Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Bioengineering

מכרסם ההתנהגותי בוחן להערכת תפקודית גירעונות הנגרמת על ידי ההשרשה Microelectrode של קליפת המוח המוטורית עכברוש

doi: 10.3791/57829 Published: August 18, 2018

Summary

אנחנו הראו כי השרשה microelectrode של קליפת המוח המוטורית של חולדות גורמת גירעונות מנוע מידיים וקבועים. השיטות המוצע במסמך זה לרמות ניתוח ההשתלה microelectrode, שלוש פעילויות התנהגותיות מכרסמים התירי פוטנציאל לשינויים בתפקוד המוטורי בסדר או דוחה עקב פגיעה הנגרמת-השרשה קליפת המוח המוטורית.

Abstract

מכשור רפואי מושתל במוח החזק פוטנציאל עצום. כחלק ממערכת המוח המכונה ממשק (BMI), intracortical microelectrodes להפגין את היכולת להקליט פוטנציאל פעולה מקבוצות בודדים או קטן של נוירונים. אותות שהוקלט כזה בהצלחה שימשו כדי לאפשר למטופלים ממשק עם או לשלוט מחשבים הגפיים רובוטיות, הגפיים משלהם. אולם, מחקרים קודמים שנעשו בבעלי חיים הראו כי ההשתלה microelectrode במוח לא רק פוגעת הרקמה שמסביב אבל יכול גם לגרום גירעונות פונקציונלי. כאן, אנו נדון סדרת מבחנים התנהגותיים לכמת פוטנציאליים ליקויים מוטוריים בעקבות ההשתלה של intracortical microelectrodes לתוך קליפת המוח המוטורית של חולדה. השיטות רשת השדה פתוח, מעבר הסולם של בדיקות חוזק אחיזה מספקים מידע רב ערך לגבי סיבוכים פוטנציאליים הנובע השרשה microelectrode. תוצאות בדיקה התנהגותית נמצאים בקורלציה עם היסטולוגיה קצה, מתן מידע נוסף על תוצאות פתולוגיים ועל ההשפעות של הליך זה על הרקמות הסמוכות.

Introduction

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Intracortical microelectrodes שימשו במקור כדי למפות את המעגלים של המוח, פיתחנו כלי חשוב כדי לאפשר הגילוי של כוונות מוטורית אשר יכול לשמש כדי לייצר תפוקות פונקציונלי1. פלטי פונקציונלי שזוהו יכול להציע אנשים הסובלים פגיעות בעמוד השדרה, שיתוק מוחין, נוירודגנרטיביות (ALS) או תנאים אחרים הגבלת תנועה הפקד של המחשב הסמן2,3 או רובוטית זרוע4,5,6, או לשקם את תפקוד האיבר בעלי מוגבלויות משלהם7. לכן, intracortical microelectrode הטכנולוגיה התפתחה חברה מבטיחה וגדל במהירות שדה8.

בשל ההצלחות ראיתי בשטח, מחקרים קליניים נערכים כדי לשפר ולהבין טוב יותר את האפשרויות של ה-BMI טכנולוגיה5,9,10. על-ידי מימוש הפוטנציאל המלא של תקשורת עם הנוירונים במוח, היישומים שיקום נתפסים בלתי מוגבלות8. למרות שיש הרבה אופטימיות לעתיד של טכנולוגיית intracortical microelectrode, הוא גם ידוע כי microelectrodes בסופו של דבר להיכשל11, כנראה עקב מענה neuroinflammatory חריפה בעקבות ההשתלה. ההשתלה של חומר זר במוח גורמת נזק מיידי הרקמה שמסביב וגורם נזק נוסף נגרם על-ידי התגובה neuroinflammatory משתנה בהתאם למאפיינים של השתל12. בנוסף, שתל במוח עלולה לגרום אפקט microlesion: ירידה בחילוף החומרים של גלוקוז חשבו נגרמת על ידי בצקת חריפה, דימום עקב הכניסה המכשיר13. יתר על כן, את איכות האות ואת אורך הזמן שבו ניתן להקליט אותות שימושי אינם עקביים, ללא קשר15,1614,11,המודל החייתי. מספר מחקרים הוכיחו את הקשר בין neuroinflammation ו microelectrode ביצועים17,18,19. לכן, הקונצנזוס של הקהילה היא כי התגובה דלקתית של הרקמה העצבית המקיף את microelectrodes, לפחות בחלקו, פוגעת אלקטרודה אמינות.

מחקרים רבים בחנו דלקת מקומית11,20,21,22 או חקר שיטות לצמצום הנזק במוח שנגרם על-ידי ההוספה11,23, 24,25, עם מטרה של שיפור הביצועים הקלטה מעל הזמן14,26. בנוסף, אנחנו לאחרונה הראו כי פציעה iatrogenic נגרמת על ידי הכניסה microelectrode של קליפת המוח המוטורית של חולדות גורמת מידיים וקבועים גירעון המנוע בסדר27. לכן, המטרה של הפרוטוקולים המובאת כאן היא לתת חוקרים שיטה כמותית כדי להעריך את הגירעונות מנוע אפשרי עקב טראומה מוחית בעקבות ההשתלה ונוכחות מתמיד של מכשירים intracortical (microelectrodes, במקרה של כתב יד זה). הבדיקות ההתנהגות המתוארים כאן נועדו לבדוק שני ליקויים בתפקוד המוטורי וגסה, ניתן להשתמש במודלים שונים של פגיעה מוחית. שיטות אלה הן פשוט, לשחזור, ניתן ליישם בקלות במודל של מכרסמים. עוד, השיטות המובאות כאן מאפשרים התאמה של התנהגות מוטורית לתוצאות היסטולוגית, יתרון כי עד לאחרונה, המחברים לא ראיתי שפורסם בתחום ה-BMI. לבסוף, כמו שיטות אלה נועדו לבחון המוטורית בסדר28, דוחה המוטורית29ו מתח וחרדה התנהגות29,30, השיטות המובאות כאן ניתן גם ליישם לתוך מגוון הדגמים פגיעת הראש שבו החוקרים רוצה לשלוט החוצה (או) כל גירעונות המוטורית.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

כל נהלים ושיטות טיפול בבעלי חיים היו שאושרו על-ידי וביצע בהתאם לואי סטוקס קליבלנד המחלקה של ותיקי לענייני מרכז מוסדי חיה טיפול רפואי ושימוש ועדות.

הערה: לחנך חוקרים את ההחלטה אודות השימוש של מודל פציעה דקירה כפקד, מומלץ לסקור את העבודה שנעשתה על ידי פוטר. et al. 21.

