एकल यूनिट गतिविधि और Electrocorticographic सिग्नल रिकॉर्डिंग के लिए जीर्ण तंत्रिका इलेक्ट्रोड की शल्य आरोपण
Summary
हम सर्जनों जो पुरानी तंत्रिका रिकॉर्डिंग इलेक्ट्रोड दाखिल करने की प्रक्रिया सीख रहे हैं के लिए उपयोगी जानकारी प्रदान करते हैं. दोनों मर्मज्ञ और सतह इलेक्ट्रोड प्रणालियों के लिए तकनीक एक कृंतक पशु मॉडल में वर्णित हैं.
Abstract
दीर्घकालिक electrophysiological रिकॉर्डिंग की सफलता अक्सर आरोपण सर्जरी की गुणवत्ता पर निर्भर करता है. यहाँ हम सर्जनों जो इलेक्ट्रोड सिस्टम दाखिल करने की प्रक्रिया सीख रहे हैं के लिए उपयोगी जानकारी प्रदान करते हैं. हम दोनों एक मर्मज्ञ और एक सतह इलेक्ट्रोड का आरोपण प्रक्रिया प्रदर्शित करता है. प्रक्रिया के दौरान हर कदम का विस्तृत विवरण सहित खत्म, शल्य प्रक्रिया शुरू से ही वर्णित है. यह भी कहा कि इस वीडियो गाइड कृंतक मॉडल और अन्य छोटे पशु मॉडल में किए गए प्रक्रियाओं की ओर ध्यान केंद्रित किया जाना चाहिए. वर्णित प्रक्रियाओं का संशोधन अन्य पशु मॉडल के लिए संभव है.
Protocol
1. पूर्व प्रत्यारोपण प्रक्रिया (आम) आंखों के बीच अच्छी तरह से कान के पीछे से पशु सिर के ऊपर दाढ़ी. बिजली की नाई क़ैंची का उपयोग करने के लिए सिर दाढ़ी. सिर पहले isopropyl शराब के साथ तो साफ़ कीजिये, betadine (3x दोहराना). लागू आँख स्नेहक. Stereotaxic कान सलाखों में पशु माउंट. पशु सही कान की श्रवण नहर में नहर के खिलाफ सिर के पास चलती सही stereotaxic कान बार की निश्चित टिप भेजें. चरम देखभाल के लिए विश्वास दिलाता हूं कि प्रत्येक टिप कान बार ठीक कर्णद्वार में तैनात है के लिए लिया जाना चाहिए. अगला, श्रवण नहर में ढीला छोड़ दिया कान बार धक्का और मामूली आवक दबाव लागू. पशु नाक समझ और इसे वापस लचीलेपन की तुलना में और मजबूती से आगे. यदि पशु मुहिम शुरू की है ठीक सख्ती से सिर घुड़सवार महसूस होगा. 2. पूर्व आरोपण सर्जरी (सामान्य) ठीक कैंची की एक जोड़ी के साथ, दो आधे circ कटौतीलेस midline के बाहर से, आंशिक रूप से खोपड़ी को हटाने परिमार्जन और periosteum संयोजी ऊतक कि हड्डी का पालन करने के लिए हटा दें. एक स्केलपेल ब्लेड या एक बाँझ कपास झाड़ू की टिप के पीछे के रूप में एक कुंद बढ़त के साथ scraping के खून बह रहा है क्योंकि capillaries के बजाय आसानी से कुचल दिया जाएगा कटौती को कम कर देंगे. नियंत्रण हड्डी खून बह रहा हड्डी मोम या cauterizing की लोहे का इस्तेमाल करते हैं. शुद्ध करना और हाइड्रोजन पेरोक्साइड का उपयोग हड्डी सतह को साफ. हड्डी सूखी कपालीय sutures के और अधिक स्पष्ट रूप से दिखाई बनाने के लिए. शीर्षस्थान और लैम्ब्डा अंक और ध्यान दिया जाना चाहिए और सिर के स्तर के लिए इस्तेमाल किया. कपाल – उच्छेदन और इलेक्ट्रोड प्रत्यारोपण के लिए स्थान शीर्षस्थान के लिए सम्मान के साथ मापा जाना चाहिए और एक कलम के साथ या छिछलेपन से सतह में