Name: 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 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-03-03T22:15:00.000+00:00
Duration: 9 min 27 s
Description: 学ぶ神経電位電極の体系的評価法。有機導電性ポリマー被覆電極をラット急性記録に用い、電気化学・電気生理学的解析で特性を比較検討する。脳機械インターフェース開発に有用な手法です。

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

著者は、Electromaterials科学拠点のセンターを通じて、オーストラリア研究評議会の支援を認める。

プロトコルは、ラ·トローブ大学（09-28P）、RMIT大学動物倫理委員会（1315年）によって承認されている。 1。電極の調製と予備的in vitro試験 <ol><li>電極コーティング堆積溶液を調製し、例えば10 mMのは、3,4 -エチレンジオキシチオフェン（EDOT）および0.1 Mナトリウム、パラ -トルエンスルホン酸（ナトリウム2点）は、ポリ-3 -3,4 -エチレンジ-PTS（PEDOT-PTS）を形成する。 </li><li>ポテンショスタットに電極アレイを接続します。 </li><li>慎重に堆積溶液に電極アレイを配置し、所定の位置に固定します。 </li><li>堆積溶液中に白金メッシュ対向電極およびAg / AgCl参照電極を配置し、ポテンシオスタットに接続している。 </li><li>希望の電極上にポテンショスタット、預金コーティングを使用。堆積条件（電位、電流及び時間）は、所望のコーティングに依存して変化する。 PEDOT-PTSコーティングのため、適用されるポテ15、30、45、または60秒間のV 1 ntialが使用されている。アレイ上の4つの電極が互い違い（ 図1）でコーティングで被覆されるべきである。 </li><li>析出溶液から電極アレイを削除して、静かに、脱イオン水ですすいでください。 </li><li>必要に応じて他の材料とコーティング手順を繰り返します。 </li><li> インビトロ試験溶液（脱イオン水中0.3 M二リン酸ナトリウムせ（Na 2 HPO 4））を調製する。 </li><li>ポテンショスタットに電極アレイを接続します。 </li><li>慎重にテスト溶液中に電極アレイを配置し、所定の位置に固定します。 </li><li>試験溶液に白金メッシュ対向電極およびAg / AgCl参照電極を配置し、ポテンシオスタットに接続している。 </li><li>ポテンシオスタットを用いて、逐次電気化学的インピーダンス分光法（EIS）を行い、サイクリックボルタンメトリー（1サイクルは、電位範囲0（電位がV 0、振幅が10mV、周波数範囲10〜100,000 Hzのオフセット）0.8-0.8Vに、スキャン速度は100mV /全ての電極にSEC）。テストされていない電極は、開回路電位に保持され、1秒の静止時間を、各試験の間に使用される。すべての32の電極は、1時間の全試験セッションのための溶液と接触している。 </li><li>テスト溶液から電極アレイを削除して、静かに、脱イオン水ですすいでください。 </li><li>このような光学顕微鏡のような他の任意の所望の分析を行う。 </li><li>電極表面の損傷や劣化を防止するための乾燥防止の容器に保管してプローブ。 </li></ol> 2。電極注入<ol><li>ラットを秤量する。 </li><li> nonrecovery麻酔用ウレタン（20％W / V蒸留水に、1.3グラム/ kgのIP）を注入する。 </li><li>つま先のピンチ引っ込め反射のためにテストすることによって麻酔発症を確認してください。麻酔が十分でない場合、ウレタンの補助的な用量は、（は0.3g /腹腔内）投与すべきである。 </li><li>目の潤滑剤を塗布した後、ANの頭を剃る位側。 </li><li>恒温プレート上腹臥位で動物を置き、直腸プローブ（37.5°C）を挿入します。 </li><li>定位フレーム内で約予想される最終位置に1耳のバーを配置してから、外耳道にある耳のバーを配置するために動物を調整します。 </li><li>対側外耳内に第2の耳バーを合わせます。歯ホルダーと整合するように、耳バーで動物をシフト。 </li><li>ラット歯鉗子を使用して、動物の顎を開き、歯ホルダーの上に上顎をフックし、所定の位置に鼻をクランプします。 </li><li>正中線の右側に10ミリ吻側からラムダの10ミリメートルの尾側へ約1ミリメートル、頭部の皮膚の切開部を作成します。 </li><li> 20％過酸化水素溶液及びガーゼパッドを使用し、壁間の頭頂骨を露出させる切開部から横方向に皮膚および筋肉を引っ込め、露出した骨の表面をスクラブ。 </li><li>約穴を開ける3ミリメートルできるだけラムダや正中線に近い壁間の骨に2と骨プラグを取り外します。滅菌生理食塩水を使用して、電極に損傷を与える可能性のある骨のほこりや断片を除去するための穴をフラッシュします。 </li><li>ブラント鈍いはさみを使用して、首筋の下に解剖し、空洞を作成します。 、脱脂綿で銀/塩化銀ワイヤーをラップ生理食塩水で、それを飽和させた後、空洞の中に参照電極を挿入します。 </li><li>針の先端を使って矢状面上の硬膜の切開を行います。 </li><li>電極マニピュレータに電極アレイを取り付け、19℃の吻側 - 尾角の開口部にその位置を調整します。手動下丘に向かって脳に電極を約2ミリメートルを挿入します。 </li><li>左耳中空バーにスピーカーを取り付けます。 </li><li>アンプがオンになっていることを確認してください。その後、記録チャンバーを密閉する前に、動物の麻酔を確認します。 </li></ol> 3。in vivo試験 <ol><li>ホワイトノイズバースト、（ガウス分布雑音、1から44 kHzの、10ミリ秒立ち上がり立下り時間）を実現し、各電極でのアクティビティを監視します。バーストが配信されるべき最大レートは1バースト毎に200ミリ秒である。 </li><li>電動マイクロドライブを使用して、音響的に駆動する活動は、各シャンクに3最先端の電極上に記録されるまで、徐々に（活動の記録電極の数と位置は電極配置や電極設計と異なる場合があります）電極アレイを挿入します。 </li><li> 50ミリ秒ホワイトノイズバースト（ガウス分布雑音、1〜44 kHzの、10ミリ秒の立上り立下り時間）の300回繰り返し用いた音響刺激プロトコルを実行する70デシベルで1秒の繰り返し率を有する、および（各電極でのマルチユニット活動を記録する24.4 kHzのサンプリングレート）。 </li><li>ゆっくりと目からより遠位の電極とほぼ同じ位置に各電極を配置するためにICに電極アレイを別の200μmを挿入するE初期記録位置。 </li><li>音響刺激と神経記録プロトコルを繰り返します。 </li><li> 200μMステップで電極アレイを挿入し、すべての電極は、少なくとも3つの位置（全体的な一般的に8月12日の電極位置）から音響的に駆動アクティビティを記録したまでは音響刺激と神経記録プロトコルを実行し続ける。 </li><li> 200μmを段階的に電極アレイを後退させると、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の実行を継続。 </li><li>丁寧に手作業で電極アレイを撤回。 </li><li>動物を安楽死させるために、ペントバルビタールナトリウム（200 mg / kgのIP Lethobarb）の過剰摂取を注入する。 </li><li>優しく蒸留水で電極アレイをすすぐ。そして、電極表面の損傷や劣化を防止するために、乾燥保護容器内にプローブを保管してください。 </li></ol> 4。 VITにおける移植後ROのテスト<ol><li>穏やかに汚染を除去するために蒸留水で電極アレイをすすぐ。 </li><li>ポテンショスタットに電極アレイを接続します。 </li><li>慎重にテスト溶液中に電極アレイを配置し、所定の位置に固定します。 </li><li>試験溶液に白金メッシュ対向電極およびAg / AgCl参照電極を配置し、ポテンシオスタットに接続している。 </li><li>ポテンショスタットを使用して、連続的な電気化学インピーダンス分光法（EIS）を行う（可能性は振幅、0 Vオフセットは10mV、周波数範囲10〜100,000 Hz）とし、サイクリックボルタンメトリー（1サイクル、電位範囲0.8-0.8Vに、スキャン速度は100mV /秒）は、すべての電極上。テストされていない電極は、開回路電位に保持され、1秒の静止時間を、各試験の間に使用される。すべての32の電極は、1時間の全試験セッションのための溶液と接触している。 </li><li>テスト溶液から電極アレイを削除して、静かに、脱イオン水ですすいでください。 </li><li> P24時間酵素洗浄液に電極アレイレース。 </li><li>溶液から電極アレイを削除し、蒸留水ですすいでください。 </li><li>ポテンショスタットに電極アレイを接続します。 </li><li>慎重にテスト溶液中に電極アレイを配置し、所定の位置に固定します。 </li><li>試験溶液に白金メッシュ対向電極およびAg / AgCl参照電極を配置し、ポテンシオスタットに接続している。 </li><li>ポテンショスタットを使用して、連続的な電気化学インピーダンス分光法（EIS）を行う（可能性は振幅、0 Vオフセットは10mV、周波数範囲10〜100,000 Hz）とし、サイクリックボルタンメトリー（1サイクル、電位範囲0.8-0.8Vに、スキャン速度は100mV /秒）は、すべての電極上。テストされていない電極は、開回路電位に保持され、1秒の静止時間を、各試験の間に使用される。すべての32の電極は、1時間の全試験セッションのための溶液と接触している。 </li><li>テスト溶液から電極アレイを削除し、優しく脱イオン水ですすいでください。 </li><li>電極表面の損傷や劣化を防止するための乾燥防止の容器に保管してプローブ。 </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>

