एक Formaldehyde-फिक्स्ड मानव शव मॉडल का उपयोग कर Neocortical Microelectrode arrays के आरोपण के लिए शल्य चिकित्सा प्रशिक्षण
Summary
हम एक प्रक्रिया है जिसमें एक formaldehyde-फिक्स्ड मानव शव मानव मस्तिष्क के neocortex में microelectrode arrays के आरोपण के लिए प्रशिक्षण में न्यूरोसर्जनों की सहायता करने के लिए प्रयोग किया जाता है बनाया है ।
Abstract
इस प्रोटोकॉल का वर्णन एक प्रक्रिया मानव मस्तिष्क के neocortex में microelectrode arrays के आरोपण के लिए प्रशिक्षण में सर्जनों की सहायता के लिए । हाल ही में तकनीकी प्रगति microelectrode arrays कि मानव मस्तिष्क के neocortex में कई व्यक्ति ंयूरॉंस की गतिविधि की रिकॉर्डिंग की अनुमति के निर्माण में सक्षम है । इन arrays को न्यूरॉन्स स्वास्थ्य और रोग में मस्तिष्क समारोह के संबद्ध पर अद्वितीय अंतर्दृष्टि लाने की क्षमता है । इसके अलावा, इच्छाशक्ति की पहचान और डिकोडिंग न्यूरॉनिंग गतिविधि मस्तिष्क कंप्यूटर इंटरफेस स्थापित करने के लिए संभावना को खोलता है, और इस प्रकार खो स्नायविक कार्यों को बहाल करने में मदद कर सकता है. neocortical microelectrode arrays के आरोपण एक इनवेसिव एक ऊपर अर्थ का उपसर्ग-centimetric craniotomy और cortical सतह के जोखिम की आवश्यकता प्रक्रिया है; इस प्रकार, प्रक्रिया एक पर्याप्त रूप से प्रशिक्षित न्यूरोसर्जन द्वारा किया जाना चाहिए । आदेश में शल्य चिकित्सा प्रशिक्षण के लिए एक अवसर प्रदान करने के लिए, हम एक मानव शव मॉडल के आधार पर एक प्रक्रिया तैयार की । एक formaldehyde का उपयोग-फिक्स्ड मानव शव सिर, खोपड़ी, मेनिन्जेस और मस्तिष्क की macroscopic संरचना के संरक्षण जबकि जानवरों (विशेष रूप से गैर मानव रहनुमाओं) पर शल्य चिकित्सा अभ्यास की व्यावहारिक, नैतिक और वित्तीय कठिनाइयों को नजरअंदाज सतह और अनुमति यथार्थवादी, ऑपरेटिंग कमरे-स्थिति और इंस्ट्रूमेंटेशन की तरह । इसके अलावा, एक मानव शव का उपयोग किसी भी गैर मानव मॉडल से नैदानिक दैनिक अभ्यास के करीब है । cadaveric सिमुलेशन की प्रमुख कमियां मस्तिष्क स्पंदन और रक्त और मस्तिष्कमेरु द्रव संचलन के अभाव हैं । हमारा सुझाव है कि एक formaldehyde-फिक्स्ड मानव शव मॉडल एक पर्याप्त, व्यावहारिक और लागत प्रभावी दृष्टिकोण के लिए जीवित मानव neocortex में microelectrode arrays प्रत्यारोपित करने से पहले उचित शल्य चिकित्सा प्रशिक्षण सुनिश्चित करने के लिए है ।
Introduction
हाल के वर्षों में कई व्यक्तिगत ंयूरॉंस की गतिविधि की रिकॉर्डिंग की चुनौती के लिए तकनीकी समाधान के विकास में देखा है जीवित मस्तिष्क1,2,3। सिलिकॉन आधारित microelectrode arrays संकेत गुणों के संदर्भ में पारंपरिक तार microelectrodes करने के लिए इसी तरह करते हैं, और वे मस्तिष्क ऊतक के एक छोटे पैच में ंयूरॉंस के सैकड़ों करने के लिए दर्जनों से रिकॉर्ड कर सकते है4,5, ६ , 7. Microelectrode arrays वैज्ञानिकों को बंदरों और बांह आंदोलनों8, जो बारी में मस्तिष्क के विकास को बढ़ावा प्रदान की है की प्राथमिक मोटर प्रांतस्था में तंत्रिका गतिविधि के बीच पत्राचार स्थापित करने की अनुमति दी है कंप्यूटर इंटरफ़ेस (BCIs)9।
