Summary
Мы разработали процедуры, в котором формальдегида Исправлена трупа человека используется для оказания помощи нейрохирургов в подготовке кадров для имплантации микроэлектродные массивов в Неокортекс человеческого мозга.
Abstract
Этот протокол описывает процедуру для оказания помощи хирургов в подготовке кадров для имплантации микроэлектродные массивов в Неокортекс человеческого мозга. Последние технический прогресс позволил изготовление микроэлектродные массивов, которые позволяют записи деятельность нескольких отдельных нейронов коры головного мозга головного мозга человека. Эти массивы имеют потенциал, чтобы привести уникальный взгляд на нейронные корреляты мозговой функции в здоровье и болезни. Кроме того идентификация и декодирование волевой активности нейронов открывает возможность создания интерфейсов мозг компьютер и таким образом может помочь восстановлению утраченных неврологических функций. Имплантация кортикальное микроэлектродные массивов является инвазивной процедурой, требующей выше сантиметрового краниотомии и воздействия поверхности коры; Таким образом процедура должна быть выполнена надлежащим образом подготовленных нейрохирург. Для того, чтобы предоставить возможность для хирургического обучения, мы разработали процедуры, основанной на модели человеческих трупа. Использование формальдегида Исправлена человеческий труп обходит практические, этические и финансовые трудности хирургической практике на животных (особенно нечеловеческих приматов) при сохранении макроскопических структуры головы, череп, мозговые оболочки и головного мозга поверхность и позволяя реалистичные, операционной комнате как позиционирование и приборостроение. Кроме того использование человеческих трупа повседневной клинической практике ближе, чем любой не человеческого модель. Основные недостатки трупной моделирования являются отсутствие пульсации мозга и циркуляцию крови и цереброспинальной жидкости. Мы предлагаем, что формальдегид Исправлена человеческий труп модель является адекватной, практическим и экономически эффективным подход для обеспечения надлежащего хирургической подготовки до имплантации микроэлектродные массивы в жизни человека коры головного мозга.
Introduction
В последние годы развитие технологических решений проблемы записи деятельность нескольких отдельных нейронов в живой мозг1,2,3. На основе кремния микроэлектродные массивы выполняют аналогично микроэлектродов обычного провода с точки зрения сигнала свойства, и они могут записывать от десятков до сотен нейронов в небольшой патч мозговой ткани4,5, 6 , 7. микроэлектродные массивы позволили ученым установить соответствие между нейронной активности в первичной моторной коры обезьян и руку движений8, который в свою очередь предоставила толчок для развития мозг компьютера интерфейсы (ИСБР)9.
Массивы микроэлектродные были использованы людьми в двух ситуациях: как хронический имплантаты для управления BCIs и как полу хронический имплантаты для изучения деятельности отдельных нейронов у больных, страдающих эпилепсией. Хронический имплантатов, ориентация функционального представительства руки в первичной моторной коры, позволили пациентов, страдающих от тетраплегии для управления движением робота-манипулятора или компьютер курсоры10,11,12 ,13. Полу хронический имплантатов, вставляется вместе с электродами субдуральной electrocorticography (ЭГ) у больных с лекарственно-эпилепсии, которые являются кандидатами для хирургии эпилепсии14, позволяют единичного записи до, во время и после судорог, и начали пролить свет на деятельность одного нейронов, во время и между эпилептические припадки15,16,,1718,19. Микроэлектродные массивы имеют потенциал, чтобы значительно улучшить наше понимание как функции мозга путем установления связи между деятельностью нейронов, с одной стороны и восприятие, движений и мысли людей, как в области здравоохранения, так и в болезнь, другие20,21.
Коммерчески теперь доступны на основе кремния микроэлектродные массивов и их использование в организме человека были одобрены регулирующими органами в США в полу хронический эпилепсии индикации. Однако эти устройства являются инвазивными и должен быть вставлен в мозг. Негативные последствия неправильной вставки техники, за отказ устройства для записи активности нейронов, включают кровоизлияния и инфекции, с потенциалом для длительное или постоянное неврологической дисфункции. Хотя процент осложнений микроэлектродные массив имплантации в настоящее время неизвестно, потенциально серьезных осложнений во время имплантации внутричерепных электроэнцефалография (ЭЭГ) macroelectrodes составляет 1-5%22, 23. Таким образом, надлежащего имплантации микроэлектродные массивов требует нейрохирургического обширные навыки и подготовку конкретных процедур.
