単一ユニット活動とElectrocorticographic信号を記録するための慢性神経電極の外科的移植

要約

我々は、慢性神経記録電極を注入するプロセスを学習している外科医のための有用な情報を提供します。浸透と表面の両方電極システムの技術は、げっ歯類の動物モデルで説明されています。

要約

長期的な電気生理学的記録の成功は、多くの場合、移植手術の品質に依存します。ここでは、電極系を注入するプロセスを学習している外科医のための有用な情報を提供します。我々は貫通と表面電極両方の注入手順を示しています。手術のプロセスは、プロシージャ全体で各ステップの詳細な説明を含めて、最初から最後まで説明されています。それはこのビデオガイドは齧歯類モデルやその他の小さな動物モデルで実施手続きに向かって集中されていることにも留意すべきである。説明する手順の変更が他の動物モデルの実現可能である。

プロトコル

1。事前にインプラントの手順（共通）

1. にも耳の後ろの目の間から、動物の頭の上を剃る。頭を剃る、電気理髪師のバリカンを使用しています。その後、イソプロピルアルコールで最初のヘッドをスクラブbetadine（3X繰り返す）。眼潤滑剤を適用します。
2. 定位耳バーで動物をマウントします。運河に対して頭を横に移動することによって、動物の右耳の外耳道を右に定位耳バーの固定の先端を指示します。細心の注意は、それぞれの耳バーの先端が正しく内耳に配置されることを保証するために注意する必要があります。次に、外耳道に緩んで左耳バーを押すと、わずか内側に圧力をかける。動物の鼻をつかんで、しっかりと前後に小刻み。動物が適切にマウントされている場合はヘッドがしっかりとマウントされた感じになります。

2。着床前の手術（共通）

1. 細かいハサミでは、2つの半CIRCをカットLESは、正中線から外側に向かって、部分的に頭皮を削除する
2. 骨に付着する骨膜結合組織をこすり削除します。毛細血管がスムーズにカットするのではなく粉砕されるので、そのような外科用メスの刃又は滅菌綿棒の先端の背面として鈍いエッジでこすると出血を最小限に抑えることができます。骨のワックスまたは焼灼鉄を用いた骨の出血を制御します。
3. 消毒と過酸化水素を用いた骨の表面を清掃してください。もっとはっきりと見える頭蓋縫合を作るために骨を乾燥させます。ブレグマとラムダの点に注意し、頭を水平に使用する必要があります。開頭術と電極インプラントの場所はブレグマを基準にして測定されるべきであり、一時的にペンで、表面に浅く掘削によってマークすることができます。開頭術の場所は、研究の実験の目的（すなわちモーター、感覚実験^1）に依存します。
4. 骨にscrewholesを開けると地面に置くとsを安定させる乗組員。常にステンレス鋼またはチタンのネジを使用します。できるだけインチあたりの多数のスレッドが望まれているように、小さな宝石のネジ（例：＃2-56、または＃00から80の場合）。

3。シリコン電極インプラント手順

1. ネジを注入した後に開頭術を開けます。開頭の角の4つの浅いパイロットマークをドリルダウンします。ガイドとしてパイロットマークを使用すると、開頭の周囲をドリルダウンします。頑丈な鉗子のペアを使用して掘削されていない骨の中心質量を削除します。開いている開頭術のエッジはさらに掘削洗浄する必要があります。骨の薄い部分はmicrorongeursのペアで切り取られることがあります。正中縦縫合糸¹の0.5ミリメートル内に現れる可能性があり矢状静脈洞、などの主要血管を避けるために慎重に手術を予定しています。矢状静脈洞を穿刺すると、広範な出血を引き起こす可能性があります。露出硬膜は、ACSFまたは生理食塩水和に保つ必要があります。
2. ピアス硬膜へあなたは、ファッションに小さなゲージの滅菌注射針（例えば、<28ゲージ）を使用して、小さなフックが必要になります。針のベベルを取る時点で90度曲げを形成するためにわずかに傾けてしっかりとした表面（例えば、メスの平らな部分など）に対して平らそれを押してください。硬膜の表面をキャッチするために、このフックを使用して、脳表面から上方に持ち上げます。硬膜は、マイクロはさみを使ってカットすることができますまたは硬フックの横方向の動きを使用して、引き裂かれることがあります。硬フックを使用する場合は、脳の表面の血管を避けるように注意してください。あなたは、CSFは硬膜を切除されたときに漏れると硬膜の表面からの色の違いに気付くはずです。
3. 慎重に接地ネジと、歯科用セメントの代わりにタクトのベースの周りにシリコン電極のアース線を接続します。シリコン電極は、電極ケーブルのリード線が開頭の上にアーチしていることを慎重に配置する必要があります。
4. インプラントは、リニアモータアクチュエータPLAを使用して配置されます。定位固定装置にCED。挿入装置に電極を接続するには、ポリエチレングリコール（PEG）は、はんだごてで加熱し、挿入ロッドと記録電極に印加される。
5. 電極は固定されて、手動で脳の表面上の所望の定位位置に電極の先端を下げます。
6. リニアアクチュエータへのソフトウェアインタフェースを使用して、脳組織内の所望の深さに電極を移動します。
7. 電極ケーブルに隣接するネジからPEGを付加することによって脳内の記録電極を固定します。あなたは今結合したPEGを溶解するために生理食塩水を追加することにより、挿入装置から電極を削除することができます。離れてそれぞれの電極の開頭術、リピートから挿入装置を持ち上げます。
8. 生理食塩水に浸したGelfoam露出した開頭手術をカバーしています。シリコーンポリマーは、その後電極ケーブルをカバーし、歯科用アクリルからそれを保護するために使用されます。最終的にコネクタを配置する場所は、その堅牢なヘッドキャップを作るために歯科用アクリルを適用します。

