Kronik yaygın Marmoset bütün kortikal Electrocorticographic dizide implantasyonu

Özet

Biz bir bütün-kortikal electrocorticographic dizi sürekli korteks, şakak oksipital kutup ve frontal direkleri neredeyse tüm yan yüzeyine kapsayan ortak marmoset için geliştirdik. Bu iletişim kuralı dizinin marmoset beyin epidural uzayda bir kronik implantasyon yordam açıklanır.

Özet

Electrocorticography (ECoG) elektrik alan potansiyelleri kronolojik zamanmekansal yüksek çözünürlüklü serebral korteks üzerinden izleme sağlar. İnce, esnek ECoG elektrot son geliştirme iletim istikrarlı kayıtları büyük ölçekli Kortikal faaliyet sağlamıştır. Biz bir bütün-kortikal ECoG dizi ortak marmoset için geliştirdik. Dizi sürekli kortikal yarımküreden, şakak oksipital kutup ve frontal Polonyalılar, neredeyse tüm yan yüzeyine kapsar ve bütün kortikal sinirsel aktivite bir çekimde yakalar. Bu iletişim kuralı dizinin marmoset beyin epidural uzayda bir kronik implantasyon yordam açıklanır. Marmosets ECoG kayıtları, bir insan ve maymunların frontal parietal ve geçici konut projeleri de dahil olmak üzere, anatomik yapılar homolog organizasyonu varlık ile ilgili iki avantajı vardır. Diğer avantaj marmoset beyin lissencephalic ve kompleksleri, beyin yüzeyine sunulan makak ECoG ile ulaşılması daha zor olan çok sayıda içerir olduğunu. Bu özelliklerin çoğu kortikal alanlarda beyin yüzeyinin altında doğrudan erişmesine izin vermek. Bu sistemi küresel kortikal bilgi ile yüksek çözünürlüklerde alt milisaniyelik siparişi zaman ve uzayda milimetre siparişi işleme araştırmak için bir fırsat sağlar.

Giriş

Biliş yaygın beyin ağlarda, insanlarda iyi gelişmiş ve daha yüksek bilişsel davranış içinde yer olduğuna inanılan özellikle yeni korteksimiz sinirsel topluluğu koordinasyon gerektirir. Ancak, nasıl yeni korteksimiz Bu bilişsel davranış elde nörolojik alan faili meçhul bir sorundur. İnce, esnek electrocorticographic (ECoG) elektrotlar son geliştirme iletim istikrarlı kayıtları büyük ölçekli Kortikal faaliyet¹sağlar. Fujii ve iş arkadaşları bir bütün-kortikal ECoG dizi makak maymunları^2,3için geliştirdik. Dizi sürekli olarak neredeyse tüm lateral korteksi, zamansal ve frontal Polonyalılar için oksipital kutbu üzerinden kapsar ve bütün kortikal sinirsel aktivite bir çekimde yakalar. Biz daha fazla ortak marmoset^4,5uygulamada, genetik manipulability^6,7ile küçük, dünya yeni bir maymun için bu sistemi geliştirdik. Bu hayvan diğer türlere göre birçok avantajı vardır. Görsel, işitsel, somatosensor, motor ve bu türün frontal kortikal alanlarda önceden eşlenmiş ve insan ve maymunların^8,9, aynı alanda temel homolog organizasyon zorunda bildirdi ^{10 , 11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16}. beyinleri düzgündür ve en yanal kortikal alanlarda ECoG ile Access'te makak zordur korteks yüzeyine maruz. Bu temel, marmoset electrocorticographic çalışmalar için uygundur. Ayrıca, marmosets sosyal davranışlar sergilemek ve insan sosyal davranışları¹⁷aday modeli olarak hizmet etmek için önerilmiştir.

Bu iletişim kuralı ortak bir marmoset korteksin bütün yan yüzeyindeki ECoG dizinin bir epidural implantasyon yordamı açıklar. Primat kortikal neuroscience, duyusal, motor, dahil olmak üzere için büyük ölçekli kortikal etkinliğini izlemek için bir fırsat sağlar yüksek bilişsel ve sosyal etki alanları.

Protokol

Bu protokol üzerinde 6 ortak marmosets sahne aldı (4 erkek, 2 kadın; vücut ağırlığı 320-470 g; = yaş 14-53 ay =). Tüm yordamları ulusal kurumları sağlık kuralları öneriler bakım ve kullanım Laboratuvar hayvanları için uygun olarak gerçekleştirilmiştir. Protokol RIKEN Etik Komitesi (No tarafından kabul edildi H28-2-221(3)). Tüm cerrahi işlemler anestezi altında gerçekleştirilen ve tüm çabaları onların rahatsızlık yanı sıra kullanılan hayvan sayısını en aza indirmek için yapılmıştır.

