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Neuroscience

एकाधिक लचीला पॉलिमर इलेक्ट्रोड अर्रेकेस का जीर्ण प्रत्यारोपण

Published: October 4, 2019 doi: 10.3791/59957
Automatic Translation
*1,2, *1,2, 2, 3, 2, 2, 3, 2, 4,5, 4, 4, 4, 4,5, 2,6
1Medical Scientist Training Program and Neuroscience Graduate Program, University of California San Francisco, 2Kavli Institute for Fundamental Neuroscience, Center for Integrative Neuroscience, and Department of Physiology, University of California San Francisco, 3Bioengineering Graduate Program, University of California San Francisco, 4Center for Micro- and Nanotechnology, Lawrence Livermore National Laboratory, 5Neuralink Corp., 6Howard Hughes Medical Institute
* These authors contributed equally

Summary

नीचे वर्णित स्वतंत्र रूप से चलती चूहों में पुरानी इलेक्ट्रोफिजियोलॉजिकल रिकॉर्डिंग के लिए शारीरिक रूप से दूर मस्तिष्क क्षेत्रों में कई बहुलक इलेक्ट्रोड सरणियों के प्रत्यारोपण के लिए एक विधि है। तैयारी और शल्य प्रत्यारोपण विस्तार से वर्णित हैं, डिजाइन सिद्धांतों पर जोर देने के साथ अन्य प्रजातियों में उपयोग के लिए इन तरीकों के अनुकूलन मार्गदर्शन.

Abstract

महीनों से वर्षों के लिए वितरित मस्तिष्क क्षेत्रों में व्यक्तिगत न्यूरॉन्स की बड़ी आबादी से एक साथ रिकॉर्डिंग वैज्ञानिक और नैदानिक विकास के नए रास्ते सक्षम हो जाएगा. लचीला बहुलक इलेक्ट्रोड सरणियों का उपयोग लंबे समय से स्थायी रिकॉर्डिंग का समर्थन कर सकते हैं, लेकिन एक ही यांत्रिक गुण है कि रिकॉर्डिंग की लंबी उम्र के लिए अनुमति देने के लिए एक पुरानी प्रत्यारोपण एक चुनौती में कई सम्मिलन और एकीकरण करते हैं. यहाँ एक पद्धति है जिसके द्वारा कई बहुलक इलेक्ट्रोड सरणियों मस्तिष्क क्षेत्रों के एक अपेक्षाकृत स्थानिक unconstrained सेट करने के लिए लक्षित किया जा सकता है.

विधि पतली फिल्म बहुलक उपकरणों का इस्तेमाल, उनके biocompatibility और क्षमता के लिए चयनित लंबी अवधि और स्थिर electrophysiologic रिकॉर्डिंग इंटरफेस को प्राप्त करने के लिए. परिणामी प्रत्यारोपण शारीरिक रूप से दूर क्षेत्रों का सटीक और लचीला लक्ष्यीकरण, महीनों के लिए शारीरिक स्थिरता, और बिजली के शोर को मजबूती की अनुमति देता है। पद्धति आठ अलग-अलग परमाणु लक्ष्यों में सोलह क्रमिक रूप से डाला उपकरणों को समर्थन करता है। जैसा कि पहले दिखाया गया है, पद्धति 1024 चैनलों से रिकॉर्डिंग करने में सक्षम है। इनमें से, एकल न्यूरॉन रिकॉर्डिंग के लिए इस्तेमाल किया इस प्रदर्शन में 512 चैनलों छह रिकॉर्डिंग साइटों में वितरित 375 एकल इकाइयों मिले. महत्वपूर्ण बात, इस विधि भी कम से कम 160 दिनों के लिए एकल इकाइयों रिकॉर्ड कर सकते हैं.

अस्थायी रूप से एक वापस लेने योग्य सिलिकॉन प्रविष्टि शटल के साथ प्रत्येक डिवाइस bracing सहित इस प्रत्यारोपण रणनीति, रिकॉर्डिंग के प्रत्येक सेट के लिए कस्टम डिजाइन किया गया है कि एक खोपड़ी के अनुरूप प्लास्टिक आधार टुकड़ा करने के लिए अपने लक्ष्य गहराई पर उपकरणों के tethering शामिल है एक सिलिकॉन से भरे, कस्टम डिजाइन प्लास्टिक मामले के भीतर उपकरणों के स्थिरीकरण / इसके अलावा कवर प्रत्यारोपण के लिए उपकरणों की तैयारी है, और डिजाइन सिद्धांतों है कि मस्तिष्क क्षेत्रों या सरणी डिजाइन के विभिन्न संयोजनों के लिए अनुकूलन मार्गदर्शन करना चाहिए.

Introduction

एक आदर्श तंत्रिका प्रत्यारोपण सप्ताह से महीनों के लिए वितरित मस्तिष्क क्षेत्रों में व्यक्तिगत न्यूरॉन्स की एक बहुत बड़ी संख्या से रिकॉर्ड होगा. लचीले बहुलक इलेक्ट्रोड सरणियां महीनों के लिए रिकॉर्ड करने के लिए लंबी उम्र के साथ इलेक्ट्रोफिजियोलॉजिकल रिकॉर्डिंग प्रदान करते हैं और व्यक्तिगत न्यूरॉन्स को ट्रैक करने के लिए स्थिरता1,2,3. हालांकि, एक ही यांत्रिक गुण है कि कतरनी क्षति4 को कम करने और जैव संगतता और रिकॉर्डिंग क्षमताप्रदान 2,3,5,6,7, 8 उनके कठोर समकक्षों के सापेक्ष मस्तिष्क में उनकी प्रविष्टि के लिए एक चुनौती पैदा. पिछले काम चार 32 चैनल arrays की एक अधिकतम पूरा किया है, लेकिन हल putative एकल न्यूरॉन्स की कुल उपज unreportedहै 2,3,9. इसके विपरीत, सिलिकॉन आधारित इलेक्ट्रोड सरणियां उच्च घनत्व में इस्तेमाल किया गया है, बहु क्षेत्र प्रत्यारोपण, लेकिन इन प्रौद्योगिकियों या तो महीनों में न्यूरॉन्स से spikes रिकॉर्ड करने की क्षमता की कमी (दीर्घायु) या एक ही न्यूरॉन्स ट्रैक करने के लिए (स्थिरता) उस timescale पर, या घनत्व कई मस्तिष्क क्षेत्रों में व्यक्तिगत न्यूरॉन्स के सैकड़ों से रिकॉर्ड करने के लिए. यहाँ प्रस्तुत विधि वर्तमान बहुलक इलेक्ट्रोड सरणी आधारित तरीकों में प्रविष्टि की कम संख्या पर काबू पाने, जिससे कई शारीरिक रूप से दूर क्षेत्रों में अलग-अलग न्यूरॉन्स की बड़ी संख्या के इलेक्ट्रोफिजियोलोरिक रिकॉर्डिंग के लिए साधन उपलब्ध कराने के लिए महीने, स्थिरता के साथ कई दिनों में एक ही व्यक्ति न्यूरॉन्स से रिकॉर्ड करने के लिए.

microwire या सिलिकॉन आधारित रणनीतियों के बजाय एक बहुलक सब्सट्रेट का उपयोग करने के महत्व के बारे में कुछ बहस है. के रूप में Dhawale एट अल10द्वारा प्रदर्शन किया, microwires वास्तव में कृन्तकों में महीने लंबी स्थिर रिकॉर्डिंग में सक्षम हैं, हालांकि प्रत्यारोपण एक ही क्षेत्र में 16 tetrodes तक ही सीमित थे. microwire प्रत्यारोपण के आकार को स्केलिंग एक अपेक्षाकृत उच्च ऊपरी सीमा तक पहुँच जाता है, अप करने के लिए 1792 एक गैर मानव प्राइमेट11में हासिल चैनलों के साथ. हालांकि, microwire सरणियों का निर्माण सिलिकॉन नैनोनिर्माण प्रक्रियाओं के साथ असंगत है और इसलिए, अत्यंत समय लगता है, निर्माण के दौरान व्यक्तिगत रूप से प्रत्येक चैनल के मैनुअल हैंडलिंग की आवश्यकता12,13 ,14. इस प्रकार, यह स्पष्ट नहीं है कि क्या यह प्रौद्योगिकी रिकॉर्डिंग चैनलों में परिमाण वृद्धि के आदेश का समर्थन कर सकती है।

