Waiting
Login processing...

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

Bioengineering

Kemirgen fonksiyonel açıkları sıçan Motor korteks elektrot implantasyon nedeniyle değerlendirmek için sınama davranış

Published: August 18, 2018 doi: 10.3791/57829
Automatic Translation
1,2, 1,2, 1,2, 1,2, 1,2, 1,2, 1,2
1Advanced Platform Technology Center, Rehabilitation Research and Development, Louis Stokes Cleveland Department of Veterans Affairs Medical Center, 2Department of Biomedical Engineering, Case Western Reserve University

Summary

Fareler bir elektrot implantasyonu motor korteks acil ve kalıcı motor açıkları neden olduğunu göstermiştir. Yöntemleri burada bir elektrot implantasyonu ameliyatı ve motor korteks implantasyon neden olduğu hasar nedeniyle iyi veya brüt motor işlevinde olası değişiklikler aydınlatmak için üç kemirgen davranış görev anahat önerdi.

Abstract

Beyninde implante tıbbi cihazlar çok büyük potansiyele sahip. Bir beyin makine arabirimi (BMI) sisteminin bir parçası olarak, intracortical microelectrodes Aksiyon potansiyelleri bireysel veya küçük gruplar nöronların kaydetmek için yetenek göstermek. Böyle kaydedilen sinyalleri başarıyla hastalar arabirim oluşturmak için izin vermek veya bilgisayarlar, robotik bacaklarda ve kendi ekstremitelerde kontrol için kullanılmaktadır. Ancak, önceki hayvan çalışmaları beyin bir elektrot implantasyon sadece çevreleyen doku zarar ama aynı zamanda işlevsel açıkları neden olabilir olduğunu göstermiştir. Burada, bir dizi motor korteks sıçan intracortical microelectrodes implantasyonu takip potansiyel motor bozuklukları ölçmek için davranışsal test tartışmak. Açık alan kılavuz, merdiven kapısı ve kavrama gücü test yöntemleri bir elektrot implantasyon kaynaklanan olası komplikasyonlar ile ilgili değerli bilgiler sağlar. Davranışsal test sonuçlarını bitiş noktası histoloji, patolojik sonuçları ve bu yordamı bitişik doku üzerinde etkileri hakkında ek bilgi sağlarsınız ile ilişkili.

Introduction

İntracortical microelectrodes ilk olarak beyin devreleri harita ve fonksiyonel çıkışlarını1üretmek için kullanılan motor niyetleri algılamasını etkinleştirmek için değerli bir araç geliştirdik kullanılmıştır. Tespit edilen fonksiyonel çıkışlarını omurilik yaralanmaları, serebral palsi, amyotrofik lateral skleroz (ALS) veya diğer hareketi sınırlayan koşullar bir bilgisayarın imleç2,3 ya da robot kontrol acı bireyler sunabilir 4,5,6kol veya geri yükleme işlevi kendi Engelli uzuv7' ye. Bu nedenle, intracortical elektrot teknoloji bir umut verici ve hızla büyüyen alan8ortaya çıkmıştır.

Alanında görülen başarıları nedeniyle, klinik çalışmalar geliştirmek ve daha iyi olanaklar BMI teknoloji5,9,10anlamak için devam etmektedir. Beyindeki sinir hücreleri ile iletişim tam potansiyelini gerçekleştirerek, rehabilitasyon uygulamaları sınırsız8olarak algılanan. İntracortical elektrot teknoloji gelecek için büyük bir iyimserlik olsa da, iyi bilinen microelectrodes sonunda11, muhtemelen bir akut neuroinflammatory tepki implantasyon takip nedeniyle başarısız da. Beyin bir yabancı malzemenin implantasyonu hemen zarar çevreleyen doku olur ve daha fazla zarar implant12özellikleri bağlı olarak değişir neuroinflammatory yanıt neden yol açar. Buna ek olarak, beyinde bir implant microlesion etkisi neden olabilir: glukoz metabolizma bir azalma düşündüm akut ödem ve kanama nedeniyle aygıt ekleme13neden olduğu. Ayrıca, sinyal kalitesi ve yararlı sinyalleri kaydedilen süreyi ne olursa olsun hayvan modeli11,14,15,16, tutarsız. Çeşitli çalışmalarda performans17,18,19neuroinflammation ve elektrot arasında bağlantı göstermiştir. Bu nedenle, toplumun uzlaşma microelectrodes çevreleyen sinir dokusu inflamatuar yanıt en azından kısmen, elektrot güvenilirliği ödün vermez.

