Yöntem makalesi

Domuzlarda anestezi sırasında tekrarlanan kortikal kayıtlar için kronik kraniyal pencere tekniği

DOI:

10.3791/67931

⸱

6 Haziran 2025

 ,  ,  ,  , 
1Center for Neuroplasticity and Pain, Department of health, science and technology, Aalborg University, 2Department of Cardiovascular Surgery, Department of Clinical Medicine, Aalborg University Hospital

Bu makalede

Özet

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu çalışma, bir domuz modelinde tekrarlanan kronik kortikal kayıtlar için ölçeklenebilir, güvenilir ve tekrarlanabilir bir yöntem sunmaktadır. Yöntemin, ağrı araştırmaları ve nörolojik hastalık teşhisi dahil olmak üzere sinirbilimin çeşitli alanlarında uygulamaları vardır.

Özet

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Kortikal kayıtlar, beyin-bilgisayar arayüzleri ve hastalık teşhisi dahil olmak üzere çeşitli uygulamaları bilgilendirmek için nöronal sinyalleri çıkarmak için gereklidir. Her uygulama, kayıt tekniğine özel gereksinimler getirir ve uzun süreli kayıtlar için genellikle invaziv çözümler seçilir. Bununla birlikte, invaziv kayıt yöntemleri, uzun vadeli sinyal kalitesini tehlikeye atan cihaz arızası ve olumsuz doku tepkileri nedeniyle zorlanmaktadır.

Cihaz arızası ve doku reaksiyonları ile ilgili riskleri en aza indirirken kronik kortikal kayıtların güvenilirliğini ve kalitesini artırmak için bir kraniyal pencere tekniği geliştirdik. Bu protokolde, juvenil landrace domuzlarında bir kraniyal pencereye implante etme ve erişme yöntemlerini rapor ediyoruz, bu da dura mater üzerinde geçici elektrokortikografi (ECoG) dizisi yerleştirmeyi kolaylaştırır. Kraniyal pencere tekniği kullanılarak kortikal sinyallerin nasıl kaydedilebileceğini daha ayrıntılı olarak açıklıyoruz. Kranial pencere erişimi birkaç kez tekrarlanabilir, ancak iyileşmeyi ve doku iyileşmesini kolaylaştırmak için implant ve giriş ameliyatları arasında en az 2 hafta tavsiye edilir.

Kraniyal pencere yaklaşımı, yaygın elektrot arıza modlarını ve doku yanıtlarını başarılı bir şekilde en aza indirerek zaman içinde stabil ve güvenilir kortikal kayıtlarla sonuçlandı. Örnek olarak primer somatosensoriyel korteksten olayla ilgili potansiyelleri (ERP'ler) kaydettik. Yöntem, bir müdahalenin (yüksek frekanslı stimülasyon) ERP'ler üzerindeki etkisinin değerlendirilmesine de izin veren son derece güvenilir kayıtlar sağladı. Önemli cihaz arızalarının olmaması ve kullanılan elektrot sayısının azalması (iki elektrot, 43 kayıt seansı, 16 hayvan) gelişmiş bir araştırma ekonomisine işaret etmektedir. Elektrot yerleştirilmesi için küçük cerrahi erişim gerekli olsa da, yöntem enfeksiyon riskinin azalması ve hayvan refahının iyileştirilmesi gibi avantajlar sunar.

Bu çalışma, ağrı araştırmaları ve nörolojik hastalık teşhisi de dahil olmak üzere sinirbilimin çeşitli alanlarında potansiyel uygulamaları olan kronik kortikal kayıtlar için ölçeklenebilir, güvenilir ve tekrarlanabilir bir yöntem sunmaktadır. Gelecekteki adaptasyonlar, kullanımını diğer türlere ve intrakortikal kayıtlar ve görüntüleme teknikleri gibi kayıt modalitelerine genişletebilir.

Giriş

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Genel olarak, kortikal kayıtların amacı, beyindeki nöronal sinyallerden bilgi çıkarmaktır. Bu bilgiler, harici bir cihazı kontrol etme, iletişim, hastalık teşhisi veya rehabilitasyon gibi çeşitli şekillerde kullanılabilir 1,2,3,4. Her uygulama, gereken bilgi içeriği ve uzamsal çözünürlük ve kabul edilebilir olarak kabul edilen istilacılık miktarı konusunda benzersiz gereksinimler getirir. Bu nedenle, 1929'da elektroensefalogramın keşfinden bu yana bir dizi invazivlik ve uzamsal çözünürlüğe sahip kayıt çözümleri geliştirilmiştir5.

Genel olarak, bunlar elektroensefalografi (EEG), elektrokortikografi (ECoG) ve intrakortikal kayıtlara ayrılabilir. EEG, tüm beyinden nöral salınımları ve olayla ilgili potansiyelleri (ERP'ler) yakalayan, invaziv olmayan bir kayıt yöntemidir. Bununla birlikte, bu aktivitenin kaynaklarını tanımlama yeteneği, düşük uzamsal çözünürlüğü nedeniyle sınırlıdır. ECoG, elektrotların epi veya subdural olarak yerleştirildiği ve tipik olarak korteksin daha küçük bir bölümünü kaplayan daha invaziv bir yöntemdir. Daha yüksek bir uzamsal çözünürlüğe sahiptir ve ERP ve yüzey yerel alan potansiyellerini (LFP) kaydedebilir. Bu nedenle, beyin aktivitesinin kaynağını daha kesin bir şekilde lokalize edebilir, bu da örneğin fokal epilepsinin kökenini belirlemede yardımcı olur. İntrakortikal kayıt, en invaziv kayıt yöntemidir ve beynin yüzeysel veya derinliklerinde bulunan bireysel nöronlardan ve elektrotların etrafındaki nöronların hacminden LFP'den ani yükselme aktivitesini kaydedebilir. Bu sinyaller çok yüksek bir uzamsal çözünürlüğe ve bilgi içeriğine sahiptir, ancak sınırlı bir nöron alt kümesi tarafından üretilir (kanal başına 1-10 nöron)6.

