Summary
我々は、慢性神経記録電極を注入するプロセスを学習している外科医のための有用な情報を提供します。浸透と表面の両方電極システムの技術は、げっ歯類の動物モデルで説明されています。
Abstract
長期的な電気生理学的記録の成功は、多くの場合、移植手術の品質に依存します。ここでは、電極系を注入するプロセスを学習している外科医のための有用な情報を提供します。我々は貫通と表面電極両方の注入手順を示しています。手術のプロセスは、プロシージャ全体で各ステップの詳細な説明を含めて、最初から最後まで説明されています。それはこのビデオガイドは齧歯類モデルやその他の小さな動物モデルで実施手続きに向かって集中されていることにも留意すべきである。説明する手順の変更が他の動物モデルの実現可能である。
Protocol
1。事前にインプラントの手順（共通）
- にも耳の後ろの目の間から、動物の頭の上を剃る。頭を剃る、電気理髪師のバリカンを使用しています。その後、イソプロピルアルコールで最初のヘッドをスクラブbetadine（3X繰り返す）。眼潤滑剤を適用します。
- 定位耳バーで動物をマウントします。運河に対して頭を横に移動することによって、動物の右耳の外耳道を右に定位耳バーの固定の先端を指示します。細心の注意は、それぞれの耳バーの先端が正しく内耳に配置されることを保証するために注意する必要があります。次に、外耳道に緩んで左耳バーを押すと、わずか内側に圧力をかける。動物の鼻をつかんで、しっかりと前後に小刻み。動物が適切にマウントされている場合はヘッドがしっかりとマウントされた感じになります。
2。着床前の手術（共通）
- 細かいハサミでは、2つの半CIRCをカットLESは、正中線から外側に向かって、部分的に頭皮を削除する
- 骨に付着する骨膜結合組織をこすり削除します。毛細血管がスムーズにカットするのではなく粉砕されるので、そのような外科用メスの刃又は滅菌綿棒の先端の背面として鈍いエッジでこすると出血を最小限に抑えることができます。骨のワックスまたは焼灼鉄を用いた骨の出血を制御します。
- 消毒と過酸化水素を用いた骨の表面を清掃してください。もっとはっきりと見える頭蓋縫合を作るために骨を乾燥させます。ブレグマとラムダの点に注意し、頭を水平に使用する必要があります。開頭術と電極インプラントの場所はブレグマを基準にして測定されるべきであり、一時的にペンで、表面に浅く掘削によってマークすることができます。開頭術の場所は、研究の実験の目的（すなわちモーター、感覚実験1）に依存します。
- 骨にscrewholesを開けると地面に置くとsを安定させる乗組員。常にステンレス鋼またはチタンのネジを使用します。できるだけインチあたりの多数のスレッドが望まれているように、小さな宝石のネジ（例：＃2-56、または＃00から80の場合）。
3。シリコン電極インプラント手順
- ネジを注入した後に開頭術を開けます。開頭の角の4つの浅いパイロットマークをドリルダウンします。ガイドとしてパイロットマークを使用すると、開頭の周囲をドリルダウンします。頑丈な鉗子のペアを使用して掘削されていない骨の中心質量を削除します。開いている開頭術のエッジはさらに掘削洗浄する必要があります。骨の薄い部分はmicrorongeursのペアで切り取られることがあります。正中縦縫合糸1の0.5ミリメートル内に現れる可能性があり矢状静脈洞、などの主要血管を避けるために慎重に手術を予定しています。矢状静脈洞を穿刺すると、広範な出血を引き起こす可能性があります。露出硬膜は、ACSFまたは生理食塩水和に保つ必要があります。
- ピアス硬膜へあなたは、ファッションに小さなゲージの滅菌注射針（例えば、<28ゲージ）を使用して、小さなフックが必要になります。針のベベルを取る時点で90度曲げを形成するためにわずかに傾けてしっかりとした表面（例えば、メスの平らな部分など）に対して平らそれを押してください。硬膜の表面をキャッチするために、このフックを使用して、脳表面から上方に持ち上げます。硬膜は、マイクロはさみを使ってカットすることができますまたは硬フックの横方向の動きを使用して、引き裂かれることがあります。硬フックを使用する場合は、脳の表面の血管を避けるように注意してください。あなたは、CSFは硬膜を切除されたときに漏れると硬膜の表面からの色の違いに気付くはずです。
- 慎重に接地ネジと、歯科用セメントの代わりにタクトのベースの周りにシリコン電極のアース線を接続します。シリコン電極は、電極ケーブルのリード線が開頭の上にアーチしていることを慎重に配置する必要があります。
- インプラントは、リニアモータアクチュエータPLAを使用して配置されます。定位固定装置にCED。挿入装置に電極を接続するには、ポリエチレングリコール（PEG）は、はんだごてで加熱し、挿入ロッドと記録電極に印加される。
- 電極は固定されて、手動で脳の表面上の所望の定位位置に電極の先端を下げます。
- リニアアクチュエータへのソフトウェアインタフェースを使用して、脳組織内の所望の深さに電極を移動します。
- 電極ケーブルに隣接するネジからPEGを付加することによって脳内の記録電極を固定します。あなたは今結合したPEGを溶解するために生理食塩水を追加することにより、挿入装置から電極を削除することができます。離れてそれぞれの電極の開頭術、リピートから挿入装置を持ち上げます。
- 生理食塩水に浸したGelfoam露出した開頭手術をカバーしています。シリコーンポリマーは、その後電極ケーブルをカバーし、歯科用アクリルからそれを保護するために使用されます。最終的にコネクタを配置する場所は、その堅牢なヘッドキャップを作るために歯科用アクリルを適用します。
4。 MicroECoG電極インプラント手順
- microECoG電極の注入はわずかに大きく開頭術を必要とします。 5×5 mmのデバイスでは、6×6 mmの開頭術を行う必要があります。それはまだ硬膜または軟膜に触れることの危険にさらされ乾燥していない間に開頭術を掘削する前に、UV硬化型歯科用アクリルは、開頭部位の周囲に適用されます。
