Summary
Formaldehit sabit insan Kadavra beyin cerrahı elektrot dizilerin implantasyon yeni korteksimiz insan beyninin içine için eğitim yardımcı olmak için kullanılan bir yordam dizayn ettik.
Abstract
Bu iletişim kuralı cerrahlar elektrot dizilerin implantasyonu için eğitim insan beyni yeni korteksimiz yardımcı olmak amacıyla bir yordam açıklanır. Son teknolojik ilerleme imalat, insan beyni yeni korteksimiz içinde birden çok bireysel nöronların aktivitesinin kayıt izin elektrot dizilerin sağlamıştır. Bu diziler üzerine sağlık ve hastalığında beyin işlevinin nöronal ilişkilendirir eşsiz anlayış getirmek potansiyeline sahip. Ayrıca, kimliği ve istemli nöronal aktivite kod çözme olasılığı beyin-bilgisayar arayüzleri oluşturmak için açılır ve böylece kayıp nörolojik fonksiyonları geri yardımcı. Neocortical elektrot dizilerin implantasyonu supra centimetric kranyotomi ve kortikal yüzeyi pozlama gerektiren invaziv bir işlemdir; Böylece, yordam yeterince eğitimli bir beyin cerrahı tarafından gerçekleştirilmelidir. Cerrahi eğitim için bir fırsat sağlamak için bir insan Kadavra modelini temel alan bir yordam tasarlanmış. Kafa, kafa, meninkslerde makroskopik yapısını koruyarak hayvanlar (özellikle insan dışı primatlar) üzerinde cerrahi pratik pratik, etik ve mali zorluklar formaldehit sabit insan Kadavra kullanımı atlar ve serebral yüzey ve gerçekçi, ameliyathane gibi konumlandırma ve araçları sağlar. Ayrıca, bir insan Kadavra kullanımı herhangi bir insan olmayan model daha klinik günlük uygulama için daha yakındır. Büyük dezavantaj kadavra simülasyon devamsızlık serebral nabız ve kan ve beyin omurilik sıvısı dolaşım vardır. Bir insan Kadavra formaldehit sabit model daha önce yaşayan insan yeni korteksimiz dizide elektrot yerleştirilmesi uygun cerrahi eğitim sağlamak için yeterli, pratik ve düşük maliyetli bir yaklaşım olduğunu göstermektedir.
Introduction
Son yıllarda birden fazla bireysel nöronların aktivitesinin yaşam kayıt challenge için teknolojik çözümler geliştirilmesi gördük beyin1,2,3. Silikon bazlı elektrot dizilerin benzer şekilde işaret özellikleri açısından geleneksel tel microelectrodes için gerçekleştirin ve onlar-ebilmek yazmak--dan düzine beyin doku4,5, küçük bir yama nöronlarda yüzlerce 6 , 7. elektrot dizilerin bilim adamları sırayla beyin-bilgisayar gelişimi için destek sağlamıştır kol hareketleri8, sinirsel aktivite birincil motor korteks maymun arasındaki ilişkiyi kurmak izin arabirimleri (BCIs)9.
İki durumlarda insanlarda kullanılan elektrot diziler: Kronik implantlar kontrol BCIs ve epilepsi hastalarda bireysel nöronların aktivitesinin çalışmaya yarı kronik implantlar olarak. Kronik implantlar, birincil motor korteks, elinde fonksiyonel gösterimi hedefleme hastalarda tetrapleji bir robot kol veya bilgisayar imleçler10,11,12 hareket kontrol etmek için izin ,13. Yarı kronik implantlar, subdural electrocorticography (ECOG) elektrotlar epilepsi cerrahisi14, içinde olan hastalarda ilaca dirençli epilepsi ile birlikte eklenen tek-unit kayıtları öncesinde, sırasında ve sonra nöbetler izin vermek, ve tek nöronların aktivitesinin sırasında ve Epileptik nöbetler15,16,17,18,19arasında ışık başlamışlardır. Elektrot dizilerin önemli ölçüde bizim anlayış nasıl yaşarsan, bir yandan, etkinlik ve algıları, hareketleri ve insan, hem sağlık hem de düşünceleri arasında bağlantı kurarak beyin fonksiyonları geliştirmek için potansiyel var hastalığı, diğer20,21.
