방법 논문

돼지의 마취 중 반복적인 피질 기록을 위한 만성 두개골 창 기술

DOI:

10.3791/67931

⸱

2025년 6월 6일

 ,  ,  ,  , 
1Center for Neuroplasticity and Pain, Department of health, science and technology, Aalborg University, 2Department of Cardiovascular Surgery, Department of Clinical Medicine, Aalborg University Hospital

이 논문에서

요약

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

이 연구는 돼지 모델에서 반복되는 만성 피질 기록에 대한 확장 가능하고 신뢰할 수 있으며 재현 가능한 방법을 제시합니다. 이 방법은 통증 연구 및 신경 질환 진단을 포함한 다양한 신경 과학 분야에 응용되고 있습니다.

초록

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

대뇌피질 기록은 뇌-컴퓨터 인터페이스 및 질병 진단을 포함한 다양한 응용 분야에 정보를 제공하기 위해 뉴런 신호를 추출하는 데 필수적입니다. 각 응용 분야는 녹음 기술에 대한 특정 요구 사항을 제시하며, 장기 녹음을 위해 침습적 솔루션이 선택되는 경우가 많습니다. 그러나 침습적 기록 방법은 장치 고장 및 조직 부작용으로 인해 장기적인 신호 품질을 손상시키는 데 어려움을 겪고 있습니다.

만성 피질 기록의 신뢰성과 품질을 개선하는 동시에 장치 고장 및 조직 반응과 관련된 위험을 최소화하기 위해 우리는 두개골 창 기술을 개발했습니다. 이 프로토콜에서는 어린 재래종 돼지에 두개골 창을 이식하고 접근하는 방법을 보고하며, 이는 경막에 임시 전기 피질 검사(ECoG) 어레이 배치를 용이하게 합니다. 또한 두개골 창 기술을 사용하여 피질 신호를 기록하는 방법에 대해 설명합니다. 두개골 창 접근은 여러 번 반복될 수 있지만 회복과 조직 치유를 촉진하기 위해 임플란트와 접근 수술 사이에 최소 2주가 권장됩니다.

두개골 창 접근법은 일반적인 전극 고장 모드와 조직 반응을 성공적으로 최소화하여 시간이 지남에 따라 안정적이고 신뢰할 수 있는 피질 기록을 생성했습니다. 우리는 예로 1차 체성 감각 피질의 사건 관련 전위(ERP)를 기록했습니다. 이 방법은 매우 신뢰할 수 있는 기록을 제공했으며, 이를 통해 ERP에 대한 개입(고주파 자극)의 효과를 평가할 수도 있었습니다. 심각한 장치 고장이 없고 사용된 전극 수(전극 2개, 녹음 세션 43개, 동물 16마리)가 감소한 것은 연구 경제성이 개선되었음을 시사합니다. 전극 삽입을 위해서는 경미한 수술이 필요하지만, 이 방법은 감염 위험 감소 및 동물 복지 개선과 같은 이점을 제공합니다.

이 연구는 통증 연구 및 신경 질환 진단을 포함한 다양한 신경 과학 분야에서 잠재적으로 응용될 수 있는 만성 피질 기록에 대한 확장 가능하고 신뢰할 수 있으며 재현 가능한 방법을 제시합니다. 미래의 적응은 다른 종과 피질 내 기록 및 이미징 기술과 같은 기록 양식으로 사용을 확대 할 수 있습니다.

서론

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

일반적으로 대뇌피질 기록의 목적은 뇌의 뉴런 신호에서 정보를 추출하는 것입니다. 이 정보는 외부 장치 제어, 통신, 질병 진단 또는 재활 등 다양한 방식으로 사용될 수 있습니다 1,2,3,4. 각 응용 프로그램에는 필요한 정보 내용 및 공간 해상도와 허용 가능한 것으로 간주되는 침입성의 양에 대한 고유한 요구 사항이 있습니다. 따라서 1929년 뇌파의 발견 이후 다양한 침입성과 공간 해상도를 가진 기록 솔루션이 개발되었습니다5.

일반적으로 이들은 뇌파 검사(EEG), 전기 피질 검사(ECoG) 및 피질 내 기록으로 나눌 수 있습니다. EEG는 전체 뇌에서 신경 진동 및 이벤트 관련 전위(ERP)를 캡처하는 비침습적 기록 방법입니다. 그러나 이 활동의 출처를 정의할 수 있는 능력은 낮은 공간 해상도로 인해 제한됩니다. ECoG는 전극을 경막하 또는 경막하로 배치하는 보다 침습적인 방법으로, 일반적으로 피질의 더 작은....

액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.

프로토콜

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

이 프로토콜은 덴마크 식품농수산부 산하 덴마크 수의학 및 식품청(프로토콜 번호 2020-15-0201-00514)의 승인을 받았습니다. 총 16마리의 암컷 재래종 돼지가 이 수술을 받았습니다. 시설에 도착했을 때 동물의 체중은 약 20kg으로 약 2개월 된 상태였습니다. 이식 시 체중은 약 30kg이었고 연구가 끝날 때 40-60kg이었습니다. 절차는 이식 수술, 접근 수술 및 말기 수술로 구성됩니다(그림 1).

figure-protocol-1
그림 1: 실험 절차의 타임라인. 접근 수술(2상)은 여러 번 반복될 수 있습니다. 회복과 수술 사이의 상처 치유를 위해 수술 사이에 최소 2주의 간격을 두는 것이 좋습니다. 약어: ERP = event-related potential.

액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.

