Une méthode pour électrochimique systématique et l'évaluation électrophysiologique des neurones électrodes d'enregistrement

L'objectif général de cette procédure est de déterminer de manière fiable l'électrode la mieux adaptée pour l'enregistrement neuronal aigu. Cela est réalisé en modifiant d'abord des électrodes nues, dans ce cas par dépôt de polymères conducteurs organiques. La deuxième étape consiste à tester les propriétés des revêtements in vitro.

Ensuite, les électrodes sont placées dans un modèle animal de rat pour l'enregistrement neuronal aigu. La dernière étape consiste à tester à nouveau les électrodes in vitro afin d'évaluer leur stabilité biologique. En définitive, une comparaison de différentes électrodes à l'aide d'une gamme de techniques analytiques, incluant l'électrophysiologie et l'électrochimie, est utilisée pour déterminer les propriétés chimiques et physiques clés des implants neuronaux.

Cette méthode peut aider à répondre à des questions clés dans le développement de nouvelles interfaces cerveau-machine, comme quelles sont les propriétés clés des électrodes pouvant améliorer le rapport signal sur bruit et la stabilité bio-ino. Sime et Morgan m'assisteront dans cette procédure. Commencez cette procédure en anesthésiant un rat par injection intrapéritonéale d'uréthane.

Vérifiez le début de l'anesthésie en testant le réflexe de retrait à une pincée des orteils. Si l'anesthésie n'est pas suffisante, des doses supplémentaires d'uréthane doivent être administrées. Ensuite, rasez la tête du rat.

Placez-le en position prona sur une plaque homéothermique. Insérez ensuite une sonde rectale afin de maintenir la plaque homéothermique à 37,5 degrés Celsius. Ensuite, insérez une barre auriculaire à l'emplacement final approximatif dans le cadre stéréotaxique et ajustez l'animal de manière à positionner la barre auriculaire dans l'acoustique externe.

Ensuite, alignez la seconde barre auriculaire et insérez-la dans le méat acoustique externe controlatéral. Positionnez ensuite l'animal de manière à aligner les barres auriculaires avec le support dentaire. Ouvrez la mâchoire de l'animal à l'aide d'une pince à dents de rat.

Accrochez les incisives supérieures au support dentaire et fixez le museau en place. Ensuite, pratiquez une incision dans la peau de la tête à environ un millimètre à droite de la ligne médiane, et de 10 millimètres en direction rostrale à 10 millimètres. Écartez latéralement la peau et les muscles depuis l'incision à partir du point Lambda.

Pour exposer les os pariétaux et l'os interpariétal, nettoyez la surface de l'os exposé avec une solution de peroxyde d'hydrogène à 20 % et un tampon de gaze sous le microscope. Percez un trou d'environ trois millimètres carrés dans l'os interpariétal, aussi près que possible du point Lambda et de la ligne médiane. Rincez le trou avec une solution saline stérile afin d'éliminer tout os, poussière ou fragment susceptible d'endommager l'électrode.

Ensuite, disséquez sous la nuque à l’aide de ciseaux contondants. Afin de créer une cavité, enroulez un fil en argent-chlorure d’argent avec de la ouate et imbibez-le de sérum physiologique. Insérez ensuite l’électrode de référence dans la cavité.

Ensuite, pratiquer une incision dans la dure-mère sur le plan sagittal. À l’aide de la pointe d’une aiguille, fixer le réseau d’électrodes au manipulateur d’électrodes. Puis ajuster sa position au-dessus de l’ouverture avec un angle de Ros coddle de 19 degrés.

Insérez manuellement l'électrode d'environ deux millimètres dans le cerveau en direction du colliculus inférieur. Ensuite, fixez le haut-parleur sur le barreau auriculaire creux gauche. Assurez-vous que l'amplificateur est allumé.

Ensuite, fermez la porte de la chambre d'enregistrement. Envoyez maintenant des salves de bruit blanc. La fréquence maximale à laquelle les salves doivent être délivrées est d'une salve toutes les 200 millisecondes.

