Name: שיטה לאלקטרוכימי שיטתי ואלקטרו הערכה של אלקטרודות הקלטה עצביות (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-03-03T22:15:00.000+00:00
Duration: 9 min 27 s
Description: למדו שיטה לאלקטרוכימי שיטתי להערכת אלקטרודות הקלטה עצביות בדגם עכברוש. השיטה משלבת ציפוי פולימרים מוליכים, בדיקות in vitro ובייצוב ביולוגי לפיתוח שתלים עצביים משופרים.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

המחברים מודים לתמיכה של המועצה למחקר האוסטרלי באמצעות המרכז למצוינות לElectromaterials מדע.

הפרוטוקול אושר על ידי אוניברסיטת La Trobe (09-28P) וועדות אוניברסיטת RMIT בעלי החיים אתיקה (1315). 1. בדיקת אלקטרודה הכנה וראשונית במבחנה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן את הפתרונות בתצהיר ציפוי האלקטרודה, למשל 10 מ&quot;מ 3,4-ethylenedioxythiophene (EDOT) ו0.1 sulfonate para-טולואן M נתרן (Na 2 נק &#39;) כדי ליצור poly-3 ,4-ethylenedioxythiophene-נק&#39; (PEDOT-נק &#39;). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר את מערך אלקטרודות לpotentiostat. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הנח בזהירות את מערך אלקטרודות לפתרון בתצהיר ומהדק למקומו. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הנח אלקטרודה נגדית רשת פלטינה ואלקטרודה השוואתית Ag / AgCl לפתרון בתצהיר ולהתחבר לpotentiostat. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> באמצעות potentiostat, הפקדת הציפויים על גבי אלקטרודות הרצויות. תנאי הפקדת (פוטנציאליים, והשעה נוכחית) משתנים בהתאם לציפוי הרצוי. עבור ציפויי PEDOT-נק &#39;, שורר מיושםntial של V 1 ל15, 30, 45, או 60 שניות כבר בשימוש. ארבע אלקטרודות על המערך צריכה להיות מצופים בציפוי בתצורה מדורגת (איור 1). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את מערך אלקטרודות מהפתרון בתצהיר ולשטוף בעדינות עם מים deionized. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על תהליך הציפוי עם חומרים אחרים בהתאם לצורך. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן את הפתרון במבחנה בדיקה (פוספט 0.3 M di-נתרן (Na 2 HPO 4) במי deionized). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר את מערך אלקטרודות לpotentiostat. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הנח בזהירות את מערך אלקטרודות לפתרון הבדיקות ומהדקים למקומו. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הנח אלקטרודה נגדית רשת פלטינה ואלקטרודה השוואתית Ag / AgCl לפתרון הבדיקות ולהתחבר לpotentiostat. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> באמצעות potentiostat, לבצע ספקטרוסקופיה עכבה אלקטרוכימיים רציפה (EIS) (פוטנציאל לקזז 0 V, משרעת 10 mV, הרץ 10-100,000 טווח תדרים) וvoltammetry המחזורית (מחזור 1, טווח פוטנציאל 0.8 ל-0.8 V, קצב סריקת 100 mV / sec) בכל האלקטרודות. אלקטרודות שלא נבדקו נשמרות בפוטנציאל במעגל פתוח וזמן שקט של 1 שניות משמש בין כל בדיקה. כל 32 אלקטרודות נמצאות בקשר עם הפתרון לפגישת בדיקות המלאה של 1 שעה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את מערך אלקטרודות מפתרון הבדיקות ולשטוף בעדינות עם מים deionized. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לבצע כל ניתוח אחר רצוי כגון מיקרוסקופיה אופטית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בדיקות חנות במכל מגן יבש כדי למנוע נזק והשפלה של משטחי האלקטרודה. </li></ol> 2. השתלת האלקטרודה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לשקול את החולדה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הזרק urethane (20% w / v במים מזוקקים, 1.3 גרם / ip קילוגרם) עבור ההרדמה nonrecovery. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ודא תחילת הרדמה על ידי בדיקת רפלקס נסיגת קמצוץ הבוהן. אם ההרדמה לא מספיק, מנות משלימות של urethane צריכה להינתן (IP 0.3 גר &#39;/ קילוגרם). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> החל סיכה העין, ולאחר מכן לגלח את ראשimal. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את החיה במצב נוטה על צלחת homeothermic והכנס בדיקה רקטלית (37.5 מעלות צלזיוס). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הנח אוזן בר אחד לעמדתו הסופית הצפויה כ בתוך המסגרת stereotaxic, ולאחר מכן להתאים את בעלי החיים כדי למקם את האוזן בר בmeatus אקוסטית החיצוני. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יישר את בר האוזן השני לתוך meatus אקוסטית החיצוני הנגדי. Shift בעלי החיים בברים האוזן כדי להתיישר עם בעל השן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בעזרת מלקחיים עכברוש שיניים, לפתוח את הלסת של החיה, להתחבר החותכות העליונות מעל בעל השן ומהדק את האף במקום. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יצירת חתך בעור של הראש, כ 1 מ&quot;מ בצד הימין של קו האמצע וממקורי 10 מ&quot;מ ל10 הזנב מ&quot;מ של למבדה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחזור בו העור ושריר רוחבי מהחתך כדי לחשוף את הקודקודית ועצמות interparietal שימוש 20% פתרון מי חמצן ופד גזה, לשפשף את פני השטח של העצם החשוף. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לקדוח חור כ3 מ&quot;מ 2 בעצמות interparietal קרובות למבדה וקו האמצע ככל האפשר וניתקתי את תקע העצם. שימוש בתמיסת מלח סטרילית, שטוף את החור כדי להסיר כל אבק עצם או שברים שעלולות לפגוע באלקטרודה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> באמצעות מספריים קהה קהים, לנתח מתחת לעורף וליצור חלל. לעטוף את חוט Ag / AgCl בצמר גפן, להרוות אותו עם מלח ולאחר מכן להכניס את האלקטרודה ההתייחסות לתוך החלל. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עושה חתך במאטר הדורה במישור הסגיטלי באמצעות קצה מחט. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צרף את מערך אלקטרודות למניפולטור האלקטרודה ולהתאים את עמדתה על הפתיחה עם זווית rostro-הזנב 19 °. באופן ידני להכניס את האלקטרודה כ -2 מ&quot;מ לתוך המוח לכיוון colliculus הנחותים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צרף את הרמקול לאוזן בר החלולה השמאל. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להבטיח את המגבר דולק. לאחר מכן ודא הרדמה חיה לפני איטום תא ההקלטה. </li></ol> 3.בבדיקת vivo <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לספק פרצי רעש לבנים, (רעש גאוס להפיץ, 1-44 kHz; זמן עליית נפילה 10 אלפיות שני) ולנטר את הפעילות בכל אלקטרודה. השיעור המרבי שבו פורץ צריך להיות מועברים הוא פרץ אחד כל 200 אלפיות שניים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שימוש בדיסק הקשיח הזעיר הממונע, כנס באיטיות את מערך אלקטרודות עד פעילות מונעת אקוסטית נרשמת על 3 אלקטרודות הדיסטלי ביותר בכל שוק (המספר והמיקום של פעילות הקלטת אלקטרודות עשויים להשתנות עם מיקום האלקטרודה או עיצוב אלקטרודה). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לבצע את פרוטוקול גירוי אקוסטי באמצעות 300 חזרות של 50 פרצי רעש לבן אלפיות (רעש גאוס להפיץ, 1-44 kHz; 10 זמן עליית נפילה אלפיות שני) עם שיעור החזרה שניות 1 ב70 dB, ולהקליט את פעילות multiunit בכל אלקטרודה ( 24.4 דגימת קילוהרץ קצב). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאט לאט להכניס את מערך אלקטרודות 200 μ מ &#39;נוסף אל תוך המעגל המשולב למצב את כל אלקטרודה בערך באותה העמדה כמו האלקטרודה דיסטלי יותר מהדואר עמדת רישום ראשוני. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על גירוי אקוסטי ופרוטוקול הקלטה עצבי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> המשך החדרת מערך אלקטרודות ב200 μ צעדים מ &#39;וביצוע גירוי אקוסטי ופרוטוקול הקלטה עצבי עד שכל האלקטרודות רשמו את פעילות מונעת אקוסטית מלפחות 3 עמדות (בדרך כלל 8-12 עמדות אלקטרודה כוללת). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחזור בו מערך אלקטרודות ב200 μ צעדים מ &#39;ולהמשיך בביצוע גירוי אקוסטי ופרוטוקול הקלטה עצבי עד עמדת מערך אלקטרודות הראשונית מושגת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחזור בו מערך אלקטרודות בקפידה באופן ידני. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הזרק מנת יתר של pentobarbitone נתרן (Lethobarb; 200 מ&quot;ג / קילוגרם ip) להרדימו. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לשטוף בעדינות את מערך האלקטרודה עם מים מזוקקים. לאחר מכן בדיקות חנות במכל מגן יבש כדי למנוע נזק והשפלה של משטחי האלקטרודה. </li></ol> 4. לאחר ההשתלה בvitro בדיקה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לשטוף בעדינות את מערך האלקטרודה עם מים מזוקקים כדי להסיר כל זיהום. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר את מערך אלקטרודות לpotentiostat. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הנח בזהירות את מערך אלקטרודות לפתרון הבדיקות ומהדקים למקומו. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הנח אלקטרודה נגדית רשת פלטינה ואלקטרודה השוואתית Ag / AgCl לפתרון הבדיקות ולהתחבר לpotentiostat. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> באמצעות potentiostat, לבצע ספקטרוסקופיה עכבה אלקטרוכימיים רציפה (EIS) (פוטנציאל לקזז 0 V, משרעת 10 mV, טווח תדרים 10-100,000 הרץ) וvoltammetry המחזורית (מחזור 1, טווח פוטנציאל 0.8 ל-0.8 V, קצב סריקה 100 mV / sec ) על כל האלקטרודות. אלקטרודות שלא נבדקו נשמרות בפוטנציאל במעגל פתוח וזמן שקט של 1 שניות משמש בין כל בדיקה. כל 32 אלקטרודות נמצאות בקשר עם הפתרון לפגישת בדיקות המלאה של 1 שעה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את מערך אלקטרודות מפתרון הבדיקות ולשטוף בעדינות עם מים deionized. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Pתחרה מערך אלקטרודה לתוך תמיסת ניקוי אנזימטי ל24 שעות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את מערך אלקטרודות מהפתרון ולשטוף עם מים מזוקקים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר את מערך אלקטרודות לpotentiostat. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הנח בזהירות את מערך אלקטרודות לפתרון הבדיקות ומהדקים למקומו. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הנח אלקטרודה נגדית רשת פלטינה ואלקטרודה השוואתית Ag / AgCl לפתרון הבדיקות ולהתחבר לpotentiostat. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> באמצעות potentiostat, לבצע ספקטרוסקופיה עכבה אלקטרוכימיים רציפה (EIS) (פוטנציאל לקזז 0 V, משרעת 10 mV, טווח תדרים 10-100,000 הרץ) וvoltammetry המחזורית (מחזור 1, טווח פוטנציאל 0.8 ל-0.8 V, קצב סריקה 100 mV / sec ) על כל האלקטרודות. אלקטרודות שלא נבדקו נשמרות בפוטנציאל במעגל פתוח וזמן שקט של 1 שניות משמש בין כל בדיקה. כל 32 אלקטרודות נמצאות בקשר עם הפתרון לפגישת בדיקות המלאה של 1 שעה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את מערך אלקטרודות מפתרון הבדיקות ולשטוף בעדינות עם מים deionized. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בדיקות חנות במכל מגן יבש כדי למנוע נזק והשפלה של משטחי האלקטרודה. </li></ol>