著者らは、開示することは何もありません。

このプロトコルは、1動物内の神経記録電極コーティングを比較するための方法を提供する。使用される電極の設計は、同様の規模の大きさで、ラット下丘（IC）への移植に最適です。長いシャンクと電極との間のより大きなピッチがシャンクのヒントは頭蓋底に接触するリスクを増加させながら、このようなシャンクの間に多くのスペースとしてこの電極の変形は、同時にラットのICにいるすべてのシャンクを妨げる挿入中。小さい方の電極ピッチは隣接する電極に接触する一方の電極からのコーティングのリスクを増大させる。電極面積は、神経記録レスポンスに影響するため、実験間で一貫している必要があります。選択されたエリアは、可変電極 - ニューロン距離がより一貫性のあるデータで、その結果、マルチユニット活性を測定するのに最適です。同じコーティングで4電極を使用すると、統計分析fを可能にする一匹十分なデータ内のROMは2つの異なる電極アレイ（各品目のサンプルサイズ8）で2匹の動物から得ることができる。電極コーティングは、基部の先端からシャンク幅の変化から実験や電界効果かけて電極アレイを挿入しながら、このような神経細胞死などのエラーを最小限にするために、各シャンクにずらされている。これら...

ニューラルインプラントは、補綴ならびにパーキンソン病、てんかん、および感覚喪失1,2障害の治療を制御する、研究のためにますます使用されている。測定および/または脳の化学的および電気的成分の両方を制御することは、すべての神経インプラントの基礎となっている。しかしながら、神経組織、副作用を減少させるために3異常な状態にあるときにのみ治療を投与することが重要である。例えば、てんかんの治療のための脳深部刺激装置は、発作時の脳への電気パルスを適用する必要があります。いくつかの副作用は、ジストニア、記憶喪失、見当識障害、認知機能障害、幻覚誘発され、又はうつ病の抗うつ3,4であってもよい。多くのデバイスでは、閉ループシステムは、電気的活動を記録し、異常状態が検出されたときに刺激を誘発することが必要である。記録電極は、プロ制御するために使用されstheticデバイス。これは、最も正確なトリガデバイス制御を達成するために、可能な限り高い信号対雑音比で標的神経活動を記録することが重要である。より信頼性の高いデータがより少ない必要な試験被験者において得られた、得ることができるように、大きな信号対雑音比は、また、研究用途のために非常に望ましい。これはまた、神経刺激と記録に関与する機構および経路をより深く理解できるようになります。 神経移植片は脳内に配置された後、免疫応答は、5,6トリガされる。応答の時間経過は、一般に、各々が異なる生物学的プロセス7からなる、急性および慢性のフェーズに分割される。免疫応答は、そのようなインプラント材料8のグリア性瘢痕または化学的分解のカプセル化による標的ニューロンからの電極の単離などのインプラントの性能に劇的な影響を有することができる。これは、記録電極の信号対雑音比と、刺激電極の電力出力を低減し、故障9、電極につながることができる。インプラントの設計および材料の注意深い選択は​​、インプラントの寿命にわたって失敗を防止する必要がある。 異なる材料およびインプラントの設計の多くは、神経記録用の信号対雑音比およびインプラントの安定性を改善するために開発されている。電極材料は、白金、イリジウム、タングステン、酸化イリジウム、酸化タンタル、グラフェン、カーボンナノチューブ、導電性ポリマードープされ、最近のヒドロゲルを含んでいた。試験された基板材料は、シリコン、酸化ケイ素、窒化ケイ素、絹、テフロン（登録商標）、ポリイミド、及びシリコーンを含む。様々な電極の修飾はまた、ラミニン、ニューロトロフィン、または電気化学的、プラズマと光学技術を用いた自己組織化単分子膜や治療などのコーティングを使用して、研究されてきた。インプラントデザイン一般に、絶縁プローブの先端または電極を貫通するか、皮質表面インプラントのための2次元配列のためのシャンクの端部に沿って又は電極を備えた3次元 - 、2 - sは1であってもよい。関係なく、電極設計や材料の、以前の文献は通常、他のインプラントの構造を参照することなく、新たなインプラントの性能を実証しています。これは彼らの特性の体系的な評価を防ぐことができます。 このプロトコルは、分析的および電気生理学的手法の範囲を介して、異なる電極材料を比較するための方法を提供する。これは、最近発表された（硫酸塩（SO 4）またはパラ -トルエンスルホン酸（PTS）がドープされたポリピロール（のPpy）とポリ-3,4 -エチレンジオキシチオフェン（PEDOT））ポリマーコーティングを4つの異なる導電性のドープされた比較物品と4に基づいている異なるコーティングは、10を厚さ。この記事では、45秒の堆積時間で1材料、PEDOT-PTSを見つけました最小のバックグラウンドノイズと最も高い信号対雑音比とスパイクカウントを有し、これらのパラメータは、電極のインピーダンスに依存していたこと。 PEDOT-PTSは、他のドープ導電性ポリマーと裸イリジウム電極と比較して、優れた急性生体安定性を示した。プロトコルは、信号対雑音比および安定性を制御する重要なパラメータを決定し、さらに、神経記録電極の性能を改善するために使用されることを可能にする。