1. hazırlık

1. Her bireysel beyin bir yapısal manyetik rezonans görüntüsü (MRI) edinin. Bu elektrot pozisyonları bir marmoset beyin atlas ve bilgisayar tomografi (CT) ile kayıt yoluyla tanımlamak için kullanılır.
2. ECoG dizi hazırlanması: özelleştirilmiş çok kanallı ECoG dizi (Şekil 1A) hazırlamak. 32 ve 64 elektrotlar ile iki yaprak 96ch ECoG dizi oluşur. Beyin boyutu bireysel farklılıklar karşılamak için esnek bir kol ECoG dizi vardır. Kol bağlı olarak bireysel beyin şekil zamansal kutup kapağı olabilir. ECoG elektrotlar ve aynı yöne bakarak zemin elektrotlar tersidir karşı karşıya referans elektrotlar yer.
   1. ECoG dizi bir bağlayıcı durumda (Şekil 1B) montaj ve mühür boşluklar, ameliyat sırasında sıvı girifli önlemek için akrilik tutkal kullanarak Bağlayıcısı (Şekil 1 c). Etilen oksit gaz diziyle sterilize.
3. Hazırlamak ve aletleri sterilize.
   Not: Tüm araçları kullanılan Malzemeler tablolistelenir.

2. ECoG dizi implantasyonu

Not: Gıda ve sıvı ameliyat öncesi 4 h daha büyük sindirim geri alıyorum. Tüm cerrahi aseptik teknik steril eldiven ve araçlarını kullanarak adımları izleyerek.

