Technika przewlekłego okna czaszkowego do powtarzających się zapisów korowych podczas znieczulenia u świń
6 czerwca 2025
W badaniu przedstawiono skalowalną, wiarygodną i odtwarzalną metodę powtarzających się przewlekłych zapisów korowych w modelu świni. Metoda ma zastosowanie w różnych dziedzinach neuronauki, w tym w badaniach nad bólem i diagnostyce chorób neurologicznych.
Badania te mają na celu opracowanie skalowalnej i niezawodnej metody przewlekłych zapisów korowych u świń, sprostanie wyzwaniom związanym z awarią urządzenia i reakcjami tkanek, poprawę neuronauki, diagnostyki i badań. Aby wydobywać informacje z mózgu przez dłuższy czas, obecne technologie koncentrują się na stworzeniu stabilnego i niezawodnego interfejsu między elektrodą a mózgiem, zapewniając spójne sygnały z tej samej populacji neuronów. Elektrokortykografia i zapisy wewnątrzczaszkowe są zwykle stosowane w przypadku przedłużonych zapisów mózgu.
Elektrody te pozostają w tym samym miejscu, ale interfejs tkankowy elektrody zmienia się z powodu reakcji tkanek i awarii urządzenia. Na początek zidentyfikuj punkt bregma, rysując proste linie między każdym uchem a przeciwległym okiem. Punkt bregma znajduje się na przecięciu tych linii.
Wykonaj nacięcie lekko bocznie do punktu bregma za pomocą skalpela. Za pomocą kauteryzatora kontynuuj nacięcie przez skórę. Po umieszczeniu sterylnego serwetowania należy wykonać wstępne nacięcie po zaznaczonej stronie skóry właściwej za pomocą skalpela.
Za pomocą kauteryzatora kontynuuj nacięcie przez skórę. Po umieszczeniu retraktora podnieś skórę za pomocą kleszczy i przetnij beznaczyniową tkankę łączną między okostną a podtarczą, aby zapewnić elastyczność do późniejszego szycia. Umieść jeszcze jeden zwijacz, aby dostosować się do dodatkowej elastyczności skóry.
Wywierć otwór o średnicy 10 milimetrów z przodu do linii szwu strzałkowego i bocznie do szwu środkowego za pomocą zaokrąglonego wiertła. Gdy opona twarda stanie się widoczna, zmień wiertło na mniejsze, aby uzyskać maksymalną szerokość otworu na poziomie opony twardej. Przytnij krawędzie otworu za pomocą rongeurs.
Upewnij się, że okno czaszki całkowicie pasuje do wywierconego otworu, sięgając do dna bez szczelin i określ odpowiednią głębokość. Trzymając okienko czaszki na miejscu, zaznacz pozycje otworów na za pomocą wiertarki ręcznej. Zdejmij okienko czaszki i wywierć zaznaczone otwory na głębokość co najmniej czterech milimetrów.
Następnie umieść okienko czaszki z powrotem. Po wyjęciu igły z zestawu do infuzji motylkowej zmierz głębokość otworu przez okienko czaszki za pomocą motyla. Włóż i dokręć o odpowiedniej długości do otworu.
Umieść łącznik w kształcie litery U pod śrubą, która przebija czaszkę i dotyka opony twardej. Włóż dwie igły prostopadle do przebiegu nerwu w odległości około dwóch centymetrów od siebie. Ponownie przekłuj skórę, około trzech centymetrów od punktu wprowadzenia.
Przełóż druty Coonera przez igły i usuń igły, pozostawiając druty częściowo pod skórą. Po zanurzeniu elektrody mikroelektrokortykografii w alkoholu, umieść ją w stoliku czołowym ZIF-Clip. Za pomocą mikromanipulatora i delikatnie prowadząc go patyczkiem kosmetycznym, umieść elektrodę mikroelektrokortykografii na miejscu.
Podłącz przewody uziemiające elektrody do uziemiającej za pomocą złącza krokodylkowego. Umieść sterylną gazę na elektrodzie, aby utrzymać mocny kontakt z tkanką. Wlej sól fizjologiczną do temperatury ciała na gazę, aby zapobiec wysuszeniu tkanki.
Następnie zastosuj stymulację elektryczną do nerwu łokciowego za pomocą przewodu obwodowego, aby wywołać niewielkie ruchy kończyny przedniej. Podgląd spontanicznych i wywołanych sygnałów mózgowych. Umieść nasadkę okna czaszki, aby zamknąć okno czaszki, upewniając się, że dokładnie pasuje do okna czaszki i nie wymaga dodatkowego mocowania.
Umieść woreczek z antybiotykiem na pokrywie okienka czaszki. Zamknij skórę podskórnie za pomocą techniki zakopanego materaca pionowego z pojedynczymi wchłanialnymi szwami, umieszczając je w odległości od pięciu do 10 milimetrów od siebie. Zawiąż ostatnie trzy szwy po założeniu wszystkich szwów.