Beyinden uzun süreler (aylar-yıllar) boyunca bilgi elde etmek için, elde edilen sinyallerin tüm süre boyunca aynı bilgiyi temsil etmeye devam etmesi için arayüzün kararlı ve güvenilir olması gerekir. EEG kayıtları sık elektrot değişiklikleri gerektirir ve güvenilirliklerini çok düşükten çok yükseğedeğiştirir 7,8,9,10. Bu nedenle, ECoG ve intrakortikal yöntemler genellikle uzun süreli kayıtlar için seçilir. Bununla birlikte, bu yöntemlerin her ikisi de kayıt elektrodunun durumunun yanı sıra dokunun da zaman içinde stabil kalmasını gerektirir. Elektrot genellikle aynı yerde kalırken, elektrot-doku arayüzü, doku reaksiyonları veya elektrot arıza modları 11,12,13,14 nedeniyle değişebilir. Doku reaksiyonları arasında nöronal ölüm, kanama, biyolojik kirlenme, yabancı cisim reaksiyonu, gliosis, kapsülleme, enfeksiyon, menenjit ve meningeal ekstrüzyon bulunur15. Bu reaksiyonlar, elektrotların12,13 kayıt yeteneklerini tehlikeye atar. Yaygın elektrot arıza modları, yalıtılmış parçalarda delaminasyon veya sızıntı, elektrot yüzey kaplamasında delaminasyon veya çatlama, tel hasarı ve elektrot çıkığıdır 11,12.

Elektrot arıza modlarının üstesinden gelmek için, nöronal ölüm, yabancı cisim reaksiyonu, glioz, kapsülleme ve meningeal ekstrüzyon gibi doku tepkileriyle ilgili birçok zorluğu da ele alan geçici bir elektrot yerleştirme çözümünün uygulanabilirliğini düşündük. Ayrıca, güvenilir ve tekrarlanabilir nöronal kayıtlar elde etmek için tutarlı elektrot yerleşimi bir gereklilikti. Elektrot epidural olarak sinir dokusuna birkaç milimetre uzaklıkta yerleştirildiği için elektrotun hareketi 1 mm'yi geçmemelidir. Kraniyal pencere, elektrot yerleşimleri arasında aşırı hareketi önleyecek boyutlarda tasarlanmıştır. Kraniyal pencere tekniğinin geliştirilmesi ile uzun vadeli sinyal güvenilirliğini ve kalitesini iyileştirmeyi ve elektrot arızası riskini ortadan kaldırmayı hedefliyoruz.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Protokol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu protokol, Danimarka Gıda, Tarım ve Balıkçılık Bakanlığı'na bağlı Danimarka Veterinerlik ve Gıda İdaresi tarafından onaylanmıştır (protokol numarası 2020-15-0201-00514). Toplam 16 dişi kara domuzu prosedürlere tabi tutulmuştur. Hayvanlar tesise vardıklarında yaklaşık 20 kg ağırlığındaydı, yani yaklaşık 2 aylıktılar. İmplantasyon sırasında yaklaşık 30 kg ve çalışmanın sonunda 40-60 kg ağırlığındaydılar. Prosedürler implantasyon cerrahisi, giriş cerrahisi ve terminal cerrahiden oluşur (Şekil 1).

figure-protocol-1
Şekil 1: Deneysel prosedürlerin zaman çizelgesi. Giriş ameliyatı (Faz II) birkaç kez tekrarlanabilir. İyileşme için ameliyatlar arasında en az 2 hafta ve ameliyatlar arasında yara iyileşmesi için en az 2 haftalık bir mesafe önerilir. Kısaltma: ERP = olayla ilgili potansiyel. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

1. İmplantasyon cerrahisi (Faz I)

NOT: Domuzun birincil somatosensoriyel korteksinden tekrarlanan kayıtları kolaylaştırmak için 3D baskılı bir polilaktik asit (PLA) kraniyal penceresi (Şekil 2) implante edilmiştir. Ulnar sinirin elektriksel stimülasyonuna bağlı ERP'ler kaydedilir. Ameliyat ve yara kapatma, kafatası penceresine erişilebilecek ve daha sonra kapatılabilecek şekilde yapılır.

figure-protocol-2
Şekil 2: Kafatası pencere tasarımı. (A) Duvarların yüksekliğini ve kafatasına tutturulmuş tabanı gösteren kafatası penceresinin yandan görünümü. (B) Kraniyal dulun çapını, vida deliklerini, kapak boşluğunu ve pencereyi gösteren üstten görünüm. Kraniyal pencere kapağı, kapak boşluğuna tam olarak uyan 1 mm yüksekliğe sahip 22 mm çapında bir silindirdir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