वर्तमान सिलिकॉन उपकरण एक अखंड उपकरण 15,16,17,18,19पर सैकड़ों या एक हजार से अधिक इलेक्ट्रोड रख सकते हैं . नवीनतम सिलिकॉन निर्माण प्रक्रियाओं छोटे पार अनुभागीय क्षेत्रों के साथ उपकरणों उत्पन्न, सामग्री की परवाह किए बिना, कम glial सक्रियण20मेंजिसके परिणामस्वरूप ,21,22,23 ,24 और अधिक अनुरूप उपकरणों। सिलिकॉन जांच एकल इकाई रिकॉर्डिंग दीर्घायु की रिपोर्ट में एक परिवर्तनशीलता है, कुछ संकेत है कि अपेक्षाकृत बड़े सिलिकॉन जांच लंबी अवधि के रिकॉर्डिंग प्रदान कर सकते हैं के साथ25,26. विशेष रूप से, नवीनतम व्यावसायिक रूप से उपलब्ध सिलिकॉन उपकरणों17 कई महीनों के लिए रिकॉर्ड करने के लिए लंबी उम्र है और पार अनुभागीय क्षेत्रों बहुत यहाँ वर्णित विधि में इस्तेमाल किया टांगों के समान है (जून एट अल 201717:70 [m x 20m ], उपकरणों यहाँ और चुंग एट अल में वर्णित 20191:68 डिग्री - 80 डिग्री मी x 14 डिग्री मी). स्थिरता में अंतर के कारण, इस जांच के लिए सप्ताह से अधिक एक ही न्यूरॉन्स से रिकॉर्ड करने में सक्षम होने का प्रदर्शन नहीं किया गया है. यह संभावना कठोर सिलिकॉन के उपयोग के कुछ संयोजन के साथ ही खोपड़ी के लिए प्रत्यक्ष tethering के कारण है, सरणी मस्तिष्क इंटरफ़ेस27,28पर micromotion, अस्थिरता, और ग्लियोसिस पैदा करने के लिए जाना जाता है. एक उपकरण है कि तंत्रिका ऊतक के साथ स्थानांतरित कर सकते हैं का निर्माण करने के लिए, सामग्री है कि नरम कर रहे हैं5,29 और लचीला7 की आवश्यकता है. कई उपलब्ध पॉलिमर (Geddes और Roeder30देखें , Fattahi एटअल. 31, और Weltman एट अल.32 समीक्षा के लिए) लचीलापन और microwires की स्थिरता है और भी नैनो निर्माण प्रक्रियाओं के साथ संगत कर रहे हैं, जो अनुमति देते हैं सिलिकॉन उपकरणों के घने पैकिंग.

कई तंत्रिका प्रत्यारोपण मुद्दों लचीला बहुलक इलेक्ट्रोड सरणियों के उपयोग के लिए विशिष्ट हैं। इनमें से पहले सरणी की प्रविष्टि है, के रूप में लचीला सरणियां कठोरता की कमी सिलिकॉन या microwire आधारित रणनीतियों की तरह मस्तिष्क में उन्नत किया जा करने के लिए. लचीला उपकरणों के लिए प्रविष्टि रणनीतियों के बहुमत सब्सट्रेट के एक अस्थायी stiffening पर निर्भर के रूप में इस विधि में किया जाता है (देखें Weltman एटअल. 32 समीक्षा के लिए). वहाँ पांच उल्लेखनीय रणनीति है कि एक कठोर शटल का उपयोग नहीं कर रहे हैं. सबसे पहले, वहाँ तरीके है कि सामग्री का उपयोग कर रहे हैं कि कठोर से प्रत्यारोपण पर अनुरूप करने के लिए संक्रमण33,34. इस रणनीति का एक दोष यह है कि यह एक अपेक्षाकृत बड़े पार अनुभागीय क्षेत्र की आवश्यकता है के लिए मस्तिष्क के ऊतकों के प्रवेश के लिए आवश्यक बल प्राप्त करने से पहले buckling के रूप में है Euler buckling बल गणना35द्वारा निर्धारित . क्रॉस सेक्शनल क्षेत्र में इस वृद्धि से आस - पास केऊतकों 20,21,22,23,24के स्वास्थ्य पर नकारात्मक प्रभाव पडेगा . दूसरा मस्तिष्क36के ऊपर एक हटाने योग्य समर्थन संरचना का उपयोग है, हालांकि यह समय लेने वाली हटाने या मचान के विघटन के लिए एक न्यूनतम असमर्थित लंबाई (और उच्च buckling बल) बनाए रखने की आवश्यकता है. वैकल्पिक रूप से, यह सरणी एक लंबे समय तक असमर्थित लंबाई के साथ सम्मिलित करने के लिए, जिससे एक stiffer सरणी सब्सट्रेट या एक बड़ा सरणी पार अनुभागीय क्षेत्र की आवश्यकता होगी. तीसरा है पूर्व प्रवेश के लिए लचीला सरणी के लिए एक छेद खोलने के बाद35में डाला जा करने के लिए . यह सटीक realignment या अपेक्षाकृत बड़े पूर्व प्रवेश व्यास की आवश्यकता है, और इलेक्ट्रोड सरणी कठोरता और पार अनुभागीय क्षेत्र असमर्थित प्रविष्टि की अनुमति के लिए. चौथा लचीला डिवाइस कड़ा करने के लिए dissolvable कोटिंग्स का उपयोग है। यह काफी पार अनुभागीय क्षेत्र और प्रविष्टि की वजह से तीव्र क्षति बढ़ जाती है, यहां तक कि जब विशेष सावधानियों के लिए एक डिवाइस37की तेज टिप को बनाए रखने के लिए लिया जाता है. पांचवां बहुलक सरणी का इंजेक्शन है। इस रणनीति को चार 32-च प्रविष्टि2के साथ प्रत्यारोपण प्राप्त करने में सफलता मिली है, लेकिन प्रविष्टि के लिए एक बहुत बड़ा पार अनुभागीय क्षेत्र का उपयोग करने की आवश्यकता है, एक 250 डिग्री - 1.5 मिमी बाहरी व्यास कांच केशिका ट्यूब9, अधिक से अधिक तीव्र क्षति के कारण. इसके विपरीत, एक हटाने योग्य शटल का उपयोग करते हुए, तीव्र प्रविष्टि के लिए पार अनुभागीय क्षेत्र जोड़ने, stiffest संभव सामग्री के उपयोग के लिए अनुमति देता है, और इसलिए, सैद्धांतिक न्यूनतम आकार हो सकता है जब एक मनमाने ढंग से लचीला डिवाइस डालने. इस प्रकार, एक कठोर शटल का उपयोग कर प्रविष्टि वर्तमान में लचीला उपकरणों डालने के लिए सबसे आकर्षक विकल्प है.

वहाँ किसी भी प्रविष्टि शटल दृष्टिकोण की दो आवश्यकताओं हैं: एक उपयुक्त कड़ी सब्सट्रेट और सब्सट्रेट करने के लिए लचीला डिवाइस जोड़ी के लिए एक रास्ता. निवेशन शटल सामग्री आम तौर पर सिलिकॉन38,39,40,41, स्टेनलेस स्टील8,42,या टंगस्टन43,44हैं, 45, छोटे पार अनुभागीय क्षेत्रों के लिए अनुमति देने के कठोर सामग्री के साथ. ये आम तौर पर पॉलीथीन ग्लाइकोल (पीईजी)8,38,39,42,43, इलेक्ट्रोस्टैटिक फोर्स40या प्रत्यक्ष जैसे चिपकने वाले का उपयोग करके चिपकाए जाते हैं . शारीरिक युग्मन45,46. सभी मामलों में, चुनौतियों संरेखण और इलेक्ट्रोड सरणी के युग्मन और प्रविष्टि और प्रविष्टि के बाद decoupling से पहले प्रविष्टि शटल हैं. नीचे Recounted फेलिक्स एट अल द्वारा शुरू की विधि का एक शोधन है39 अस्थायी रूप से एक सिलिकॉन प्रविष्टि शटल के साथ इलेक्ट्रोड सरणी ब्रेस, खूंटी का उपयोग कर संलग्न, कि अपने लक्ष्य गहराई करने के लिए सरणी की प्रविष्टि के बाद हटा दिया जाता है.