Silikon bazlı elektrot diziler artık ticari olarak kullanılabilir ve bunların kullanımı insanlarda yarı kronik epilepsi göstergesi ABD düzenleyici otoriteler tarafından kabul gördü. Ancak, bu aygıtların invaziv ve beyne eklenmeli. Uygunsuz ekleme tekniği, kayıt nöronal aktivite, aygıta başarısızlığın ötesinde olumsuz sonuçları beyin kanaması ve enfeksiyon, uzun süreli veya kalıcı nörolojik disfonksiyon için potansiyele sahip bulunmaktadır. Elektrot dizi implantasyon komplikasyon oranı şu anda bilinmemekle birlikte, kafa içi elektroansefalografi (EEG) macroelectrodes implantasyonu sırasında potansiyel olarak ciddi komplikasyonlar oranı % 1-522, olduğunu 23. bu nedenle, uygun implantasyon elektrot dizilerin geniş Nöroşirürji beceri ve yordam özel eğitim gerektirir.
Güvenli bir ortamda elektrot dizileri ile becerilerini bilemek cerrahlar için kullanılabilir bir yaklaşım insan olmayan memeliler ve insan Kadavra içerir. İdeal eğitim modeli sadakatle boyutu ve kalınlığı insan kafatası yeniden; tokluk ve beyin zarı vasküler yaklaşım; gyrification desen, tutarlılık ve nabız insan beyninin; dolaşan kan ve beyin omurilik sıvısı varlığını; ve ameliyathane (OR) Konu genel konumlandırma-çevre gibi. Böylece, hayvan modelleri cerrahlar için anlamlı bir deneyim sağlamak için yeterli büyüklükte olması gerekir. Büyük insan dışı primatlar yakın, ama kullanımları cerrahi eğitim için sürdürülemez hem etik bir bakış açısıyla ve pahalı oldukları için. Kemirgenler dikkate küçük boyutlarından dolayı girmeyin; Hatta kedi ya da tavşan kullanarak önemli ölçüde bir OR benzeri ortamdan uzaklaşan anlamına gelir.
İnsan Kadavra cazip bir alternatif temsil eder. Avantajları hayat gibi size ve baş ve beyin şeklini ve Cerrahi eğitim bir OR benzeri ortamda kurma imkanı bulunmaktadır. Gerçekçi bir durum en belirgin hareketle serebral pulsasyonu ve kanama ve boy ve kıvamı kadavra koruma24için istihdam tekniği özgü vücut dokuları değişiklikler vardır. Taze donmuş kadavra korumak tutarlılık ve esneklik birçok organ ve dokuların bir ölçüde, ama onlar-si olmak birkaç dezavantajları: en kısa zamanda çözdürme aşağılayıcı başlıyorlar beyin de bir elektrot sokmak için bozulmuş olur, böylece, başlar gerçekçi yapılması için dizi ve nispeten nadir ve pahalı bir kaynak vardır. Formaldehit sabit kadavra, öte yandan, daha uygun ve kullanılabilir ve daha çok dayanıklı, sertleştirilmiş doku tutarlılık pahasına.
Burada, neocortical elektrot dizi implantasyonu için Nöroşirürji eğitim sağlamak için bir insan Kadavra formaldehit sabit modeli kullanarak bir yordamı oluşturmak. Bizim yaklaşım gerçekçi, OR gibi konumlandırma ve araçları sağlar; kranyotomi ve durotomy gerçekleştirmek ve neocortical yüzey açığa; elektrot Kaide kranyotomi komşu kafatası kemik ekleme; ve pnömatik Impactor25ile yeni korteksimiz elektrot dizi ekleme. Eleştirel, cerrahlar (Bu elektrot Kaide tarafından a bohça-in tek tek izolasyonlu altın teller bağlı) elektrot dizi hassas uyum uygulamaya sağlar paralel neocortical yüzey26. Bizim iletişim kuralı sadakatle elektrot dizi implantasyon ECOG implantasyon epilepsi cerrahisi için aday olan hastalarda birlikte belirtisi çoğaltır. İmplantasyonu ameliyatı hususlar elektrot dizi tam türüne göre önemli ölçüde etkilenmiştir; Burada, biz son zamanlarda ABD insanlarda kullanılmak düzenleyici onay alınan bir dizi için açıklayınız. Sözde Utah dizi bir 4 x 4 mm, 100 elektrot ızgara oluşur; Kafatasının dış tabloya bağlı Transkutanöz Kaide; ve bir tel paket iki bağlantı.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Bu çalışmada kullanılan insan Kadavra tıp eğitimi için vücut bağış çatısı altında sağlandı. Aydınlatılmış onam vücut bağış için bağış boyunca yazılı olarak elde edildi. Federal ve Kanton yasaları uyarınca bir Etik Komitesi tarafından hiçbir inceleme gerekli.