Następnie zakładaj szwy śródskórne w sposób ciągły, zaczynając od jednego do dwóch centymetrów bocznie od miejsca nacięcia i tunelując pod skórą do warstwy skóry właściwej, ale pod jej powierzchnią. Zawiąż węzeł na bocznym końcu, aby zapobiec podrażnieniu lub poluzowaniu szwów. Następnie umieść szew ciągły między szwami podskórnymi, aż do osiągnięcia drugiej strony nacięcia.
Wykonaj nowe nacięcie w skórze właściwej za pomocą skalpela lekko bocznie do linii środkowej. Za pomocą kauteryzatora kontynuuj nacięcie przez skórę. Następnie należy naciąć okostną, aby implant stał się widoczny.
Na koniec, wykonując delikatne okrężne ruchy wacikiem, usuń tkankę łączną z otworu, aż opona twarda stanie się widoczna. Rysunek ten pokazuje stabilność i modulację potencjałów związanych ze zdarzeniami lub ERP zarejestrowanych w różnych punktach czasowych i w różnych warunkach stymulacji. ERP zarejestrowane w trzech punktach czasowych wykazały prawie identyczne przebiegi, co świadczy o wysokiej odtwarzalności techniki okna czaszkowego w czasie.
Amplitudy szczytowe i zmienność międzykanałowa pozostają stabilne we wszystkich sesjach, co wskazuje na stałą jakość sygnału, podczas gdy niewielkie opóźnienie w pierwszej sesji prawdopodobnie odzwierciedla zmiany rozwojowe. Stymulacja o wysokiej częstotliwości znacznie zwiększyła amplitudę piku N1, potwierdzając wrażliwość ERP na zmiany neuroplastyczne związane ze zwiększoną wrażliwością na ból. Takie podejście zmniejsza ryzyko związane z implantami stałymi poprzez wyeliminowanie awarii urządzenia i reakcji na elektrodzie.
To z kolei zwiększa wierność nagrań i skutkuje wysoce niezawodnymi nagraniami. Metoda ta obniża również koszty badań i poprawia dobrostan zwierząt. Może być dalej wdrażany u innych gatunków lub w celu uzyskania dostępu do innych obszarów mózgu.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Niniejsze badanie przedstawia skalowalną i niezawodną metodę przewlekłych rejestracji korowych w modelu świńskim, rozwiązując problemy związane z awariami urządzeń oraz odpowiedzią tkankową. Technika ta ma szczególne zastosowanie w badaniach nad bólem oraz w diagnostyce chorób neurologicznych.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neurobiologia
- Elektrofizjologia
- Badania nad bólem
Wstęp
- Przewlekłe rejestracje korowe są kluczowe dla zrozumienia dynamiki mózgu.
- Tradycyjne techniki często napotykają komplikacje wynikające z awarii urządzeń i reakcji tkankowych.
- Stabilne interfejsy między elektrodami a tkanką mózgową są niezbędne do uzyskania wysokiej wierności rejestracji.
- Elektrokortykografia i rejestracje wewnątrzczaszkowe są powszechnie stosowane, lecz z czasem stają się problematyczne.
Cel badania
- Opracowanie metody poprawiającej wierność rejestracji i zmniejszającej ryzyko związane z urządzeniem.
- Zapewnienie spójności sygnałów neuronalnych podczas długotrwałych okresów rejestracji.
- Poprawa dobrostanu zwierząt podczas prowadzenia badań z zakresu neuronauki.
Zastosowane metody
- Przeprowadzono szczegółowe procedury chirurgiczne w celu wykonania okna czaszkowego do pozycjonowania elektrod.
- Wykorzystano model mózgu świni, co umożliwiło przeprowadzenie obszernych i powtarzalnych pomiarów.
- W badaniu nie zgłoszono analiz multiomicznych.
- Kluczowe etapy obejmowały prawidłowe umieszczenie elektrod oraz zapewnienie stabilnych interfejsów neuronalnych.
- Zastosowano techniki stymulacji elektrycznej w celu zbadania wywołanych odpowiedzi mózgowych.
Główne wyniki
- Metoda wykazała wysoką powtarzalność ze stabilnymi amplitudami piku w kolejnych sesjach pomiarowych.
- Potencjały wywołane wykazały spójne przebiegi fal, co wskazuje na niezawodną jakość sygnału.
- Stymulacja wysoką częstotliwością nasiliła specyficzne zmiany neuroplastyczne związane z wrażliwością na ból.
- W badaniu wyciągnięto wniosek, że metoda ta zmniejsza ryzyko związane z implantami stałymi oraz awariami urządzeń.
Wnioski
- Niniejsze badanie potwierdza skuteczność podejścia do chronicznych rejestracji z mózgu w modelach dużych zwierząt.
