Summary
우리는 만성 신경 기록 전극을 이온 주입하는 과정을 배우고있는 외과의에 대한 유용한 정보를 제공합니다. 관통 및 표면 양쪽 전극 시스템을위한 기술은 쥐 동물 모델에 설명되어 있습니다.
Abstract
장기 electrophysiological 녹음의 성공은 종종 주입 수술의 품질에 따라 달라집니다. 여기 전극 시스템을 이온 주입하는 과정을 배우고있는 외과의에 대한 유용한 정보를 제공합니다. 우리는 관통 및 표면 전극 모두의 주입 절차를 보여줍니다. 수술 과정은 절차에 걸쳐 각 단계의 자세한 설명을 포함하여 처음부터 끝까지 설명되어 있습니다. 그것은이 비디오 가이드 설치류 모델 및 기타 소형 동물 모델에서 실시 절차를 향해 초점을 맞추고있다는 또한 지적되어야한다. 설명된 절차의 수정은 다른 동물 모델에 가능합니다.
Protocol
1. 사전 주입 절차 (공통)
- 에 잘 귀 뒤의 두 눈 사이에서 동물의 머리의 정상을 면도. 머리를 면도하는 이발사의 전기 면도기를 사용합니다. 다음, 이소 프로필 알코올 처음에 머리를 빼주 betadine (3 배 반복). 안구 윤활제를 적용합니다.
- stereotaxic 귀에 막대에서 동물을 탑재합니다. 운하에 대해 머리를 옆으로 이동하여 동물의 권리 (内耳)의 유스 타키 오관으로 오른쪽 stereotaxic 귀 표시줄의 고정 팁을 직접. 익스 트림 치료는 각 귀 막대 끝이 제대로 (外耳道)에 위치되어 있는지 확실히하기 위해 이동해야합니다. 다음으로 유스 타키 오관으로 느슨하게 왼쪽 귀 막대를 푸시하고 약간 안쪽으로 압력을 적용합니다. 동물의 코를 잡고 앞뒤로 단단히 그것을 흔드는. 동물이 마운트되어 있으면 제대로 머리 rigidly 탑재 느낄 것이다.
2. 사전 주입 수술 (공용)
- 미세 가위로 두 개의 절반 유통 잘라레 중간선 바깥쪽에서 부분적으로 두피를 제거
- 뼈에 부합 골막 결합 조직을 다쳤어요하고 제거합니다. 이러한 메스 블레이드 또는 멸균 면봉 끝의 뒷면과 같은 뭉툭한 가장자리로된다고하는 것은 모세 혈관이 깔린보다는 부드럽게 절단되기 때문에 출혈이 최소화됩니다. 제어 뼈 출혈 뼈 왁스 또는 cauterizing 아이언을 사용합니다.
- 소독 및 과산화수소를 사용하여 뼈 표면을 청소하십시오. 더 명확하게 보이는 두개골 봉합를 만들기 위해 뼈를 건조합니다. Bregma 및 람다 포인트는 언급하고 머리를 날려하는 데 사용해야합니다. craniotomy 및 전극 이식을위한 위치 Bregma과 관련하여 측정해야하며 일시적으로 볼펜이나 표면에 shallowly 드릴링에 의해 표시됩니다. craniotomy 위치는 연구의 실험 목적 (예 : 모터, 관능 실험 1)에 따라 달라집니다.
- 뼈로 screwholes를 파악 및 지상 배치 및 s를 안정화대원. 항상 스테인레스 스틸 또는 티타늄 나사를 사용합니다. 가능한 한 인치당 많은 스레드가 바람직한만큼 소규모 보석의 나사 (예 : # 2-56, 또는 # 00-80 용).
3. 실리콘 전극 임플란트 절차
- 나사를 이온 주입 후 craniotomy를 드릴 다운하십시오. craniotomy의 모서리 이미 네 얕은 시험 점수를 드릴 다운하십시오. 가이드 craniotomy의 경계를 드릴로 파일럿 부호를 사용합니다. 튼튼한 포셉 한 켤레를 사용 뚫고되지 뼈의 중심 질량을 제거합니다. 오픈 craniotomy의 가장자리는 추가 시추로 청소해야 할 수도 있습니다. 골의 얇은 조각은 microrongeurs 한 켤레로 이어 수 있습니다. 이러한 중간선에 세로 봉합 1 0.5 mm 이내에 나타날 수 있습니다 화살 부비동 등 주요 혈관을 피하기 위해 신중하게 수술을 계획합니다. 화살 부비동을 펑쳐링하는 것은 광범위한 출혈을 일으킬 수 있습니다. 노출 경질은 aCSF이나 식염수가 충분 보관해야합니다.