Not: Bu iletişim kuralı uygulama ameliyat kişi hasta konumlandırma ve baş fiksasyon, kranyotomi ve durotomy de dahil olmak üzere ve dikiş eğitim ve uzmanlık standart Nöroşirürji yordamlar, beyin cerrahı olduğunu varsayar. Araçları ve ekipmanları elektrot diziye belirli ek olarak, standart Nöroşirürji ve aletler kullanılır.
1. çeşitli kadavra ve ameliyathane kurulumu
- Bir tür hastalık veya yaralanma kafa, kafatası ve beyin öyküsü ile seçin.
- İsteğe bağlı olarak, kadavra'nın kafa hiçbir önemli beyin lezyon (şekil 1A), örneğin kronik subdural hematom veya intra Aksiyel bir geniş lezyon olması için bir bilgisayarlı tomografi (CT) tarama gerçekleştirin. CT taraması, elektrot dizi (Primer motor korteks27, eğitim durumunda elinde gösterimini karşılık gelen precentral gyrus "el topuzu" alan gibi implantasyonu için bir hedef kortikal alanı tanımlayın implantasyon bir BCI için).
- Bir işletim masa üzerinde yanal dekübitus içinde pozisyon kadavra. Yerine bir diseksiyon çevre OR-gibi gerçekçilik eklemek için tablo ve kafatası kelepçe ve pnömatik Impactor fiksasyonu kolaylaştırır bir işletim masa kullanın. Kime döndürme boyun kadavra formaldehit sabit bir kadavra, fronto-temporal yaklaşım izin için yanal dekübitus sınırlı durumda.
- Baş kafatası kelepçe (şekil 1B) düzeltmek. Cerrahi perdeler (şekil 1 c) ile kapak.
Not: biz diğerlerinden ayrılmış bir kadavra kafa tutmak cerrahi eğitim amaçlı olarak yapılmış bir kafatası kelepçe kullanılan çünkü bizim durumumuzda, kafatası kelepçe posterior pimleri alışılmışın dışında (bkz. şekil 1B) başın sagittal düzlemde konumlandırılmış gövdesi.- Standart kafatası kelepçe ameliyat masasında kullanırken, başından sagittal düzlem dik güvenliğini sağlama posterior iğne yerleştirin.
2. neocortical yüzey maruz kalma
- Şakak ortaya çıkarmak için bir soru işareti kesi ve frontal kemik aşağıdaki bir neşter kullanarak kafa derisi deşmek. Belgili tanımlık kesme arka kenarı boyunca temporalis kas incelemek. Kafa derisi ve temporalis kas künt diseksiyon (şekil 1 d) tarafından yaslanmak.
- Büyük bir kare fronto-temporal kranyotomi, örneğin 5 x 5 cm (şekil 2A) gerçekleştirin. Bu amaçla, hedeflenen kranyotomi köşelerinde dört burr delik. Ardından, craniotome burr deliği bağlamak için kullanın. Kalp kapakcıgını dura mater açığa bir spatula kullanarak kaldırın. Kalp kapakcıgını tuzlu eriyik içinde saklayın.
- Dura mater dura makas (şekil 2B) kullanarak kranyotomi üç tarafında açın. Bu yaslanmak ve araknoid membran ve beyin yeni korteksimiz (şekil 2C) yüzeyine bulaşmasına neden.
3. elektrot Kaide fiksasyonu
- Bir kortikal gyrus elektrot dizi implante nerede seçin. Elektrot dizi ne zaman sokmak bununla floş yalan olur böylece yaklaşık düz bir gyral yüzeyde seçin. Elektrot dizi burada eklenmesi hiçbir görünür kan damarı akan kortikal yüzeyde olduğundan emin olun.
- Elektrot Kaide fiksasyon üstün kenarına yakın cilt kesi ve elektrot dizi hedef gyrus ulaşabilirsiniz tel paket için yeterli bolluk izin kranyotomi için bir site seçin. Kaide üzerine kafatasını kranyotomi (şekil 2B) yanında dış tablo canı cehenneme. 6-8 kendi kendine vurma kortikal kemik vidaları (6 mm uzunlukta, 2 mm çapında) uygun fiksasyon sağlamak için kullanın.
