Name: rodent behavioral testing to assess functional deficits caused by microelectrode implantation in the rat motor cortex
Uploaded: 2018-08-18T12:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Rodent Behavioral Testing to Assess Functional Deficits Caused by Microelectrode Implantation in the Rat Motor Cortex at JoVE.com

Denne undersøgelse var delvist understøttet af Merit anmeldelse Award #B1495-R (Capadona) og den præsidentielle tidlige karriere Award for forskere og ingeniører (PECASE, Capadona) fra de Forenede Stater (USA) Institut for veteraner anliggender rehabilitering forskning og Udvikling af Service. Derudover blev dette arbejde støttet i en del af kontor for Assistant Secretary of Defense for sundhed anliggender gennem Peer Reviewed medicinske forskningsprogrammet under Award No. W81XWH-15-1-0608. Oplysningerne repræsenterer ikke synspunkter US Department of veterananliggender eller de Forenede Staters regering. Forfatterne vil gerne takke Dr. Hiroyuki Arakawa i CWRU gnaver adfærd kerne til hans vejledning i at designe og teste gnaver adfærdsmæssige protokoller. Forfatterne ønsker også at takke James Drake og Kevin Talbot fra den CWRU afdeling af mekanisk og astronautik for deres hjælp i design og fremstilling gnaver stigen test.

Alle procedurer og dyrs pleje praksis blev godkendt og udført i overensstemmelse med Louis Stokes Cleveland afdeling af veteraner anliggender medicinsk Center institutionelle dyrs pleje og brug udvalg.
Bemærk: For at uddanne forskere på beslutningen om brugen af en stab skade model som en kontrol, anbefales det at gennemgå Potter et al. arbejde 21.
1. mikroelektrode Implantation kirurgisk Procedure
<ol><li>
Pre kirurgis...

Den protokol, der er skitseret her har været brugt til effektivt og reproducerbar måling af både fint og groft motor underskud i en model af gnaver hjerneskade. Desuden, det giver mulighed for korrelation af fine motor adfærd til histologisk resultater efter en mikroelektrode implantation i den motoriske cortex. Metoderne er let at følge og billig at etablere, og kan ændres til at passe en forsker individuelle behov. Yderligere, opførsel test ikke forårsager stor stress eller smerte til dyr; Forskerne tror snarer...

