Name: surgical training for the implantation of neocortical microelectrode arrays using a formaldehyde-fixed human cadaver model
Uploaded: 2017-11-19T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Surgical Training for the Implantation of Neocortical Microelectrode Arrays Using a Formaldehyde-fixed Human Cadaver Model at JoVE.com

המחברים מודים על ד ר רוב פרנקלין (Blackrock מיקרוסיסטמס), פרופסור Margitta Seeck (המחלקה לנוירולוגיה, בתי חולים אוניברסיטאיים ג'נבה, ז'נבה, שוויץ), ד ר אנדריאה ברטולי, פרופסור קרל Schaller (המחלקה הנוירוכירורגית, אוניברסיטת ז'נבה בתי חולים, ז'נבה, שוויץ), מר Florent Burdin ואת פרופסור ג'ון פ' Donoghue (מרכז Wyss ביו, Neuroengineering, ז'נבה, שוויץ) על תמיכתם בהכנת העבודה הנוכחית.

הגופה האנושית להשתמש בעבודה זו סופקה תחת המסגרת של הגוף תרומות לחינוך רפואי. הסכמה מדעת לתרומת גוף הושג בכתב במהלך החיים של התורם. בהתאם לחוקים פדרליים ועל הקנטונים, אין ביקורת על-ידי ועדת האתיקה היה הכרחי.
הערה: פרוטוקול זה מניחה כי האנשים ביצוע הניתוח בפועל הם נוירוכירורג?...

המודל פורמלדהיד-קבוע גווייה האנושי והפרוטוקול כירורגי המתוארים כאן לשכפל את הליך כירורגי של השתלת microelectrode מערכים לתוך קליפת המוח האנושי. כל שלב של התהליך, לרבות המיקום של המערך microelectrode והוספה שלו עם פנאומטי מכניס תוספות, המשך כמעט באותו אופן כמו מטופל אמיתי, עם היוצא מן הכלל הזה pulsation מוחי...

