Эта модель может стать стандартом для проверки безопасности и эффективности хронических корковых устройств с точки зрения биосовместимости, разрешения и качества сигнала. Наша процедура описывает воспроизводимый и масштабируемый метод долгосрочного наблюдения за безопасностью и эффективностью устройства. Это включает в себя нейронный мониторинг с течением времени, а также визуализацию in vivo и ex vivo.
Наш метод поможет в разработке сенсомоторного и моторного кортикального нейропротеза. Это инструмент для понимания крупномасштабной активности корковых сетей. Этот метод может быть использован в фундаментальной нейробиологии для исследования функциональных связей в различных областях коры головного мозга.
Также может применяться к другим моделям крупных животных. Хирургический подход требует некоторой практики, которую можно приобрести сначала на трупах или в экспериментах. В этом случае измерения должны быть довольно простыми.
Для начала надрежьте кожу животного, находящегося под наркозом, ножом скальпеля по средней линии. Отделите мышцу и надкостницу от кости с помощью рашпиля и установите разбрасыватели для оптимального доступа. Чтобы выполнить трепанацию черепа, просверлите контур с помощью костного сверла с круглым режущим сверлом, принимая во внимание толщину черепа, измеренную на рентгеновском снимке.
Орошайте место сверления солевым раствором, чтобы избежать перегрева кости. Осторожно просверлите контур равномерно, пока не дойдете до твердой мозговой оболочки. При первом прорыве закончите сверлить контур до тех пор, пока он не станет достаточно тонким, чтобы почти прорваться.
Затем плоским шпателем отломите костный лоскут целиком, используя краниотомический край в качестве рычага. Для выполнения дуротомии с помощью иглы из набора для наложения швов осторожно прокалывают и приподнимают твердую мозговую оболочку на переднем или заднем конце краниотомии, на полпути между медиальной и латеральной сторонами, и делают начало разреза ножом. Затем с помощью небольшого плоского шпателя вставляют в субдуральное пространство, действуя как режущая основа для защиты коры.
Создайте переднезадний разрез в твердой мозговой оболочке, продвигаясь одновременно обоими инструментами. Убедитесь, что щель немного больше, чем ширина имплантата. Поместите имплантат над щелью твердой мозговой оболочки и с помощью небольших щипцов субдурально введите устройство, последовательно сдвинув его по каждому краю.
Осторожно возьмитесь за пьедестал и продвигайтесь вместе с имплантатом, чтобы не создавать натяжения, препятствующего введению. Остановите вставку, когда край соединителя окажется в верхней части прорези. Чтобы закрепить имплантат на месте, поместите титановый мост на трос после края трепанации черепа или в анкерные крылья и закрепите его одним или двумя титановыми винтами с помощью соответствующей отвертки.
Затем тщательно зашите твердую мозговую оболочку вокруг троса имплантата. Используя рассасывающийся шовный материал и небольшой иглодержатель, максимально сблизите два края твердой мозговой оболочки, не разрывая тонкую мембрану шовной проволокой. Чтобы выполнить установку костного лоскута, зафиксируйте титановый мост на передней и задней части каждого костного лоскута с помощью титанового винта.
Прикрутите конец титановых мостиков к черепу. Затем спланируйте ориентацию подножки, чтобы все ноги можно было ввинчивать в череп. Затем закрепите подножку, вкрутив титановые винты подножки, пока она не встанет на место.
Затем прикрутите пьедестал к подножке. Наложите подкожные швы с помощью нерассасывающейся шовной проволоки с наложением швов на расстоянии трех миллиметров друг от друга. Начните с постамента, двигаясь к нему по обе стороны от разреза.
Затем закройте дермальный слой, сшировав кожу с помощью нерассасывающейся шовной проволоки. Со швами на расстоянии пяти миллиметров друг от друга. Начните с постамента, двигаясь к нему по обе стороны от разреза.
Позаботьтесь о том, чтобы обеспечить хорошее расположение тканей между двумя кожными лоскутами и возле края пьедестала, чтобы избежать пустоты. После подключения беспроводного головного столика к животному, что достигается путем удержания животного или отвлечения его кормлением лакомствами, запишите сигналы бодрствующего мозга. Убедитесь, что антенна усилителя и внешние динамики расположены близко к клетке свиньи во время записи сигналов.
Базовая активность без звуковых стимулов и вызванных слуховых потенциалов в ответ на стимуляцию тоновым всплеском 800 герц может быть отображена на электродной решетке. Слуховой вызванный потенциал в одном электродном канале показывается с течением времени стрелками, отмечающими реакцию включения, а базовая активность показана в качестве сравнения. Визуализация in vivo проводилась интраоперационно и послеоперационно для оценки состояния мозга и позиционирования имплантата.
Интраоперационная плоскость, подтвержденная рентгеном, установка имплантата и отсутствие складок, наблюдаемых при размещении рентгеноконтрастного маркера. Поверхность головного мозга не повреждена, что можно наблюдать при послеоперационной МРТ. В целом, с помощью этой системы имплантатов и пьедесталов можно получить визуализацию всего мозга в течение периода имплантации, чтобы увидеть анатомические структуры или наличие жидкости и крови вокруг имплантата.
Кроме того, клинические электроды используются в качестве компараторов в этом исследовании, но не могут быть визуализированы на МРТ из-за проблем с нагревом и безопасностью и требуют компьютерной томографии. Представленный конвейер позволяет извлекать и разделять весь мозг для получения изображений целых полушарий. Визуализация всего среза ткани показала прозрачный нейронный слой.
Клетки четко очерчены на конфокальной визуализации с 20-кратным увеличением и позволяют точно исследовать маркеры воспаления. Электрохимическая характеристика устройств была использована для извлечения модуля импеданса и фазы in vitro, которые отслеживались с течением времени с частотой в один килогерц в течение шести месяцев после имплантации. Очень важно тщательно подбирать возраст и размер животного, чтобы избежать открытия носовых пазух во время операции.
Это поставило бы под угрозу хронический эксперимент. Важно избегать кровотечения при доступе к твердой мозговой оболочке или установке имплантатов. Это позволит избежать дальнейших осложнений и воспалительной реакции.
Как только эта модель будет создана, ее можно будет использовать для выполнения электрофизиологии свободного поведения у мини-пигов и записи активности из интересующих областей коры головного мозга. Этот метод может быть применен при сборе данных о биобезопасности для подачи клинического исследования при разработке новых нейропротезов, которые будут транслироваться на человека.