ड्रिलिंग के द्वारा अस्थायी रूप से चिह्नित किया जा सकता है. कपाल – उच्छेदन स्थान अध्ययन के प्रयोगात्मक उद्देश्य (यानी मोटर, संवेदी प्रयोगों) 1 पर निर्भर करेगा. हड्डी में screwholes ड्रिल और जमीन जगह है और स्थिरकैमरों. हमेशा स्टेनलेस स्टील या टाइटेनियम शिकंजा का उपयोग करें. के रूप में संभव के रूप में प्रति इंच कई धागे वांछनीय हैं के साथ लघु जौहरी शिकंजा (2-56 या 00-80 # उदाहरण के लिए). 3. सिलिकॉन इलेक्ट्रोड प्रत्यारोपण प्रक्रिया शिकंजा दाखिल करने के बाद कपाल – उच्छेदन ड्रिल. कपाल – उच्छेदन के कोनों के लिए चार उथले पायलट अंक ड्रिल. पायलट के निशान का उपयोग एक गाइड के रूप में कपाल – उच्छेदन की परिधि ड्रिल. हड्डी के केंद्र बड़े पैमाने पर है कि मजबूत संदंश की एक जोड़ी का उपयोग नहीं था drilled निकालें. खुला कपाल – उच्छेदन के किनारे आगे ड्रिलिंग के साथ साफ करने की आवश्यकता हो सकती है. हड्डी की पतली टुकड़े microrongeurs की एक जोड़ी के साथ काटा जा सकता है. ध्यान से अपनी सर्जरी की योजना है. बाण के समान साइनस, जो midline अनुदैर्ध्य 1 सीवन की 0.5 मिमी के भीतर प्रकट हो सकता है के रूप में प्रमुख रक्त वाहिकाओं से बचने. बाण के समान साइनस puncturing व्यापक खून बह रहा हो सकता है. उजागर ड्यूरा aCSF या खारा साथ हाइड्रेटेड रखा जाना चाहिए. ड्यूरा मेटर पियर्सआप एक छोटे से छोटे गेज की एक बाँझ चमड़े के नीचे सुई (जैसे, <28 गेज) का उपयोग हुक फैशन के लिए की आवश्यकता होगी. सुई का उठाव ले लो और यह फ्लैट एक फर्म की सतह के खिलाफ प्रेस थोड़ा झुकने बिंदु पर एक 90 डिग्री के मोड़ के रूप में (जैसे एक स्केलपेल के फ्लैट हिस्से के रूप में). इस हुक का प्रयोग करें के ड्यूरा की सतह को पकड़ने के लिए, और मस्तिष्क की सतह से ऊपर उठा. ड्यूरा सूक्ष्म कैंची का उपयोग कर कटौती की जा सकती है या ड्यूरा हुक के पार्श्व आंदोलनों का उपयोग फाड़ा जा सकता है. ध्यान रखना करने के लिए मस्तिष्क की सतह पर रक्त वाहिकाओं से बचने जब ड्यूरा हुक का उपयोग करने के लिए. आप सी.एस.एफ. बाहर लीक जब ड्यूरा resected कर रहा है और ड्यूरा की सतह से रंग में एक अंतर नोटिस चाहिए. सिलिकॉन इलेक्ट्रोड की जमीन पेंच के आधार पर चारों ओर जमीन तार, और दंत सीमेंट के साथ जगह में कुशलता को ध्यान देते हैं. सिलिकॉन इलेक्ट्रोड इतना ध्यान रखा जाना चाहिए कि इलेक्ट्रोड केबल सुराग कपाल – उच्छेदन से अधिक धनुषाकार हैं. समाविष्ट एक रैखिक मोटर actuator पीएलए का उपयोग कर रखा जाएगासे ced एक stereotaxic उपकरण पर. इलेक्ट्रोड प्रविष्टि डिवाइस के लिए देते हैं, polyethylene glycol (खूंटी) एक टांका लोहे के साथ गरम किया जाता है और प्रविष्टि रॉड और रिकॉर्डिंग इलेक्ट्रोड के लिए लागू है. इलेक्ट्रोड सुरक्षित के साथ, मैन्युअल रूप से मस्तिष्क की सतह पर वांछित stereotaxic स्थान के लिए इलेक्ट्रोड की नोक कम. रैखिक actuator के