בשנים האחרונות ראית את הפיתוח של פתרונות טכנולוגיים לאתגר של הקלטת הפעילות של נוירונים בודדים מרובים בסלון המוח1,2,3. Microelectrode מבוססי סיליקון מערכים לבצע באופן דומה כדי microelectrodes חוט רגיל מבחינת מאפייני אות, הם יכולים להקליט כאן בין עשרות למאות נוירונים בפיסה קטנה של רקמת המוח4,5, 6 , 7. microelectrode מערכים אפשרו למדענים להקים את ההתכתבות בין פעילות עצבית בקליפת המנוע העיקרי של קופים הזרוע תנועות8, אשר בתורו סיפקה דחיפה להתפתחות של מוח-מחשב ממשקים (BCIs)9.
מערכים microelectrode השתמשו בבני אדם בשני מצבים: שתלים כרונית כדי לשלוט BCIs וכן שתלים למחצה כרונית ללמוד את הפעילות של נוירונים בודדים בחולים הסובלים מאפילפסיה. השתלים כרונית, מיקוד הייצוג פונקציונלי של היד בקליפת מנוע ראשי, אפשרו חולים הסובלים tetraplegia כדי לשלוט בתנועה של זרוע רובוטית או של המחשב סמנים10,11,12 ,13. השתלים למחצה כרונית, מוכנס יחד עם אלקטרודות לשטף electrocorticography (ECOG) בחולים עם אפילפסיה עמידים שאינם מועמדים לניתוח אפילפסיה14, לאפשר הקלטות יחיד-יחידה לפני, במהלך ואחרי התקפים, החלו לשפוך אור על הפעילות של הנוירונים יחיד במהלך, בין התקפים אפילפטיים15,16,17,18,19. מערכים microelectrode יש פוטנציאל לשפר באופן משמעותי את הבנתנו איך המוח מתפקד על-ידי יצירת קישור בין הפעילות של הנוירונים, מצד אחד, תפיסות, תנועות ואת מחשבות של בני האדם, גם בריאות וגם ב המחלה, על אחרים20,21.
מערכים מבוססי סיליקון microelectrode זמינים כעת מסחרית, השימוש בהם בבני אושרה על ידי הרשויות הרגולטוריות בארה בהסימן אפילפסיה למחצה כרונית. עם זאת, התקנים אלה הינם פולשניים, חייב להיות מוכנס לתוך המוח. ההשלכות השליליות של טכניקה ההכנסה פסולים, מעבר הכישלון של ההתקן כדי להקליט פעילות. עצבית, כוללים דימום מוחי, זיהום, עם הפוטנציאל של תפקוד נוירולוגי לטווח ארוך או קבועה. שיעור סיבוך של microelectrode מערך ההשתלה אמנם כרגע לא ידוע, שיעור פוטנציאל לסיבוכים רציניים במהלך ההשתלה של macroelectrodes תוך-גולגולתי אלקטרואנצפלוגרם (EEG) הוא 1-5%22, 23. לכן, ההשתלה נאותה של מערכים microelectrode דורש מיומנויות נוירולוגי מקיף והן נוהל הדרכה.
הגישות זמין עבור מנתחים לחדד את כישורי שלהם עם מערכים microelectrode בסביבה בטוחה כוללים יונקים שאינם בני אדם ובגופות אנוש. מודל האימון אידיאלי לשחזר בנאמנות את גודל ועובי של הגולגולת האנושית; הקשיחות ואת כלי הדם הסתעפויות של דורה; דפוס gyrification, עקביות, pulsation של המוח האנושי; הנוכחות של מחזור הדם, נוזל מוחי שדרתי; ואת המיקום הכללי של הנושא בחדר ניתוח (או אר)-כזה בסביבה. לפיכך, מודלים בעלי חיים צריכים להיות בגודל מספיק כדי לספק חוויה משמעותית המנתחים. פרימטים אנושיות גדולות הקרוב ביותר, אבל ושימושם עבור תרגולי בלתי נסבלת שניהם מנקודת מבט מוסרית, כי הם יקרים. מכרסמים אל תזין שיקול בשל גודלם הקטן; שימוש אפילו חתולים או ארנבים מרמז מתפצל באופן משמעותי מפני הסביבה או דמוי.
גופות של בני אדם מייצגות חלופה אטרקטיבית. יתרונם כוללים את גודל חיים כמו צורת הראש והמוח ועל האפשרות של הגדרת תרגולי סביבה או דמוי. הברור ביותר של מצב מציאותי מפליגות העדר הפעימות מוחי דימום ואת השינויים היבט ו consistence של רקמות הגוף הספציפיים הטכניקה שבה נעשה שימוש עבור שימור גופה24. גופות טריים מוקפאים לשמר את עקביות והגמישות של רבים איברים ורקמות במידה מסוימת, אך יש מספר חסרונות: הם מתחילים משפילים ברגע מפשיר מתחיל, כך המוח הופך להיות מושפל גם עבור הכניסה של microelectrode מערך להתבצע באופן מעשי, והם הם משאב נדיר ויקר יחסית. פורמלדהיד-קבוע גוויות, מצד שני, הן במחיר נוח יותר, זמינים עמיד הרבה יותר, על חשבון רקמות מוקשח עקביות.
כאן, אנחנו? ליצור הליך באמצעות מודל של פורמלדהיד-קבוע גווייה אנושי לספק הכשרה נוירוכירורגיים ההשתלה של מערך neocortical microelectrode. הגישה שלנו מאפשרת מציאותית, או כמו מיצוב ומכשור; ביצוע ואז durotomy וחושף פני neocortical; הצמדת אלקטרודה הכן לעצם הגולגולת השכנות את הניתוח; ולהוספה של המערך microelectrode לתוך קליפת impactor פנאומטי25. אנושות, זה מאפשר מנתחים לתרגל את יישור מדויק של המערך microelectrode (אשר מחובר אל המעמד אלקטרודה על ידי צרור של חוטי זהב מבודד בנפרד) מקביל פני השטח neocortical26. פרוטוקול שלנו בנאמנות משכפל את הסימן של microelectrode השרשה מערך יחד עם ההשתלה ECOG בחולים המועמדים לניתוח אפילפסיה. הפרטים של הניתוח השרשה מושפעים באופן משמעותי הסוג המדויק של מערך microelectrode; כאן, אנו מתארים את ההליך עבור מערך כי לאחרונה קיבלה את אישור רגולטורי לשימוש בבני אדם בארה ב. המערך יוטה כביכול כוללת של 4 x 4 מ מ, 100 microelectrode רשת; הדום transcutaneous שמצורף לטבלה חיצוני של הגולגולת; וחיבור צרור חוט השני.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="974">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:273px;">Mayfield skull clamp</td>
			<td style="width:373px;">Integra LifeSciences, Cincinnati, OH</td>
			<td style="width:161px;">A1059</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:273px;">Midas Rex MR7 system for craniotomy</td>
			<td style="width:373px;">Medtronic, Minneapolis, MN</td>
			<td style="width:161px;">EC300</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:273px;">Dura scissors</td>
			<td style="width:373px;">Sklar Surgical Instruments, West Chester, PA</td>
			<td style="width:161px;">22-2742</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:273px;">Self-tapping bone screws</td>
			<td style="width:373px;">OrthoMed Inc., Tigard, OR</td>
			<td style="width:161px;">OM SYN211806</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:273px;">Microelectrode array and pedestal</td>
			<td style="width:373px;">Blackrock Microsystems, Salt Lake City, UT</td>
			<td style="width:161px;">LB-0612</td>
			<td>Mock-up arrays are available from the manufacturer upon request</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:273px;">Pneumatic impacter</td>
			<td style="width:373px;">Blackrock Microsystems, Salt Lake City, UT</td>
			<td style="width:161px;">LB-0088</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:273px;">64-channel electrocorticography grid</td>
			<td style="width:373px;">Ad-Tech Medical Instrument Corporation, Racine, WI</td>
			<td style="width:161px;">FG64C-SP10X-0C6</td>
			<td>Optional</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