एक पुरानी प्रत्यारोपण के भीतर लचीला उपकरणों द्वारा प्रस्तुत एक दूसरी चुनौती अभी भी डिवाइस खोपड़ी से जुड़ी एक प्रत्यारोपण में एकीकृत किया जा करने के लिए अनुमति देते समय मस्तिष्क के भीतर डिवाइस को स्थिर करने की है. मस्तिष्क प्राकृतिक स्पंदनों के कारण खोपड़ी के सापेक्ष चलता है, पोस्ट-ट्रैमेटिक edematous परिवर्तन, प्रभाव, और अन्य कारणों, और इलेक्ट्रोड सरणी इसलिए कम से कम कुछ हद तक जहां यह खोपड़ी और रिकॉर्डिंग हार्डवेयर के लिए चिपका है के सापेक्ष स्थानांतरित करने के लिए स्वतंत्र होना चाहिए. यह एक 3 डी मुद्रित प्लास्टिक आधार टुकड़ा का उपयोग कर हासिल की है, कस्टम प्रत्यारोपण लक्ष्य के प्रत्येक सेट के लिए डिजाइन, कि कई कार्य किया है: प्रत्यारोपण के दौरान एक नमकीन जलाशय, बहुलक arrays तार करने के लिए स्थान, और सिलिकॉन जेल के लिए आवास. खोपड़ी और सिलिकॉन जेल के ऊपर tethering स्थान सरणी के लिए वक्रता का एक बड़ा त्रिज्या बनाने के लिए और इस तरह सरणी पर बड़ा संपीड़न बलों के लिए अनुमति देने के लिए एक साथ काम करते हैं। यह बदले में सरणी (स्कॉल) के लंगर अंक के सापेक्ष मस्तिष्क के आंदोलन के लिए अनुमति देता है buckling लोड में अनुवाद किया जा करने के लिए.

इसके अलावा चुनौतियों में कई सरणियों के घर और पशु के लिए पर्याप्त तनाव राहत प्रदान करने की आवश्यकता शामिल है स्वतंत्र रूप से कंपन या प्रभाव बलों के हस्तांतरण के बिना इलेक्ट्रोड सरणियों के हस्तांतरण के बिना व्यवहार करते हैं, जो तंत्रिका ऊतक के सापेक्ष गति पैदा कर सकता है. समाधान है कि इसी तरह के अनुप्रयोगों में इस्तेमाल किया गया है जहां मस्तिष्क एक कठोर रिकॉर्डिंग खिड़की के सापेक्ष स्थिर होना चाहिए करने के लिए अनुकूलन इस चुनौती को संबोधित किया है. एक कृत्रिम dural सीलेंट सिलिकॉन जेल (सामग्री की तालिका),जो पहले गैर विषैले होने का प्रदर्शन किया गया है और सीएसएफ रिसाव47को रोकने के लिए , मस्तिष्क को काउंटर दबाव प्रदान करता है जावक सूजन को रोकने के लिए और सरणी को स्थिर करने के लिए मस्तिष्क की सतह. सुरक्षा की एक अतिरिक्त परत मध्यम विस्कोसिटी द्वारा डिवाइस रिबन के लिए जोड़ा जाता है, शल्य ग्रेड सिलिकॉन elastomer, पहले पुरानी तंत्रिका इलेक्ट्रोड प्रत्यारोपण48सील में उपयोग के लिए प्रदर्शन किया. अंत में, सिलिकॉन-बफर प्रत्यारोपण और headstage 3 डी मुद्रित टुकड़े कस्टम पशु की सामान्य गतिशीलता की कम से कम कमी के लिए बड़े पैमाने पर एक कम केंद्र बनाए रखने के लिए डिज़ाइन के साथ encased है.

इस प्रोटोकॉल एक लचीला बहुलक microelectrode सरणी एक सिलिकॉन प्रविष्टि शटल के लिए घुड़सवार के साथ शुरू होता है. यह 3 डी मुद्रित प्रविष्टि टुकड़े करने के लिए सरणी-शटल डिवाइस के बढ़ते के साथ आय, शल्य तकनीक और प्रत्यारोपण निर्माण सफलतापूर्वक एक जानवर प्रत्यारोपण करने के लिए आवश्यक कदम का वर्णन करता है, और सोलह बहुलक बहु-इलेक्ट्रोड का समर्थन करने में सक्षम है एक ही चूहे1में आठ शारीरिक रूप से दूर के क्षेत्रों में परिरोपित सरणियां .

इस प्रोटोकॉल एक सिलिकॉन प्रविष्टि शटल के लिए biodissolvable चिपकने वाला पॉलीथीन ग्लाइकोल (PEG) द्वारा संलग्न बहुलक इलेक्ट्रोड सरणियों की प्रारंभिक सामग्री मानता है, फेलिक्स एट अल39में दिखाया गया है, और कम से कम दो स्वतंत्र रूप से चल प्रविष्टि टुकड़े: एक जो करने के लिए सिलिकॉन शटल चिपके हो जाएगा और एक करने के लिए जो इलेक्ट्रोड सरणी के संबंधक का पालन किया जाएगा. इस प्रोटोकॉल भी अधिक सुरक्षित रूप से एक micron पैमाने micromanipulator करने के लिए दो प्रविष्टि टुकड़े संलग्न करने के लिए एक तीसरी प्रविष्टि टुकड़ा का उपयोग करता है. 3D मुद्रण के लिए सभी फ़ाइलें पर पाया जा सकता है: https://github.com/jasonechung/PolymerProbe3DParts

प्रत्येक बहुलक इलेक्ट्रोड सरणी, इस विधि में इस्तेमाल किया दो से चार रिकॉर्डिंग टांगों के शामिल है, एक रिबन है कि बिजली के निशान व्यक्त, और, रिबन के अंत में, एक हार्डवेयर कनेक्टर या मुद्रित सर्किट बोर्ड. इलेक्ट्रोड सरणी और रिबन खूंटी के साथ सिलिकॉन शटल के ऊपर तय कर रहे हैं. प्रत्येक रिबन में 2 सेमी लंबी x 1 मिमी मोटी पॉलीमिडी ट्यूब होती है जो यूवी इलाज एपॉक्सी के माध्यम से रिबन से जुड़ी होती है, जो रिबन की लंबाई के लंबवत होतीहै। प्रत्येक डिवाइस (इलेक्ट्रोड सरणी और सम्मिलन शटल) 3 डी मुद्रित प्रविष्टि टुकड़े कि मस्तिष्क में सरणी डालने और शटल वापस लेने के लिए इस्तेमाल किया जाएगा पर लोड किया जाना चाहिए (चित्र 1) . इस डिजाइन में, हाइड्रोलिक प्रविष्टि micromanipulator (हरी, सामग्री की तालिका)अपने लक्ष्य गहराई के लिए पूरे प्रविष्टि उपकरण (टुकड़ा 1, टुकड़ा 2 और वापसी micromanipulator, नारंगी) ले जाता है. एक बार सरणी प्रविष्टि तंत्र से अलग किया गया है और तय, दूसरा, वापसी micromanipulator (नारंगी) टुकड़ा 1 और संलग्न शटल प्रविष्टि उपकरण के बाकी हिस्सों से स्वतंत्र रूप से वापस ले जाता है, विस्थापित किए बिना शटल को हटाने सरणी.

Figure 1
चित्र 1: सम्मिलित करने वाले घटक.
(एक) टुकड़े 1 और 2 अस्थायी रूप से एक हटाने योग्य पेंच के साथ एक दूसरे के लिए तय कर रहे हैं और बाद में वापसी micromanipulator पिस्टन (नारंगी) पर docked जाएगा. (बी)सरणी और सम्मिलन शटल टुकड़ा 1 का पालन कर रहे हैं और सरणी संबंधक डबल पक्षीय टेप के साथ टुकड़ा 2 से जुड़ा हुआ है. टुकड़ा 3 वापसी micromanipulator जोड़ता है और टुकड़े 1 और 2 प्रविष्टि micromanipulator (हरा) के लिए. प्रविष्टि micromanipulator प्रत्यारोपण स्थिति के लिए एक स्टीरियोटेक्टिक एडाप्टर के लिए तय हो गई है. टुकड़े 1-3 उनके रिश्तेदार आकार में चित्र हैं. टुकड़ा 4 सम्मिलन शटल के उचित संरेखण के लिए एक स्थिर टुकड़ा है. कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Protocol

इस पांडुलिपि में वर्णित सभी पशु-प्रभावित प्रोटोकॉलको यूसीएसएफ में संस्थागत पशु देखभाल और उपयोग समिति द्वारा अनुमोदित किया गया है।

1. प्रविष्टि के लिए बहुलक इलेक्ट्रोड सरणियों की तैयारी ($ 30 मिनट)

  1. टुकड़े को एक साथ लॉक करने के लिए गठबंधन, खड़ी उन्मुख छेद के माध्यम से एक पेंच डालने से टुकड़ा 1 से टुकड़ा 2 संलग्न करें (चित्र 2)। इन दो टुकड़ों को एक विकार में पकड़ो। टुकड़ा 2 के शीर्ष करने के लिए दो तरफा टेप(सामग्री की तालिका)संलग्न करें। 1 टुकड़ा के अंत करने के लिए स्थिर टुकड़ा 4 संलग्न करें। यह जगह में घर्षण द्वारा आयोजित किया जाएगा.