Birçok çalışma yoksa yerel iltihap11,20,21,22 muayene yöntemleri ekleme11,23tarafından, neden beyin zarar azaltmak için keşfedilmeyi 24,25, kayıt saat14,26artırma amacı ile. Ayrıca, son zamanlarda elektrot ekleme tarafından fareler motor korteks neden bir iyatrojenik yaralanma bir acil ve kalıcı iyi motor açığı27neden olduğunu göstermiştir. Bu nedenle, burada sunulan iletişim kurallarının amacı araştırmacılar mümkün motor açıkları implantasyon ve intracortical cihazlar, kalıcı olup olmadığını aşağıdaki beyin travması sonucu olarak değerlendirmek için nicel bir yöntem vermektir (microelectrodes içinde Eğer bu el yazması). Burada açıklanan davranış testleri her iki brüt ve ince motor fonksiyon bozuklukları alay için tasarlanmıştır ve beyin hasarı birçok modellerinde kullanılabilir. Bu yöntem basit, tekrarlanabilir ve kemirgen bir modelinde kolayca uygulanabilir. Ayrıca, burada sunulan yöntemleri izin bir korelasyon histolojik sonuçlara, motor davranışının kadar son zamanlarda, yazarlar-si olmak değil seen bir fayda BMI alanında yayınlandı. Bu yöntemler iyi motor işlevleri28, brüt motor işlevleri29ve stres ve anksiyete davranış29,30, test etmek için tasarlanmış gibi son olarak, burada sunulan yöntemleri de içine uygulanabilir bir kafa travması modelleriyle araştırmacılar istediğiniz yere dışarı (ya da) ekarte etmek için herhangi bir motor işlevleri açıklar.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Tüm yordamları ve hayvan bakımı uygulamaları tarafından onaylanmış ve Louis Stokes Cleveland bölümü gazileri işleri Tıp Merkezi kurumsal hayvan bakım ve kullanım komiteler uygun olarak yapılır.

Not: araştırmacılar kullanımı hakkında bir denetim olarak kararı ile bir bıçak yaralanma modeli eğitmek için Potter ve ark. tarafından yapılan çalışmaları gözden geçirmek için önerilir 21.

1. elektrot implantasyon cerrahi müdahale

  1. Önceden cerrahi hayvan hazırlık
    1. Hayvan isoflurane (% 2-4) kullanarak bir indüksiyon odasında anestezi. Anestezi iken altında sürekli olarak kalp hızı ve kan oksijen içeriği izlemek için bir hayati ölçüm sistemi kullanarak hayvan izlemek.
    2. Hayvan anestezi devam etmek için bir burun konisi taşıyın. Subkutan (SQ) bir sefalosporin antibiyotik, örneğin sülfadiyazin (25 mg/kg) ve non-steroid anti-enflamatuar, enfeksiyonu önlemek ve acıyı, sırasıyla yönetmek için örneğin carprofen (5 mg/kg) enjekte.
    3. Liberal onları kurumasını önlemek için hayvanın gözleri oftalmik merhem uygulamak.
    4. Küçük hayvan Tırnak makasları, hayvan--dan tırmalamak dikiş yara iyileşmesi sırasında önlemek için ayak tırnaklarını gelene dek kırpın. Bu ağrı ve hayvan için kanamaya yol açabilir gibi çivi çok kısa kırpılır değil emin olun.
    5. Hayvanın kafası iyice kulaklarına bir tıraş düzeltici kullanarak göz arasında arkasından tıraş.
    6. Başta-in belgili tanımlık kesme alanında hayvanın kafası bupivacaine (seyreltilmiş hisse senedi çözümden %0.125 bupivacaine 0.3 mL) olarak SQ bir enjeksiyon ile yerel bir analjezi sağlar.
    7. Hayvan stereotaksik çerçeve başından ameliyat sırasında hareket etmesini engellemek için kulak çubuklarını kullanma, bağlama. Dolaşımdaki bir su ısıtıcı yastık hayvanın iç ısısını korumak için hayvan altında yerleştirin.
    8. Steril örtü, cerrahi alan ayırmak için örneğin, kurumsal olarak onaylı steril plastik wrap, uygulamak.
