Грызун поведенческое тестирование оценить функциональные дефициты, вызванные микроэлектродные имплантации в моторной коры крыса

Этот метод может помочь ответить на ключевые вопросы в области нейронной инженерии, например, имеет ли имплантация устройства влияние на долгосрочную двигательную функцию. Основное преимущество этой методики заключается в том, что в отличие от гистологии конечных точек, текущее поведение обеспечивает глобальное измерение моторной функции в режиме реального времени на протяжении всего исследования. Чтобы начать эту процедуру, введите животному подкожно антибиотик цефалоспорина для предотвращения инфекции и нестероидное противовоспалительное средство для лечения боли.

Далее нанесите офтальмологическую мазь на глаза животного, чтобы предотвратить их пересыхание. Используя маленькие кусачки для ногтей животных, подстригайте ногти на ногах, чтобы животное не царапало швы во время заживления раны после операции. Впоследствии обеспечить местный анальгетик с подкожным введением бупивакаина в область разреза на голове животного.

Установите животное на стереотаксическую раму с помощью ушных планок, чтобы голова не двигалась во время операции. Затем подложите под животное грелку с циркуляционной водой, чтобы поддерживать его внутреннюю температуру. После этого протрите операционную область, чередуя раствор бетадина и изопропаноловые скрабы.

Затем выполните ущипывание пальца ноги в соответствии с институциональным протоколом, чтобы убедиться, что животное находится под операционной плоскостью. Чтобы подготовить животное к имплантации, сделайте разрез примерно в один дюйм по средней линии, чтобы обнажить череп. Тупо удалите надкостницу с помощью аппликатора с ватным наконечником и остановите кровотечение с помощью куска марли.

Затем втяните окружающие ткани с помощью зажимов типа «крокодил» или гемостатиков. После того, как череп будет очищен, нанесите несколько капель тканевого клея на основе цианоакрилата на открытый череп, чтобы улучшить сцепление зубного цемента на последующих этапах. В выбранном полушарии отметьте область моторной коры, соответствующую движению передней лапы, создав зазубрину в кости.

Удалите часть черепа с помощью 1,75-миллиметровой бормашины с закругленным наконечником, уделяя особое внимание тому, чтобы не сверлить слишком быстро или слишком глубоко. Сверло следует прикладывать к черепу с перерывами, чтобы избежать перегрева. С помощью физиологического раствора и легкого отсасывания, удалите любые костные остатки с черепа.

Будьте осторожны, чтобы не повредить твердую мозговую оболочку во время сверления. Затем используйте тонкие ронжеры или изогнутые микрощипцы для удаления оставшейся кости. После этого отразите твердую мозговую оболочку с помощью медиатора с тонким крючком под углом 45 градусов.

Очистите кровотечение с помощью аппликатора с ватным наконечником и физиологического раствора, стараясь не касаться поверхности мозга напрямую. Чтобы вставить микроэлектрод в кору мотора, аккуратно закрепите стерилизованный микроэлектрод в универсальном держателе на стереотаксической раме, стараясь не задеть хвостовик электрода. Убедитесь, что разъем интерфейса главного столика электрода надежно удерживается держателем.

С помощью микроманипулятора на стереотаксической раме осторожно расположите кончик электрода над открытым трепанацией черепа. Аккуратно опустите электрод примерно на два миллиметра вглубь мозга. По возможности соблюдайте осторожность и избегайте видимых сосудистых сосудов.

Для ручного/ручного введения, как показано здесь, используются микрощипцы для введения силиконового нефункционального фиктивного микроэлектрода. Как только электрод будет на месте, осторожно освободите разъем от универсального держателя и втяните втягивающий кронштейн. Тщательно очистите кровотечение вокруг электрода с помощью аппликатора с ватным наконечником и физиологического раствора.

Впоследствии запечатайте трепанацию черепа вокруг имплантированного электрода с помощью силиконового эластомера. Затем закрепите электрод на черепе с помощью стоматологического цемента. Как только цемент полностью высохнет, сведите края разреза спереди и сзади крышки цементной головки и зашите их.

Для нефункциональных имплантатов весь разрез может быть закрыт. Чтобы начать тестирование сетки в открытом поле, поместите животное в центр сетки лицом в сторону от тестера. Дайте животному свободно бегать в течение трех минут во время записи видео.

