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

Denna studie stöddes delvis av Merit i Award #B1495-R (Capadona) och utmärkelsen Presidential tidiga karriär för forskare och ingenjörer (PECASE, Capadona) från Förenta staterna (USA) Avdelningen för veteraner frågor rehabilitering analys och Utveckling Service. Dessutom stöddes detta arbete delvis av kontoret av den biträdande sekreteraren av försvar för hälsa frågor genom Peer recenserade medicinsk forskningsprogram under Award nr W81XWH-15-1-0608. Innehållet representerar inte åsikter US Department of Veterans Affairs eller Förenta staternas regering. Författarna vill tacka Dr Hiroyuki Arakawa i CWRU gnagare beteende kärna för hans vägledning i utformningen och gnagare beteendemässiga testprotokoll. Författarna vill även tacka James Drake och Kevin Talbot från CWRU institutionen av mekaniska och flygteknik för deras hjälp med att designa och tillverka gnagare stege testet.

Alla förfaranden och djurvård praxis godkändes av och utförs i enlighet med Louis Stokes Cleveland institutionen av veteraner frågor medicinska Center institutionella djur vård och användning kommittéer.
Obs: För att utbilda forskare på beslutet om användningen av ett hugg skada modell som en kontroll, det rekommenderas att granska det arbete som Potter o.a. 21.
1. mikroelektrod Implantation kirurgiskt ingrepp
<ol><li>
<...

Protokollet som beskrivs här har använts effektivt och reproducibly mäta både fina och brutto motoriska underskott i en modell av gnagare hjärnskada. Det möjliggör dessutom korrelationen av fina motoriska beteende till histologiska resultat efter en mikroelektrod implantation i motor cortex. Metoderna är lätta att följa, billig att ställa in, och kan ändras för att passa en forskares enskilda behov. Ytterligare, beteende testning inte orsakar stor stress eller smärta djur. Forskarna tror snarare, djuren vä...

Intracortical mikroelektroder användes ursprungligen för att kartlägga kretsen av hjärnan, och har utvecklats till ett värdefullt verktyg för att möjliggöra detektion av motor avsikter som kan användas för att producera funktionella utgångar1. Identifierade funktionella utgångar kan erbjuda individer lider ryggmärgsskador, cerebral pares, amyotrofisk lateralskleros (ALS) eller andra rörelse-begränsande villkor kontroll av en dator markören2,3 eller robotic arm4,5,6, eller återställa funktionen i sina egna funktionshinder lem7. Intracortical mikroelektrod teknik har därför vuxit fram som en lovande och snabbt växande fält8.
På grund av framgångarna sett i fältet, pågår kliniska studier för att förbättra och bättre förstå möjligheterna till BMI teknik5,9,10. Genom att inse den fulla potentialen av kommunikation med nervceller i hjärnan, uppfattas programmen rehabilitering som gränslös8. Även om det finns stor optimism för framtidens intracortical mikroelektrod teknik, är det också välkänt att mikroelektroder så småningom misslyckas11, möjligen på grund av en akut neuroinflammatoriska svar efter implantation. Implantation av främmande material i hjärnan leder till omedelbara skador på omgivande vävnad och leder till ytterligare skador som orsakats av den neuroinflammatoriska svar som varierar beroende på egenskaper hos implantatet12. Dessutom ett implantat i hjärnan kan orsaka en microlesion effekt: en minskning av glukosmetabolism tros orsakas av akut ödem och blödningar på grund av den enhe införande13. Dessutom är signalkvaliteten och längden av tid som användbara signaler kan registreras inkonsekvent, oavsett de djurmodell11,14,15,16. Flera studier har visat sambandet mellan neuroinflammation och mikroelektrod prestanda17,18,19. Konsensus av gemenskapen därför att den inflammatoriska reaktionen av neural vävnad som omger mikroelektroder, åtminstone delvis, äventyrar elektrod tillförlitlighet.
Många studier har undersökt lokal inflammation11,20,21,22 eller utforskat metoder för att minska skador till hjärnan orsakad av införande11,23, 24,25, med målet att förbättra inspelning prestanda över tid14,26. Vi har dessutom nyligen visat att en iatrogen skada som orsakas av en mikroelektrod isättning i motor cortex hos råttor orsakar en omedelbar och varaktig fina motor underskott27. Därför, syftet med de protokoll som presenteras här är att ge forskare en kvantitativ metod för att bedöma möjliga motor underskott till följd av hjärnan trauma efter implantation och ihållande närvaro av intracortical enheter (mikroelektroder i den fall av detta manuskript). De beteende-prov som beskrivs här var utformade för att locka fram både grov och fin motorik försämringar, och kan användas i många modeller av hjärnskada. Dessa metoder är okomplicerad, reproducerbar och kan enkelt implementeras i en gnagare modell. Dessutom möjliggör de metoder som presenteras här en korrelation på motoriska beteende till histologiska resultat, en förmån som tills nyligen, författarna inte har sett publicerade i fältet BMI. Slutligen, eftersom dessa metoder var avsedd att testa fina motorik28, grov motorik29och stress och ångest beteende29,30, de metoder som presenteras här kan också implementeras i en mängd huvudskada modeller där forskarna vill härska ut (eller in) motorik underskott.