결과

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

두개골 창 기술을 사용하여 16 마리의 동물에서 43 개의 세션에서 피질 신호를 기록했습니다. 동물은 수술 후 적절하게 치유되었으며 연구 전반에 걸쳐 쌍을 이루고 보충 표 S1의 복지 계획을 사용하여 매일 모니터링되었습니다. 모든 동물은 항상 0점을 받았으며 이는 우수한 복지를 나타냅니다. 그림 7 은 창문이 실제로 돼지 피질의 S1 영역 위에 배치되었음을 보여줍니다. 일반적으로 생체 내 및 사후 경막에서 약간의 흉터가 관찰되었지만(그림 7A), 사후 검사에서는 모든 동물에서 건강하고 반대쪽 S1 영역과 유사한 것으로 보이는 기저 피질 조직(그림 7B)에는 영향을 미치지 않는 것으로 밝혀졌습니다.

액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.

토론

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

이 기술 개발의 중요성은 전극 고장 모드를 제거하고 조직 반응을 줄이며 이에 따라 침습적 피질 기록 기술의 신뢰성을 향상시키는 데 있습니다. 연구 중에는 전극 파괴 모드가 발생하지 않았으며, 16마리의 동물과 43개의 기록 세션을 포함하여 연구 전반에 걸쳐 총 2개의 ECoG 어레이가 사용되었습니다. 이는 연구 경제에 추가적인 긍정적인 영향을 미칩니다. 기존의 완전 주입 방법(12,26,27)을 사용하여, 장치 고장이 발생하지 않는다는 가정 하에 최소 16개의 ECoG 어레이가 필요할 것입니다. 그러나 고장 모드와 조직 반응은 두개내 뇌 기록 11,12,13,28,29의 광범위한 구현에 계속해서 상당한 도전을 제기하고 있습니다.

액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.

공개 사항

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

저자는 공개할 이해 상충이 없습니다.

감사의 글

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

저자는 올보르 대학 병원의 실험실 동물 시설의 동물 관리인과 기술자에게 감사를 표하고 싶습니다. 신경가소성 및 통증 센터(CNAP)는 덴마크 국립연구재단(DNRF121)의 지원을 받고 있습니다. 그림 6 과 그림 8 은 BioRender에서 제작되었습니다.

....

액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.

재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
두개창 이식
메스일회용, 블레이드 10
핀셋
사
소작기
골막 엘리베이터플랫, 10mm 폭
Weitlaner 견인기3x4 갈래, 무딘, 16.5 cm
Midas Rex Legend EHS 스타일러스 수술용 드릴 시스템Medtronic Powered Surgical Solutions, 미국 포트워스
레전드 볼 파인 드릴 비트 Medtronic Powered Surgical Solutions, 미국 포트워스7BA40F-MN 및 7BA60F-MNMedNext 유형 4 및 6mm 헤드 직경
드릴용 멸균 커버
주사기5ml
생리
흡입
통치자
면봉
롱유르스트레이트 죠, 15 cm, 3 x 20 mm 비트 크기
2.5mm 핸드 드릴 및 핸들
나비 주입 세트
6-14mm 길이의 M3 나사 6개
드라이버 
세 가지 크기의 3D 프린팅 두개창(깊이 4mm, 5mm, 6mm) 및 캡
분리된 U자형 커넥터
악어 커넥터
젠타콜 흡수성 항생제 스펀지
VYCRIL 흡수성 봉합사 에티콘2-0 26mm 라운드 바디
모노크릴 비흡수성 봉합사에티콘3-0 24mm 역절단
바늘 홀더
가위
국소 접착 조직 접착제류코산
주변선 이식
부분적으로 절연되지 않은 두 개의 쿠너 와이어
알림: 전선의 1-2cm는 중간과 끝 중 하나에서 절연되지 않습니다
23게이지 바늘 2개
사
MC_stimulus를 실행하는 PC로 제어되는 프로그래밍 가능한 자극기Multichannel Systems, 로이틀링겐, 독일STG4008
악어 커넥터 2개
피질 기록
자기 마이크로 매니퓰레이터용 금속판 
마그네틱 마이크로매니퓰레이터 스탠드
마이크로매니퓰레이터
헤드스테이지 홀더
32채널 ZIF 클립 헤드스테이지TDT, 알라추아, 플로리다, 미국
32채널 미세피질전기검사(µ ECoG) 배열 뉴로넥서스, 앤아버, 미국32-1000-30-200
프리앰프 SI8, 데이터 프로세서 RZ2 및 워크스테이션 WS8 를 포함한 TDT 기록 장비;TDT, 알라추아, 플로리다, 미국
마취 & 무 통
졸레틸 50 수의사Virbac, Carros, 프랑스
롬푼(Zxylacin)엘랑코 애니멀 헬스 몬하임; 독일
토르부게식(부토르파놀)Intervet International, Boxmeer, 네덜란드오늘날에는 다른 제형(dolorex)이 사용됩니다
케타미놀Intervet International, Boxmeer, 네덜란드
프로포폴Baxter Holding, 위트레흐트, 네덜란드
펜타닐B. 브라운, 독일 멜순겐
메타캠Borhringer Ingelheim Vetmedica, 잉겔하임, 독일
노로목스Scanvet Animal Health, 덴마크 프레덴스보르그
펜토바브LeVet, Oudewater, 네덜란드

참고문헌

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Mitchell, P., et al. Assessment of safety of a fully implanted endovascular brain-computer interface for severe paralysis in 4 patients: the Stentrode with thought-controlled digital switch (switch) study. JAMA Neurol. 80 (3), 270(2023).
  2. Steinmetz, N. A., et al.

액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.

재인쇄 및 허가

이 JoVE 논문의 텍스트 또는 그림 재사용 허가 요청

허가 요청

태그

관련 논문