- Kaide işlenirken, her zaman elektrot dizi (zarar görmüş veya neocortical yüzey lacerate) bir şey tel paket cımbız ile plastik - elektrot diziyle yakın tutarak dokunmaz sağlamak veya İpuçları (şekil 2E) kauçuk kaplı.
4. konumlandırma ve elektrot dizi ekleme
- Elektrot dizi hedef gyrus yüzeyine paralel getirin. Bu amaçla (şekil 3A) gerektiği gibi tel paket viraj.
Not: Sert tel demeti kolayca cerrahın isteklerine uygun değil. İyi uyum elektrot dizi ve kortikal yüzeyi elde etmek için bakım ve sabır gerekir.- İsteğe bağlı olarak, "köpek-kemik" titanyum askıları kafatasında tel paket güvenli ve doğru hedef gyrus onun rota denetlemek için kullanın. Kayışı çok sıkı tel paket zarar görmesini önlemek için yatmayacaksın.
- Pnömatik Impactor elektrot dizi (şekil 3B) arkası ile yaklaşık uyum içine getirmek. Onun denetim kutusunu pnömatik Impactor bağlantıları kontrol ve denetim kutusunu açın.
Not: Pnömatik Impactor ilk açıldığında tetiklenen gibi pnömatik Impactor en az 5 mm dizi uzak, denetim kutusunu açmadan önce olduğundan emin olun. - Millimetric vida pnömatik Impactor sahibinin Impactor'ın hizalama (şekil 3Biç metin) elektrot dizi arkası ile taşımak için kullanır. Impactor kullanarak, bir gezi dokunun mesafe ve basınç kontrollü elektrot dizi arkasına doğru uygulamak ve araknoid membran iterek kortikal yüzeyi takın.
Not: elektrot dizi kortikal yüzeyi ile aynı hizada olmasına dikkat edin.
5. konumlandırma subdural ECOG kılavuzunun
Not: Bu isteğe bağlı bir adımdır.
- Subdural ECOG kılavuz maruz kortikal yüzeyi (şekil 3D) üzerine getirin. Gerekirse, elektrotlar ECOG kılavuzunun genel şekli kranyotomi sığmasını sağlayacak kılavuz ile keserek çıkarın.
- ECOG kılavuz onun teller dura mater ve kafatası Superior veya özafagusu çıkılacak gelecek şekilde yönlendirin.
- Serum ECOG kılavuzla kortikal yüzeyi ile temas yerleştirmeden önce sulamak.
- ECOG kılavuz durotomy kenarlarında dura mater için dikiş tarafından güvenli.
6. yeniden konumlandırma ve dura mater, kalp kapakcıgını ve Cilt Kapağı kapatma
- Dura mater geri maruz kortikal yüzeyi üzerine yansıtmak ve durotomy kenarları dikiş.
- "Köpek-kemik" titanyum askıları kortikal kemik vidaları kendi kendine dokunarak kullanarak kalp kapakcıgını kenarları üzerine canı cehenneme. Kalp kapakcıgını kranyotomi içinde yeniden konumlandırın. Kafatası kemikleri "köpek-kemik" titanyum askıları ile komşu ve kortikal kemik vidaları kendini vurma kalp kapakcıgını güvenli. Elektrot dizi (ve bu isteğe bağlı ECOG kılavuzunun) Tel demeti kemik kenarları arasında değil ezmek için dikkat ediniz.
- Yansıtmak ve cilt kapağı dikiş. Elektrot Kaide (şekil 3E) Cilt kesi boynuna kapatın.
