神経電位電極の体系的電気化学的および電気生理学的評価方法

この手順の全体的な目標は、急性神経記録に最適な電極を確実に決定することです。これは、まず、この場合、有機導電性ポリマーの堆積によって裸電極を改質することによって達成されます。2番目のステップは、コーティングのinvitro特性をテストすることです。

次に、電極をラット動物モデルに配置して、急性神経記録を行います。最後のステップは、電極をin vitroで再試験して、電極の生物学的安定性を判断することです。最終的には、電気生理学や電気化学などのさまざまな分析技術によるさまざまな電極の比較を使用して、神経インプラントの主要な化学的および物理的特性を決定します。

この手法は、新しいブレイン・マシン・インターフェースの開発における重要な疑問、例えば、シグナル・ノイズ比や生体安定性に対するINQを改善できる主要な電極特性など、その答えを出すのに役立ちます。サイムとモーガンがこの手続きを手伝ってくれます。この手順は、ウレタンのIP注射によってラットに麻酔をかけることから始めます。

つま先をつまむ離脱反射をテストすることにより、麻酔の開始を確認します。麻酔が十分でない場合は、ウレタンの補助用量を投与する必要があります。.次に、ネズミの頭を剃ります。

ホメオテーマプレートの上で腹臥位に置きます。次に、ホメオテーマプレートを摂氏37.5度に維持するために直腸プローブを挿入します。その後、1つのイヤーバーを脳定位固定装置フレーム内のほぼ予想される最終位置に置き、動物を調整して、イヤーバーを外部音響音響に配置するようにします。

次に、2番目のイヤーバーを位置合わせし、反対側の外部音響有糸分裂に配置します。その後、イヤーバーを歯のホルダーに合わせるために動物を配置します。ラットの歯の鉗子のペアで動物の顎を開きます。

上顎切歯を歯ホルダーに引っ掛け、鼻を所定の位置に固定します。次に、正中線の右側約1ミリメートル、吻側10ミリメートルから10ミリメートルまで、頭の皮膚を切開します。ラムダのコドルは、切開部から皮膚と筋肉を横方向に引っ込めます。

頭頂骨と頭頂骨間骨を露出させるには、顕微鏡下で露出した骨の表面を20%過酸化水素溶液とガーゼパッドでこすります。頭頂間骨に約3平方ミリメートルの穴をあけ、ラムダと正中線にできるだけ近づけます。滅菌生理食塩水で穴を洗い流して、電極を損傷する可能性のある骨、ほこり、または破片を取り除きます。

その後、鈍い鈍いハサミで首筋の下を解剖します。空洞を作成するには、銀、銀の塩化物ワイヤーを脱脂綿で包み、生理食塩水で飽和させます。次に、参照電極をキャビティに挿入します。

その後、矢状面の硬膜を切開します。針の先端を使用して、電極アレイを電極マニピュレータに取り付けます。次に、開口部の位置を19度のRosコドル角度で調整します。

電極を脳に約2ミリメートル、下絨毛に向かって手動で挿入します。次に、スピーカーを左の中空イヤーバーに取り付けます。アンプがオンになっていることを確認します。

その後、録音室のドアを閉めてください。ホワイトノイズバーストを配信します。バーストを配信する最大レートは、200 ミリ秒ごとに 1 回のバーストです。

同時に、電動マイクロドライブを使用して各電極の活動を監視します。各シャンクの最も遠位にある3つの電極に音響駆動の活動が記録されるまで、電極アレイをゆっくりと挿入します。次に、50ミリ秒のホワイトノイズバーストを70デシベルで1秒の繰り返し率で300回繰り返し使用して音響刺激プロトコルを実行し、24.4キロヘルツのサンプリングレートで各電極でのマルチユニット活動を記録します。

電極アレイをさらに200ミクロンゆっくりと下丘に挿入し、各電極を最初の記録位置からより遠位の電極とほぼ同じ位置に配置します。次に、音響刺激と神経記録プロトコルを繰り返します。電極アレイを100ミクロンステップで挿入し続け、すべての電極が少なくとも3つの位置から音響駆動の活動を記録するまで、音響刺激および神経記録プロトコルを実行します。

その後、電極アレイを200ミクロンステップで後退させ、初期電極アレイ位置が達成されるまで音響刺激および神経記録プロトコルを実行し続けます。次に、電極アレイを手動で慎重に引っ込めます。この手順では、電極アレイを蒸留水で静かにすすぎ、汚染を取り除きます。

次に、電極アレイを電位統計に接続し、電極アレイを試験溶液に慎重に配置し、所定の位置にクランプします。次に、ポテンシャルスタットを使用して、カウンター電極と参照電極をポテンシャルスタットに接続します。

すべての電極でシーケンシャル電気化学インピーダンス分光法とサイクリックボリュームテレメトリーを実行します。各テストの間には 1 秒の静かな時間が使用されます。32個の電極すべてが溶液と接触し、1時間の完全なテストセッションが行われます。

その後、電極アレイを試験溶液から取り外し、脱イオン水でやさしくすすいでください。電極アレイを酵素洗浄液に24時間入れます。次に、電極表面の損傷や劣化を防ぐために、プローブを乾燥した保護容器に保管する前に、手順を再度繰り返します。

この図は、各電極で測定された刺激周囲時間ヒストグラムを、70デシベルで300回の繰り返し、0ミクロンでホワイトノイズ、および下丘の挿入深さ800ミクロンで平均したものです。コーティングされた電極はアスタリスクで示されており、この図は、下丘の0ミクロンと800ミクロンの挿入深さで70デシベルのホワイトノイズバーストで各電極で測定されたストリーミングデータを示しています。コード化された電極はアスタリスクで示されます。

ここでは、電極アレイを下丘に挿入および後退させる際の信号対雑音比を示しています。70デシベル。代表的なコーティングされていない電極でのホワイトノイズは破線で示され、導電性ポリマーコーティング電極はここに示されている実線で示され、導電性ポリマーコーティングされた導電性ポリマー上の40〜70デシベルの異なる音圧レベルは、このプロトコルに従っています。

X線、光電子分光法、質量分析などの他の方法を適用して、電極表面に吸収されるさまざまな種類のタンパク質と、さまざまな材料がこれらにどのように影響しているかを理解することができます。