- 문양의 경질의 mater으로당신은 패션 작은 게이지의 멸균 피하 주사를 (예를 들어, <28 게이지)를 사용하여 작은 후크를해야합니다. 바늘의 베벨를 타고 지점에서 90도 굽힘을 형성하는 약간 틸팅 (예 : 메스의 평평한 부분 등) 확고한 표면에 대해 그것이 평평한 누르십시오. 경질의 표면을 잡으면, 그리고 뇌 표면에서 위쪽으로 들어올리이 훅을 사용하십시오. 경질은 마이크로 가위를 사용하여자를 수 또는 경질의 후크의 수평적 움직임을 사용하여 찢어지지 수 있습니다. 경질 후크를 사용할 때 두뇌의 표면에 혈관을 피하기 위해주의를 기울입니다. 당신은 CSF는 경질이 resected 때 밖으로 누출과 경질의 표면으로부터 색상의 차이가주의해야합니다.
- 조심스럽게 그라운드 접지 나사의 기지 주변의 실리콘 전극 와이어 및 치과 시멘트와 장소에서 전술을 첨부합니다. 실리콘 전극은 전극 케이블 리드가 craniotomy 위에 아치 형의 것을 주의깊게 있도록 배치해야합니다.
- 임플란트가 리니어 모터 액추에이터 괞찮아를 사용하여 배치됩니다stereotaxic 장치에 ced. 삽입 장치에 전극을 부착하려면, 폴리에틸렌 글리콜 (PEG)은 납땜 인두로 가열하고 삽입 막대와 기록 전극에 적용됩니다.
- 전극은 확보를 통해 수동으로 두뇌의 표면에 원하는 stereotaxic 위치로 전극의 끝부분을 낮춥니다.
- 선형 액추에이터에 소프트웨어 인터페이스를 사용하여 뇌 조직 내에서 원하는 깊이에 전극을 이동합니다.
- 전극 케이블에 인접한 나사에서 PEG를 부착하여 두뇌에 기록 전극을 고정합니다. 이제 구속 PEG를 해산하기 위해 염분을 추가하여 삽입 장치에서 전극을 제거할 수 있습니다. 멀리 각 전극에 대한 craniotomy 및 반복에서 삽입 장치를 올립니다.
- 식염수 젖은 Gelfoam으로 노출 craniotomy를 커버. 실리콘 폴리머는 다음 전극 케이블을 차지하고 있으며 치과 아크릴로부터 보호하는 데 사용됩니다. 마지막에있는 커넥터 위치위치는 다음 강력한 headcap를 만들기 위해 치과 아크릴을 적용합니다.
4. 전극 임플란트 절차 MicroECoG
- microECoG 전극의 주입은 약간 큰 craniotomy를 포함합니다. 5 × 5 밀리미터 장치의 경우 6 X 6mm의 craniotomy을하셔야합니다. 아직 경질 또는 PIA를 만지고 위험에 건조하고없는 상태에서 craniotomy을 뚫는 전에 UV-치료 가능한 치과 아크릴은 craniotomy 사이트의 주변에 적용됩니다.
- 멸균 수술 훈련은 craniotomy의 일반적인 모양의 뼈 표면을 자세히 보려면 # 107 버는 함께 사용됩니다. 작고 # 106 버는 그런 다음 얇은 투명 레이어로 골의 나머지 부분을 아래로 밖으로 드릴 수 있습니다. Rongeurs 다음 뼈의 나머지 조각을 날아갈 수있을 것입니다. microECoG는 epidurally 또는 subdurally 이식 수 있습니다. 다시 말하지만, 인공 CSF 또는 식염수 경질 잘 충분하게.
- microECoG을 이식하기 위해서는 ope 위에 stereotaxic 팔을 배치N 개의 두개골과 무균 테이프를 사용하여 팔을에 전극을 고정하십시오. 전극은 지금 craniotomy로 아래로 낮아 수 있습니다. 전극의 사이트가 아래로 향하게되고 경질 또는 pial 표면과 접촉하는 것입니다 있는지 확인합니다. 습한 보관하면 전극이 조직에 밀어해야하며 자리에 남아있을 것입니다.
- 접지 와이어는 자체가 이상 이하 적어도 세 번 주위에 배치하여 접지 나사에 연결됩니다. 접지 나사는 경질와 접촉으로 온 모든 나사가 될 수 있습니다. 참조 와이어도 같은 방식으로 참조 나사에 묶여 수 있습니다.
- 경질 또는 PIA가 노출이 어디 식염수 젖은 Gelfoam의 작은 조각은 전극을 둘러싼 배치해야합니다. 식염수 젖은 Gelfoam의 소량 또한 박막 전극의 상단을 커버한다. UV-치료 가능한 치과 아크릴는 Gelfoam의 상단에 적용할 수 있으며, 안정적인 헤드 캡을 만드는 데 사용할 수 있습니다. 아크릴은 박막 케이블 coveri에 직접 적용NG 그것 커넥터에 도달할 때까지. 커넥터 덮개의 하단 넘어 커버하지 않도록주의하십시오.