Доступные для хирургов отточить свои навыки с микроэлектродные массивы в безопасной среде подходы включают в себя не человеческого млекопитающих и человеческих трупов. Идеальная учебная модель будет точно воспроизвести размер и толщина человеческого черепа; прочность и сосудистой ветвления Дура; gyrification узор, последовательность и пульсации человеческого мозга; присутствие циркулирующей крови и спинномозговой жидкости; и общий позиционирования предмета в операционной комнате (OR)-как и окружающей среды. Таким образом Животные модели должны быть достаточного размера, чтобы обеспечить значимый опыт хирургов. Большие нечеловеческих приматов приходят ближайший, но их использование для хирургического обучения является неприемлемым как с этической точки зрения и потому, что они являются дорогостоящими. Грызуны не вводите рассмотрения из-за их небольших размеров; использование даже кошки или кроликов подразумевает значительно расходящиеся от OR-среде.
Человеческих трупов представляют собой привлекательную альтернативу. Их преимущества включают в себя жизни, как размер и форма головы и мозга и возможность создания хирургического обучения в среде или как. Наиболее очевидные отклонения от реалистичные ситуации являются отсутствие мозга пульсаций и кровотечение и модификации в аспекте и консистенции тканей тела, которые являются специфическими для методики для сохранения труп24. Свежемороженые трупов сохранять последовательность и гибкость многих органов и тканей в некоторой степени, но они имеют ряд недостатков: они начинают унижающего достоинство как только таяние начинается, так что мозг становится слишком деградации для вставки микроэлектродные массив реально выполнить и они являются сравнительно редким и дорогим ресурсом. Формальдегид Исправлена трупов, с другой стороны, более доступным и доступны и гораздо более долговечны, за счет последовательности закаленной ткани.
Здесь мы установить процедуру, с помощью модели формальдегида Исправлена человеческих трупа для нейрохирургического обучения для имплантации кортикальное микроэлектродные массива. Наш подход позволяет реалистичные, или как позиционирование и приборостроение; Краниотомия и durotomy и подвергая кортикальное поверхности; Прикрепление электродов пьедестал кости черепа, соседних краниотомии; и вставить в массив микроэлектродные в коры головного мозга с пневматический ударный25. Критически, он позволяет хирургам, чтобы практиковать точное выравнивание массива микроэлектродные (который соединен к подножию электрода пучок индивидуально изолированных проводов золото) параллельно кортикальное поверхности26. Наш протокол добросовестно реплицирует указание микроэлектродные массив имплантации вместе с ЭГ имплантации в пациентов, которые являются кандидатами для хирургии эпилепсии. Данные операции имплантации значительно влияют точный тип массива микроэлектродные; Здесь мы описываем процедуры для массива, который недавно получил нормативного утверждения для использования людьми в США. Так называемые Юта массив состоит из 4 x 4 мм, 100 микроэлектродные сетки; Чрескожная пьедестал, который прилагается к внешней таблице черепа; и пучок проводов подключения двух.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Человеческий труп, используемые в этой работе была оказана в рамках пожертвований тело медицинского образования. Информированного согласия для тела пожертвование было получено в письменной форме в течение жизни донора. В соответствии с федеральными и кантональными законами необходимо не обзор Комитета по этике.
Примечание: Этот протокол предполагает, что лица, выполняющие операции практика нейрохирурги с подготовки и опыта в стандартных нейрохирургических процедур, включая позиционирование пациента и фиксации головы, краниотомии и durotomy и сшивания. Помимо инструментов и оборудования, определенных в микроэлектродные массив используются стандартные нейрохирургические инструменты и оборудование.
1. Выбор трупа и установки операционной
- Выберите образец без истории болезни или травмы головы, черепа и мозга.
- При необходимости выполните проверку компьютерная томография (КТ) головы трупа для обеспечения того, чтобы не значительной внутричерепной поражения (Рисунок 1A), например хронические субдуральные гематомы или внутри осевые экспансивного поражения. С помощью КТ, определить целевой корковых области для имплантации микроэлектродные массива (например, «рука ручка» области Прецентральной извилины, соответствующее представлению в руки в первичной моторной коры,27, в случае подготовки для имплантации BCI).
- Положение трупа в боковых пролежни на операционном столе. Используйте операционном столе, вместо того, чтобы вскрытия таблицы для того чтобы добавить реализма окружающей среды или как и облегчает фиксация черепа зажим и пневматический ударный. Положение трупа в боковых пролежни чтобы лобно височной подход в формальдегида Исправлена трупа, в которых ограничен шеи Вращение.
