et insérez-le par voie péridurale à l’extrémité postérieure de la craniotomie (ou à tout endroit épidural éloigné du cortex d’intérêt ou des gros vaisseaux sanguins) (fil de la figure 1E)
   4. Répétez les étapes sur l’hémisphère controlatéral.
   5. Fermeture de la dure-mère : Suturez soigneusement la dure-mère autour du câble de l’implant à l’aide d’une suture résorbable 3-0 et d’un petit porte-aiguille. Rapprochez autant que possible les deux bords de la dure-mère sans déchirer la fine membrane avec le fil de suture (Figure 1D, E).
   6. Placement du lambeau osseux : Fixez un pont en titane sur les parties antérieure et postérieure de chaque lambeau osseux à l’aide d’une vis en titane. Veillez à planifier le positionnement des ponts en Ti par rapport au placement des pieds de la plaque de pied dans les prochaines étapes. Vissez l’extrémité des ponts en titane sur le crâne (Figure 1F, G).
5. Placement du piédestal et du repose-pieds
   1. Positionnement : Dans cette configuration, le repose-pieds comporte six pieds avec deux trous de vis chacun (Figure 2B). Prévoyez le placement du repose-pieds sur le crâne pour optimiser l’emplacement des vis (évitez de les placer au bord de la craniotomie ou dans le muscle temporal). Évitez les trous dans les pieds s’ils ne peuvent pas être vissés.
   2. Fixation du repose-pieds : Vissez les vis en titane du repose-pieds jusqu’à ce qu’il soit fermement en place (voir Figure 1H).
   3. Placement du socle : Retirez les ponts en titane sur les câbles de connexion et retournez le socle pour atterrir sur le repose-pieds. Vissez le socle sur le repose-pieds. Vérifiez que le socle est bien en place (Figure 1I).
6. Suture et fermeture
   1. Nettoyage de la plaie : Nettoyez l’espace sous-cutané de tout os ou autre débris en rinçant avec une solution saline. Coupez un peu de peau autour des bords du piédestal pour créer un bord rond suivant le cylindre.
   2. Sutures sous-cutanées : Retirez les écarteurs et repliez les lambeaux cutanés ensemble. Créez des sutures sous-cutanées à l’aide d’un fil de suture non résorbable 4-0, espacé de 3 mm, à l’aide de sutures interrompues simples ou de sutures continues simples. Commencez en partant du piédestal, en vous déplaçant vers lui des deux côtés de l’incision.
   3. Sutures dermiques : Suturez la peau à l’aide d’un fil de suture non résorbable 6-0, avec des sutures espacées de 5 mm. Commencez en partant du piédestal, en vous déplaçant vers lui des deux côtés de l’incision. Prenez soin d’obtenir une bonne apposition tissulaire entre les deux lambeaux de peau et près du bord du piédestal pour éviter un vide (Figure 1J).
   4. Pansement : Nettoyez à nouveau la zone de la plaie avec un tampon stérile et de la bétadine. Appliquez un pansement stérile autocollant sur la plaie.
7. Réveil : Une fois que toutes les mesures ont été effectuées, retirez l’animal de tous les anesthésiques, mais maintenez-le sous ventilation. Pour l’analgésie, appliquez un timbre de buprénorphine (25 mg/h) pendant 24 h. Placez l’animal sur un coussin chauffant recouvert de rideaux pour accélérer le réveil. Lorsque la respiration spontanée est rétablie, extubez l’animal et placez-le sous un masque facial à oxygène jusqu’à ce qu’il reprenne conscience (ce qui peut prendre de 1 à 4 h).
8. Soins postopératoires de l’animal : Pendant 5 jours, gardez l’animal sous étroite surveillance. Donnez une dose de céphalexine à 75 mg deux fois par jour avec de la nourriture, séparé des autres animaux. Effectuez une désinfection quotidienne de la plaie en appliquant de grandes quantités de bétadine avec des tampons stériles imbibés (de préférence pendant l’alimentation).
   note: Soins de longue durée et hébergement : L’animal opéré est maintenu en isolement pendant 24 heures. Il est remis dans son groupe social d’origine si l’animal est suffisamment bien pour interagir socialement avec ses congénères. Une observation quotidienne du piédestal et de l’ouverture de la peau doit être effectuée pour suivre l’intégration de l’appareil sur la tête. Le cas échéant, nettoyez l’emplacement autour du piédestal avec de grandes quantités de bétadine.

2. Enregistrement électrophysiologique

1. Activité spontanée : Branchez le système d’enregistrement sans fil à travers le piédestal et enregistrez l’activité de base pendant 2 à 3 minutes. Ces enregistrements serviront de contrôle pour analyser les potentiels auditifs évoqués.
2. Potentiels évoqués auditifs : En plus du système sans fil, insérez des haut-parleurs dans un champ fermé dans les oreilles des animaux. Stimulation acoustique en rafale de tonalité à différentes fréquences (allant de 200 à 20 000 Hz) à un niveau de pression acoustique (SPL) d’environ 70 dB sur 120 répétitions. Ensuite, faites la moyenne des enregistrements et alignez-les sur la période de stimulus pour l’analyse.
3. Potentiels évoqués sensoriels : Placez les aiguilles dans le museau à trois positions différentes. Évoquer des potentiels sensoriels en stimulant le museau pendant ~30 s avec le générateur d’impulsions à différentes amplitudes pour obtenir les courbes de recrutement.

3. Enregistrement en mouvement libre

1. Suivez la même procédure décrite dans la section 2 pour l’enregistrement des signaux d’éveil du cerveau. Branchez le garde-tête sans fil en tenant l'animal dans les bras de l'expérimentateur ou en le nourrissant avec des friandises pour le distraire. Fournissez la stimulation acoustique à l’aide de haut-parleurs externes placés à proximité de l’animal.

Figure 1 : Implantation mini-invasive de l’ECoG souple sur le cerveau.(A) Accès chirurgical au crâne, avec indication de brégation. (B) Craniotomie bilatérale avec dure-mère visible. (C) Durotomie par fente sur le premier hémisphère. (D) Implantation sous-durale de l’ECoG souple et de la fermeture de la dure-mère. (E) Durotomie à fente sur le deuxième hémisphère. Fixation par lambeau osseux sur le premier hémisphère à l’aide de ponts en titane. (F) Implantation d’ECoG souple sur le deuxième hémisphère et fermeture de la dure-mère. (G) Fixation par lambeau osseux sur le deuxième hémisphère. (H) Positionnement de la plaque plantaire sur le crâne. (I) Fixation du piédestal sur le repose-pieds. (J) Fermeture cutanée autour de la base du piédestal.

Figure 2 : Socle compatible avec l’IRM. (A) Système de connexion transdermique chronique compatible avec l’IRM (piédestal) pour accéder au réseau d’électrodes molles. (B) Piédestal avec électrodes montées sur le repose-pieds pour l’ancrage du crâne. Insert : Détails de la plaque de pied.