Summary
Мы предлагаем полезную информацию для хирургов, которые учатся в процессе имплантации электродов хронических нейронных записи. Методы и проникающие и поверхностные электродных систем, описаны в животной модели грызунов.
Abstract
Успех долгосрочных электрофизиологических записях часто зависит от качества внедрения хирургии. Здесь представлена полезная информация для хирургов, которые учатся в процессе имплантации электродов систем. Мы показываем, имплантации, так проникновенно и поверхности электрода. Хирургический процесс описан от начала до конца, включая подробное описание каждого шага на протяжении всей процедуры. Следует также отметить, что это видео руководство сосредоточено на процедурах, проведенных в модели грызунов и других мелких животных моделях. Изменения описанной процедуры возможны и для других животных моделях.
Protocol
1. Предварительно имплантата процедур (Common)
- Бритье верхней части головы животного от между глазами и за ушами. Используйте ножницы электрические парикмахерская брить голову. Скраб головой с изопропилового спирта, а затем бетадин (повторите 3 раза). Применение смазки глаз.
- Установить животных в стереотаксической баров уха. Прямая фиксированная край правого уха стереотаксической бар в слуховой проход правого уха животного, перемещая голову в сторону от канала. Экстремальный необходимо позаботиться, чтобы гарантировать, что каждое ухо-бар наконечник правильно расположен в слуховой проход. Далее, нажмите на левой панели ослабил уха в слуховой проход и приложите небольшое внутреннее давление. Возьмитесь за нос животного и шевелить ее вперед и назад твердо. Если животное правильно установлены главой будете чувствовать себя жестко закреплена.
2. Предварительная имплантация хирургии (Common)
- С парой тонких ножниц, вырезать две половины циркле от средней линии наружу, частичного удаления кожи головы
- Очистите и удалите надкостницы соединительной ткани, которая прилегает к кости. Зачистка с тупым краем, таких как спина лезвие скальпеля или кончик стерильным ватным тампоном позволит свести к минимуму кровотечение, потому что капилляры будет раздавлен, а не резать гладко. Кровотечение управления кости с помощью воска кости или прижигание железом.
- Лечить и очищать поверхности кости с использованием перекиси водорода. Сухие кости, чтобы черепных швов более отчетливо видны. Темя и лямбда-точки следует отметить и используется для выравнивания головы. Место проведения трепанации черепа и электродов имплантата должно измеряться по отношению к брегмы и может быть временно отмечены пером или мелко бурения на поверхность. Трепанация черепа расположение будет зависеть от экспериментальных целей исследования (например, двигательные, чувствительные эксперименты) 1.
- Просверлите screwholes в кости и поместить землю и стабилизации сэкипажей. Всегда используйте нержавеющая сталь или титановые винты. Малый ювелирных винта (например, # 2-56, или # 00-80), с таким количеством ниток на дюйм возможности желательны.
3. Кремний процедуры электрод имплантатов
- Просверлите трепанация черепа после имплантации винтов. Просверлите четыре мелких знаков пилот углам черепа. Использование экспериментальных знаков в качестве руководства высверлить по периметру черепа. Удалить центра масс, что кость не была пробурена с помощью пары крепкий щипцами. Края открытого трепанация черепа, возможно, должны быть очищены с последующим бурением. Тонкие кусочки кости может быть обрезано с парой microrongeurs. Планирование операции, чтобы избежать крупных кровеносных сосудов, таких как сагиттального синуса, которые могут возникнуть в пределах 0,5 мм от средней линии продольного шва 1. Прокалывание сагиттального синуса может привести к серьезным кровотечением. Подвергшихся воздействию оболочки должна быть гидратированных с aCSF или физиологического раствора.