<ol><li>Oluigbo, C. O., Rezai, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Addressing+Neurological+Disorders+With+Neuromodulation%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans.+Biomed.+Eng%22%5BJournal%5D)">Addressing Neurological Disorders With Neuromodulation.</a> IEEE Trans. Biomed. Eng. 58, 1907-1917 (2011).</li>
<li>Shivdasani, M. N., Mauger, S. J., Rathbone, G. D., Paolini, A. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Inferior+Colliculus+Responses+to+Multichannel+Microstimulation+of+the+Ventral+Cochlear+Nucleus%3A+Implications+for+Auditory+Brain+Stem+Implants%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Inferior Colliculus Responses to Multichannel Microstimulation of the Ventral Cochlear Nucleus: Implications for Auditory Brain Stem Implants.</a> J. Neurophysiol. 99, 1-13 (2008).</li>
<li>Perlmutter, J. S., Mink, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Deep+Brain+Stimulation%5BTitle%5D)+AND+%22Ann.+Rev.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Deep Brain Stimulation.</a> Ann. Rev. Neurosci. 29, 229 (2006).</li>
<li>Weaver, F. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bilateral+Deep+Brain+Stimulation+vs+Best+Medical+Therapy+for+Patients+With+Advanced+Parkinson+Disease%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Med.+Assoc%22%5BJournal%5D)">Bilateral Deep Brain Stimulation vs Best Medical Therapy for Patients With Advanced Parkinson Disease.</a> J. Am. Med. Assoc. 301, 63-73 (2009).</li>
<li>Biran, R., Martin, D. C., Tresco, P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neuronal+cell+loss+accompanies+the+brain+tissue+response+to+chronically+implanted+silicon+microelectrode+arrays%5BTitle%5D)+AND+%22Exp.+Neurol%22%5BJournal%5D)">Neuronal cell loss accompanies the brain tissue response to chronically implanted silicon microelectrode arrays.</a> Exp. Neurol. 195, 115-126 (2005).</li>
<li>McConnell, G. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Implanted+neural+electrodes+cause+chronic%2C+local+inflammation+that+is+correlated+with+local+neurodegeneration%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neural+Eng%22%5BJournal%5D)">Implanted neural electrodes cause chronic, local inflammation that is correlated with local neurodegeneration.</a> J. Neural Eng. 6, (2009).</li>
<li>Liu, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stability+of+the+interface+between+neural+tissue+and+chronically+implanted+intracortical+microelectrodes%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans.+Rehab.+Eng%22%5BJournal%5D)">Stability of the interface between neural tissue and chronically implanted intracortical microelectrodes.</a> IEEE Trans. Rehab. Eng. 7, 315-326 (1999).</li>
<li>Rousche, P. J., Normann, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chronic+recording+capability+of+the+Utah+Intracortical+Electrode+Array+in+cat+sensory+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci.+Methods%22%5BJournal%5D)">Chronic recording capability of the Utah Intracortical Electrode Array in cat sensory cortex.</a> J. Neurosci. Methods. 82, 1-15 (1998).</li>
<li>Williams, J. C., Rennaker, R. L., Kipke, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Long-term+neural+recording+characteristics+of+wire+microelectrode+arrays+implanted+in+cerebral+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Res.+Protoc%22%5BJournal%5D)">Long-term neural recording characteristics of wire microelectrode arrays implanted in cerebral cortex.</a> Brain Res. Protoc. 4, 303-313 (1999).</li>
<li>Harris, A. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Conducting+polymer+coated+neural+recording+electrodes%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neural+Eng%22%5BJournal%5D)">Conducting polymer coated neural recording electrodes.</a> J. Neural Eng. 10, (2013).</li>
<li>Bard, A. J., Faulkner, L. R. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBard%2C+AJ+%22Electrochemical+Methods%22">Electrochemical Methods</a>. , Wiley. (2001).</li>
<li>Ludwig, K. A., Uram, J. D., Yang, J., Martin, D. C., Kipke, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chronic+neural+recordings+using+silicon+microelectrode+arrays+electrochemically+deposited+with+a+poly%283%2C4-ethylenedioxythiophene%29+%28PEDOT%29+film%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neural+Eng%22%5BJournal%5D)">Chronic neural recordings using silicon microelectrode arrays electrochemically deposited with a poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) film.</a> J. Neural Eng. 3, 59 (2006).</li>
</ol>

פרוטוקול זה מספק שיטה להשוואה בין ציפוי האלקטרודה הקלטה עצבי בתוך חיה אחת. עיצוב אלקטרודה המשמש הוא אידיאלי להשתלה לתוך colliculus נחותים עכברוש (IC), עם ממדים של קנה מידה דומה. וריאציות של אלקטרודה זו כגון מקום רב יותר בין שאנקס ימנעו כל אנקס להיות בחולדה IC באותו הזמן, בעוד שאנקס יותר ומגרש גדול יותר בין האלקטרודות להגביר את הסיכון ששוק הטיפים יבואו במגע עם בסיס הגולגולת במהלך כניסה. המגרש האלקטרודה קטן יותר מגדיל את הסיכון לציפוי מהאחד אלקטרודה פנייה האלקטרודה סמוכה. אזור האלקט...