    9. Bodur cerrahi alan alternatif betadin çözümünü kullanarak ve isopropanol scrubs.
    10. Hayvan cerrahi uçağın altında olduğundan emin olmak için kurumsal protokolüne göre bir parmağı çimdik gerçekleştirin.
  2. Hayvan implantasyon için hazırlamak
    1. Yaklaşık 1 No 10 neşter bıçak kullanarak kafatası açığa orta hat aşağı bir kesik oluşturun. Açık açık bir pamuk uçlu aplikatör kullanarak kapaklarini kaldırmak ve herhangi bir kanama bir gazlı bez yastık kullanmayı durdurmalısınız. Timsah klipleri kullanmayı çevreleyen doku geri çekmek ve temiz ve hidrojen peroksit ile kafatası kurutmak.
    2. Cyanoacrylate tabanlı doku yapıştırıcı birkaç damla daha sonraki adımlarda bağ diş çimento geliştirmek için maruz kafatasını yerleştirin.
    3. Seçilen yarımkürede motor korteks forepaw hareketi yaklaşık 3 mm orta hat ve 2 mm bregma anterior lateral kemik bir nick oluşturarak karşılık gelen bölge işaretleyin.
    4. Kafatası 1.75-mm yuvarlak uç diş matkap kullanarak, özel durumunu göz önünde bulundurarak çok hızlı veya çok fazla inebilecek değil ve bir yandan stereotaksik karede destekleyen bir bölümünü kaldırın. Matkap zaman zaman31ısınmayı önlemek için kafatasını uygulanmalıdır.
    5. Bir ince çengel 45 ° dura pick kullanarak dura yansıtır.
    6. Temiz bir pamuk uçlu aplikatör ve salin, doğrudan dokunmak beyin yüzeyine dikkat çekici herhangi bir kanama kullanarak.
  3. Motor korteks elektrot yerleştirilmesi
    1. Dikkatle tutucu universal sterilize elektrot elektrot şaft çarpmamayınasıl dikkat çekici stereotaksik karede bağlayın. Elektrot headstage arabirim konektörü sıkıca sahibi tarafından düzenlenen sağlamak.
      Not: Burada, işlevsel olmayan Michigan tarzı silikon şaftlı elektrot 2 mm x 123 µm x 15 µm ölçme kullanıldı ve şaft iyi forseps kullanarak eklenmiş.
    2. Micromanipulators stereotaksik karede kullanarak, dikkatle elektrot ucunu açık kranyotomi getirin.
    3. Yavaşça micromanipulators ölçüm kılavuz olarak kullanarak beyin içine yaklaşık 2 mm elektrot indirin (elektrot seçime bağlı olarak, otomatik ekleme kontrollü hesaplı gerekebilir.) Mümkün olduğunda görünür herhangi bir damarlara önlemek için dikkatli. Elektrot yerinde olduğunda, dikkatle tutucu universal konektörden yayın ve ekleme kol geri çek.
    4. Dikkatle üzerinden bir aplikatör pamuk uçlu ve serum kullanarak elektrot bir kanama temizleyin.
    5. Silikon elastomer kullanarak implante elektrot çevresinde kranyotomi kapatın.
    6. Diş çimento kullanarak kafatası elektrot düzeltmek.
    7. Çimento tamamen kuru olduğunda, kesi kenarları birlikte ön ve arka çimento headcap ve dikiş onları getirmek.
  4. Ameliyat sonrası bakım
    1. Hayvan onun hayati izlemeye devam ederken yastık Isıtma dolaşan bir su kurtarmak izin verir. Olarak lambalar sıcaklığından daha kontrol etmek zor ve hayvanların aşırı ısınma olabilir ısı abajur kullanmaktan kaçının.
    2. Hayvan tam olarak uyanık olduğunda, hayvan yiyecek ve su kolay erişim ile temiz bir kafes için hareket ettirin.
    3. Ameliyat sonrası günlerde 1-3, hayvanlar SQ sefalosporin antibiyotik (25 mg/kg) ve enfeksiyonu önlemek ve onların ağrı yönetmek için bir non-steroid anti-enflamatuar (5 mg/kg) ile sağlar.
    4. Hayvanlar her gün için ağrı veya rahatsızlık, kanama, ağırlık değişiklik veya en azından ameliyat sonrası 5 gün konularda dikiş izi izleyin.

