Training chirurgico per l'impianto di microelettrodi Neocortical utilizzando un modello di cadavere umano formaldeide-fisso

I microelettrodi consentono di registrare l'attività dei singoli neuroni nel cervello vivente. Grazie ai recenti sviluppi dell'ingegneria, gli array di microelettrodi stanno diventando disponibili per l'uso nell'uomo. Possono dare accesso a oltre un centinaio di singoli neuroni nella neocorteccia cerebrale umana.

Finora, gli array di microelettrodi sono stati utilizzati nell'uomo in due circostanze. Come impianti cronici per controllare le interfacce cervello-computer e come impianti temporanei per studiare le basi neurali dell'epilessia in pazienti sottoposti a valutazione con EEG intracranico. Gli array di microelettrodi sono dispositivi invasivi e il loro impianto richiede l'apertura del cranio e delle meningi e l'inserimento dell'array nella corteccia.

Pertanto, l'impianto di array di microelettrodi nell'uomo deve essere eseguito da un neurochirurgo. Oltre all'esperienza con gli strumenti e le tecniche neurochirurgiche standard, il chirurgo deve essere addestrato nella procedura anestesiologica di impianto di array di microelettrodi. Abbiamo progettato la procedura di addestramento utilizzando un cadavere umano fissato con formaldeide.

I nostri obiettivi erano fornire ai chirurghi un ambiente simile a una sala operatoria, un'anatomia realistica e l'opportunità di esercitarsi e provare le fasi critiche della procedura. Il protocollo illustrato di seguito si applica in modo specifico all'array Utah. Questo dispositivo comprende un array di 4x4 mm di 100 microelettrodi a base di silicio, un fascio di 100 fili d'oro isolati singolarmente e un piedistallo transcutaneo in titanio che si collega al computer che registra i segnali neurali.

Il presente video tutorial esamina le fasi della procedura operatoria a partire dal set-up, l'esposizione della superficie corticale, il fissaggio del piedistallo, l'impianto dell'array di microelettrodi stesso, il posizionamento di un'elettrocorticografia o di una griglia ECOG e la chiusura della craniotomia. Seleziona un campione senza storia di malattia o lesioni alla testa, al cranio e al cervello. Se disponibile, una TAC post-mortem della testa assicurerà che non vi siano lesioni intracraniche significative.

Fissare la testa nel morsetto del cranio e coprire con teli chirurgici. Incidere e reclinare il cuoio capelluto e il muscolo temporale. Eseguire una craniotomia quadrata grande, ad esempio 5x5 centimetri.

Rimuovere il lembo osseo ed esporre la dura madre. Riserva il lembo osseo. Aprire la dura madre su tre lati della craniotomia.

Reclinalo ed esponi la membrana aracnoidea e la superficie della neocorteccia cerebrale. Il primo passo per fissare il piedistallo è selezionare un giro corticale in cui verrà impiantato l'array di microelettrodi. La superficie del giro deve essere approssimativamente piatta in modo che l'array di microelettrodi si trovi a filo con esso quando viene inserito.

E non ci deve essere alcun vaso sanguigno visibile che scorre sulla superficie corticale dove deve essere inserito l'array di microelettrodi. Quindi, selezionare un sito per la fissazione del piedistallo sul bordo superiore della craniotomia vicino all'incisione cutanea. Lasciare un gioco sufficiente per il fascio di fili in modo che l'array di microelettrodi possa raggiungere il giro di destinazione.

Utilizzare le viti ossee per avvitare il piedistallo sulla tavola esterna dell'osso del cranio accanto alla craniotomia. Durante tutta la procedura, è fondamentale assicurarsi sempre che l'array di microelettrodi non tocchi nulla, poiché potrebbe danneggiarsi o lacerare la superficie neocorticale. Tenere il fascio di fili vicino all'array di microelettrodi con una pinzetta con punte rivestite in plastica o gomma.

Posizionare l'array di microelettrodi parallelamente alla superficie del giro target. Piegare il fascio di fili secondo necessità a tale scopo. Questo è un passaggio fondamentale.

Il fascio di fili è un po' rigido e non si adatta facilmente ai desideri del chirurgo. Sono necessarie cura e pazienza per ottenere un buon allineamento dell'array di microelettrodi e della superficie corticale. Le cinghie in titanio per ossa di cane possono essere utilizzate per fissare il fascio di fili all'osso del cranio e controllarne il percorso verso il giro bersaglio.

Portare ora il supporto dell'impattatore pneumatico in un allineamento approssimativo con la parte posteriore dell'array di microelettrodi. Le viti millimetriche del supporto pneumatico dell'impattatore verranno utilizzate in seguito per regolazioni più precise. Fissare l'impattatore pneumatico all'interno del suo supporto.

Controllare i collegamenti con la scatola di controllo, quindi accendere la scatola di controllo. A questo punto, utilizzare le viti millimetriche per allineare l'impattatore con la parte posteriore dell'array di microelettrodi. Quindi, utilizzare l'impattatore per applicare una puntina sul retro dell'array di microelettrodi e spingerlo nella superficie corticale.

Verificare che l'array di microelettrodi sia a filo con la superficie corticale. Facoltativamente, posizionare un refragrado elettrocorticale subdurale sulla superficie corticale esposta. Fissarlo suturandolo alla dura madre.

L'array di microelettrodi sarà coperto dal grado ECOG. Riposizionare la dura madre sulla superficie corticale esposta e suturarla. Riposizionare il lembo osseo.

Fissalo con cinghie in titanio a osso di cane. Assicurarsi che il fascio di fili dell'array di microelettrodi e i cavi ECOG non vengano schiacciati tra i bordi dell'osso. Riposizionare e suturare il lembo cutaneo.

Chiudere l'incisione cutanea intorno al collo del piedistallo. In alternativa, il piedistallo può far uscire il cuoio capelluto attraverso un'incisione separata praticata nel lembo cutaneo. Abbiamo utilizzato un cadavere umano fissato con formaldeide per consentire ai chirurghi di esercitarsi nella procedura chirurgica di impianto di un array di microelettrodi nella neocorteccia cerebrale umana.

I vantaggi includono un ambiente simile a una sala operatoria e un'anatomia umana realistica, nonché l'opportunità di esercitarsi nelle fasi chiave della procedura, tra cui la manipolazione dell'array di microelettrodi stesso e l'uso dell'impattatore. Gli ovvi svantaggi dell'uso di un cadavere sono l'assenza di circolazione del sangue e del liquido cerebrospinale e l'assenza di impulsi cerebrali causati dalla respirazione e dai battiti cardiaci. Per concludere, la pratica dell'impianto di microelettrodi su un cadavere fissato con formaldeide è adeguata per la formazione dei neurochirurghi.

I cadaveri fissati con formaldeide sono facilmente reperibili e relativamente economici. Tale procedura aggira le questioni etiche e di costo della formazione dei chirurghi con primati non umani.