שתלים עצביים נמצאים בשימוש יותר ויותר למחקר, שליטה תותבות וטיפול בהפרעות כגון מחלת פרקינסון, אפילפסיה, ו1,2 אובדן חושים. מדידה ו / או שליטה הן כימית והרכב חשמלי של המוח היא הבסיס לכל שתלים העצביים. עם זאת, חשוב לנהל את טיפול רק כאשר הרקמה העצבית נמצאת במצב החריג כדי להפחית את תופעות הלוואי 3. לדוגמא, לגירוי מוחי עמוק לטיפול באפילפסיה צריך לחול רק פולס חשמלי למוח במהלך התקף. תופעות לוואי מסוימים עשויות להיות דיסטוניה, אובדן הזיכרון, בלבול, תפקוד הקוגניטיבי לקוי, הזיות מושרה, דיכאון או אנטי הדיכאון 3,4. במכשירים רבים, מערכת לולאה סגורה לכן יש צורך להקליט את הפעילות חשמלית וכדי לעורר גירוי כאשר מדינה נורמלית הוא זוהה. אלקטרודות הקלטה משמשות גם כדי לשלוט בפרומכשירי sthetic. זה קריטי כדי להקליט את הפעילות העצבית היעד עם היחס הגבוה ביותר אפשרי אות לרעש כדי להשיג מפעילה מדויק ביותר ובקרה של התקן. יחס אות לרעש גדול הוא גם רצוי מאוד עבור יישומי מחקר, כפי שניתן לקבל נתונים אמינים יותר, וכתוצאה מנבדקים נדרשו פחות. זה גם יאפשר הבנה טובה יותר של המנגנונים ומסלולים מעורבים בגירוי והקלטה עצביים. לאחר שתל עצבי הושם לתוך המוח, תגובה חיסונית מופעלת על 5,6. במהלך זמן התגובה מחולק בדרך כלל לשלבים אקוטיים וכרוניים, כל אחת בהיקף של תהליכים ביולוגיים שונים 7. התגובה החיסונית יכולה להיות השפעה דרמטית על הביצועים של השתל, כגון בידוד של אלקטרודות מהנוירונים היעד ידי אנקפסולציה בצלקת או השפלה כימית גליה של חומרי שתל 8.זה יכול להפחית את יחס אות לרעש של האלקטרודה הקלטה ותפוקת החשמל של האלקטרודה מגרה, ולהוביל לאלקטרודה כישלון 9. בחירה קפדנית של עיצוב שתל וחומרים נחוץ כדי למנוע כישלון לאורך חיי השתל. רבים חומרים שונים ועיצובים שתל פותחו לאחרונה כדי לשפר את יחס אות לרעש ויציבות שתל להקלטה עצבית. חומרי אלקטרודה כללו פלטינה, אירידיום, טונגסטן, תחמוצת אירידיום, תחמוצת טנטלום, גרפן, צינורות פחמן, מסוממים פולימרים מוליכים, ולאחרונה הידרוג. חומרי מצע שנבדקו כוללים גם סיליקון, תחמוצת סיליקון, סיליקון ניטריד, משי, טפלון, polyimide, וסיליקון. שינויי אלקטרודה שונים גם נחקרו, תוך שימוש בציפויים כגון laminin, neurotrophins, או monolayers עצמי התאספו וטיפולים באמצעות אלקטרוכימיים, פלזמה ושיטות אופטיות. עיצוב שתלים יכול להיות 1 -, 2 - או 3 ממדים עם אלקטרודות בדרך כלל בקצה של חללית בידוד או בשולי שוק חודר אלקטרודות או במערך 2 ממדים לשתלי משטח קליפת המוח. ללא קשר לעיצוב האלקטרודה או חומר, הספרות קודמת יש בדרך כלל הוכיחה את הביצועים של השתל החדש ללא התייחסות למבני שתל אחרים. זה מונע הערכה שיטתית של הנכסים שלהם. פרוטוקול זה מספק שיטה להשוואה בין חומרי אלקטרודה שונים באמצעות מגוון של שיטות אנליטיות ואלקטרו. הוא מבוסס על מאמר שפורסם לאחרונה אשר לעומת 4 מסוממים שונה ביצוע ציפוי פולימר (polypyrrole (PPy) ופולי-3 ,4-ethylenedioxythiophene (PEDOT) מסומם עם סולפט (SO 4) או sulfonate para-טולואן (נק &#39;)) ו -4 ציפוי שונה בעוביי 10. מאמר זה מצא חומר אחד, PEDOT-נק &#39;עם זמן בתצהיר 45 שניות,היה לי ספירת היחס וספייק הגבוהה ביותר אות לרעש עם רעש הרקע הקטן ביותר וכי הפרמטרים אלה היו תלויים בעכבת אלקטרודה. PEDOT-נק &#39;מוצג גם biostability החריף מעולה לעומת הפולימרים מסוממים ניהול האחרים ואלקטרודות אירידיום חשופות. הפרוטוקול מאפשר הפרמטרים הקריטיים שליטה יחס אות לרעש ויציבות שייקבע ומשמש כדי לשפר את הביצועים של האלקטרודות הקלטה עצביות נוסף.