  1. Kraniyal pencere implantasyonu
    1. Ameliyat için hazırlık
      NOT: Ameliyat başlamadan önce veri işlemcisi (RZ2), iş istasyonu (WS8) ve PC açılır. Ameliyat notları, hayati belirtileri (kalp atış hızı, spO2, gelgit sonu CO2, çekirdek sıcaklığı), anestezi seviyelerini (propofol infüzyon hızı, fentanil infüzyon hızı, sevofluran yüzdesi), ameliyatın aşamasını ve herhangi bir düzensizliği belgelemek için steril olmayan bir araştırmacı tarafından en az 15 dakikada bir elektronik tabloya alınır.
      1. 5-7 mL Zoletil karışımının kas içi enjeksiyonunu kullanarak hayvanı sakinleştirin (1 mL, 8.3 mg Tiletamin, 8.3 mg Zolazepam, 8.3 mg Xylasin ve 1.7 mg Butofanol içerir).
        NOT: Bu özel çalışma için, NMDA reseptörlerini bloke etmekten kaçınmak için Zoletil karışımından ketamin çıkarılmıştır.
      2. Hayvanı ameliyathaneye nakledin. Hayvanı entübe edin ve mekanik bir vantilatöre bağlayın.
      3. Propofol, fentanil ve salin uygulamak için bir kulak damarı kateteri yerleştirin.
      4. Cerrahi anestezi uygulayın: Sevofluran% 1-2, propofol (8 mg - kg-1 - 1 h-1'de infüze edilmiş 10 mg / mL), fentanil (20 μg - kg-1 - 1 'de infüze edilmiş 50 μg / mL).
      5. Steril örtülemeden önce steril bir işaretleyici kullanarak insizyon bölgesini işaretleyin. Her kulak ile karşı göz arasında düz çizgiler çizerek bregma noktasını tanımlayın; bregma noktası bu çizgilerin kesiştiği noktadadır (Şekil 3A). Kesinin, uyarılan ön ayağa karşı tarafta, orta hatta hafifçe lateral olduğundan emin olun.
      6. Metal plakayı perdelerin altına yerleştirin ve ameliyata başlamadan önce uygun yerleştirme ve stabiliteyi sağlayın.
    2. Kafatasına erişim
      NOT: Protokolün bu ve bundan sonraki bölümlerinde, aksi belirtilmedikçe tüm işlemler steril bir cerrah tarafından gerçekleştirilir.
      1. Dermisteki ilk kesiyi, adım 1.1.1.5'te belirtildiği gibi, orta hattın hafifçe yanında bir neşter ile yapın. Bir koterizatör ile deriden insizyona devam edin.
        NOT: Domuzun büyük frontal sinüslerinden kaçınmak için kesiği çok öne uzatmayın. Daha fazla alana ihtiyaç duyulursa, kesiyi arka tarafa uzatın.
      2. Ekartörü yerleştirin ve forseps kullanarak cildi tutun ve cilde daha fazla esneklik sağlamak ve adım 1.4'te dikiş atmayı kolaylaştırmak için periost ile subkutis arasındaki avasküler bağ dokusunu kesin (Şekil 3B). Ekartörü kazanılan esnekliğe göre ayarlayın.
      3. Periosteumu kesin ve bir periost asansörü kullanarak kafatasından gevşetin. Ekartörü kullanarak periosteuumu bir kenara tutun.
    3. Dura'ya erişim
      1. Sagital sütür çizgisinin önünde ve orta hat sütürünün yanında 10 mm çapında bir delik açın (Şekil 3C). Dura seviyesinde 10 mm çapında bir delik elde etmek için 15 mm çapında bir çaptan başlayın, çünkü yuvarlatılmış matkap ucu hafifçe konik bir deliğe neden olacaktır.
      2. İyi bir uyum sağlamak için kafatası penceresini deliğe erkenden yerleştirin.
      3. Dura seviyesinde deliğin maksimum genişliğini elde etmek için dura görünür hale geldiğinde daha küçük bir matkap ucuna geçin. Rongeurs kullanarak kenarları kırpın.
    4. Kraniyal pencere implantasyonu
      1. Kraniyal pencerenin deliğin içine ve dibine kadar oturduğunu onaylayın ve derinliğine karar verin. Bu hayvana bağlı olmasına rağmen, kafatası penceresinin duvarlarının iyi bir uyum için duraya ulaştığından emin olun, ancak beyne herhangi bir yerde baskı uygulamayın.
      2. Kraniyal pencereyi yerinde tutarken el matkabını kullanarak vida deliklerini işaretleyin.
      3. Kraniyal pencereyi çıkarın ve delikleri en az 4 mm derinliğinde delin. Kortikal kayıtlar için toprak/referans olarak kullanmak üzere vidalardan biri için kafatasına nüfuz edin.
      4. Kraniyal pencereyi yerleştirin (Şekil 3) ve iğneyi kelebek infüzyon setinden çıkarın. Künt kelebeği kullanarak kafatası penceresinden geçen vida deliklerinin derinliğini ölçün. Deliğe uygun uzunlukta bir vida yerleştirin ve sabitleyin.
        NOT: Çok uzun bir vida, kraniyal pencere kapağını etkili bir şekilde sabitleyemez.
      5. Kafatasını delen ve duraya dokunan bir vidanın altına bir U-konektörü yerleştirin.
        NOT: Bu vidanın uzunluğunun kafatasının kalınlığından daha büyük olması önemlidir, böylece yeniden büyüyen kemik dura ile teması engellemez.
  2. Periferik tel implantasyonu
    NOT: Bu prosedür kraniyal pencere implantasyonu ile eş zamanlı olarak yapılabilir. Bu steril bir işlemdir. Cerrahi bölgenin veya kraniyal bölgenin kontaminasyonunu önlemek için steril kıyafetler giyilmelidir.
    1. Ulnar sinirin yakınına tel implantasyonu
      1. Ön ayağın arka distal kısmındaki cilde iki iğne (nüfuz etmeyen) veya 2 cm ile ayrılmış başka bir steril metal parçası ile dokunarak cilde 5 mA'da elektrik stimülasyonu uygulayın. Sinirin bu iki nokta arasında ilerlediğini gösteren net bir toynak fleksiyonu arayın.
        NOT: Arka kısma erişimin daha kolay olması için uzvun geriye doğru döndürülmesi gerekebilir.
      2. İki iğneyi sinirin seyrine dik olarak yaklaşık 2 cm aralıklarla yerleştirin. Cildi yerleştirme noktasından yaklaşık 3 cm uzakta tekrar delin (Şekil 4A).
      3. İğnelere 2 mA'da uygulanan bir test uyaranı kullanarak konumu doğrulayın; Tırnağın net bir hareketinin görünür olduğundan emin olun.
      4. Cooner tellerini iğnelerin içinden geçirin ve iğneleri çıkarın, Cooner tellerini kısmen derinin altında bırakın. Telin ortasındaki yalıtımsız parçanın her iki tel için de deri altında olduğundan emin olun (Şekil 4B).
        NOT: Uzuv geriye doğru döndürüldüyse, dikkatlice ileri doğru döndürün.
      5. Her bir timsah konektörünü iki Cooner kablosunun izole edilmemiş bir ucuna takın.
    2. Motor eşiğinin oluşturulması
      1. Yukarı-aşağı yöntemini kullanarak motor eşiğini bulun16,17; 100 μA'dan başlayın, 50 μA'lık adımlarla artarken, tırnak bölgesinde bir motor tepkiyi izlerken ve hissedin. 1 mA'nın altında bir eşik tipik olarak mümkündür.
      2. STG'yi, motor eşiğin 2 katında 200 μs darbe genişliğine sahip 100 dikdörtgen bifazik simetrik uyaran ve ardından motor eşiğin 10 katında 100 uyaran sağlayacak şekilde programlayın.
  3. Kortikal sinyallerin kaydedilmesi
    1. Steril olmayan bir araştırmacının önamplifikatörü yerine getirmesini ve fiber optik kablolar kullanarak veri işlemcisine (RZ2) bağlamasını sağlayın.
    2. Sevofluranı% 0.5-1'e (cerrahi seviyesinin yarısı) düşürün ve yeterli ve stabil anestezi derinliğini sağlamak için kalp atış hızını, süresi dolmuş CO2'yi ve kan basıncını (varsa) izleyin. Gerektiği gibi hem propofol hem de fentanili artırın.