2. davranışsal test

  1. Tüm davranış testleri için test hayvanlar 2 x ön-cerrahi taban puanlarını hesaplamak için elektrot implantasyon ameliyat öncesi hafta test başına. Ameliyat hayvanlar her test haftada 2 x sınama davranışını başlamadan önce 1 hafta dinlenmek izin verir. Tutarlı test koşulları çalışma öncesi ve ameliyat sonrası stres ölçümü anksiyete neden olabilir performansı üzerindeki etkilerini en aza indirmek için test için kullanılmalıdır.
    1. Tüm test etme donanımları test etme her oturum ve her hayvan sonra klor dioksit tabanlı sterilant başında ile temizleyin.
    2. Film açık alan kılavuz ve merdiven test. Bir video kamera (1080 p, 15 fps, 78 ° Çapraz görüş alanı en az), bu testler gerektiren bir dizüstü bilgisayar ve video verilerini depolamak için yer.
    3. Test etme her günün başında hayvanlar test odasına getir ve onları test başlamadan önce en az 20 dk alışmana izin. Oda ışık ve ısı kontrollü olmalı ve aynı personel tüm test tamamlamak gerekir. İdeal olarak, aynı oda oda herhangi bir değişiklik ile test kurs boyunca tüm hayvanlar için kullanılır.
    4. Kullanım gıda senin hayvanlar özellikle merdiven eğitim sırasında görevleri tamamlamak için teşvik. Tahıl ya da küçük parçalar halinde muz fiş ya da kraker iyi ödül olun.
    5. Tüm haftalık test performansları her bireysel hayvan (denklem 1) için ön-cerrahi puanlar için normalleştirmek.
      Denklem 1:Equation 1
  2. Alan kılavuz test açın
    Not: Açık alan kılavuz testi şirket içinde inşa edildi ve 1 m2 yaklaşık 40 cm yüksek opak yan duvarlarla çalışan bir yüzeye sahiptir. Yüzey kılavuzun alt bant (Şekil 1A) kullanarak alt üzerinden 9 eşit karelere bölünür. Kayıt kamera kılavuz merkezi iskele üzerinde kalıcı olarak monte edilmiştir.
    1. Açık alan kılavuz teste başlamaya hayvan uzak Sınayıcısı'nı karşı karşıya kılavuz ortasına yerleştirin.
    2. Hayvan serbestçe 3 dakikadır bir video kaydederken çalıştırmak izin verir.
    3. Hayvan test tamamlandığında, hayvan kılavuzundan kaldırın ve kafese geri. Izgarayı klor dioksit tabanlı sterilant ile iyice temizleyin.
    4. Her hayvan 1 test x gün test başına.
    5. Kılavuz çizgileri geçti, toplam mesafe ve maksimum hızı hayvan sayısı bir video izleme yazılımı kullanarak brüt motor işlevleri ölçümleri analiz.
      Not: burada sunulan verileri el ile eğitimli araştırmacılar tarafından sayısal, ancak son zamanlarda geliştirilen şirket içinde kullanmak için tercih edilir algoritma32izleme.
  3. Merdiven test
    Not: Merdiven testi şirket içinde inşa edilmiş ve 2 açık akrilik yan duvarlar, her 1 m uzunluğunda, 3 mm çap basamakları 2 cm arayla (Şekil 2A) aralıklı bağlı oluşur. Merdiven test yetenekli bir testtir ve bu nedenle 1 hafta önce ön-cerrahi taban puanları kayıt eğitim gerektirir. İletişim kuralı için eğitim ve test aynıdır.
    1. Hayvan merdiven teste başlamaya geçici temiz tutan kafese taşıyın.
    2. Böylece 2 kafesler arasında köprü görevi gören merdiven kurmak. Başlangıç bitiş merdivenin üzerinde temiz bir kafes aittir ve Çalıştır tamamlamak için bir motivasyon hizmet etmek için eve kafes hayvan ayı sonu dayanmaktadır.
    3. Aynı (veya benzer) video kamera bir tripod merdiveni ortasına getirin. Kamera konumunu basamak yükseklikte olmalı ve görülmesi gereken tüm merdiven için izin.
    4. Çalışan video kamera ile hayvan için başlangıç çizgisine merdivenin ilk basamak dokunmak açık onların paws izin tutun.
    5. Hayvan vasıl onların kendi adım merdiven geçmeye izin. Ne zaman ilk basamak hayvanın pençe dokunur ve üçüncü son basamak için bitiş çizgisinde çapraz için hayvan zaman belirleyecek an arasında geçen süre.
    6. Hayvan merdivenin arkasını döner veya 20 bir süre için hareket etmez s, hayvan Çalıştır başarısız olarak düşünün. Bir ceza puan edinildi her başarısız oldu için çalıştırıldığında hayvanlar atayın. Ön-cerrahi test27sırasında kaydedilen en yavaş performansı tarafından ceza süresini belirlemek.
    7. Her hayvan 5 merdiven geçmeye izin x gün her çalışması arasında yaklaşık 1 dk dinlenme ile test başına.
    8. En hızlı 3 çalışır iyi motor işlevleri, ölçülü olarak günde ortalama. Ayrıca, her cephesi fişleri bir video izleme yazılımı kullanarak basamakları kapalı paws kez kaydedin.
      Not: burada sunulan verileri el ile eğitimli araştırmacılar tarafından sayısal, ama Dona ve ark. kullanarak bir son zamanlarda geliştirilen içi izleme algoritmasını kullanmak için tercih edilir 32.
  4. Kavrama gücü test
    1. Kavrama gücü ölçer test etme her seanstan önce kalibre ve gram gücü ölçmek.
    2. Pozisyon yere genişletilmiş kavrama kolları olan bir sayaç kenarındaki kavrama gücü ölçer.
    3. Her iki ön pençeleri ile gidonun kuyruk (Şekil 3A) Bankası tarafından hayvan tutarken kapmak hayvan izin.
    4. Bir kez bir hayvan her pençe ile sağlam bir kavrama vardır, yavaş ve istikrarlı bir güçle kuyruk Bankası tarafından hayvan metre uzakta çekin.
    5. Kavrama gücü ölçer tarafından çıkış dijital görüntülenen hayvan tarafından en fazla kavrama gücü kaydedin.
    6. Her hayvan 3 test x gün yaklaşık 2 dk dinlenme arasında her test ile test başına.
    7. İnce motor işlevleri, ölçülü, olarak kaydedin ve ortalama her 3 denemeler çıktı en fazla kavrama gücü.

3. sonrası davranışsal iletişim kuralı

  1. Tüm davranış (Örneğin, 8-16 hafta implantasyonu sonrası), test takip anestezi derinden ketamin (160 mg/kg) kullanarak hayvanlar ve xylazine (20 mg/kg), transcardially onları sıvı, hasat onların beyin ve cryo-dilim ve doku leke implantasyon33,34,35,36,37,38site çevresinde hücre tepkisini ölçmek için immunohistokimyasal işaretçileri kullanarak.

4. istatistiksel analiz

Not: Bir potansiyel güç analizi belirli araştırma sorunun cevabını arayan herhangi bir çalışmaları için şiddetle önerilmektedir. Hayvanların belirli çalışma tasarımı için bir istatistiksel anlamlılık ulaşmak için gerekli sayıda bildirir, güç analizi, belirli araştırma hipotezi, deneme, tahmini etkisi boyutu ve çeşitliliği tasarımını dayanması gerektiğini iyi klinik veya bilimsel alaka ulaşmak için gerekli etkisi boyutu olarak amaçlanan tedavi.

