Chronische implantatie van geheel-corticale Electrocorticographic Array in de gemeenschappelijke Hapalomys
1 februari 2019
Wij hebben een geheel-corticale electrocorticographic array voor de gemeenschappelijke Hapalomys die voortdurend bijna het gehele laterale oppervlak van de cortex, van de occipital pool op de stoffelijke en frontale Polen bestrijkt ontwikkeld. Dit protocol wordt een chronische implantatie van de matrix in de epidurale ruimte van de hersenen Hapalomys beschreven.
Dit protocol toont de implantatie van een elektrocorticografische array op de cortex van een niet-menselijke primaat. Om licht te werpen op grootschalige informatieverwerking in primaten shift neurowetenschappen. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat het een kans biedt voor het monitoren van grootschalige corticale activiteit met een hoge ruimtelijke temporele resolutie.
Begin met het maken van een vier centimeter huid incisie door de middellijn van de hoofdhuid. Gebruik een curet om de tijdelijke spier los te maken van de schedel tot het hele chirurgische gebied wordt blootgesteld. En maak alle weefsels van het schedeloppervlak.
Stop het bloeden volledig met druk hemostase of botwas als dat nodig is. Wikkel de rand van de huid en spieren met bevochtigd gaas. En plaats de frontale rand van de array op de rand van de frontale paal.
Gebruik een potlood om het gebied te markeren voor de geplande craniotomie, spleten en gaten op de schedel. En plaats de ontledende microscoop over het chirurgische gebied. Boor de craniotomie langs mark één.
Tijdens het boren, blaas lucht op de snijkant om een duidelijk zicht voor de chirurg te behouden, het snijden van het bot helemaal rond merk twee als het bot stuk zal nog steeds worden bevestigd aan dura in het midden. Til het stuk langzaam en voorzichtig op vanaf één rand. En pel de dura af met een spatel.
Verwijder de bottips van het botstuk en houd het bot gewikkeld in bevochtigd gaas totdat het aan het einde van de procedure naar de schedel wordt teruggebracht. Boor op markeringen drie en vier om het inbrengen van elektroden in de orbitale, frontale en occipital gebieden, respectievelijk mogelijk te maken. Boor spleten op mark vijf om bevestiging mogelijk te maken als de array goed is ingevoegd.
De dura zal nu worden blootgesteld. Was het gebied met zout en stop bloeden met druk hemostase en een gelatine spons indien nodig. Reinig indien nodig de rand van de open craniotomie en maak zes spleten waarin de referentieelektroden worden geplaatst.
Het invoegen van een spatel onder de schedel om de dura materie te beschermen, gebruik een een millimeter schroef om schroefgaten boren op vier punten rond elke stam van de connector. En installeer piekschroeven als ankers om de connector aan de schedel te bevestigen. Vervolgens, met behulp van flathead tangen om de array te houden, steek de elektrocardiografische array in de epidurale ruimte.
Plaats de referentie-elektroden in de epidurale ruimte. Breng vervolgens acryl aan op de referentie. Plaats de grondelektroden op het schedeloppervlak.
Breng vervolgens acryl aan op de grondelektrode. Zet het bot stuk terug op zijn plaats, en breng tandheelkundige acryl op de schroeven om de connector en hoofd post vast te stellen aan de schedel. Gebruik vervolgens een 6 O nylon hechting om de huid op het voorhoofd en aan de achterkant van het einde te sluiten.
En gebruik huidsluitingen om de huid aan de zijkanten van de connector te bevestigen. Hier worden voorbeelden getoond van auditieve opgeroepen potentialen uit meerdere auditieve gebieden in een wakkere marmoset. Tijdens blootstelling aan gerandomiseerde zuivere tonen met 20 soorten frequentie, kunnen verschillende golfvormen worden waargenomen vanuit lagere en hogere auditieve gebieden, wat aangeeft dat de ruimtelijke resolutie van de elektrocardiografische array verschillende informatieverwerking in verschillende corticale gebieden kan vastleggen.
Optie kan viraal worden omgezet in de marmoset hersenen, omdat elektrische implantatie op lange termijn chronische foto stimulatie en gelijktijdige monitoring van de corticale reacties mogelijk te maken.
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Deze studie presenteert een protocol voor de implantatie van een electrocorticografisch array over de gehele cortex bij de gewonemarmoset. Deze chronische implantatie maakt continue monitoring van de corticale activiteit in verschillende regio's mogelijk, wat inzicht biedt in grootschalige informatieverwerking binnen de primatenneurowetenschap.
Belangrijke studiecomponenten
Wetenschappelijk vakgebied
- Neurowetenschappen
- Elektrofysiologie
- Neurotechnologie
Achtergrond
- De studie maakt gebruik van een niet-menselijk primaatmodel, de gewone marmoset.
- De elektrocorticografische array beslaat bijna het gehele laterale oppervlak van de cortex.
- Deze methode maakt corticale monitoring met een hoge ruimtelijke en temporele resolutie mogelijk.
- Implantatie in verschillende hersenregio's ondersteunt de functionele beoordeling van de auditieve verwerking.
Doel van de studie
- Het ontwikkelen van een protocol voor chronische implantatie van een electrocorticografische array.
- Het faciliteren van continue monitoring van corticale activiteit bij de marmoset.
- Het verkrijgen van inzicht in informatieverwerking over verschillende corticale gebieden.
Gebruikte methoden
- Het belangrijkste gebruikte platform is een elektrocorticografisch array-implantaat.
