Login processing...

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

Bioengineering

Knaagdier gedrags testen om te beoordelen van functionele tekorten veroorzaakt door micro-elektrode inplanting in de motorschors Rat

doi: 10.3791/57829 Published: August 18, 2018

Summary

We hebben aangetoond dat de innesteling van een micro-elektrode in de motorschors van ratten onmiddellijke en duurzame motor tekorten veroorzaakt. De methoden voorgesteld hierin overzicht een micro-elektrode implantatie chirurgie en drie knaagdier gedrags taken ophelderen van eventuele veranderingen in de fijne of grove motorische functie als gevolg van de implantatie-veroorzaakt schade aan de motorische cortex.

Abstract

Medische hulpmiddelen geïmplanteerd in de hersenen houd enorm potentieel. Als onderdeel van een systeem van de hersenen-Machine Interface (BMI) tonen intracortical microelectrodes de mogelijkheid tot het opnemen van de actie potentieel van individuele of kleine groepen van neuronen. Dergelijke opgenomen signalen zijn met succes gebruikt om patiënten aan interface met toestaan of controle van computers, robotic ledematen en hun eigen ledematen. Vorige dierlijke studies hebben echter aangetoond dat de implantatie van een micro-elektrode in de hersenen niet alleen schadevergoeding het omliggende weefsel, maar ook leiden functionele tekorten tot kan. Hier bespreken we een reeks gedrags tests te kwantificeren van potentiële motor waardeverminderingen na de implantatie van intracortical microelectrodes in de motorschors van een rat. De methoden voor open veldraster, ladder kruising en testen van de sterkte van de grip bieden waardevolle informatie met betrekking tot de mogelijke complicaties als gevolg van de implantatie van een micro-elektrode. De resultaten van de gedragsmatige tests zijn gecorreleerd met eindpunt histologie, met extra informatie over de pathologische uitkomsten en effecten van deze procedure op de aangrenzende weefsel.

Introduction

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

Intracortical microelectrodes werden oorspronkelijk gebruikt om de kaart van het circuit van de hersenen, en zijn uitgegroeid tot een waardevol instrument om de opsporing van motor bedoelingen die kan worden gebruikt voor de productie van functionele uitgangen1. Gedetecteerde functionele uitgangen bieden particulieren lijden van ruggenmerg letsel, cerebrale parese, Amyotrofische laterale sclerose (ALS) of andere voorwaarden van beperking van het verkeer de controle van een computer cursor2,3 of Robotica arm van de4,5,6, of functie herstellen naar hun eigen handicap ledemaat7. Daarom, intracortical micro-elektrode technologie heeft ontpopt als een veelbelovende en snel groeiende veld8.

Vanwege de successen gezien in het veld, lopen klinische studies beter inzicht in de mogelijkheden van BMI technologie5,9,10te verbeteren. Door het realiseren van het volledige potentieel van communicatie met neuronen in de hersenen, worden de rehabilitatie toepassingen waargenomen als onbegrensde8. Hoewel er groot optimisme voor de toekomst van intracortical micro-elektrode technologie, is het ook bekend dat de microelectrodes11, mogelijk als gevolg van een acute neuroinflammatoire reactie na implantatie uiteindelijk mislukken. Het implanteren van een vreemd materiaal in de hersenen resulteert in onmiddellijke schade aan het omliggende weefsel en leidt tot verdere schade veroorzaakt door het neuroinflammatoire-antwoord dat hangt af van de eigenschappen van de implantaat12. Bovendien, een implantaat in de hersenen veroorzaken een microlesion effect: een afname van de glucose metabolisme gedacht te worden veroorzaakt door acute oedeem en bloeding als gevolg van het apparaat invoeging13. Bovendien, de signaalkwaliteit en de lengte van tijd dat bruikbare signalen kunnen worden opgenomen zijn inconsistent, ongeacht de diermodel11,14,15,16. Verschillende studies hebben aangetoond dat de verbinding tussen neuroinflammation en micro-elektrode prestaties17,18,19. Daarom wordt in de consensus van de Gemeenschap is dat de ontstekingsreactie van het zenuwweefsel rondom de microelectrodes, ten minste gedeeltelijk, in het gedrang elektrode betrouwbaarheid brengt.