    3. Steril olmayan bir araştırmacının headstage'i ön'e takmasını sağlayınampkaldırıcı (SI8) ve (ZIF-klips) headstage'i manyetik stand mikromanipülatörüne monte edilmiş olan headstage tutucusuna yerleştirin.
    4. Steril örtüyü mikromanipülatörün etrafına yerleştirin ve yapışkan parçayı başlığa takın.tage ve headstage tutucusu (Şekil 5A).
    5. Steril olmayan bir araştırmacının manyetik standı kullanarak mikromanipülatörü sabitlemesini, μECoG elektrodunu alkole batırmasını ve (ZIF-klipsi) başlığına yerleştirmesini sağlayın.tage.
      NOT: Elektrodu dura üzerine yerleştirmeden önce kurumasını bekleyin. μECoG elektrodu steril olmadığı için yalnızca başlığı kaplayan steril örtüye dokunduğunuzdan emin olun.
    6. Mikromanipülatörü kullanarak μECoG'yi yerine getirin ve bir pamuklu çubukla yönlendirin. μECoG'nin topraklama kablolarını bir timsah konektörü ile topraklama vidasına bağlayın.
    7. Yeterli ve stabil anestezi derinliğini sağlamak için sevofluranı% 0'a düşürün, kalp atış hızını, süresi dolmuş CO2'yi ve kan basıncını (varsa) izleyin, gerektiğinde hem propofol hem de fentanili artırın.
    8. Synapse'deki sinyalleri önizleyin; tipik sinyal aralığı ±100 μV'a kadardır.
      1. Sinyal kalın bir çizgi gibi görünüyorsa (hat gürültüsünün göstergesi), steril bir kişinin aşağıdaki işlemleri gerçekleştirmesini sağlayın: topraklama devresini inceleyin ve topraklama vidasını ve bağlantılarını kuru ve yakındaki dokulardan izole edin. Diğer kabloların domuz gövdesinden ve cerrahi aletlerden izole edilip edilmediğini araştırın. Değilse, kabloları vücuttan veya cerrahi aletlerden izole etmek için steril gazlı bez kullanın.
      2. Sinyalin genliği ±100 μV'den büyükse (hareket artefaktlarının göstergesi), elektrotun askıya alındığından ve beyne dayandığından ve ulnar sinirin ventilasyonu veya elektriksel stimülasyonu nedeniyle domuz hareket ettiğinde kabloların hareket etmediğinden emin olun.
      3. Sinyal genliği ± 20 mV'den küçükse (zayıf temas veya derin anestezinin göstergesi), μECoG'nin beyne dayandığından ve dura ile elektrotun hidratlandığından emin olun; Gerekirse, elektrotun üzerine biraz tuzlu su damlatın. Sevofluranın kapatıldığından emin olun ve propofol (ve muhtemelen fentanil) infüzyon hızını azaltın. Bir test stimülasyonu gerçekleştirin ve uyarılmış yanıtların görünür olup olmadığını kontrol edin. Çevresel telin yalıtılmamış kısmının tamamen derinin altında olduğundan emin olun.
        NOT: Uyarılmış tepkiler tipik olarak çevrimiçi tek taramalarda ayırt edilebilir, ancak bunu ortalama 5-10 uyaran alarak çevrimdışı olarak değerlendirmek de mümkündür. Tetikleme anında bir tepe noktası görünüyorsa, bu bir stimülasyon artefaktıdır. Stimülasyon artefaktı veri analizine müdahale edecektir.
    9. İyi doku temasını sağlamak için elektrot üzerine steril gazlı bez yerleştirin. Dokunun kurumasını önlemek için gazlı bez üzerine vücut sıcaklığında tuzlu su damlatın.
      NOT: Bu kayıtlar epidural olduğundan, kesin sıcaklık önemli değildir. Subdural kayıtlarda bu daha kritiktir.
    10. Elektrotun oturmasına izin verin (30 dakika) ve benzer sonraki kayıtları sağlamak için elektrot yerleşimini ve topraklama konektörü kurulumunu belgeleyin (Şekil 5B-D). Kayda başlayın ve her 10 dakikada bir stimülasyon programına başlamadan önce 30 saniye bekleyin.
      NOT: Kayıtlar arasında elektrot üzerindeki gazlı bezin nemli kaldığını düzenli olarak kontrol edin ve gerekirse vücut sıcaklığında tuzlu su damlatın.
    11. Üç tur stimülasyondan sonra bir müdahale gerçekleştirin (müdahale öncesi temel olarak hizmet etmek için). Dokuz tur daha stimülasyonu tekrarlayın.
      NOT: Elektrot üzerindeki gazlı bezin sulu kaldığını ve gerekirse tuzlu su damlattığını kayıtlar arasında düzenli olarak kontrol etmeye devam edin.
  4. İmplant bölgesinin kapatılması
    1. Gazlı bezi elektrottan çıkarın ve bir pamuklu çubukla nazikçe yönlendirirken mikromanipülatörü kullanarak elektrodu çıkarın.
    2. Steril olmayan bir araştırmacının mikromanipülatörü, elektrodu, başlığı ve önampyükselticiyi çıkarıp saklamasını sağlayın ve doku kalıntısını gidermek için deiyonize su ile hızlı bir durulama kullanarak elektrodu üreticinin talimatlarına göre temizleyin. Elektrot yüzeyindeki doku ve proteinleri çıkarmak için elektrodu lens temizleyicide 4 saate kadar bekletin, ardından lens temizleyiciyi elektrot yüzeyinden çıkarmak için deiyonize su ile ikinci bir durulama uygulayın. Saklamadan önce elektrodu izopropil alkole batırın.
    3. Kraniyal pencereyi kapatmak için kraniyal pencere kapağını yerleştirin ve kafatası penceresine tam olarak oturduğundan emin olun. Ek sabitleme gerektirmez; Deriden implant üzerine yapılan basınç, onu yerinde tutacaktır.
    4. Antibiyotik poşunu kraniyal pencere kapağının üstüne yerleştirin ve gömülü dikey yatak sütür tekniğini kullanarak cildi tek emilebilir sütürlerle cilt altından kapatın (Şekil 6A). Dikişleri 5-10 mm aralıklarla yerleştirin, bu da kutanöz dikişlerin yerleştirilmesi için alan sağlar. Son üç dikişi yerleştirdikten sonra bağlamayınız. Bunun yerine, tüm dikişler yerleştirildiğinde bu üç dikişi bağlayın.
      NOT: Üçünü de yerleştirdikten sonra son üç dikişi bağlamak, son dikişleri yerleştirmek için yeterli alan olmasını sağlar.
    5. Sürekli intradermal dikişleri cilde sürekli bir şekilde yerleştirin. İntradermal sütürü insizyon bölgesinden 1-2 cm lateralde başlatın ve sütürlerin aşırı çizilmesini ve gevşemesini önlemek için cilt altından cildin dermal tabakasına ancak yüzeyinin altına tünel açın (Şekil 6B). Dikişin yan ucuna bir düğüm atın.
      NOT: Propofol ve fentanil, birkaç dakikalık uyanma süresine sahip oldukları için bu prosedür sırasında kapatılabilir.
    6. Sürekli sütürü, insizyonun diğer tarafına ulaşılana kadar deri altı dikişler arasına yerleştirin.
      NOT: Sütürün dermisten çıkması ancak cildi delmemesi önemlidir, böylece hayvan dikişleri daha az kaşıyabilir.
    7. Sütürü insizyona 1-2 cm lateral bir şekilde lateral bir çıkış bölgesine tünelleyin ve bir düğüm atın (Şekil 6B). Kesi bölgesine doku yapıştırıcısı sürün.
  5. Hayvan eve dönüş kalemi
    1. Steril örtüleri hayvandan çıkarın ve hareket gözlemlenir gözlemlenmez hayvanı ventilatörden ayırın.
    2. Hayvanı evdeki ağıla aktarın ve bir gece boyunca kalem arkadaşından ayrı tutun.
      NOT: Domuzlar ameliyattan sonra ayrılır, çünkü kalem arkadaşını şiddetli bir şekilde uyandırmaya çalışmaları normaldir ve bu da ısırık yaralarına neden olur. Domuzlar burun teması kurabilmelidir.