- Зафиксируйте голову в череп зажим (рис. 1B). Крышка с хирургической шторы (рис. 1 c).
Примечание: В нашем случае, задняя булавки череп зажим необычно расположены в сагиттальной плоскости головы (см. рис. 1B), потому что мы использовали зажим черепа, который был изменен для хирургического учебных целей провести трупной голова отделена от остальной тела.- При использовании стандартного череп зажим на операционном столе, место задняя булавки, обеспечение сагиттальной плоскости, перпендикулярной головы.
2. выявление кортикальное поверхности
- Надрезать кожу головы с помощью скальпеля, после вопросительного знака разрез для предоставления временного и лобной кости. Вскрыть височной мышцы вдоль заднего края разреза. Откидываются волосистой части головы и височной мышцы, тупым диссекции (рис. 1 d).
- Выполните большой площади лобно височной краниотомии, например 5 х 5 см (рис. 2A). Для этой цели просверлите четыре отверстия заусенцев на углах предназначены краниотомии. Затем используйте craniotome для подключения Берр отверстия. Удаление костей щиток с помощью шпателя, подвергая твердой мозговой оболочки. Храните костного лоскута в солевой раствор.
- Откройте dura mater на трех сторонах краниотомии Дура ножницами (рис. 2B). Откиньте его и разоблачить паутинной мембраны и поверхности мозговой коры головного мозга (рис. 2 c).
3. Фиксация электрода пьедестал
- Выберите корковых извилины, где будет имплантирован в массив микроэлектродные. Выберите круговорота поверхность, которая приблизительно плоский, так что массив микроэлектродные будет лежать вровень с ним при вставке. Убедитесь, что существует бегущая без видимых кровеносных сосудов на поверхности коры головного мозга, где будут вставлены в массив микроэлектродные.
- Выберите сайт для фиксации электродов пьедестал на превосходной краю краниотомии, недалеко от Кожный разрез и позволяя достаточную слабину для проволочного жгута, так что микроэлектродные массива может достигать цели извилины. Винт пьедестал на внешней таблицы кости черепа рядом с Краниотомия (Рисунок 2D). Используйте 6-8 кортикальной кости саморезы (длиной 6 мм, диаметр 2 мм), для обеспечения надлежащих фиксации.
- При обработке на пьедестал, всегда убедитесь, что массив микроэлектродные не трогайте (он может быть поврежден или может разрывают кортикальное поверхности), удерживая проволочного жгута недалеко от микроэлектродные массив с помощью пинцета с пластика - или обрезиненные советы (Рисунок 2E).
4. Позиционирование и вставки массива микроэлектродные
- Позиция в массиве микроэлектродные параллельно с поверхностью целевого извилины. Согните проволочного жгута, необходимых для этой цели (рис. 3A).
Примечание: Комплект жесткой проволоки не соответствуют легко пожеланий хирурга. Уход и терпение требуются для получения хорошей выравнивание массива микроэлектродные и поверхности коры.- При необходимости используйте «собака кости» титана ленты для обеспечения проволочного жгута с черепом и контролировать свой курс к целевой извилины. Не винт ремень слишком плотно, чтобы избежать повреждения проволочного жгута.
- Принесите пневматический ударный приблизительное соответствие с задней части массива микроэлектродные (рис. 3B). Управление соединениями пневматический ударный для его управления поле, а затем включите поле элемента управления.
Примечание: Убедитесь, что пневматический ударный по крайней мере в 5 мм от массива перед включением поле элемента управления, как пневматический ударный может инициироваться при первом включении. - Используйте миллиметровыми шурупами держателя пневматический ударный для уточнения ударной поверхности выравнивания с задней части массива микроэлектродные (рисунок 3Bврезные). С помощью ударного элемента, применить расстояния и под контролем давления водопроводной экскурсия к задней части массива микроэлектродные и вставьте его в поверхности коры, толкая его через паутинной оболочки.
Примечание: Убедитесь, что массив микроэлектродные заподлицо с поверхностью коры головного мозга.
5. позиционирование субдуральной ECOG сетки
Примечание: Этот шаг является необязательным.
- Положение субдуральной ECOG сетки над поверхностью подвергается кортикального слоя (рис. 3D). При необходимости удалите электродов, резки через сетку, так что форму ЭГ сетки в целом соответствует краниотомии.
- Ориент ECOG сетки, так что его провода будет выйти из твердой мозговой оболочки и черепа главно или кзади.