- 無菌手術のドリルは開頭術の一般的な形状の骨の表面からドリルダウンする＃107バリで使用されます。小さい＃106バリは、その後薄い透明層に骨の残りの部分を下にドリルアウトすることができます。 Rongeursは、骨の残りの部分を持ち上げことができるようになります。 microECoGは、硬膜外またはsubdurally移植することができる。再び、人工脳脊髄液または生理食塩水硬膜は、十分な水分補給を維持。
- microECoGを埋め込むためには、OPE上の定位腕を置くn個の頭蓋骨、滅菌テープを使用して腕に電極を固定します。電極は現在、開頭術に分け低下させることができる。電極部位が下向きされており、硬膜または軟膜表面との接触を作ることになりますことを確認してください。湿った保存した場合は、電極が組織にスライドしなければなりませんし、場所に留まります。
- アース線は、少なくとも3倍以上、それ自体の下の周りにラップすることによって、接地ネジに接続されています。アース用ネジは、硬膜と接触したすべてのネジにすることができます。基準線も同様の基準ネジに接続することができます。
- 露出した硬膜またはPIAがある場合には生理食塩水に浸したGelfoamの小片は、電極の周囲に配置する必要があります。生理食塩水に浸したGelfoam少量のも、薄膜電極の上部をカバーする必要があります。 UV硬化型歯科用アクリルは、Gelfoamのトップに適用することができ、安定したヘッドキャップを作成するために使用することができます。アクリルは、薄膜ケーブルCOVERIに直接適用されますNGにコネクタが到達するまで。コネクタキャップの底部を超えてカバーすることがないように注意してください。
- また、4.3 microECoGの注入は、直ちにmicroECoG基板で製造されて小さな穴を介してシリコン微小電極アレイ（ステップ3.2から3.6）の注入を続けることができます。これは周囲の脳表面からの高解像度のフィールド·レコーディングと一緒に様々な深さの両方で、単一ユニットの同時録画が可能になります。
5。術後の回復
- セメントが完全に硬化した後、ヘッドキャップの周りにしっかりと皮膚を縫合し、定位フレームから動物を削除します。
- おびただしく傷の周り防腐剤粉末や抗生物質軟膏を適用します。耳からの出血がある場合は、外耳道にいくつかの抗生物質も配置します。
- バルビツール酸塩は、その体温を維持することから動物を防ぐためとして動物を暖かく保つ。ハウスEAChは、慢性的に別のケージに動物を移植した。これは通常、手術から完全に回復するために動物の四から七日かかります。
6。代表的な結果
成功したシリコン電極のインプラント手術は（1kHzで）10kOhm-50kOhmの間に500kOhm-2MOhm間の測定インピーダンス、薄膜電極を持つサイトを記録することになります。神経信号も同様に直後の手術をチェックすることができます。あなたが移植された電極上にスパイクを見て、薄膜の表面電極（図1）徐波の振動を見ることができるはずです。
図1。単一ユニットの活動と皮質振動の代表的な結果。新皮質に移植された慢性的なシリコン電極6が同時に記録されたチャネルから）ワイドバンドのデータ。スパイクが頻繁に記録部位を越えて見ることができることに注意してください。 b）のE脳の表面の16チャネル薄膜uECoG電極アレイの6チャンネルからCOG振動。すべての16の信号の平均値は、各トレース（一般的な平均参照）から削除された、500 Hzのデジタルローパスフィルタを適用した。
Discussion
4,5 neuroprostheticシステムのための微小刺激3、または制御信号を提供する、脳機能2を研究するための皮質内および表面のマルチチャンネル·レコーディング·インターフェイスを使用しての関心が高まっている。このビデオで説明されているメソッドは、慢性的な浸透と表面電極システムを移植する方法を示しています。他のシリコン慢性電極システムは6を存在するが、我々はNeuroNexus技術7,8によって開発された平面電極を移植に焦点を当てている。他の電極システムの移植のための技術はかなり異なります。
説明した外科手術の手順から、定位耳バーで動物をマウントする最も困難と移植された電極の配置の精度を決定する上で最も重要なステップとなる可能性があります。細心の注意は、それぞれの耳バーの先端が正しく内耳に配置されていることを前提とするため、注意しなければならない。のAssura後左手の親指と人差し指で頭をサポートし、耳バーの先端に対して頭部の圧力を適用するために継続しながらNCEは、耳バーの先端が動物の右耳の内耳にあることを、右手で、動物の首を解放します。右手で、外耳道に緩んで左耳バーを押すと、わずか内側に圧力をかける。あなたが内耳に左耳バーの先端の滑りを感じることができるまで、ダウンして、順方向およびすべての周りに動物の頭の左側に移動します。右手で、左耳バーに圧力をかけ続けています。動物の頭を解放し、あなたの現在無料の左手で、左耳のバーのセットネジを締めます。
Disclosures
DRKには、NeuroNexus Technologiesの一部所有者です。
Acknowledgments
この作業は神経通信技術センター（CNCT）、生物医学イメージングとバイオの国立研究所（NIBIB、P41 EB002030）によって資金を供給され、国立衛生研究所（NIH）でサポートされているP41リソースセンターによって資金を供給された。著者らは、手術手技の開発のためのNeuroNexus Technologiesのリオフェッターに感謝したいと、手術中に使用される機器のリストをコンパイルするためにミシガン大学のパテルがパラス。
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).