- Het biologische model betreft de gewonemarmoset, met de focus op auditieve regio's.
- De stappen omvatten een huidincisie, craniotomie en zorgvuldige plaatsing van de elektroden.
- Gedurende de procedure worden spoeling met saline en drukhemostase toegepast.
- De techniek maakt langdurige monitoring en fotostimulatie van corticale responsen mogelijk.
Belangrijkste resultaten
- Verschillende golfvormen werden geregistreerd vanuit meerdere auditieve gebieden tijdens blootstelling aan geluid.
- De elektrocorticografische array legde effectief ruimtelijk onderscheidende processen in de cortex vast.
- Deze methode heeft de potentie om chronische fotostimulatie mogelijk te maken terwijl responsen worden gemonitord.
- Er werden inzichten verkregen in de auditieve verwerking en corticale exciteerbaarheid.
Conclusies
- De studie demonstreert een methode voor chronische implantatie van een elektrocorticografische array.
- Deze techniek maakt een uitgebreide beoordeling van neuronale mechanismen en plasticiteit mogelijk.
- Het draagt bij aan het begrip van corticale activiteit gerelateerd aan auditieve verwerking en mogelijke toepassingen in de neurotechnologie.
Veelgestelde vragen
Industriële Relevantie voor Management
Dit protocol maakt elektrofysiologische monitoring van de gehele cortex met hoge resolutie mogelijk in een translationeel model van niet-menselijke primaten, wat doelwitvalidatie en mechanistische risicoreductie ondersteunt bij de ontdekking van geneesmiddelen voor neurowetenschappen. Door grootschalige corticale dynamiek vast te leggen met een ruimtelijke resolutie in millimeters en een temporele resolutie in sub-milliseconden, biedt het voorspellende betrouwbaarheid voor het beoordelen van de effecten van verbindingen op de functie van neurale circuits. Deze benadering slaat een brug tussen de ontdekkingsfase en de preklinische fasen door een ziekterelevant systeem te bieden voor het evalueren van corticale betrokkenheid en biomarkers op netwerkniveau.
Strategische Toepassingen in Biofarmaceutische R&D
Vroege Ontdekking & Targetvalidatie
- Wetenschappelijke waarde: Maakt het toetsen van therapeutische hypothesen mogelijk door directe meting van de corticale netwerkactiviteit in de frontale, pariëtale en temporale complexen.
- Operationele waarde: Ondersteunt biologische risicoreductie door het valideren van target engagement in een lissencefale hersenen met een homologe organisatie aan die van mensen.
Screening & Assayontwikkeling
- Wetenschappelijke waarde: Bereidt gevalideerde corticale systemen voor op standaardisatie van vervolgassays door het vaststellen van stabiele, chronische elektrofysiologische metingen.
- Operationele waarde: Faciliteert de reproduceerbaarheid en schaalbaarheid van assays door fixatie van epidurale arrays en langdurige signaalstabiliteit.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Wetenschappelijke waarde: Biedt ziekterelevante systeemuitlijning door monitoring van auditief opgewekte potentialen en corticale informatieverwerking mogelijk te maken.
- Operationele waarde: Waarborgt translationele continuïteit van ontdekking tot chronische implantatie, ter ondersteuning van longitudinale beoordeling van neurale plasticiteit en medicijnrespons.
Integratie van Pipeline & Workflow
De methode integreert in het ontdekkingscontinuüm door hypothese-testen in de vroege biologie, assay-gereedheid bij screening en kwantitatieve neurofysiologische analyses voor target engagement mogelijk te maken.
- Discovery Biology: Ondersteunt de verduidelijking van pathways en biologische risicoreductie via whole-cortical mapping van elektrische veldpotentialen.
- Screening: Zorgt voor assay-gereedheid door chronische implantatie en stabiele baseline-registraties over verschillende corticale regio's.
- Analytics: Genereert kwantitatieve metingen van afhankelijke variabelen, zoals amplitudes en latenties van geëvoceerde potentialen, voor vergelijkingen tussen condities.
- Translationeel Onderzoek: Legt een verbinding met preklinische continuïteit door mensachtige corticale organisatie te modelleren en chronische stimulatieparadigma's mogelijk te maken.
- Enterprise Reuse: Positioneert de array als een herbruikbaar platform voor herhaalde sessies, waardoor variabiliteit per subject wordt verminderd en de doorvoer wordt verhoogd.
Operationele impact & impact op de organisatie
- Wetenschappelijke waarde: Voorspellend vertrouwen in targetvalidatie door corticale monitoring met hoge spatiotemporele resolutie.
- Operationele waarde: Standaardisatie en reproduceerbaarheid via epidurale fixatie en een consistente chirurgische procedure.
- Strategische waarde: Verbeterde go/no-go-beslissingen door het verminderen van mechanistische ambiguïteit in corticale drug-effecten.
- Impact op portfolio: Risico-gecorrigeerde prioritering via objectieve biomarkers voor neurale activiteit.
Overwegingen voor implementatie
- Vereist expertise in neurochirurgie, elektrofysiologie en het werken met primaten.
- Afhankelijk van microsurgische instrumenten, boren, hechtingen en biocompatibele lijmen zoals dentale acryl.
- Vereist standaardisatie tussen teams voor protocollen betreffende elektrodeplaatsing, referentie en aarding.
- Omvat overwegingen voor aanpassing aan verschillende corticale targets en stimulusparadigma's.
- Beperkt door de chirurgische invasiviteit en het beheer van de postoperatieve weefselrespons bij chronisch gebruik.
