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

Os autores são gratos ao Dr. Rob Franklin (Blackrock Microsystems), Prof Margitta Seeck (divisão de Neurologia, hospitais da Universidade de Genebra, Genebra, Suíça), Dr. Andrea Bartoli e Prof Karl Schaller (divisão de neurocirurgia, Universidade de Genebra Hospitais, Genebra, Suíça) e o Sr. Florent Burdin e Prof John P. Donoghue (Wyss centro de Bio e Neuroengenharia, Genebra, Suíça) pelo seu apoio na elaboração do presente trabalho.

O cadáver humano utilizado neste trabalho foi fornecido no âmbito das doações de corpo para educação médica. Consentimento para a doação de corpo foi obtido por escrito durante o tempo de vida do doador. Em conformidade com as leis federais e cantonais, impunha-se sem revisão por um Comitê de ética.
Nota: Este protocolo assume que as pessoas que exercem a praticar cirurgia são neurocirurgiões com formação e experiência em procedimentos neurocirúrgicos padrão, incluindo o pos...

O modelo de cadáver humano formaldeído-fixo e o protocolo cirúrgico descrito aqui replicam o procedimento cirúrgico de implantação de matrizes de microeletrodos no córtex cerebral humano. Cada etapa do procedimento, incluindo o posicionamento da matriz de microeletrodos e sua inserção com o dispositivo de inserção pneumática, proceda quase da mesma forma como em um paciente da vida real, com a exceção essa pulsação cerebral e circulação estão ausentes. Os passos críticos no protocolo são o alinhament...

Nos últimos anos tem visto o desenvolvimento de soluções tecnológicas para o desafio de gravar a atividade dos neurônios individuais múltiplas do vida1,2,3no cérebro. Matrizes de microeletrodos baseados em silício faça da mesma forma para microeletrodos fio convencionais em termos de propriedades de sinal, e eles podem gravar a partir de dezenas a centenas de neurônios em um pequeno pedaço de tecido cerebral4,5, 6 , 7. matrizes de microeletrodos permitiram que os cientistas a estabelecer a correspondência entre a atividade neural no córtex motor primário de macacos e braço movimentos8, que por sua vez forneceu um impulso para o desenvolvimento do cérebro-computador interfaces (BCIs)9.
Matrizes de microeletrodos têm sido utilizados em seres humanos em duas situações: como crônicos implantes de controle BCIs e semi crônicos implantes para estudar a atividade de neurônios individuais em pacientes que sofrem de epilepsia. Implantes crônicos, visando a representação funcional da mão no córtex motor primário, permitiram que os pacientes que sofrem de tetraplegia, para controlar o movimento de um braço robótico, ou de computador cursores10,11,12 ,13. Implantes semi crônicos, inseridos junto com elétrodos subdural eletrocorticografia (ECOG) em pacientes com epilepsia resistente aos medicamentos que são candidatos à cirurgia de epilepsia14, permitam gravações unitárias antes, durante e depois da convulsão, e começaram a lançar luz sobre a atividade dos neurônios único durante e entre as crises epilépticas15,16,17,18,19. Matrizes de microeletrodos têm o potencial para melhorar significativamente a nossa compreensão de como o cérebro funciona através do estabelecimento de uma ligação entre a atividade dos neurônios, por um lado e as percepções, movimentos e pensamentos dos seres humanos, tanto na saúde e na doença, sobre os outros20,21.
Matrizes de microeletrodos baseados em silício estão disponíveis comercialmente e seu uso em humanos foi aprovado pelas autoridades reguladoras nos EUA na indicação de epilepsia semi crônica. No entanto, esses dispositivos são invasivos e devem ser inseridos no cérebro. As consequências negativas da técnica de inserção indevida, além do fracasso do dispositivo para gravar atividade neuronal, incluem hemorragia cerebral e infecção, com o potencial de disfunção neurológica permanente ou de longa duração. Embora a taxa de complicação de implantação de matriz de microeletrodos é atualmente desconhecida, a taxa de complicações potencialmente graves durante a implantação de macroelectrodes intracraniana Eletroencefalografia (EEG) é de 1-5%22, 23. portanto, a implantação adequada das matrizes de microeletrodos requer extensas habilidades neurocirúrgicas e treinamento de procedimento específico.
As abordagens disponíveis para os cirurgiões aprimorar suas habilidades com matrizes de microeletrodos em um ambiente seguro incluem mamíferos não-humanos e cadáveres humanos. O modelo de treinamento ideal seria reproduzir fielmente o tamanho e a espessura do crânio humano; a dureza e a ramificação vascular a dura-máter; o padrão de gyrification, a consistência e a pulsação do cérebro humano; a presença de circulação de sangue e líquido cefalorraquidiano; e o posicionamento global do sujeito em uma sala de operação (OR)-como o ambiente. Assim, modelos animais precisam ser de um tamanho suficiente para proporcionar uma experiência significativa para os cirurgiões. Grandes primatas não-humanos vêm mais próximos, mas seu uso para treinamento cirúrgico é insustentável tanto a partir de uma perspectiva ética e porque eles são caros. Roedores não entrar consideração por causa de seu tamanho pequeno; usando o mesmo gatos ou coelhos implica significativamente divergentes de um OR-como o ambiente.
Cadáveres humanos representam uma alternativa atraente. Suas vantagens incluem a vida, como tamanho e forma da cabeça e cérebro e a possibilidade de criação de formação cirúrgica em um ambiente semelhante ao OR. As partidas mais óbvias de uma situação realista são a ausência de pulsações cerebrais e hemorragia e as modificações no aspecto e consistência de tecidos do corpo que são específicos para a técnica utilizada para preservação de cadáveres24. Fresco congelado cadáveres preservar a consistência e a flexibilidade de muitos órgãos e tecidos em certa medida, mas eles têm várias desvantagens: eles começam degradando assim que descongelar começa, para que o cérebro torna-se muito degradado para a inserção de um microeléctrodo matriz para ser executada de forma realista e eles são um recurso relativamente raro e caro. Formaldeído-fixo de cadáveres, por outro lado, são mais acessíveis e disponíveis e muito mais durável, em detrimento da consistência de tecido endurecido.
Aqui, podemos estabelecer um procedimento usando um modelo de formaldeído-corrigido o cadáver humano para fornecer treinamento neurocirúrgico para a implantação de uma matriz de microeletrodos neocortical. Nossa abordagem permite realista, OR-como posicionamento e instrumentação; realização de craniotomia e durotomy e expondo a superfície neocortical; anexar o pedestal de eletrodo para o osso do crânio vizinhas a craniotomia; e inserir a matriz de microeletrodos no neocórtex com um pêndulo pneumático25. Criticamente, permite que os cirurgiões praticar o alinhamento preciso da matriz de microeletrodos (que está ligada ao pedestal do eletrodo por um feixe de fios de ouro individualmente isolados) paralelo a superfície neocortical26. Nosso protocolo reproduz fielmente a indicação de implantação de matriz de microeletrodos juntamente com implantação de ECOG em pacientes que são candidatos à cirurgia de epilepsia. As indicações da cirurgia de implantação são influenciadas significativamente pelo tipo exato de matriz de microeletrodos; aqui, descrevemos o procedimento para uma matriz que recebeu recentemente a aprovação regulatória para o uso em seres humanos nos EUA. A chamada matriz de Utah é composto por um 4 x 4 mm, grade de microeletrodos 100; um pedestal transcutânea anexado à tabela externa do crânio; e um feixe de fios conectando os dois.