figure-protocol-3
Şekil 3: Kraniyal pencerenin implantasyonu. (A) Bregma noktasının beklenen konumu, steril örtülemeden önce domuz üzerinde tanımlanır ve işaretlenir, çünkü bunun daha sonra ayırt edilmesi zor olabilir. (B) Cilt kesisinden sonra avasküler subkutis makas kullanılarak gevşetilir. (C) Kafatasında 15 mm çapında bir delik açılır ve kenarlar rongeurlar kullanılarak çıkarılır. Koronal ve sagital sütür çizgileri belirgindir. (D) Kraniyal pencere vidalar kullanılarak implante edilir ve sabitlenir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

figure-protocol-4
Şekil 4: Periferik tellerin implantasyonu. (A) Deriye iki adet 23 G iğne yerleştirilir ve bunların içinden Cooner telleri sokulur. (B) İğneler çıkarılır ve teller timsülatör klipsleri kullanılarak stimülatöre bağlı deride bırakılır. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

figure-protocol-5
Şekil 5: Kortikal kayıt kurulumu. (A) Elektrot dizisi dura üzerine yerleştirilir ve baş aşaması tutucusu ve mikromanipülatör, insizyonun daha uzun ve daha lateral olduğu bir implantasyon ameliyatı sırasında steril bir manşon içindedir. (B) İnsizyonun daha medial olduğu bir erişim ameliyatı sırasında kayıt kurulumunda μECoG'nin yakın çekimi. (C) ECoG üzerindeki tüm topraklama ve referans kablolarının kısa devre yaptığı ve U-konektörü aracılığıyla peri-kraniyal vidaya bağlandığı topraklama kurulumu. (D) Bir erişim ameliyatı sırasında baş sahnesinin ve baş sahne tutucusunun yakın çekimi. μECoG, dura üzerine yerleştirilir. Kısaltmalar: ECoG = elektrokortikografi; μECoG = mikroECoG. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

figure-protocol-6
Şekil 6: Dikiş tekniği. (A) Deri altı gömülü dikey yatak tekniğinin şeması. (B) Sürekli intradermal sütür tekniğinin şeması. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

2. Giriş cerrahisi (Faz II)

NOT: 2-4 hafta sonra, S1'den gelen kortikal sinyallerin takip kayıtlarını yapmak için kraniyal pencere açılır. Ameliyat ve yaranın kapatılması yine kafatası penceresine ulaşılabilecek ve tekrar kapatılabilecek şekilde yapılır.