1. Öncesi implant yordamları
   1. Anestezi marmoset ketamin (15 mg/kg) kas içi (sohbet) enjeksiyonu ile sohbet atropin (0,08 mg/kg) enjeksiyon sonra 5 dk ikna etmek.
   2. Anestezi ve anestezi isoflurane (oksijen/azot oksit karışımı ile seyreltilmiş % 1-3) kullanarak korumak hayvan fizyolojik durumuna bağlı olarak, hangi sürekli izlenen. O kalp hızı 130-180 BPM ve monitör vücut ısısı ve arteriyel kan oksijen doygunluğu (hayvanın durumu sürekli olarak yargılamaya SpO2) olduğundan emin olun.
   3. Hayvanın başının tıraş ve saç çıkarıcı ile tıraş. Tamamen ıslak gazlı bezle derisini saç dökücü krem durulama veya deri hasara neden olur.
   4. Bir antibiyotik yönetmek (cefovecin; 16 mg/kg SC), (furosemid; 2.0 mg/kg sohbet), antihipertansif ve antihemorrhagic (carbazochrome sodyum sülfonat hidrat; 0.2 mg/kg sohbet).
   5. Hayvan stereotaksik bir karede yer. Şu anda, kulak-bar ve kuruluk ve ameliyat sonrası ağrı önlemek için gözlere oftalmik merhem %2 lidokain jöle uygulamak.
   6. Cerrahi alan iyot solüsyonu ile dezenfekte ve sterilize perdeler ile kaplayın. %2 lidokain jöle cilt kesi yer için geçerlidir.
2. İmplantasyon yordamları
   1. Deri bir neşter ile kafa derisi orta hat üzerinden yaklaşık 4 cm deşmek. Tüm cerrahi alan maruz kadar temporal kas kafatası üzerinden bir küret ile bağlantısını kesin. Kafatası yüzeyinde dokuları temizlemek ve tamamen basınç hemostaz ve kemik balmumu, gerekirse kanıyor. Deri ve kasları ile ıslatılmış gazlı bez kenarına sarın. Ameliyat sırasında ıslatılmış gazlı bez tutmak.
   2. Dizi ön kutup kenarına üzerine ön kenarına yerleştirin. Kranyotomi, yırtmaçlı ve kafatası delikleri için planlanan bir alanını steril bir kalemle işaretlemek. Kranyotomi konumu (Şekil 2) dizi tasarımına bağlı olacaktır.
   3. Kranyotomi boyunca işareti 1, Şekil 2' de gösterildiği gibi matkap. Kemik Delme sırasında blow hava cerrah için açık bir görünümü korumak için kesme kenarında. Daha sonra kemik parçası hala dura Merkezi için bağlı olarak kemik işareti 2, çevresindeki tüm yol kesti. Parça yavaşça bir kenarından yukarı kaldırın ve bir spatula ile dura soyma. Bu işlem yavaş ve dikkatli yapılmalıdır ya da kolayca beyin zarı giyecekler.
      1. Kemik ipuçları kemik parçası kaldırmak ve bu parça dizi yerleştirilmesi sonra iade edilecektir gibi parça ile ıslatılmış gazlı bez sarın.
   4. Kranyotomi 3 ve Şekil 2' de gösterildiği gibi 4 gerçekleştirin. Bunlar sırasıyla orbitofrontal ve oksipital alanları içine elektrotlar ekleme izin verir.
   5. Yırtmaçlı işaret Şekil 2' de gösterildiği gibi 5 üzerinde matkap. Bu yırtmaçlı düzgün takıldığından emin olun için diziyi incelenmesi izin.
   6. Beyin zarı şimdi maruz kalacağı. Serum fizyolojik alanıyla yıkama ve basınç hemostaz ve Jelatin sünger ile Kanamayı durdurmamız gerekirse. Açık kranyotomi kenarına bir küret ya da kemik rongeur ile temizlenmesi gerekebilir.
   7. Hangi içine referans elektrotlar yerleştirilir ( Şekil 2' deki 6 işaretli) yırtmaçlı olun. Referans elektrotlar contra-lateral sensorimotor ve oksipital alanlarda epidural uzayda yer. Pozisyon belirli deneysel ihtiyaçlarına göre tespit edilmelidir.
   8. Matkap vida delikleri her kök 1.0 mm vida ( Şekil2 haç) ile bağlantı ucunun çevresinde dört puan. Dura konuya zarar görmesini önlemek için bir spatula kafatası altında yerleştirin. Bu delikler kafatası karşı dik olmalıdır. PEEK vidaları (1.4 x 2.5 mm) kafatası konektöre düzeltmek için çapa olarak kurun.
   9. ECoG dizi epidural boşluk ekleyin. Kullanım flathead dizi tutulacağı pensler.
      Not: Dizi bükmeden takılmalıdır. Dizi bükülmüş, uygun bir alan bir spatula kafatası ve beyin zarı arasında ekleyerek oluşturun. Eğer bükme beynin bazı elektrotlar kapalı kesme nispeten küçük boyutlu neden oldu.
   10. Başvuru ve zemin elektrotlar ile diş akrilik düzeltmek. Referans elektrotlar epidural uzayda ve zemin elektrotlar kafatası zemine yerleştirin. Her iki kişiler kafatası bakmalıdır.
   11. Kemik parçasına geri koydu ve vidaları üzerine diş akrilik ile kafatası bağlayıcı ve baş mesaja düzeltin.
   12. Dikiş ile 6-0 naylon alın ve arka baş cilt ve cilt için cilt kilitler kullanarak bağlayıcı tarafı düzeltmek.
3. Sonrası implantasyon yordamları
   1. Hayvan stereotaksik çerçevesinden kaldırın. Hayvan sıcak ve oksijen ile sağlanan aşağıdaki adımları uyguladığınızda tutulmasını sağlamak.
   2. Ameliyattan hemen sonra hayvan ile Meloksikam (0.3 mg/kg sohbet)-ameliyat sonrası ağrıyı azaltmak için enjekte et. Bir anti-inflamatuar kortikosteroid (deksametazon; 2.0 mg/kg sohbet) ve subkutan infüzyon (lactated zil'ın çözüm; 5.0 mL), yönetmek famotidin (0.5 mg/kg) olarak bir gastroprotectant de dahil olmak üzere.
      Not: Eşzamanlı bir NSAİİ kullanımı steroid ile gastrointestinal yan etkileri için bir potansiyele sahiptir.
   3. Hayvan kurtarıldı sonra (kalp hızı ve SpO2 tarafından onay) ve hayvan 2-3 gün yoğun transfer hayati işaret izleme çıkarın.

3. ameliyat sonrası tedavi

Not: Genellikle 5 gün hayvanlar için tamamen ameliyattan kurtarmak için alır.