Microelectrode arrays दो स्थितियों में मनुष्यों में इस्तेमाल किया गया है: जीर्ण प्रत्यारोपण के रूप में BCIs नियंत्रण और अर्द्ध जीर्ण प्रत्यारोपण के रूप में मिर्गी से पीड़ित रोगियों में व्यक्तिगत ंयूरॉंस की गतिविधि का अध्ययन करने के लिए । जीर्ण प्रत्यारोपण, प्राथमिक मोटर प्रांतस्था में हाथ के कार्यात्मक प्रतिनिधित्व लक्ष्यीकरण, tetraplegia से पीड़ित रोगियों की अनुमति दी है एक रोबोट हाथ या कंप्यूटर कर्सर की गति को नियंत्रित करने के लिए10,11,12 ,13. अर्द्ध जीर्ण प्रत्यारोपण, दवा प्रतिरोधी मिर्गी के साथ रोगियों में अवदृढ़तानिकी electrocorticography (ECOG) इलेक्ट्रोड के साथ एक साथ डाला जो मिर्गी सर्जरी के लिए उंमीदवारों रहे हैं14, से पहले एकल इकाई रिकॉर्डिंग की अनुमति दें, के दौरान और बरामदगी के बाद, और के दौरान एक ंयूरॉंस की गतिविधि पर प्रकाश डाला शुरू कर दिया है और मिरगी बरामदगी के बीच में15,16,17,18,19। Microelectrode arrays को काफी क्षमता है कि कैसे एक ंयूरॉंस की गतिविधि के बीच एक लिंक की स्थापना के द्वारा मस्तिष्क कार्यों की हमारी समझ में सुधार, एक हाथ पर, और धारणाओं, आंदोलनों और मनुष्य के विचार, दोनों के स्वास्थ्य में और में रोग, अन्य20,21पर ।
सिलिकॉन आधारित microelectrode arrays अब व्यावसायिक रूप से उपलब्ध है और मनुष्यों में उनके उपयोग के अर्द्ध जीर्ण मिर्गी संकेत में संयुक्त राज्य अमेरिका में विनियामक अधिकारियों द्वारा अनुमोदित किया गया है । हालांकि, इन उपकरणों आक्रामक रहे है और मस्तिष्क में डाला जाना चाहिए । अनुचित प्रविष्टि तकनीक के नकारात्मक परिणाम, उपकरण की विफलता से परे ंयूरॉंस गतिविधि रिकॉर्ड करने के लिए, मस्तिष्क नकसीर और संक्रमण, लंबे समय से स्थाई या स्थाई स्नायविक रोग के लिए क्षमता के साथ शामिल हैं । हालांकि microelectrode सरणी आरोपण की जटिलता दर वर्तमान में अज्ञात है, intracranial electroencephalography (ईईजी) macroelectrodes के आरोपण के दौरान संभावित गंभीर जटिलताओं की दर 1-5%22है, 23. इसलिए, microelectrode arrays के उचित आरोपण दोनों व्यापक तंत्रिकाशल्यक कौशल और प्रक्रिया विशेष प्रशिक्षण की आवश्यकता है ।
सर्जनों के लिए उपलब्ध दृष्टिकोण एक सुरक्षित वातावरण में microelectrode arrays के साथ अपने कौशल सान गैर मानव स्तनधारी और मानव cadavers शामिल हैं । आदर्श प्रशिक्षण मॉडल ईमानदारी से आकार और मानव खोपड़ी की मोटाई पुन: उत्पन्न होगा; इस बाडी की मुश्किलें और संवहनी असर; gyrification पैटर्न, निरंतरता और मानव मस्तिष्क की धड़कन; परिसंचारी रक्त और मस्तिष्कमेरु द्रव की उपस्थिति; और एक ऑपरेटिंग कमरे में विषय की कुल स्थिति (या)-पर्यावरण की तरह । इस प्रकार, पशु मॉडल सर्जनों के लिए एक सार्थक अनुभव प्रदान करने के लिए एक पर्याप्त आकार का होना चाहिए । बड़े गैर मानव रहनुमाओं निकटतम आते हैं, लेकिन शल्य चिकित्सा प्रशिक्षण के लिए उनका उपयोग एक नैतिक नजरिए से दोनों और क्योंकि वे महंगे है टिकाऊ है । मूषक अपने छोटे आकार के कारण विचार दर्ज नहीं करते; यहां तक कि बिल्लियों या खरगोशों का उपयोग एक या जैसे वातावरण से काफी हट कर मतलब है ।