1. microelectrode השרשה הליך כירורגי

  1. בפגישת ההכנה בעלי חיים
    1. עזים ומתנגד החיה בתוך תא אינדוקציה באמצעות איזופלוריין (2-4%). תחת הרדמה, לפקח באופן רציף את החיה באמצעות מערכת מדידה חיוני לעקוב אחר קצב הלב ואת תכולת החמצן בדם.
    2. להעביר את החיה קונוס האף כדי להמשיך ההרדמה. Subcutaneously (SQ) להזריק צפלוספורין אנטיביוטיקה, למשל צפאזולין (25 מ"ג/ק"ג), לא סטרואידיות, למשל carprofen (5 מ"ג/ק"ג) כדי למנוע זיהום ולנהל את הכאב, בהתאמה.
    3. בנדיבות להחיל משחה אופטלמולוגיות לעיניים של החיה כדי למנוע ייבוש.
    4. בעזרת קוצץ ציפורניים בעל חיים קטן, חתוך את הציפורניים כדי למנוע את החיה מגרד התפרים במהלך ריפוי הפצע. ודא כי הציפורניים אינם נחתכים קצר מדי, משום שזה יכול לגרום כאב ודימום לבעל החיים.
    5. לגלח את הראש של החיה ביסודיות מאחורי האוזניים כדי בין העיניים באמצעות טרימר של גילוח.
    6. לספק שיכוך כאבים מקומיים של הזרקת SQ נמשך (0.3 מ"ל של 0.125% נמשך מדולל מהפתרון מניות) בחלק העליון של הראש של החיה באזור החתך.
    7. הר החיה על מסגרת stereotaxic, באמצעות האוזן ברים כדי למנוע את הראש זז במהלך הניתוח. מניחים מים במחזור חימום כרית תחת החיה כדי לשמור על הטמפרטורה הפנימית של החיה.
    8. החל תלוי סטרילי, למשל, כמוסד שאושרו על-ידי סטרילי בניילון נצמד, כדי לבודד את השדה הכירורגי.
    9. לשפשף האזור הכירורגי באמצעות פתרון betadine לסירוגין, אלכוהול איזופרופיל scrubs.
    10. לבצע צביטה הבוהן לפי הפרוטוקול מוסדיים כדי להבטיח החיה מתחת למטוס כירורגי.
  2. להתכונן חיה השרשה
    1. ליצור חתך של 1 ב מטה קו האמצע לחשוף את הגולגולת באמצעות אזמל להב מספר 10. בלשון בוטה הסרת קרום העצם באמצעות של המוליך שקצהו כותנה, להפסיק את כל השימוש דימום עם פד גזה. . משכי את הרקמה שמסביב שימוש בקליפים התנין לנקות, מייבשים את הגולגולת עם חמצן.
    2. במקום מספר טיפות של רקמות מבוסס cyanoacrylate דבק על הגולגולת חשוף כדי לשפר את הבטון שיניים מליטה בשלבים מאוחר יותר.
    3. בחצי הכדור שבחרת, לסמן את האזור של קליפת המוח המוטורית המתאימים לתנועת forepaw כ 3 מ מ לרוחב קו האמצע ו- 2 מ מ והשתרשה עמוק בלבה bregma על-ידי יצירת חתך בתוך העצם.
    4. להסיר חלק הגולגולת באמצעות מקדח שיניים קצהו מעוגל 1.75-מ מ, לוקח שיקולים מיוחדים לא לקדוח מהר מדי או יותר מדי עמוק, ותמיכה של יד אחת על המסגרת stereotaxic. התרגיל צריך להיות מוחל על הגולגולת לסירוגין כדי למנוע התחממות יתר31.
    5. משקפים השכבה הקשה של המוח באמצעות איסוף דורא בסדר מכור 45°.
    6. נקה כל דימום באמצעות המוליך שקצהו כותנה תמיסת מלח, מטפל למגע לא ישיר על פני המוח.
  3. החדרת microelectrode בקליפת מנוע
    1. הר בקפידה את microelectrode מעוקר ב מחזיק אוניברסלי על המסגרת stereotaxic, לוקח זהירות לא להקפיץ את הדוקרן של האלקטרודה. ודא כי המחבר ממשק headstage של האלקטרודה מוחזקת בחוזקה על ידי המחזיק.
      הערה: כאן, shank סיליקון פונקציונלי בן שלוש מישיגן בסגנון אלקטרודה מדידה מיקרומטר מיקרומטר x 15 2 מ מ x 123 שימש ומוספים הסכין היה באמצעות מלקחיים משובחים.
    2. באמצעות micromanipulators את המסגרת stereotaxic, הצב בקפידה את קצה האלקטרודה הגולגולת.
    3. והורד בעדינות האלקטרודה כ 2 מ מ לתוך המוח באמצעות micromanipulators כמדריך מדידה (בהתאם הבחירה של אלקטרודה, ההכנסה אוטומטיים במחירים מבוקרים עשוי להידרש.) קח זהירות כדי למנוע כל להערכת גלוי במידת האפשר. לאחר האלקטרודה במקום, בזהירות לשחרר את מחבר ממחזיק אוניברסלי ומשכו את הזרוע ההכנסה.
    4. בזהירות לנקות כל הדימום מ סביב האלקטרודה באמצעות המוליך שקצהו כותנה תמיסת מלח.
    5. לאטום את הניתוח סביב האלקטרודה מושתל באמצעות אלסטומר סיליקון.
    6. לתקן את האלקטרודה לגולגולת באמצעות מלט שיניים.
    7. ברגע הבטון הוא יבש לחלוטין, להפגיש את הקצוות של החתך בחזית וגב headcap מלט בין תפר שאותן סגורות.
  4. טיפול לאחר הניתוח
    1. לאפשר את החיה לשחזר על מים במחזור חימום משטח תוך לעקוב אחר הסימנים החיוניים שלה. הימנעו משימוש מנורות חימום הטמפרטורה של מנורות שקשה יותר לשלוט ואת בעלי החיים עלול להתחמם יותר מדי.
    2. לאחר החיה ער לגמרי, להעביר את החיה כלוב נקי עם גישה נוחה אל מזון ומים.
    3. בימים שלאחר הניתוח 1-3, לספק את החיות עם אנטיביוטיקה צפלוספורין SQ (25 מ"ג/ק"ג), דלקתיות לא סטרואידיות (5 מ"ג/ק"ג) כדי למנוע זיהום ולנהל את הכאב שלהם.
    4. לפקח על החיות מדי יום עבור סימני כאב או אי נוחות, דימום, שינוי משקל או תפר בעיות דרך יום לפחות לאחר הניתוח.

