Summary
אנו מספקים מידע שימושי על מנתחים אשר לומדים את התהליך של השתלת אלקטרודות כרוניות הקלטה עצביים. טכניקות מערכות אלקטרודה גם חודר לפני השטח מתוארים במודל בעלי חיים מכרסמים.
Abstract
הצלחה לטווח ארוך הקלטות אלקטרו לעיתים קרובות תלוי באיכות של ניתוח ההשתלה. כאן אנו מספקים מידע שימושי על מנתחים אשר לומדים את תהליך השתלת מערכות אלקטרודה. אנו מדגימים את הליך ההשתלה של שניהם החודר האלקטרודה פני השטח. תהליך כירורגי מתואר מההתחלה ועד הסוף, כולל תיאורים מפורטים של כל שלב לאורך כל ההליך. ראוי גם לציין כי מדריך וידאו ממוקדת כלפי ההליכים שנערכו במודלים של מכרסמים אחרים במודלים של בעלי חיים קטנים. שינויים של ההליכים המתוארים הם ריאלי עבור במודלים של בעלי חיים אחרים.
Protocol
1. לפני שתל נהלים (Common)
- לגלח את הראש של החיה מ בין העיניים היטב מאחורי האוזניים. השתמש קוצץ חשמלי של הספר לגלח את הראש. לשפשף את הראש 1 עם אלכוהול איזופרופיל, אז בבטאדין (לחזור 3x). החל סיכה בעין.
- הר חיים בברים אוזניים stereotaxic. כוונו את קצה קבוע של בר אוזן ימין stereotaxic לתוך תעלת השמיעה של האוזן הימנית של בעלי חיים על ידי הזזת הראש הצידה על התעלה. במשנה זהירות יש לנקוט כדי להבטיח כי כל קצה האוזן בר ממוקם כראוי meatus השמיעה. לאחר מכן, לדחוף את בר התיר אוזן שמאל לתוך תעלת השמע ולהפעיל לחץ כלפי פנים קלה. לתפוס את האף של בעלי חיים לנענע אותו קדימה ואחורה בחוזקה. אם בעל החיים מותקן כראוי הראש תרגיש רכוב נוקשה.
2. טרום ניתוח ההשתלה (Common)
- עם זוג מספריים משובחים, חתוך 1/2 2 circles מ כלפי חוץ קו האמצע, הסרת חלקי הקרקפת
- לגרד ולהסיר את רקמת החיבור periosteum כי שומרת על העצם. מגרדים עם קצה קהה כגון האחורי של להב סכין מנתחים או קצה מקלון צמר גפן סטרילי יהיה למזער דימום בגלל נימים יהיה מרוסק ולא לחתוך בצורה חלקה. העצם דימום בקרה באמצעות שעווה עצם או ברזל צריבה.
- לחטא ולנקות את משטח העצם באמצעות מי חמצן. לייבש את העצם לייצר את התפרים הגולגולת בצורה ברורה לעין. גבחת ומצביע ופניה, יש לציין, ולהשתמש בהם כדי לפלס את הראש. מיקום עבור craniotomy ו השתל האלקטרודה יש למדוד ביחס גבחת ויכול להיות מסומנים באופן זמני באמצעות עט או באמצעות קידוח רדודות אל פני השטח. מיקום craniotomy יהיה תלוי מטרות הניסוי של המחקר (כלומר המנוע, ניסויים חושיות) 1.
- מקדחה screwholes לתוך העצם ומניחים את הקרקע וייצוב שלהצוותים. השתמש תמיד נירוסטה או ברגים מטיטניום. תכשיטנים קטנים של ברגים (למשל # 2-56, או # 00-80) עם כ נושאים רבים לאינץ' ככל האפשר רצויים.
