Comportement des tests pour évaluer les déficits fonctionnels causés par l’Implantation de la microélectrode dans le Cortex de moteur de Rat rongeur

Summary

Nous avons montré qu’une implantation de la microélectrode dans le cortex moteur des rats provoque immédiates et durables les déficits moteurs. Les méthodes proposées dans la présente ébauche une chirurgie d’implantation de microélectrodes et trois rongeurs tâches comportementales pour élucider les changements potentiels dans la motricité fine ou brute en raison de dommages causés à l’implantation au cortex moteur.

Abstract

Dispositifs médicaux implantés dans le cerveau ont un potentiel énorme. Dans le cadre d’un système Brain Machine Interface (BMI), microélectrodes intracorticales démontrent la possibilité d’enregistrer les potentiels d’action des individuels ou petits groupes de neurones. Ces signaux enregistrés ont été utilisé avec succès pour permettre aux patients d’interfaçage avec ou contrôler des ordinateurs membres robotiques et leurs propres membres. Toutefois, les précédentes études chez l’animal ont montré qu’une implantation microélectrode dans le cerveau non seulement endommage les tissus environnants, mais peut également entraîner des déficits fonctionnels. Ici, nous discutons d’une série de tests comportementaux pour quantifier les éventuelles déficiences moteurs suite à l’implantation de microélectrodes intracorticales dans le cortex moteur d’un rat. Les méthodes pour grille de plein champ, passage de l’échelle et le grip force test fournissent des informations précieuses concernant les complications potentielles résultant d’une implantation de microélectrodes. Les résultats des tests comportementaux sont corrélés avec l’histologie de point de terminaison, fournissant des informations supplémentaires sur les résultats pathologiques et les effets de cette procédure sur les tissus adjacents.

Introduction

Intracorticales microélectrodes ont été initialement utilisés pour cartographier les circuits du cerveau et sont devenus un outil précieux pour activer la détection des intentions moteurs qui peut être utilisé pour produire des sorties fonctionnelle¹. Sorties fonctionnelles détectés peuvent offrir des personnes atteintes de lésions médullaires, infirmité motrice cérébrale, sclérose latérale amyotrophique (SLA) ou d’autres conditions de limitation de mouvement le contrôle d’un ordinateur curseur^2,3 ou robotique bras de^4,5,6, ou restaurer la fonction de leurs propres membres handicapés⁷. Par conséquent, technologie intracortical microélectrode est devenue un prometteur et grandissant vite champ⁸.

En raison des succès dans le domaine, les études cliniques sont en cours pour améliorer et mieux comprendre les possibilités de BMI technologie^5,9,10. En réalisant le plein potentiel de la communication avec les neurones dans le cerveau, les demandes de remise en état sont perçues comme illimité⁸. Bien qu’il y a beaucoup d’optimisme pour l’avenir de la technologie de la microélectrode intracortical, c’est aussi bien connu que des microélectrodes échouent finalement¹¹, probablement à cause d’une réaction aiguë thérapeutiques après l’implantation. L’implantation d’une matière étrangère dans le cerveau entraîne des dommages immédiats aux tissus environnants et mène d’autres dommages causés par la réponse de thérapeutiques qui varie en fonction des propriétés de l’ implant¹². En outre, un implant dans le cerveau peut provoquer un effet de microlesion : une réduction du métabolisme du glucose semble être causée par l’oedème aigu et hémorragie due à l’ insertion de dispositif¹³. En outre, la qualité du signal et la durée des signaux utiles pouvant être enregistrées sont incompatibles, quel que soit le modèle animal^11,14,15,16. Plusieurs études ont démontré le lien entre la neuroinflammation et microélectrode performance^17,18,19. Le consensus de la communauté est donc que la réponse inflammatoire du tissu neuronal qui entoure les microélectrodes, compromet au moins en partie, fiabilité de l’électrode.

De nombreuses études ont examiné l’inflammation locale^11,20,21,22 ou explorer les méthodes permettant de réduire les dommages au cerveau causé par insertion^{11,23, 24,25}, avec comme objectif d’améliorer les performances d’enregistrement au fil du temps^14,26. En outre, nous avons montré récemment qu’une lésion iatrogène provoquée par une insertion de microélectrodes dans le cortex moteur des rats provoque une immédiate et durable des déficits de motricité fine²⁷. Par conséquent, les protocoles présentés ici vise aux chercheurs une méthode quantitative pour évaluer les déficits moteurs possibles à la suite de traumatismes crâniens suite à l’implantation et la présence persistante des dispositifs intracorticales (microélectrodes dans le cas de ce manuscrit). Les essais de comportement décrits ici ont été conçus pour isoler les deux déficiences de la fonction motrice brute et fine et peuvent être utilisés dans de nombreux modèles de lésion cérébrale. Ces méthodes sont simples, reproductibles et peuvent facilement être implémentées dans un modèle de rongeur. En outre, les méthodes présentées ici permettent une corrélation du comportement moteur aux résultats histologiques, une prestation qui, jusqu’à récemment, les auteurs n’ont pas vu publié dans le domaine de l’IMC. Enfin, car ces méthodes ont été conçues pour tester la motricité fine²⁸, la fonction motrice brute²⁹et stress et l’anxiété comportement^29,30, les méthodes présentées ici peuvent également être implémentées dans un divers modèles de traumatisme crânien où les chercheurs veulent out (ou dans) la règle de tout déficit de fonctionnement du moteur.

Protocol

Toutes les procédures et les pratiques de protection des animaux ont été approuvés par et effectués conformément à la Louis Stokes Cleveland Department of Veterans affaires médicales Centre institutionnel Animal Care et comités de l’utilisation. Remarque : Pour renseigner les chercheurs sur la décision quant à l’utilisation d’un modèle de blessure de coup de poignard sous forme de contrôle, il est recommandé d’examiner le travail accompli par Potter et al. <sup …

Representative Results

En utilisant les méthodes présentées ici, une chirurgie d’implantation microélectrode dans le cortex de moteur est complété suivant procédures établies39,40,41,42, suivie d’essais de plein champ grille pour évaluer la fonction motrice brute et l’échelle et la poignée de force des tests pour évaluer la motricité fine fonction2…

Discussion

Le protocole décrit ici a été utilisé pour mesurer les déficits de motricité globale et fine dans un modèle de rongeur crânien efficacement et de façon reproductible. De plus, il permet la corrélation des fine comportement moteur aux résultats histologiques après une implantation microélectrode dans le cortex moteur. Les méthodes sont faciles à suivre, peu coûteux à mettre en place et peuvent être modifiés pour s’adapter à des besoins individuels du chercheur. En outre, les essais de comportement ne…

Materials

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