लिए सॉफ्टवेयर इंटरफ़ेस का उपयोग कर वांछित गहराई में मस्तिष्क के ऊतकों के भीतर इलेक्ट्रोड चाल. मस्तिष्क में एक आसन्न पेंच से खूंटी इलेक्ट्रोड केबल के लिए संलग्न द्वारा सुरक्षित रिकॉर्डिंग इलेक्ट्रोड. अब आप प्रविष्टि युक्ति से खारा जोड़ने के लिए बाध्य खूंटी को भंग करके इलेक्ट्रोड हटा सकते हैं. प्रविष्टि डिवाइस और प्रत्येक इलेक्ट्रोड के लिए कपाल – उच्छेदन दोहराने से दूर उठाएँ. खारा लथपथ Gelfoam के साथ संपर्क में कपाल – उच्छेदन कवर. एक सिलिकॉन बहुलक तो इलेक्ट्रोड केबल को कवर करने के लिए और यह दंत एक्रिलिक से बचाने के लिए प्रयोग किया जाता है. फाइनल में संबंधक स्थितिस्थान, तो दंत ऐक्रेलिक लागू करने के लिए एक मजबूत headcap. 4. इलेक्ट्रोड प्रत्यारोपण प्रक्रिया MicroECoG MicroECoG इलेक्ट्रोड का आरोपण एक थोड़ा बड़ा कपाल – उच्छेदन शामिल होगी. एक 5 x 5 मिमी डिवाइस के लिए, एक 6 x 6 मिमी कपाल – उच्छेदन किया जाना चाहिए. कपाल – उच्छेदन ड्रिलिंग से पहले, यूवी का इलाज दंत ऐक्रेलिक कपाल – उच्छेदन साइट की परिधि के लिए लागू किया जाता है जबकि यह अभी भी शुष्क और ड्यूरा या पिया को छू के खतरे में नहीं है. एक बाँझ सर्जिकल ड्रिल एक # 107 गड़गड़ाहट के साथ प्रयोग किया जाता है के लिए रवाना कपाल – उच्छेदन के सामान्य आकार में हड्डी की सतह ड्रिल. छोटे 106 # गड़गड़ाहट तो एक पतली पारदर्शी परत हड्डी के बाकी नीचे ड्रिल करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. Rongeurs तो हड्डी के शेष टुकड़ा उठा में सक्षम हो जाएगा. microECoG epidurally है या subdurally से प्रत्यारोपित किया जा सकता है. फिर, ड्यूरा अच्छी तरह से कृत्रिम सी.एस.एफ. या खारा साथ हाइड्रेटेड रखना. क्रम में microECoG प्रत्यारोपण करने के लिए, ope के ऊपर एक stereotaxic हाथ जगहपता खोपड़ी, और बाँझ टेप का उपयोग कर हाथ करने के लिए इलेक्ट्रोड सुरक्षित. इलेक्ट्रोड अब कपाल – उच्छेदन में नीचे उतारा जा सकता है. यकीन है कि इलेक्ट्रोड साइटों नीचे का सामना कर रहे हैं और ड्यूरा या PIAL सतह के साथ संपर्क बनाने जाएगा. यदि नम रखा, इलेक्ट्रोड ऊतक पर स्लाइड और जगह में रहना होगा. जमीन तार के आसपास से अधिक है और खुद के तहत कम से कम तीन बार लपेटकर द्वारा जमीन पेंच से जुड़ा है. जमीन पेंच ड्यूरा के साथ संपर्क में आ गया है किसी भी पेंच है कि हो सकता है. संदर्भ तार भी संदर्भ पेंच में एक ही तरीके से बंधा जा सकता है. को खारा लथपथ Gelfoam के छोटे टुकड़े इलेक्ट्रोड के आसपास रखा जाना चाहिए जहाँ वहाँ है के ड्यूरा या पिया उजागर. खारा लथपथ Gelfoam की एक छोटी राशि भी पतली फिल्म इलेक्ट्रोड के शीर्ष को कवर किया जाना चाहिए. यूवी का इलाज दंत ऐक्रेलिक Gelfoam के शीर्ष करने के लिए लागू किया जा सकता है और एक स्थिर सिर की टोपी बनाने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. यह ऐक्रेलिक सीधे पतली