- Wyniki te umożliwiają bardziej niezawodne pozyskiwanie danych w neuronauce w odniesieniu do modeli bólu i chorób.
- Wnioski sugerują możliwość usprawnienia zarówno metodologii badawczej, jak i standardów dobrostanu zwierząt.
Często zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Niezawodne chroniczne rejestracje z kory mózgowej są kluczowe dla neuronauki translacyjnej, umożliwiając stabilne pozyskiwanie sygnałów neuronalnych w celu odkrywania biomarkerów i walidacji urządzeń. Technika chronicznego okna czaszkowego u świń pozwala rozwiązać problemy związane z awariami urządzeń oraz odpowiedzią tkankową, wspierając wiarygodność prognostyczną w badaniach neurofizjologicznych. To skalowalne podejście usprawnia podejmowanie decyzji w ramach portfela projektów dotyczących interfejsów mózg-komputer oraz procesów badawczych nad chorobami neurologicznymi.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne odkrywanie i walidacja celu
- Umożliwia badanie funkcji obwodów neuronalnych oraz efektów interwencji w modelu dużych zwierząt.
- Wspiera biologiczną redukcję ryzyka poprzez minimalizację awarii urządzeń oraz zakłóceń wynikających z reakcji tkankowej.
- Ułatwia walidację celów funkcjonalnych dzięki stabilnym i powtarzalnym pomiarom potencjałów wywołanych (ERP).
- Zwiększa pewność prognostyczną w identyfikacji biomarkerów translacyjnych w portfelach neurobiologicznych.
Przesiewy i opracowanie testów
- Zapewnia zwalidowaną platformę do ilościowego pozyskiwania sygnałów korowych w wielu sesjach.
- Standaryzuje rozmieszczenie elektrod oraz warunki rejestracji, zwiększając powtarzalność i wiarygodność analizy.
- Umożliwia skalowalne przesiewanie interwencji neuromodulacyjnych przy zachowaniu spójnej jakości sygnału.
- Wspiera opracowywanie analiz do oceny urządzeń i potencjalnych kandydatów terapeutycznych w warunkach przedklinicznych.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Jest zgodne z systemami istotnymi dla modelowania bólu oraz zaburzeń neurologicznych.
- Zapewnia ciągłość od etapu odkrycia po walidację przedkliniczną, umożliwiając powtarzalne, wysokiej wierności rejestracje.
- Zmniejsza ryzyko biologiczne na późnych etapach dzięki dostarczaniu stabilnych i interpretowalnych odczytów neuronalnych.
- Ułatwia podejmowanie decyzji o dalszym rozwoju programów neurotechnologicznych i terapeutycznych w oparciu o analizę ryzyka.
Integracja potoków i przepływów pracy
Technika ta integruje się z continuum od etapu odkryć do badań przedklinicznych, wspierając zarówno wczesne badania mechanistyczne, jak i translacyjną walidację biomarkerów w modelach dużych zwierząt.
- Biologia odkrywcza: Umożliwia testowanie hipotez i wyjaśnianie szlaków poprzez stabilne rejestracje ERP.
- Przesiewy: Zapewniają powtarzalne, ilościowe wyniki do oceny interwencji.
- Analityka: Zapewnia spójną jakość sygnału i porównywalność statystyczną pomiędzy sesjami i warunkami.
- Badania translacyjne: Łączy fazy odkrywcze i przedkliniczne za pomocą danych neuronalnych istotnych dla przebiegu choroby.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Oferuje wielokrotnego użytku, skalowalną platformę dla różnorodnych zastosowań w badaniach i rozwoju (R&D) w dziedzinie neuronauki.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorstwowy
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność prognostyczną i zmniejsza niejednoznaczność mechanistyczną w badaniach nad sygnałami neuronalnymi.
- Wartość operacyjna: Poprawia standaryzację, powtarzalność i skalowalność przewlekłych rejestracji korowych.
- Wartość strategiczna: Usprawnia podejmowanie decyzji go/no-go oraz efektywność kapitałową poprzez redukcję awarii związanych z urządzeniami.
- Wpływ na portfolio: Wspiera priorytetyzację skorygowaną o ryzyko oraz rozwój zasobów w dziedzinie neurotechnologii.
Wskazówki dotyczące wdrożenia
- Wymaga doświadczenia chirurgicznego w zakresie implantacji okna czaszkowego i obsługi elektrod.
- Wymaga dostępu do aparatury elektrofizjologicznej i infrastruktury analitycznej.
- Konieczna jest standaryzacja protokołów chirurgicznych i rejestracyjnych pomiędzy zespołami.
- Metoda może zostać dostosowana do innych gatunków i obszarów mózgu poprzez modyfikację protokołu.
- Każda sesja rejestracyjna wymaga niewielkiego dostępu chirurgicznego; zalecane są przerwy na rekonwalescencję.