- 또는 4.3에서 microECoG의 주입은 즉시 microECoG 기판에 제조 작은 구멍을 통해 실리콘 microelectrode 배열 (단계 3.2-3.6)의 주입 다음에 할 수 있습니다. 이것은 주위의 뇌 표면의 고해상도 필드 레코딩과 함께 다양한 깊이에서 단일 단위의 동시 녹음을 허용합니다.
5. 수술후의 회복
- 시멘트가 완전히 가득 찼어 후, 헤드 캡 주위에 단단히 피부를 치료하고 stereotaxic 프레임에서 동물을 제거합니다.
- copiously 상처 주위 살균 분말 또는 항생 연고를 바릅니다. 귀를으로부터 출혈이있다면, 외이도에 일부 항생제 잘 넣으십시오.
- barbiturates는 체온을 유지로부터 동물을 막기로 동물이 따뜻하게있어. 하우스 EACH는 만성 별도의 새장에 동물을 이식. 그것은 보통 수술로 완전히 복구하는 동물을위한 4-7일 소요됩니다.
6. 대표 결과
성공적인 실리콘 전극 이식 수술 500kOhm-2MOhm 사이에 측정 임피던스와 함께 사이트를 녹화하고, 10kOhm-50kOhm (1kHz에서) 사이에 박막 전극됩니다. 신경 신호뿐만 아니라 즉시 사후 수술을 확인하실 수 있습니다. 당신은 이식 전극에 스파이크를보고 박막 표면 전극 (그림 1)에서 느린 웨이브 oscillations을 볼 수 있어야합니다.
1 그림. 하나의 유닛 활동과 ECoG의 oscillations의 대표 결과입니다. 네크로 텍스에 이식 만성 실리콘 전극 6 동시에 기록된 채널의) 와이드 밴드가 데이터입니다. 스파이크가 자주 녹화 사이트를 통해 볼 수 있습니다. B) E두뇌의 표면에 16 채널 박막 uECoG 전극 배열의 6 채널의 코그의 oscillations. 16 개 신호의 평균은 각 성분 (일반 평균 참조)에서 제거되었으며, 500 Hz에서 디지털 로우 패스 필터가 적용되었다.
Discussion
4,5 neuroprosthetic 체제 microstimulation 3 또는 제어 신호를 제공, 뇌 기능 2 연구에 대한 intracortical 및 표면 다채널 녹화 인터페이스를 사용하는 점점 관심이 있습니다. 이 비디오에 제시된 방법은 만성 관통 및 표면 전극 시스템을 이식하는 방법을 보여줍니다. 다른 실리콘 만성 전극 시스템은 6 존재하는 동안, 우리는 NeuroNexus 테크놀로지 7,8 개발한 평면 전극을 이온 주입에 주력했습니다. 다른 전극 시스템의 이식을위한 기술은 상당히 다릅니다.
설명 외과 단계, stereotaxic 귀 클럽에서 동물을 장착하는 것이 가장 어렵고 이식 전극의 배치의 정확성을 결정하는 가장 중요한 단계가 될 수 있습니다. 익스 트림 치료는 각 귀 막대 끝이 제대로 (外耳道)에 위치하고있다는 생각이 따라서 이동해야합니다. assura 후왼손 엄지와 집게손가락이 고개를 지원하고 귀, 바 팁 반대 머리의 압력을 계속 적용하면서 귀 바 팁은 동물의 권리 귀 (外耳道)에 있는지 제정신, 네 오른손으로 동물의 목을 놓습니다. 오른손으로 유스 타키 오관으로 느슨하게 왼쪽 귀 막대를 푸시하고 약간 안쪽으로 압력을 적용합니다. 당신이 (外耳道)로 왼쪽 귀, 바 팁 전표를 느낄 수있을 때까지 아래로 앞으로 모든 주변 동물의 머리의 왼쪽으로 이동합니다. 오른손으로 왼쪽 귀 표시줄에 압력을 적용하는 것을 계속한다. 동물의 머리를 풀어하며, 여러분 이제 무료로 왼손으로, 왼쪽 귀 표시줄의 세트 나사를 조입니다.
Disclosures
DRK는 NeuroNexus 기술의 일부 소유자입니다.
Acknowledgments
이 작품은 신경 통신 기술을위한 센터 (CNCT), 바이오 메디컬 이미징 및 생물의 국립 연구소 (NIBIB, P41 EB002030)에 의해 재정 지원과 국립 보건원 (NIH)에서 지원하는 P41 자원 센터에 의해 재정 지원되었다. 저자들은 수술 기법의 발전을 위해 NeuroNexus 기술의 리오 Vetter 감사하고자, 그리고 수술시 사용되는 장비의 목록을 컴파일하는 동안 미시간 대학의 파텔을 Paras.
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).