<table><tbody><tr><td>プログラマブルアッテネーター</td><td>TDT</td><td>PA5</td><td>周波数にわたる音響信号の振幅を制御</td></tr><tr><td>静電スピーカードライバー</td><td>TDT</td><td>ED1</td><td>静電スピーカー (EC1) を駆動</td></tr> <tr><td>結合型静電スピーカー</td><td>TDT</td><td>EC1</td><td>動物に音を届ける</td></tr><tr><td>プロセッシング基地局</td><td>TDT</td><td>RZ2</td><td>電極アレイからの神経活動の記録(PZ2プリアンプを使用)</td></tr><tr><td>プリアンプ</td><td>TDT</td><td>PZ2-256</td><td>256チャンネル高インピーダンスプリアンプ</td></tr>多機能<tr><td>プロセッサ</td><td>TDT</td><td>RX6</td>音響<td>刺激を生成するために使用されますマルチ</td></tr><tr><td>チャネル電極</td><td>NeuroNexus Technologies</td><td>A4 &times; 8&ndash;5mm-200-200-413</td><td>4シャンク32チャンネル電極アレイ</td></tr><tr><td>ポテンショスタット</td><td>CH機器</td><td>CHI660B</td><td>堆積電極コーティングを行い、サイクリックボルタンメトリーとEIS(CHI684で使用)</td></tr><tr><td>マルチプレクサ</td><td>CH機器</td><td>CHI684</td>ポ<td>テンショスタット上の電極間でスイッチ</td></tr>しますリン酸<tr><td>二ナトリウム</td><td>Fluka</td><td>71644</td>試験溶液<td></td></tr><tr><td>3,4-で使用エチレンジオキシチオフェン(EDOT)</td><td>シグマアルドリッチ</td><td>483028</td><td>電極コーティング材</td></tr><tr><td>パラトルエンスルホン酸(Na2pTS)</td><td>シグマアルドリッチ</td><td>152536</td><td>電極コーティング材</td></tr><tr><td>ウレタン</td><td>シグマアルドリッチ</td><td>U2500</td>動物<td>麻酔に使用</td></tr><tr><td>銀/塩化銀電極</td><td>CHインスツル</td>メンツ CHインスツルメンツ <td>CH111</td><td>電極in vitroplatinum電極の試験に使用</td></tr> <tr><td></td><td>CHインスツルメンツ</td><td>MW4130</td><td>電極in vitro電動マイクロドライブの試験に使用</td></tr> <tr><td></td><td>サッターインスツルメンツ</td><td>DR1000</td><td>手術中の電極アレイ位置の制御に</td></tr><tr><td>酵素クリーナー</td><td>アドバンスドメディカルオプティクス</td><td>ウルトラザイム</td><td>移植後に電極アレイからタンパク質を洗浄します</td></tr><tr><td>音響エンクロージャ</td><td>TMC Ametek</td><td>83-501</td><td>動物を音響および電気ノイズから隔離します</td></tr><tr><td>固定装置フレーム</td><td>David Kopf Instruments</td><td>1430</td><td>動物を固定して配置</td></tr>します <tr><td>温度コントローラー</td><td>ワールド精密機器</td><td>ATC1000</td><td>動物の温度を制御します</td></tr><tr><td>骨ドリル</td><td>KaVo Dental</td><td>K5Plus</td><td>頭蓋切除術を行うために使用されます</td></tr><tr><td>アスピレーター</td><td>Flaem</td><td>Suction pro</td><td>頭蓋切除術を行うために使用されます</td></tr></tbody></table>

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

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

神経インプラントのための新素材とデザインは、一般的にパフォーマンスのデモではなく、他のインプラントの特性を参照することなく、別々に試験されています。これは、最も重要な性能パラメータに基づいて、特定のアプリケーション及び新材料の開発のための最適なように、特定のインプラントの合理的な選択を妨げる。この記事では、in vitroおよび神経記録電極のin vivo試験のためのプロトコルを開発しています。電気化学的および電気生理学的検査のための推奨パラメータが議論の重要なステップと潜在的な問題に文書化されています。この方法は、in vivo試験パラダイムが簡単に存在する多くの系統誤差、電極/ニューロン距離および動物モデルの間で、特に変動の影響を排除または低減します。結果は、 インビトロおよびそのようなインピーダンスおよびSiなどのインビボ応答において重要なの間には強い相関であるgnal対雑音比。このプロトコルは、簡単に他の電極材料および設計をテストするように適合させることができる。 インビトロ技術は、さらに、重要な性能指標を決定するために、任意の他の非破壊的方法に拡張することができる。聴覚路内の外科的アプローチのために使用される原理は、他​​の領域の神経または組織に改変することができる。