फिल्म केबल coveri करने के लिए लागू किया जाता हैएनजी यह जब तक संबंधक तक पहुँच जाता है. संबंधक टोपी के नीचे से बाहर नहीं कवर करने के लिए सावधान रहें. वैकल्पिक रूप से, 4.3 में microECoG का आरोपण तुरंत छोटे छेद कि microECoG सब्सट्रेट में निर्मित कर रहे हैं के माध्यम से एक सिलिकॉन microelectrode के सरणी (3.2-3.6 कदम) के आरोपण से पीछा किया जा सकता है. यह दोनों एकल इकाइयों के आसपास के मस्तिष्क की सतह से उच्च संकल्प क्षेत्र रिकॉर्डिंग के साथ साथ विभिन्न गहराई में एक साथ रिकॉर्डिंग के लिए अनुमति देता है. 5. पश्चात की वसूली के बाद सीमेंट पूरी तरह से कठोर है, त्वचा कस सिर टोपी के आसपास और सीवन stereotaxic फ्रेम से पशु हटा. एंटीसेप्टिक या अधिकता से घाव के आसपास पाउडर और एंटीबायोटिक मलहम लागू होते हैं. अगर कान से किसी भी खून बह रहा है, कान नहर में कुछ एंटीबायोटिक अच्छी तरह जगह है. गर्म पशु के रूप में अपने शरीर की गर्मी को बनाए रखने से barbiturates पशु रोकने के रखें. घर पूर्वी वायु कमानघंटे लंबे समय से एक अलग पिंजरे में पशु प्रत्यारोपित. यह आमतौर पर चार से सात दिन पशुओं के लिए लेता करने के लिए सर्जरी से पूरी तरह ठीक हो. 6. प्रतिनिधि परिणाम एक सफल सिलिकॉन इलेक्ट्रोड प्रत्यारोपण सर्जरी 500kOhm 2MOhm के बीच मापने impedances के साथ साइटों है रिकॉर्डिंग जाएगा, और पतली फिल्म इलेक्ट्रोड के बीच 10kOhm 50kOhm (1kHz पर). तंत्रिका संकेत तुरंत बाद सर्जरी के रूप में अच्छी तरह से जाँच की जा सकती है. आप इलेक्ट्रोड प्रत्यारोपित पर spikes देखने और पतली फिल्म की सतह इलेक्ट्रोड (चित्रा 1) पर धीमी गति से लहर दोलनों में सक्षम होना चाहिए. आकृति 1. एकल इकाई गतिविधि और ECOG दोलनों के प्रतिनिधि परिणाम एक पुरानी सिलिकॉन neocortex में प्रत्यारोपित इलेक्ट्रोड के 6 चैनल एक साथ दर्ज की गई से) वाइड बैंड डेटा. नोट करें कि spikes के अक्सर रिकॉर्डिंग साइटों के पार देखा जा सकता है. ख) ई16 चैनल मस्तिष्क की सतह पर पतली फिल्म uECoG के इलेक्ट्रोड सरणी के 6 चैनलों से दांत दोलनों. सभी 16 संकेतों का मतलब प्रत्येक ट्रेस (सामान्य औसत संदर्भित) से हटा दिया गया है, और एक 500 हर्ट्ज डिजिटल कम पास फिल्टर लागू किया गया था.
Discussion
मस्तिष्क 2 समारोह शोध, neuroprosthetic 4,5 सिस्टम के लिए 3 microstimulation, या नियंत्रण संकेतों प्रदान के लिए intracortical और सतह multichannel रिकॉर्डिंग इंटरफेस का उपयोग करने में एक बढ़ती रुचि है. इस वीडियो में उल्लिखित तरीकों का प्रदर्शन कैसे पुरानी मर्मज्ञ और सतह इलेक्ट्रोड प्रणालियों को समाविष्ट करने के लिए. जबकि अन्य सिलिकॉन पुरानी इलेक्ट्रोड सिस्टम 6 मौजूद हैं, हम तलीय NeuroNexus टेक्नोलॉजीज 7,8 द्वारा विकसित इलेक्ट्रोड दाखिल करने पर ध्यान केंद्रित किया है. अन्य इलेक्ट्रोड प्रणालियों के आरोपण के लिए तकनीक में काफी भिन्न होगी.