3. אלקטרודה שתל סיליקון נהלים
- מקדחה craniotomy לאחר השתלה ברגים. מקדחה ארבעה סימני טייס רדודים עבור פינות craniotomy. שימוש בסימני טייס כמדריך לתחקר את המערכת של craniotomy. הסר את מסת העצם מרכז שלא קדח בעזרת זוג מלקחיים חסון. קצה craniotomy פתוח ייתכן שיהיה צורך לנקות עם קידוח נוסף. חתיכות דקות של העצם עשוי להיות מקוטע עם זוג microrongeurs. מתכננים הניתוח בזהירות כדי להימנע כלי דם מרכזיים כגון סינוס sagittal, אשר עשוי להופיע בתוך 0.5 מ"מ של תפר האורך קו האמצע 1. ניקוב סינוס sagittal יכול לגרום לדימום רב. חשוף דורה יש לשמור hydrated עם aCSF או תמיסת מלח.
- כדי לחדור את דורה מאטרתצטרך אופנה וו קטן באמצעות מחט המזרק סטרילי של מד קטן (למשל, <28 מד). קחו את שיפוע של המחט ולחץ עליו שטוחה על פני חברה (כמו בחלק השטוח של סכין מנתחים) הטיה מעט כדי ליצור עיקול 90 מעלות בנקודה. השתמש וו כדי לתפוס את פני השטח של דורה, ולהרים כלפי מעלה מעל פני המוח. דורה אפשר לחתוך בעזרת מספריים מיקרו או עלולים להיות נקרע באמצעות תנועות צדדיות של הקרס דורה. תשמרי על עצמך כדי למנוע כלי הדם על פני השטח של המוח בעת שימוש וו דורה. אתה צריך לשים לב CSF דולף החוצה כאשר דורה לכרות את הגידול ואת ההבדל בצבע מפני השטח של דורה.
- בזהירות לצרף את החוט הקרקע של האלקטרודה סיליקון סביב בסיס הבורג הקרקע, תאקט במקום במלט שיניים. האלקטרודות סיליקון צריך להיות ממוקם היטב כך האלקטרודות מוביל הכבלים הם בקשת מעל craniotomy.
- שתלים יושם באמצעות מנוע ליניארי מפעיל PLACED על מנגנון stereotaxic. כדי לצרף את האלקטרודה למכשיר הכניסה, פוליאתילן גליקול (PEG) מחומם עם מלחם ותוחל הכניסה מוט האלקטרודה ההקלטה.
- עם אלקטרודה מאובטח, להוריד באופן ידני את קצה האלקטרודה אל המיקום הרצוי stereotaxic על פני השטח של המוח.
- באמצעות ממשק תוכנה מפעיל ליניארי, להעביר את האלקטרודה לתוך העומק הרצוי בתוך רקמת המוח.
- להבטיח את האלקטרודה ההקלטה במוח על ידי הצמדת PEG של בורג סמוך כבל האלקטרודה. כעת תוכל להסיר את האלקטרודה מהמכשיר הכנסת על ידי הוספת מלח לפזר PEG כבול. הרם את המכשיר הכניסה הרחק craniotomy וחזור על הפעולה עבור כל אלקטרודה.
- מכסים את craniotomy נחשף עם Gelfoam ספוג מלוחים. פולימר סיליקון לאחר מכן נעשה שימוש כדי לכסות את כבל האלקטרודה ולהגן עליו מפני אקריליק שיניים. מקם את מחבר בגמרהמיקום, ולאחר מכן החל אקריליק שיניים לעשות headcap חזקים.
4. MicroECoG שתל נהלים אלקטרודה
- השתלת אלקטרודה microECoG יהיה כרוך craniotomy מעט גדול יותר. עבור מכשיר 5 5 מ"מ x, 6 x 6 מ"מ craniotomy חייב להיעשות. לפני קידוח craniotomy, UV-לריפוי שיניים אקריליק מוחל על הפריפריה של האתר craniotomy בזמן שהוא עדיין יבש ולא בסכנת נגיעה דורה או פיא.
- תרגיל ניתוח סטרילי משמש עם # 107 בר כדי לתחקר את פני השטח של עצם הצורה הכללית של craniotomy. קטן # 106 בר לאחר מכן ניתן להשתמש כדי לתחקר את שאר העצם עד שכבה שקופה דקה. Rongeurs לאחר מכן תוכל להרים את החלק הנותר של העצם. MicroECoG יכול להיות מושתל epidurally או subdurally. שוב, לשמור דורה hydrated היטב עם CSF מלוחים או מלאכותית.