この実験プロトコルのために使用される典型的な電極アレイは、 図1に示されている。 413μm 2に 、名目幾何学的面積および200μMピッチで4シャンク32イリジウム電極があります。アレイ上の各第2の電極は、標識された1〜4つの異なる電極被膜、のいずれかで被覆されている。コー​​ティング材料は、慎重にそれらの化学的、機械的および電気化学的特性のために選択されている。 10先に述べたように、より大きな電流または電位を印加しながら、増加した堆積時間は、電極面積及び被覆の厚さが増加する、また反応はそれが堆積プロセスに影響を生じ得る競合する、堆積速度を増加させることができる。堆積プロトコルは再現可能なコーティングが達成されていることを確認するために、この特定の導電性高分子のために、以前に最適化されているので、それを電極に限定されている（ すなわち adjaceに広がらないNT電極）10。 電極アレイは、変更された後、光学および電気化学的分...

異なる電極コーティングは、電気化学的、化学的および機械的特性の変化を介して神経記録性能に影響を与える。 in vitroでの電極の比較は、しかし、生体内反応の比較は、通常、電極/神経距離と動物間の変動によって複雑に、比較的簡単です。この記事では、神経記録電極を比較する堅牢な方法を提供する。

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

この手順の全体的な目的は、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、まず本例のように、有機導電性ポリマーの堆積によって裸電極を修飾することによって達成されます。次のステップでは、コーティングのin vitro特性を試験します。次に、急性神経記録を行うためのラット動物モデルに電極を留置します。最終ステップとして、電極をin vitroで再テストし、生体安定性を評価します。最終的に、電気生理学および電気化学を含む一連の分析手法を用いて異なる電極を比較し、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、どの電極特性が信号対雑音比（SNR）および生体適合安定性を向上させることができるかなど、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を解決するのに役立ちます。この手順では、SimeとMorganが私を補助します。まず、ウレタンを腹腔内（IP）投与してラットを麻酔させることからこの手順を開始します。足指をつねった際の逃避反射を確認し、麻酔が十分に効いているか確かめてください。麻酔が不十分な場合は、ウレタンを補充投与します。次に、ラットの頭部を剃毛します。動物を恒温プレートの上に腹臥位で配置します。次に、直腸プローブを挿入し、恒温プレートを37.5 °Cに維持します。その後、ステレオタキシス装置のフレーム内で、一方の耳バーをほぼ最終的な予想位置に挿入し、耳バーが外耳道に位置するように動物を調整します。次に、2本目の耳バーを合わせ、対側の外耳道に挿入します。その後、耳バーが歯保持具と一致するように動物を配置します。ラット用歯鉗子を用いて動物の顎を開かせます。上切歯を歯固定具に掛け、鼻を固定してクランプします。次に、正中線から右に約1mm、ラムダ点から吻側へ10mmの範囲で頭部の皮膚を切開します。切開部から皮膚と筋肉を外側へ牽引します。頭頂骨および間頭頂骨を露出させるため、顕微鏡下で20%過酸化水素溶液とガーゼパッドを用いて、露出した骨の表面を洗浄します。間頭頂骨の、ラムダおよび正中線にできるだけ近い位置に、約3平方ミリメートルの穴をドリルで開けます。電極を損傷させる可能性がある骨粉や破片を取り除くため、滅菌生理食塩水で穴内を洗浄します。その後、鈍端のハサミを用いて、項部（首の後ろ）の下方を切開します。空洞を作成するため、銀・塩化銀線を脱脂綿で巻き、生理食塩水で飽和させます。その後、参照電極をその空洞に挿入します。続いて、矢状面で硬膜を切開します。針の先を用いて、電極アレイを電極マニピュレーターに取り付けます。その後、19度のRos coddle角で、開口部上の位置を調整します。電極を脳内の下丘に向かって約2mm手動で挿入します。