Intracortical microelectrodes blev oprindeligt brugt til at knytte kredsløb i hjernen, og har udviklet sig til et værdifuldt værktøj til at muliggøre påvisning af motor intentioner, som kan bruges til at fremstille funktionelle udgange1. Detekterede funktionelle udgange kan tilbyde personer lider af rygmarvsskader, cerebral parese, amyotrofisk lateral sklerose (ALS) eller andre bevægelse-begrænsende betingelser en computer markøren2,3 , eller robot arm4,5,6, eller gendanne funktion til deres egen handicappede lemmer7. Derfor opstået intracortical mikroelektrode teknologi som en lovende og hurtigt voksende felt8.
På grund af de gode resultater set i feltet, er kliniske undersøgelser undervejs for at forbedre og bedre at forstå mulighederne for BMI technology5,9,10. Af at realisere det fulde potentiale af kommunikation med neuroner i hjernen, er rehabilitering programmer opfattet som ubegrænsede8. Selvom der er stor optimisme for fremtiden for intracortical mikroelektrode teknologi, er det også velkendt, at microelectrodes i sidste ende ikke11, muligvis på grund af en akut neuroinflammatory svar efter implantation. Implantation af en udenlandsk materiale i hjernen medfører øjeblikkelig skader til det omgivende væv og fører til yderligere skade som følge af den neuroinflammatory reaktion, som varierer afhængigt af egenskaber af implantatet12. Derudover et implantat i hjernen kan forårsage en microlesion effekt: en reduktion af glukose stofskifte menes at være forårsaget af akut ødem og blødning på grund af enheden indsættelse13. Derudover er signalkvaliteten og længden af tid, nyttige signaler kan registreres inkonsekvent, uanset dyremodel11,14,15,16. Flere undersøgelser har påvist forbindelsen mellem neuroinflammation og mikroelektrode ydeevne17,18,19. Konsensus i Fællesskabet er derfor, at den inflammatoriske reaktion af neurale væv, der omgiver microelectrodes, i det mindste delvis, kompromiser elektrode pålidelighed.
Mange studier har undersøgt lokale betændelse11,20,21,22 eller udforsket metoder til at reducere skader på hjernen forårsaget af indsættelse11,23, 24,25, med et mål om outplacement recording over tid14,26. Derudover har vi for nylig vist, at en iatrogen skade forårsaget af en mikroelektrode indsættelse i den motoriske hjernebark af rotter forårsager en øjeblikkelig og varig fine motor underskud27. Formålet med de protokoller, der præsenteres her er derfor at give forskere en kvantitativ metode til at vurdere mulige motor underskud som følge af hjernen traumer efter implantation og vedvarende tilstedeværelse af intracortical enheder (microelectrodes i den tilfælde af dette manuskript). Adfærd prøverne her var designet til at drille ud både grov og fin motorik funktionshæmninger og kan bruges i mange modeller af hjerneskade. Disse metoder er ligetil, reproducerbar, og kan nemt implementeres i en gnaver model. Yderligere, de metoder, der præsenteres her tillader en korrelation på motor adfærd til histologisk resultater, en fordel, der indtil for nylig, forfatterne ikke har set offentliggjort i feltet BMI. Endelig, da disse metoder var designet til at teste fin motorik28, grov motorik29og stress og angst adfærd29,30, de metoder, der præsenteres her kan også gennemføres i en række hovedskade modeller hvor forskerne vil regere ud (eller i) enhver motorik underskud.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:843px;" width="842">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:216px;">Sprague Dawley rats, male, 201-225g</td>
			<td style="width:197px;">Charles River</td>
			<td style="width:163px;">CD</td>
			<td style="width:267px;"></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Compac5 anesthesia system</td>
			<td style="width:197px;">Vetequip</td>
			<td style="width:163px;">901812</td>
			<td style="width:267px;"></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Electric trimmers</td>
			<td style="width:197px;">Wahl</td>
			<td style="width:163px;">9918-6171</td>
			<td style="width:267px;"></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Stereotaxic frame</td>
			<td style="width:197px;">David Kopf Instruments</td>
			<td style="width:163px;">1760</td>
			<td style="width:267px;"></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Gaymar heated water pad and pump</td>
			<td style="width:197px;">Braintree Scientific Inc</td>
			<td style="width:163px;">&#160;TP-700</td>
			<td style="width:267px;"></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Vetbond tissue adhesive</td>
			<td style="width:197px;">3M</td>
			<td style="width:163px;">07-805-5031</td>
			<td style="width:267px;"></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Dental drill</td>
			<td style="width:197px;">Pearson Dental</td>
			<td style="width:163px;">O60-0045</td>
			<td style="width:267px;"></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Dura pick</td>
			<td style="width:197px;">Fine Science Tools</td>
			<td style="width:163px;">10064-14</td>
			<td style="width:267px;"></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Silicon shank microelectrode</td>
			<td style="width:197px;">Made in-house at Cleveland VA Medical Center</td>
			<td style="width:163px;">N/A</td>
			<td style="width:267px;"></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">KwikCast silicone elastomer</td>
			<td style="width:197px;">World Precision Instruments</td>
			<td style="width:163px;">KWIK-CAST</td>
			<td style="width:267px;"></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Teets dental cement&#160;</td>
			<td style="width:197px;">A-M Systems</td>
			<td style="width:163px;">525000</td>
			<td style="width:267px;"></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Webcam HD Pro c920</td>
			<td style="width:197px;">Logitec</td>
			<td style="width:163px;">960-000764</td>
			<td style="width:267px;"></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Grip strength meter</td>
			<td style="width:197px;">Harvard Apparatus</td>
			<td style="width:163px;">565084</td>
			<td style="width:267px;"></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Minitab 17 statistical software</td>
			<td style="width:197px;">Minitab Inc</td>
			<td style="width:163px;"></td>
			<td style="width:267px;"></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Open field grid test</td>
			<td style="width:197px;">Made in-house at Case Western Reserve University</td>
			<td style="width:163px;">N/A</td>
			<td style="width:267px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">Ladder test</td>
			<td style="width:197px;">Made in-house at Case Western Reserve University</td>
			<td style="width:163px;">N/A</td>
			<td style="width:267px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Rabbit anti rat IgG antibody</td>
			<td style="width:197px;">Bio-Rad</td>
			<td style="width:163px;">618501</td>
			<td style="width:267px;"></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

rodent behavioral testing to assess functional deficits caused by microelectrode implantation in the rat motor cortex

Medicinsk udstyr implanteret i hjernen hold kolossalt potentiale. Som en del af en hjerne Machine Interface (BMI) demonstrere intracortical microelectrodes evnen til at optage handling potentialer fra individuelle eller små grupper af neuroner. Sådanne optagede signaler med held været anvendt til at tillade patienter at interface med eller styre computere, robot lemmer og deres egne lemmer. Dog har tidligere animalsk undersøgelser vist at en mikroelektrode implantation i hjernen ikke kun skader det omkringliggende væv, men kan også resultere i funktionelle mangler. Her diskuterer vi en række adfærdsmæssige test at kvantificere potentielle motoriske funktionsnedsættelser efter implantation af intracortical microelectrodes i den motoriske hjernebark af en rotte. Metoderne til åben feltgitteret, stigen passage og greb styrke test giver værdifulde oplysninger om de potentielle komplikationer som følge af en mikroelektrode implantation. Resultaterne af de adfærdsmæssige test er korreleret med slutpunkt histologi, giver yderligere oplysninger om de patologiske resultater og virkninger af denne procedure på tilstødende væv.

Ved hjælp af de metoder, der præsenteres her, er en mikroelektrode implantering i den motoriske hjernebark afsluttet følgende fastlagte procedurer39,40,41,42, efterfulgt af åben gitteret feltafprøvning for at vurdere grov motorik og stigen og greb fungere styrke test til at vurdere den fine motor27. Motorik test blev afsluttet 2 x pr...