- על מנת להשתיל microECoG, הנח יד על stereotaxic אופהגולגולת n, ולהבטיח את האלקטרודה לזרוע באמצעות קלטת סטרילית. האלקטרודה כעת ניתן הוריד לתוך craniotomy. ודא האתרים אלקטרודה הם פונים כלפי מטה ויהיה ליצור קשר עם דורה או משטח pial. אם כל הזמן לחות, האלקטרודה צריכה להחליק על רקמות ויישאר במקומו.
- חוט הקרקע מחובר בורג הקרקע על ידי לפפה סביב לפחות שלוש פעמים מעל ומתחת עצמו. בורג הקרקע יכול להיות כל בורג אשר באים במגע עם דורה. חוט התייחסות יכול גם להיות קשור בורג התייחסות באותו אופן.
- חתיכות קטנות של ספוג Gelfoam מלוחים צריך להיות ממוקם סביב אלקטרודה שבו יש דורה או פיא חשוף. כמות קטנה של Gelfoam ספוג מלוחים צריך גם תכסה את חלקו העליון של האלקטרודה סרט דק. UV-לריפוי אקריליק שיניים יכול להיות מיושם על החלק העליון של Gelfoam וניתן להשתמש בו כדי ליצור כובע ראש יציב. אקריליק מוחל ישירות דקה הסרט כבל covering עד המחבר הוא הגיע. היזהרו שלא לכסות את מעבר התחתון של שווי מחבר.
- לחלופין, השתלת של microECoG ב 4.3 ניתן מיד אחר ההשתלה של מערך microelectrode סיליקון (צעדים 3.2-3.6) דרך חורים קטנים אשר מיוצרים המצע microECoG. זה מאפשר הקלטה בו זמנית של שתי יחידות בודדות בעומקים שונים יחד עם הקלטות ברזולוציה גבוהה שדה מפני השטח של המוח שמסביב.
5. לאחר ניתוח שחזור
- לאחר מלט להתקשות לחלוטין, לתפור את העור סביב הכובע ראש ולהסיר את החיה ממסגרת stereotaxic.
- החל אבקת חיטוי או משחה אנטיביוטית בשפע סביב הפצע. אם יש דימום מהאוזניים, מקום כלשהו גם אנטיביוטיקה לתוך תעלת האוזן.
- לשמור על בעל החיים חם ברביטורטים למנוע מן החי שמירה על חום הגוף שלה. בית EACH כרוני מושתל חיה בכלוב נפרד. בדרך כלל לוקח ארבעה עד שבעה ימים של בעל החיים כדי להתאושש לחלוטין מהניתוח.
6. נציג תוצאות
סיליקון מוצלח האלקטרודה ניתוח השתל יהיה להקליט אתרים עם עכבות מדידה בין 2MOhm-500kOhm, ואת סרט דק בין אלקטרודות 10kOhm-50kOhm (ב 1KHz). האות העצבי ניתן לבדוק את הניתוח שלאחר מיד גם. אתה אמור להיות מסוגל לראות קוצים על אלקטרודות מושתלות ולראות תנודות גלים איטיים על פני אלקטרודה דקה הסרט (איור 1).
באיור 1. התוצאות מייצגות של פעילות יחידת יחיד תנודות ECOG.) בפס רחב, נתונים מ 6 ערוצי שנרשמו בו זמנית של האלקטרודה סיליקון כרונית מושתל הניאוקורטקס. שים לב כי spikes לעתים קרובות ניתן לראות באתרים הקלטה. ב) הבורג תנודות של 6 ערוצים של מערך 16 ערוצים סרט דק uECoG האלקטרודה על פני השטח של המוח. הממוצע של כל 16 אותות הוסרו כל עקבות (התייחסות הממוצע משותף), ו 500 הרץ פילטר דיגיטלי נמוך לעבור יושמה.