En même temps, surveillez l'activité sur chaque électrode à l'aide du micro-déplaceur motorisé. Insérez lentement le réseau d'électrodes jusqu'à ce qu'une activité induite par stimulation acoustique soit enregistrée sur les trois électrodes les plus distales de chaque branche. Ensuite, appliquez le protocole de stimulation acoustique en utilisant 300 répétitions d'impulsions de bruit blanc de 50 millisecondes à une fréquence de répétition d'une seconde à 70 décibels, et enregistrez l'activité multi-unités sur chaque électrode à une fréquence d'échantillonnage de 24,4 kilohertz.

Insérez lentement le réseau d'électrodes de 200 micromètres supplémentaires dans le collicule inférieur afin de positionner chaque électrode approximativement à la même position que l'électrode la plus distale de la position initiale d'enregistrement. Répétez ensuite le protocole de stimulation acoustique et d'enregistrement neuronal. Continuez à insérer le réseau d'électrodes par paliers de cent micromètres et effectuez le protocole de stimulation acoustique et d'enregistrement neuronal jusqu'à ce que toutes les électrodes aient enregistré une activité induite par stimulation acoustique à partir d'au moins trois positions.

Ensuite, retirez le réseau d'électrodes par incréments de 200 micromètres et poursuivez la stimulation acoustique et le protocole d'enregistrement neuronal jusqu'à ce que la position initiale du réseau d'électrodes soit atteinte. Retirez ensuite délicatement le réseau d'électrodes manuellement. Dans cette procédure, rincez doucement le réseau d'électrodes avec de l'eau distillée afin d'éliminer toute contamination.

Ensuite, connectez le réseau d'électrodes à un potentiostat. Placez soigneusement le réseau d'électrodes dans la solution d'essai et fixez-le en place à l'aide d'une pince. Ensuite, reliez les électrodes auxiliaire et de référence au potentiostat à l'aide du potentiostat.

Effectuez une spectroscopie d'impédance électrochimique séquentielle et une voltammétrie cyclique sur toutes les électrodes. Un temps de repos d'une seconde est utilisé entre chaque test. Les 32 électrodes restent en contact avec la solution pendant toute la durée de l'essai, soit une heure.

Ensuite, retirez le réseau d'électrodes de la solution d'essai et rincez-le délicatement à l'eau déionisée. Placez le réseau d'électrodes dans une solution nettoyante enzymatique pendant 24 heures. Répétez ensuite les procédures avant de ranger la sonde dans un récipient protecteur sec afin d'éviter tout dommage et toute dégradation de la surface de l'électrode.

Cette figure montre l'histogramme péristimulus mesuré à chaque électrode, moyenné sur 300 répétitions à 70 décibels, avec un bruit blanc aux profondeurs d'insertion de zéro micron et 800 microns dans le colliculus inférieur. Les électrodes revêtues sont indiquées par un astérisque, et cette figure présente les données de streaming mesurées à chaque électrode avec des impulsions de bruit blanc à 70 décibels aux profondeurs d'insertion de zéro micron et 800 microns dans le colliculus inférieur. Les électrodes codées sont indiquées par un astérisque.

Le rapport signal sur bruit lors de l'insertion et du retrait de la matrice d'électrodes dans le colliculus inférieur est montré ici. 70 décibels. Le bruit blanc au niveau de l'électrode représentative non revêtue est indiqué par la ligne pointillée, et l'électrode revêtue de polymère conducteur est indiquée par la ligne continue. Les niveaux de pression acoustique différents de 40 à 70 décibels sur une électrode revêtue de polymère conducteur sont indiqués ici, conformément à ce protocole.

D'autres méthodes, telles que la spectroscopie de photoélectrons par rayons X et la spectrométrie de masse, peuvent être utilisées pour comprendre les différents types de protéines qui s'adsorbent sur une surface d'électrode et la manière dont les différents matériaux pourraient influencer ce phénomène.