Vele studies hebben lokale ontsteking11,20,21,22 onderzocht of onderzocht methoden ter vermindering van de schade aan de hersenen veroorzaakt door invoeging11,23, 24,25, met een doelstelling van het verbeteren van de prestaties van de opname over tijd14,26. Bovendien hebben we onlangs aangetoond dat een iatrogene schade veroorzaakt door een micro-elektrode inbrengen in de motorschors van ratten een onmiddellijke en blijvende fijne motor tekort27 veroorzaakt. Dus, het doel van de protocollen die hier gepresenteerd is dat onderzoekers een kwantitatieve methode voor de beoordeling van mogelijke motor tekorten als gevolg van hersentrauma na de innesteling en de blijvende aanwezigheid van intracortical apparaten (microelectrodes in de geval van dit manuscript). De hier beschreven gedrag-proeven werden ontworpen om pesten uit beide waardeverminderingen bruto en fijne motor functie, en kunnen worden gebruikt in vele modellen van hersenletsel. Deze methoden zijn eenvoudig, reproduceerbaar en eenvoudig kunnen worden geïmplementeerd in een knaagdier model. Verder, de hier gepresenteerde methoden toestaan voor een correlatie van motor gedrag tot histologische resultaten, een voordeel dat tot onlangs, de auteurs niet heb gepubliceerd op het gebied van de BMI. Tot slot, aangezien deze methoden werden ontworpen om te testen, prima motor functie28, grove motorische functie29en stress en angst gedrag29,30, de hier gepresenteerde methoden kunnen ook worden geïmplementeerd in een verscheidenheid van hoofdletsel modellen waar de onderzoekers willen uit (of in) een motor functie tekorten.

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

Alle procedures en praktijken van de verzorging van de dieren werden goedgekeurd door en uitgevoerd overeenkomstig de Louis Stokes Cleveland afdeling veteranen zaken Medical Center institutionele Animal Care en gebruik commissies.

Opmerking: Om te voeden onderzoekers op de beslissing over het gebruik van een steek letsel model als een besturingselement, is het aanbevolen om te beoordelen van het werk van Potter et al. 21.

1. micro-elektrode implantatie chirurgische ingreep

  1. Vooraf chirurgische dierlijke voorbereiding
    1. Anesthetize het dier in een zaal van de inductie met behulp van Isofluraan (2-4%). Terwijl onder verdoving, voortdurend toezicht op het dier met behulp van een vitale meetsysteem om te controleren de hartslag en het zuurstofgehalte die bloed.
    2. Verplaats het dier naar een neus kegel voort te zetten van de verdoving. Subcutaan (SQ) injecteren een cefalosporine-antibioticum, bijvoorbeeld cefazolin (25 mg/kg) en een niet-steroïdale anti-inflammatoire, bijvoorbeeld carprofen (5 mg/kg) ter voorkoming van infectie en het beheren van de pijn, respectievelijk.
    3. Royaal toepassing ophthalmic zalf op de ogen van het dier om te voorkomen dat het drogen.
    4. Met behulp van kleine dierlijke nagelknipper, trim de teennagels om te voorkomen dat het dier de hechtingen tijdens de wondgenezing krabben. Zorg ervoor dat de nagels niet te kort, zijn afgekapt omdat dit kan leiden tot pijn en bloeden voor het dier.
    5. Van het dier scheerhoofd grondig achter de oren aan tussen de ogen met behulp van een elektrisch scheerapparaat trimmer.
    6. Een lokale analgesie voorzien van een vierkante injectie van bupivacaine (0.3 mL van 0,125% bupivacaine verdund van stamoplossing) aan de bovenkant van het hoofd van het dier op het gebied van de incisie.
    7. Monteer het dier op een stereotaxic frame, met behulp van oor bars om te voorkomen dat het hoofd bewegen tijdens de operatie. Plaats een circulerende water verwarming pad onder het dier om te houden van de inwendige temperatuur van het dier.
    8. Een steriele draperen, bv, institutioneel goedgekeurde steriele plasticfolie, te isoleren van het chirurgische gebied toepassen.
    9. Het chirurgische gebied met een afwisselende oplossing van betadine scrub en isopropanol en scrubs.