- Орошения ECOG сетки с солевой раствор перед его размещением в контакт с поверхности коры.
- Закрепите сетку ECOG ушивания его твердой мозговой оболочки на краях durotomy.
6. Перемещение и закрытие твердой мозговой оболочки, кости лоскут и кожного лоскута
- Отражать dura mater снова подвергается поверхности коры и шовные к краям durotomy.
- Винт «собака кости» титана ремни на края кости щиток с помощью саморезов кортикальной кости. Изменить положение заслонки кости в пределах краниотомии. Закрепите кости лоскут соседних костей черепа с ремешками титана «собака кости» и саморезов кортикальной кости. Будьте осторожны, не раздавить проволочного жгута микроэлектродные массива (и те дополнительные сетки ЭГ) между краями кости.
- Отражать и шовные кожного лоскута. Закройте разрез кожи вокруг шеи электрода пьедестал (Рисунок 3E).
- Кроме того позволяют пьедестал для исходящего головы через отдельный ножом разрез, сделанный в лоскут кожи головы.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Наш протокол использует модель формальдегида зацикленная человеческий труп позволяет хирургам, чтобы практиковать хирургическая процедура имплантации в микроэлектродные массив в мозговой коры головного мозга в среде реалистичные, или как. Возможность выполнения post-mortem нейровизуализации, например глава CT, подтвердит отсутствие каких-либо значительных внутричерепных поражения (рис. 1A) и может помочь с выбором на сайте имплантации. Работа с весь образец и настройка для хирургии на операционном столе повышает реалистичность процедуре подготовки (рис. 1B-1 C). Хотя фиксация формальдегида несколько изменяет цвет, текстуру и жесткость тканей организма, каждый шаг хирургическая процедура, чтобы разоблачить кортикальное поверхности (Кожный разрез, краниотомии и durotomy) могут выполняться легко согласно стандарту нейрохирургической практике (рис. 1 d и рисунок 2A-2 C).
Шаги хирургической процедуры, которые являются специфическими для массива микроэлектродные очень подобно приступить к ситуации в естественных условиях . Первый шаг состоит из завинчивания пьедестал электрода на кости черепа вблизи Краниотомия ( Рисунок 2D-2E). Массив микроэлектродные в соответствие с поверхностью кортикальное является одной из самых деликатных шагов процедуры (Рисунок 3А)26. Позиционирование и эксплуатации пневматический ударный также выполняются в реалистичные моды (рис. 3B). Наши учебные протокол предоставляет широкие возможности для хирургов экспериментировать с этих важных шагов. Один отход от живой реализм является отсутствие мозга пульсации в модели трупа (небольшие вверх и вниз движения поверхности подвергаются кортикальное вызванных сердцебиения и дыхания). Тем не менее, конечный результат подготовки протокола (рис. 3 c-3E) тесно воспроизводит реальные ситуации26.
Если выполняется с помощью двух хирургов, среднее время постановляющей части для имплантации микроэлектродные массив является менее 30 минут, а также сообщили другие26.
Рисунок 1 . Настройка среды операционной комнате как. (A) руководитель КТ сканирования может подтвердить отсутствие каких-либо значительных внутричерепных поражений. Позиция головы (B) в череп зажим. (C) покрытие головы. Образец нос — справа от изображения, затылочного слева. (D) Incise и откидываются волосистой части головы и височной мышцы. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 2 . Разоблачение кортикальное поверхности и крепления электрода пьедестал. (A) выполнять большие площади краниотомии. (B) выполняют durotomy. (C) отражают твердой мозговой оболочки и разоблачить кортикальное поверхности. (D) винт пьедестал электрода до мозга костей черепа у края Краниотомия (врезные: крупным планом на фиксации пьедестал с костных винтов). (E) провести хрупкие микроэлектродные массива с помощью пинцета избежать ущерба от нежелательных контактов. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 3 . Позиционирование и вставка массив микроэлектродные. (A) изгиб проволочного жгута для того, чтобы привести в соответствие с поверхности коры в массив микроэлектродные (врезные: крупным планом на выравнивание массива микроэлектродные и коры). (B) принести пневматический ударный в соответствие с задней части массива микроэлектродные (врезные: крупным планом на выравнивание ударного и микроэлектродные массива). (C) Обзор микроэлектродные массива, провод расслоение и электродом пьедестал. (D) положение ECOG сетки над поверхностью коры головного мозга. (E) закрыть кожи вокруг шеи пьедестал электрода. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Формальдегид Исправлена человеческий труп модель и хирургический протокол, описанные здесь реплицировать хирургическая процедура имплантации микроэлектродные массивы в человека мозговой коры головного мозга. Каждый шаг процедуры, в том числе позиционирование микроэлектродные массива и его вставки с пневматическим вставки, действовать почти таким же образом, как и в реальной жизни пациента, с исключением что церебральный пульсации и обращении отсутствуют. Важнейшие шаги в протоколе являются выравнивание массива микроэлектродные с поверхности мозга и его сдавление в коре с помощью пневматических вставки. Необходимо позаботиться для приближенного массив как параллельно поверхности коры, как можно. В случае что массив не лежит заподлицо с поверхностью кортикальное после первого крана пневматические вставки, один дополнительный кран может быть доставлен. На протяжении всей процедуры микроэлектродные массив должны быть защищены от механических повреждений. В случае имплантации в человека пациента в клинических условиях, если нет каких-либо видимых повреждений микроэлектродов, пучок или соединитель, массив должен быть уничтожен, и еще один используется.