Figure 2
चित्र 2: सरणी-शटल संरेखण के लिए असेंबली.
(ए) टुकड़े की विधानसभा 1, 2, और प्रविष्टि शटल लगाव की तैयारी में स्थिर टुकड़ा. (बी) टुकड़े 1 और 2 अंगूठे के पेंच के साथ एक साथ आयोजित. कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

  1. हाथ से, इलेक्ट्रोड सरणी संरेखित करें और टुकड़ा 1 के संकीर्ण अंत खंड के साथ प्रविष्टि शटल देते हैं। जब जांच टुकड़ा 1 के अनुदैर्घ्य अक्ष के साथ गठबंधन किया है, 2 टुकड़ा के फ्लैट भाग पर polyimide दो तरफा टेप करने के लिए सरणी संबंधक का पालन करें.
  2. प्लास्टिक टिप ्ड संदंश के साथ, सरणी रिबन से जुड़ी केवल पॉलीमिड विंग से संपर्क करना, प्रविष्टि शटल-इलेक्ट्रोड सरणी डिवाइस टिप ऑफ पीस 1, स्थिर टुकड़े के बाहरी हिस्से में उठा (चित्र 3A)।
  3. 1 के अंत में सायनोऐक्रिलेट (सामग्री की तालिका) या अन्य चिपकने वाला ($10L) की एक छोटी राशि लागू करें। बहुत कम दृढ़ता से सम्मिलन शटल टुकड़ा करने के लिए पालन नहीं होगा 1, प्रविष्टि या वापसी के दौरान टुकड़ी जोखिम. बहुत ज्यादा जोखिम शटल बह निकला और सरणी ही टुकड़ा 1 का अनुसरण.
  4. प्लास्टिक टिप संदंश का उपयोग करना, सरणी रिबन से जुड़ी केवल पॉलीमिडविंग विंग से संपर्क करना, प्रविष्टि शटल के वर्ग टैब के साथ 1, टुकड़े के संकीर्ण खंड के साथ डिवाइस को फिर से संरेखित करें (और केवल शटल) गोंद के ऊपर(चित्र 3B)। सिलिकॉन शटल या खूंटी के पक्ष में हेरफेर करके छोटे संरेखण समायोजन करें. रिबन या टांगों पर अत्यधिक बल लगाने से बचें।

Figure 3
चित्र 3: संरेखण, लगाव, और सरणी-शटल की नसबंदी।
(क)टुकड़ा 1 के डॉकिंग स्टेशन पर गोंद के अनुप्रयोग के लिए प्रविष्टि शटल-इलेक्ट्रोड सरणी डिवाइस का उचित अभिविन्यास। दो-शांक सरणी-शटल दिखाया गया है। (बी) पॉलिमर इलेक्ट्रोड सरणी और प्रविष्टि शटल सम्मिलन टुकड़ा पर घुड़सवार, संरेखण के लिए अस्थायी स्थिर टुकड़ा के साथ. दो-शांक सरणी-शटल दिखाया गया है। (ग)नसबंदी के दौरान सुरक्षा के लिए प्लास्टिक बॉक्स में प्रविष्टि उपकरण लगाया जाता है। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

  1. स्थिर टुकड़ा के दोनों पक्षों पर forceps के साथ कोमल नीचे दबाव लागू करें और सरणी ले जाने के बिना विधानसभा से इसे हटा दें.
  2. उप से घुड़सवार डिवाइस असेंबली (टुकड़े 1 और 2, सरणी, सम्मिलन शटल, और सरणी कनेक्टर) निकालें और इसे एथिलीन ऑक्साइडद्वारानसबंदी के लिए एक छोटे प्लास्टिक बॉक्स के आधार पर दो तरफा टेप के साथ पालन करें । स्टीम नसबंदी इन उपकरणों के लिए उपयुक्त नहीं है।

2. आधार टुकड़ा के डिजाइन

  1. चयनित स्टीरियोटेक्निक लक्ष्यों के साथ-साथ खोपड़ी शिकंजा और जमीन शिकंजा के स्थानों के लिए craniectomy आकार निर्धारित करें। Craniectomy आकार सरणी पदचिह्न द्वारा निर्धारित किया जाता है, कुछ सौ के साथ ($300) सतह vascuature से बचने के लिए प्लेसमेंट समायोजन के लिए माइक्रोन परिधि.
  2. एक डिजाइन सॉफ्टवेयर (उदाहरण के लिए, सीएडी) का उपयोग करना, आधार टुकड़ा के पदचिह्न डिजाइन करने के लिए योजना बनाई craniectomies चारों ओर और अस्थायी रिज और खोपड़ी शिकंजा द्वारा परिभाषित परिधि के भीतर फिट, खोपड़ी सतह क्षेत्र है कि आधार टुकड़ा के बाहर हो जाएगा अधिकतम जो करने के लिए चिपकने वाला लुटिंग सीमेंट खोपड़ी के प्रत्यारोपण का पालन करने के लिए बाध्य कर सकता है।
  3. आधार टुकड़ा के नीचे की सतह को कंटूर तो यह अंतराल के बिना खोपड़ी का पालन किया जा सकता है, संक्रमण की संभावना को कम करने और बाहर टपकने से नमकीन या सिलिकॉन elastomer को रोकने.
  4. 3-7 मिमी, नमकीन और सिलिकॉन elastomer पकड़ करने के लिए पर्याप्त उच्च लेकिन सरणी प्रविष्टि (ओं) के दौरान दृश्यता में बाधा नहीं करने के लिए पर्याप्त कम करने के लिए आधार टुकड़ा की ऊंचाई सेट करें।
    नोट: आधार टुकड़ा ऊर्ध्वाधर पदों या इसी तरह की सुविधाओं के साथ डिजाइन किया जा सकता है जो polyimide पंख खोपड़ी के ऊपर एक बिंदु पर tethered किया जा सकता है. अनुलग्नक बिंदुओं को दृश्य में बाधा न आने दें.
  5. 3D आधार भाग मुद्रित करें (चित्र 4) और प्रत्यारोपण से पहले आधार टुकड़ा बाँझ.

Figure 4
चित्र 4: प्रत्यारोपण के लिए तैयार खोपड़ी.
Durectomies खोपड़ी शिकंजा, आधार एक्रिलिक परत, और आधार टुकड़ा खोपड़ी के लिए तय के साथ पूरा करें।

3. खोपड़ी की तैयारी ($ 2 ज)

