Treinamento cirúrgico para implantação de microeletrodos Neocortical matrizes usando um modelo de cadáver humano formaldeído-fixo

Os microeletrodos permitem registrar a atividade de neurônios individuais no cérebro vivo. Graças aos recentes desenvolvimentos na engenharia, os feixes de microeletrodos estão se tornando disponíveis para uso em humanos. Eles podem dar acesso a mais de cem neurônios individuais no neocórtex cerebral humano.

Até agora, os arranjos de microeletrodos foram usados em humanos em duas circunstâncias. Como implantes crônicos para controlar interfaces cérebro-computador e como implantes temporários para investigar os fundamentos neurais da epilepsia em pacientes submetidos a avaliação com EEG intracraniano. As matrizes de microeletrodos são dispositivos invasivos e sua implantação requer a abertura do crânio e das meninges e a inserção da matriz no córtex.

Portanto, o implante de matrizes de microeletrodos em humanos deve ser realizado por um neurocirurgião. Além da experiência com ferramentas e técnicas neurocirúrgicas padrão, o cirurgião deve ser treinado em procedimentos anestésicos de implante de arranjo de microeletrodos. Projetamos o procedimento de treinamento usando um cadáver humano fixado em formaldeído.

Nossos objetivos eram fornecer aos cirurgiões um ambiente semelhante a uma sala de cirurgia, anatomia realista e a oportunidade de praticar e ensaiar as etapas críticas do procedimento. O protocolo mostrado aqui se aplica especificamente à matriz de Utah. Este dispositivo é composto por uma matriz de 4x4 mm de 100 microeletrodos à base de silício, um feixe de 100 fios de ouro isolados individualmente e um pedestal transcutâneo de titânio que se conecta ao computador que grava os sinais neurais.

O presente vídeo tutorial analisa as etapas do procedimento operatório começando com a configuração, expondo a superfície cortical, fixando o pedestal, implantando o próprio feixe de microeletrodos, posicionando uma eletrocorticografia ou grade ECOG e fechando a craniotomia. Selecione uma amostra sem histórico de doença ou lesão na cabeça, crânio e cérebro. Se disponível, uma tomografia computadorizada (TC) post-mortem de crânio garantirá que não haja lesão intracraniana significativa.

Fixe a cabeça na pinça do crânio e cubra com cortinas cirúrgicas. Incisar e reclinar o couro cabeludo e o músculo temporal. Realize uma craniotomia quadrada grande, por exemplo, 5x5 centímetros.

Remova o retalho ósseo e exponha a dura-máter. Reserve o retalho ósseo. Abra a dura-máter em três lados da craniotomia.

Recline-o e exponha a membrana aracnóide e a superfície do neocórtex cerebral. O primeiro passo para fixar o pedestal é selecionar um giro cortical onde o conjunto de microeletrodos será implantado. A superfície do giro deve ser aproximadamente plana para que o conjunto de microeletrodos fique nivelado com ele quando inserido.

E não deve haver nenhum vaso sanguíneo visível correndo na superfície cortical onde o conjunto de microeletrodos deve ser inserido. Em seguida, selecione um local para a fixação do pedestal na borda superior da craniotomia próximo à incisão da pele. Deixe folga suficiente para o feixe de fios para que o conjunto de microeletrodos possa alcançar o giro alvo.

Use parafusos ósseos para aparafusar o pedestal na mesa externa do osso do crânio ao lado da craniotomia. Durante todo o procedimento, é fundamental sempre garantir que o feixe de microeletrodos não toque em nada, pois pode ser danificado ou dilacerar a superfície neocortical. Segure o feixe de fios próximo ao conjunto de microeletrodos com uma pinça com pontas revestidas de plástico ou borracha.

Posicione o conjunto de microeletrodos paralelo à superfície do giro alvo. Dobre o feixe de fios conforme necessário para essa finalidade. Este é um passo crítico.

O feixe de fios é um pouco rígido e não se adapta facilmente aos desejos do cirurgião. É necessário cuidado e paciência para obter um bom alinhamento do arranjo de microeletrodos e da superfície cortical. As tiras de titânio de osso de cachorro podem ser usadas para prender o feixe de fios ao osso do crânio e controlar seu curso em direção ao giro alvo.

Agora alinhe o suporte do impactor pneumático com a parte traseira do conjunto de microeletrodos. Os parafusos milimétricos do suporte do impactor pneumático serão usados posteriormente para ajustes mais finos. Fixe o impactor pneumático dentro de seu suporte.

Verifique as conexões com a caixa de controle e, em seguida, ligue a caixa de controle. Agora, use os parafusos milimétricos para alinhar o impactor com a parte traseira do conjunto de microeletrodos. Em seguida, use o impactor para aplicar uma tachinha na parte de trás do feixe de microeletrodos e empurre-o para a superfície cortical.

Verifique se o feixe de microeletrodos está nivelado com a superfície cortical. Opcionalmente, posicione um refragrado eletrocortical subdural sobre a superfície cortical exposta. Prenda-o suturando-o na dura-máter.

O conjunto de microeletrodos será coberto pelo grau ECOG. Reposicione a dura-máter sobre a superfície cortical exposta e suture-a. Reposicione o retalho ósseo.

Prenda-o com tiras de titânio de osso de cachorro. Certifique-se de que o feixe de fios do conjunto de microeletrodos, bem como os cabos ECOG, não sejam esmagados entre as bordas dos ossos. Reposicione e suture o retalho cutâneo.

Feche a incisão da pele ao redor do pescoço do pedestal. Alternativamente, o pedestal pode sair do couro cabeludo através de uma incisão separada feita no retalho cutâneo. Usamos um cadáver humano fixado em formaldeído para permitir que os cirurgiões praticassem o procedimento cirúrgico de implantar um conjunto de microeletrodos no neocórtex cerebral humano.

As vantagens incluem um ambiente semelhante a uma sala de cirurgia e anatomia humana realista, bem como a oportunidade de praticar as principais etapas do procedimento, incluindo a manipulação do próprio conjunto de microeletrodos e o uso do impactor. As desvantagens óbvias de usar um cadáver são a ausência de circulação sanguínea e do líquido cefalorraquidiano e a ausência dos pulsos cerebrais causados pela respiração e batimentos cardíacos. Para concluir, a prática do implante de microeletrodos em um cadáver fixado em formaldeído é adequada para o treinamento de neurocirurgiões.

Cadáveres fixados em formaldeído estão prontamente disponíveis e relativamente baratos. Tal procedimento ignora as questões éticas e relacionadas ao custo do treinamento de cirurgiões com primatas não humanos.