<table><tbody><tr><td>מנחת הניתן לתכנות</td><td>TDT</td><td>PA5</td><td>שולט במשרעת האות האקוסטי על פני תדרים</td></tr><tr><td>דרייבר רמקול אלקטרוסטטי</td><td>TDT</td><td>ED1</td><td>מניע את הרמקולים האלקטרוסטטיים (EC1)</td></tr> <tr><td>רמקול אלקטרוסטטי מצומד</td><td>TDT</td><td>EC1</td><td>מספק צליל לבעל החיים</td></tr><tr><td>תחנת בסיס עיבוד</td><td>TDT</td><td>RZ2</td><td>מתעד פעילות עצבית ממערך אלקטרודות (באמצעות מגבר PZ2)</td></tr> <tr><td>מגבר מקדים</td><td>TDT</td><td>PZ2-256</td><td>מגבר קדם עכבה גבוהה 256 ערוצים</td></tr><tr><td>מעבד רב תכליתי</td><td>TDT</td><td>RX6</td><td>משמש ליצירת גירויים אקוסטיים</td></tr><tr><td>אלקטרודה רב-ערוצית</td><td>NeuroNexus Technologies</td><td>A4 וזמנים; 8&ndash; 5 מ"מ-200-200-413</td><td>מערך אלקטרודות 4 שוק 32 ערוצים</td></tr><tr><td>פוטנציוסטט</td><td>CH מכשירים</td><td>CHI660B</td><td>מפקיד ציפויי אלקטרודות ומבצע וולטמטריה מחזורית ו-EIS (בשימוש עם CHI684)</td></tr> <tr><td>Multiplexer</td><td>CH Instruments</td><td>CHI684</td><td>עובר בין אלקטרודות על הפוטנציוסטט</td></tr><tr><td>דיסודיום פוספט</td><td>Fluka</td><td>71644</td><td>משמש בתמיסת הבדיקה</td></tr><tr><td>3,4- Ethylenedioxythiophene (EDOT)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>483028</td><td>חומר ציפוי אלקטרודה</td></tr><tr><td>פרה-טולואן סולפונאט (Na2pTS)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>152536</td><td>חומר ציפוי אלקטרודה</td></tr><tr><td>Urethane</td><td>Sigma Aldrich</td><td>U2500</td><td>המשמש להרדמת החיה</td></tr><tr><td>אלקטרודה כסף/כסף כלוריד</td> CH <td>Instruments</td><td>CHI111</td><td>משמש לבדיקת האלקטרודה in vitro</td></tr><tr><td>Platinum Appliance</td><td>CH</td><td>Instruments MW4130</td><td>משמש לבדיקת האלקטרודה in vitro</td></tr><tr><td>Motorized microdrive</td><td>Sutter Instruments</td><td>DR1000</td><td>כדי לשלוט במיקום מערך האלקטרודות במהלך הניתוח</td></tr><tr><td>מנקה אנזימטי</td><td>אופטיקה רפואית מתקדמת</td><td>Ultrazyme</td><td>מנקה את החלבון ממערך האלקטרודות לאחר ההשתלה</td></tr><tr><td>מארז אקוסטי</td><td>TMC Ametek</td><td>83-501</td><td>מבודד את החיה מרעש אקוסטי וחשמלי</td></tr><tr><td>מסגרת סטריאוטקסית</td><td>David Kopf Instruments</td><td>1430</td><td>מאבטח וממקם את החיה</td></tr><tr><td>בקר טמפרטורה</td><td>World Precision Instruments</td><td>ATC1000</td><td>שולט בטמפרטורת החיה</td></tr><tr><td>מקדחת עצם</td><td>KaVo Dental</td><td>K5Plus</td><td>משמש לביצוע כריתת הקרניקטומיה</td></tr><tr><td>Aspirator</td><td>Flaem</td><td>Suction pro</td><td>משמש לביצוע כריתת הקרניקטומיה</td></tr></tbody></table>

שיטה לאלקטרוכימי שיטתי ואלקטרו הערכה של אלקטרודות הקלטה עצביות

A Method for Systematic Electrochemical and Electrophysiological Evaluation of Neural Recording Electrodes

חומרים ועיצובים לשתלים עצביים חדשים הם בדרך כלל נבדקו בנפרד, עם הפגנה של ביצועים, אך ללא התייחסות למאפייני שתל אחרים. זה מונע בחירה רציונלית של שתל מסוים כאופטימלי עבור יישום מסוים והפיתוח של חומרים חדשים המבוססים על הפרמטרים של ביצועים הקריטיים ביותר. מאמר זה עוסק בפיתוח פרוטוקול במבחנה בבדיקת vivo של אלקטרודות הקלטה עצביות. פרמטרים מומלצים לבדיקות אלקטרו ואלקטרו מתועדים עם השלבים העיקריים ובעיות פוטנציאליות שנדונו. שיטה זו מבטלת או מצמצמת את ההשפעה של הרבה שגיאות שיטתיות הווה בin vivo פרדיגמות בדיקות פשוטות יותר, וריאציות במיוחד במרחק אלקטרודה / נוירון ובין מודלים של בעלי החיים. התוצאה היא מתאם חזק בין קריטי במבחנה בתגובות vivo, כגון עכבה וsiיחס gnal לרעש. פרוטוקול זה יכול בקלות להיות מותאם לבדיקת חומרי האלקטרודה אחרים ועיצובים. ניתן להרחיב במבחנה הטכניקות לכל שיטה הרסנית אחרת כדי לקבוע מדדי ביצוע חשובים נוסף. העקרונות המשמשים לגישה הניתוחית במסלול השמיעה יכולים גם להיות שונה כדי אזורים עצביים אחרים או רקמה.

