一种系统性电化学与电生理评估神经记录电极的方法

本实验的总体目标是可靠地确定用于急性神经记录的最佳电极。首先通过在裸电极上沉积有机导电聚合物来对其进行改性，随后第二步是测试这些涂层的体外性能。

接下来，将电极植入大鼠动物模型以进行急性神经信号记录。最后一步是在体外重新测试电极，以评估其生物稳定性。最终，通过一系列分析技术（包括电生理学和电化学）对不同电极进行比较，以确定神经植入物的关键化学和物理特性。

该方法有助于解答脑机接口研发中的关键问题，例如哪些关键电极特性可改善信噪比以及电极的生物稳定性。Sime 和 Morgan 将协助我完成本实验操作。首先通过腹腔注射乌拉坦对大鼠进行麻醉。

通过测试足趾夹捏回缩反射来确认麻醉起效。如果麻醉效果不足，应追加戊氨基脲剂量。接着，剃除大鼠头部的毛发。

将其置于恒温板上，呈俯卧位。然后插入直肠探头，以维持恒温板温度在37.5摄氏度。随后，将一个耳杆插入立体定位仪中大致预期的最终位置，并调整动物位置，使耳杆对准外耳道。

然后对齐第二个耳杆，并将其插入对侧外耳道。接着调整动物位置，使耳杆与门齿夹对齐。使用大鼠齿镊打开动物的下颌。

将上切牙钩在齿托上，并固定鼻部。然后在头部皮肤中线右侧约1毫米处做切口，切口范围从前囟前10毫米至人字缝后10毫米。从切口处向外侧剥离皮肤和肌肉。

为了暴露顶骨和间顶骨，在显微镜下使用20%过氧化氢溶液和纱布垫擦拭暴露的骨面。在间顶骨上钻一个约3平方毫米的孔，位置应尽可能靠近Lambda点和中线。用无菌生理盐水冲洗孔洞，以清除可能损伤电极的骨屑、灰尘或碎片。

随后，使用钝头剪刀在颈部后方皮肤皱褶下方进行解剖。为创建一个腔隙，用脱脂棉包裹银-氯化银丝，并用生理盐水浸润。然后将参考电极插入该腔隙中。

随后，在矢状面上对硬脑膜进行切口。使用针尖将电极阵列连接到电极操纵器上，然后以19度的Ros coddle角调整其在开口处的位置。

手动将电极插入脑内约两毫米，方向朝向下丘。然后将扬声器连接至左侧空心耳杆。确保放大器已开启。

此后，关闭记录室的门。现在给予白噪声脉冲刺激。给予脉冲刺激的最大频率为每 200 毫秒一次。

同时，使用电动微驱动器监测每个电极上的电活动。缓慢插入电极阵列，直至在每个分支上最远端的三个电极记录到声刺激诱发的电活动。随后进行声刺激方案：以70分贝强度，每秒重复一次，共300次，每次持续50毫秒的白噪声脉冲刺激，并以24.4千赫兹的采样率记录每个电极上的多单元电活动。

将电极阵列缓慢地再插入下丘200微米，使每个电极的位置大致与初始记录位置中更远端的电极位置相同。然后重复声学刺激和神经记录方案。继续以100微米为步长插入电极阵列，并执行声学刺激和神经记录方案，直至所有电极均至少从三个不同位置记录到声刺激诱发的神经活动。

随后，以 200 微米为步长回撤电极阵列，并持续进行声学刺激和神经记录操作，直至回到电极阵列的初始位置。然后手动小心地撤出电极阵列。在此过程中，需用蒸馏水轻轻冲洗电极阵列，以去除任何污染物。

然后将电极阵列连接至恒电位仪。小心地将电极阵列放入测试溶液中，并用夹具固定。接着，使用恒电位仪将对电极和参比电极连接至恒电位仪。

对所有电极依次进行电化学阻抗谱和循环伏安遥测。每次测试之间使用一秒钟的静息时间。全部32个电极在持续一小时的完整测试过程中均与溶液保持接触。

随后，将电极阵列从测试溶液中取出，并用去离子水轻轻冲洗。将电极阵列放入酶清洗溶液中浸泡24小时。然后重复上述步骤，再将探头存放在干燥的保护容器中，以防止电极表面受损和降解。

该图显示了在下丘中，于0微米和800微米插入深度处，以70分贝白噪声刺激，重复300次后，每个电极记录的刺激前-后时间直方图的平均结果。带涂层的电极以星号标示。该图还展示了在下丘中，于0微米和800微米插入深度处，使用70分贝白噪声脉冲刺激时，各电极记录的实时数据流。编码电极以星号标示。

此处展示了将电极阵列插入和撤出下丘脑过程中的信噪比。70分贝。虚线表示未涂层电极的白噪声，实线表示导电聚合物涂层电极。根据本方案，在导电聚合物涂层电极上施加了40至70分贝的不同声压级。

其他方法，如X射线光电子能谱和质谱，可用于研究吸附在电极表面的不同类型蛋白质，以及不同材料可能如何影响这些蛋白质。