surgical training for the implantation of neocortical microelectrode arrays using a formaldehyde-fixed human cadaver model

פרוטוקול זה מתאר הליך כדי לסייע מנתחים להכשרת ההשתלה של מערכים microelectrode לתוך קליפת של המוח האנושי. ההתקדמות הטכנולוגית האחרונות אפשרה הזיוף של מערכים microelectrode המאפשרות הקלטה הפעילות של נוירונים בודדים מרובים קליפת של המוח האנושי. מערכים אלה יש פוטנציאל להביא תובנה ייחודי על גבי ה"מפה עצביים של תפקוד מוחי על בריאות ומחלה. יתר על כן, הזיהוי ופענוח של הפעילות העצבית ופרסומיה פותח את האפשרות להקמת ממשקים מוח-מחשב, ובכך עשוי לעזור לשחזר איבד פונקציות נוירולוגיות. ההשתלה של מערכים neocortical microelectrode הוא הליך פולשני הדורשים גולגולת centimetric הארץ, החשיפה של המשטח בקליפת המוח; לפיכך, ההליך יבוצע ע י נוירוכירורג שלמאחה מיומן. כדי לספק הזדמנות עבור תרגולי, תיכננו פרוצדורה המבוססת על מודל אנושי גווייה. השימוש של גופה אנושית פורמלדהיד-קבוע עוקף את הקשיים מעשית, מוסרית וכלכלית של תרגול כירורגי בבעלי חיים (בעלי-חיים במיוחד פרימטים) תוך שמירה על המבנה מאקרוסקופית של הראש, הגולגולת, קרומי המוח ולתקן מוחין פני השטח ומאפשר מציאותית, כמו חדר ניתוח מיצוב ומכשור. יתר על כן, השימוש של גופה האנושי הוא קרוב יותר יומי הקליני מאשר כל דגם אנושיות. החסרונות העיקריים של הסימולציה cadaveric הם העדר של מוחי pulsation, מחזור הדם, נוזל מוחי שדרתי. אנו ממליצים כי מודל פורמלדהיד-קבוע גווייה האנושי היא גישה נאותה, מעשי וחסכונית להבטיח הכשרה מתאימה כירורגי לפני השתלת microelectrode מערכים בקליפת אדם חי.

פרוטוקול שלנו משתמש במודל מקובע פורמלדהיד גופה אנושית כדי לאפשר מנתחים לתרגל את הליך כירורגי של השתלת מערך microelectrode לתוך קליפת המוח בסביבה מציאותי, או כמו. האפשרות של ביצוע דימות מוחי פוסט-מורטם, כגון, סי-טי ראש יאשר העדר כל פגיעה תוך-גולגולתי משמעותית (איור 1 א'), יכול לעזור ע...