  1. प्रत्यारोपण के वजन का समर्थन करने के लिए एक चूहे 400 ग्राम या अधिक से अधिक का चयन करें। पुरुष लांग-एवन्स चूहों, 6-12 महीने की उम्र में इस्तेमाल किया गया.
  2. चूहे को एनेस्थेटाइज करें। जानवर को संज्ञाहरण कक्ष में रखें। 5% isoflurane चालू करें.
  3. केटामाइन (50 मिलीग्राम/किग्रा), जाइलज़ीन (6 मिलीग्राम/किग्रा), और एट्रोपिन (0.14 मिलीग्राम/किग्रा) की इंट्रापेरिटोनल खुराक का इंजेक्शन।
    1. जांच संज्ञाहरण गहराई हर 20 मिनट प्रक्रिया भर में पंजा चुटकी से कोई वापसी नहीं है और श्वसन दर 50-75 सांस /
  4. चूहे पर आंख का मरहम लगाएं।
  5. चूहे के सिर दाढ़ी.
  6. स्टीरियोटैक्सिक धारक में जानवर रखें।
  7. तीन alternating scrubs के साथ स्क्रबिंग द्वारा शल्य साइट तैयार करें Povidone-आयोडीन सर्जिकल स्क्रब में से प्रत्येक, बाँझ नमकीन के बाद.
  8. खोपड़ी में 0.5% लिडेकेन के 0.2 सीसी इंजेक्शन.
  9. खोपड़ी के मिडलाइन पर एक सैगिटल चीरा बनाएं जो ब्रीग्मा के लिए कम से कम 3 मिमी पूर्वकाल और लैम्ब्डा के पीछे 3 मिमी को उजागर करता है।
  10. कपास swabs का उपयोग कर periosteum निकालें.
  11. मार्क प्रविष्टि और craniectomy साइटों एक कार्तीय समन्वय विमान का उपयोग कर एक स्केलपेल के साथ खोपड़ी स्कोरिंग द्वारा एक स्टीरियोटेक्टिक साधन के साथ bregma पर शून्य.
  12. ड्रिल craniectomy साइटों, हड्डी की एक पतली परत है कि forceps के साथ हटाया जा सकता है छोड़ने. ड्यूरा का खुलासा न करें। यह ड्यूरा को बाधित किए बिना हड्डी धूल की खोपड़ी की सफाई के लिए अनुमति देता है।
  13. ड्रिल और हड्डी शिकंजा डालने, एक समय में एक, छेद में प्रवेश करने से हड्डी धूल को रोकने के लिए. हड्डी धूल को दूर करने के लिए उदार आइसोटोनिक सिंचाई का प्रयोग करें। लगभग 50 ग्राम के एक प्रत्यारोपण के लिए, 10-12 शिकंजा का उपयोग करें. टाइटेनियम शिकंजा की अनुमति osseointegration49|
    1. एक गहराई है कि पूरी तरह से मस्तिष्क को प्रभावित किए बिना खोपड़ी प्रवेश करने के लिए शिकंजा अग्रिम.
  14. एक सर्किट ग्राउंड के रूप में कार्य करने के लिए एक विद्युत प्रवाहकीय तार करने के लिए कम से कम एक हड्डी पेंच कनेक्ट करें।
  15. सभी ड्रिलिंग के बाद पूरा हो गया है, एक नमकीन धोने के साथ हड्डी धूल की खोपड़ी साफ।
  16. कपास swabs या अन्य शोषक के साथ खोपड़ी सूखी और चिपकने वाला लुटिंग सीमेंट की एक प्रारंभिक परत लागू (सामग्री की तालिका) शिकंजा करने के लिए (कृंतक खोपड़ी पर तामचीनी etchant का उपयोग नहीं करते). इस प्रारंभिक चिपकने वाला luting सीमेंट परत प्रत्यारोपण आसंजन में वृद्धि होगी और बाद में आसंजन चरणों में श्रम में कमी.
  17. प्रत्येक craniectomy साइट पर शेष हड्डी की पतली परत निकालें.
  18. किसी भी vasculature से परहेज करते हुए एक तुला टिप के साथ एक 30 गेज सुई का उपयोग कर ड्यूरा Incise। चीरा की लंबाई प्रविष्टि शटल के आयामों से मेल खाता है.
    1. यदि खून बह रहा है, तो एक कोमल नमकीन ड्रिप के साथ मैन्युअल रूप से सिंचाई करें और रक्तस्राव बंद होने तक जारी न रखें।
  19. यदि कई durectomies प्रदर्शन किया जा रहा है, इस तरह के नियमित रूप से सिंचाई शरीर के तापमान नमकीन के साथ हर कुछ मिनट के रूप में जेल फोम या किसी अन्य विधि के साथ नम साइटों रखें।
  20. खोपड़ी के लिए आधार टुकड़ा के सीमेंट आसंजन को लुटने की तैयारी में कपास झाड़ू या अन्य शोषकों के साथ फिर से खोपड़ी को सुखाएं।
  21. बाँझ आधार टुकड़ा स्थिति. यदि आधार टुकड़ा bregma को कवर किया जाएगा, एक प्रॉक्सी के रूप में दूर एक ज्ञात दूरी पर किसी अन्य स्थान को चिह्नित करें.
  22. आधार टुकड़ा की परिधि के आसपास चिपकने वाला luting सीमेंट लागू करें। नमकीन के साथ पालन आधार टुकड़ा भरें; पहचान और आधार टुकड़ा और खोपड़ी इंटरफ़ेस के बीच इंटरफेस पर चिपकने वाला luting सीमेंट के साथ किसी भी रिसाव पैच (चित्र 5) .
    नोट: यह महत्वपूर्ण है कि आधार टुकड़ा पूरी तरह से कृत्रिम dural सीलेंट सिलिकॉन जेल के रिसाव को रोकने के लिए खोपड़ी के लिए सुरक्षित हो, क्योंकि यह खोपड़ी के लिए प्रत्यारोपण के पर्याप्त आसंजन को रोकने जाएगा। जानवर सरणियां डाला है करने के लिए तैयार है।

4. सरणियों और शटल के retractions के सीरियल सम्मिलन (प्रति सरणी $ 1 एच)

नोट: यह प्रक्रिया एक nonviable डिवाइस के साथ संचालित किया जाना चाहिए, विशेष रूप से एकाधिक-आरे प्रत्यारोपण के लिए जहां एक डिवाइस बाद में उपकरणों के प्रत्यारोपण के साथ हस्तक्षेप कर सकते हैं.

  1. वापस लेने micromanipulator पिस्टन पर टुकड़े 1 और 2 लोड. एक विस्तारित स्थिति के लिए टुकड़ा 1 के micromanipulator सेट और टुकड़ा 3 के micromanipulator एक वापस ले लिया स्थिति के लिए. पिस्टन 1 टुकड़ा के अंदर एक टर्मिनल गहराई पर स्लाइड जाएगा. टुकड़ा 2 टुकड़ा 3 के शीर्ष भाग के भीतर फिट बैठता है, छेद गठबंधन के साथ.
    1. सम्मिलन micromanipulator पिस्टन पर 3 लोड टुकड़ा, और टुकड़ा 3 के नीचे पर एक पेंच के साथ जगह में सुरक्षित (चित्र 5ए, बी).
    2. भार और पेंच के टुकड़े 2 और 3 को एक साथ लें, ताकि सम्मिलन माइक्रोमैनिप्युलेटर को ले जाने से पूरे सम्मिलन उपकरण(चित्र 5ब्)को ले जाता है।
    3. पेंच है कि टुकड़े 1 और 2 एक साथ रखती निकालें. टुकड़ा 1 टुकड़ा 2 से स्वतंत्र रूप से चलता है, उपकरण से प्रविष्टि शटल के अलग वापसी की अनुमति देने के लिए.
    4. टुकड़ा 1 के पार्श्व छेद में इस पेंच डालें, पिस्टन ट्रैक करने के लिए सीधा, जब तक पेंच पिस्टन पर दबाव लागू होता है. यह आश्वस्त करता है कि टुकड़ा 1 वापस लेने वाले पिस्टन के अनुसार चलता है, जैसा कि चित्र 5Dमें देखा गया है। उपकरण स्टीरियोटैक्टिक साधन पर मुहिम शुरू की है जब दृष्टि में बाधा नहीं होगा कि पार्श्व छेद का चयन करने के लिए सुनिश्चित करें।

Figure 5
चित्र 5: सम्मिलनकर्ता की असेंबली.
(क) टुकड़े 3 से माइक्रोमैनेटर तक के बढ़ते हुए. (बी) प्रविष्टि उपकरण पर टुकड़ों का अनुलग्नक 1 और 2 . (सी)घुड़सवार इलेक्ट्रोड सरणी-निवेशन शटल डिवाइस के साथ प्रविष्टि टुकड़े। (डी)थंब स्क्रू होल्डिंग पीस 1 और 2 को एक साथ हटा दिया गया। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