מערך אלקטרודות טיפוסי המשמש לפרוטוקול ניסוי זה מוצג באיור 1. ישנן 32 אלקטרודות אירידיום ב -4 באנקס עם 413 μ מ &#39;2 באזור גיאומטרי נומינלי ומגרש μ מ&#39; 200. כל אלקטרודה שנייה על המערך כבר מצופה באחת מארבעה ציפוי האלקטרודה שונה, שכותרתו 1-4. חומרי הציפוי כבר נבחרו בקפידה על התכונות כימיות, מכאניות ואלקטרו. כפי שהוזכר קודם לכן 10, פעמים בתצהיר מוגברות תגדיל את שטח האלקטרודה ועובי ציפוי, ואילו גדולים יותר להחיל נוכחית או פוט...

ציפוי האלקטרודה שונה משפיע על ביצועי הקלטה עצביים דרך שינויים במאפיינים אלקטרוכימיים, כימיים ומכאניים. השוואה של אלקטרודות במבחנה היא פשוטה יחסית, עם זאת השוואה של תגובת in vivo היא מסובכת בדרך כלל על ידי שינויים במרחק אלקטרודה / נוירון ובין בעלי החיים. מאמר זה מספק שיטה חזקה כדי להשוות אלקטרודות הקלטה עצביות.

New materials and designs for neural implants are typically tested separately, with a demonstration of performance but without reference to other implant ...