  1. İstatistiksel analizler ortak istatistiksel yazılım kullanarak yapmak.
  2. Tanımlayıcı istatistik çizelgeye geçirmek ve ortalama ± standart hata gosterir.
  3. Bir iki örnek t-testi ile kontrol implante vs grupları karşılaştırmak için her haftalık zaman noktasında [içinde açık alan ızgara (adım 2.2), merdiven (adım 2.3) ve kavrama gücü (adım 2.4) test] performans davranış analiz. Haftalık her zaman noktası bağımsız bir ölçü dikkate.
  4. Karma etkisi Doğrusal model kullanarak boyuna performansını ölçmek. Faktörler sabit hafta ve grup ve deneysel hayvan grup rastgele bir etkisi olarak iç içe geçirilir. Bir varyans analizi (ANOVA) faktör etkisi ile p < 0,05 önem düzeyini belirlemek için kullanılır.
  5. Bir doğrusal regresyon analizi ile Immunglobülin G (IgG) şiddette, merdiven performansını karşılaştırabilirsiniz. Pearson'ın yöntemi ile korelasyon katsayısını hesaplar.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Burada sunulan yöntemleri kullanarak, bir elektrot implantasyon motor korteks kılavuz açık alan test ederek takip tamamlanan aşağıdaki kurulan yordamlar39,40,41,42, ameliyatta Brüt motor işlevleri ve merdiven ve kavrama değerlendirmek için27gücü iyi motor değerlendirmek için test çalışması. Motor fonksiyon test yapıldı tamamlanan 2 x 16 hafta sonrası cerrahi cerrahi olmayan implante hayvan kontrol olarak yok ile implante hayvanlarda haftada. Tüm ameliyat sonrası puanlarının haftalık ortalama ve her bireysel hayvanın ön-cerrahi taban puanları için normalleştirilmiş. Tüm hata demek (SEM) standart hata bildirilir.

Brüt motor işlevlerine ölçmek ve davranış stres için hayvanlar özgürce açık alan kılavuz testi 3 dk (Şekil 1A) çalıştırmak için izin verildi. Kılavuz çizgileri, çapraz, toplam mesafe ve hayvan tarafından elde maksimum hız sayısı dahil olmak üzere çeşitli ölçümler bu sınav kaydedilebilir. Bu daha önce bildirilen veri, kılavuz çizgileri çarpı işareti sayısı27sunulur. İyileşme süresi izleyen ilk hafta (2 haftalık timepoint), 2 grup arasında açık alan kılavuz performansında önemli bir fark görülmüş. Ancak, çalışma (Şekil 1B) geri kalan tüm daha fazla anlam oldu. Denetim ve elektrot implante hayvanlar benzer şekilde test boyunca attı ve performans farkı nispeten yüksek hayvan her iki kümesi. Önemi açık alan kılavuz performans hayvanların her iki kümedeki tüm deneysel zamana karşılaştırırken görüldü. Performans hayvanlar 2 grupları arasında hiçbir fark olduğundan, bu sonucu hiçbir brüt motor eksikliği ya da ciddi bir şekilde sınırlayıcı stres bir elektrot implantasyon motor korteks27' deki neden olduğunu belirtmek için yorumlanır. Verileri yorumlarken, kılavuz çizgilerinin sayısını azaltmak, geçti, toplam mesafe veya tüm hayvan tarafından elde maksimum hız (Tablo 1) Brüt motor işlevi bir düşüş gösterir.

Koordine kavramak ve ince motor işlevleri ölçmek için hayvanlar nerede merdiveni ve frekans pençe kâğıdını geçmeye hayvan sürdüğü zaman kaydedildi yer bir yatay merdiven testi (Şekil 2A) aldı. Ameliyat sonrası merdiven geçiş kez her hayvan için tek tek her hayvanın ön-cerrahi puanları için normalleştirilmiş. Bu nedenle, artı yüzde cross merdiveni ve performans artışı için zaman bir azalma ile çakışacak ve cross merdiveni ve düşük bir performans (Şekil 2B, vakti bir artış ile negatif yüzde denk Tablo 1).

Daha önce bildirilen bu verilerde hiçbir implant aldıktan denetim hayvanlar, ameliyat sonrası hemen kurtarma aşama sonra27test ilk haftasında en yavaş performansı-(%82,6 ± 26.0) kez görüntülenir. Ameliyat sonrası merdiven test ikinci haftasında başlayan, denetim hayvanlar onların temel performans kez yeniden başladı ve puanları taban puanları karşılaştırılabilir çalışma boyunca çok az fark ile saklanır.

İntracortical bir elektrot alma hayvanlar bir düşük performans hemen aşağıdaki ameliyat gördüm. Bu hayvanlar ameliyat sonrası test ilk haftasında 199.1 ± %61.4 onların satır taban çizgisine göre zaman geçiş artan bir merdiven gösterdi. İmplante hayvanlar çalışma süresi için düşük bir performans göstermek ve performanslarını taban puanları döndürmedi. Onların en kötü, implante hayvanlar performans sırasında hafta 11 ortalama 526.9 ± 139.4 temel performansları karşılaştırıldığında % azalmıştır. Ayrıca, implante hayvanlar denetim hayvanlara göre daha yüksek bir varyans gösterdi. Test ilk haftasında denetim ve implante hayvanların arasında anlamlı bir fark vardı. Ancak, satır taban çizgisi süreleri karşılaştırıldığında yüzde değişim önemli bir fark çalışma (p < 0,05) sonraki tüm hafta gruplar arasında görüldü (resim 2B).