2. בדיקה התנהגותית

  1. כל התנהגות בדיקה, בדיקה החיות 2 x לכל בדיקה בשבוע לפני הניתוח השתלת אלקטרודה לחישוב ציוני הקבלה שלהם טרום ניתוח. בעקבות הניתוח, לאפשר את החיות לנוח במשך שבוע לפני תחילת ההתנהגות בדיקה 2 x בשבוע על כל בדיקה. תנאי הבחינה עקבי אמור לשמש לאורך כל תקופת המחקר גם מראש וגם לאחר ניתוח בדיקות כדי למזער את ההשפעות של הלחץ על הביצועים, אשר יכול לגרום מידה של חרדה.
    1. ניקוי ציוד בדיקות הכל עם sterilant המבוססת על דו-חמצני כלור בתחילת כל מפגש הבדיקה ואחרי כל בעל חיים.
    2. הסרט רשת השדה פתוח ובדיקות הסולם. בדיקות אלה דורשים מצלמת וידאו (1080p, מינימום של 15 fps, 78° אלכסוני שדה ראייה), מחשב נייד, וגישה לחדר כדי לאחסן את נתוני וידאו.
    3. בתחילת כל יום בדיקה, להביא את החיות מחדר הבדיקות ולאפשר להם להסתגלות לפחות 20 דקות לפני תחילת הבדיקה. החדר הזה אמור להיות אור, טמפרטורה מבוקרת, אנשי אותו צריך להשלים כל בדיקה. באופן אידיאלי, באותו החדר ישמש עבור כל בעלי החיים במהלך הבדיקה ללא שינויים לחדר.
    4. שימוש תגמולים מזון כדי לעודד את בעלי החיים כדי להשלים את המשימות, במיוחד במהלך האימון הסולם. דגני בוקר או חתיכות קטנות של בננה צ'יפס או קרקרים לעשות טוב תגמולים.
    5. לנרמל את כל המופעים בדיקה שבועית על הציונים טרום ניתוח עבור כל בעל חיים בודדים (משוואה 1).
      משוואה 1:Equation 1
  2. פתח את שדה בדיקות רשת
    הערה: הבדיקה רשת בשטח פתוח נבנה בתוך הבית, יש משטח הריצה של 1 מ'2 עם קירות גבוהים יחסית אטום 40 ס מ בקירוב. בתחתית פועל השטח של הרשת מחולק 9 ריבועים שווים מן החלק התחתון באמצעות הקלטת (איור 1א'). הקלטת המצלמה נטענה באופן קבוע מעל מרכז הרשת על פיגומים.
    1. כדי להתחיל לבדוק רשת בשטח פתוח, במקום החיה במרכז הרשת מופנה הבודק.
    2. לאפשר את החיה לרוץ בחופשיות למשך 3 דקות בעת הקלטת וידאו.
    3. כאשר החיה השלימה בדיקות, להסיר את החיה מן הרשת ולהחזיר אותה לכלוב. נקו את הרשת ביסודיות עם כלור מבוסס-דו-חמצני sterilant.
    4. לבדוק כל חיה 1 x לכל בדיקות ביום.
    5. לנתח את מספר קווי רשת חצה את המרחק הכולל, מהירות מקסימלית של החיה כמו מדדי בתפקוד המוטורי דוחה באמצעות תוכנת מעקב וידאו.
      הערה: הנתונים המוצגים כאן היו לכמת באופן ידני על ידי חוקרים מיומנים, אך זה הוא העדיף להשתמש שפותחו לאחרונה בארגון מעקב אלגוריתם32.
  3. סולם בדיקות
    הערה: הבדיקה הסולם נבנה בתוך הבית והוא מורכב 2 קירות צד שקוף, כל 1 מ' אורך, המחוברים על ידי אחזו בקוטר 3 מ מ במרווחים של 2 ס מ אחד מהשני (איור 2א). סולם בדיקות הוא מבחן מיומנים, ולכן דורש 1 בשבוע של אימונים לפני הקלטה הציונים טרום ניתוח. הפרוטוקול עבור האימונים ולאחר בדיקה הוא זהה.
    1. להעביר את החיה כלוב נקי המעצר הזמניים להתחיל בדיקות הסולם.
    2. להגדיר את הסולם כך היא מגשרת 2 כלובים. סוף ההתחלה בסולם יונח על כלוב נקי, הסוף סיום נשענת על הכלוב הביתה של החיה לשמש מוטיבציה כדי להשלים ההפעלה.
    3. מקם את המצלמה זהה (או דומה) על חצובה במרכז הסולם. המיקום של המצלמה צריכה להיות בגובה רונג ולאפשר על הסולם שלמה כדי לראות.
    4. עם מצלמת הוידאו פועל, להחזיק את החיה לקו הזינוק של הסולם, המאפשר את כפותיהם קבלה לגעת השלב הראשון.
    5. לאפשר את החיה לחצות את הסולם בקצב שלהם. הזמן שחלף בין הרגע כאשר כפת החיה נוגע השלב הראשון, קו הסיום בבית השלישי רונג האחרון יקבע הזמן של החיה לחצות.
    6. אם בעל החיים מסתובבת על הסולם או לא זזה לתקופה של 20 s, שקול את החיה נכשל הפעל. להקצות החיות עונש להבקיע הזמן עבור כל אחד נכשל הפעל. לקבוע את הזמן עונש על ידי הביצועים האיטיים ביותר שנרשם במהלך בדיקות טרום ניתוח-27.
    7. לאפשר כל חיה לחצות את הסולם 5 x לכל בדיקה יום כ 1 דקות מנוחה בין כל הפעלה.
    8. ממוצע למסלולי 3 המהירה ביותר ליום כמו מדד של בסדר המוטורית. בנוסף, להקליט מספר פעמים שכל אחד הקדמי הכפות שוברי הנחה אחזו באמצעות תוכנת מעקב וידאו.
      הערה: הנתונים המוצגים כאן היו לכמת באופן ידני על ידי חוקרים מיומנים, אך זה הוא העדיף להשתמש באלגוריתם שפותחו לאחרונה מעקב ללא צורך במיקור חוץ באמצעות Dona. et al. 32.
  4. בדיקות חוזק אחיזה
    1. לכייל מד כוח אחיזה לפני כל הפעלה הבדיקה, למדוד את עוצמת גרמים.
    2. מקם את מד עוצמת האחיזה בקצה של מונה עם הכידון לאחיזה מורחב על הרצפה.
    3. לאפשר את החיה לתפוס את הכידון עם שתי כפות קבלה תוך החזקת החיה על ידי בבסיס הזנב (איור 3א).
    4. ברגע החיה יש אחיזה חזקה עם כל כף היד, משוך את החיה הרחק מד מאת בבסיס הזנב בכוח לאט ובזהירות.
    5. להקליט את הכוח המרבי אחיזה שהופעל על ידי החיה אשר מוצג על הדיגיטלי פלט על ידי מטר כוח אחיזה.
    6. לבדוק כל חיה 3 x לכל בדיקה יום כ 2 דקות מנוחה בין כל בדיקה.
    7. כמו מדד של בסדר המוטורית, להקליט ו ממוצע עוצמת האחיזה המרבית פלט מכל הניסויים 3.

3. פוסט-התנהגותית פרוטוקול

  1. בעקבות כל ההתנהגותי בוחן (למשל, 8-16 שבועות לאחר ההשתלה), עזים ומתנגד החיות עמוקות באמצעות קטאמין (160 מ"ג/ק"ג), חריגות השירותים הווטרינריים (20 מ"ג/ק"ג), transcardially perfuse אותם, לקצור את המוח ואת פרוסות הקפאה, כתם הרקמה באמצעות סמנים immunohistochemical כדי לכמת את התגובה התאית סביב האתר של ההשתלה33,34,35,36,37,38.

4. ניתוח סטטיסטי

הערה: ניתוח כוח פוטנציאלי הוא הציע בתוקף עבור כל מחקרים המבקשים לענות על שאלה מחקר מסוים. הניתוח של כוח, אשר מודיעה מספר החיות הדרוש להשגת של מובהקות סטטיסטית עבור עיצוב מחקר מסוים, צריך להיות מבוסס על ההנחה מחקר מסוים, העיצוב של הניסוי, את גודל ההשפעה המשוערת ואת השתנות הטיפולים המיועד, כמו גם את גודל אפקט הדרוש להשגת הרלוונטיות הקלינית או מדעיים.