- Alternatif olarak, kafa derisi kafa derisi flep yapılan bir ayrı bıçak kesi aracılığıyla çıkış Kaide izin verir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Cerrahlar bir elektrot dizi beyin yeni korteksimiz gerçekçi, OR gibi bir ortamda içine yerleştirerek cerrahi işlem uygulama izin vermek için bir insan Kadavra formaldehit fiksasyonlu modeli bizim protokolünü kullanır. Kafa Tomografisi, gibi otopsi Nörogörüntüleme gerçekleştirme seçeneğiniz herhangi bir önemli beyin lezyon (şekil 1A) yokluğu doğrular ve implantasyon site seçimi ile yardımcı olabilir. Tüm bir numune ile çalışan ve bir işletim masa ameliyat için ayarlama eğitim prosedürü (şekil 1B-1 C) gerçekçilik artar. Her ne kadar formaldehit fiksasyon biraz renk, doku ve vücut dokuları sertliği değiştirir, neocortical yüzey (Cilt kesi, kranyotomi ve durotomy) ortaya çıkarmak için cerrahi işlem her adımında standardına göre kolayca gerçekleştirilebilir Nöroşirürji uygulama (şekil 1 d ve şekil 2A-2 C).
Elektrot diziye özgü cerrahi işlem adımlarını çok benzer şekilde vivo içinde durumuna geçin. İlk adım elektrot Kaide kranyotomi yakınındaki kafatası kemik için dalga oluşur ( şekil 2B-2E). Neocortical yüzey ile uyum içine elektrot dizi getirerek yordamı (şekil 3A)26en hassas adımlardan biridir. Konumlandırma ve pnömatik Impactor işletme de gerçekçi şekilde (şekil 3B) gerçekleştirilir. Bizim eğitim protokolü çok önemli adımları ile deneme cerrahlar için bol bol fırsat sağlar. Canlı gibi gerçekçilik bir hareket bir kadavra modeli (kalp atışı ve nefes maruz neocortical yüzey hareketleri neden hafif yukarı ve aşağı doğru) serebral nabız yokluğu olduğunu. Yine de, sonuçta eğitim Protokolü'nün (şekil 3 c-3E) yakından gerçek durum26üretir.
Eğer iki cerrahlar tarafından gerçekleştirilen, ortalama operatif elektrot dizi implantasyon altında 30 dakika olarak da başkaları tarafından bildirilen,26zamanı.
Resim 1 . Ameliyathane benzeri ortamını kurma. (A) kafa Tomografisi tarama herhangi bir önemli beyin lezyon yokluğu onaylayabilir. Kafatası kelepçe (B) bulunduğu kafa. (C) örtüsü kafa. Sağdaki resmin sol occiput numune'nın burun var. (D) deşmek ve kafa derisi ve temporalis kas yaslanmak. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Resim 2 . Neocortical yüzey açığa ve elektrot Kaide iliştirme. (A)gerçekleştirme büyük bir kare kranyotomi. (B) durotomy gerçekleştirmek. (C) dura mater yansıtmak ve neocortical yüzey açığa. (D) vida için kafatasını kranyotomi kenarına yakın elektrot Kaide (iç metin: Kaide kemik vida fiksasyonu üzerinde yakın çekim). (E) istenmeyen kişinin zarar görmemesi için cımbız ile kırılgan elektrot dizi tutun. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 3 . Konumlandırma ve elektrot dizi ekleme. (A)Bend elektrot dizi kortikal yüzeyi ile uyum içine getirmek için tel paket (iç metin: elektrot dizi ve korteks üzerinde yakın çekim). (B) Bring pnömatik Impactor elektrot dizi arkası ile uyum içine (iç metin: Impactor ve elektrot dizi hizalaması üzerinde yakın çekim). Paket ve elektrot Kaide tel elektrot dizi (C) genel bakış. (D) pozisyon ECOG kılavuz kortikal yüzey üzerinde. (E) yakın cilt elektrot Kaide boynuna. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
İnsan Kadavra formaldehit sabit modeli ve burada açıklanan cerrahi Protokolü elektrot dizilerin insan beyin yeni korteksimiz yerleştirerek cerrahi işlem çoğaltma. Yordamın elektrot dizi ve onun ekleme ile pnömatik Yerleştirici konumlandırma dahil olmak üzere, her adımında devam etmek neredeyse aynı şekilde özel durum bir gerçek hasta olduğu gibi beyin o nabız ve kan dolaşımı yok. Kritik protokolündeki neocortical yüzey ve pnömatik Yerleştirici kullanarak korteks içine onun impaksiyon elektrot dizi hizalaması adımlardır. Bakım alınmalıdır dizi mümkün olduğunca kortikal yüzeyine paralel olarak tahmin etmek. Durumda dizinin pnömatik Yerleştirici ilk musluk sonra neocortical yüzeyi ile aynı hizada bulunmayacak bir ek dokunun teslim edilebilir. Yordam elektrot dizi mekanik hasarlara karşı korunmalıdır. Bir insan implantasyon durumunda hasta klinik durumlarda microelectrodes, paket veya bağlayıcı görünür herhangi bir hasar varsa, dizi atılmalıdır ve bir tane kullanılır.