  1. क्रैनिक्टॉमी से किसी भी जेल-फोम निकालें। स्टीरियोटाइपिक लक्ष्यीकरण के लिए वास्तविक या प्रॉक्सी ब्रीग्मा का उपयोग करें. डिवाइस को सम्मिलन साइट पर ले जाते समय, खोपड़ी के ऊपर कम से कम कुछ सेंटीमीटर की ऊंचाई बनाए रखें।
    1. खोपड़ी या मस्तिष्क के पास सरणी-शटल डिवाइस की लंबी अवधि से बचें ताकि इस संभावना को कम किया जा सके कि संघनन प्रविष्टि से पहले या प्रविष्टि के दौरान सरणी को अलग कर देगा। यदि ऐसा होता है, तो मस्तिष्क और खोपड़ी के ऊपर उच्च सरणी-शटल डिवाइस को बढ़ाने का प्रयास करें और इसके सूखने और फिर से पालन करने के लिए प्रतीक्षा करें।
  2. सतह vasculature से बचने के लिए प्रत्यारोपण निर्देशांक समायोजित करें। craniectomy और durectomy के दौरान के रूप में, सीधे जहाजों मर्मज्ञ से बचें.
  3. डिवाइस तेजी से डालें ($ 25 $m/s), स्टीरियोटेक्टिक उपकरण के साथ कम जब तक डिवाइस मस्तिष्क में प्रवेश करती है. डिवाइस तुरंत मस्तिष्क घुसना नहीं होगा. प्रतिरोध और dimpling की डिग्री लक्ष्य स्थान और डिवाइस डिजाइन पर निर्भर करेगा (जैसे, दो बनाम चार टांगें, टिप कोण), लेकिन dimpling आमतौर पर 1 मिमी से अधिक नहीं है (चित्र 6).

Figure 6
चित्र 6 : सरणी-शटल सम्मिलन.
सरणी-शटल गहराई को लक्षित करने के लिए मस्तिष्क में उन्नत है। चार-शंक सरणी-शटल दिखाया गया है।

  1. मस्तिष्क में एक बार, micromanipulator के साथ कम, लक्ष्य गहराई के लिए दृष्टिकोण पर गति कम:
    1. 25 m/s पर डालने शुरू करने के लिए स्टीरियोटेक्टिक आर्म का उपयोग करें।
    2. लक्ष्य गहराई से 2 मिमी से 1 मिमी ऊपर 10 उउ/
    3. लक्ष्य गहराई से 1 मिमी से 500 उ मीटर तक माइक्रोमैनिप्युलेटर के साथ धीमी गति से सम्मिलन।
    4. लक्ष्य के लिए अंतिम 500 उकेर के दौरान धीमी प्रविष्टता को 1-2 उध/
  2. डिवाइस पंख कल्पना (क्षैतिज polyimide टयूबिंग) और समय से पहले शटल-एरे टुकड़ी से बचने के लिए कम करने के दौरान प्रविष्टि के बिंदु.
  3. जब लक्ष्य की गहराई तक पहुंच गया है (चित्र 7क) द्विपक्षीय रूप से पॉलीमिडी पंखों को प्रकाश-वक्रीय ऐक्रेलिक या किसी अन्य चिपकने वाले जैसे सायनोक्रिलेट (सामग्री की तालिका) के माध्यम से आधार टुकड़ा अनुलग्नक स्थलों पर लंगर डालता है . सूखी, यदि आवश्यक हो, पंख या आधार टुकड़ा पर लगाव बिंदु, संघनन के रूप में इन सतहों पर इकट्ठा कर सकते हैं और आसंजन को रोकने के. यदि दृश्यता या अन्य स्थान की कमी की आवश्यकता होती है, तो केवल एक पॉलीमिड विंग पर एंकरिंग आमतौर पर पर्याप्त होती है।
  4. विघटन से पहले, खूंटी सरणी और प्रविष्टि शटल इंटरफ़ेस के ऊपर बैठे एक गोलाकार द्रव्यमान के रूप में दिखाई देगा (चित्र 7क)। खूंटी को उस बिंदु पर सरणी पर धीरे-धीरे टपकते हुए शरीर-तापमान लवण को भंग करें जहां इसे शटल का पालन किया जाता है। समय की लंबाई यह आवश्यकता है खूंटी चयनित के आणविक वजन पर निर्भर करेगा और पूर्ण विघटन प्रत्यक्ष दृश्य के साथ सत्यापित किया जा सकता है. जब खूंटी पूरी तरह से भंग हो गया है सरणियों की सीमाओं शटल और टुकड़ा 1 से पूरी तरह से स्पष्ट हो जाएगा (चित्र 7B) .

Figure 7
चित्र 7: शटल के retraction.
(क)वापसी से पहले पंखों का टेढ़ना. दो-शैंक सरणी और शटल दिखाया गया है। (बी) खूंटी विघटन और टांग सुविधा के साथ पंख आसंजन (सर्कल, नीले) कि वापसी के दौरान सरणी और शटल के सफल decoupling के दृश्य पुष्टि के लिए अनुमति देता है. (ग)सम्मिलन शटल के बाद एक सफल सरणी प्रविष्टि वापस ले ली गई है। (डी) सिलिकॉन जेल के साथ बेस टुकड़ा एक एकल दो-शांक सरणी प्रविष्टि के लिए भरता है। कम चिपचिपापन सिलिकॉन जेल का इस्तेमाल किया एक नीले रंग की है. कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

  1. वापसी micromanipulator का उपयोग करना, धीरे धीरे प्रविष्टि शटल वापस ले लो. सरणी पर नमकीन सिंचाई ($1 ड्रॉप/ लक्ष्य गहराई से प्रासंगिक दूरी पर प्रविष्टि गति के रूप में समान हैं कि वापसी की गति का उपयोग करें:
    1. लक्ष्य गहराई से -500 डिग्री मीटर तक 1-2 m/s पर माइक्रोमैनिप्युलेटर का उपयोग करके वापस लें।
    2. -500 उ से -1 मिमी तक 5 उधे पर माइक्रोमैनिप्युलेटर का उपयोग करके प्रत्याकर्षण में तेजी लाएँ।
    3. -1 मिमी से -2 मिमी तक 10 उउ/
    4. लक्ष्य से और ऊपर से -2 मिमी से 25 m/s पर स्टीरियोटेक्टिक आर्म का उपयोग करके वापस लें।
  2. वापसी के दौरान सरणी और सम्मिलन शटल के बीच इंटरफ़ेस विज़ुअलाइज़ करें। बहुलक सरणी शटल से अलग दिखाई देगी और पारदर्शी दिखाई देगी क्योंकि आक्षेपन शटल के टांगों के बीच अर्धवृत्तीय संधि पर शटल वापस आ जाता है (चित्र 7ख)।
  3. सरणी कनेक्टर को खंड 2 से निकालें और उस स्थान पर जाएँ जो बाद में सम्मिलन में हस्तक्षेप नहीं करेगा. बहुलक इलेक्ट्रोड सरणी अब मस्तिष्क में है और अब स्टीरियोटेक्टिक उपकरण से जुड़ा हुआ है (चित्र 7ं) . सम्मिलन शटल और अन्य सम्मिलन हार्डवेयर निकालें.
  4. एकाधिक सम्मिलनों के लिए, चरण 4-1-4.9 दोहराएँ; सभी इच्छित सरणियां सम्मिलित किए जाने तक अगले अनुभाग पर न जाएँ. यह एक दूसरे के 250 डिग्री मीटर के भीतर दो उपकरणों को सम्मिलित करने के लिए बीमार सलाह दी है, के रूप में तनाव राहत क्षेत्र में मस्तिष्क और पंखों के बीच डिवाइस रिबन के मामूली झुकने कम से कम यह अब तक का विस्तार कर सकते हैं.