Watch this Scientific Journal Video about Surgical Training for the Implantation of Neocortical Microelectrode Arrays Using a Formaldehyde-fixed Human Cadaver Model at JoVE.com

Surgical Training for the Implantation of Neocortical Microelectrode Arrays Using a Formaldehyde-fixed Human Cadaver Model

אימוני ניתוח ההשתלה של מערכים Neocortical Microelectrode באמצעות מודל של פורמלדהיד-קבוע גווייה אנושי

תיכננו הליך שבו גופה אנושית-קבוע פורמלדהיד משמש כדי לסייע נוירוכירורגים להכשרת ההשתלה של מערכים microelectrode לתוך קליפת של המוח האנושי.

This protocol describes a procedure to assist surgeons in training for the implantation of microelectrode arrays into the neocortex of the human brain. ...

Research

JoVE Journal

Medicine

A Murine Model of Muscle Training by Neuromuscular Electrical Stimulation

דגם Murine של אימון שרירים באמצעות גירוי חשמלי neuromuscular

Neuromuscular electrical stimulation (NMES) is a common clinical modality that is widely used to restore1, maintain2 or enhance3-5 muscle functional ...

A Murine Model of Stent Implantation in the Carotid Artery for the Study of Restenosis

דגם Murine של השתלת תומכן בעורק הראשי לחקר restenosis

Despite  the considerable progress made in the stent development in the last decades,  cardiovascular diseases remain the main cause of death in western ...

Renal Capsule Xenografting and Subcutaneous Pellet Implantation for the Evaluation of Prostate Carcinogenesis and Benign Prostatic Hyperplasia

כליות קפסולת Xenografting ותת עור מכבישי השרשה להערכת הערמונית Carcinogenesis והיפרפלזיה שפירה של הערמונית

New therapies for two common prostate diseases,  prostate cancer (PrCa) and benign prostatic hyperplasia (BPH), depend  critically on experiments ...

Implantation of Inferior Vena Cava Interposition Graft in Mouse Model

השתלה של וריד נבוב חציצת שתל נחותה בעכבר דגם

Biodegradable scaffolds seeded with bone marrow mononuclear cells (BMCs) are often used for reconstructive surgery to treat congenital cardiac anomalies. ...

Using Saccadometry with Deep Brain Stimulation to Study Normal and Pathological Brain Function

שימוש Saccadometry עם דיפ גירוי המוח לחקר תפקוד מוח נורמלי ופתולוגיים

The oculomotor system involves a large number of brain areas including parts of the basal ganglia, and various neurodegenerative diseases including ...

Generation of a Humanized Mouse Liver Using Human Hepatic Stem Cells

דור של כבד עכבר אנושי באמצעות תאי גזע אנושי כבדיה

A novel animal model involving chimeric mice with humanized livers established via human hepatocyte transplantation has been developed. These mice, in ...

Induction of Accelerated Atherosclerosis in Mice: The "Wire-Injury" Model

אינדוקציה של טרשת עורקים מואצת בעכברים: מודל "פגיעת חוט"

Atherosclerosis is a proliferative fibro-inflammatory disease developing in the arterial wall, inducing a deficient blood flow or a lack of blood flow. ...

Integrated Compensatory Responses in a Human Model of Hemorrhage

תגובות פיצוי משולבות במודל אדם של דימום

Hemorrhage is the leading cause of trauma-related deaths, partly because early diagnosis of the severity of blood loss is difficult. Assessment of ...

A Rat Model of Orthotopic Liver Transplantation Using a Novel Magnetic Anastomosis Technique for Suprahepatic Vena Cava Reconstruction

מודל עכברוש של Orthotopic השתלת כבד בטכניקה השקה מגנטיים חדשניים עבור שחזור הנבוב Suprahepatic

The rat model of orthotopic liver transplantation (OLT) is essential for transplant research. It is a very sophisticated animal model and requires a steep ...

Model Surgical Training: Skills Acquisition in Fetoscopic Laser Photocoagulation of Monochorionic Diamniotic Twin Placenta Using Realistic Simulators

תרגולי דגם: רכישת מיומנויות של לייזר Fetoscopic Photocoagulation של Monochorionic Diamniotic טווין השליה באמצעות סימולטורים מציאותי

Fetoscopic laser coagulation of arterio-venous anastomoses (AVA) in a monochorionic placenta is the standard of care for twin-twin transfusion syndrome ...