February 24th, 2012
신경 기록 전극의 전극 - 조직 인터페이스는 전기 임피던스 분광법 (EIS)과 순환의 voltammetry (CV)로 특성화 할 수 있습니다. 전압 변화에게 전극 - 조직 인터페이스의 전기 특성을 바이어스 및 향상시킬 수있는 녹음 기능의 응용. 전압 바이어스, EIS, CV, 그리고 신경 녹음 보완 있습니다.
이 절차의 전반적인 목표는 이식된 신경 기록 보철 시스템의 전극 조직 인터페이스 품질을 모니터링하고 기록 품질과 장기적인 기능을 개선하는 것입니다. 이는 먼저 일일 전기화학적 임피던스 분광법과 신경 기록 데이터를 수집하여 수행됩니다. 순환 V 텔레메트리 또는 CV 데이터를 수집하여 신경 활동을 보이지 않고 높은 임피던스를 표시하는 전극 조직 계면의 품질에 대한 자세한 정보를 얻습니다.
그런 다음 4초 동안 수정 1.5V 전압 바이어스가 적용됩니다. 그 다음에는 지속적인 데이터 수집과 필요에 따라 추가 전압 바이어싱이 수행됩니다. 궁극적으로, 더 낮은 임피던스와 기록된 신경 활동의 개선 또는 부활은 이러한 방법을 사용하여 가능합니다.
약물 전달 또는 서비스 수정과 같은 기존 방법에 비해 이 기술의 주요 장점은 전압 바이어싱이 이식 후 수십 일에서 수백 일 후에 신경 기록 보철 시스템의 기능과 성능을 개선하는 데 강력한 영향을 미칠 수 있다는 것입니다. 이 방법은 이식형 전극 시스템의 기능적 수명을 개선하는 방법과 같은 신경 공학 분야의 주요 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 기술의 의미는 수많은 신경학적 결손의 치료 또는 진단으로 확장됩니다.
이것은 이러한 결핍의 유병률과 치료 옵션이 필로폰 자동차 실험실에서 증가하기 때문에 중요합니다. PG 스탯은 FA 2 및 채널 머크 애드온으로 조정되었습니다. 헤드 스테이지 어댑터를 구축하여 채널 muck을 헤드 스테이지에 연결합니다.
이제 작동 및 감지 전극을 채널 mucks add on에 연결합니다. 그런 다음 동물에 부착된 기준 전극과 상대 전극을 전류 귀환 경로에 연결된 헤드 스테이지 어댑터의 부분에 연결합니다. 주파수 응답 분석기 소프트웨어를 시작하고 프로시저 파일이 각각 10Hz에서 30kHz에 이르는 15개의 기호로 동시에 구성된 두 개의 다중 기호 파형을 테스트하도록 설정되어 있는지 확인합니다.
또한 적용된 전압이 25밀리볼트 이하인지 확인하십시오. 이제 프로젝트 파일을 열고 편집합니다. 프로젝트는 프로시저 파일을 사용하여 각 채널을 반복하고 결과를 저장합니다.
동물 피험자를 증폭이 없는 수동 머리 스테이지와 연결합니다. 액티브 헤드 stages는 입력 신호를 전달하지 않습니다. 설정에 따라 프로젝트 파일을 실행합니다.
각 채널의 녹음은 10초에서 몇 분 정도 걸립니다. 이제 결과를 표시하고 해석합니다. 출력 텍스트 파일을 MATLAB으로 전달하고 나이퀴스트 플롯 또는 보드 플롯을 만듭니다.
위상의 빈도 의존적 이동은 조직 반응을 나타냅니다. 범용 전기화학 시스템 소프트웨어를 시작합니다. 프로시저 파일 설정이 전압을 초당 50m볼트로 스윕하도록 설정되어 있고 가수분해 한계 내에 있는지 확인합니다.
시스템이 평형에 도달할 때까지 최소 3개의 스캔을 실행하고 최종 스캔의 결과를 저장합니다. 스캔 속도를 초당 1볼트로 높여 측정 시간을 줄일 수 있습니다. 그러나 IV 곡선의 모양은 전극 조직 계면에서 발생하는 전하 전달 반응보다 스캔 속도가 빠르면 변경될 수 있습니다.
그런 다음 프로젝트 파일을 열고 편집합니다. 프로젝트는 프로시저 파일을 사용하여 각 채널을 반복하고 결과를 저장합니다. 동물 피험자를 패시브 헤드 스테이지에 연결하고 초당 1볼트로 프로젝트 파일을 실행합니다.