1. Beyin şişmesi önlemek için günde iki kez ameliyat sonrası ilk günü yönetmek için anti-inflamatuar kortikosteroid deksametazon (2.0 mg/kg). Daha sonra 1.5 mg/kg günde iki kez ikinci ve üçüncü günlerinde ve 1 mg/kg dördüncü günde iki kez bir gün dozu azaltır.
2. Ağrı (Meloksikam; 0,1 mg/kg oral; günde bir kez) ve bir antihemorrhagic yönetmek (carbazochrome sodyum sülfonat hidrat; 0.2 mg/kg sohbet; günde iki kez) ameliyat sonrası 5 gün boyunca.
   Not: Bizim durumumuzda, ameliyattan sonra 1-2 gün daha az aktif ve kustu bazı marmosets (3, 6) oldu. Bu bir kan pıhtısı nedeniyle kafa içi basınç artışı tarafından neden olmuş. Marmosets bu belirtiler görüntülendiğinde, biz başından yeniden açıldı ve genel anestezi (alfaxalone) altında pıhtı kaldırıldı. Hiçbir ECoG dizi implantasyonu-bükme olsaydı, kan pıhtısı dizi arasında ve nerede kemik parça iade edildiği alanda büyük olasılıkla oldu. Bu durumda, kan pıhtısı-ebilmek var olmak yıkamak tarafından bir kateter kullanarak uzaya tuzlu kaçıyor. Bu yordam genellikle hayvan kurtarma yol açar.
3. Elektrot mekanlar tanımlaması
   1. Yaklaşık 1 hafta sonra ameliyat, hayvanın kafası bir bilgisayar tomografi (CT) tarama gerçekleştirin.
      Not: Bu sinyalleri düzgün kaydedilebilir Eğer kontrol etmek için iyi bir fırsattır. Konektörü durumda açık ve varsa herhangi bir kan pıhtısı kaldırın.
   2. T2 ağırlıklı MRG stereotaksik koordinatlara AFNI yazılım¹⁸ (https://afni.nimh.nih.gov) (Şekil 3A) kullanarak hizalayın. AFNI (Şekil 3B) anatomik manyetik rezonans T2 ağırlıklı görüntülerde CT görüntüye hizalayın. MRI (Şekil 3 c) bir marmoset beyin atlas AFNI ve karıncalar¹⁹ile kayıt.

Sonuçlar

Bütün kortikal ECoG dizi aynı anda bir yarımküre tamamı üzerinden nöronal aktivite yakalayabilir. Şekil 4 işitsel uyarılmış potansiyeller (AEPs) uyanık bir marmoset içinde birden çok işitsel alanları gösterilmektedir. ECoG kayıtları pasif dinleme koşullarında yürütülmüştür. Her marmoset randomize saf sesleri frekans 20 tür oluşan işitsel uyaranlara karşı çıkmıştır. Sonra biz AEPs testis bir ton ile uyumlu ECoGs sayı ort...

Tartışmalar

Başarılı implantasyonu, hayvanlar ile yeterli beslenme öncesi ve ameliyat sonrası sağlanmalıdır. Kısa çalışma süresi de hayvan kurtarma optimize etmek önemlidir. En az bir gün ameliyat öncesi hazırlıklar bitmiş olmalıdır. Çalışma süresini azaltmak için önceki kranyotomi eğitim elektrot dizi ekleme deneysel başka amaçlar için işten çıkarılan hayvanlarda ile tavsiye edilir. Tablo 1 saat ders bu iletişim kuralı için bir örneği gösterilir.

Malzemeler

Name	Company	Catalog Number	Comments
Beaker (100 cc)			Outocrave
Cotton ball			Outocrave
Absorption triangles	Fine Science Tools Inc.	18105-03	Outocrave
Cotton swab with fine tip	Clean Cross Co., Ltd.	HUBY340 BB-013	Outocrave
Gauze			Outocrave
Towel forceps			Outocrave
Scalpel handle			Outocrave
Needle Holder			Outocrave
Iris Scissor			Outocrave
Micro-Mosquito Forceps			Outocrave
Adson, 1x2 teeth			Outocrave
Bone Curette			Outocrave
Micro spatura	Fine Science Tools Inc.	10091-12	Outocrave
Needle Holders, 12.5cm, Curved, Smooth Jaws	World Precision Instruments	14132	Outocrave
Vessel Dilator, 12cm, 0.1mm tip	Fine Science Tools Inc.	18131-12	Outocrave
Vessel Dilator, 12cm, 0.2 mm tip	Fine Science Tools Inc.	18132-12	Outocrave
Fine-tipped rongeur	Fine Science Tools Inc.	16221-14	Outocrave
Manipurator of a stereotaxic frame			Gas sterilization
Wrench for the manipurator			Gas sterilization
Hand-made fixture for the connector			Gas sterilization
Silicon cup for dental acril			Gas sterilization
Silicon cup hlder			Gas sterilization
Paintbrush			Gas sterilization
Pencil			Gas sterilization
Micro screw, 1.4 mm x 2.0 mm	Nippon Chemical Screw Co., Ltd.	PEEK/MPH-M1.4-L2	Gas sterilization
Screw driver for the micro screw			Gas sterilization
Micromotor handpiece of a drill			Gas sterilization
Stainless steel burr, 1.4 mm			Gas sterilization
Stainless steel burr, 1.0 mm			Gas sterilization
Drill bit, 1.2 mm			Gas sterilization
Rubber air blower			Gas sterilization