Vorspannschaltung, Cyclovoltammetrie, Impedanzspektroskopie & Elektrotechnik für Neuronale Interfaces

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens ist es, die Qualität der Elektrodengewebeschnittstelle von implantierten neuronalen Aufzeichnungsprothesen zu überwachen sowie die Aufnahmequalität und Langzeitfunktionalität zu verbessern. Dies wird erreicht, indem zunächst täglich elektrochemische Impedanzspektroskopie- und neuronale Aufzeichnungsdaten gesammelt werden. Zyklische V-Telemetrie- oder CV-Daten werden gesammelt, um weitere Details über die Qualität der Elektrodengewebeschnittstellen zu erhalten, die keine neuronale Aktivität aufweisen und eine hohe Impedanz aufweisen.

Dann wird eine korrigierende 1,5-Volt-Spannungsvorspannung für vier Sekunden angelegt. Darauf folgt eine fortgesetzte Datenerfassung und bei Bedarf eine zusätzliche Spannungsvorspannung. Letztendlich ist mit diesen Methoden eine niedrigere Impedanz und die Verbesserung oder Wiederbelebung der aufgezeichneten neuronalen Aktivität möglich.

Der Hauptvorteil dieser Technik gegenüber bestehenden Methoden wie der Verabreichung von Medikamenten oder der Modifikation von Dienstleistungen besteht darin, dass die Spannungsvorspannung einen robusten Effekt auf die Verbesserung der Funktionalität und Leistung von neuronalen Aufzeichnungsprothesensystemen nach Dutzenden bis Hunderten von Tagen nach der Implantation haben kann. Diese Methode kann helfen, zentrale Fragen im Bereich der Neurotechnik zu beantworten, z. B. wie die Funktionslebensdauer von implantierbaren Elektrodensystemen verbessert werden kann. Die Implikationen dieser Technik erstrecken sich auf die Therapie oder Diagnose einer Vielzahl von neurologischen Defiziten.

Dies ist wichtig, da die Prävalenz und die Behandlungsmöglichkeiten dieser Defizite im Meth-Autolabor zunehmen. PG-Stat angepasst mit FA Two und Channel Mucks Add-Ons. Bauen Sie einen Head-Stage-Adapter, um die Kanal-Mucks mit der Head-Stage zu verbinden.

Verbinden Sie nun die Arbeits- und Messelektroden mit dem Kanalmuck-Add-On. Verbinden Sie dann die Referenz- und Gegenelektroden, die an dem Versuchstier befestigt sind, mit dem Teil des Kopftischadapters, der mit dem Stromrückweg verbunden ist. Starten Sie die Frequenzganganalysator-Software, und stellen Sie sicher, dass die Prozedurdatei so eingestellt ist, dass sie zwei Wellenformen mit mehreren Vorzeichen testet, die jeweils aus 15 Vorzeichen gleichzeitig im Bereich von 10 Hertz bis 30 Kilohertz bestehen.

Stellen Sie außerdem sicher, dass die angelegte Spannung 25 Millivolt oder weniger beträgt. Öffnen und bearbeiten Sie nun die Projektdatei. Das Projekt verwendet die Prozedurdatei, durchläuft jeden Kanal und speichert das Ergebnis.

Verbinden Sie das tierische Motiv mit einem passiven Kopftisch ohne Verstärkung. Aktive Kopfstufen leiten keine Eingangssignale weiter. Führen Sie die Projektdatei abhängig von den Einstellungen aus.

Die Aufnahmen von jedem Kanal dauern zwischen 10 Sekunden und einigen Minuten. Zeigen Sie nun das Ergebnis an und interpretieren Sie es. Übergeben Sie die Ausgabetextdateien mit MATLAB und erstellen Sie ein Nyquist- oder Bode-Plot.

Frequenzabhängige Phasenverschiebungen deuten auf eine Gewebereaktion hin. Starten Sie die universelle elektrochemische Systemsoftware. Stellen Sie sicher, dass die Einstellungen der Prozedurdatei so eingestellt sind, dass die Spannung bei 50 Millivolt pro Sekunde liegt und innerhalb der Grenzen der Hydrolyse liegt.

Führen Sie mindestens drei Scans durch, damit das System ein Gleichgewicht erreicht und die Ergebnisse des endgültigen Scans gespeichert werden. Die Abtastrate kann auf ein Volt pro Sekunde erhöht werden, um die Messzeit zu verkürzen. Die Form der IV-Kurve ändert sich jedoch wahrscheinlich, wenn die Abtastrate schneller ist als die Ladungstransferreaktionen, die an der Grenzfläche des Elektrodengewebes stattfinden.