המטרה הכללית של הליך זה היא לקבוע באופן מהימן את האלקטרודה הטובה ביותר להקלטה עצבית אקוטית. דבר זה מושג תחילה על ידי שינוי של אלקטרודות חשופות, במקרה זה באמצעות שיקוע של פולימרים מוליכים אורגניים. השלב השני הוא בחינת התכונות של הציפויים in vitro.בשלב הבא, האלקטרודות מוחדרות למודל חולדה לצורך הקלטה עצבית אקוטית. השלב הסופי הוא בדיקה חוזרת של האלקטרודות in vitro כדי לקבוע את היציבות הביולוגית שלהן. לבסוף, נעשה שימוש בהשוואה בין אלקטרודות שונות באמצעות מגוון טכניקות אנליטיות, כולל אלקטרופיזיולוגיה ואלקטרוכימיה, כדי לקבוע תכונות כימיות ופיזיקליות מרכזיות של שתלים עצביים.שיטה זו יכולה לסייע במתן מענה לשאלות מפתח בפיתוח ממשקי מוח-מכונה חדשים, כגון אילו תכונות מפתח של האלקטרודות יכולות לשפר את יחס אות לרעש ואת היציבות הביולוגית. סיים ומורגן יסייעו לי בביצוע הליך זה. התחילו את הפרוצדורה על ידי הרדמת חולדה באמצעות הזרקה IP של urethane.ודאו את תחילת ההרדמה על ידי בדיקת רפלקס נסיגה לצביטה בבהו (toe pinch withdrawal reflex). אם ההרדמה אינה מספקת, יש להעניק מנות משלימות של urethane. לאחר מכן, גלחו את ראשו של החולדה.הנח את בעל החיים במצב שכיבה על הבטן (prone) על פלטת חימום תרמוסטטית. לאחר מכן, הכנס גשש רקטלי כדי לשמור על טמפרטורת הפלטה ב-37.5 °C. לאחר מכן, הכנס מוט אוזן אחד למיקום הסופי הצפוי בתוך המסגרת הסטריאוטקסיים, וכוונן את בעל החיים כדי למקם את מוט האוזן בתעלת השמיעה החיצונית.לאחר מכן, יישרו את מוט האוזן השני והכניסו אותו לתעלת האוזן החיצונית בצד הנגדי. לאחר מכן, מקמו את בעל החיים כך שמוטות האוזניים יהיו מיושרים עם מחזיק השיניים. פתחו את לסתו של בעל החיים באמצעות פינצטה לשיני חולדה.העבירו את השיניים החותכות העליונות מעל מחזיק השיניים וקבעו את האף במקומו באמצעות תפסן. לאחר מכן, בצעו חתך בעור הראש במרחק של כ-1 מילימטר מימין לקו האמצע, ובמרחק של 10 מילימטרים רוסטרלית עד 10 מילימטרים קודאל ל-Lambda. הרחיקו את העור והשריר לצדדים מהחתך.כדי לחשוף את העצמות הפריאטליות (parietal) והאינטר-פריאטליות (inter parietal), קרצפו את פני העצם החשופה באמצעות תמיסת מי חמצן (hydrogen peroxide) בריכוז 20% ופד גזה תחת המיקרוסקופ. קדחו חור בשטח של כ-3 מילימטרים רבועים בעצם האינטר-פריאטלית, קרוב ככל האפשר ל-Lambda ולקו האמצע. שטפו את החור בתמיסת סליין סטרילית כדי להסיר שאריות עצם, אבק או רסיסים העלולים לפגוע באלקטרודה.לאחר מכן, בצעו דיסקציה מתחת לעורף באמצעות המספריים הקהים. כדי ליצור חלל, עטפו תיל כסף-כלור-כסף (silver, silver chloride) בצמר גפן והספיגו אותו בתמיסת סלין. לאחר מכן, הכניסו את אלקטרודת הייחוס אל תוך החלל.לאחר מכן, בצעו חתך בקרומי המוח (dura mater) במישור הסגיטלי. בעזרת קצה של מחט, חברו את מערך האלקטרודות למניפולטור של האלקטרודות. לאחר מכן, כווננו את מיקומו מעל הפתח בזווית Ros coddle של 19 מעלות.החדר ידנית את האלקטרודה למרחק של כשני מילימטרים לתוך המוח לכיוון ה-inferior colus. לאחר מכן, חבר את הרמקול למוט האוזן החלול השמאלי. ודא שהמגבר דלוק.לאחר מכן, סגרו את דלת תא ההקלטה. כעת הגישו פרצי רעש לבן. הקצב המקסימלי שבו יש להגיש את הפרצים הוא פרץ אחד כל 200 milliseconds.במקביל, נטר את הפעילות בכל אלקטרודה באמצעות ההנעה המיקרוסקופית הממוטרת. הכנס לאט את מערך האלקטרודות עד להקלטת פעילות המונעת אקוסטית בשלוש האלקטרודות הדיסטליות ביותר בכל זרוע. לאחר מכן, בצע את פרוטוקול הגירוי האקוסטי הכולל 300 חזרות של פרצי רעש לבן באורך 50 millisecond בקצב חזרה של second אחד בעוצמה של 70 decibels, והקלט את פעילות הרב-יחידה (multi-unit activity) בכל אלקטרודה בקצב דגימה של 24.4 kilohertz.הכנסו לאט את מערך האלקטרודות ל-200 מיקרון נוספים אל תוך ה-inferior colliculus, כדי למקם כל אלקטרודה במיקום דומה בקירוב למיקומה של האלקטרודה הדיסטלית יותר ממיקום ההקלטה הראשוני. לאחר מכן, חזרו על פרוטוקול הגירוי האקוסטי וההקלטה העצבית. המשיכו להכניס את מערך האלקטרודות בצעדים של מאה מיקרון ובצעו את פרוטוקול הגירוי האקוסטי וההקלטה העצבית, עד שכל האלקטרודות הקליטו פעילות מושראת-אקוסטית מלפחות שלושה מיקומים.לאחר מכן, החשב את מערך האלקטרודות בצעדים של 200 micron והמשך בביצוע הפרוטוקול של הגירוי האקוסטי וההקלטה העצבית עד להגעה למיקום הראשוני של מערך האלקטרודות. לאחר מכן, החשב את מערך האלקטרודות בזהירות באופן ידני. במהלך הליך זה, שטוף בעדינות את מערך האלקטרודות במים מזוקקים כדי להסיר זיהומים.לאחר מכן, חברו את מערך האלקטרודות לפוטנציוסטט (potential stat). הניחו בזהירות את מערך האלקטרודות לתוך תמיסת הבדיקה וקבעו אותם במקומם באמצעות תסמין. לבסוף, חברו את אלקטרודת העזר ואת אלקטרודת הייחוס לפוטנציוסטט.בצעו ספקטרוסקופיית עכבה אלקטרוכימית (EIS) ומדידות וולטמטריה מחזורית באופן רצף על כל האלקטרודות. בין כל בדיקה תושמע השהיה של שנייה אחת. כל 32 האלקטרודות נמצאות במגע עם התמיסה לאורך כל סשן הבדיקה שנמשך שעה אחת.לאחר מכן, הוצא את מערך האלקטרודות מתמיסת הבדיקה ושטוף בעדינות במים דה-יוניים. הנח את מערך האלקטרודות בתמיסת ניקוי אנזימטית למשך 24 שעות. לאחר מכן, חזור על הפרוצדורות שוב לפני אחסון הפרובה במיכל הגנה יבש כדי למנוע נזק והתדרדרות של פני השטח של האלקטרודה.איור זה מציג את היסטוגרמת הזמן סביב הגירוי (peri stimulus time histogram) שנמדדה בכל אלקטרודה, ממוצעת על פני 300 חזרות ב-70 decibels, רעש לבן בעומקי החדרה של zero microns ו-800 microns ב-inferior colliculus. האלקטרודות המצופות מסומנות בכוכבית, ואיור זה מציג את נתוני הזרם (streaming data) שנמדדו בכל אלקטרודה עם פרצי רעש לבן של 70 decibel בעומקי החדרה של zero microns ו-800 microns ב-inferior colliculus. האלקטרודות המקודדות מסומנות בכוכבית.יחס אות לרעש במהלך ההחדרה והנסיגה של מערך האלקטרודות אל ה-inferior colliculus מוצג כאן. 70 דציבלים. רעש לבן באלקטרודה מייצגת שאינה מצופה מסומן בקו מקווקו, והאלקטרודה המצופה בפולימר מוליך מסומנת בקו רציף; מוצגות כאן רמות לחץ קול שונות של 40 עד 70 דציבלים על פולימר מוליך מצופה בעקבות פרוטוקול זה.ניתן ליישם שיטות אחרות, כגון ספקטרוסקופיית פוטואלקטרונים בקרני X וספקטרומטריית מסות, כדי להבין את סוגי החלבונים השונים שנספחים לפני השטח של אלקטרודה וכיצד החומרים השונים עשויים להשפיע על כך.

a-method-for-systematic-electrochemical-electrophysiological

Research

JoVE Journal

Neuroscience

מדעי המוח

נושא מהותי להבנת המעגלים קליפת המוח היא כיצד רשתות בשכבות קורטיקליים שונים לקודד מידע חושי. כאן אנו מתארים טכניקות אלקטרו ניצול רב מגע אלקטרודות למינרית להקליט יחיד יחידות הפוטנציאלים בשדה המקומי ומנתח הנוכחי לזהות שכבות בקליפת המוח.

בחינת עיבוד הרשת המקומית באמצעות מגע Multi-אלקטרודה למינרית הקלטה

ממשק האלקטרודה, רקמות של אלקטרודות הקלטה עצביים ניתן לאפיין עם ספקטרוסקופית עכבה חשמלית (EIS) ו voltammetry מחזורית (CV). יישום יכולת הקלטה מתח הטיית שינויים במאפייני אלקטרוכימיים של ממשק אלקטרודה-רקמות והוא יכול להשתפר. מתח הטיית, EIS, קורות חיים, הקלטות עצביים משלימים.