    10. Een snuifje teen volgens het institutionele protocol om ervoor te zorgen dat het dier is onder de chirurgische vliegtuig uit te voeren.
  2. Dier voorbereiden implantatie
    1. Maak een insnede van ongeveer 1 op neer middellijn bloot van de schedel met behulp van een scalpel blad van No. 10. Onverbloemd verwijderen het beenvlies met behulp van een applicator katoen-tipped, en stoppen alle bloeden met behulp van een gaas-pad. Intrekken van het omringende weefsel alligator clips gebruiken en schoon en uitdrogen van de schedel met waterstofperoxide.
    2. Plaats een paar druppels van weefsel op basis van Cyanoacrylaat lijm op de blootgestelde schedel om de tandheelkundige cement bonding in latere stappen.
    3. Markeren in het gekozen halfrond, de regio van de motorschors overeenkomt met forepaw verkeer ongeveer 3 mm laterale middellijn en 2 mm anterior to bregma door het creëren van een nickname in het bot.
    4. Een gedeelte van de schedel met behulp van een 1.75-mm afgeronde tip tandheelkundige boor, waarbij speciale aandacht niet te boren te snel of te diep, en ondersteunen enerzijds op het stereotaxic frame verwijderen. De boor moet worden toegepast op de schedel met tussenpozen te voorkomen oververhitting van31.
    5. Weerspiegelen de dura met behulp van een fijne verslaafd 45° dura pick.
    6. Reinig elke bloeden met behulp van een katoen-tipped applicator en saline, verzorgen naar niet direct touch de hersenen oppervlak.
  3. Invoeging van micro-elektrode in motorische cortex
    1. Zorgvuldig monteren de gesteriliseerde micro-elektrode in de universele houder op het stereotaxic frame, nemen voorzichtigheid niet te stoten de schacht van de elektrode. Ervoor zorgen dat de aansluiting van de headstage-interface van de elektrode stevig in van de houder handen is.
      Opmerking: Hier, een niet-functionele Michigan-stijl silicon schacht elektrode voor het meten van 2 mm x 123 µm x 15 µm werd gebruikt, en de schacht is ingevoegd met behulp van fijne pincet.
    2. Met behulp van de micromanipulators op het stereotaxic frame, zorgvuldig plaatst u het uiteinde van de elektrode op de open craniotomy.
    3. Zachtjes lager de elektrode ongeveer 2 mm in de hersenen met behulp van de micromanipulators als een meting gids (afhankelijk van de keuze van de elektrode, geautomatiseerde sluissymbool op gecontroleerde tarieven mogelijk vereist.) Nemen voorzichtigheid om te voorkomen dat eventuele zichtbare therapieën mogelijk. Zodra de elektrode op zijn plaats is, zorgvuldig laat de connector van de universele houder en intrekken van de arm van de invoegpositie.
    4. Voorzichtig schoon elke bloeden uit rond de elektrode met behulp van een katoen-tipped applicator en saline.
    5. Afschermen van de craniotomy rond de geïmplanteerde elektrode met behulp van een silicone-elastomeer.
    6. Het vaststellen van de elektrode op de schedel met tandheelkundige cement.
    7. Zodra het cement helemaal droog is, samenbrengen van de randen van de incisie aan de voorkant en achterkant van het cement headcap en hechtdraad die hen sluiten.
  4. Post-operatieve zorg
    1. Laat het dier te herstellen op een circulerende water verwarming pad terwijl voortzetting van zijn vitale functies controleren. Vermijd het gebruik van warmte lampen zoals de temperatuur van de lampen meer moeilijk te controleren is en dieren kunnen oververhitten.
    2. Zodra het dier volledig wakker is, verplaatst u het dier naar een schone kooi met gemakkelijke toegang tot voedsel en water.
    3. Tijdens de post-operatieve dagen 1-3, voorzien van de dieren SQ cefalosporine-antibioticum (25 mg/kg) en een niet-steroïdale anti-inflammatoire (5 mg/kg) ter voorkoming van infectie en het beheren van hun pijn.
    4. Toezicht op de dieren dagelijks voor het tekenen van pijn of ongemak, bloeden, gewicht veranderingen of hechtdraad kwesties door middel van ten minste postoperatieve dag 5.