5. प्रत्यारोपण निर्माण ($ 2 ज)

  1. अंतिम सरणी प्रविष्टि के बाद, एक pippette या कपास झाड़ू का उपयोग कर आधार टुकड़ा से खाली नमकीन, प्रत्यारोपित सरणियां या रिबन को बाधित करने के लिए नहीं सावधान किया जा रहा है।
  2. कम viscity सिलिकॉन elastomer, या अन्य कृत्रिम dural सीलेंट के साथ craniectomies और आधार टुकड़ा भरें. इसे ठीक करने की अनुमति दें (चित्र 7D) एकाधिक सम्मिलनों के साथ, हार्डवेयर कनेक्टर्स को रखें जहाँ वे हस्तक्षेप नहीं करते हैं (चित्र 8क)। उचित रूप से सरणी कनेक्टर्स उन्मुख, और प्रत्यारोपण का निर्माण, तो रिबन अपने अंतिम वांछित स्थिति में हैं.
  3. मध्यम-विस्कोसिटी सिलिकॉन इलोस्टोमर में सरणियों, सरणी रिबन, और कनेक्टर्स को कवर करें. इस नरम हार्ड सामग्री इंटरफ़ेस नुकसान होने की संभावना है के रूप में बहुलक-कनेक्टर इंटरफ़ेस के लिए विशेष ध्यान दें। सरणी रिबन को पूरी तरह से इस तरह कवर करें कि जब मध्यम-विस्कोसिटी सिलिकॉन इलाज, वे स्थिर कर रहे हैं.
  4. डिज़ाइन किए गए मामले में इलेस्टोमर-कवर डिवाइस को संलग्न करें।
  5. दंत एक्रिलिक के साथ प्रत्यारोपण आधार को सुदृढ़ करें. एक्रिलिक सरणी रिबन के साथ सीधे संपर्क में आने के लिए अनुमति नहीं है क्योंकि यह इलाज प्रवाहकीय निशान को नुकसान पहुंचा सकता है, जबकि एक्रिलिक के विस्तार.
  6. चीरा के आसपास Bupivicaine और बैसिट्रासिन मरहम लागू करें।
  7. 4-0 नायलॉन टांके और त्वचा गोंद का उपयोग कर चीरा बंद करो.

6. वसूली और प्रत्यारोपण देखभाल

  1. एक हीटिंग पैड पर stereotactic साधन और उसके पक्ष पर जगह से पशु निकालें।
  2. गर्म रिंगर के घोल (5 - 10 एमएल) के नीचे का इंजेक्शन पशु को हाइड्रेट करने के लिए दें।
  3. एक बार पशु locomoting है (10 - 60 मिनट), 2-3 दिनों के लिए 37 डिग्री सेल्सियस पर एक हीटिंग पैड के तहत पिंजरे के आधे के साथ एक पिंजरे में स्थानांतरण.
  4. एक हीटिंग पैड के तहत, नरम भोजन और पानी के लिए पहुँच दे।
  5. दर्द नियंत्रण के लिए आवश्यक 1 सप्ताह के लिए 2 मिलीग्राम/किलोग्राम Meloxicam हर 24 एच (उपचतक या मौखिक प्रशासन) के साथ इंजेक्शन पशु।
  6. चूहे को ठीक करने और प्रत्यारोपण वजन को समायोजित करने की अनुमति दें (चित्र 8ख)
  7. प्रत्यारोपण और जलन, संक्रमण, या dehiscence के लिए दैनिक निरीक्षण के आसपास ऊतक के नियमित chlorhexidine धोने प्रदर्शन करते हैं।

Figure 8
चित्र 8: प्रत्यारोपण से वसूली के बाद एकाधिक डाला सरणियां और चूहे. (ए)बाद में सम्मिलन के साथ हस्तक्षेप नहीं करने के लिए स्थानों में हार्डवेयर कनेक्टर्स। (बी)एक 1,024 चैनल, पुरानी बहुलक सरणी प्रत्यारोपण. न्यूरोन से अनुमति के साथ पुन: उत्पादित [पूरक चित्र 1H]1| कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Representative Results

इस प्रोटोकॉल के बाद, एक 1,024 चैनल तंत्रिका प्रत्यारोपण रिकॉर्डिंग 375 एकल इकाइयों1 (MountainSort50के साथ sorted , शोर ओवरलैप और 0.03, अलगाव और 0.96, 512 एकल इकाई रिकॉर्डिंग के लिए इस्तेमाल चैनलों, चित्रा 9A)। इस प्रोटोकॉल उपकरणों के विभिन्न संख्या प्रत्यारोपण करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है, विभिन्न चैनल मायने रखता है और विनिर्देशों के साथ, रिकॉर्डिंग लक्ष्यों के विभिन्न संयोजनों के लिए. एक ही प्रोटोकॉल का उपयोग करना, एकल इकाई रिकॉर्डिंग दीर्घायु के लिए प्रदर्शन किया गया है कम से कम 160 दिनों1 से डेटा में 19 उपकरणों (18 32-चैनल उपकरणों prefrontal cortices में, एक 64 चैनल डिवाइस orbitofrontal प्रांतस्था में) तीन अलग चूहों भर में ( चित्र 9ख) . तीन जानवरों में से एक एक डिजिटल बिजली की विफलता चार उपकरणों से रिकॉर्ड करने में असमर्थता में जिसके परिणामस्वरूप था. शेष 15/19 उपकरणों में से, प्रति चैनल $ 1 एकल इकाई की एक रिकॉर्डिंग उपज औसत था। अलग-अलग डिवाइस में प्रति चैनल $2 यूनिट तक केवल कुछ एकल इकाइयों की पैदावार होती थी. यह एक ही क्षेत्र में एक ही जानवर में प्रत्यारोपित उपकरणों पर बहुत अलग पैदावार देखने के लिए विशिष्ट है.

इसके अलावा, प्रोटोकॉल के बाद एक अलग शल्य चिकित्सा टीम यहाँ वर्णित छह अतिरिक्त जानवरों प्रत्येक 4-6 32 चैनल उपकरणों के संयोजन के साथ लगाया ऑर्बिटोफ्रंटल प्रांतस्था और नाभिक accumbens के लिए लक्षित है, और एक tetrode hyperdrive (कुल प्रत्यारोपण वजन लगभग 50 ग्राम). एक जानवर सर्जरी के एक महीने के भीतर एक प्रत्यारोपण अलग था. एक दूसरे जानवर के बाद ऑपरेटिव वसूली अवधि के दौरान मर गया, संभावना प्रोटोकॉल यहाँ वर्णित कदम से असंबंधित. शेष चार जानवरों स्थिर प्रत्यारोपण के साथ स्वस्थ रहे कि प्रयोग की लंबाई के लिए, जो 4-11 महीने तक चली. एकल इकाई गणना 32-चैनल डिवाइस के लिए पहले रिपोर्ट की गई उन लोगों के समान थी.

Figure 9
चित्र 9: एकल इकाई उपज और रिकॉर्डिंग दीर्घायु.
(क)गुणवत्ता मीट्रिक सीमा द्वारा स्तरित 512 चैनलों (1,024-चैनल इम्प्लांट के) से putative एकल इकाई समूहों की संख्या। MountainSort का उपयोग कर स्वचालित curation (शोर ओवरलैप 0.03, अलगाव 0.96, ऊपरी दाएँ में ब्लैक बॉक्स) 512 चैनलों से 375 एकल इकाइयों की पहचान के परिणामस्वरूप. न्यूरोन से अनुमति के साथ पुन: उत्पादित [चित्र 2A]1| (बी)चूहों में 160 दिनों के बाद प्रत्यारोपण (एक्स-अक्ष) से अधिक चैनल (बाएँ y-अक्ष) या प्रति 16-चैनल टांग (दाएं y-अक्ष) के लिए बहुलक सरणियों के लिए एकल इकाई पैदावार। ठोस लाइन 8 टांगों के पार मतलब सेल उपज है, डॉटेड लाइनों - 1 एसई. टांग प्रति व्यक्तिगत समय अंक क्षेत्र द्वारा रंग कोडित डॉट्स के रूप में दिखाए जाते हैं। न्यूरोन से अनुमति के साथ पुन: उत्पादित [चित्र 3A]1| कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Discussion

यह महीनों में एकल इकाइयों की रिकॉर्डिंग के लिए वितरित मस्तिष्क क्षेत्रों के लिए कई बहुलक इलेक्ट्रोड सरणियों के प्रत्यारोपण के लिए एक विधि है. इस विधि रिकॉर्डिंग चैनलों में 8x वृद्धि और निकटतम बड़े पैमाने पर बहुलक-आर आधारित प्रणाली2,3 से सम्मिलन की संख्या में 4x वृद्धि का प्रतिनिधित्व करताहै। कि प्रणाली माउस में एक बहुलक जाल इंजेक्शन आधारित प्रणाली का उपयोग किया, लेकिन putative एकल इकाइयों की एक पूर्ण संख्या की रिपोर्ट नहीं किया है और इस तरह एक न्यूरॉन उपज की तुलना संभव नहीं है.