  1. Ameliyat için hazırlık
    NOT: 2.1.1-2.1.6 adımları, 1.1.1.1-1.1.1.6 adımlarına benzer.
    1. Hayvanı bir zoletil karışımı (5 mL zoletil [tiletamin 25 mg / mL ve zolazepam 25 mg / mL], 6.25 mL ksilazin (20 mg / mL) ve 2.5 mL butorphanol (10 mg / mL)) kullanarak sakinleştirin.
      NOT: Bu özel çalışma için, NMDA reseptörlerinin bloke edilmesini önlemek için zoletil karışımından ketamin çıkarılmıştır.
    2. Hayvanı ameliyathaneye taşıyın ve entübe edin ve havalandırın.
    3. Bir kulak damarı kateteri yerleştirin. Kateter yoluyla propofol, fentanil ve salin uygulayın.
    4. Cerrahi anestezi uygulayın: Sevofluran% 1-2, propofol (8 mg - kg-1 - 1 h-1'de infüze edilmiş 10 mg / mL), fentanil (20 μg - kg-1 - 1 'de infüze edilmiş 50 μg / mL).
    5. Gerekirse, steril örtülemeden önce steril bir işaretleyici kullanarak insizyon bölgesini işaretleyin. Her kulak ile karşı göz arasında düz çizgiler çizerek bregma noktasını tanımlayın; bregma bu çizgilerin kesişim noktasındadır (Şekil 3A).
      NOT: İlk kesi tipik olarak hala görülebilir. Yeni kesi, skar dokusunun çoğundan kaçınmak ve yaranın kapanmasını kolaylaştırmak için ilk kesiden en az 30 mm uzağa yerleştirilmelidir.
    6. Metal plakayı perdelerin altına yerleştirin ve ameliyata başlamadan önce uygun yerleştirme ve stabiliteyi sağlayın.
  2. Kraniyal pencereye erişim
    NOT: 2.2.1-2.2.3 adımları, 1.1.2.1-1.1.2.3 adımlarına benzer.
    1. Dermisteki ilk kesiyi, adım 2.1.5'te belirtildiği gibi orta hatta hafifçe lateral bir neşter ile yapın. Bir koterizatör ile deriden insizyona devam edin.
      NOT: Bir terminal deneyi durumunda, kesi orijinal kesi ile aynı yerde yapılabilir.
    2. Ekartörü yerleştirin ve forseps kullanarak cildi tutun ve cilde daha fazla esneklik sağlamak ve adım 1.4'te dikiş atmayı kolaylaştırmak için periost ile subkutis arasındaki avasküler bağ dokusunu kesin (Şekil 3B). Ekartörü kazanılan esnekliğe göre ayarlayın.
      NOT: Bu bir terminal deneyiyse, bu adım atlanabilir.
    3. Periosteumu kesin ve periosteum asansörünü kullanarak kafatasından gevşetin. Ekartörü kullanarak periosteuumu bir kenara tutun.
    4. Kraniyal pencere kapağını çıkarın ve duraya ulaşılana kadar bir pamuklu çubukla hafif dairesel hareketler kullanarak açıklıktaki tüm bağları çıkarın.
  3. Periferik tel implantasyonu
    1. Adım 1.2'yi tekrarlayın.
  4. Kortikal sinyallerin kaydedilmesi
    1. Adım 1.3'ü tekrarlayın.
  5. İmplant bölgesinin kapatılması
    1. Adım 1.4'ü tekrarlayın.
      NOT: Bu bir terminal deneyiyse, bu adım atlanabilir.

3. Terminal cerrahi (Faz III)

NOT: 2-4 hafta sonra, S1'den gelen kortikal sinyallerin takip kayıtlarını yapmak için kraniyal pencere açılır. Adım 2.2-2.5, yukarıda açıklandığı gibi tekrarlanır ve ardından adım 3.1 gelir.

  1. Ötanazi
    NOT: Barbitüratın oksidasyonunu önlemek için kulak damarı kateterinin hortumunun salin ile yıkanması gerekir.
    1. Kulak damarı kateterini tuzlu su ile yıkayın.
    2. Aşırı dozda pentobarbital (10 mL, 400 mg / mL) içeren bir şırınga takın ve pentobarbitali kulak damarı kateteri yoluyla enjekte edin.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Sonuçlar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Kraniyal pencere tekniği kullanılarak, 16 hayvanda 43 seansta kortikal sinyaller kaydedildi. Hayvanlar ameliyattan sonra uygun şekilde iyileşti ve çalışma boyunca çift olarak barındırıldı ve Ek Tablo S1'deki refah şeması kullanılarak günlük olarak izlendi. Tüm hayvanlar her zaman 0 puan aldı ve bu da mükemmel bir refah olduğunu gösteriyor. Şekil 7 , pencerelerin gerçekten de domuz korteksinin S1 alanı üzerine yerleştirildiğini göstermektedir. Durada genellikle in vivo

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Tartışma

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu tekniğin geliştirilmesinin önemi, elektrot yetmezlik modlarının ortadan kaldırılması, doku yanıtlarının azaltılması ve böylece invaziv kortikal kayıt tekniklerinin güvenilirliğinin arttırılmasında yatmaktadır. Çalışma sırasında herhangi bir elektrot arızası modu meydana gelmedi ve çalışma boyunca 16 hayvan ve 43 kayıt oturumu dahil olmak üzere toplam iki ECoG dizisi kullanıldı. Bunun araştırma ekonomisi üzerinde ek bir olumlu etkisi vardır. Geleneksel tamamen implante edilmiş yöntemle...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Açıklamalar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Yazarların açıklanacak herhangi bir çıkar çatışması yoktur.