शल्य वर्णित चरणों का, stereotaxic कान सलाखों में पशु बढ़ते सबसे मुश्किल और इलेक्ट्रोड प्रत्यारोपित की नियुक्ति की सटीकता का निर्धारण करने में सबसे महत्वपूर्ण कदम हो सकता है. चरम देखभाल, ले लिया जाना चाहिए इसलिए लगता है कि प्रत्येक टिप कान बार ठीक कर्णद्वार में तैनात है. Assura के बादnce है कि टिप कान बार पशु सही कान के कर्णद्वार में है, अपने दहिने हाथ के साथ जानवर की गर्दन जारी करते हुए अपने बाएं अंगूठे और तर्जनी के लिए सिर समर्थन और कान बार टिप के खिलाफ सिर के दबाव लागू करने के लिए जारी है. अपने दाहिने हाथ के साथ, श्रवण नहर में ढीला छोड़ दिया कान बार धक्का और मामूली आवक दबाव लागू. पशु सिर के बाईं ओर नीचे और आगे और चारों ओर ले जाएँ जब तक आप बाएँ कान बार कर्णद्वार में टिप पर्ची महसूस कर सकते हैं. अपने दाहिने हाथ के साथ, करने के लिए बाएं कान पट्टी पर दबाव लागू करने के लिए जारी. पशु सिर रिलीज और, अब आपके मुक्त बाएं हाथ के साथ, बाएं कान बार सेट पेंच कस.
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
यह काम तंत्रिका संचार प्रौद्योगिकी के लिए केंद्र (CNCT), एक P41 संसाधन के बायोमेडिकल इमेजिंग और बायोइन्जिनियरिंग के राष्ट्रीय संस्थान (NIBIB, EB002030 P41) के द्वारा वित्त पोषित है और स्वास्थ्य के राष्ट्रीय संस्थान (एनआईएच) द्वारा समर्थित केंद्र द्वारा वित्त पोषित किया गया. लेखकों के लिए शल्य चिकित्सा तकनीक के विकास के लिए रियो वेई्रर NeuroNexus टेक्नोलॉजीज शुक्रिया अदा करना चाहता हूँ, और सर्जरी के दौरान इस्तेमाल किया उपकरणों की सूची संकलन करने के लिए मिशिगन विश्वविद्यालय के पटेल पारस.
Materials
| Equipment | Company | Catalogue number | Comments |
| Bone Screw – #2-56 x 3/16, phillips pan head, 18-8 S/S | BoltDepot | 7650 | |
| Bone Screw – #2-56 x 1/8, phillips pan head, 18-8 S/S | BoltDepot | 9617 | |
| Large Oxygen Tank – Size K | Cryogenic Gases | OXKME | |
| Small Oxygen Tank – Size E | Cryogenic Gases | OXYE-AL | |
| Vannas-Tubingen Spring Scissors – 2.5mm Blade, Angled | Fine Science Tools | 15002-08 | |
| Dumont #5 Forceps, Teflon | Fine Science Tools | 11626-11 | |
| Dumont #5 Forceps, Dumostar | Fine Science Tools | 11295-10 | |
| Student Vannas Spring Scissors | Fine Science Tools | 91500-09 | |
| Adson Forceps | Fine Science Tools | 11006-12 | |
| Friendman-Pearson Ronqeur, Curved | Fine Science Tools | 16221-14 | |
| Iris Scissors – ToughCut | Fine Science Tools | 14058-11 | |
| Vannas-Tubingen Spring Scissors – 5mm Blade, Straight | Fine Science Tools | 15003-08 | |
| Scalpel Handle | Fine Science Tools | 10003-12 | |
| Plastic Sterilization Box | Fine Science Tools | 20810-02 | |
| Stainless Steel Ruler | Fine Science Tools | 30086-15 | |
| Probe & Spatula – Straight 14cm | Fine Science Tools | 10090-13 | |
| Hemostat Straight | Fine Science Tools | 13002-10 | |
| Hemostat Curved | Fine Science Tools | 13003-10 | |
| Micro Drill Stainless Steel Burrs – 0.7mm | Fine Science Tools | 19008-07 | 10/Pack |
| Micro Drill Stainless Steel Burrs – 0.5mm | Fine Science Tools | 19007-05 | 10/Pack |
| Self-Tapping Bone Screws – 1.17mm (diam) – 4.7mm (length) | Fine Science Tools | 19010-00 | 100/Pack |