Когда животное закончит тестирование, уберите его из сетки и тщательно очистите сетку стерилизатором на основе диоксида хлора. Анализируйте количество пересеченных линий сетки, общее пройденное расстояние и максимальную скорость животного в качестве показателей валовой моторной функции с помощью программного обеспечения для видеослежения. Для проведения тестирования с помощью лестницы требуется одна неделя обучения, прежде чем будут записаны исходные баллы перед операцией.

Затем переведите животное во временную чистую клетку, чтобы начать испытание на лестнице. Установите лестницу так, чтобы она соединяла две клетки. Стартовый конец лестницы опирается на чистую клетку, а финишный конец лежит в домашней клетке животного и служит мотивацией для завершения забега.

Расположите видеокамеру, используемую для съемки испытаний лестницы на штативе, в центре лестницы на высоте ступеньки. С работающей видеокамерой удерживайте животное на стартовой линии лестницы, позволяя его передним лапам касаться первой ступеньки. Позвольте крысе передвигаться по лестнице в своем собственном темпе.

Время, прошедшее между моментом, когда лапа животного коснется первой ступеньки, и финишной чертой предпоследней ступеньки, определит время, которое животное должно пересечь. Если животное поворачивается на лестнице или не двигается в течение 20 секунд, считайте, что животное потерпело неудачу. Назначьте ему штрафное время для каждого неудачного пробега и определите штрафное время по самому медленному результату, зарегистрированному во время предоперационного тестирования.

Позвольте каждому животному пересечь лестницу пять раз за день тестирования с примерно одной минутой отдыха между каждым забегом. Усредняйте самые быстрые три пробежки в день в качестве показателя мелкой моторики. Кроме того, запишите, сколько раз каждая из передних лап соскальзывает с перекладин с помощью программного обеспечения для видеослежения.

Для проверки прочности захвата расположите измеритель силы захвата на краю стойки так, чтобы рукоятка была вытянута над полом. Затем позвольте животному ухватиться за руль обеими передними лапами, удерживая животное за основание хвоста. Как только животное крепко схватит каждую лапу, оттяните его от метра за основание хвоста с медленной и устойчивой силой.

Запишите максимальную силу захвата животного с помощью измерителя силы захвата. Тестируйте каждое животное три раза в день тестирования с примерно двухминутным отдыхом между каждым тестом. В качестве показателя мелкой моторики запишите и усредните максимальную силу хвата в каждом из трех испытаний.

Значительная разница в производительности сетки открытого поля между контрольными и имплантированными животными была замечена только в первую неделю испытаний после периода восстановления. Не было никакой разницы в производительности в течение оставшейся части исследования, что указывает на отсутствие долгосрочного дефицита крупной моторной функции. За исключением первой недели тестирования после выздоровления, контрольные животные пересекают лестницу значительно быстрее, чем имплантированные животные.

Имплантированные животные не смогли поддерживать дооперационную скорость пересечения лестницы, что указывает на возможный дефицит мелкой моторики. Это также подтверждается увеличением частоты соскальзывания правой лапы у имплантированных животных, коррелируя с областью мозга, получающей имплантат. Контрольные животные часто достигали значительно более высоких результатов по силе захвата по сравнению с имплантированными животными в ходе исследования.

Кроме того, имплантированные животные показали значительно более низкие результаты, чем исходные, сразу после выздоровления, но со временем улучшились и вернулись к исходному уровню. Здесь показана корреляция производительности лестницы с интенсивностью флуоресценции иммуноглобулина G, маркера проницаемости гематоэнцефалического барьера. Был обнаружен коэффициент корреляции 0,901, указывающий на очень сильную корреляцию.

После освоения этой техники можно выполнять примерно за 30 минут на животное за сеанс тестирования. При попытке выполнить эту процедуру важно уменьшить количество переменных окружающей среды, так как они могут отвлечь животных от текущей задачи. После этой процедуры могут быть выполнены другие методы, включая иммуногистохимию или другие методы световой визуализации, чтобы исследовать клеточную или тканевую реакцию на имплантированную микроэлектронику.

После просмотра этого видео у вас должно быть хорошее понимание того, как выполнить быстрый, простой и повторяемый анализ на дефицит крупной и мелкой моторики, который может возникнуть в результате имплантации устройства или травмы в первичной моторной коре.