Teşekkürler

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Yazarlar, Aalborg Üniversite Hastanesi'ndeki laboratuvar hayvanları tesisindeki hayvan bakıcılarına ve teknisyenlerine teşekkür eder. Nöroplastisite ve Ağrı Merkezi (CNAP), Danimarka Ulusal Araştırma Vakfı (DNRF121) tarafından desteklenmektedir. Şekil 6 ve Şekil 8 BioRender'da oluşturulmuştur.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
Kranial pencere implantasyonu
NeşterTek kullanımlık, bıçak 10
Cımbız
Gazlı bez
Dağlayıcı
Periosteum asansördüz, 10 mm genişlik
Weitlaner toplayıcı3x4 tırnaklı, küt, 16,5 cm
Midas Rex Legend EHS stylus cerrahi matkap sistemiMedtronic Destekli Cerrahi Çözümler, Fort Worth, ABD
Legend Ball İnce matkap uçları Medtronic Destekli Cerrahi Çözümler, Fort Worth, ABD7BA40F-MN ve 7BA60F-MNMedNext tip 4 ve 6 mm kafa çapı
Matkap için steril kapak
Şırınga5 ml
Tuzlu
Emme
Cetvel
Pamuklu çubuklar
Rongeurdüz çene, 15 cm, 3 x 20 mm uç boyutu
2,5 mm el matkabı ve sapı
Kelebek infüzyon seti
6-14 mm uzunluğunda altı adet M3 vida
Tornavida 
Üç boyutta 3D baskılı kafatası penceresi (4, 5 ve 6 mm derinlik) ve kapak
İzole edilmiş U-şekilli konektör
Timsah konektörü
Genta-coll emilebilir antibiyotik sünger
VYCRIL emilebilir sütür Etik Simge2-0 26 mm yuvarlak gövdeli
Monocryl emilmeyen sütürEtik Simge3-0 24 mm ters kesim
İğne tutucu
Makas
Topikal yapışkan doku yapıştırıcısıLökosan
Periferik tel implantasyonu
İki adet kısmen yalıtılmamış Cooner kablosu
NOT: Tellerin 1-2 cm'si ortada ve uçlarından birinde yalıtılmamıştır.
İki adet 23 gauge iğne
Gazlı bez
MC_stimulus çalıştıran bir PC tarafından kontrol edilen programlanabilir stimülatörÇok Kanallı Sistemler, Reutlingen, AlmanyaSTG4008
İki timsah konektörü
Kortikal kayıtlar
Manyetik mikromanipülatör için metal plaka 
Manyetik mikromanipülatör standı
Mikromanipülatör
Headstage tutucu
32 kanallı ZIF klipsli headstageTDT, Alachua, FL, ABD
32 kanallı mikro-elektrokortikografi (&mikro; ECoG) dizisi Neuronexus, Ann Arbor, ABDE32-1000-30-200
TDT kayıt ekipmanı dahil ön amplifikatör SI8, veri işlemci RZ2 ve iş istasyonu WS8 TDT, Alachua, FL, ABD
Anestezi & Analjezi
Zoletil 50 VeterinerVirbac, Carros, Fransa
Rompun (Zxylacin)Elanco Hayvan Sağlığı Monheim; Almanya
Torbugesik (Butorfanol)Intervet International, Boxmeer, HollandaGünümüzde farklı bir formülasyon (dolorex) kullanılmaktadır
KetaminolIntervet International, Boxmeer, Hollanda
PropofolBaxter Holding, Utrecht, Hollanda
FentanilB. Braun, Melsungen, Almanya
MetacamBorhringer Ingelheim Vetmedica, Ingelheim, Almanya
NoromoxScanvet Hayvan Sağlığı, Fredensborg, Danimarka
PentobarbLeVet, Oudewater, Hollanda

Kaynaklar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Mitchell, P., et al. Assessment of safety of a fully implanted endovascular brain-computer interface for severe paralysis in 4 patients: the Stentrode with thought-controlled digital switch (switch) study. JAMA Neurol. 80 (3), 270(2023).
  2. Steinmetz, N. A., et al. Neuropixels 2.0: a miniaturized high-density probe for stable, long-term brain recordings. Science. 372 (6539), eabf4588(2021).
  3. Neuralink's first-in-human clinical trial is open for recruitment. , Neuralink. https://neuralink.com/blog/first-clinical-trial-open-for-recruitment/ (2023).
  4. Duun-Henriksen, J., et al. A new era in electroencephalographic monitoring? Subscalp devices for ultra-long-term recordings. Epilepsia. 61 (9), 1805-1817 (2020).
  5. Szostak, K. M., Grand, L., Constandinou, T. G. Neural interfaces for intracortical recording: requirements, fabrication methods, and characteristics. Front Neurosci. 11, 665(2017).
  6. Buzsáki, G., Anastassiou, C. A., Koch, C. The origin of extracellular fields and currents EEG, ECoG, LFP and spikes. Nat Rev Neurosci. 13 (6), 407-420 (2012).
  7. Morand-Beaulieu, S., Perrault, M. -A., Lavoie, M. E. Test-retest reliability of event-related potentials across three tasks. Journal of Psychophysiology. 36 (2), 100-117 (2022).
  8. Ip, C. -T., et al. Pre-intervention test-retest reliability of EEG and ERP over four recording intervals. Int J Psychophysiol. 134, 30-43 (2018).
  9. Qin, H., Ding, L., Duan, W., Lei, X. Test-retest reliability of EEG: a comparison across multiple resting-state and task-state experiments. Xin Li Xue Bao. 55 (10), 1587(2023).
  10. Höller, Y., et al. Reliability of EEG measures of interaction: a paradigm shift is needed to fight the reproducibility crisis. Front Hum Neurosci. 11, 441(2017).
  11. Colachis, S. C., et al. Long-term intracortical microelectrode array performance in a human: a 5 year retrospective analysis. J Neural Eng. 18 (4), 0460d7(2021).
  12. Barrese, J. C., et al. Failure mode analysis of silicon-based intracortical microelectrode arrays in non-human primates. J Neural Eng. 10 (6), 066014(2013).
  13. Szymanski, L. J., et al. Neuropathological effects of chronically implanted, intracortical microelectrodes in a tetraplegic patient. J Neural Eng. 18 (4), 0460b9(2021).
  14. Meijs, S., et al. Influence of fibrous encapsulation on electro-chemical properties of TiN electrodes. Med Eng Phys. 38 (5), 468-476 (2016).
  15. Kim, A., et al. Investigating immunomodulatory biomaterials for preventing the foreign body response. Bioengineering. 10 (12), 1411(2023).
  16. Janjua, T. A. M., et al. The effect of peripheral high-frequency electrical stimulation on the primary somatosensory cortex in pigs. IBRO Neurosci Rep. 11, 112-118 (2021).
  17. Meijs, S., Andreis, F. R., Janjua, T. A. M., Graven-Nielsen, T., Jensen, W. High-frequency electrical stimulation increases cortical excitability and mechanical sensitivity in a chronic large animal model. Pain. 166 (2), e18-e26 (2025).
  18. Branco, M. P., Geukes, S. H., Aarnoutse, E. J., Ramsey, N. F., Vansteensel, M. J. Nine decades of electrocorticography: a comparison between epidural and subdural recordings. Eur J Neurosci. 57 (8), 1260-1288 (2023).
  19. Meijs, S., Andreis, F. R., Janjua, T. A. M., Jensen, W. Reliability of a cranial window for chronic epidural recordings from the pig primary somatosensory cortex. Annu Int Conf IEEE Eng Med Biol Soc. 2024, 1-4 (2024).
  20. García, A., Calleja, J., Antolín, F. M., Berciano, J. Peripheral motor and sensory nerve conduction studies in normal infants and children. Clin Neurophysiol. 111 (3), 513-520 (2000).
  21. Thomas, J. E., Lambert, E. H. Ulnar nerve conduction velocity and H-reflex in infants and children. J Appl Physiol. 15 (1), 1-9 (1960).
  22. Liu, X. -G., Sandkühler, J. Characterization of long-term potentiation of C-fiber-evoked potentials in spinal dorsal horn of adult rat: essential role of NK1 and NK2 receptors. J Neurophysiol. 78 (4), 1973-1982 (1997).
  23. Sandkühler, J., Liu, X. Induction of long-term potentiation at spinal synapses by noxious stimulation or nerve injury: LTP in spinal cord induced by noxious stimulation. Eur J Neurosci. 10 (7), 2476-2480 (1998).
  24. van den Broeke, E. N., et al. The effect of high-frequency conditioning stimulation of human skin on reported pain intensity and event-related potentials. J Neurophysiol. 108 (8), 2276-2281 (2012).
  25. van den Broeke, E. N., Lambert, J., Huang, G., Mouraux, A. Central sensitization of mechanical nociceptive pathways is associated with a long-lasting increase of pinprick-evoked brain potentials. Front Hum Neurosci. 10, 531(2016).
  26. Fallegger, F., Trouillet, A., Lacour, S. P. Subdural soft electrocorticography (ECoG) array implantation and long-term cortical recording in minipigs. J Vis Exp. (193), e64997(2023).
  27. Palma, M., et al. Chronic recording of cortical activity underlying vocalization in awake minipigs. J Neurosci Methods. 366, 109427(2022).
  28. Salatino, J. W., Ludwig, K. A., Kozai, T. D. Y., Purcell, E. K. Glial responses to implanted electrodes in the brain. Nat Biomed Eng. 1 (11), 862-877 (2017).
  29. Polikov, V. S., Tresco, P. A., Reichert, W. M. Response of brain tissue to chronically implanted neural electrodes. J Neurosci Methods. 148 (1), 1-18 (2005).
  30. Meijs, S., et al. Biofouling resistance of boron-doped diamond neural stimulation electrodes is superior to titanium nitride electrodes in vivo. J Neural Eng. 13 (5), 056011(2016).
  31. Cramer, S. W., et al. Through the looking glass: a review of cranial window technology for optical access to the brain. J Neurosci Methods. 354, 109100(2021).
  32. O'Sullivan, K. P., Orazem, M. E., Otto, K. J., Butson, C. R., Baker, J. L. Electrical rejuvenation of chronically implanted macroelectrodes in nonhuman primates. J Neural Eng. 21 (3), 036056(2024).
  33. Holdgraf, C., et al. iEEG-BIDS, extending the Brain Imaging Data Structure specification to human intracranial electrophysiology. Sci Data. 6 (1), 102(2019).
  34. Mercier, M. R., et al. Advances in human intracranial electroencephalography research, guidelines and good practices. Neuroimage. 260, 119438(2022).
  35. Löscher, W., Worrell, G. A. Novel subscalp and intracranial devices to wirelessly record and analyze continuous EEG in unsedated, behaving dogs in their natural environments: a new paradigm in canine epilepsy research. Front Vet Sci. 9, 1014269(2022).
  36. Waziri, A., et al. Intracortical electroencephalography in acute brain injury. Ann Neurol. 66 (3), 366-377 (2009).
  37. Hartings, J. A., et al. Prognostic value of spreading depolarizations in patients with severe traumatic brain injury. JAMA Neurol. 77 (4), 489(2020).
  38. Takara, S., Kida, H., Inoue, T. Development of implantable devices for epilepsy: research with cats, dogs, and macaques in biomedical engineering. Advanced Robotics. 38 (14), 983-1007 (2024).
  39. Gierthmuehlen, M., et al. Mapping of sheep sensory cortex with a novel microelectrocorticography grid. J Comp Neurol. 522 (16), 3590-3608 (2014).
  40. Thielen, B., Meng, E. A comparison of insertion methods for surgical placement of penetrating neural interfaces. J Neural Eng. 18 (4), 041003(2021).
  41. MaassenVanDenBrink, A., Chan, K. Y. Neurovascular pharmacology of migraine. Eur J Pharmacol. 585 (2-3), 313-319 (2008).
  42. Costine-Bartell, B. A., et al. 2-photon imaging of fluorescent proteins in living swine. Sci Rep. 13 (1), 14158(2023).

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Yeniden basım ve izinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya şekillerini yeniden kullanmak için izin iste

İzin iste

Etiketler

Elektrokortikografi DomuzlarKronik Kay tlarOlayla li kili PotansiyellerDura Mater Eri imiY ksek Frekansl Stim lasyonN robilim TeknikleriHayvan RefahBeyin Bilgisayar Aray z

İlgili makaleler