- Чтобы проникнуть в твердой мозговой оболочкиВы должны будете моды небольшой крюк помощью стерильной иглы подкожных малого калибра (например, <28 калибра). Возьми конические иглы и нажмите на нее плоской против твердой поверхности (например, равнинная часть скальпеля) слегка наклоняя сформировать 90 градусов поворота в точке. Используйте этот крючок поймать на поверхности оболочки, и поднимите вверх от поверхности мозга. Длительность можно сократить с помощью микро ножницы или может быть разорван использованием бокового движения крюка оболочки. Будьте осторожны, чтобы избежать кровеносных сосудов на поверхности мозга при использовании крюк оболочки. Вы должны заметить, CSF утечки, когда оболочки иссекают и разница в цвете от поверхности оболочки.
- Аккуратно прикрепите заземляющий провод кремниевых электродов вокруг основания земли винт, и такт в месте с зубной цемент. Кремниевых электродов должны быть размещены так тщательно, что приводит электродов кабеля выгнутый по трепанации черепа.
- Имплантаты будут размещены помощью линейного двигателя привода плаКНИ на стереотаксического аппарата. Для подключения электродов для включения устройства, полиэтиленгликоля (ПЭГ) нагревается с паяльником и применяется к вставки стержня и записи электрода.
- С электродов обеспечена, вручную снизить кончик электрода к желаемой стереотаксической место на поверхности мозга.
- Использование программного интерфейса на линейный привод перемещения электродов на нужную глубину в ткани головного мозга.
- Закрепите записи электрод в мозг путем присоединения PEG из соседнего винт кабеля электрода. Теперь вы можете удалить электрод из введения устройства, добавив солевой распустить PEG границу. Поднимите вставки устройство от трепанации черепа и повторите для каждого электрода.
- Накройте подвергается трепанации черепа с пропитанной солевым Gelfoam. Силиконовый полимер используется для покрытия электродов кабеля и защитить его от зубной акриловый. Установите разъем в финалеместо, а затем применить стоматологических акриловых, чтобы сделать надежные headcap.
4. MicroECoG процедуры электрод имплантатов
- Имплантация электродов microECoG будет включать в себя чуть больше, трепанация черепа. За 5 х 5 мм устройство, 6 х 6 мм трепанация черепа должны быть сделаны. Перед сверлением трепанация черепа, УФ-стоматологического акриловая применяется к периферии краниотомии сайт пока еще сухой, а не в опасности прикосновения или мягкой оболочки.
- Стерильные хирургические сверло используется с № 107 грата для бурения с поверхности кости в общей форме черепа. Чем меньше # 106 заусенцы могут быть использованы для бурения из остальной части кости до тонким прозрачным слоем. Rongeurs будет уметь отрываться от остальной части кости. MicroECoG могут быть имплантированы эпидурально или subdurally. Опять же, сохранить оболочки хорошо увлажненной с искусственным СМЖ или физиологического раствора.
- Для того, чтобы имплантировать microECoG, поместите стереотаксической руку на ОПЕн черепа, а также обеспечить электрода к руке с помощью стерильной лентой. Электрод теперь можно опускаться в трепанации черепа. Убедитесь, что электрод сайты вниз и будет контакт с твердой мозговой оболочкой или мягкой мозговой поверхности. Если влажной, электрод должен скользить на ткани и будет оставаться на месте.
- Провод заземления подключен к винту заземления, обернув вокруг по крайней мере три раза, а под себя. Винт заземления может быть любой винт, который вступил в контакт с твердой мозговой оболочкой. Ссылка провод может быть также связана с ссылкой винт в том же порядке.
- Маленькие кусочки соленой пропитанной Gelfoam должны быть помещены окружающий электрод, где есть оболочки или мягкой подвергается. Небольшое количество физиологического раствора пропитанной Gelfoam должно распространяться также на верхней части тонкого электрода фильма. УФ-стоматологических акриловых могут быть применены к началу Gelfoam и может быть использован для создания стабильной головкой. Акриловый наносится непосредственно на тонкую пленку кабель Коверинг, пока разъем не будет достигнуто. Будьте осторожны, чтобы не закрыть за нижнюю крышку разъема.