הטיית מתח, Voltammetry מחזורי, &amp; ספקטרוסקופיה חשמל התנגדות עבור ממשקי עצביות

הסרטון מדגים כיצד להשתמש במערך מיקרואלקטרודות (MEA) כדי להקליט את הפעילות האלקטרופיזיולוגית של תאי עצב שמקורם בתאי גזע פלוריפוטנטיים המושרים על ידי בני אדם (hiPSCs). פעילות אלקטרופיזיולוגית מ-MEA רב-באר המכיל תרבית משותפת של נוירון-אסטרוציטים נרשמת כדי לזהות פוטנציאלי פעולה מתאי עצב מרובים ברשת, מה שמאשר את ההתמיינות המוצלחת של hiPSCs לנוירונים.

מדידת הפעילות האלקטרופיזיולוגית של רשתות נוירונים באמצעות מערכי מיקרו-אלקטרודות

סרטון זה מדגים פרוטוקול להשתלת אלקטרוקורטיקוגרפיות בקליפת המוח של העכבר כדי להקליט אותות חשמליים בתגובה לווירוסים הקשורים באדנו המכוונים לביטוי קופילין ומבצעים בו מניפולציה.

השתלת אלקטרודות בקליפת המוח של העכבר לצורך הקלטות אלקטרוקורטיקוגרפיות

סרטון זה מדגים טכניקה להשתלת מכלול אלקטרודות במוח עכבר. ההרכבה מכילה אלקטרודות דו-קוטביות לרישום פעילות מההיפוקמפוס ואלקטרודת ייחוס לקבלת פעילות בסיסית מהמוח הקטן. עכבר מורדם מונח על מסגרת סטריאוטקסית, ומכלול האלקטרודות מושתל באזור מוח המטרה. לאחר מכן מאפשרים לבעל החיים להתאושש לפני ביצוע הקלטה אלקטרופיזיולוגית.

השתלת מכלול אלקטרודות במוח עכבר לצורך רישום אלקטרופיזיולוגי

סרטון זה מדגים את התהליך של רישום פעילות עצבית קליפתית ותת-קורטיקלית באמצעות אלקטרואנצפלוגרפיה (EEG) ואלקטרודות גירוי מוחי עמוק (DBS) במהלך מבחן גירוי חזותי מבוסס קשב.

רישום פעילות עצבית קורטיקלית ותת-קורטיקלית באמצעות מערכות אלקטרודות

הליך זה מבצע ארוך שנמשכות in vivo הקלטות תאיות מתא עצב אחד במצבי מוח רלוונטיים מבחינה פיזיולוגית ואחרי ביטול מוחלט של פעילות חשמלית מתמשכת, וכתוצאה מכך במצב מוח איזואלקטרית. הקבועים הפיסיולוגיים של החיה מנוטרות בקפידה במהלך המעבר למצב בתרדמת המלאכותי.

אינדוקציה של מדינת איזואלקטרית מוח כדי לחקור את ההשפעה של פעילות סינפטית אנדוגני על העצבית רגישה<em&gt; In vivo</em

אנו מציגים פרוטוקול לתרבית נוירונים של גנגליון ספירלי עכברי ראשוני על מערכי אלקטרודות מרובים כדי לחקור פרופילי תגובה עצבית ולייעל את פרמטרי הגירוי. מחקרים כאלה נועדו לשפר את ממשק הנוירו-אלקטרודה של שתלי שבלול כדי להועיל לשמיעה אצל מטופלים כמו גם לצריכת האנרגיה של המכשיר.

ספירלת גנגליון Neuron explant תרבות Electrophysiology על מערכי אלקטרודה רבות

במחקר זה, מתודולוגיה מוצג על איך לבצע באתר מרובה in vivo הקלטות אלקטרו מכיון hyperdirect תחת הרדמה urethane.

חַד<em&gt; בויבו</em&gt; הקלטות אלקטרו של הפוטנציאל שדה מקומי פעילות מרובת יחידות מן מסלול Hyperdirect ב חולדות הרדמה

מטרתנו הייתה לספק מדריך מעודכן וקל למעקב על ייצור ובדיקה של אלקטרודות אלקטרומיוגרפיה אפימיסיאליות. לשם כך, אנו מספקים הוראות למיקור חומרים והדרכה מפורטת של תהליך הייצור והבדיקה.

פיתוח אלקטרודת אלקטרומיוגרפיה אפימיסיאלית בעלות נמוכה: זרימת עבודה פשוטה לייצור ובדיקה

פיתחנו גישה פשוטה וחסכונית לייצור אלקטרודות וערכנו הקלטות של אותות באזורים מרובים בעכברים הנעים בחופשיות. שימוש באופטוגנטיקה, לצד אלקטרופיזיולוגיה רב-אזורית ורישום אותות סידן, איפשר גילוי של פעילויות עצביות באזורים שונים במודל הצתת ההתקפים.

שיטה משולבת ליצירת אופטרודים אלקטרופיזיולוגיים גמישים ונוחים להקלטה רב-אזורית in vivo

למדו שיטה לאלקטרוכימי שיטתי להערכת אלקטרודות הקלטה עצביות בדגם עכברוש. השיטה משלבת ציפוי פולימרים מוליכים, בדיקות in vitro ובייצוב ביולוגי לפיתוח שתלים עצביים משופרים.

שיטה לאלקטרוכימי שיטתי ואלקטרו הערכה של אלקטרודות הקלטה עצביות

גלה סרטונים נוספים