  1. לבצע ניתוחים סטטיסטיים באמצעות תוכנה סטטיסטית נפוצות.
  2. משיבים את סטטיסטיקה תיאורית ולהציג אותם כמו זאת אומרת ± שגיאה סטנדרטית.
  3. לנתח את הביצועים התנהגותיים [ב- רשת השדה פתוח (שלב 2.2), סולם (שלב 2.3), ובדיקות ידית כוח (שלב 2.4)] בכל נקודה זמן שבועי כדי להשוות את השליטה לעומת מושתל קבוצות באמצעות מבחן t של שני מדגמים. שקול לכל נקודת זמן שבועי מדד עצמאית.
  4. לכמת את הביצועים האורך באמצעות מודל ליניארי של אפקט מעורבת. השבוע וקבוצת קבועים גורמים, חיה ניסיוני מקונן בתוך הקבוצה כאפקט אקראי. ניתוח השונות (ANOVA) משמש כדי לקבוע את אפקט גורם עם רמת מובהקות של 0.05 < p .
  5. להשוות את הביצועים הסולם בעוצמה G (IgG) immunoglobin באמצעות ניתוח רגרסיה ליניארית. לחשב את מקדם המתאם של פירסון שיטה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

באמצעות השיטות המובאות כאן, ניתוח ההשתלה microelectrode של קליפת המוח המוטורית הוא השלים הבאים נהלים הקים39,40,41,42, ואחריו לבדוק רשת בשטח פתוח כדי להעריך את דוחה המוטורית ואת הסולם ואת האחיזה כוח בדיקות כדי להעריך את המנוע בסדר לתפקד27. בדיקות המוטורית היה 2 שהושלמו x בשבוע במשך 16 שבועות לאחר הניתוח בבעלי מושתל, ללא בעלי ניתוח שאינו מושתל כפקד. כל הציונים לאחר הניתוח היו בממוצע בשבוע, מנורמל ל ציונים טרום הניתוח הבסיסית של כל חיה בודדים. כל שגיאה המדווח שגיאת התקן של הממוצע (SEM).

למדוד שלהם מגעיל המוטורית תוך דגש על התנהגות, הורשו בעלי חיים לרוץ בחופשיות במבחן רשת בשטח פתוח למשך 3 דקות (איור 1א'). מדדים שונים של בדיקה זו ניתן לצרוב, כולל מספר רשת קווים חוצים, המרחק הכולל נסע, והמהירות המרבית מושגת על-ידי החיה. בנתונים אלה שדווחה בעבר, מספר קווי רשת חצה מוצג27. בשבוע הראשון שלאחר תקופת ההחלמה (timepoint 2-שבוע), הבדל משמעותי היה לראות את ביצועי הרשת בשטח פתוח בין 2 הקבוצות. עם זאת, הייתה משמעות נוספת במהלך המשך המחקר (איור 1B). שליטה ובעלי מושתל microelectrode הבקיע באופן דומה לאורך כל הבדיקה, השונות בביצועים היה גבוה יחסית של שתי קבוצות של בעלי חיים. אין משמעות נראתה כאשר משווים את ביצועי הרשת בשדה פתוח בשתי קבוצות של בעלי חיים על פני כל הזמן ניסיוני. מפני שלא היה שום הבדל בביצועים בין 2 קבוצות של בעלי חיים, תוצאה זו היתה להתפרש כדי לציין כי אין גירעון המנוע ברוטו או מגבילות קשות מתח נגרמת על ידי ההשתלה microelectrode קורטקס מוטורי27. בעת פירוש הנתונים, ירידה במספר קווי רשת חצה, המרחק הכולל נסע, או המהירות המרבית מושגת על-ידי כל החיה מצביעים על ירידה בתפקוד המנוע שלה מגעיל (טבלה 1).

כדי למדוד את תפיסתו מתואמת ואת בסדר המוטורית, חיות השתתפו מבחן סולם אופקי (איור 2א) שבו נרשמו הזמן שנדרש החיה לחצות את הסולם ואת התדירות של כף היד גולשת. לאחר הניתוח הסולם המעבר פעמים היו מנורמל עבור כל חיה כדי עשרות טרום ניתוח של כל חיה בודדים. לכן, אחוז חיובי עולה בקנה אחד עם ירידה חוצה הסולם, הופעה מוגברת, אחוז שלילי עולה בקנה אחד עם עלייה חוצה את הסולם, פגיעה בביצועים (איור 2B, טבלה 1).

בנתונים אלה שדווחה בעבר, החיות שליטה, ולא קיבלו שום השתל, להציג את הביצועים האיטיים ביותר פעמים (82.6 ± 26.0%) במהלך השבוע הראשון לאחר הניתוח בדיקות מיד לאחר ההתאוששות שלב27. החל בשבוע השני של הסולם לאחר הניתוח בדיקות, החיות שליטה חידש שלהם פעמים ביצועים בסיסית ומתוחזק ציונים להשוות ציונים הבסיסית שלהם במהלך המחקר עם סטיה קטנה מאוד.

החיות קבלת של microelectrode intracortical ראה ניתוח הבאים straightaway לביצועים הירודים. בעלי חיים אלה הפגינו של הסולם מוגברת מעבר זמן בהשוואה שלהם הבסיס של 199.1 ± 61.4% בשבוע הראשון לאחר הניתוח בדיקות. החיות מושתל להציג הופעה מופחת עבור משך הזמן של המחקר, הביצועים שלהם לא חזר ציוני הקבלה שלהם בסיסית. אצל בעלי החיים שלהם הכי גרוע, מושתל ירד בביצועים במהלך שבוע 11 לממוצע של 526.9 ± 139.4% לעומת הביצועים הבסיסית שלהם. בנוסף, החיות מושתל הראה שונות גבוהה יותר בהשוואה לבעלי שליטה. היה הבדל משמעותי בין שליטה לבין בעלי החיים מושתל במהלך השבוע הראשון של בדיקות. אולם, נראה הבדל משמעותי בשינוי אחוז לעומת הפעמים בסיסית בין הקבוצות שבועות כל הסגירות העוקבות במחקר (p < 0.05) (איור 2B).

עדות נוספת בסדר ליקוי מוטורי הודגם על ידי התדירות של כף הרגל הימנית מחליק בין 2 קבוצות של בעלי חיים. הביצועים של כף הרגל הימנית היה עניין מיוחד כי microelectrodes שהיו מושתלים באונה השמאלית של המוח באזור של קליפת המוח המוטורית אחראי לבקרת כפה קדמית. על ידי ניתוח וידאו מוקפד, מחליק כף הרגל היו תיעד, לכמת (איור 2C). בעוד אין הבדלים משמעותיים נצפו בשכיחות של כף היד השמאלי מחליק, התברר כי החיות מושתל חוו מחליק כף הרגל הימנית יותר באופן משמעותי לעומת החיות שליטה (ממוצע של 0.54 ± 0.07 כף הרגל הימנית גולשת בשבוע ב מושתל בעלי חיים לעומת ממוצע של 0.32 ± 0.02 החזית נכון paw מתעודות משלוח בשבוע את החיות שליטה). בעת פירוש הנתונים, עלייה הזמן לחצות את הסולם או לגידול במספר של כף היד גולשת מצביעה על ירידה בתפקוד המנוע בסדר (טבלה 1).