次に、スピーカーを左側の中空耳棒に取り付けます。アンプの電源が入っていることを確認してください。その後、記録チャンバーのドアを閉じます。次に、ホワイトノイズバーストを提示します。バーストを提示する最大速度は、200 millisecondsに1回とします。同時に、電動マイクロドライブを用いて各電極の活動をモニタリングします。各シャンクの最も遠位にある3つの電極で音響誘発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、70 dBで1秒の間隔で50ミリ秒のホワイトノイズバーストを300回繰り返す音響刺激プロトコルを実施し、各電極におけるマルチユニット活動を24.4 kHzのサンプリングレートで記録します。電極アレイをさらに200 micronsゆっくりと下丘に挿入し、各電極を、初期記録位置から最も遠い電極とおおよそ同じ位置に配置します。その後、音刺激および神経記録プロトコルを繰り返します。すべての電極が少なくとも3つの位置で音刺激による活動を記録するまで、電極アレイをhundred micronステップで挿入し、音刺激および神経記録プロトコルを実施し続けます。その後、電極アレイを200 micronステップで後退させ、初期の電極アレイ位置に戻るまで音響刺激および神経記録プロトコルを継続します。次に、電極アレイを手動で慎重に引き抜きます。この手順において、汚染物質を除去するため、電極アレイを蒸留水で軽くすすいでください。次に、電極アレイをポテンショスタットに接続します。電極アレイを測定溶液の中に慎重に配置し、クランプで固定します。続いて、対極と参照電極をポテンショスタットに接続します。すべての電極に対して、電気化学インピーダンス分光法およびサイクリックボルタンメトリーを順次実施します。各テストの間には1秒間の静止時間を設けます。全32本の電極は、1時間の全テストセッションの間、溶液に浸漬させた状態で保持します。その後、電極アレイをテスト溶液から取り出し、脱イオン水で軽くすすぎます。電極アレイを酵素洗浄液に24時間浸します。その後、再度これらの手順を繰り返し、電極表面の損傷や劣化を防ぐため、プローブを乾燥した保護容器に保管します。この図は、下丘における挿入深さ0 µmおよび800 µmにおいて、70 dBのホワイトノイズを300回繰り返し提示した際に各電極で測定された周刺激時間ヒストグラムの平均を示しています。コーティング電極はアスタリスクで示されており、また、本図は下丘への挿入深さ0 µmおよび800 µmにおいて、70 dBのホワイトノイズバーストを用いて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。コーティング電極はアスタリスクで示されています。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（S/N比）をここに示します。70 dB。代表的な未コーティング電極でのホワイトノイズを破線で、導電性高分子コーティング電極を実線で示しています。本プロトコルに従った、導電性高分子コーティング電極における40から70 dBの異なる音圧レベルをここに示します。電極表面に吸着するタンパク質の種類や、異なる材料がそれらにどのような影響を及ぼすかを理解するために、X線光電子分光法や質量分析法などの他の手法を適用することができます。

a-method-for-systematic-electrochemical-electrophysiological

Research

JoVE Journal

Neuroscience

神経科学

皮質回路の理解に根本的な問題は、ネットワークが異なる皮質層に感覚情報をエンコードする方法です。ここでは、皮質の層を識別するために、単一のユニットと局所電場電位と現在の分析を記録するマルチコンタクト層電極を利用した電気生理学的手法を説明します。...

マルチ連絡ラミナーの電極の録音を使用してローカルネットワークの処理を検討

神経記録電極の電極 - 組織のインターフェイスは、電気インピーダンス分光（EIS）とサイクリックボルタンメトリー（CV）で特徴づけることができる。電圧の印加は、変更の電極 -...

