Roditore comportamentali test per valutare deficit funzionali causati da microelettrodo impianto nella corteccia di motore del ratto

Questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave nel campo dell'ingegneria neurale, ad esempio se l'impianto del dispositivo ha implicazioni per la funzione motoria a lungo termine. Il vantaggio principale di questa tecnica è che, a differenza dell'istologia degli endpoint, il comportamento in corso fornisce una misurazione globale e in tempo reale della funzione motoria durante il corso dello studio. Per iniziare questa procedura, iniettare nell'animale un antibiotico cefalosporina per via sottocutanea per prevenire l'infezione e un antinfiammatorio non steroideo per la gestione del dolore.

Quindi, applica un unguento oftalmico sugli occhi dell'animale per evitare che si secchino. Usando tagliaunghie per piccoli animali, taglia le unghie dei piedi per evitare che l'animale graffi i punti di sutura durante la guarigione delle ferite dopo l'intervento chirurgico. Successivamente, fornire un analgesico locale con un'iniezione sottocutanea di bupivacaina nell'area dell'incisione sulla testa dell'animale.

Monta l'animale su un telaio stereotassico utilizzando le barre auricolari per evitare che la testa si muova durante l'intervento chirurgico. Quindi posizionare un termoforo ad acqua circolante sotto l'animale per mantenerne la temperatura interna. Successivamente, strofinare l'area chirurgica utilizzando una soluzione alternata di betadina e scrub all'isopropanolo.

Quindi eseguire un pizzicamento del dito del piede secondo il protocollo istituzionale per assicurarsi che l'animale sia sotto il piano chirurgico. Per preparare l'animale all'impianto, praticare un'incisione di circa un pollice lungo la linea mediana per esporre il cranio. Rimuovere il periostio con un applicatore con punta di cotone e fermare l'emorragia con un pezzo di garza.

Quindi ritrarre il tessuto circostante utilizzando clip a coccodrillo o emostatici. Dopo che il cranio è stato pulito, applicare alcune gocce di adesivo tissutale a base di cianoacrilato sul cranio esposto per migliorare l'incollaggio del cemento dentale nelle fasi successive. Nell'emisfero scelto, segnare la regione della corteccia motoria corrispondente al movimento della zampa anteriore creando una tacca nell'osso.

Rimuovere una parte del cranio utilizzando un trapano dentale a punta arrotondata da 1,75 millimetri, prestando particolare attenzione a non perforare troppo velocemente o troppo in profondità. Il trapano deve essere applicato al cranio in modo intermittente per evitare il surriscaldamento. Utilizzando la soluzione salina e l'aspirazione leggera, rimuovere eventuali detriti ossei dal cranio.

Fare attenzione a non danneggiare la dura madre durante la perforazione. Quindi utilizzare rongeurs fini o micro pinze curve per rimuovere l'osso rimanente. Successivamente, rifletti la dura madre usando un plettro a 45 gradi a uncino fine.

Pulisci eventuali sanguinamenti utilizzando un applicatore con punta di cotone e soluzione fisiologica, facendo attenzione a non toccare direttamente la superficie del cervello. Per inserire il microelettrodo nella corteccia motoria, montare con cura il microelettrodo sterilizzato nel supporto universale sul telaio stereotassico, facendo attenzione a non urtare il gambo dell'elettrodo. Assicurarsi che il connettore dell'interfaccia dello stadio principale dell'elettrodo sia saldamente tenuto dal supporto.

Utilizzando il micromanipolatore sul telaio stereotassico, posizionare con cura la punta dell'elettrodo sopra la craniotomia aperta. Abbassare delicatamente l'elettrodo di circa due millimetri nel cervello. Prestare attenzione per evitare qualsiasi vascolarizzazione visibile quando possibile.

Per l'inserimento manuale/manuale, come dimostrato qui, vengono utilizzate micropinze per inserire il microelettrodo fittizio in silicio non funzionale. Una volta posizionato l'elettrodo, rilasciare con cautela il connettore dal supporto universale e ritrarre il braccio di inserimento. Pulire accuratamente eventuali sanguinamenti intorno all'elettrodo utilizzando un applicatore con punta di cotone e soluzione fisiologica.

Successivamente sigillare la craniotomia attorno all'elettrodo impiantato utilizzando un elastomero siliconico. Quindi fissare l'elettrodo al cranio utilizzando del cemento dentale. Una volta che il cemento è completamente asciutto, unire i bordi dell'incisione nella parte anteriore e posteriore del cappuccio della testa di cemento e suturarli.

Per gli impianti non funzionali, l'intera incisione può essere chiusa. Per iniziare il test della griglia in campo aperto, posizionare l'animale al centro della griglia di fronte al tester. Lascia che l'animale corra liberamente per tre minuti durante la registrazione di un video.