כאמצעי משני של תפיסתו מתואמת ותפקוד מוטורי בסדר, החיות להשלים מבחן כוח אחיזה (איור 3א) שבו נרשמה עוצמת האחיזה המרבית שהופעל על ידי בעלי החיים. ציונים אחיזה שבועי של החיה בודדים היו מנורמל שלהם כוח אחיזה בסיסית טרום הניתוח. זה היה נראה כי כוח אחיזה לאחר הניתוח של החיות מושתל פחתו משמעותית בהשוואה החיות שליטה כמעט בכל נקודת זמן לאחר הניתוח. (איור 3ב). חוזק אחיזה של החיות שליטה משופרת בעקבות טרום ניתוח בדיקות, ככל הנראה בשל השפעת אימון. יתר על כן, אחיזה כוח החיות בקרת היה גדול יותר באופן משמעותי מאשר הבסיס לאורך כל הקורס של המחקר (p < 0.05). מעניין, ידית כוח הביצועים החיות מושתל באופן משמעותי יותר הבסיס (0.01 <p ) בשבוע הראשון של בדיקות בעקבות שלב ההתאוששות, אבל לאט הוחזרה הביצועים הבסיסית שלהם. ראוי לציין, ירידה בכח האחיזה המרבית מושגת על-ידי החיה מצביעה על ירידה בתפקוד המנוע בסדר (טבלה 1).

סמני היסטולוגית שונים ניתן להמחיש את microenvironment ליד לשתלים במוח, כולל הגרעינים עצביים, האסטרוציטים יציבות מחסום הדם - מוח. כאן, נוכל לבצע immunohistochemical מכתים עבור IgG, חלבון דם נפוץ בדרך כלל לא נמצא במוח. עבודה קודמת מראה כי IgG מחוון שימושי של שלמות מחסום הדם - מוח כמו נוגדן נמצאו בדם, וזה בדרך כלל לא להציג את המוח16,18, ולכן הנוכחות של IgG בתוך רקמת המוח שמסביב ניתן מתואמים בשלמות מחסום הדם - מוח43. . הנה, עוצמת קרינה פלואורסצנטית IgG היה מנורמל רקמת המוח רקע, כימות החל מ- הגבול של החור explantation אלקטרודה, זזים בסלי קונצנטריים עד IgG כבר לא היה נוכח הרקמה. החיות מושתל הראו עלייה משמעותית בעוצמת IgG ליד החור החוצה מיקרומטר 150 לעומת החיות שליטה. עוצמת IgG את החיות מושתל הדרגתי של חזרה רקע בעוצמה על המרחק הקורן החור microelectrode מושתל. שליטה בבעלי החיים, נתקל מעולם לא היה מושתל של microelectrode, עוצמת IgG מנורמל לא היה נוכח כמויות משמעותיות מעל רקע בעוצמה כפי מחסום הדם - מוח לא נפגע בבעלי חיים אלה.

בגלל הבדלים משמעותיים נצפו הן הסולם ביצועים והן בעוצמה IgG, השניים היו בקורלציה (איור 4). כאן, עוצמת פלורסנט המנורמל של האזור IgG תחת עקומת מ 0-50 מיקרומטר מממשק רקמות-אלקטרודה עבור כל חיה היה בקורלציה עם הממוצע הסולם ביצועים של כל בעל חיים במהלך המחקר. מקדם המתאם של 0.90 נקבע, הוכחת מתאם חזק מאוד בין ביצועי המנוע בסדר לבין נזק מחסום הדם - מוח.

Figure 1
איור 1 . תוצאות הבדיקה של שדה פתוח נציג רשת. (א) לוח זה מראה מלכודת בדיקה התנהגותית ברשת בשטח פתוח של הבדיקה (עבור מנוע ברוטו ובדיקות חרדה). המבחן רשת בשטח פתוח מורכב גיליון אקרילי 1 m-2 עם 4 קירות אטומים בגובה של 40 ס"מ ומקטעים התחתון ריבוע של 33 ס מ כל אחד. (B) לוח זה מראה הופעה המוטורית ברוטו נמדד לפי מספר קווי רשת חצה, לעומת רמת הביצועים הבסיסית. הבדל משמעותי בביצועים נראתה בין הפקד (n = 10), את מושתל (n = 17) קבוצות ב- 2 שבועות לאחר הניתוח (p < 0.05). כל שגיאה המדווח ב- SEM. איור זה מודפס של גוס-וארלי. et al. 27 עם הרשאה מקבוצת פרסום הטבע. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 2
איור 2 . סולם נציג את תוצאות הבדיקה. (א) לוח זה מראה מלכודת בדיקה התנהגותית סולם מבחן (לבדיקת המוטורית בסדר). הסולם מורכבת 2 ברור אקריליק צדי 1 מ' אורך ו- 25 ס מ גובה, הצטרפו אחזו פלדת אל-חלד במרווחים של 2 ס מ בקוטר 3 מ מ. (B) לוח זה מציג ביצועים משובחים המוטורית נמדדת חוצה את הסולם, לעומת רמת הביצועים הבסיסית. התוצאות מתחת לקו מקווקו מצביעות על ירידה ברמת הביצועים לעומת רמת הביצועים הבסיסית. הבדל משמעותי בביצועים התגלה בין הפקד (n = 10), את מושתל (n = 17) קבוצות במשך שבועות לאחר הניתוח 3-16 (* = p < 0.05, * * = 0.01 < p ) longitudinally על פני כל לומד ( # = p < 0.05). (ג) לוח זה מציג מופע כימות של מחליק כף הרגל הקדמי הימני. הבדל משמעותי התגלה בהמופע של כף הרגל הקדמי הימני גולשת בשבוע כאשר משווים את הפקד ואת הקבוצות מושתל (* = p < 0.05). (ד) זוהי דוגמה של תגית כפת. כל שגיאה המדווח ב- SEM. איור זה מודפס של גוס-וארלי. et al. 27 עם הרשאה מקבוצת פרסום הטבע. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 3
איור 3 . תוצאות בדיקות חוזק אחיזה נציג. (א) לוח זה מראה בדיקה התנהגותית התקנה עבור חוזק אחיזה (לבדיקת המוטורית בסדר). מד כוח אחיזה מורכבת בסיס משוקללת עם לאמוד כוח הנטען מחובר על הכידון לאחיזה. (B) לוח זה מראה הביצועים בסדר המוטורית, נמדדת עוצמת האחיזה המרבית המופעל לעומת רמת הביצועים הבסיסית. התוצאות מתחת לקו מקווקו מצביעות על ירידה ברמת הביצועים לעומת רמת הביצועים הבסיסית. הבדלים משמעותיים נצפו בין הפקד (n = 5) ולא של מושתל (n = 6) חיות במשך שבועות כמעט את כל הניתוח (* = p < 0.05, * * = p < 0.01, * * * = 0.001 < p ). משמעות נוספת נראתה בין הופעות שבועי ו'בסיסית החיות שליטה (# = p < 0.05) ובין הופעות שבועי ו'בסיסית החיות מושתל (# = 0.01 < p ). את הפקד ואת החיות מושתל שבוצעה שונה באופן משמעותי longitudinally על פני המחקר כולו (@ @ @ = p < 0.001). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 4
איור 4 . המתאם של IgG וביצועי הסולם. עוצמת קרינה פלואורסצנטית המנורמל IgG סביב האתר של ההשתלה היה בקורלציה עם שינוי סולם ביצועים, מקדם המתאם של 0.901 נמצאה (p < 0.001). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Table 1
טבלה 1- באופן כללי התנהגות נציג נתונים מציג להגדיל או להקטין את הביצועים לעומת בסיסית הציונים של כל מדד הבדיקה. הקופסאות הירוקות מייצגים ביצועים משופרים, מה שהופך את גירעון המנוע לא סביר, ולייצג התיבות האדומות הופעה מופחתת, מה שהופך את הגירעונות המוטורית סביר.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