2. gedrags testen

  1. Voor alle gedrag testen, testen de dieren 2 x per test in de week voorafgaand aan de operatie implantatie elektrode aan hun pre chirurgie basislijn scores te berekenen. Na de operatie, toestaan dat de dieren om uit te rusten voor 1 week voordat u begint met gedrag testen van 2 x per week op elke test. Consistente testen voorwaarden moeten gebruikt worden tijdens de studie voor zowel pre- en post chirurgische testen om te minimaliseren van de effecten van stress op de prestaties, die in een meting van angst resulteren kan.
    1. Reinig alle testapparatuur die met een chloor kooldioxide gebaseerde sterilant aan het begin van elke test sessie en na elk dier.
    2. Film de open veldraster en ladder testen. Deze tests zijn vereist een videocamera (1080p, minimaal 15 fps, 78° diagonaal gezichtsveld), een laptop en ruimte om te slaan de videogegevens.
    3. Aan het begin van elke test dag, brengen de dieren naar de testen kamer en laten acclimatiseren gedurende ten minste 20 minuten voordat u begint met het testen. De kamer moet licht- en temperatuurregeling, en het hetzelfde personeel moeten voltooien alle testen. Idealiter zal dezelfde ruimte worden gebruikt voor alle dieren in de loop van het testen met geen wijzigingen in de kamer.
    4. Gebruik voedsel beloningen ter bevordering van de dieren de taken uitvoeren, met name tijdens de training van de ladder. Granen of kleine stukjes bananenchips of crackers maken goede beloningen.
    5. Normaliseren alle per testen voorstellingen aan de pre chirurgie scores voor elk individueel dier (vergelijking 1).
      Vergelijking 1:Equation 1
  2. Open rooster veldproeven
    Opmerking: Het open veld raster test intern werd gebouwd en heeft een loopvlak van 1 m2 met ongeveer 40 cm hoog dekkende zijwanden. De bodem waarop oppervlak van het raster is verdeeld in 9 gelijke vierkantjes uit de onderkant met behulp van tape(Figuur 1). De camera opname is permanent boven het midden van het raster gemonteerd op steigers.
    1. Om te beginnen open raster veldproeven, plaats het dier in het midden van het raster geconfronteerd weg van de tester.
    2. Laat het dier te lopen vrij voor 3 min tijdens het opnemen van een video.
    3. Wanneer het dier is voltooid testen, het dier uit het raster verwijderen en terug te sturen naar de kooi. Reinig het raster grondig met chloor kooldioxide gebaseerde sterilant.
    4. Testen van elk dier 1 x per dag te testen.
    5. Analyseer het aantal rasterlijnen gekruist, de totale afgelegde afstand en de maximale snelheid van het dier als de statistieken van de bruto motor functie met behulp van een video voor het bijhouden van software.
      Opmerking: De hier gepresenteerde gegevens handmatig werden gekwantificeerd door opgeleide onderzoekers, maar bij voorkeur wordt gebruik een onlangs ontwikkelde intern algoritme32bijhouden.
  3. Ladder testen
    Opmerking: De ladder test in eigen huis werd gebouwd en bestaat uit 2 heldere acryl zijwanden, elke 1 m in lengte, verbonden door 3-mm diameter sporten verdeeld op 2 cm uit elkaar(Figuur 2). Testen van de ladder is een geschoolde test, en vereist bijgevolg 1 week van de opleiding voorafgaand aan de opname van de pre chirurgie basislijn scores. Het protocol voor de opleiding en testen is hetzelfde.
    1. Verplaats het dier naar een tijdelijke schoon bedrijf kooi om te beginnen met het testen van de ladder.
    2. De ladder zodanig instellen dat het 2 kooien overbrugt. Het einde van de start van de ladder berust op een schone kooi, en het einde van de afwerking berust op de kooi van het dier om te dienen als een motivatie om te voltooien de run.
    3. Plaats de dezelfde (of soortgelijke) video-camera op een statief in het midden van de ladder. De positie van de camera moet worden op rung hoogte en zorgen voor de hele ladder om gezien te worden.
    4. Met de videocamera uitgevoerd, houdt u het dier aan de startlijn van de ladder, waardoor hun voorste poten te raken van de eerste rung.
    5. Laat het dier te steken van de ladder in hun eigen tempo. De tijd die is verstreken tussen het moment wanneer de poot van het dier raakt de eerste rung en de finish op de derde laatste rung zal bepalen van het dier tijd om over te steken.
    6. Als het dier draait zich om op de ladder of niet gedurende een periode van 20 beweegt s, overwegen het dier te hebben gefaald de run. Toewijzen van de dieren een boete score voor elk mislukt tijd uitvoeren. De tijdstraf bepalen door de langzaamste prestaties opgenomen tijdens pre chirurgie testen27.
    7. Toestaan van elk dier te steken van de ladder 5 x per dag met ongeveer 1 minuut rust tussen elke uitvoering testen.
    8. Gemiddeld de snelste 3 punten per dag als een metric van fijn motorische functie. Bovendien nemen het aantal keren die elk van de voorkant paws glijdt uit de sporten met behulp van een video voor het bijhouden van software.
      Opmerking: De hier gepresenteerde gegevens handmatig werden gekwantificeerd door opgeleide onderzoekers, maar bij voorkeur wordt gebruik van een algoritme van de onlangs ontwikkelde in-house bijhouden met behulp van Dona et al. 32.
  4. Testen van de sterkte van de grip
    1. Kalibreren van de greep kracht meter vóór elke sessie testen en meten van de sterkte in gram.
    2. Plaats de greep kracht meter op de rand van een teller met het stuur van de greep uitgebreid over de vloer.
    3. Laat het dier aan het stuur met beide voorste poten grijpen terwijl het dier door de basis van de staart (Figuur 3A).
    4. Zodra het dier een stevige grip met elke poot heeft, trekt u het dier uit de buurt van de meter door de basis van de staart met langzame en gestage kracht.
    5. De kracht van de maximale grip uitgeoefend door het dier dat wordt weergegeven op de digitale uitgang van de greep kracht meter opnemen.
    6. Testen van elk dier 3 x per dag met ongeveer 2 minuten rust tussen elke test testen.
    7. Als een metric van fijne motor functie, opnemen en de sterkte van de maximale grip output van elk van de 3 proeven gemiddeld.

3. post gedrags Protocol

  1. Na alle gedrags testen (bijvoorbeeld, 8-16 weken na de inplanting), anesthetize de dieren diep met ketamine (160 mg/kg) en xylazine (20 mg/kg), transcardially perfuse hen, oogsten hun hersenen en cryo-delige hen, en vlek het weefsel met behulp van immunohistochemische markeringen te kwantificeren van de cellulaire reactie rond de plaats van implantatie33,34,35,,36,,37,38.

4. statistische analyse

Opmerking: Een analyse van de potentiële macht wordt sterk aangeraden voor alle studies die op zoek naar een specifieke onderzoeksvraag te beantwoorden. De analyse van de macht, die het aantal dieren dat nodig is informeert om een statistische significantie voor een bepaalde studie ontwerp, moet worden gebaseerd op de hypothese van specifiek onderzoek, het ontwerp van het experiment, de geschatte effect grootte en de variabiliteit van de beoogde behandelingen, als ook de effect grootte moeten klinische of wetenschappelijke relevantie te bereiken.