Utah dizi şu anda kullanmak için düzenleyici onay insanlarda aldı sadece neocortical elektrot dizidir. Ancak, microelectrodes diğer türleri hayvanlarda geliştirdik ve insanlar belirli araştırma projeleri28içinde kullanılabilir. Her bir yaklaşım kendine özgü avantajları ve dezavantajları, çoğunlukla elektrotlar tasarımla ilgili taşır. Örneğin, balistik ekleme teknik zorunluluk25dışında geliştirilen, Utah dizisinin dizi tam olarak kortikal yüzeyi ile uyumlu hale getirilmesi gerektirir; Bu gereksinim mutlaka gri madde içine yavaşça itti diğer microelectrodes için geçerli değildir. Nöronlar tek, önceden belirlenmiş bir derinlikte gelen Utah dizi örnekleri, ancak bazı elektrotlar tüm kortikal katmanları29, etkinlik erişmesine izin vermek. Utah dizi büyük avantajlarından biri aynı anda, yapım o motor BCIs11için özellikle uygun kaydedilebilir nöronların büyük bir sayıdır.
Nöroşirürji Laboratuvarı eğitim kursları için kadavra örnekler özellikle insan anatomisi30,31sunan bir ortamda haptic geribildirim sağlayan yüksek değer modelleri olarak kabul edilir. Hiçbir evrensel kadavra model var, ancak, ve mumyalama tekniği her yordamın amaçları için adapte olmalıdır: önemi, yumuşak dokular (kafa derisi gibi) kemikler, dura mater, korteks, ventrikül veya kan damarları32, ya da daha doğrusu vardır 33,34,35,36? Taze veya taze donmuş (cryopreserved) numuneler ise sık sık cerrahi işlemler, çeşitli için en iyi modeli olarak kabul bulaşıcı hastalık bulaşma riski taşırlar. Ayrıca, onlar nedeniyle azalmış doku uyumu, ventrikül çöküşü ve pneumocephalus takip hızlı çürüme31,37,38,39, çok sınırlı bir çalışma zamanı var 35. bizim protokol söz konusu olduğunda, biraz sert bir kortikal yüzey bakımı yapıldı böylece bir taze donmuş örnek kullanımını engellemek elektrot dizi ekleme etkinleştirmek için bir gereklilik. Mumyalama çözümleri sağlayan uzun vadeli sabitleştirici ve antiseptik özellikleri de yaygın olarak kabul edilen30,33,35,40vardır. Kadavra Thiel fiksasyon göre tahnit edilmiş son derece yumuşak doku tutarlılık açısından ve Fasial veya internervous uçaklar36geliştirmek için kabul edilir ama beyin korunması gerçekçilik41eksikliği düşünülmektedir. Formaldehit tabanlı fiksasyon nedenleri doku sertleşme ve retraksiyon yanı sıra renk değişikliği35,36,37. Ancak, yaygın olarak kullanılabilir ve uygun fiyatlı formaldehit fiksasyon ve formaldehit sabit kadavra çok dayanıklıdır. Bu raporda sunulan bağlamında, yumuşak dokular formaldehit fiksasyon (özellikle ortopedik yaklaşımlar için), birçok cerrahi eğitim kursları için bir dezavantaj olurken, neden sertliği istikrarlı bir sunmak yeterli bir modeli olduğu ortaya çıktı, Ama beynin böylece post mortem beyinde kortikal elektrot dizinin gerçekçi bir uygulama için izin değil çok katı yüzey. Teknikleri kan ve beyin omurilik sıvısı formaldehit sabit kadavra30,31,39 ' dolaşımını simülasyonu için geliştirilmiştir ve mevcut iletişim kuralı daha fazla için tamamlayıcı çevre OR-gibi gerçekliğini artırın.