פרוטוקול שמפורטות כאן שימש למדוד ביעילות, reproducibly גירעון המנוע בסדר וגם מגעיל במודל של פגיעה מוחית מכרסמים. בנוסף, היא מאפשרת הקורלציה של התנהגות מוטורית בסדר לתוצאות היסטולוגית בעקבות ההשתלה microelectrode של קליפת המוח המוטורית. השיטות הן קל לעקוב, זולה להגדיר, יכול להיות שונה כדי להתאים את הצרכים האישיים של חוקר. יתר על כן, הבדיקות התנהגות אינו גורם מתח רב או כאב החיות; במקום זאת, החוקרים מאמינים שהחיות גדלו ליהנות תרגיל התגמולים כי הגיע עם הבדיקות. מחקרים קודמים הראו כי קליפת מנוע נזק יכול לגרום מנוע, זיכרון, נזק תפקודי44,45. עם זאת, למרות ידיעה זו, קיים מידע מוגבל על ההשפעה הפונקציונלית הנגרמת על ידי ההשתלה microelectrode קורטקס מוטורי27, אשר עלול להשפיע לרעה על התוצאות קליניים בחולים.

שינויים יכול להתבצע בכל הפרוטוקול, הליך כירורגי והן בבדיקת התנהגות. פרוטוקול זה מתאר את ההליך כדי להשתיל microelectrodes של קליפת המוח המוטורית של בעלי חיים באזור משפיע על forepaws. הליך זה ניתן להתאים בקלות לשנות את השתל, כולל אלקטרודות גירוי חשמלי46 או קנולות עבור משלוח סמים47, או הסוג של פגיעה, כולל דגם TBI48. ניתן לבצע שינויים ותיקונים נוספים מדדים הניקוד נעשה שימוש במבחן רשת בשדה פתוח, וכדי הסולם בדיקות מכשירים. בנוסף למספר קווי רשת חצה, המרחק הכולל נסע, ואת מהירות מקסימלית מושגת על ידי החיה, הזמן בילה קיפאון מספר פניות ימינה ושמאלה נרשמים בתור פרמטרים נוספים של ביצועי מנוע32 . במבחן הסולם, הסרת אחזו49 או הצבת הסולם על העליה50 יכול להגביר את הקושי, למרות עם השתלים הנוכחי המחברים לא מצא זה הכרחי כדי להקניט חסרונות המנוע בסדר ביישום זה. בסופו של דבר, למרות המנגנון הבדיקה המוצגת כאן נועדו לשמש עם חולדות, היחידות זה מדע פשוט, למעלה או למטה כדי לשמש עם מכרסמים שונים בגודל. חשוב לציין כי אם מתעוררות בעיות שבהם חיה אינו מסוגל להשלים את הניתוח לפני בדיקות באופן עקבי, החיה יש להסיר מן המחקר.

כמו עם כל בדיקה התנהגותית, חיוני יישאר עקבי ככל האפשר במהלך המחקר. הוכח כי תוצאות הבדיקה יכול להשתנות בהתבסס על החוקר עובד עם חיות51, המיקום שבו בדיקה הוא ביצע52, וגורמים סביבתיים לרבות בעלי חיים הדיור ואת בעלי הליכי53. בנוסף, מחקרים מראים שונות רבה במועדי בהפקת פגיעה מוחית דרך הגולגולת חימום במהלך הליך של גולגולת31 ודגמים של TBI כולל משקל-שחרור דגם54 ו מכני וריאציה מבוקרת בקליפת המוח השפעת דגם55. חוקרים, לכן, לנקוט טיפול מיוחד כדי לשמור על עקביות של הליך כירורגי, בדיקות ותנאי הדיור, וכן אנשי בדיקות, בין היתר.

כיוונים לעתיד של התנהגות אלה בדיקות בשיטות יכול להרחיב על הבדיקה המוצגת כאן כדי לספק תוצאות יסודית יותר. לדוגמה, מבחן מבוך מים או מבחן רוד רוטור יכול לשלב נוסף לחלץ חרדה56 או ברוטו המוטורית57 גירעונות, בהתאמה. בנוסף, עבודה בעתיד אולי גם במטרה להקטין את הנזק לרקמות שנגרם על ההכנסה התקן במוח. העבודה הנוכחית באזור זה התמקדה בהפחתת הסיכון לדלקת דרך טיפולי נוגד חמצון42,58,59,41,60, עיכוב של מלידה השתלים מכנית תואם חסינות איתות לשביל14,15ולאחר הפחתת נזק בכלי הדם במהלך התקן השרשה31,61.

לבסוף, אותו יש לקחת בחשבון כי העבודה הנוכחית הושלמה באמצעות חולדות בריא, ילדותי, זכר כי לא בהכרח לגלם המאפיינים של המטופל אדם טיפוסי קבלת לשתלים במוח. מחקר נוסף לחקור עוד משימות בסדר ודוחים המוטורית במודלים מחלה האופיינית נדרש לאשר את הממצאים שהוצגו כאן. במודלים מחלות בדרגות שונות, ההבדלים בין בעלי החיים המזויפים מושתל, מושתל שאינו עשוי לדרוש את השינויים הנ ל כדי לבדוק את התנאים.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

המחברים אין לחשוף.