Öffnen und bearbeiten Sie anschließend die Projektdatei. Das Projekt verwendet die Prozedurdatei, durchläuft jeden Kanal in einer Schleife und speichert die Ergebnisse. Verbinden Sie das Tier mit einem passiven Kopftisch und führen Sie die Projektdatei mit einem Volt pro Sekunde aus.

Die Erfassung dauert 10 Sekunden pro Kanal bei einer Betrugsrate von 50 Millivolt pro Sekunde. Dauert etwa drei Minuten pro Kanal. Zeigen Sie abschließend die Ergebnisse an und interpretieren Sie sie.

Übergeben Sie die Ausgabetextdateien mit MATLAB und plotten Sie die IV-Beziehung. Die Ladungstragfähigkeit wird quantifiziert, indem der Bereich des Katheterstroms in die CV E integriert wird.Die wichtigste Entscheidung in diesem Protokoll ist die Entscheidung, wann eine Spannungsvorspannung angelegt werden soll. Dies wird durch die Impedanz der zyklischen Telemetrie und der Aufzeichnung von Daten ermöglicht.

Starten Sie die allgemeine elektrochemische Systemsoftware, und stellen Sie sicher, dass die Prozedurdatei für die Verwendung der Methode steps und sweeps festgelegt ist. Stufen Sie die Spannung für eine Dauer von vier Sekunden auf 1,5 Volt ein. Öffnen und bearbeiten Sie als Nächstes die Projektdatei, die die Prozedurdatei verwendet, um jeden Kanal zu durchlaufen und das Ergebnis zu speichern.

Verbinden Sie das Tier mit einer passiven Kopfbühne und führen Sie die Aufnahmen der Projektdatei von jedem Kanal aus aus. Nehmen Sie sich etwa 10 Sekunden Zeit, sammeln Sie dann EIS-CV- und Aufzeichnungsdaten und interpretieren Sie die Ergebnisse in einem typischen Workflow. Aufzeichnungen und EIS werden entweder täglich oder wöchentlich über alle Kanäle gesammelt, während CV und Verjüngung verwendet werden können.

Wenn die Spike-Aktivität nicht mehr nachweisbar ist, ändert sich die EIS im Laufe von Tagen bis Wochen nach der Implantation einer Elektrode. Die blauen Daten wurden unmittelbar nach der Implantation und die grünen Daten vier Monate später erhoben. Wenn EIS-Daten als Nyquist-Diagramm angezeigt werden, ist ein Halbkreis bei höheren Frequenzen in der Nähe des Ursprungs ein Hinweis auf die Gewebereaktion an der Elektrodenstelle.

CV-Analyse erzeugt eine Stromspannungskurve, die eine gewisse Hysterese zeigt. Die relevanteste CV-Statistik ist die Ladungstragfähigkeit, der Bereich innerhalb der IV-Kurve, der durch die Fläche der Elektrodenstelle normiert wird. Elektroden mit großer Ladungskapazität werden für die Mikrostimulation bevorzugt.

Während der Verjüngung wird ein Spannungsimpuls angelegt. Dies führt in der Regel zu einer erhöhten Ladungskapazität und einer verringerten Impedanz. Spitzen können auch in Kanälen wiederhergestellt werden, die zuvor Spitzen hatten. Während die Verjüngung nur kurzfristige Auswirkungen auf die Impedanz und das Signal-Rausch-Verhältnis hat, kann diese Technik täglich angewendet werden.

In den Daten, die täglich von einem Meerschweinchen gesammelt wurden, dem ein 16-Kanal-Array implantiert wurde, hatte die Verjüngung einen robusten Effekt auf die Senkung der Impedanzgröße von einem Kilohertz um eine Größenordnung nach jeder Anwendung. Infolge der wiederhergestellten Signale und der niedrigeren Impedanz stieg das SNR nach jeder Verjüngungssitzung an. Letztendlich gingen 160 Tage nach der Implantation alle Signale verloren und die Verjüngung war nicht mehr wirksam.

Einmal gemeistert, kann diese Technik in etwa einer Stunde durchgeführt werden. Bei diesem Verfahren ist es wichtig sicherzustellen, dass die richtigen Verbindungen hergestellt werden und dass die Ergebnisse der Impedanzspektroskopie eine signifikante Gewebereaktion vor Spannungsbiobehandlungen anzeigen.