  1. Het uitvoeren van statistische analyses met behulp van gemeenschappelijke statistische software.
  2. De beschrijvende statistiek Tabulate en ze weergeven als gemiddelde ± standaardafwijking.
  3. De gedrags prestaties [in het open veldraster (stap 2.2), ladder (stap 2.3) en grip sterkte testen (stap 2.4)] op elke per tijdstip te vergelijken vs. geïmplanteerd de controlegroepen met behulp van een twee-sample t-test te analyseren. Beschouw elke per tijdstip een onafhankelijke maatregel.
  4. Kwantificeren van de longitudinale prestaties met behulp van een lineair model van gemengd effect. De week en de groep vast factoren en een proefdieren wordt genest binnen de groep als een willekeurig effect. Een variantieanalyse (ANOVA) wordt gebruikt voor het vaststellen van het effect van de factor met een significantieniveau van p < 0,05.
  5. Vergelijk de prestaties van de ladder met immunoglobin G (IgG) intensiteit met behulp van een lineaire regressie-analyse. Berekent de correlatiecoëfficiënt door een Pearson's methode.

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

Met behulp van de methoden die hier gepresenteerd is een micro-elektrode implantatie chirurgie in de motorschors voltooide volgende vastgestelde procedures39,40,41,42, gevolgd door open raster veldproeven om te kunnen beoordelen van de bruto motor functie en de ladder en de grip functioneren sterkte testen om te beoordelen van de fijne motor27. Motor functie testen was voltooide 2 x per week voor 16 weken na chirurgie in de geïmplanteerde dieren, met geen chirurgie niet-geïmplanteerde dieren als een besturingselement. Alle na chirurgie scores waren gemiddeld per week en op ieder dier afzonderlijk pre chirurgie basislijn scores genormaliseerd. Alle fout wordt gemeld als de standaardfout van het gemiddelde (SEM).

Om te meten hun bruto motor functie en gedrag benadrukken, dieren mochten lopen vrij in een open veld raster test voor 3 min(Figuur 1). Verschillende statistieken van deze test kan worden opgenomen, met inbegrip van het aantal raster lijnen kruisen, de totale afstand die gereisd, en de maximale snelheid bereikt door het behandelde dier. In deze eerder gemelde gegevens, wordt het aantal rasterlijnen die gekruiste27gepresenteerd. In de eerste week na de herstelperiode (de 2-weekse timepoint), een significant verschil was te zien in het open veld raster prestaties tussen de 2 groepen. Er was echter geen verdere betekenis in de rest van de studie (Figuur 1B). De controle en de micro-elektrode-geïmplanteerde dieren scoorde ook tijdens het testen, en de variantie in prestaties was relatief hoog in beide sets van dieren. Geen betekenis werd gezien bij het vergelijken van de prestaties van de raster open veld in beide sets van dieren over de hele experimentele tijd. Want er geen verschil in prestaties tussen de 2 groepen van dieren was, was dit resultaat om aan te geven dat er is geen bruto motor tekort of ernstig beperkende stress veroorzaakt door een micro-elektrode inplanting in de motorschors27geïnterpreteerd. Bij de interpretatie van de gegevens, een daling van het aantal rasterlijnen gekruist, de totale afgelegde, of de maximale snelheid bereikt door het behandelde dier alle geven een daling in de grove motorische functie (tabel 1).

Voor het meten van de gecoördineerde greep en fijne motor functie, deelgenomen dieren aan een horizontale ladder test(Figuur 2)waar de tijd die nodig het dier was te steken de ladder en de frequentie van paw slips werden geregistreerd. Na chirurgie ladder kruising tijden waren genormaliseerd voor elk dier aan ieder dier afzonderlijk pre chirurgie scores. Dus een positief percentage samenvalt met een afname van de tijd te steken de ladder en een betere prestaties, en een negatief percentage samenvalt met een toename van de tijd te steken de ladder en een verminderde prestaties (Figuur 2B, Tabel 1).

In deze eerder gemelde gegevens weergegeven de controledieren, na ontvangst van geen enkel implantaat, de langzaamste prestaties tijden (82,6 ± 26,0%) tijdens de eerste week van na chirurgie testen onmiddellijk nadat het herstel fase27. Begin in de tweede week van na chirurgie ladder testen, de controledieren hervat hun basislijn prestaties tijden en onderhouden scores vergelijkbaar met hun scores basislijn in de loop van de studie met weinig variatie.

De dieren krijgen een intracortical micro-elektrode zag een verminderde prestaties onmiddellijk volgende operatie. Deze dieren aangetoond een verhoogde ladder overschrijding van tijd ten opzichte van de basislijn van 199.1 ± 61,4% in de eerste week van het testen van na chirurgie. De geïmplanteerde dieren weergegeven een verminderde prestaties voor de duur van de studie en hun prestaties niet terug naar hun scores van de basislijn. Op hun slechtste, geïmplanteerde dieren daalde in prestaties tijdens week 11 tot een gemiddelde van 526.9 ± 139.4% ten opzichte van de basislijn. Bovendien bleek de geïmplanteerde dieren een hogere afwijking ten opzichte van de controledieren. Was er geen significant verschil tussen het besturingselement en de geïmplanteerde dieren tijdens de eerste week van het testen. Echter, een significant verschil in het percentage verandering ten opzichte van de basislijn tijden werd gezien tussen de groepen op alle volgende weken in de studie (p < 0,05) (Figuur 2B).