<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

Medicintekniska produkter som implanteras i hjärnan håller enorm potential. Som en del av ett system för hjärnan Machine Interface (BMI) Visa intracortical mikroelektroder förmåga att registrera handlingspänningar från enskilda eller små grupper av nervceller. Sådana inspelade signaler har framgångsrikt använts för att tillåta patienter att gränssnitt med eller styra datorer, robotic lemmar och deras egna lemmar. Dock har tidigare djurstudier visat att en mikroelektrod implantation i hjärnan inte bara skadar omgivande vävnad, men kan också resultera i funktionella underskott. Här diskuterar vi en serie beteendemässiga tester kvantifiera potentiella motoriska funktionsnedsättningar efter implantation av intracortical mikroelektroder i motor cortex av en råtta. Metoderna för öppen fältrutnätet, stege korsning och grepp styrka tester ger värdefull information om de komplikationer som följd av en mikroelektrod implantation. Resultaten av den beteendemässiga testning är korrelerade med endpoint histologi, att tillhandahålla ytterligare information om patologiska resultaten och effekterna av detta förfarande på intilliggande vävnad.

Med hjälp av metoder som presenteras här, är en mikroelektrod implantation kirurgi i motor cortex slutfört följande etablerade förfaranden39,40,41,42, följt av öppna fältprovning rutnät för att bedöma grov motorik och stege och grepp fungera styrka tester för att bedöma den fina motorn27. Motorisk funktion testning var ifyll...

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 visat att en mikroelektrod implantation i motor cortex av råttor orsakar omedelbar och varaktig motor underskott. Metoderna som föreslås häri disposition en mikroelektrod implantation kirurgi och tre gnagare beteendemässiga uppgifter att belysa potentiella förändringar i den fin eller grov motorik på grund av implantation-orsakade skador på motoriska cortex.

Gnagare beteendemässiga tester för att bedöma funktionella underskott orsakad av mikroelektrod implantationen i Rat Motor 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

Organotypisk Kollagen I Analys: en formbar plattform att bedöma Cell Beteende i en 3-dimensionell sammanhang

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 förbättrad mekanisk testning metod för att bedöma Bone-implantatet 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

Kvantifiering av Global diastoliska funktionen av kinematisk modellering baserad Analys av Transmitral Flow via Parametrized diastoliska Filling Formalism

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.

Tillverkning och Implantation av Miniatyr Dual element töjningsgivare för mätning av<em&gt; In Vivo</em&gt; Gastrointestinal Sammandragningar i gnagare.

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

tillämpningar av<em&gt; In Vivo</em&gt; Provning av Rat tibialis anterior för utvärdering vävnadstekniska skelettmuskulatur 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 och reproducerbara protokoll för distraktion Osteogenesis i en råtta modell leder till en funktionell regenererad lårbenet

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

Påvisande av Endotoxin i Nano-formuleringar använder Limulus immobiliserat Lysate (LAL) analyser

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

Tillämpa avancerade In Vitro odling teknik för att studera mänskliga tarmfloran

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

Kvantifieringen av injicerbarhet genom mekanisk provning

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

Restspecifikt utbyte av prolin med prolinanaloger i fluorescerande proteiner: Hur "molekylär kirurgi" i ryggraden påverkar vikning och 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 ...