Юта массив является в настоящее время только кортикальное микроэлектродные массив, который получил нормативного утверждения для использования в организме человека. Однако другие типы микроэлектродов были разработаны в животных и могут быть использованы в организме человека в конкретных исследовательских проектов28. Каждый подход имеет свои преимущества и недостатки, главным образом связанных с дизайном электродов. Например метод баллистической вставки Юта массива, который был разработан из необходимости25, требует, что массив точно согласовать с поверхности коры; Это требование не обязательно применяется к другим микроэлектродов, которые можно осторожно толкнул серого вещества. Некоторые электроды разрешить доступ к деятельности всех кортикального слоя29, тогда как массив Юта образцов из нейронов на глубине единого, заранее. Одним из основных преимуществ Юта массива является большое количество нейронов, которые могут быть записаны одновременно, что делает его особенно подходит для двигателя BCIs11.
Для нейрохирургического лабораторные учебные курсы трупных образцов, рассматриваются как модели имеет высокую ценность, позволяя тактильной обратной связи в среде, представляя специально анатомии человека30,31. Не существует универсального трупа модели, однако, и бальзамирования техника должны быть адаптированы к каждой процедуре целей: являются мягких тканей (такие, как кожи головы) значение, или, скорее, кости, твердой мозговой оболочки, коры, желудочки или кровеносных сосудов32, 33,34,,3536? Свежие или свежезамороженной (криоконсервированных) образцов, хотя часто считается лучшей модели для различных хирургических процедур, нести риск передачи инфекционных заболеваний. Кроме того они имеют весьма ограниченное рабочее время из-за быстрого распада31,37,38,39, следуют соответствия снижение ткани, желудочковая коллапса и pneumocephalus 35. в случае нашего протокола, поддержание несколько твердой поверхности коры было требование, чтобы включить вставки в микроэлектродные массив, таким образом исключая использование свежемороженые образца. Бальзамирование решения, обеспечивая долгосрочные фиксатором и бактерицидные свойства также являются широко признанными30,,3335,40. Трупов, бальзамировали согласно Thiel фиксации высоко ценятся с точки зрения согласованности мягких тканей и для разработки фасциальных или internervous плоскостей36, однако считается, что сохранение мозга не хватает реализма41. На основе формальдегида фиксации вызывает армирующей ткани и втягивание и обесцвечивание35,,3637. Однако формальдегид фиксации широкое распространение и доступность, и формальдегида Исправлена трупов очень прочны. В контексте представленных в настоящем документе, затвердение мягких тканей, вызванных формальдегида фиксации, в то же время недостаток для многих хирургических учебных курсов (в частности для ортопедических подходов), оказался адекватной модели, представляя стабильной, но не слишком жесткая поверхность мозга, таким образом позволяя для практического применения корковых микроэлектродные массива на пост смерти мозга. Методы были разработаны для моделирования циркуляции крови и цереброспинальной жидкости в формальдегид Исправлена трупов30,,3139 и могут дополнить настоящий Протокол в целях дальнейшего повысить реализм OR-среде.
Трехмерная (3D) печать недавно стал доступным и недорогим средством репликации частей тела для медицинского и хирургического образования. Роман 3D печати и формования с использованием синтетических желатиновой слепки обеспечивает реалистичные мозга модель с тактильной обратной связи. Этот подход имеет преимущество предоставления деформируемого структуры, могут быть напечатаны для воспроизведения конкретного человека мозга анатомии и таким образом анатомически более точной, чем более общий модели42. С другой стороны по-прежнему есть оговорки относительно свойства резки ткани синтетический материал43и жесткость. В этом смысле трупной модель дает широкие рамки анатомические, включая полный стратиграфии, не только самой поверхности мозга.
