Formation en chirurgie pour l’Implantation de la microélectrode néocorticales tableaux en utilisant un modèle de cadavre humain formaldéhyde-corrigé
Summary
Nous avons conçu une procédure dans laquelle un cadavre humain formaldéhyde-fixe est utilisé pour aider les neurochirurgiens en formation pour l’implantation de tableaux de la microélectrode dans le néocortex du cerveau humain.
Abstract
Ce protocole décrit une procédure pour aider les chirurgiens en formation pour l’implantation de tableaux de la microélectrode dans le néocortex du cerveau humain. Les progrès technologiques récents ont permis la fabrication de matrices de microélectrodes qui permettent l’enregistrement de l’activité de neurones individuels multiples dans le néocortex du cerveau humain. Ces tableaux ont le potentiel d’apporter un éclairage unique sur les corrélats neurones de la fonction cérébrale dans la santé et la maladie. En outre, l’identification et le décodage de l’activité neuronale volitive ouvre la possibilité d’établir des interfaces cerveau-ordinateur et donc pourrait aider à restaurer les fonctions neurologiques perdues. L’implantation de tableaux de la microélectrode néocorticale est une procédure invasive nécessitant une craniotomie centimétrique précité et l’exposition de la surface corticale ; ainsi, la procédure doit être effectuée par un neurochirurgien dûment formé. Afin de fournir une occasion de formation chirurgicale, nous avons conçu une procédure basée sur un modèle de cadavre humain. L’utilisation d’un cadavre humain formaldéhyde-correction permet de contourner les difficultés pratiques, éthiques et financières des pratiques chirurgicales sur des animaux (en particulier les primates non-humains) tout en préservant la structure macroscopique du chef, crâne, méninges et cérébrale surface et permettant aux réalistes, bloc opératoire comme positionnement et instrumentation. En outre, l’utilisation d’un cadavre humain est plus proche de la pratique clinique quotidienne que n’importe quel modèle de non-humains. Les principaux inconvénients de la simulation de cadavres sont l’absence de pulsation cérébrale et de la circulation sanguine et le liquide céphalorachidien. Nous suggérons qu’un modèle de formaldéhyde-fixe un cadavre humain est une approche adéquate, pratique et économique pour assurer une formation chirurgicale adéquate avant d’implanter les tableaux de la microélectrode dans le néocortex humain vivant.
Introduction
Ces dernières années ont vu le développement de solutions technologiques pour relever le défi d’enregistrer l’activité de neurones individuels multiples dans la vie du cerveau1,2,3. Matrices de microélectrodes à base de silicium à des microélectrodes de fil métallique en fonction des propriétés de signal, effectuer de la même façon, et ils peuvent enregistrer des dizaines à des centaines de neurones dans une petite parcelle de tissu cérébral4,5, 6 , 7. matrices de microélectrodes ont permis aux scientifiques d’établir la correspondance entre l’activité neuronale dans le cortex moteur primaire de singes et bras mouvements8, qui à son tour a donné un coup de pouce au développement de cerveau-ordinateur interfaces (BCIs)9.
Matrices de microélectrodes ont été utilisés chez les humains dans deux situations : comme les implants chroniques au contrôle BCIs et comme implants semi-chronique pour étudier l’activité de neurones individuels chez les patients souffrant d’épilepsie. Les implants chroniques, ciblant la représentation fonctionnelle de la main dans le cortex moteur primaire, ont permis des patients souffrant de tétraplégie à contrôler le mouvement d’un bras robotique ou de l’ordinateur curseurs10,11,12 ,,13. Semi-chronique implants, insérés avec électrodes subdural expression (ECOG) chez les patients atteints d’épilepsie pharmacorésistante qui sont candidats à la chirurgie de l’épilepsie14, permettent des enregistrements unitaires avant, pendant et après les crises, et ont commencé à faire la lumière sur l’activité de neurones individuels pendant et entre les crises d’épilepsie15,16,17,18,19. Matrices de microélectrodes ont le potentiel d’améliorer considérablement notre compréhension de la façon dont le cerveau fonctionne en établissant un lien entre l’activité des neurones, d’une part et les perceptions, les mouvements et les pensées des êtres humains, en santé et en maladie, les autres20,,21.
Matrices de microélectrodes à base de silicium sont maintenant disponibles sur le marché et leur utilisation chez les humains a été approuvée par les autorités réglementaires aux Etats-Unis dans l’indication épilepsie semi-chronique. Cependant, ces dispositifs sont envahissantes et doivent être insérés dans le cerveau. Les conséquences négatives de la technique d’insertion incorrecte, au-delà de la défaillance du dispositif de l’activité neuronale record, incluent une hémorragie cérébrale et l’infection, avec le risque de dysfonction neurologique permanente ou de longue durée. Bien que le taux de complication de l’implantation de tableau microélectrode est actuellement inconnu, le taux de complications potentiellement graves de l’implantation de macroelectrodes intracrânienne électroencéphalographie (EEG) est de 1 à 5 %22, 23. par conséquent, l’implantation correcte de matrices de microélectrodes nécessite les vastes compétences neurochirurgicales et formation procédure spécifique.