Verder bewijs van fijne motor waardevermindering werd aangetoond door de frequentie van de voorste juiste paw slips tussen de 2 groepen van dieren. De prestaties van de voorste juiste poot was van bijzonder belang omdat microelectrodes werden geïmplanteerd in de linker hemisfeer van de hersenen in de regio van de motorische cortex bevoegd voor de controle van de voorste poot. Door zorgvuldige videoanalyse, paw slips werden geboekstaafd en gekwantificeerd (Figuur 2C). Terwijl geen significante verschillen werden gezien in de frequentie van de linker poot slips, bleek dat de geïmplanteerde dieren aanzienlijk meer vooraan rechts paw slips in vergelijking met de controledieren ervaren (een gemiddelde van 0,54 ± 0,07 front rechter poot glijdt per week in de geïmplanteerde dieren in vergelijking met een gemiddelde van 0.32 ± 0,02 Rechtsvoor paw slips per week in de controledieren). Bij de interpretatie van de gegevens, een toename van de tijd om over te steken van de ladder of een toename van het aantal paw slips geeft aan een afname van de fijne motorische functie (tabel 1).

Als een secundaire maatregel van gecoördineerde greep en fijne motor functie voltooid de dieren een greep kracht test (Figuur 3A) waar de kracht van de maximale grip uitgeoefend door de dieren werd opgenomen. Van het individuele dier wekelijkse greep scores waren op hun pre chirurgie basislijn grijpkracht genormaliseerd. Het werd gezien dat de geïmplanteerde dieren na chirurgie grijpkracht was aanzienlijk verminderd ten opzichte van de controledieren op bijna elk punt na chirurgie tijd. (Figuur 3B). De controledieren grijpkracht verbeterd na pre chirurgie testen, waarschijnlijk als gevolg van het trainingseffect. Verder, de controledieren grijpkracht aanzienlijk groter was dan de basislijn in de loop van de studie (p < 0,05). Interessant is dat de geïmplanteerde dieren grip sterkte prestaties was aanzienlijk slechter dan de basislijn (p < 0,01) in de eerste week van het testen van de herstelfase na, maar langzaam keerde terug naar hun basislijn. Van de nota, geeft een daling van de sterkte van de maximale grip bereikt door het dier aan een afname van de fijne motorische functie (tabel 1).

Verschillende histologische markeringen kunnen worden gebruikt om te visualiseren van de communicatie in de buurt van een brein implantaat, met inbegrip van neuronale kernen, astrocyten en stabiliteit van de bloed - hersenbarrière. Hier, we uitgevoerd immunohistochemische kleuring voor IgG, een gemeenschappelijk bloed eiwit niet vaak gevonden in de hersenen. Eerder werk heeft aangetoond dat IgG een nuttige indicator van de bloed - hersenbarrière integriteit want het is een antilichaam gevonden in het bloed, en normaliter niet aanwezig in de hersenen16,18, en dus de aanwezigheid van IgG in de omliggende hersenweefsel kunnen worden gecorreleerd aan de integriteit van de bloed - hersen barrière-43. Hier, was IgG fluorescentie intensiteit genormaliseerd naar achtergrond hersenweefsel en gekwantificeerde basisgewicht van de grens van de elektrode explantatie gat en verhuizen in concentrische opslaglocaties, totdat IgG niet langer aanwezig in het weefsel was. De geïmplanteerde dieren toonde een significante verhoging van IgG-intensiteit in de buurt van het gat uit tot 150 µm in vergelijking met de controledieren. De IgG-intensiteit in de geïmplanteerde dieren geleidelijk terug naar achtergrond intensiteit over de afstand straalt vanuit de geïmplanteerde micro-elektrode-gat. In de controledieren, die nooit is geïmplanteerd met een micro-elektrode, was de genormaliseerde IgG-intensiteit niet aanwezig in significante hoeveelheden boven de achtergrond intensiteit, zoals de bloed - hersen barrière werd niet beschadigd tijdens deze dieren.

Omdat aanzienlijke verschillen werden gezien in zowel de ladder performance and IgG-intensiteit, de twee werden gecorreleerd (Figuur 4). Hier, was de genormaliseerde fluorescerende intensiteit van de IgG-oppervlak onder de kromme van 0-50 µm vanuit de weefsel-elektrode-interface voor elk dier gecorreleerd met het gemiddelde van elk dier de ladder prestaties in de loop van de studie. Een correlatiecoëfficiënt van 0.90 werd vastgesteld, demonstreren van een zeer sterke correlatie tussen de goede prestatie van de motor en de schade aan de bloed - hersenbarrière.