Альтернативой хирургической подготовки на человеческих трупов тренируется на живых животных. Имплантация массив микроэлектродные на модели приматов, например обезьяны макаки, будет воспроизводить большинство функций фактической процедуры в правах пациента, включая хирургические позиционирования и приборостроение, аналогичные тем, которые используются в организме человека, gyrencephalic мозг размера не очень далеко от у человека, а также наличие мозговой пульсаций, а также циркуляцию крови и цереброспинальной жидкости. Однако хотя это приемлемо для имплантата микроэлектродные массивы в обезьян с целью исследования нейронауки, используя обезьян исключительно для хирургического обучения широко рекомендуется, по этическим соображениям, а также из-за их высокой стоимости. Потому что несколько центров нейронауки имплантата микроэлектродные массивы в обезьян для исследовательских целей, а потому, что эти центры используют несколько животных в то время (из-за стоимость обезьян, сами и длинный и трудоемкий, подготовки исследований неврологии с обезьянами обычно влечет за собой), обучение для микроэлектродные массив имплантации в обезьян это не вариант для большинства хирургов. С помощью небольших животных, таких как грызуны и даже кошки или кроликов, будет отходить слишком многого от реализма или как. Одним из потенциальных преимуществ животных моделей, что заживления тканей позволяет повторить всю процедуру более чем один раз за все время существования животного. В модели человеческих трупа вся процедура может повторяться раз в полушарии. Это, как говорится, краниотомии не представляют особых трудностей с подготовленными нейрохирургом. Условии, что краниотомии достаточно большой, конкретные шаги пьедестал фиксации и микроэлектродные позиционирования и вставки может повторяться так часто как хотелось во время данной сессии, обеспечивая возможность надлежащей подготовки для более чем одного хирурга. Таким образом мы считаем, что забальзамированное человеческих трупов являются наиболее подходящей модели для обучения хирургам вживить микроэлектродные массивы.
Последние прорывы в разработке BCI предположить, что микроэлектродные массивов может представлять клинически значимое дополнение к лечебных и восстановительных решения, которые сегодня доступны для пациентов с тяжелой мотор или общения инвалидов 11 , 13 , 44. в ближайшем будущем, имплантации микроэлектродные массивов таким образом может стать обязательной частью подготовки нейрохирургов. Усовершенствования в конструкции микроэлектродов сами, а также улучшения соединения электродов к компьютеру, обработки сигналов нейронов (вероятно через беспроводные соединения), уменьшит инвазивность микроэлектродные массивов и дальнейшего повышения их пригодности для врачей и пациентов и их опекунов.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Авторы не имеют ничего сообщать.
Acknowledgments
Авторы выражают благодарность д-р Роб Франклин (Blackrock Microsystems), профессор Margitta Seeck (Отдел неврологии, больницы университета Женева, Женева, Швейцария), д-р Андреа Бартоли и профессор Карл Schaller (отдела нейрохирургии, Женевский университет Больницы, Женева, Швейцария) и г-н Флоран Бурдин и профессор John P. Donoghue (ВИСС центр био и Neuroengineering, Женева, Швейцария) за их поддержку в подготовке настоящей работы.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Mayfield skull clamp | Integra LifeSciences, Cincinnati, OH | A1059 | |
| Midas Rex MR7 system for craniotomy | Medtronic, Minneapolis, MN | EC300 | |
| Dura scissors | Sklar Surgical Instruments, West Chester, PA | 22-2742 | |
| Self-tapping bone screws | OrthoMed Inc., Tigard, OR | OM SYN211806 | |
| Microelectrode array and pedestal | Blackrock Microsystems, Salt Lake City, UT | LB-0612 | Mock-up arrays are available from the manufacturer upon request |
| Pneumatic impacter | Blackrock Microsystems, Salt Lake City, UT | LB-0088 | |
| 64-channel electrocorticography grid | Ad-Tech Medical Instrument Corporation, Racine, WI | FG64C-SP10X-0C6 | Optional |
References
- Campbell, P. K., Jones, K. E., Huber, R. J., Horch, K. W., Normann, R. A. A silicon-based, 3-dimensional neural interface - manufacturing processes for an intracortical electrode array. IEEE Trans. Biomed. Eng. 38 (8), 758-768 (1991).