Daha fazla kanıt iyi motor bozukluğu ön sağ pençe makbuzları 2 hayvan grupları arasında sıklığına göre gösterilmiştir. Microelectrodes ön pençe denetim için sorumlu motor korteks bölgesinde beynin sol yarıkürede implante edildi çünkü ön sağ pençe performansını özel ilgi oldu. Tarafından titiz video analiz, pençe paket fişi chronicled edildi ve (Şekil 2C) sayılabilir. Hiçbir önemli farklılıklar sol pençe kâğıdını frekans görüldü iken, implante hayvanlar denetim hayvanlar ile karşılaştırıldığında önemli ölçüde daha fazla açık sağ pençe makbuzları deneyimli bulundu (haftada ortalama 0,54 ± 0,07 ön sağ pençe fişleri 0,32 ± 0,02 açık değil ortalama ile karşılaştırıldığında implante hayvanlar irsaliyeleri her hafta kontrol hayvanlarda pençe). Verileri yorumlarken, merdiveni geçmeye zamanı bir artış ya da pençe makbuzları sayısındaki bir artış iyi motor fonksiyon (Tablo 1) bir düşüş gösterir.

Koordine kavramak ve ince motor işlevi ikincil ölçüsü olarak hayvanlar nerede hayvanlar tarafından sarf en fazla kavrama gücü kaydedildi bir kavrama gücü testi (Şekil 3A) tamamlandı. Bireysel hayvanın haftalık kavrama puanları onların ön-cerrahi temel kavrama gücü için normalleştirilmiş. İmplante hayvanlar ameliyat sonrası kavrama gücü önemli ölçüde denetim hayvanların neredeyse her ameliyat sonrası zaman noktasında ile karşılaştırıldığında düşürüldü görüldü. (Şekil 3B). Test, büyük olasılıkla antrenman etkisi nedeniyle ön-cerrahi sonrasında denetimi hayvanların kavrama gücü geliştirmek. Ayrıca, denetim hayvanların kavrama gücü temel çalışma (p < 0,05) seyri boyunca önemli ölçüde büyüktür. İlginçtir, implante hayvanların kavrama gücü performans önemli ölçüde kurtarma aşamasında aşağıdaki test ilk haftasında temelde (p < 0,01) daha kötü, ama yavaş yavaş onların temel performans için iade edildi. Not, bir hayvan tarafından elde en fazla kavrama gücü azalma iyi motor fonksiyon (Tablo 1) bir düşüş gösterir.

Çeşitli histolojik işaretleri microenvironment nöronal hücre çekirdeği, astrocytes ve kan - beyin bariyerini istikrar gibi bir beyin implant yakınındaki görselleştirmek için kullanılabilir. Burada, IgG, yaygın değil beyinde bulunan ortak bir kan proteini için boyama immunohistokimyasal gerçekleştirilen. Önceki iş bir antikor kanda bulunan ve normalde beyin16,18ve bu nedenle IgG huzurunda çevreleyen beyin dokusu içinde mevcut olduğu gibi IgG kan - beyin bariyerini bütünlük yararlı bir göstergesi olduğunu göstermiştir kan - beyin bariyerini43bütünlüğünü ilişkili olabilir. Burada, IgG floresan yoğunluğu arka plan beyin dokusu ve quantified elektrot explantation delik sınırında başlayan ve IgG dokuda mevcut olana konsantrik depo gözlerine taşıma normalleştirilmiş. İmplante hayvanlar IgG yoğunluğu kontrol hayvanlar ile karşılaştırıldığında 150 µm deliğe yakınındaki önemli bir artış gösterdi. IgG yoğunluğu yavaş yavaş implante elektrot deliğinden yayılan mesafe arka plan yoğunluğu için döndürülen implante hayvanlarda. Kan - beyin bariyerini bu hayvanlara zarar değil hiç bir elektrot ile implante denetim hayvanlarda normalleştirilmiş IgG yoğunluğu yukarıda arka plan yoğunluğu önemli miktarlarda gelmiyordu.

Merdiven performansını ve IgG yoğunluğu önemli farklılıklar görüldü çünkü iki korelasyon (Şekil 4). Burada, normalleştirilmiş floresan yoğunluğu 0-50 µm her hayvan için doku-elektrot arabirimden gelen eğri altındaki IgG alanının çalışma boyunca her hayvanın merdiven performans ortalama ile ilişkili. İyi motor performans ve kan - beyin bariyerini zarar arasında çok güçlü bir korelasyon gösteren bir korelasyon katsayısı 0.90 belirlendi.