Acknowledgments

מחקר זה נתמך בחלקו על ידי את הסקירה למלגות #B1495-R (Capadona) ופרס את הקריירה מוקדם לנשיאות מדען ומהנדסים (PECASE, Capadona) של ארצות הברית (ארה ב) המחלקה של ותיקי לענייני שיקום המחקר, פיתוח שירות. בנוסף, עבודה זו נתמכה בחלקה ליד המשרד של העוזר למזכיר ההגנה לענייני בריאות דרך עמית שנסקרו רפואי מחקר התוכנית תחת מס פרס W81XWH-15-1-0608. התכנים אינם מייצגים את נופי המחלקה לענייני חיילים משוחררים ארה ב או ממשלת ארצות הברית. המחברים רוצה להודות ד ר הירויוקי אראקאווה בתוך ליבת ההתנהגות CWRU מכרסם להדרכה שלו בתכנון וביצוע בדיקות נוהלי התנהגות מכרסמים. המחברים רוצה גם להודות דרייק ג'יימס קווין טלבוט CWRU מחלקה של מכונות, הנדסת אווירונאוטיקה על עזרתם ב עיצוב וייצור הבדיקה הסולם מכרסמים.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Sprague Dawley rats, male, 201-225g Charles River CD
Compac5 anesthesia system Vetequip 901812
Electric trimmers Wahl 9918-6171
Stereotaxic frame David Kopf Instruments 1760
Gaymar heated water pad and pump Braintree Scientific Inc  TP-700
Vetbond tissue adhesive 3M 07-805-5031
Dental drill Pearson Dental O60-0045
Dura pick Fine Science Tools 10064-14
Silicon shank microelectrode Made in-house at Cleveland VA Medical Center N/A
KwikCast silicone elastomer World Precision Instruments KWIK-CAST
Teets dental cement  A-M Systems 525000
Webcam HD Pro c920 Logitec 960-000764
Grip strength meter Harvard Apparatus 565084
Minitab 17 statistical software Minitab Inc
Open field grid test Made in-house at Case Western Reserve University N/A
Ladder test Made in-house at Case Western Reserve University N/A
Rabbit anti rat IgG antibody Bio-Rad 618501

