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.
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.
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.
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.
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.
The authors have nothing to disclose.
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.
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 |
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Loctite Gel Control | Henkel Corp. | 234790 1364076 1735574 1752699 | Cyanoacrylate for adhering silicon shuttle to corresponding 3d printed part |
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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 |