Figure 1
Figuur 1 . Representatieve open veld raster testresultaten. (A) dit paneel toont een gedrags test setup voor een open veldraster test (voor bruto motor en angst testen). Het open veld raster test bestaat uit een 1 m2 acrylplaat met vierkante onderkant secties van ongeveer 33 cm en 4 ondoorzichtige muren van 40 cm in hoogte. (B) dit paneel toont een bruto motor functie prestaties afgemeten aan het aantal rasterlijnen gekruist, ten opzichte van de basislijn. Een significant verschil in prestatie tussen de controle werd gezien (n = 10) en de geïmplanteerde (n = 17) 2 weken na chirurgie (p < 0,05) risicogroepen. Alle fout wordt gemeld als SEM. Dit cijfer is herdruk van Goss-Varley et al. 27 met toestemming van de natuur Publishing Group. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 2
Figuur 2 . De resultaten van de tests van de representatieve ladder. (A) dit paneel toont een gedrags test setup voor een ladder test (voor het testen van de fijne motorische functie). De ladder bestaat uit 2 duidelijke acryl zijden van 1 m lang en 25 cm in hoogte, samen met RVS sporten verdeeld op 2 cm met een diameter van 3 mm. (B) dit paneel toont fijn motorische functie prestaties gemeten door tijd te steken van de ladder, ten opzichte van de basislijn. De resultaten onder de stippellijn geven een afname van de prestaties ten opzichte van de basislijn. Een significant verschil in prestatie tussen de controle werd ontdekt (n = 10) en de geïmplanteerde (n = 17) groepen voor de weken na chirurgie 3-16 (* = p < 0,05, ** = p < 0.01) en lengterichting over de gehele studie () # = p < 0,05). (C) dit paneel toont een gekwantificeerde exemplaar van het rechter voorpand paw enten. Een significant verschil werd ontdekt in het vóórkomen van rechter voorpand paw slips per week bij het vergelijken van het besturingselement en de geïmplanteerde groepen (* = p < 0,05). (D) Dit is een voorbeeld van een poot slip. Alle fout wordt gemeld als SEM. Dit cijfer is herdruk van Goss-Varley et al. 27 met toestemming van de natuur Publishing Group. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 3
Figuur 3 . De resultaten van de tests van de sterkte van de representatieve greep. (A) dit paneel toont een gedrags test setup voor grijpkracht (voor het testen van de fijne motorische functie). De greep kracht meter bestaat uit een verzwaarde voet met een gemonteerde kracht meter aangesloten op een grip-stuur. (B) dit paneel toont de fijne motorische functie prestaties, gemeten door de sterkte van de maximale grip uitgeoefend ten opzichte van de basislijn. De resultaten onder de stippellijn geven een afname van de prestaties ten opzichte van de basislijn. Aanzienlijke verschillen tussen de controle werden gezien (n = 5) en de geïmplanteerde (n = 6) dieren voor bijna alle post chirurgische weken (* = p < 0,05, ** = p < 0,01, *** = p < 0,001). Verdere betekenis werd gezien tussen de controledieren wekelijks en basislijn voorstellingen (# = p < 0,05) en tussen de geïmplanteerde dieren wekelijks en basislijn voorstellingen (## = p < 0,01). De controle en de geïmplanteerde dieren uitgevoerd beduidend verschillend lengterichting over de gehele studie (@@@ = p < 0,001). Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 4
Figuur 4 . Correlatie van IgG en ladder prestaties. Een genormaliseerde IgG fluorescentie intensiteit rond de plaats van implantatie was gecorreleerd met een verandering in de prestaties van de ladder, en een correlatiecoëfficiënt van 0.901 bleek (p < 0,001). Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Table 1
Tabel 1. Geheel representatieve gedrag gegevens waaruit toenemen en afname van prestaties in vergelijking met basislijn scores voor elke testen metrisch. De groene vakken vertegenwoordigen een verbeterde prestaties waardoor een motor tekort onwaarschijnlijk, en de rode vakken vertegenwoordigen een verminderde prestaties, waardoor de motor functie tekorten waarschijnlijk.

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

Het protocol hier geschetst is gebruikt voor het effectief en reproducibly meten van zowel grove als fijne motor tekort in een model van knaagdier hersenletsel. Bovendien, staat het voor de correlatie van fijne motor gedrag tot histologische resultaten na de implantatie van een micro-elektrode in de motorschors. De methoden zijn makkelijk te volgen, goedkoop kunnen worden ingesteld en kunnen worden aangepast voor de individuele behoeften van de onderzoeker. Verder, het testen van gedrag veroorzaakt geen grote stress of pijn aan de dieren; Integendeel, de onderzoekers geloven dat de dieren groeide uit tot het genieten van de oefening en de beloningen die kwam met het testen. Eerdere studies hebben gesuggereerd dat de motorschors schade motor, het geheugen en functionele schade44,45 veroorzaken kan. Ondanks deze kennis is er echter slechts beperkte informatie over de functionele gevolgen veroorzaakt door een micro-elektrode inplanting in de motorschors27, die negatieve invloed op de klinische resultaten bij patiënten hebben kunnen.