Figure 1
Resim 1 . Temsilcisi açık alan kılavuz test sonuçlarını. (A) Bu panel gösterir bir açık alan kılavuz için davranışsal bir sınama kurulumu test (Brüt motorlu ve anksiyete sınamak için). Açık alan kılavuz testi 1 m2 akrilik levha opak duvarlarının 4: 40 cm yüksekliğinde ve yaklaşık 33 cm kare alt bölümleri ile oluşur. Taban çizgisi performansı karşılaştırıldığında bir brüt motor işlevleri performans kılavuz çizgilerinin sayısıyla ölçülür (B) Bu panel gösterir geçti. Performans önemli bir fark arasında denetim görüldü (n = 10) ve implante (n = 17) 2 hafta sonrası cerrahi (p < 0,05) gruplar. Tüm hata SEM bildirilir Bu rakam Goss-Varley ve ark. yeniden basıldı 27 doğa yayın grubu izniyle. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 2
Resim 2 . Temsilcisi merdiven test sonuçlarını. Bir merdiven için davranışsal bir test kurulum testi (iyi motor fonksiyon test etmek için) (A) Bu panel gösterir. Merdiveni 2 akrilik taraf 1 m uzunluğunda ve 25 cm yükseklikte, 3 mm çapında 2 cm aralıklı paslanmaz çelik basamakları eşlik eden açık oluşur. (B) Bu panel ince motor işlevleri performans taban çizgisi performansı karşılaştırıldığında merdiveni, çapraz için zaman tarafından ölçülen gösterir. Sonuçlar aşağıda kesikli çizgi performans taban çizgisi performansı karşılaştırıldığında gösterir. Performans önemli bir fark arasında denetim keşfedilmiştir (n = 10) ve implante (n = 17) ameliyat sonrası hafta 3-16 için grupları (* = p < 0,05, ** p < 0,01 =) ve boyuna tüm çalışma () # = p < 0,05). (C) Bu paneli sağ ön pençe makbuzları quantified bir örneğini gösterir. Önemli bir fark sağ ön pençe makbuzları haftada oluşumunu keşfedilmiştir denetimi ve implante grupları karşılaştırırken (* = p < 0,05). (D) Bu bir pençe fişinin bir örnektir. Tüm hata SEM bildirilir Bu rakam Goss-Varley ve ark. yeniden basıldı 27 doğa yayın grubu izniyle. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 3
Şekil 3 . Temsilcisi kavrama gücü test sonuçlarını. Bir davranış test kurulum (ince motor fonksiyon testleri için) kavrama gücü için (A) Bu panel gösterir. Kavrama gücü ölçer ağırlıklı bir taban bir kavrama gidon bağlı bağlı güç ölçer ile oluşur. Sarf en fazla kavrama gücüne göre ölçülen iyi motor işlevleri performans taban çizgisi performansı karşılaştırıldığında (B) Bu panel gösterir. Sonuçlar aşağıda kesikli çizgi performans taban çizgisi performansı karşılaştırıldığında gösterir. Önemli farklılıklar arasında denetim görüldü (n = 5) ve implante (n = 6) hayvanlar için hemen hemen tüm ameliyat sonrası hafta (* = p < 0,05, ** p < 0,01, = *** p < 0,001 =). Daha fazla önem denetim hayvanların temel ve haftalık performansları arasında görüldü (# = p < 0,05) ve implante hayvanların temel ve haftalık performansları arasında (## p < 0,01 =). Denetim ve implante hayvanlar gerçekleştirilen önemli ölçüde farklı boyuna tüm çalışma (@@@ p < 0,001 =). Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 4
Şekil 4 . Korelasyon IgG ve merdiven performans. Normalleştirilmiş IgG floresan yoğunluğu implantasyon sitenin etrafında merdiven performansında bir değişiklik ile ilişkili ve 0.901 korelasyon katsayısı (p < 0.001) bulundu. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Table 1
Tablo 1. Genel olarak gösterilen temsilcisi davranış veri artırmak ve her test ölçümü için taban puanları karşılaştırıldığında performans azalma. Motor bir açığı pek mümkün kılan bir performansın yeşil kutuları gösterir ve kırmızı kutuları motor işlevleri açıkları olası kılan bir düşük performans gösterir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Burada özetlenen Protokolü etkin ve tekrarlanarak ince ve brüt motor açığı kemirgen beyin hasarı, bir modeli ölçmek için kullanılmaktadır. Ayrıca, histolojik sonuçlara motor korteks bir elektrot implantasyon takip iyi motor davranış korelasyon için sağlar. Yöntemleri takip edilmesi kolay, ucuz kurmak ve bir araştırmacı bireysel ihtiyaçlarına uygun şekilde değiştirilebilir. Ayrıca, davranış testleri büyük stres veya ağrı hayvanlara neden olmaz; daha doğrusu, araştırmacılar hayvanlar egzersiz ve test ile geldi senin zevk büyümeye devam inanıyoruz. Önceki çalışmalarda motor korteks motor, bellek ve fonksiyonel hasar44,45zarar verebileceğini düşündürmektedir. Ancak, bu bilgi rağmen hastalarda klinik sonuçlar olumsuz motor korteks27' deki bir elektrot implantasyon neden fonksiyonel etkisi hakkında sınırlı bilgi yoktur.