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Donoghue, J. P. Bridging the brain to the world: a perspective on neural interface systems. Neuron. 60, (3), 511-521 (2008).
  2. McFarland, D. J., Sarnacki, W. A., Wolpaw, J. R. Electroencephalographic (EEG) control of three-dimensional movement. Journal of Neural Engineering. 7, (3), 036007 (2010).
  3. Wolpaw, J. R., McFarland, D. J. Control of a two-dimensional movement signal by a noninvasive brain-computer interface in humans. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 101, (51), 17849-17854 (2004).
  4. Bell, C. J., Shenoy, P., Chalodhorn, R., Rao, R. P. Control of a humanoid robot by a noninvasive brain-computer interface in humans. Journal of Neural Engineering. 5, (2), 214-220 (2008).
  5. Collinger, J. L., et al. High-performance neuroprosthetic control by an individual with tetraplegia. The Lancet. 381, (9866), 557-564 (2013).
  6. Hochberg, L. R., et al. Reach and grasp by people with tetraplegia using a neurally controlled robotic arm. Nature. 485, (7398), 372-375 (2012).
  7. Ajiboye, A. B., et al. Restoration of reaching and grasping movements through brain-controlled muscle stimulation in a person with tetraplegia: a proof-of-concept demonstration. The Lancet. 389, (10081), 1821-1830 (2017).
  8. Bowsher, K., et al. Brain-computer interface devices for patients with paralysis and amputation: a meeting report. Journal of Neural Engineering. 13, (2), 023001 (2016).
  9. Taylor, D. M., Tillery, S. I., Schwartz, A. B. Direct cortical control of 3D neuroprosthetic devices. Science. 296, (5574), 1829-1832 (2002).
  10. Taylor, D. M., Tillery, S. I., Schwartz, A. B. Information conveyed through brain-control: cursor versus robot. IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering. 11, (2), 195-199 (2003).
  11. Jorfi, M., Skousen, J. L., Weder, C., Capadona, J. R. Progress towards biocompatible intracortical microelectrodes for neural interfacing applications. Journal of Neural Engineering. 12, (1), 011001 (2015).
  12. Anderson, D. J. Penetrating multichannel stimulation and recording electrodes in auditory prosthesis research. Hearing Research. 242, (1-2), 31-41 (2008).
  13. Pourfar, M., et al. Assessing the microlesion effect of subthalamic deep brain stimulation surgery with FDG PET. Journal of Neurosurgery. 110, (6), 1278-1282 (2009).
  14. Hermann, J. K., et al. Inhibition of the cluster of differentiation 14 innate immunity pathway with IAXO-101 improves chronic microelectrode performance. Journal of Neural Engineering. (2018).
  15. Bedell, H. W., et al. Targeting CD14 on blood derived cells improves chronic intracortical microelectrode performance in chronic modified state of neuroinflammation. Biomaterials. 163, 163-173 (2018).
  16. Kozai, T. D. Y., Jaquins-Gerstl, A. S., Vazquez, A. L., Michael, A. C., Cui, X. T. Brain tissue responses to neural implants impact signal sensitivity and intervention strategies. ACS Chemical Neuroscience. 6, (1), 48-67 (2015).
  17. Rennaker, R. L., Miller, J., Tang, H., Wilson, D. A. Minocycline increases quality and longevity of chronic neural recordings. Journal of Neural Engineering. 4, (2), 1-5 (2007).
  18. Saxena, T., et al. The impact of chronic blood-brain barrier breach on intracortical electrode function. Biomaterials. 34, (20), 4703-4713 (2013).
  19. Kozai, T. D., et al. Effects of caspase-1 knockout on chronic neural recording quality and longevity: insight into cellular and molecular mechanisms of the reactive tissue response. Biomaterials. 35, (36), 9620-9634 (2014).
  20. Biran, R., Martin, D., Tresco, P. Neuronal cell loss accompanies the brain tissue response to chronically implanted silicon microelectrode arrays. Experimental Neurology. 195, (1), 115-126 (2005).
  21. Potter, K. A., Buck, A. C., Self, W. K., Capadona, J. R. Stab injury and device implantation within the brain results in inversely multiphasic neuroinflammatory and neurodegenerative responses. Journal of Neural Engineering. 9, (4), 046020 (2012).
  22. Szarowski, D. H., et al. Brain responses to micro-machined silicon devices. Brain Research. 983, (1-2), 23-35 (2003).
  23. Gunasekera, B., Saxena, T., Bellamkonda, R., Karumbaiah, L. Intracortical recording interfaces: current challenges to chronic recording function. ACS Chemical Neuroscience. 6, (1), 68-83 (2015).
  24. Villalobos, J., et al. Preclinical evaluation of a miniaturized Deep Brain Stimulation electrode lead. Conference Proceedings: Annual International Conferences of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. 2015, 6908-6911 (2015).
  25. Zhong, Y., Bellamkonda, R. V. Controlled release of anti-inflammatory agent alpha-MSH from neural implants. Journal of Controlled Release. 106, (3), 309-318 (2005).
  26. Gage, G. J., et al. Surgical implantation of chronic neural electrodes for recording single unit activity and electrocorticographic signals. Journal of Visualized Experiments. (60), e3565 (2012).
  27. Goss-Varley, M., et al. Microelectrode implantation in motor cortex causes fine motor deficit: implications on potential considerations to brain computer interfacing and human augmentation. Scientific Reports. 7, 15254 (2017).
  28. Metz, G. A., Whishaw, I. Q. Cortical and subcortical lesions impair skilled walking in the ladder rung walking test: a new task to evaluate fore- and hindlimb stepping, placing, and co-ordination. Journal of Neuroscience Methods. 115, (2), 169-179 (2002).
  29. Bailey, K. R., Crawley, J. N. Anxiety-related behaviors in mice. Methods of Behavior Analysis in Neuroscience. Buccafusco, J. J. CRC Press. Boca Raton, FL. chapter 5 (2009).
  30. Prut, L., Belzung, C. The open field as a paradigm to measure the effects of drugs on anxiety-like behaviors: a review. European Journal of Pharmacology. 463, (1-3), 3-33 (2003).
  31. Shoffstall, A. J., et al. Potential for thermal damage to the blood-brain barrier during craniotomy procedure: implications for intracortical recording microelectrodes. Journal of Neural Engineering. (2017).
  32. Dona, K. R., et al. A novel single animal motor function tracking system using MATLAB's computer vision toolbox to assess functional deficits. Journal of Visualized Experiments. Under Review (2018).
  33. Ereifej, E. S., et al. Implantation of neural probes in the brain elicits oxidative stress. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. (2018).
  34. Ereifej, E. S., et al. The neuroinflammatory response to nanopatterning parallel grooves into the surface structure of intracortical microelectrodes. Advanced Functional Materials. (2017).
  35. Ravikumar, M., et al. The roles of blood-derived macrophages and resident microglia in the neuroinflammatory response to implanted intracortical microelectrodes. Biomaterials. 0142-9612, (35), 8049-8064 (2014).
  36. Potter-Baker, K. A., et al. A comparison of neuroinflammation to implanted microelectrodes in rat and mouse models. Biomaterials. 34, 5637-5646 (2014).
  37. Nguyen, J. K., et al. Influence of resveratrol release on the tissue response to mechanically adaptive cortical implants. Acta Biomaterialia. 29, 81-93 (2016).
  38. Ravikumar, M., et al. The effect of residual endotoxin contamination on the neuroinflammatory response to sterilized intracortical microelectrodes. Journal of Materials Chemistry B. 2, 2517-2529 (2014).
  39. Potter, K. A., Simon, J. S., Velagapudi, B., Capadona, J. R. Reduction of autofluorescence at the microelectrode-cortical tissue interface improves antibody detection. Journal of Neuroscience Methods. 203, (1), 96-105 (2012).
  40. Potter, K. A., et al. Curcumin-releasing mechanically-adaptive intracortical implants improve the proximal neuronal density and blood-brain barrier stability. Acta Biomaterialia. 10, (5), 2209-2222 (2014).
  41. Nguyen, J. K., et al. Mechanically-compliant intracortical implants reduce the neuroinflammatory response. Journal of Neural Engineering. 11, 056014 (2014).
  42. Potter, K. A., et al. The effect of resveratrol on neurodegeneration and blood brain barrier stability surrounding intracortical microelectrodes. Biomaterials. 34, 7001-7015 (2013).
  43. McConnell, G. C., et al. Implanted neural electrodes cause chronic, local inflammation that is correlated with local neurodegeneration. Journal of Neural Engineering. 6, (5), 056003 (2009).
  44. Hamm, R. J., Pike, B. R., O'Dell, D. M., Lyeth, B. G., Jenkins, L. W. The rotarod test: an evaluation of its effectiveness in assessing motor deficits following traumatic brain injury. Journal of Neurotrauma. 11, (2), 187-196 (1994).
  45. Teuber, H. L. Recovery of function after brain injury in man. Ciba Foundation Symposium. (34), 159-190 (1975).
  46. Carmel, J. B., Kimura, H., Martin, J. H. Electrical stimulation of motor cortex in the uninjured hemisphere after chronic unilateral injury promotes recovery of skilled locomotion through ipsilateral control. Journal of Neuroscience. 34, (2), 462-466 (2014).
  47. Hayn, L., Koch, M. Suppression of excitotoxicity and foreign body response by memantine in chronic cannula implantation into the rat brain. Brain Research Bulletin. 117, 54-68 (2015).
  48. Marklund, N. Rodent models of traumatic brain injury: methods and challenges. Methods in Molecular Biology. 1462, 29-46 (2016).
  49. Metz, G. A., Whishaw, I. Q. The ladder rung walking task: a scoring system and its practical application. Journal of Visualized Experiments. (28), e1204 (2009).
  50. Pajoohesh-Ganji, A., Byrnes, K. R., Fatemi, G., Faden, A. I. A combined scoring method to assess behavioral recovery after mouse spinal cord injury. Neuroscience Research. 67, (2), 117-125 (2010).
  51. Chesler, E. J., Wilson, S. G., Lariviere, W. R., Rodriguez-Zas, S. L., Mogil, J. S. Influences of laboratory environment on behavior. Nature Neuroscience. 5, (11), 1101-1102 (2002).
  52. Crabbe, J. C., Wahlsten, D., Dudek, B. C. Genetics of mouse behavior: interactions with laboratory environment. Science. 284, (5420), 1670-1672 (1999).
  53. Richter, S. H., Garner, J. P., Auer, C., Kunert, J., Wurbel, H. Systematic variation improves reproducibility of animal experiments. Nature Methods. 7, (3), 167-168 (2010).
  54. Xiong, Y., Mahmood, A., Chopp, M. Animal models of traumatic brain injury. Nature Reviews Neuroscience. 14, (2), 128-142 (2013).
  55. Osier, N. D., Dixon, C. E. The controlled cortical impact model: applications, considerations for researchers, and future directions. Frontiers in Neurology. 7, 134 (2016).
  56. Harrison, F. E., Hosseini, A. H., McDonald, M. P. Endogenous anxiety and stress responses in water maze and Barnes maze spatial memory tasks. Behavioural Brain Research. 198, (1), 247-251 (2009).
  57. Jackson, J. R., et al. Reduced voluntary running performance is associated with impaired coordination as a result of muscle satellite cell depletion in adult mice. Skeletal Muscle. 5, 41 (2015).
  58. Potter-Baker, K. A., et al. Implications of chronic daily anti-oxidant administration on the inflammatory response to intracortical microelectrodes. Journal of Neural Engineering. 12, (4), 046002 (2015).
  59. Ware, T., Simon, D., Rennaker, R. L., Voit, W. Smart polymers for neural interfaces. Polymer Reviews. 53, (1), 108-129 (2013).
  60. Ecker, M., et al. Sterilization of thiol-ene/acrylate based shape memory polymers for biomedical applications. Macromolecular Materials and Engineering. 302, (2), 160331 (2017).
  61. Kozai, T., et al. Reduction of neurovascular damage resulting from microelectrode insertion into the cerebral cortex using in vivo two-photon mapping. Journal of Neural Engineering. 7, (4), 046011 (2010).
מכרסם ההתנהגותי בוחן להערכת תפקודית גירעונות הנגרמת על ידי ההשרשה Microelectrode של קליפת המוח המוטורית עכברוש
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Goss-Varley, M., Shoffstall, A. J., Dona, K. R., McMahon, J. A., Lindner, S. C., Ereifej, E. S., Capadona, J. R. Rodent Behavioral Testing to Assess Functional Deficits Caused by Microelectrode Implantation in the Rat Motor Cortex. J. Vis. Exp. (138), e57829, doi:10.3791/57829 (2018).More

Goss-Varley, M., Shoffstall, A. J., Dona, K. R., McMahon, J. A., Lindner, S. C., Ereifej, E. S., Capadona, J. R. Rodent Behavioral Testing to Assess Functional Deficits Caused by Microelectrode Implantation in the Rat Motor Cortex. J. Vis. Exp. (138), e57829, doi:10.3791/57829 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter