人間の死体をホルマリン固定モデルを用いた皮質微小電極アレイの注入の手術トレーニング
Summary
ホルマリン固定のひと死体が人間の脳の新皮質微小電極アレイの注入のための訓練で脳神経外科医を支援するために使用されている手順を考案しました。
Abstract
このプロトコルでは、人間の脳の新皮質に微小電極アレイの注入のための訓練の外科医を支援するための手順について説明します。最近の技術の進歩は、人間の脳の大脳皮質の複数の個々 のニューロンの活動を記録できるように微小電極アレイの作製を可能にしました。これらの配列には、健康と病気における脳機能の神経相関にユニークな洞察力をもたらす可能性があります。さらに、同定と意欲的神経活動の解読脳-コンピューターのインターフェイスを確立する可能性を開き、こうして失われた神経機能を回復に役立つかもしれない。新皮質の微小電極アレイの注入はスープラ centimetric 開頭手術と大脳皮質表面の露出を必要とする侵襲的なプロシージャしたがって、十分に訓練された脳神経外科医による手順を実行する必要があります。手術トレーニングのための機会を提供するためにひと死体モデルに基づく手法を考案しました。ホルマリン固定のひと死体の使用頭、頭蓋骨、髄膜の巨視的構造を維持しながらの動物 (特にヒト以外の霊長類) の手術の実際の実用的な倫理的な財政の難しさのバイパスと脳表面と現実的な手術室のような位置づけと計装のこと。さらに、人間の死体の使用は、任意の非人間モデルよりも日常臨床に近いです。死体のシミュレーションの主要な欠点は、血液と脳脊髄液の循環、脳の脈動の不在です。生きている人間の大脳新皮質の微小電極アレイを注入する前に適切な外科研修を確保するための十分な実用的でコスト効率の高いアプローチをひと死体のホルマリン固定モデルにはお勧めします。
Introduction
近年では生活で複数の個々 のニューロンの活動を記録するという課題に技術的なソリューションの開発脳の1,2,3。シリコン ベース電極アレイを信号特性の面で従来のワイヤ電極を同様に実行し、数十から何百ものニューロン大脳組織4,5,の小さなパッチに記録できます。6,7. 電極アレイはサルの一次運動野の神経活動とアームの動き8、順番脳コンピューター開発へ弾みを提供している間の通信を確立する科学者を許可しています。インターフェース (Bci)9。
微小電極アレイは、2 つの状況で人間に使用されている: コントロール Bci に慢性的なインプラントとてんかんを患っている患者で個々 のニューロンの活動を研究する半慢性的なインプラントとして。慢性的なインプラントは、一次運動野の手の機能表現をターゲット コンピューター カーソル10、11,12 のロボット アームの動きを制御する四肢麻痺患者を許可しています。 ,13。発作中に前後半慢性的なインプラントを一緒には候補者のてんかん手術14、薬剤抵抗性てんかん患者における硬膜下血下角 (ECOG) 電極挿入が単一ユニットの録音を許可します。中に、てんかん発作15,16,17,18,19の間に単一ニューロン活動に光を当てるに始めています。一方で、ニューロンの活動と認識、動きと健康と人間の思考の間のリンクを確立することによって、脳がどのように機能の私達の理解を大幅に向上する可能性がある電極アレイ病、その他の20,21。
シリコン ベース電極アレイ、商業的に利用可能な今、人間での使用は、半慢性てんかん適応で米国の規制当局によって承認されています。ただし、これらのデバイスは、侵襲的、脳に挿入する必要があります。神経活動を記録するデバイスの障害を越えての不適切な挿入技術の否定的な結果、脳出血、感染、長期的なまたは永続的な神経学的機能不全の可能性あります。微小電極配列移植の合併症率が現在知られている頭蓋内脳波 (EEG) macroelectrodes の注入中に潜在的に重篤な合併症の率は 1-522,23. 脳神経外科スキルと手順固有訓練したがって、電極アレイの適切な注入が必要です。
安全な環境で微小電極アレイと自分のスキルを磨くために外科医のため利用可能なアプローチは、ヒト以外の哺乳類と人間の死体に含まれます。理想的なトレーニング モデルがサイズと人間の頭蓋骨の厚さを忠実に再現靭性と; 硬膜の血管の分枝gyrification パターン、一貫性および人間の脳の脈動血液や脳脊髄液の循環の存在手術室 (OR) で対象の全体的なポジショニングと -環境のようです。したがって、動物モデルは、外科医に有意義な経験を提供するために十分な大きさでする必要があります。大規模な非ひと霊長類くる、最も近いが、手術の訓練のための使用は持続可能な両方の倫理的な観点から高価なので。齧歯動物はその小さなサイズのため考察を入力しないでください。でも猫やウサギを使用してまたはのような環境から大きく分岐を意味します。
人間の死体は、魅力的な代替手段を表しています。彼らの利点には、生命のようなサイズと頭と脳の形状と OR のような環境での外科研修を設定可能性が含まれます。現実的な状況から最も明白な出発は、脳の脈動と出血と側面と生体、死体保存24を利用したテクニックに固有の一貫性の変更の不在です。新鮮凍結遺体一貫性と多くの臓器や組織にある程度の柔軟性を保持するが、彼らはいくつかの欠点を持っている: 融解とすぐに低下し始める彼らを開始、脳が電極の挿入も低下し、現実的には、実行する配列と彼らは、比較的希少で高価なリソースです。死体のホルマリン固定、その一方より手頃な価格とはるかに耐久性、硬化組織が一貫性を犠牲にしています。
ここでは、新皮質の微小電極アレイの注入のための脳外科手術のトレーニングを提供するために人間の死体をホルマリン固定モデルを用いた手順を確立します。我々 のアプローチにより、位置決めおよび計装システムの現実的なまたはのような開頭術と痛覚を実行して、新皮質表面を公開します。隣接する開; 頭蓋骨に電極台座を取り付ける空気圧インパクター25大脳新皮質に微小電極配列を挿入します。批判的に、それにより (これは個別に絶縁の金ワイヤの束電極台座に接続される) 微小電極アレイの正確なアライメントを実践する外科医26新皮質の表面に平行。私達のプロトコルは忠実には候補者のてんかん外科患者における皮質注入とともに微小電極配列注入の徴候をレプリケートします。注入手術の経緯が微小電極配列の実際の型によって大きく左右します。ここでは、最近アメリカの人間の使用のための規制当局の承認を受信する配列する手順をについて説明します。いわゆるユタ配列構成 4 × 4 mm、100 電極グリッド;頭蓋骨; の外部テーブルに添付されている経皮台座ワイヤーの束 2 つを接続します。
Protocol
Representative Results
Discussion
ひと死体のホルマリン固定モデルとここでの手術のプロトコルは、人間の大脳新皮質に微小電極アレイの外科プロシージャをレプリケートします。微小電極配列と、空気圧のインサーターとその挿入の位置付けを含む、手順の各ステップ進む現実の患者は、例外のようにほぼ同じ方法で、脳の脈動と循環が欠席しています。プロトコルの重要なステップは、新皮質の表面と空気のインサータ?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
著者らは、博士アンドレア ・ バルトリと教授カール ・ シャラー (脳神経外科部門, ジュネーブ大学教授 Margitta Seeck (スイス ジュネーブ大学病院神経内科部門ジュネーブ)、フランクリン ロブ (ブラック ・ マイクロシス テムズ)、博士に感謝して病院には、ジュネーブ、スイス連邦共和国)、氏フロラン Burdin と教授ジョン p. ドノヒュー (ウィス センター バイオと神経、ジュネーブ、スイス連邦共和国) の現在の仕事の準備でご支援します。
Materials
| Mayfield skull clamp | Integra LifeSciences, Cincinnati, OH | A1059 | |
| Midas Rex MR7 system for craniotomy | Medtronic, Minneapolis, MN | EC300 | |
| Dura scissors | Sklar Surgical Instruments, West Chester, PA | 22-2742 | |
| Self-tapping bone screws | OrthoMed Inc., Tigard, OR | OM SYN211806 | |
| Microelectrode array and pedestal | Blackrock Microsystems, Salt Lake City, UT | LB-0612 | Mock-up arrays are available from the manufacturer upon request |
| Pneumatic impacter | Blackrock Microsystems, Salt Lake City, UT | LB-0088 | |
| 64-channel electrocorticography grid | Ad-Tech Medical Instrument Corporation, Racine, WI | FG64C-SP10X-0C6 | Optional |
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