- Jones, K. E., Campbell, P. K., Normann, R. A. A glass/silicon composite intracortical electrode array. Ann. Biomed. Eng. 20 (4), 423-427 (1992).
- Maynard, E. M., Nordhausen, C. T., Normann, R. A. The Utah Intracortical Electrode Array: A recording structure for potential brain-computer interfaces. Electroencephalogr. Clin. Neurophysiol. 102 (3), 228-239 (1997).
- Csicsvari, J., et al. Massively parallel recording of unit and local field potentials with silicon-based electrodes. J. Neurophysiol. 90 (2), 1314-1314 (2003).
- Kelly, R. C., et al. Comparison of recordings from microelectrode arrays and single electrodes in the visual cortex. J. Neurosci. 27 (2), 261-264 (2007).
- Nordhausen, C. T., Maynard, E. M., Normann, R. A. Single unit recording capabilities of a 100 microelectrode array. Brain Res. 726 (1-2), 129-140 (1996).
- Nordhausen, C. T., Rousche, P. J., Normann, R. A. Optimizing recording capabilities of the Utah Intracortical Electrode Array. Brain Res. 637 (1-2), 27-36 (1994).
- Maynard, E. M., et al. Neuronal interactions improve cortical population coding of movement direction. J. Neurosci. 19 (18), 8083-8093 (1999).
- Serruya, M. D., Hatsopoulos, N. G., Paninski, L., Fellows, M. R., Donoghue, J. P. Instant neural control of a movement signal. Nature. 416 (6877), 141-142 (2002).
- Hochberg, L. R., et al. Neuronal ensemble control of prosthetic devices by a human with tetraplegia. Nature. 442 (7099), 164-171 (2006).
- Hochberg, L. R., et al. Reach and grasp by people with tetraplegia using a neurally controlled robotic arm. Nature. 485 (7398), 372 (2012).
- Simeral, J. D., Kim, S. P., Black, M. J., Donoghue, J. P., Hochberg, L. R. Neural control of cursor trajectory and click by a human with tetraplegia 1000 days after implant of an intracortical microelectrode array. J. Neural Eng. 8 (2), 25027 (2011).
- Jarosiewicz, B., et al. Virtual typing by people with tetraplegia using a self-calibrating intracortical brain-computer interface. Sci. Transl. Med. 7 (313), 313ra179 (2015).
- Seeck, M., Schomer, D. L., Niedermeyer, E. Intracranial Monitoring: Depth, Subdural, and Foramen Ovale Electrodes. Niedermeyer’s Electroencephalogr. , 677-714 (2011).
- Truccolo, W., et al. Single-neuron dynamics in human focal epilepsy. Nat. Neurosci. 14 (5), 635-641 (2011).
- Truccolo, W., et al. Neuronal ensemble synchrony during human focal seizures. J. Neurosci. 34 (30), 9927 (2014).
- Keller, C. J., et al. Heterogeneous neuronal firing patterns during interictal epileptiform discharges in the human cortex. Brain. 133 (Pt 6), 1668-1681 (2010).
- Schevon, C. A., et al. Evidence of an inhibitory restraint of seizure activity in humans. Nat. Commun. 3, 1060 (2012).
- Weiss, S. A., et al. Ictal high frequency oscillations distinguish two types of seizure territories in humans. Brain. 136 (Pt 12), 3796-3808 (2013).
- Cash, S. S., Hochberg, L. R. The Emergence of Single Neurons in Clinical Neurology. Neuron. 86 (1), 79-91 (2015).
- Donoghue, J. P. Bridging the brain to the world: a perspective on neural interface systems. Neuron. 60 (3), 511-521 (2008).
- Hader, W. J., et al. Complications of epilepsy surgery - A systematic review of focal surgical resections and invasive EEG monitoring. Epilepsia. 54 (5), 840-847 (2013).
- Arya, R., Mangano, F. T., Horn, P. S., Holland, K. D., Rose, D. F., Glauser, T. A. Adverse events related to extraoperative invasive EEG monitoring with subdural grid electrodes: A systematic review and meta-analysis. Epilepsia. 54 (5), 828-839 (2013).
- Hayashi, S., et al. History and future of human cadaver preservation for surgical training: from formalin to saturated salt solution method. Anat. Sci. Int. 91 (1), 1-7 (2016).
- Rousche, P. J., Normann, R. A. A method for pneumatically inserting an array of penetrating electrodes into cortical tissue. Ann. Biomed. Eng. 20 (4), 413-422 (1992).