4。 MicroECoG電極インプラント手順

1. microECoG電極の注入はわずかに大きく開頭術を必要とします。 5×5 mmのデバイスでは、6×6 mmの開頭術を行う必要があります。それはまだ硬膜または軟膜に触れることの危険にさらされ乾燥していない間に開頭術を掘削する前に、UV硬化型歯科用アクリルは、開頭部位の周囲に適用されます。
2. 無菌手術のドリルは開頭術の一般的な形状の骨の表面からドリルダウンする＃107バリで使用されます。小さい＃106バリは、その後薄い透明層に骨の残りの部分を下にドリルアウトすることができます。 Rongeursは、骨の残りの部分を持ち上げことができるようになります。 microECoGは、硬膜外またはsubdurally移植することができる。再び、人工脳脊髄液または生理食塩水硬膜は、十分な水分補給を維持。
3. microECoGを埋め込むためには、OPE上の定位腕を置くn個の頭蓋骨、滅菌テープを使用して腕に電極を固定します。電極は現在、開頭術に分け低下させることができる。電極部位が下向きされており、硬膜または軟膜表面との接触を作ることになりますことを確認してください。湿った保存した場合は、電極が組織にスライドしなければなりませんし、場所に留まります。
4. アース線は、少なくとも3倍以上、それ自体の下の周りにラップすることによって、接地ネジに接続されています。アース用ネジは、硬膜と接触したすべてのネジにすることができます。基準線も同様の基準ネジに接続することができます。
5. 露出した硬膜またはPIAがある場合には生理食塩水に浸したGelfoamの小片は、電極の周囲に配置する必要があります。生理食塩水に浸したGelfoam少量のも、薄膜電極の上部をカバーする必要があります。 UV硬化型歯科用アクリルは、Gelfoamのトップに適用することができ、安定したヘッドキャップを作成するために使用することができます。アクリルは、薄膜ケーブルCOVERIに直接適用されますNGにコネクタが到達するまで。コネクタキャップの底部を超えてカバーすることがないように注意してください。
6. また、4.3 microECoGの注入は、直ちにmicroECoG基板で製造されて小さな穴を介してシリコン微小電極アレイ（ステップ3.2から3.6）の注入を続けることができます。これは周囲の脳表面からの高解像度のフィールド·レコーディングと一緒に様々な深さの両方で、単一ユニットの同時録画が可能になります。

5。術後の回復

1. セメントが完全に硬化した後、ヘッドキャップの周りにしっかりと皮膚を縫合し、定位フレームから動物を削除します。
2. おびただしく傷の周り防腐剤粉末や抗生物質軟膏を適用します。耳からの出血がある場合は、外耳道にいくつかの抗生物質も配置します。
3. バルビツール酸塩は、その体温を維持することから動物を防ぐためとして動物を暖かく保つ。ハウスEAChは、慢性的に別のケージに動物を移植した。これは通常、手術から完全に回復するために動物の四から七日かかります。

6。代表的な結果

成功したシリコン電極のインプラント手術は（1kHzで）10kOhm-50kOhmの間に500kOhm-2MOhm間の測定インピーダンス、薄膜電極を持つサイトを記録することになります。神経信号も同様に直後の手術をチェックすることができます。あなたが移植された電極上にスパイクを見て、薄膜の表面電極（図1）徐波の振動を見ることができるはずです。

図1。単一ユニットの活動と皮質振動の代表的な結果。新皮質に移植された慢性的なシリコン電極6が同時に記録されたチャネルから）ワイドバンドのデータ。スパイクが頻繁に記録部位を越えて見ることができることに注意してください。 b）のE脳の表面の16チャネル薄膜uECoG電極アレイの6チャンネルからCOG振動。すべての16の信号の平均値は、各トレース（一般的な平均参照）から削除された、500 Hzのデジタルローパスフィルタを適用した。