Discussion
יש עניין גובר בשימוש intracortical משטח ממשקי הקלטה רב ערוציים לחקר תפקוד המוח 2, מתן microstimulation 3, או אותות בקרה עבור מערכות neuroprosthetic 4.5. השיטות המתוארות בסרט הזה מדגימים כיצד להשתיל כרוניות מערכות אלקטרודה חודר לפני השטח. בעוד אחרים כרוניות סיליקון מערכות אלקטרודה קיימים 6, התמקדנו השתלת אלקטרודות מישוריים טכנולוגיות שפותחו על ידי NeuroNexus 7,8. טכניקות השתלת אלקטרודה של מערכות אחרות ישתנו במידה ניכרת.
הצעדים כירורגיים המתוארים, גובר חיים בברים אוזניים stereotaxic יכול להיות קשה ביותר, צעד חשוב ביותר בקביעת רמת הדיוק של מיקום של אלקטרודות מושתלות. במשנה זהירות יש לנקוט, אם כן, להניח כי כל קצה האוזן בר ממוקם כראוי meatus השמיעה. לאחר assuraNCE כי קצה האוזן בר נמצא meatus השמיעה של האוזן הימנית של בעל החיים, לשחרר צוואר הבהמה עם יד ימין תוך אגודל שמאל והאצבע להמשיך ולתמוך הראש להפעיל לחץ של הראש על קצה האוזן בר. עם יד ימין שלך, לדחוף את בר התיר אוזן שמאל לתוך תעלת השמע ולהפעיל לחץ כלפי פנים קלה. להזיז את הצד השמאלי של ראשו של בעל החיים מטה קדימה מסביב עד שאתה יכול להרגיש תלוש שמאל האוזן בר הקצה אל meatus השמיעה. עם יד ימין, ממשיכים להפעיל לחץ על הבר אוזן שמאל. לשחרר את ראשו של בעלי חיים, עם יד חופשית עכשיו שלך שמאלה, להדק את הבורג קבוצה של בר אוזן שמאל.
Disclosures
DRK הוא חלק בבעלות על NeuroNexus טכנולוגיות.
Acknowledgments
עבודה זו מומנה על ידי המרכז לטכנולוגיה ותקשורת עצבית (CNCT), מרכז P41 משאבים הממומן על ידי המכון הלאומי ביו הדמיה Bioengineering (NIBIB, P41 EB002030) ונתמך על ידי המכונים הלאומיים לבריאות (NIH). המחברים מבקשים להודות ריו וטר NeuroNexus של טכנולוגיות לפיתוח טכניקות כירורגיות, ו סעיפים פאטל של אוניברסיטת מישיגן עבור להרכיב רשימה של ציוד המשמש במהלך ניתוחים.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Bone Screw - #2-56 x 3/16, phillips pan head, 18-8 S/S | BoltDepot | 7650 | |
| Bone Screw - #2-56 x 1/8, phillips pan head, 18-8 S/S | BoltDepot | 9617 | |
| Large Oxygen Tank - Size K | Cryogenic Gases | OXKME | |
| Small Oxygen Tank - Size E | Cryogenic Gases | OXYE-AL | |
| Vannas-Tubingen Spring Scissors - 2.5mm Blade, Angled | Fine Science Tools | 15002-08 | |
| Dumont #5 Forceps, Teflon | Fine Science Tools | 11626-11 | |
| Dumont #5 Forceps, Dumostar | Fine Science Tools | 11295-10 | |
| Student Vannas Spring Scissors | Fine Science Tools | 91500-09 | |
| Adson Forceps | Fine Science Tools | 11006-12 | |
| Friendman-Pearson Ronqeur, Curved | Fine Science Tools | 16221-14 | |
| Iris Scissors - ToughCut | Fine Science Tools | 14058-11 | |
| Vannas-Tubingen Spring Scissors - 5mm Blade, Straight | Fine Science Tools | 15003-08 | |
| Scalpel Handle | Fine Science Tools | 10003-12 | |
| Plastic Sterilization Box | Fine Science Tools | 20810-02 | |
| Stainless Steel Ruler | Fine Science Tools | 30086-15 | |
| Probe & Spatula - Straight 14cm | Fine Science Tools | 10090-13 | |
| Hemostat Straight | Fine Science Tools | 13002-10 | |
| Hemostat Curved | Fine Science Tools | 13003-10 | |
| Micro Drill Stainless Steel Burrs - 0.7mm | Fine Science Tools | 19008-07 | 10/Pack |