| Artificial Tears | Fisher | NC9860842 | Each |
| Betadine | Fisher | 19-066452 | Bottle |
| F-AIR Carbon Filters | Fisher | NC9112250 | Canister |
| Applicator Cotton Tipped, Non Sterile | Materiel Services | 1104 | 10Pack/Case |
| Gauze 2" x 2" | Materiel Services | 1630 | 25Pack/Case |
| Needle tip, 23 GA x 1" | Materiel Services | 39412 | Sold by Case |
| Needle tip, 27 GA x 1.25" | Materiel Services | 25251 | |
| Needle tip, 30 GA x 0.5" | Materiel Services | 22023 | 10Box/Case |
| Ointment, Triple Antibiotic 0.6g | Materiel Services | 2528 | |
| Pouch, Self Seal Sterilization Pouches, 3.5" x 8" | Materiel Services | 1023 | 10Box/Case |
| Ringers Solution 1000ml | Materiel Services | 5263 | 12Bag/Case |
| Scalpel Blade disposable sterile #15 | Materiel Services | 1975 | 3Box/Case |
| Suture, Nylon w/P-3 Needle, 5-0, 18in. | Materiel Services | 4618 | 12/Box |
| Underpad, Disposable 23" x 36" | Materiel Services | 2545 | 15Pack/Case |
| Lubricant, Jelly Surgical Sterile | Materiel Services | 2538 | 12Box/Case |
| Absorbable Foam Gel 2cmx6cmx7mm | Materiel Services | 3107 | |
| Six Piece Set-Screw Screwdriver Set | National Jewelers Supplies | ETSCR98001 | |
| Kwik Sil Adhesive | WPI | KWIK-SIL | |
| Kwik Sil Tubes | WPI | 600009 | |
| Chronic silicon electrodes 16 to 64 sites | NeuroNexus Technologies | Varies on Probe Design | |
| Chronic thin film surface electrodes (microECoG) 16 to 32 sites | NeuroNexus Technologies | Varies on Probe Design |
Referências
- Paxinos, G. A. . The Rat Brain in Stereotaxic Coordinates. , (2007).
- Fujisawa, S. A. Behavior-dependent short-term assembly dynamics in the medial prefrontal cortex. Nat. Neurosci. 11 (7), 823-833 (2008).
- Merrill, D. B. Electrical stimulation of excitable tissue: design of efficacious and safe protocols. J. Neurosci. Methods. 141, 171-171 (2005).
- Gage, G. J. Naive coadaptive cortical control. J. Neural Eng. 2, 52-52 (2005).
- Marzullo, T. L. Development of Closed-Loop Neural Interface Technology in a Rat Model: Combining Motor Cortex Operant Conditioning With Visual Cortex Microstimulation. IEEE Trans. Neur. Sys. and Rehab. Eng. 18 (2), 117-126 (2010).
- Maynard, E. N. The Utah intracortical electrode array: a recording structure for potential brain-computer interfaces. Electroencephalogr. Clin. Neurophysiol. 102, 228-239 (1997).
- Kipke, D. V. Silicon-substrate intracortical microelectrode arrays for long-term recording of neuronal spike activity in cerebral cortex. IEEE Trans. Neural Syst. Rehab. Eng. 11 (2), 151-155 (2003).
- Vetter, R. W. Chronic neural recording using silicon-substrate microelectrode arrays implanted in cerebral cortex. IEEE Trans. Biomed. Eng. 51 (6), 896-904 (2004).
Citar este artigo
Gage, G. J., Stoetzner, C. R., Richner, T., Brodnick, S. K., Williams, J. C., Kipke, D. R. Surgical Implantation of Chronic Neural Electrodes for Recording Single Unit Activity and Electrocorticographic Signals. J. Vis. Exp. (60), e3565, doi:10.3791/3565 (2012).