Quando l'animale ha completato il test, rimuoverlo dalla griglia e pulire accuratamente la griglia con uno sterilizzante a base di biossido di cloro. Analizza il numero di linee della griglia attraversate, la distanza totale percorsa e la velocità massima dell'animale come metriche della funzione motoria lorda utilizzando un software di tracciamento video. Per il ladder test è necessaria una settimana di allenamento prima di registrare i punteggi di base preoperatori.

Quindi trasferisci l'animale in una gabbia di contenimento temporanea e pulita per iniziare il test della scala. Posiziona la scala in modo che raggiunga due gabbie. L'estremità iniziale della scala poggia su una gabbia pulita e l'estremità finale si trova nella gabbia di casa dell'animale per fungere da motivazione per completare la corsa.

Posizionare la videocamera utilizzata per filmare il test della scala su un treppiede al centro della scala attorno all'altezza del piolo. Con una videocamera in funzione, tieni l'animale sulla linea di partenza della scala permettendo alle sue zampe anteriori di toccare il primo piolo. Consenti al topo di attraversare la scala al suo ritmo.

Il tempo trascorso tra il momento in cui la zampa dell'animale tocca il primo piolo e il traguardo del terzultimo gradino determinerà il tempo di attraversamento dell'animale. Se l'animale si gira sulla scala o non si muove per un periodo di 20 secondi, considera che l'animale fallisce. Assegnagli un tempo di punteggio di penalità per ogni corsa non riuscita e determina il tempo di penalità in base alle prestazioni più lente registrate durante i test preoperatori.

Consentire a ciascun animale di attraversare la scala cinque volte al giorno di test con circa un minuto di riposo tra ogni corsa. Fai la media delle tre corse più veloci al giorno come metrica della funzione motoria fine. Inoltre, registra il numero di volte in cui ciascuna delle zampe anteriori scivola dai pioli utilizzando un software di tracciamento video.

Per il test della forza di presa, posizionare il misuratore della forza di presa sul bordo del bancone con il manubrio dell'impugnatura esteso sul pavimento. Quindi consenti all'animale di afferrare il manubrio con entrambe le zampe anteriori tenendo l'animale per la base della coda. Una volta che l'animale ha una presa salda con ogni zampa, tiralo via dal metro per la base della coda con forza lenta e costante.

Registrare la forza di presa massima esercitata dall'animale dal misuratore della forza di presa. Testare ogni animale tre volte al giorno di test con circa due minuti di riposo tra ogni test. Come metrica della funzione motoria fine, registrare e calcolare la media della forza di presa massima prodotta da ciascuna delle tre prove.

Una differenza significativa nelle prestazioni della griglia in campo aperto tra gli animali di controllo e quelli impiantati è stata osservata solo nella prima settimana di test dopo il periodo di recupero. Non c'è stata alcuna differenza nelle prestazioni per il resto dello studio, indicando che non c'è stato alcun deficit della funzione motoria lorda a lungo termine. A parte la prima settimana di test post-recupero, gli animali di controllo attraversano la scala significativamente più velocemente degli animali impiantati.

Gli animali impiantati non erano in grado di mantenere le velocità di attraversamento della scala preoperatorie, indicando possibili deficit nella funzione motoria fine. Ciò è ulteriormente supportato dall'aumento dell'incidenza di scivolamenti della zampa destra negli animali impiantati correlati alla regione del cervello che riceve un impianto. Nel corso dello studio, gli animali di controllo hanno spesso ottenuto risultati di forza di presa significativamente più elevati rispetto agli animali impiantati.

Inoltre, gli animali impiantati hanno prestazioni significativamente inferiori rispetto alle prestazioni di base subito dopo il recupero, ma sono migliorati nel tempo e sono tornati alle prestazioni di base. Qui è mostrata la correlazione tra le prestazioni della scala e l'intensità della fluorescenza dell'immunoglobulina G, un marcatore della permeabilità della barriera emato-encefalica. È stato trovato un coefficiente di correlazione di 0,901 che indica una correlazione molto forte.

Una volta padroneggiata, questa tecnica può essere eseguita in circa 30 minuti per animale per sessione di test. Durante il tentativo di questa procedura è importante ridurre le variabili ambientali in quanto queste potrebbero distrarre gli animali dal compito da svolgere. Dopo questa procedura, è possibile eseguire altri metodi, tra cui l'immunoistochimica o altre tecniche di imaging della luce, al fine di studiare la risposta cellulare o tissutale alla microelettronica impiantata.

Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come eseguire un test rapido, semplice e ripetibile per i deficit motori grossolani e fini che possono derivare dall'impianto del dispositivo o da lesioni nella corteccia motoria primaria.