Szkolenie chirurgiczne w zakresie implantacji układów mikroelektrod kory nowej przy użyciu modelu zwłok ludzkich utrwalonych formaldehydem

Mikroelektrody pozwalają rejestrować aktywność poszczególnych neuronów w żywym mózgu. Dzięki najnowszym osiągnięciom w dziedzinie inżynierii, matryce mikroelektrod stają się dostępne do stosowania u ludzi. Mogą one dać dostęp do ponad stu pojedynczych neuronów w ludzkiej korze nowej mózgu.

Do tej pory układy mikroelektrod były stosowane u ludzi w dwóch okolicznościach. Jako implanty przewlekłe do kontroli interfejsów mózg-komputer oraz jako implanty tymczasowe do badania neuronalnych podstaw padaczki u pacjentów poddawanych ocenie za pomocą wewnątrzczaszkowego EEG. Matryce mikroelektrod są urządzeniami inwazyjnymi, a ich wszczepienie wymaga otwarcia czaszki i opon mózgowych oraz wprowadzenia macierzy do kory mózgowej.

Dlatego wszczepienie układów mikroelektrod u ludzi musi być wykonane przez neurochirurga. Oprócz specjalistycznej wiedzy z zakresu standardowych narzędzi i technik neurochirurgicznych, chirurg powinien zostać przeszkolony w zakresie anestezjologicznej procedury implantacji matrycy mikroelektrod. Zaprojektowaliśmy procedurę szkoleniową przy użyciu utrwalonego formaldehydu ludzkiego zwłok.

Naszym celem było zapewnienie chirurgom środowiska przypominającego salę operacyjną, realistycznej anatomii oraz możliwości przećwiczenia i przećwiczenia krytycznych etapów zabiegu. Przedstawiony tutaj protokół ma zastosowanie w szczególności do macierzy Utah. Urządzenie to składa się z układu 100 mikroelektrod na bazie krzemu o wymiarach 4x4 mm, wiązki 100 indywidualnie izolowanych złotych drutów oraz przezskórnego tytanowego postumentu, który łączy się z komputerem rejestrującym sygnały neuronowe.

W tym filmie instruktażowym omówiono etapy procedury operacyjnej, począwszy od ustawienia, odsłonięcia powierzchni kory mózgowej, zamocowania cokołu, wszczepienia samej matrycy mikroelektrod, umieszczenia elektrokortykografii lub siatki ECOG i zamknięcia kraniotomii. Wybierz próbkę bez historii chorób lub urazów głowy, czaszki i mózgu. Jeśli to możliwe, pośmiertna tomografia komputerowa głowy upewni się, że nie ma znaczącej zmiany wewnątrzczaszkowej.

Zamocuj głowę w zacisku czaszki i przykryj serwetami chirurgicznymi. Naciąć i odchylić skórę głowy i mięsień skroniowy. Wykonaj dużą kwadratową kraniotomię, na przykład 5x5 centymetrów.

Usuń płat kostny i odsłoń oponę twardą. Zarezerwuj płat kostny. Otwórz oponę twardą z trzech stron kraniotomii.

Oprzyj go i odsłoń błonę pajęczynówkową i powierzchnię kory nowej mózgu. Pierwszym krokiem do zamocowania cokołu jest wybór zakrętu korowego, w którym zostanie wszczepiony układ mikroelektrod. Powierzchnia zakrętu musi być w przybliżeniu płaska, tak aby układ mikroelektrod leżał równo z nim po włożeniu.

Na powierzchni kory mózgowej nie może być widocznych naczyń krwionośnych, do których ma być wprowadzony układ mikroelektrod. Następnie wybierz miejsce do zamocowania cokołu na górnej krawędzi kraniotomii w pobliżu nacięcia skóry. Pozostawić wystarczająco dużo luzu dla wiązki przewodów, aby układ mikroelektrod mógł dotrzeć do zakrętu docelowego.

Użyj kostnych, aby przykręcić cokół do zewnętrznego stołu kości czaszki obok kraniotomii. Podczas całej procedury bardzo ważne jest, aby zawsze upewnić się, że matryca mikroelektrod niczego nie dotyka, ponieważ może to spowodować uszkodzenie lub uszkodzenie powierzchni kory nowej. Przytrzymaj wiązkę przewodów blisko układu mikroelektrod za pomocą pęsety z końcówkami pokrytymi plastikiem lub gumą.

Ustawić układ mikroelektrod równolegle do powierzchni zakrętu docelowego. W tym celu zegnij wiązkę przewodów zgodnie z potrzebami. Jest to kluczowy krok.

Wiązka przewodów jest nieco sztywna i nie dostosowuje się łatwo do życzeń chirurgów. Wymagana jest ostrożność i cierpliwość, aby uzyskać dobre wyrównanie układu mikroelektrod i powierzchni kory mózgowej. Paski tytanowe z kości psa mogą być używane do mocowania wiązki drutu do kości czaszki i kontrolowania jej kursu w kierunku zakrętu docelowego.

Teraz ustaw uchwyt udaru pneumatycznego w przybliżonym ustawieniu z tylną częścią układu mikroelektrod. milimetrowe pneumatycznego uchwytu udaru zostaną później użyte do dokładniejszej regulacji. Zamocuj impaktor pneumatyczny w jego uchwycie.

Sprawdź połączenia ze skrzynką kontrolną, a następnie włącz skrzynkę kontrolną. Teraz użyj milimetrowych, aby ustawić impaktor w ścisłej linii z tyłem układu mikroelektrod. Następnie za pomocą impaktora przyklej się do tylnej części układu mikroelektrod i wepchnij go w powierzchnię kory mózgowej.

Sprawdź, czy układ mikroelektrod jest zlicowany z powierzchnią kory mózgowej. Opcjonalnie umieść podtwardówkową elektrokorową frakcję na odsłoniętej powierzchni kory mózgowej. Zabezpiecz go, przyszywając go do opony twardej.

Układ mikroelektrod będzie pokryty klasą ECOG. Umieść oponę twardą na odsłoniętej powierzchni kory mózgowej i zszyj ją. Zmień położenie płata kostnego.

Zabezpiecz go tytanowymi paskami z kości psa. Upewnij się, że wiązka przewodów układu mikroelektrod oraz ECOG nie zostaną zgniecione między krawędziami kości. Zmień położenie i zszyj płat skóry.

Zamknij nacięcie skóry wokół szyi cokołu. Alternatywnie, cokół może wychodzić ze skóry głowy przez osobne nacięcie kłute wykonane w płatku skóry. Użyliśmy utrwalonych formaldehydem ludzkich zwłok, aby umożliwić chirurgom przećwiczenie procedury chirurgicznej polegającej na wszczepieniu układu mikroelektrod do ludzkiej kory nowej mózgu.

Do zalet należy środowisko przypominające salę operacyjną i realistyczna anatomia człowieka, a także możliwość przećwiczenia kluczowych etapów procedury, w tym manipulacji samym układem mikroelektrod i użycia impaktora. Oczywistymi wadami korzystania ze zwłok jest brak krążenia krwi i płynu mózgowo-rdzeniowego oraz brak impulsów mózgowych spowodowanych oddychaniem i biciem serca. Podsumowując, praktyka implantacji mikroelektrod na zwłokach utrwalonych formaldehydem jest wystarczająca do szkolenia neurochirurgów.

Zwłoki utrwalone formaldehydem są łatwo dostępne i stosunkowo niedrogie. Taka procedura omija kwestie etyczne i związane z kosztami szkolenia chirurgów z naczelnymi innymi niż ludzie.