- Waziri, A., Schevon, C. A., Cappell, J., Emerson, R. G., McKhann, G. M., Goodman, R. R. Initial surgical experience with a dense cortical microarray in epileptic patients undergoing craniotomy for subdural electrode implantation. Neurosurgery. 64 (3), 540-545 (2009).
- Yousry, T. A., et al. Localization of the motor hand area to a knob on the precentral gyrus. A new landmark. Brain. 120 (1), 141-157 (1997).
- Tóth, E., Fabó, D., Entz, L., Ulbert, I., Erőss, L. Intracranial neuronal ensemble recordings and analysis in epilepsy. J. Neurosci. Methods. 260, 261-269 (2016).
- Cash, S. S., et al. The human K-complex represents an isolated cortical down-state. Science. 324 (5930), 1084-1087 (2009).
- Olabe, J., Olabe, J., Sancho, V. Human cadaver brain infusion model for neurosurgical training. Surg. Neurol. 72 (6), 700-702 (2009).
- Winer, J. L., et al. Cerebrospinal fluid reconstitution via a perfusion-based cadaveric model: feasibility study demonstrating surgical simulation of neuroendoscopic procedures. J. Neurosurg. 123 (5), 1316-1321 (2015).
- Cardali, S., et al. Microsurgical Anatomic Features of the Olfactory Nerve: Relevance to Olfaction Preservation in the Pterional Approach. Oper. Neurosurg. 57, 17-21 (2005).
- Alvernia, J. E., Pradilla, G., Mertens, P., Lanzino, G., Tamargo, R. J. Latex injection of cadaver heads: technical note. Neurosurgery. 67 (2 Suppl Operative), 362-367 (2010).
- Chowdhury, F. H., et al. Endoscopic endonasal transsphenoidal exposure of circle of Willis (CW); can it be applied in vascular neurosurgery in the near future? A cadaveric study of 26 cases. Turk. Neurosurg. 22 (1), 68-76 (2012).
- Benet, A., Rincon-Torroella, J., Lawton, M. T., González Sánchez, J. J. Novel embalming solution for neurosurgical simulation in cadavers. J. Neurosurg. 120 (5), 1229-1237 (2014).
- Tomlinson, J. E., Yiasemidou, M., Watts, A. L., Roberts, D. J. H., Timothy, J. Cadaveric Spinal Surgery Simulation: A Comparison of Cadaver Types. Glob. spine J. 6 (4), 357-361 (2016).
- Krishnamurthy, S., Powers, S. K. The use of fabric softener in neurosurgical prosections. Neurosurgery. 36 (2), 420-3-4at (1995).
- Hamlyn, P. J. Neurovascular relationships in the posterior cranial fossa, with special reference to trigeminal neuralgia. 1. Review of the literature and development of a new method of vascular injection-filling in cadaveric controls. Clin. Anat. 10 (6), 371-379 (1997).
- Tubbs, R. S., Loukas, M., Shoja, M. M., Wellons, J. C., Cohen-Gadol, A. A. Feasibility of ventricular expansion postmortem: a novel laboratory model for neurosurgical training that simulates intraventricular endoscopic surgery. J. Neurosurg. 111 (6), 1165-1167 (2009).
- Aktas, U., Yilmazlar, S., Ugras, N. Anatomical restrictions in the transsphenoidal, transclival approach to the upper clival region: a cadaveric, anatomic study. J. Craniomaxillofac. Surg. 41 (6), 457-467 (2013).
- Yiasemidou, M., Roberts, D., Glassman, D., Tomlinson, J., Biyani, S., Miskovic, D. A Multispecialty Evaluation of Thiel Cadavers for Surgical Training. World J. Surg. , (2017).
- Ploch, C. C., Mansi, C. S. S. A., Jayamohan, J., Kuhl, E. Using 3D Printing to Create Personalized Brain Models for Neurosurgical Training and Preoperative Planning. World Neurosurg. 90, 668-674 (2016).
- Del Castillo-Calcáneo, J., Donoghue, J. A. A Novel Method for 3-Dimensional Printing a Brain That Feels and Looks Like One: The Next Step in the Search of the Perfect Neurosurgical Simulator. World Neurosurg. 91, 620-622 (2016).
- Martin, S., Millán, J. D. R., Knight, R. T., Pasley, B. N. The use of intracranial recordings to decode human language: Challenges and opportunities. Brain Lang. , (2016).