ディスカッション

^4,5 neuroprostheticシステムのための微小刺激^3、または制御信号を提供する、脳機能^2を研究するための皮質内および表面のマルチチャンネル·レコーディング·インターフェイスを使用しての関心が高まっている。このビデオで説明されているメソッドは、慢性的な浸透と表面電極システムを移植する方法を示しています。他のシリコン慢性電極システムは^6を存在するが、我々はNeuroNexus技術^7,8によって開発された平面電極を移植に焦点を当てている。他の電極システムの移植のための技術はかなり異なります。

説明した外科手術の手順から、定位耳バーで動物をマウントする最も困難と移植された電極の配置の精度を決定する上で最も重要なステップとなる可能性があります。細心の注意は、それぞれの耳バーの先端が正しく内耳に配置されていることを前提とするため、注意しなければならない。のAssura後左手の親指と人差し指で頭をサポートし、耳バーの先端に対して頭部の圧力を適用するために継続しながらNCEは、耳バーの先端が動物の右耳の内耳にあることを、右手で、動物の首を解放します。右手で、外耳道に緩んで左耳バーを押すと、わずか内側に圧力をかける。あなたが内耳に左耳バーの先端の滑りを感じることができるまで、ダウンして、順方向およびすべての周りに動物の頭の左側に移動します。右手で、左耳バーに圧力をかけ続けています。動物の頭を解放し、あなたの現在無料の左手で、左耳のバーのセットネジを締めます。

資料

Name	Company	Catalog Number	Comments
機器	会社	カタログ番号	コメント
骨ねじ - ＃2-56×3/16、なべ頭、18から8 / S	BoltDepot	7650
骨ねじ - ＃2-56×1/8、なべ頭、18から8 / S	BoltDepot	9617
大酸素タンク - サイズK	極低温ガス	OXKME
小さな酸素ボンベ - サイズE	極低温ガス	OXYE-AL
Vannas-テュービンゲン春はさみ - 2.5ミリメートルブレード、アングル	ファイン科学ツール	15002から08
デュモン＃5鉗子、テフロン	ファイン科学ツール	11626から11
デュモン＃5鉗子、Dumostar	ファイン科学ツール	11295から10
学生Vannas春はさみ	ファイン科学ツール	91500から09
アドソン鑷子	ファイン科学ツール	11006から12
カーブFriendman-ピアソンRonqeur、	ファイン科学ツール	16221から14
アイリスはさみ - ToughCut	ファイン科学ツール	14058から11
Vannas-テュービンゲン春はさみ - 5ミリメートルブレード、ストレート	FiのNE科学ツール	15003から08
スカルペルハンドル	ファイン科学ツール	10003から12
プラスチック製の殺菌ボックス	ファイン科学ツール	20810から02
ステンレススチール製の定規	ファイン科学ツール	30086から15
プローブ＆ヘラ - ストレート14センチメートル	ファイン科学ツール	10090から13
ストレート止血剤	ファイン科学ツール	13002から10
止血剤は、湾曲した	ファイン科学ツール	13003から10
マイクロドリル駅inlessスチールバリ - 0.7ミリメートル	ファイン科学ツール	19008から07	10/Pack
マイクロドリルステンレス鋼のバリ - 0.5ミリメートル	ファイン科学ツール	19007から05	10/Pack
セルフタッピング骨ねじ - 1.17ミリメートル（直径） - 4.7ミリメートル（長さ）	ファイン科学ツール	19010から00	100/Pack
人工涙液	フィッシャー	NC9860842	各
Betadine	フィッシャー	19-066452	ボトル
F-AIRカーボンフィルター	フィッシャー	NC9112250	キャニスター
アプリケーターコットンは、先端不稔の非	資材·サービス	1104	10Pack/Case
ガーゼ2 "×2"	資材·サービス	1630	25Pack/Case
針先、23 GA×1 "	資材·サービス	39412	ケース販売
針の先端、27 GA×1.25 "	資材·サービス	25251
針先は、30 GA×0.5 "	資材·サービス	22023	10Box/Case
軟膏、三重の抗生物質0.6グラム	資材·サービス	2528
ポーチ、セルフシール滅菌Pouche S、3.5 "×8"	資材·サービス	1023	10Box/Case
ソリューション千ミリリットルのリンガ	資材·サービス	5263	12Bag/Case
手術用メスの刃使い捨て無菌第15位	資材·サービス	1975	3Box/Case
縫合糸、ナイロンw/P-3ニードル、5-0、18インチ	資材·サービス	4618	12/Box
Underpad、使い捨て23 "×36"	資材·サービス	2545	15Pack/Case
潤滑剤、ゼリー外科滅菌	資材·サービス	2538	12Box/Case
吸収発泡ゲル2cmx6cmx7mm	資材·サービス	3107
シックスピースセットスクリュードライバーセット	国立宝石用品	ETSCR98001
クイック·シル接着	WPI	KWIK-SIL
クイック·シルチューブ	WPI	600009
慢性的なシリコン電極16から64のサイト	NeuroNexus技術	プローブの設計によって異なります
慢性的な薄膜の表面電極（microECoG）16から32のサイト	NeuroNexus技術	プローブの設計によって異なります