수집은 초당 50밀리볼트의 사기 속도를 사용하는 동안 채널당 10초가 걸립니다. 채널당 약 3분이 소요됩니다. 마지막으로 결과를 표시하고 해석합니다.
출력 텍스트 파일을 MATLAB으로 전달하고 IV 관계를 플로팅합니다. 전하 운반 용량은 CV E 내의 카테터 전류 영역을 통합하여 정량화됩니다.이 프로토콜에서 가장 중요한 결정은 전압 바이어스를 적용할 시기를 결정하는 것입니다. 이는 임피던스 순환 원격 측정 및 기록 데이터에 의해 활성화됩니다.
범용 전기화학 시스템 소프트웨어를 시작하고 프로시저 파일이 단계 및 스윕 방법을 사용하도록 설정되어 있는지 확인합니다. 4초 동안 1.5볼트에서 전압을 스텝합니다. 그런 다음 프로시저 파일을 사용하여 각 채널을 반복하고 결과를 저장하는 프로젝트 파일을 열고 편집합니다.
동물 피사체를 패시브 헤드 스테이지와 연결하고 각 채널에서 프로젝트 파일 녹음을 실행합니다. 약 10초 정도 소요된 다음 EIS CV 및 기록 데이터를 수집하고 일반적인 워크플로우에서 결과를 해석합니다. 녹음 및 EIS는 모든 채널에서 매일 또는 매주 수집되며 CV 및 회춘을 사용할 수 있습니다.
스파이크 활동이 더 이상 감지되지 않는 경우, 전극을 이식한 후 며칠에서 몇 주에 걸쳐 EIS가 변합니다. 블루 데이터는 이식 직후, 그린 데이터는 4개월 후에 수집되었습니다. EIS 데이터가 나이퀴스트 플롯으로 표시되는 경우, 원점 근처의 더 높은 주파수에 있는 반원은 전극 부위의 조직 반응을 나타냅니다.
CV 분석은 약간의 히스테리시스를 보여주는 전류 전압 곡선을 생성합니다. 가장 관련성이 높은 CV 통계는 전하 운반 용량, 전극 부위 영역에 의해 정규화된 IV 곡선 내부 영역입니다. 전하 용량이 큰 전극은 미세 자극에 선호됩니다.
회춘하는 동안 전압 펄스가 적용됩니다. 이는 일반적으로 충전 용량이 증가하고 임피던스 크기가 감소하는 결과를 낳으며, 이전에 스파이크가 있었던 채널에서도 스파이크를 복원할 수 있습니다. 회춘은 임피던스와 신호 대 잡음비에 단기적인 효과만 미치지만 이 기술은 매일 적용할 수 있습니다.
16채널 어레이를 이식한 기니피그에서 매일 수집된 데이터에서, 회춘은 각 적용 후 1킬로헤르츠 임피던스 크기를 한 자릿수씩 낮추는 강력한 효과를 나타냈습니다. 복구된 신호와 더 낮은 임피던스의 결과로, 각 회춘 세션 후에 SNR이 증가했습니다. 결국, 이식 후 160일이 지나면 모든 신호가 사라졌고 회춘은 더 이상 효과적이지 않았습니다.
이 기술을 숙달하면 약 1시간 안에 완료할 수 있습니다. 이 절차를 시도하는 동안 적절한 연결이 이루어졌는지, 임피던스 분광법 결과가 전압 바이오 처리 전에 상당한 조직 반응을 나타내는지 확인하는 것이 중요합니다.
이 연구는 뉴럴 레코딩 전극의 전극-조직 인터페이스에 초점을 맞추고 있으며, 전기 임피던스 분광법(EIS)과 순환 전압분광법(CV)을 활용하여 레코딩 능력을 향상시킵니다. 전압 바이어싱을 적용함으로써 연구자들은 인터페이스의 전기화학적 특성을 개선하여 뉴럴 레코딩의 품질을 향상시키는 것을 목표로 합니다.
Monitoring and improving the electrode-tissue interface is critical for extending the functional lifetime of neural recording systems in preclinical discovery. Voltage biasing combined with EIS and CV enables mechanistic de-risking of implantable devices by identifying interface degradation and applying corrective interventions. This approach supports predictive confidence in neural prosthetic development by linking electrochemical changes to neural signal recovery, informing go/no-go decisions in early-stage neurotechnology pipelines.
The method integrates into the discovery continuum from hypothesis testing through lead identification by providing quantitative, longitudinal interface metrics that precede functional validation.