Watch this Scientific Journal Video about Rodent Behavioral Testing to Assess Functional Deficits Caused by Microelectrode Implantation in the Rat Motor Cortex at JoVE.com

Rodent Behavioral Testing to Assess Functional Deficits Caused by Microelectrode Implantation in the Rat Motor Cortex

Vi har vist, at en mikroelektrode implantation i den motoriske hjernebark af rotter forårsager øjeblikkelig og varig motor underskud. Metoderne, der foreslås heri disposition en mikroelektrode implantering og tre gnaver adfærdsmæssige opgaver at belyse eventuelle ændringer i den fin eller grov motorik på grund af implantation-forårsaget skade på den motoriske hjernebark.

Gnaver adfærdsmæssige test for at vurdere funktionelle mangler forårsaget af mikroelektrode Implantation i rotte motoriske Cortex

Medical devices implanted in the brain hold tremendous potential. As part of a Brain Machine Interface (BMI) system, intracortical microelectrodes ...

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Organotypic Collagen I Assay: A Malleable Platform to Assess Cell Behaviour in a 3-Dimensional Context

Cell migration is fundamental to many aspects of biology, including development, wound healing, the cellular responses of the immune system, and ...

An Improved Mechanical Testing Method to Assess Bone-implant Anchorage

En forbedret Mekanisk testning metode til at vurdere Bone-implantat Anchorage

Recent advances in material science have led to a substantial increase in the topographical complexity of implant surfaces, both on a micro- and a ...

Quantification of Global Diastolic Function by Kinematic Modeling-based Analysis of Transmitral Flow via the Parametrized Diastolic Filling Formalism

Kvantificering af Global diastolisk funktion ved Kinematisk Modeling-baseret analyse af Transmitral Flow via parametriserede diastolisk Filling Formalisme

Quantitative cardiac function assessment remains a challenge for physiologists and clinicians.&#160;Although historically invasive methods have comprised ...

Fabrication and Implantation of Miniature Dual-element Strain Gages for Measuring In Vivo Gastrointestinal Contractions in Rodents.

Fabrication and Implantation of Miniature Dual-element Strain Gages for Measuring In Vivo Gastrointestinal Contractions in Rodents.

Fabrikation og Implantation af Miniature Dual-element strain gauges til måling<em&gt; In Vivo</em&gt; Mave Sammentrækninger i gnavere.

Gastrointestinal dysfunction remains a major cause of morbidity and mortality. Indeed, gastrointestinal (GI) motility in health and disease remains an ...

Applications of In Vivo Functional Testing of the Rat Tibialis Anterior for Evaluating Tissue Engineered Skeletal Muscle Repair

Applications of In Vivo Functional Testing of the Rat Tibialis Anterior for Evaluating Tissue Engineered Skeletal Muscle Repair

anvendelser af<em&gt; In vivo</em&gt; Funktionel Test af Rat tibialis anterior for Evaluering manipuleret væv Skeletal Muscle Repair

Despite the regenerative capacity of skeletal muscle, permanent functional and/or cosmetic deficits (e.g., volumetric muscle loss (VML) resulting from ...

An Efficient and Reproducible Protocol for Distraction Osteogenesis in a Rat Model Leading to a Functional Regenerated Femur

En effektiv og reproducerbare protokol for distraktion Osteogenesis i en rotte Model fører til en funktionel folier lårben

This protocol describes the use of a newly developed external fixator for distraction osteogenesis in a rat femoral model. Distraction osteogenesis (DO) ...

Detection of Endotoxin in Nano-formulations Using Limulus Amoebocyte Lysate (LAL) Assays

Detection of Endotoxin in Nano-formulations Using Limulus Amoebocyte Lysate LAL Assays

Påvisning af Endotoxin i Nano-formuleringer bruger Limulus Amoebocyte Lysate (LAL) Assays

When present in pharmaceutical products, a Gram-negative bacterial cell wall component endotoxin (often also called lipopolysaccharide) can cause ...

Applying Advanced In Vitro Culturing Technology to Study the Human Gut Microbiota

Anvende avancerede In Vitro dyrkning teknologi for at studere den menneskelige Gut mikrobiota

The human gut microbiota plays a vital role in both human health and disease. Studying the gut microbiota using an in vivo model, is difficult due to its ...

The Quantification of Injectability by Mechanical Testing

Kvantificering af injicerbarhed ved mekanisk testning

Injectable biomaterials are becoming increasingly popular for the minimally invasive delivery of drugs and cells. These materials are typically more ...

Residue-Specific Exchange of Proline by Proline Analogs in Fluorescent Proteins: How "Molecular Surgery" of the Backbone Affects Folding and Stability

Restspecifik udveksling af prolin ved hjælp af prolinanaloger i fluorescerende proteiner: Hvordan "molekylær kirurgi" af rygraden påvirker foldning og stabilitet

Replacement of proline (Pro) residues in proteins by the traditional site-directed mutagenesis by any of the remaining 19 canonical amino acids is often ...