<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

Este protocolo descreve um procedimento para auxiliar os cirurgiões em treinamento para a implantação de matrizes de microeletrodos no córtex do cérebro humano. Recentes progressos tecnológicos permitiu a fabricação de matrizes de microeletrodos que permitem gravar a atividade dos neurônios individuais múltiplas no neocórtex do cérebro humano. Estas matrizes têm o potencial de trazer uma visão única sobre as correlações neuronais da função cerebral na saúde e na doença. Além disso, a identificação e a decodificação de atividade neuronal volitivos abre a possibilidade de estabelecer interfaces cérebro-computador e assim pode ajudar a restaurar funções neurológicas perdidas. A implantação de matrizes de microeletrodos neocortical é um procedimento invasivo que requer uma craniotomia suprafamoso e a exposição da superfície cortical; assim, o procedimento deve ser realizado por um neurocirurgião devidamente treinado. A fim de proporcionar uma oportunidade para treinamento cirúrgico, nós projetamos um procedimento baseado em um modelo de cadáver humano. O uso de um cadáver humano formaldeído-corrigido ignora as dificuldades práticas, éticas e financeiras da prática cirúrgica em animais (primatas não-humanos especialmente), preservando a estrutura macroscópica da cabeça, crânio, meninges e cerebral superfície e permitindo que realista, sala de operações, como posicionamento e instrumentação. Além disso, o uso de um cadáver humano é mais para a prática clínica diária que qualquer modelo de não-humanos. As principais desvantagens da simulação cadavérico são a ausência de pulsação cerebral e da circulação de sangue e líquido cefalorraquidiano. Sugerimos que um modelo de formaldeído-corrigido o cadáver humano é uma abordagem adequada, prática e econômica para garantir formação cirúrgica adequada antes de colocar a matrizes de microeletrodos no neocórtex humano vivo.

Nosso protocolo usa um modelo de formaldeído-fixado o cadáver humano para permitir que os cirurgiões praticar o procedimento cirúrgico de implantação de uma matriz de microeletrodos no córtex cerebral em um ambiente realista, como OR. A opção de executar o post-mortem neuroimagem, como tomografia, vai confirmar a ausência de qualquer lesão intracraniana significativa (figura 1A) e pode ajudar com a seleção do local do implante. Trabalhando com um espécime inteiro e configuraç?...

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

Treinamento cirúrgico para implantação de microeletrodos Neocortical matrizes usando um modelo de cadáver humano formaldeído-fixo

Nós projetamos um procedimento em que um cadáver humano formaldeído-fixo é usado para ajudar os neurocirurgiões em treinamento para a implantação de matrizes de microeletrodos no córtex do cérebro humano.

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

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