एक लचीला डिवाइस की प्रविष्टि के लिए विधि फेलिक्स एट अल से एक पहले प्रोटोकॉल पर आधारित है39,महत्वपूर्ण संशोधनों के साथ: वापसी के दौरान सिलिकॉन शटल की स्वतंत्र गति के लिए एक तीन टुकड़ा प्रविष्टि उपकरण, और सरणी के tethering शटल, जो एक साथ जल्दी वापसी मूल प्रोटोकॉल में वर्णित के लिए की जरूरत को खत्म करने से पहले अपने लक्ष्य गहराई पर. इन परिवर्तनों को ऊतक क्षति को कम करने और शटल के वापसी के दौरान सरणी स्थिरता बनाए रखने. अन्य लचीला डिवाइस प्रत्यारोपण रणनीतियों, जैसे जैव dissolvable सामग्री के साथ अस्थायी रूप से कठोर उपकरणों के रूप में, इस प्रोटोकॉल में बाद के चरणों के साथ संगत कर रहे हैं. प्रत्यारोपण के भीतर उपकरणों को सुरक्षित करने के मस्तिष्क को कवर करने और नाजुक डिवाइस रिबन की रक्षा के लिए पहले से मान्य रणनीतियों को एकीकृत करने की आवश्यकता.

उनकी कमजोरी के कारण, देखभाल और ध्यान सीधे संपर्क या अन्यथा बहुलक इलेक्ट्रोड सरणियों और सिलिकॉन प्रविष्टि शटल के लिए बल संचारण से बचने के लिए आवश्यक हैं। विशेष रूप से जब कई उपकरणों के साथ काम कर रहे हैं, प्रविष्टि एक माइक्रोस्कोप के तहत मनाया जाना चाहिए एक दूसरे के साथ एक डिवाइस के हस्तक्षेप से बचने के लिए. सामान्य में, यह एक इलेक्ट्रोड सरणी धीरे प्लास्टिक टिप संदंश के साथ संभाल करने के लिए संभव है, निशान से बचने. इस तरह की एक रणनीति उपयुक्त है, उदाहरण के लिए, यदि बहुलक इलेक्ट्रोड सरणी प्रविष्टि शटल के साथ वापस लेने के लिए शुरू होता है. यह हो सकता है अगर खूंटी पूरी तरह से भंग नहीं है, या बहुलक और सिलिकॉन के बीच लवण या सीएसएफ की सतह तनाव के कारण.

सबसे आम वसूली योग्य त्रुटियों में से एक प्रविष्टि शटल से सरणी टुकड़ी है. यह प्रविष्टि में हो सकता है, के रूप में मस्तिष्क डिंपल और डिवाइस टिप पर दबाव बढ़ जाती है, अगर सरणी और शटल अपूर्ण गठबंधन कर रहे हैं या यदि संघनन आंशिक रूप से खूंटी भंग कर दिया है. एक सरणी फिर से पालन करने के लिए, यह मस्तिष्क की सतह के ऊपर संभव के रूप में उच्च के रूप में बढ़ाने के लिए और यह सूखी (लगभग 5 मिनट) के लिए प्रतीक्षा करें।

एक बहु-आरे प्रत्यारोपण सर्जरी की योजना बनाने का एक महत्वपूर्ण पहलू सभी प्रत्यारोपण लक्ष्यों को समायोजित करने और खोपड़ी की समोच्च के खिलाफ अंतराल के बिना बैठने के लिए आधार टुकड़ा का डिजाइन है। आधार टुकड़ा एक छोटा सा प्लास्टिक टुकड़ा है कि खोपड़ी सफाई के बाद खोपड़ी के लिए तय हो गई है, पेंच प्लेसमेंट, और आंशिक craniectomies, सरणियों की प्रविष्टि से पहले. यह तीन कार्य किया है: 1) खूंटी निम्नलिखित सरणी प्रविष्टि भंग करने के लिए नमकीन पकड़ करने के लिए, लेकिन सिलिकॉन शटल वापसी से पहले, 2) खोपड़ी सतह के ऊपर एक स्थान प्रदान करने के लिए जो करने के लिए arrays polymide पंखों द्वारा संलग्न किया जा सकता है, जिससे तनाव राहत की अनुमति मस्तिष्क में अपनी प्रविष्टि बिंदु के ऊपर रिबन के साथ, और 3) कृत्रिम dural सीलेंट, जो स्थिर और सरणियों और मस्तिष्क की रक्षा पकड़ करने के लिए. आधार टुकड़ा हाथ या 3 डी मुद्रित द्वारा फैशन किया जा सकता है। यह देखा गया कि लवण के आधार टुकड़े को छानना और सुखाने बहुत महत्वपूर्ण है जो डिवाइस प्रविष्टि से पहले होता है। इन चरणों संघनन और सरणी और प्रविष्टि शटल के जुदाई को रोकने के. आधार टुकड़ा सुखाने भी कृत्रिम dural सीलेंट के साथ आधार टुकड़ा भरने के लिए महत्वपूर्ण है। यह भी महत्वपूर्ण है कि आधार टुकड़ा रिसाव नहीं, सिलिकॉन जेल की एक फिल्म के रूप में खोपड़ी से दूर करने के लिए मुश्किल है और खोपड़ी के लिए प्रत्यारोपण के विश्वसनीय पुरानी लगाव के लिए दंत एक्रिलिक के आसंजन को रोकने जाएगा. यह उम्मीद है कि किसी भी कम viscosity, bioसंगत सिलिकॉन elastomer craniectomies और आधार टुकड़ा भरने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है, यह चारों ओर एक उच्च चिपचिपापन सिलिकॉन elastomer और उजागर बहुलक सरणी रिबन के साथ.

बहुलक नैनोफेब्रिकेशन में अग्रिम बहुलक आधारित इलेक्ट्रोड सरणियों के लिए अनुवाद करेंगे, सुविधा आकार को कम करने और सिलिकॉन उपकरणों के उन लोगों के करीब एक सरणी में इलेक्ट्रोड की संभावित संख्या में वृद्धि15,16,17 ,18,19. इसी तरह, बहुलक उपकरणों के पार अनुभागीय क्षेत्रों सुविधा आकार के साथ हटना होगा, और भी बेहतर biocompatibility8प्रदान करते हैं. फिर, के रूप में सिलिकॉन उपकरणों के साथ पूरा किया जा रहा है, बढ़ाना के साथ एकीकरण, digitizing, और multiplexing चिप्स17 आगे बड़े पैमाने पर तंत्रिका रिकॉर्डिंग सक्षम हो जाएगा.

Disclosures

J.E.C. और L.M.F. यहाँ वर्णित काम से संबंधित एक लंबित पेटेंट पर आविष्कारक हैं.

Acknowledgments

यह कार्य एनआईडीएस अनुदान U01NS090537 द्वारा L.M.F और V.M.T., NIMH अनुदान F30MH109292 को J.E.C. को और NIMH अनुदान F30MH115582 को H.R.J. J.E.C. और H.R.J. #T32GM007618 द्वारा भी प्रदान किया गया था। Flatiron संस्थान साइमन्स फाउंडेशन का एक प्रभाग है.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
3D Printed Stereotax Adapter Parts (3) and Base Piece (1) N/A N/A 3d print parts, suggest <30 μm resolution for minimal hand finishing of parts. Files available at:
https://github.com/jasonechung/PolymerProbe3dParts
Dental Acrylic (Hygenic Repair Resin, Coltene type II quick set) Colten/Whaledent 8886784, 8881627 Dental acrylic for use during implant construction
Hydraulic Micromanipulator (x2) Narishige Group MO-10 1-axis micromanipulator
Kapton Polyimide Tape Bertech PPTDE-1/2 Double-sided tape
Kopf Stereotax Arm  Kopf Instruments 103088R, 103088L Standard rodent stereotax
Light Curable Dental Acrylic, Vivid Flow Coltene/Whaledent D33-01-00 Light curable dental acrylic for use during implant construction
Loctite Gel Control  Henkel Corp.  234790 1364076 1735574 1752699 Cyanoacrylate for adhering silicon shuttle to corresponding 3d printed part
Metabond Quick Cement Parkell S380 For direct application to skull to create strong connection between skull and implant
Polymer Electrode Arrays and Silicon Insertion Shuttles Lawrence-Livermore National Laboratory N/A Fabricated at Lawrence-Livermore National Laboratory, polyimide electrode arrays, silicon insertion shuttle
Silicone Gel Kit, Low Viscosity Dow Corning 03/80 Low-viscosity silicone gel for filling of 3d printed base piece
Silicone, Medium-Viscosity Kit World Precision Instruments  Kwik-Sil Medium-viscosity silicone gel for protection of polymer electrode arrays

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References

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