- Кроме того, имплантация microECoG в 4.3 можно сразу после имплантации кремния массив микроэлектродов (шаги 3.2-3.6) через маленькие отверстия, которые производятся в microECoG подложки. Это дает возможность одновременной записи двух отдельных единиц на различных глубинах, наряду с высоким разрешением полевых записей из окружающей поверхности мозга.
5. Послеоперационное восстановление
- После того, как цемент, полностью затвердел, сшивать кожу плотно прилегать к голове крышкой и снять животное с стереотаксической рамы.
- Применяют как антисептическое порошок или мазь с антибиотиком обильно вокруг раны. Если есть кровотечение из ушей, поставить некоторые антибиотики и в ушной канал.
- Держите животное тепло, как барбитураты предотвратить животное сохраняя тепло тела. Дом EACч хронически имплантированных животных в отдельной клетке. Обычно это занимает от четырех до семи дней, чтобы животное могло восстановиться полностью после операции.
6. Представитель Результаты
Успешный кремния электрод имплантации будет запись сайтов с сопротивлениями измерения между 500kohm-2MOhm и тонкопленочных электродов, между 10кОм-50kohm (на 1 кГц). Нервный сигнал может быть проверен непосредственно после операции, а также. Вы должны быть в состоянии видеть шипы на имплантированные электроды и посмотреть, медленные колебания волны на тонкий электрод поверхности пленки (рис. 1).
Рисунок 1. Представитель результаты деятельности одного подразделения и ЭГ колебаний.) Широкий диапазон данных от 6 одновременно записаны каналов хронических электродов кремния, имплантированного в коре головного мозга. Обратите внимание, что шипы часто можно увидеть по всей записи сайтов. б) ECoG колебаний от 6 каналов 16-канальный тонкопленочных uECoG множество электрода на поверхности мозга. Среднее всех 16 сигналы были удалены друг от трассы (общая ссылок в среднем), и 500 Гц, цифровой фильтр нижних частот был применен.
Discussion
Существует растущий интерес к использованию интракортикальных и поверхностных интерфейсов многоканальной записи для изучения функций мозга 2, обеспечение microstimulation 3 или управляющих сигналов для систем neuroprosthetic 4,5. Методы, описанные в этом видео показано, как внедрить хронический глубокий и поверхностный электродных систем. В то время как другие хронические кремния электродных систем существует 6, мы сосредоточились на имплантацию планарных электродах разработаны технологии NeuroNexus 7,8. Методы внедрения других систем электрод будет существенно различаться.
Из хирургических шаги, описанные, монтаж животных в стереотаксической баров уха может быть самым трудным и самым важным шагом в определении правильности размещения имплантированных электродов. Экстремальный необходимо позаботиться, таким образом, предположить, что каждое ухо-бар наконечник правильно расположен в слуховой проход. После AssuraNCE, что ухо-баре чаевые в слуховой проход правого уха животного, освободить шею животного с правой рукой, а левую большим и указательным пальцами и впредь поддерживать голову и давление в голове рядом с ухом-баре чаевые. Правой рукой, нажмите на левой панели ослабил уха в слуховой проход и приложите небольшое внутреннее давление. Переместите левую сторону головы животного вниз и вперед, и все вокруг, пока вы можете чувствовать себя в левое ухо-бар кончик скольжения в слуховой проход. С правой стороны, продолжит оказывать давление на левой панели уха. Отпустите голову животного и, с вашего теперь свободна левая рука, затяните винт левого бара ухо.
Disclosures
DRK является совладельцем NeuroNexus технологий.
Acknowledgments
Эта работа финансировалась Центром нейронных коммуникационных технологий (CNCT), P41 Ресурсный Центр финансируется Национальным институтом биомедицинской визуализации и биоинженерии (NIBIB, P41 EB002030) и при поддержке Национального института здоровья (NIH). Авторы выражают благодарность Рио Веттер из NeuroNexus технологий для развития хирургической техники, и пункты Патель из Мичиганского университета за составление списка оборудования, используемого во время операции.
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).
