神经接口的电压偏置、循环伏安法与电化学阻抗谱

本实验的总体目标是监测植入式神经记录假体系统中电极与组织界面的质量，同时提高记录质量和长期功能。首先通过每日采集电化学阻抗谱和神经记录数据来实现该目标。对于未显示神经活动且阻抗较高的电极-组织界面，需进一步采集循环伏安遥测（CV）数据，以更详细地评估其界面质量。

然后施加一个1.5伏的校正电压偏置，持续四秒。随后根据需要继续进行数据采集和额外的电压偏置。最终，使用这些方法有可能降低阻抗，并改善或恢复记录到的神经活动。

与现有的药物递送或表面修饰等方法相比，该技术的主要优势在于，通过施加电压偏置，可在植入后数十至数百天内持续显著改善神经记录型假体系统的功能与性能。该方法有助于解答神经工程领域的一些关键问题，例如如何延长可植入电极系统的功能寿命。该技术的应用前景涵盖多种神经系统功能障碍的治疗与诊断。

这一点非常重要，因为这些缺陷的发生率及其治疗选择在甲基苯丙胺自动化实验室中不断增加。PG统计模块已使用FA2和通道Mucks附加组件进行改装。构建一个头部固定装置适配器，以将通道Mucks连接至头部固定装置。

现在将工作电极和传感电极连接到通道插件上。然后将连接至动物受试者的参比电极和对电极接到与电流回路路径相连的头端适配器部分。启动频率响应分析软件，并确认程序文件已设置为测试两个多频正弦波形，每个波形同时包含15个频率点，范围从10赫兹到30千赫兹。

同时，确保施加的电压为25毫伏或更低。现在打开并编辑项目文件。该项目使用过程文件，循环遍历每个通道并保存结果。

将动物受试者与一个无放大功能的被动头端连接。主动头端无法传递输入信号。根据设置执行项目文件。

每个通道的记录持续时间为10秒到几分钟。现在显示并解读结果。使用MATLAB读取输出的文本文件，并绘制奈奎斯特图或伯德图。

相位的频率依赖性变化表明组织产生了响应。启动通用电化学系统软件。确认程序文件设置为以每秒50毫伏的速率扫描电压，并确保该设置在水解反应的允许范围之内。

至少运行三次扫描，使系统达到平衡，并保存最后一次扫描的结果。可将扫描速率提高至每秒1伏特，以缩短测量时间。然而，如果扫描速率快于电极-组织界面处发生的电荷转移反应速率，电流-电压（IV）曲线的形状可能会发生变化。

接下来，打开并编辑项目文件。该项目使用过程文件，循环遍历每个通道并保存结果。将动物受试者连接至被动式头部固定装置，并以每秒一伏特的速率执行项目文件。

使用每秒50毫伏的扫描速率时，每个通道的采集耗时约10秒，总共约需三分钟。最后，显示并解读结果。

使用 MATLAB 处理输出的文本文件并绘制电流-电压（IV）关系曲线。通过积分循环伏安法（CV）中导管电流的面积来量化电荷承载能力。本方案中最关键的步骤是确定何时施加电压偏置，这一决策由阻抗周期性遥测和记录数据实现。

启动通用电化学系统软件，并确认过程文件设置为使用步进和扫描方法。在 1.5 伏电压下进行步进，持续时间为四秒。接下来，打开并编辑项目文件，该文件使用过程文件循环遍历每个通道并保存结果。

将动物受试者与被动式头件连接，并从每个通道执行项目文件记录。持续约10秒后，采集EIS、CV及记录数据，并在典型工作流程中解读结果。记录和EIS可在所有通道上每日或每周采集，同时可使用CV和恢复程序。

如果尖峰活动不再可检测，则在电极植入后数天至数周内，EIS 会发生变化。蓝色数据是在植入后立即采集的，绿色数据则是在四个月后采集的。当 EIS 数据以奈奎斯特图显示时，高频区域靠近原点的半圆反映了电极位置处的组织反应。

循环伏安分析产生一条显示一定滞回现象的电流-电压曲线。最重要的循环伏安统计参数是电荷承载容量，即电流-电压曲线内部面积经电极位点面积归一化后的值。在微刺激应用中，优先选用电荷容量较大的电极。

在恢复过程中，施加一个电压脉冲。这通常会导致电荷容量增加，阻抗幅值降低，并且先前无峰形信号的通道中也可能恢复峰形放电。尽管恢复处理对阻抗和信噪比的影响仅为短期，但该技术可每日重复应用。

从植入16通道阵列的豚鼠每日采集的数据表明，每次进行复苏处理后，1千赫兹阻抗幅值显著降低一个数量级。由于信号恢复且阻抗降低，每次复苏处理后信噪比（SNR）均有所提高。最终，在植入后160天所有信号完全丧失，复苏处理不再有效。

一旦掌握，该技术可在大约一小时内完成。在实施该操作时，必须确保正确连接，并且在进行电压生物处理之前，阻抗谱结果应显示出明显的组织反应。