| Micro Drill Stainless Steel Burrs - 0.5mm | Fine Science Tools | 19007-05 | 10/Pack |
| Self-Tapping Bone Screws - 1.17mm (diam) - 4.7mm (length) | Fine Science Tools | 19010-00 | 100/Pack |
| Artificial Tears | Fisher Scientific | NC9860842 | Each |
| Betadine | Fisher Scientific | 19-066452 | Bottle |
| F-AIR Carbon Filters | Fisher Scientific | NC9112250 | Canister |
| Applicator Cotton Tipped, Non Sterile | Materiel Services | 1104 | 10Pack/Case |
| Gauze 2" x 2" | Materiel Services | 1630 | 25Pack/Case |
| Needle tip, 23 GA x 1" | Materiel Services | 39412 | Sold by Case |
| Needle tip, 27 GA x 1.25" | Materiel Services | 25251 | |
| Needle tip, 30 GA x 0.5" | Materiel Services | 22023 | 10Box/Case |
| Ointment, Triple Antibiotic 0.6g | Materiel Services | 2528 | |
| Pouch, Self Seal Sterilization Pouches, 3.5" x 8" | Materiel Services | 1023 | 10Box/Case |
| Ringers Solution 1000ml | Materiel Services | 5263 | 12Bag/Case |
| Scalpel Blade disposable sterile #15 | Materiel Services | 1975 | 3Box/Case |
| Suture, Nylon w/P-3 Needle, 5-0, 18in. | Materiel Services | 4618 | 12/Box |
| Underpad, Disposable 23" x 36" | Materiel Services | 2545 | 15Pack/Case |
| Lubricant, Jelly Surgical Sterile | Materiel Services | 2538 | 12Box/Case |
| Absorbable Foam Gel 2cmx6cmx7mm | Materiel Services | 3107 | |
| Six Piece Set-Screw Screwdriver Set | National Jewelers Supplies | ETSCR98001 | |
| Kwik Sil Adhesive | World Precision Instruments, Inc. | KWIK-SIL | |
| Kwik Sil Tubes | World Precision Instruments, Inc. | 600009 | |
| Chronic silicon electrodes 16 to 64 sites | NeuroNexus Technologies | Varies on Probe Design | |
| Chronic thin film surface electrodes (micr–CoG) 16 to 32 sites | NeuroNexus Technologies | Varies on Probe Design |
References
- Paxinos, G. A. The Rat Brain in Stereotaxic Coordinates. , Sixth Edition, Academic Press. (2007).
- Fujisawa, S. A. Behavior-dependent short-term assembly dynamics in the medial prefrontal cortex. Nat. Neurosci. 11 (7), 823-833 (2008).
- Merrill, D. B. Electrical stimulation of excitable tissue: design of efficacious and safe protocols. J. Neurosci. Methods. 141, 171-171 (2005).
- Gage, G. J. Naive coadaptive cortical control. J. Neural Eng. 2, 52-52 (2005).
- Marzullo, T. L. Development of Closed-Loop Neural Interface Technology in a Rat Model: Combining Motor Cortex Operant Conditioning With Visual Cortex Microstimulation. IEEE Trans. Neur. Sys. and Rehab. Eng. 18 (2), 117-126 (2010).
- Maynard, E. N. The Utah intracortical electrode array: a recording structure for potential brain-computer interfaces. Electroencephalogr. Clin. Neurophysiol. 102, 228-239 (1997).
- Kipke, D. V. Silicon-substrate intracortical microelectrode arrays for long-term recording of neuronal spike activity in cerebral cortex. IEEE Trans. Neural Syst. Rehab. Eng. 11 (2), 151-155 (2003).
- Vetter, R. W. Chronic neural recording using silicon-substrate microelectrode arrays implanted in cerebral cortex. IEEE Trans. Biomed. Eng. 51 (6), 896-904 (2004).