Wijzigingen kunnen worden aangebracht in het gehele protocol, zowel in de chirurgische ingreep en in het gedrag te testen. Dit protocol beschrijft de procedure om te microelectrodes in de motorschors van dieren in de regio op het gebied van de forepaws van het implantaat. Deze procedure kan gemakkelijk worden aangepast om te variëren van het implantaat, met inbegrip van elektrische stimulatie46 -meet-elektroden of cannulas voor drug delivery47, of het soort letsel, met inbegrip van een TBI model48. Verdere wijzigingen kunnen worden aangebracht voor de scorende metrics op het open veld raster test gebruikt, en naar de ladder testapparatuur. Naast het aantal rasterlijnen die gekruiste, de totale afstand reisde, en de maximale snelheid bereikt door het dier, de tijd doorgebracht stagnerende en het aantal draaiingen van rechts en links kan ook worden opgenomen als extra parameters van de prestaties van de motor32 . In de test van de ladder, kan sporten49 verwijderen of het plaatsen van de ladder op een helling50 moeilijkheid verhogen, hoewel met de huidige implantaten de auteurs niet vondst dit nodig is did om pesten uit fijne motorische tekorten in deze toepassing. Tot slot, hoewel het testen apparaat hier gepresenteerd werden ontworpen om te worden gebruikt met ratten, de eenheden kunnen worden geschaald omhoog of omlaag naar met diverse middelgrote knaagdieren worden gebruikt. Het is belangrijk op te merken dat als er zich problemen wanneer een dier is niet in staat om te voltooien de pre operatie consequent testen voordoen, het dier moet worden verwijderd uit de studie.

Net als bij alle gedrags testen, is het essentieel om te blijven zo consistent mogelijk in de loop van de studie. Het is aangetoond dat de testresultaten kunnen variëren op basis van de onderzoeker die werken met de dieren51, de locatie waar het testen uitgevoerd52en milieufactoren, met inbegrip van dierlijke huisvesting en veehouderij procedures53. Bovendien, heeft onderzoek aangetoond grote variabiliteit in het produceren van een hersenletsel door middel van schedel verwarming tijdens een craniotomy procedure31 en modellen van TBI met inbegrip van het gewicht neerzetten model54 en mechanische variatie in een gecontroleerde corticale gevolgen model55. Onderzoekers, dus moet speciale zorg om consistentie te waarborgen in de chirurgische ingreep, testen en huisvesting, en in het testen personeel, onder andere.

Toekomstige richtingen van deze testmethoden gedrag zou kunnen uitbreiden op het testen hier om grondiger resultaten gepresenteerd. Bijvoorbeeld, kon een water doolhof test of een rotor staaf om verder uittreksel van angst56 of bruto motor functie57 tekorten, respectievelijk worden opgenomen. Toekomstige werkzaamheden kan bovendien ook gericht zijn op beperking van weefselschade veroorzaakt door de opneming van een apparaat in de hersenen. Lopende werkzaamheden op dit gebied heeft zich gericht op ontsteking mitigatie via anti-oxydant behandelingen42,58, mechanisch compatibel implantaten41,59,60, de remming van de aangeboren immuniteit signalering traject14,15, en vermindering van de vasculaire schade tijdens een apparaat implantatie31,61.

Ten slotte dient te worden geoordeeld dat het huidige werk was voltooid met behulp van gezonde, jonge, mannelijke ratten die doen niet per se het belichamen van de kenmerken van de typisch menselijke patiënt ontvangen een brein implantaat. Aanvullend onderzoek verder verkennen van fijne en grove motorische functie taken in karakteristiek ziekte modellen is vereist voor het ratificeren van de bevindingen hier. In verschillende modellen van de ziekte, kunnen verschillen tussen geïmplanteerde en niet-geïmplanteerde sham dieren de bovengenoemde wijzigingen in testomstandigheden verlangen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

De auteurs hebben niets te onthullen.

Acknowledgments

Deze studie werd gedeeltelijk ondersteund door de verdienste Review Award #B1495-R (Capadona) en de presidentiële Early Career Award voor wetenschappers en ingenieurs (PECASE, Capadona) van de Verenigde Staten (VS) departement van veteranen zaken revalidatie onderzoek en De dienst van de ontwikkeling. Bovendien, werd dit werk gedeeltelijk ondersteund door het Bureau van de Assistant Secretary of Defense for gezondheid zaken via het Peer Reviewed medisch onderzoeksprogramma onder Award nr. W81XWH-15-1-0608. De inhoud vertegenwoordigen niet de mening van het Amerikaanse Department of Veterans Affairs of de regering van de Verenigde Staten. De auteurs bedank Dr. Hiroyuki Arakawa in de CWRU knaagdier gedrag kern voor zijn leiding in het ontwerpen en testen van knaagdier gedrags protocollen. De auteurs wil ook James Drake en Kevin Talbot van het CWRU departement van mechanische en luchtvaart-en Ruimtevaarttechniek bedanken voor hun hulp bij het ontwerpen en produceren van detest knaagdier ladder.

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).
Knaagdier gedrags testen om te beoordelen van functionele tekorten veroorzaakt door micro-elektrode inplanting in de motorschors Rat
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