ニューラルインタフェースの電圧バイアス、サイクリックボルタンメトリー、＆電気インピーダンス分光法

このビデオは、ヒト人工多能性幹細胞(hiPSC)に由来するニューロンの電気生理学的活動を記録するために、微小電極アレイ(MEA)を使用する方法を示しています。ニューロン-アストロサイト共培養物を含むマルチウェルMEAからの電気生理学的活性は、ネットワーク内の複数のニューロンからの活動電位を検出するために記録され、hiPS細胞のニューロンへの分化が成功したことを確認しています。...

微小電極アレイを用いた神経回路網の電気生理活性の測定

このビデオは、コフィリン発現を標的にして操作するアデノ随伴ウイルスに応答して電気信号を記録するために、マウスの大脳皮質に皮質電気検査電極を埋め込むためのプロトコルを示しています。...

皮質電気記録のためのマウス皮質への電極の埋め込み

このビデオでは、マウスの脳に電極アセンブリを埋め込む技術を紹介しています。アセンブリには、海馬からの活動を記録するためのバイポーラ電極と、小脳からのベースライン活動を取得するための参照電極が含まれています。麻酔をかけたマウスを定位固定装置フレームに載せ、電極アセンブリを標的脳領域に移植します。その後、動物は電気生理学的記録を行う前に回復することが許されます。...

電気生理学的記録のためのマウス脳への電極アセンブリの埋め込み

このビデオは、注意ベースの視覚刺激テスト中に脳波計(EEG)と脳深部刺激(DBS)電極を使用して皮質および皮質下のニューロン活動を記録するプロセスを示しています。...

電極システムを用いた皮質および皮質下ニューロン活動の記録

この手順では、等電脳の状態で、その結果、生理学的に関連する脳の状態の間、継続的な電気的活動の完全な廃止後に単一ニューロンからの長期的なin vivoでの細胞内記録を行います。動物の生理学的定数は慎重に人工的な昏睡状態への移行中に監視されています。...

等電点電気泳動脳の状態の誘導は、神経細胞の興奮に内因性シナプス活性の影響を調査するために、<em&gt;インビボ</em

私たちは、ニューロンの応答プロファイルを研究し、刺激パラメータを最適化するために、多電極アレイ上で一次マウススパイラル神経節ニューロン外植片を培養するためのプロトコルを提示します。このような研究は、人工内耳のニューロン電極インターフェースを改善して、患者の聴覚とデバイスのエネルギー消費に利益をもたらすことを目的としています。...

マルチ電極アレイ上のらせん神経節ニューロン外植片培養と電気生理学

この研究では、方法論は、ウレタン麻酔下での超指向経路からのマルチサイトインビボ電気生理学的記録をどのように行うかについて提示されている。...

急性<em&gt;インビボ</em&gt;麻酔ラットにおけるHyperdirect経路からの局所場ポテンシャルとマルチユニット活性の電気生理学的記録

私たちの目的は、エピミシス型筋電図電極の作製と試験に関する最新のわかりやすいガイドを提供することでした。そのために、材料調達の手順と、製造およびテストプロセスの詳細なウォークスルーを提供します。...

低コストのエピミジオル筋電図電極の開発:製造と試験のための簡素化されたワークフロー

私たちは、電極製造のためのシンプルで費用対効果の高いアプローチを開発し、自由に動くマウスで複数の領域にわたる信号の記録を行いました。光遺伝学と多領域電気生理学およびカルシウムシグナル記録を利用することで、発作キンドリングモデルにおける領域間のニューロン活動の解明が可能になりました。...

多領域In Vivo記録のための柔軟で便利な電気生理学的オプトロードを作成するための統合的手法

学ぶ神経電位電極の体系的評価法。有機導電性ポリマー被覆電極をラット急性記録に用い、電気化学・電気生理学的解析で特性を比較検討する。脳機械インターフェース開発に有用な手法です。

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

さらに動画を探す