Les méthodes disponibles pour les chirurgiens parfaire leurs connaissances avec les baies de la microélectrode dans un environnement sécuritaire comprennent les mammifères non humains et des cadavres humains. Le modèle de formation idéal serait reproduire fidèlement la taille et l’épaisseur du crâne humain ; la robustesse et la ramification vasculaire de la dure-mère ; le modèle de gyrification, la cohérence et la pulsation du cerveau humain ; la présence de circulation de sang et le liquide céphalorachidien ; et le positionnement global du sujet en salle d’opération (OR)-comme l’environnement. Ainsi, des modèles animaux ont besoin d’être d’une taille suffisante pour fournir une expérience significative pour les chirurgiens. Grands primates non humains viennent plus proche de vous, mais leur utilisation pour la formation chirurgicale n’est pas viable d’un point de vue éthique et parce qu’ils sont chers. Les rongeurs n’entrent pas d’examen à cause de leur petite taille ; l’utilisation même des chats ou des lapins implique la diverge sensiblement d’une OR-comme l’environnement.
Cadavres humains représentent une alternative intéressante. Leurs avantages comprennent la vie comme taille et la forme de la tête et du cerveau et de la possibilité de mettre en place une formation chirurgicale dans un environnement de type OR. Les départs plus évidentes d’une situation réaliste sont l’absence de pulsations cérébrales et saignements et les modifications de l’aspect et la consistance des tissus de l’organisme qui sont spécifiques à la technique employée pour le cadavre préservation24. Les cadavres frais congelé préserver la cohérence et la flexibilité de nombreux organes et tissus dans une certaine mesure, mais ils ont plusieurs inconvénients : ils commencent à dégrader dès le dégel commence, afin que le cerveau devient trop dégradé pour l’insertion d’une microélectrode tableau à accomplir de façon réaliste et ils sont une ressource relativement rare et chère. Formaldéhyde-correction cadavres, en revanche, sont plus abordables et disponibles et beaucoup plus durable, au détriment de la cohérence du tissu endurci.
Ici, nous établissons une procédure en utilisant un modèle de formaldéhyde-fixe un cadavre humain pour assurer la formation neurochirurgicale à l’implantation d’un microélectrodes néocorticale. Notre approche permet de réaliste, OR-comme positionnement et instrumentation ; effectuant la craniotomie et durotomy et exposer la surface néocorticale ; fixer le socle de l’électrode à l’os du crâne des voisins la craniotomie ; et en insérant des microélectrodes dans le néocortex avec un élément de frappe pneumatique25. Critique, il permet aux chirurgiens de pratiquer l’alignement précis du tableau microélectrode (ce qui est branché sur le socle de l’électrode par un faisceau de fils or individuellement isolés) parallèle à la surface néocorticales26. Notre protocole reproduit fidèlement l’indication de l’implantation de la microélectrode array avec implantation d’ECOG chez les patients qui sont candidats à la chirurgie pour l’épilepsie. Les indications de la chirurgie d’implantation sont significativement influencées par le type exact de microélectrodes ; Nous décrivons ici la procédure pour un tableau qui a récemment reçu l’approbation réglementaire pour une utilisation chez l’homme aux Etats-Unis. Le tableau de Utah dit comprend un 4 x 4 mm, la grille de la microélectrode 100 ; un piédestal Transcutané qui est attaché à la table externe du crâne ; et un faisceau de fils reliant les deux.
Protocol
Representative Results
Discussion
Le modèle de formaldéhyde-fixe un cadavre humain et le protocole chirurgical décrit ici reproduire l’approche chirurgicale d’implantation des matrices de microélectrodes dans le néocortex cérébral humain. Chaque étape de la procédure, y compris le positionnement de la microélectrodes et son insertion avec l’injecteur pneumatique, procéder presque de la même façon que dans un patient de la vie réelle, à l’exception de cette pulsation cérébrale et la circulation sont absents. Les étapes cruciales …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Les auteurs sont reconnaissants à m. Rob Franklin (Blackrock Microsystems), Prof. Margitta Seeck (Division de neurologie, hôpitaux universitaires de Genève, Genève, Suisse), Dr. Andrea Bartoli et Prof. Karl Schaller (service de neurochirurgie, Université de Genève Hôpitaux, Genève, Suisse) et M. Florent Burdin et Prof. John P. Donoghue (Wyss Center for Bio et neuro-ingénierie, Genève, Suisse) pour leur soutien dans la préparation de ce travail.
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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