Üç boyutlu (3D) yazdırma son zamanlarda tıbbi ve cerrahi eğitimi vücut parçaları çoğaltılıyor erişilebilir ve uygun bir araç haline gelmiştir. Roman 3D yazdırma ve sentetik jelatinimsi atmalarını kullanarak kalıp bir gerçekçi beyin modeli ile taktik geribildirim sağlar. Bu yaklaşım belirli bir bireyin beyin anatomisi çoğaltmak yazdırılabilir ve bu nedenle daha genel modelleri42daha fazla anatomik olarak doğru bir deforme yapısını sağlayan avantajına sahiptir. Öte yandan, hala sertlik ve sentetik malzeme43doku kesme özellikleri ile ilgili rezervasyonları vardır. Bu anlamda, kadavra modeli tam stratigrafi, sadece beyin yüzey kendisi de dahil olmak üzere daha geniş bir anatomik çerçeve verir.
İnsan Kadavra üzerinde cerrahi eğitim için bir alternatif canlı hayvan pratiği yapıyor. Primat modeli, örneğin makak maymunu, elektrot dizi Reproduction cerrahi konumlandırma ve insanlarda Kullanılanlara benzer araçları da dahil olmak üzere bir insan hasta gerçek yordamda özelliklerin çoğunu çoğaltmak bir gyrencephalic beyin değil çok uzak bir insan'ın ve serebral nabız gibi kan ve beyin omurilik sıvısı dolaşımını varlığı bir büyüklükte. Maymunlar nörolojik araştırma amacıyla elektrot dizilerin implant için kabul edilebilir olsa da, ancak, maymunlar için sadece cerrahi eğitim kullanarak yaygın olarak, etik nedenlerle yanı sıra çok yüksek maliyet nedeniyle önerilmez. Az sayıda nörolojik merkezinden maymunlar araştırma amacıyla elektrot dizilerin implant ve bu merkezleri (maymunlar kendilerini maliyetini ve uzun ve emek yoğun bu nörolojik araştırma eğitim nedeniyle bir anda az hayvan kullanmak için maymunlarla genellikle, elektrot dizi implantasyon maymunlar en cerrahlar için bir seçenek değil, eğitim gerektirir). Daha küçük hayvanlar, kemirgenler ve hatta kedi ya da tavşan, gibi kullanarak çok fazla OR gibi gerçekçilik yola. Hayvan modelleri bir potansiyel avantajı doku şifa yordamın tamamını birden fazla hayvan ömrü boyunca yinelenen sağlanmıştır. Bir insan Kadavra modelinde, yordamın tamamını bir kez Yarımküre tekrar edilebilir. Bu söyleniyor, eğitimli bir beyin cerrahı için belirli herhangi bir zorluk kranyotomi sunmaz. Kranyotomi yeterli büyüklükte şartıyla, Kaide fiksasyon ve elektrot konumlandırma ve ekleme belirli adımlar sıklıkta istediğiniz gibi belirli bir oturum sırasında birden fazla cerrah için yeterli eğitim fırsatı sağlayan tekrar edilebilir. Böylece, biz MumyaIadım insan Kadavra elektrot dizilerin implant cerrahlar tren için en uygun modeli olduğunu düşünüyorum.
Elektrot dizilerin şiddetli motor olan hastalar için bugün mevcut veya iletişimsel Engelli olan tedavi ve restoratif çözümleri için klinik olarak önemli bir ek doğurabilecek BCI gelişiminde son devrimler öneririm 11 , 13 , 44. yakın gelecekte elektrot dizilerin implantasyonu böylece beyin cerrahı eğitim gerekli bir parçası haline gelebilir. Elektrotlar (büyük olasılıkla aracılığıyla kablosuz bağlantılar), nöronal sinyal işleme bilgisayara bağlanma konusunda microelectrodes, kendilerini geliştirmeleri ile birlikte tasarım ayrıntılandırmaları elektrot dizilerin invasiveness azaltacak ve daha onların kullanılabilirlik doktorlar ve hastalar ve onların yakınları için geliştirmek.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarlar ifşa gerek yok.
Acknowledgments
Yazarlar Dr. Andrea Bartoli ve Prof. Karl Schaller (nöroşirurji bölümü, Cenevre Üniversitesi Dr Rob Franklin (Blackrock Microsystems), Prof. Dr. Margitta Seeck (Nöroloji bölümü, Cenevre Üniversitesi hastaneleri, Cenevre, İsviçre), için minnettarız Hastaneler, Cenevre, İsviçre) ve Bay Florent Burdin ve mevcut çalışma hazırlanmasında destek için Prof. John P. Donaghue (Wyss Merkezi Bio ve Neuroengineering, Cenevre, İsviçre).
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).