Değişiklik protokolü, cerrahi işlem hem davranış testleri de boyunca yapılabilir. Bu iletişim kuralı microelectrodes motor korteks forepaws etkileyen bölgedeki hayvanların implant yordam özetlenmektedir. Bu yordamı kolayca implantın elektrotlar elektrik stimülasyonu46 için veya kanüller ilaç teslim47veya yaralanma TBY modeli48de dahil olmak üzere, türü için de dahil olmak üzere, değiştirmek için adapte edilebilir. Açık alan kılavuz testte kullanılan Puanlama ölçümleri ve cihazları test merdiven daha fazla değişiklik yapılabilir. Ek olarak geçti kılavuz çizgileri sayısı, toplam mesafe seyahat ve hayvan tarafından elde maksimum hız, süre durgun ve sağ ve sol döner sayısı da motor performans32 ek parametre olarak kaydedilebilir. . Her ne kadar geçerli implantlarda yazarlar bu ince motor açıkları bu uygulamada dışarı alay için gerekli bulamadık merdiven testinde zorluk, basamakları49 kaldırma veya merdiven üzerinde eğim50 yerleştirerek artırabilirsiniz. Burada sunulan test cihazları ile rats kullanılmak üzere tasarlanmış olsa da, son olarak, birim yukarı veya aşağı çeşitli büyüklükteki kemirgen ile kullanılmak üzere ölçekli. Sorunları bir hayvan sürekli test öncesi cerrahi tamamlamak mümkün olmadığı ortaya çıkarsa, hayvan çalışma kaldırılması gerektiğini unutmamak gerekir.

Tüm davranış test ile gibi çalışma boyunca olarak tutarlı kalması için önemlidir. Test sonuçlarını değişebilir gösterilmiştir ile hayvanlar51çalışan araştırmacı göre test olduğu konumu gerçekleştirilen52ve çevresel faktörler de dahil olmak üzere hayvan barınma ve Hayvancılık yordamlar53. Ayrıca, araştırma yoluyla Isıtma bir kranyotomi yordamı31 ve ağırlık-damla modeli54 ve mekanik varyasyon kontrollü bir kortikal gibi TBY modellerinin sırasında kafatası beyin hasarı üretiminde büyük değişkenlik göstermiştir model55etkisi. Araştırmacılar bu nedenle, cerrahi müdahale, test etme ve konut koşullarını ve test personeli, diğerleri arasında tutarlılık sağlamak için özel dikkat.

Bu davranış yöntemleri test gelecekteki yönleri daha kapsamlı sonuçlar sağlamak için burada sunulan test üzerine genişletmek olabilir. Örneğin, bir su labirent testi veya rotor çubuk daha fazla anksiyete56 motor işlevleri57 açıkları, sırasıyla brüt adresine çıkarmanız ya da dahil. Ayrıca, gelecekte yapılacak çalışmalar da beyindeki bir aygıt ekleme neden doku hasarı azaltmak amacı. Bu alanda geçerli iş iltihap azaltıcı anti-oksidan tedavi42,58aracılığıyla odaklanmıştır, mekanik olarak uyumlu41,59,60, doğuştan gelen inhibisyonu implantlar yolu14,15sinyal ve vasküler hasar sırasında bir aygıt implantasyon31,61azaltarak bağışıklık.

Son olarak, mevcut iş mutlaka tipik insan hasta bir beyin implant alma özellikleri somutlaştırmak değil sağlıklı, Genç, erkek sıçan kullanarak tamamlandı düşünülmelidir. Ek araştırma daha iyi ve brüt motor işlevleri görevleri karakteristik hastalığı modelleri keşfetmek burada sunulan bulgular onaylamaları için gereklidir. Değişik hastalık modellerinde, implante ve sigara implante sham hayvanlar arasındaki farklar koşullarda test etmek için yukarıda belirtilen değişiklikleri yapılması gerekebilir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Yazarlar ifşa gerek yok.

Acknowledgments

Bu çalışmada kısmen başarı İnceleme Ödülü #B1495-R (Capadona) ve Cumhurbaşkanlığı erken kariyer Ödülü tarafından bilim adamı ve mühendisleri (PECASE, Capadona) gelen Amerika Birleşik Devletleri (ABD) Bakanlığı gazileri işleri rehabilitasyon araştırma için desteklenen ve Geliştirme hizmeti. Ayrıca, bu eser kısmen, yardımcısı Savunma Bakanı Peer gözden tıbbi araştırma programı aracılığıyla Ödülü No altında Sağlık işleri için Office tarafından desteklenen W81XWH-15-1-0608. İçeriği US Department of Veterans Affairs veya Amerika Birleşik Devletleri hükümetinin görüşlerini temsil etmemektedir. Yazarlar Dr Hiroyuki Arakawa CWRU kemirgen davranış çekirdek tasarımı ve kemirgen davranış protokollerini test onun rehberlik için teşekkür etmek istiyorum. Yazarlar ayrıca James Drake ve Kevin Talbot CWRU bölümü mekanik ve Havacılık ve uzay mühendisliği tasarımı ve kemirgen merdiven test imalat onların yardım için teşekkür etmek istiyorum.

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).

Tags

Biyomühendislik sayı 138 davranış sıçan iyatrojenik yaralanma beyin travması TBY merdiven açık alan kılavuz kavrama gücü
Kemirgen fonksiyonel açıkları sıçan Motor korteks elektrot implantasyon nedeniyle değerlendirmek için sınama davranış
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Goss-Varley, M., Shoffstall, A. J.,… 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