मानव cadavers एक आकर्षक विकल्प का प्रतिनिधित्व करते हैं । उनके फायदे जीवन की तरह आकार और सिर और मस्तिष्क के आकार और एक या जैसे वातावरण में शल्य चिकित्सा प्रशिक्षण की स्थापना की संभावना शामिल हैं । एक यथार्थवादी स्थिति से सबसे स्पष्ट प्रस्थान मस्तिष्क स्पंदन और खून बह रहा है और पहलू और शरीर के ऊतकों कि शव संरक्षण24के लिए कार्यरत तकनीक के लिए विशिष्ट है के निर्वाह में संशोधनों के अभाव हैं । ताजा जमे हुए cadavers कई अंगों और ऊतकों की निरंतरता और लचीलेपन को कुछ हद तक संरक्षित करते हैं, लेकिन उनमें कई कमियां होती हैं: वे जैसे ही गल कर शुरू हो जाती हैं, ऐसा करने से मस्तिष्क एक microelectrode के सम्मिलन के लिए नीचा हो जाता है । सरणी वास्तविक प्रदर्शन किया जाना है, और वे एक अपेक्षाकृत दुर्लभ और महंगी संसाधन हैं । Formaldehyde-फिक्स्ड cadavers, दूसरी ओर, और अधिक किफायती और उपलब्ध है और अधिक टिकाऊ, कठोर ऊतक निरंतरता की कीमत पर ।
यहां, हम एक formaldehyde-फिक्स्ड मानव शव मॉडल का उपयोग करने के लिए एक neocortical microelectrode सरणी के आरोपण के लिए तंत्रिकाशल्यक प्रशिक्षण प्रदान प्रक्रिया की स्थापना । हमारे दृष्टिकोण यथार्थवादी, या स्थिति और इंस्ट्रूमेंटेशन की तरह की अनुमति देता है; प्रदर्शन craniotomy और durotomy और neocortical सतह को उजागर; craniotomy पड़ोसी खोपड़ी हड्डी को इलेक्ट्रोड कुरसी संलग्न; और neocortex में एक वायवीय प्रभाव के साथ microelectrode सरणी डालने25। गंभीर, यह सर्जनों microelectrode सरणी के सटीक संरेखण अभ्यास करने के लिए सक्षम बनाता है (जो व्यक्तिगत रूप से अछूता सोने के तारों का एक बंडल द्वारा इलेक्ट्रोड कुरसी से जुड़ा है) neocortical सतह के समानांतर26. हमारे प्रोटोकॉल ईमानदारी microelectrode सरणी प्रत्यारोपण के रोगियों को जो मिर्गी सर्जरी के लिए उंमीदवारों में ECOG आरोपण के साथ एक साथ के संकेत प्रतिकृति । आरोपण सर्जरी के विवरण microelectrode सरणी का सही प्रकार से काफी प्रभावित कर रहे हैं; यहां, हम एक सरणी है कि हाल ही में संयुक्त राज्य अमेरिका में मनुष्यों में उपयोग के लिए विनियामक अनुमोदन प्राप्त की प्रक्रिया का वर्णन । तथाकथित यूटा सरणी एक 4×4 mm, १०० microelectrode ग्रिड शामिल हैं; एक transcutaneous कुरसी जो खोपड़ी के बाहरी टेबुल से जुड़ी हुई है; और एक तार दोनों को जोड़ने बंडल ।
Protocol
Representative Results
Discussion
formaldehyde-फिक्स्ड मानव शव मॉडल और सर्जिकल प्रोटोकॉल यहां वर्णित मानव मस्तिष्क neocortex में microelectrode arrays प्रत्यारोपित की शल्य प्रक्रिया को दोहराने । प्रक्रिया के प्रत्येक कदम, microelectrode सरणी और वायवीय inserter के साथ अपने सम?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
लेखक डॉ रोब फ्रेंकलिन (Blackrock माइक्रोसिस्टंस), प्रो Margitta Seeck (न्यूरोलॉजी, जिनेवा विश्वविद्यालय के अस्पतालों, जिनेवा, स्विट्जरलैंड) के विभाजन के आभारी हैं, डॉ Andrea बरटोली और प्रो कार्ल Schaller (न्यूरोसर्जरी, जिनेवा विश्वविद्यालय के प्रभाग अस्पतालों, जिनेवा, स्विट्जरलैंड), और श्री फ्लोरेंट Burdin और प्रो जॉन पी Donoghue (Wyss जैव और Neuroengineering, जिनेवा, स्विट्जरलैंड के लिए केंद्र) वर्तमान काम की तैयारी में उनके समर्थन के लिए ।
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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