Impianto di array di elettrocorticografia morbida subdurale (ECoG) e registrazione corticale a lungo termine nei minipig

Questo modello può diventare uno standard per la validazione della sicurezza e dell'efficacia dei dispositivi corticali cronici in termini di biocompatibilità, risoluzione e qualità del segnale. La nostra procedura descrive un metodo riproducibile e scalabile per eseguire un follow-up a lungo termine della sicurezza e dell'efficacia del dispositivo. Ciò include il monitoraggio neurale nel tempo, nonché l'imaging in vivo ed ex vivo.

Il nostro metodo aiuterà nello sviluppo della neuroprotesi corticale sensoriale e motoria. È uno strumento per comprendere l'attività delle reti corticali su larga scala. Questo metodo può essere utilizzato nelle neuroscienze fondamentali per studiare la connettività funzionale su diverse aree corticali.

Può essere applicato anche ad altri modelli di animali di grandi dimensioni. L'approccio chirurgico richiede un po' di pratica, che può essere acquisita prima su cadaveri o esperimenti acuti. Le misurazioni dovrebbero quindi essere abbastanza semplici.

Per iniziare, incidi la pelle dell'animale anestetizzato con un bisturi lungo la linea mediana. Separare il muscolo e il periostio dall'osso utilizzando un raspatore e posizionare i divaricatori per un accesso ottimale. Per eseguire la craniotomia, praticare il contorno utilizzando un trapano osseo con una punta da taglio rotonda, tenendo conto dello spessore del cranio misurato sulla radiografia.

Irrigare il punto di perforazione con soluzione salina per evitare il surriscaldamento dell'osso. Forare con cura il contorno in modo omogeneo fino a raggiungere la dura madre. Alla prima apertura, finisci di forare il contorno fino a quando non si è assottigliato abbastanza da quasi sfondare.

Quindi utilizzare una spatola piatta per staccare il lembo osseo in un unico pezzo usando il bordo della craniotomia come leva. Per eseguire la durotomia, utilizzando l'ago di un kit di sutura six oh, perforare e sollevare con cautela la dura madre all'estremità anteriore o posteriore della craniotomia, a metà strada tra il lato mediale e laterale, e creare l'inizio di un'incisione con il coltello da taglio. Successivamente utilizzando una piccola spatola piatta inserita nello spazio subdurale, che funge da base di taglio per proteggere la corteccia.

Creare una fessura anteroposteriore nella dura madre avanzando contemporaneamente con entrambi gli strumenti. Assicurarsi che la fessura sia leggermente più grande della larghezza dell'impianto. Posizionare l'impianto sopra la fessura della dura madre e, con una piccola pinza, inserire subduralmente il dispositivo facendolo scorrere in sequenza su ciascun bordo.

Tenere con cura l'estremità del piedistallo del dispositivo e avanzare con l'impianto per non creare tensioni che ne impediscano l'inserimento. Arrestare l'inserimento quando il bordo del connettore si trova sopra la fessura. Per fissare l'impianto in posizione, posizionare un ponte in titanio sul cavo dopo il bordo della craniotomia o nelle alette di ancoraggio e fissarlo con una o due viti in titanio utilizzando l'apposito cacciavite.

Successivamente, suturare con cura la dura madre attorno al cavo dell'impianto. Utilizzando una sutura riassorbibile a tre oh e un piccolo portaaghi, unire il più possibile i due bordi della dura madre senza strappare la sottile membrana con il filo di sutura. Per eseguire il posizionamento del lembo osseo, fissare un ponte in titanio sulla parte anteriore e posteriore di ciascun lembo osseo utilizzando una vite in titanio.

Avvitare l'estremità dei ponti in titanio al cranio. Quindi, pianifica l'orientamento della pedana per assicurarti che tutte le gambe possano essere avvitate nel cranio. Quindi fissare la pedana avvitando le viti in titanio della pedana finché non è saldamente in posizione.

Quindi avvitare il piedistallo sulla pedana. Crea suture sottocutanee con un filo di sutura non riassorbibile a quattro oh con punti di sutura a tre millimetri di distanza. Inizia lontano dal piedistallo, muovendoti verso di esso su entrambi i lati dell'incisione.

Successivamente, chiudere lo strato dermico suturando la pelle utilizzando un filo di sutura non riassorbibile di sei oh. Con punti di sutura distanti cinque millimetri l'uno dall'altro. Inizia lontano dal piedistallo, muovendoti verso di esso su entrambi i lati dell'incisione.

Fare attenzione a ottenere una buona apposizione del tessuto tra i due lembi cutanei e vicino al bordo del piedistallo per evitare un vuoto. Dopo aver collegato lo stadio di testa wireless all'animale, ottenuto tenendo l'animale o distraendolo nutrendolo con dolcetti, registra i segnali cerebrali di risveglio. Assicurarsi di posizionare l'amplificatore e gli altoparlanti esterni vicino alla gabbia del maiale durante la registrazione dei segnali.

L'attività basale senza stimoli sonori e potenziali evocati uditivi in risposta a una stimolazione a burst di tono a 800 hertz può essere mappata sull'array di elettrodi. Il potenziale evocato uditivo in un singolo canale dell'elettrodo viene mostrato nel tempo con frecce che indicano la risposta attiva e l'attività basale viene mostrata come confronto. L'imaging in vivo è stato eseguito intraoperatoriamente e postoperatoriamente per valutare lo stato cerebrale e il posizionamento dell'impianto.

Posizionamento dell'impianto verificato ai raggi X del piano intraoperatorio e nessuna piegatura come osservato dal posizionamento del marcatore radiopaco. La superficie del cervello è intatta, come si può osservare nella risonanza magnetica postoperatoria. Nel complesso, con questo sistema di impianti e piedistalli, è possibile eseguire l'imaging dell'intero cervello nel corso del periodo di impianto per vedere le strutture anatomiche o la presenza di liquido e sangue intorno all'impianto.

Inoltre, gli elettrodi clinici sono utilizzati come comparatori in questo studio, ma non possono essere visualizzati nella risonanza magnetica a causa di problemi di riscaldamento e sicurezza e richiedono scansioni TC. La pipeline presentata consente l'estrazione e il sezionamento dell'intero cervello per visualizzare interi emisferi. L'imaging dell'intera sezione di tessuto ha mostrato uno strato di neuroni chiaro.

Le cellule sono chiaramente definite sull'imaging confocale a 20x e consentono un'indagine fine dei marcatori infiammatori. La caratterizzazione elettrochimica dei dispositivi è stata utilizzata per estrarre il modulo di impedenza e la fase in vitro, che è stata tracciata nel tempo a un kilohertz durante i sei mesi di impianto. È fondamentale selezionare attentamente l'età e la taglia dell'animale per evitare l'apertura dei seni paranasali durante l'intervento.

Questo comprometterebbe l'esperimento cronico. È importante evitare il sanguinamento quando si accede alla dura madre o si inseriscono gli impianti. In questo modo si eviteranno ulteriori complicazioni e risposte infiammatorie.

Una volta che questo modello è in atto, può essere utilizzato per eseguire l'elettrofisiologia che si comporta liberamente nei mini maiali e registrare l'attività dalle aree corticali di interesse. Questo metodo può essere applicato nella raccolta di dati di biosicurezza per la presentazione di uno studio clinico durante lo sviluppo di nuove neuroprotesi che saranno tradotte nell'uomo.