Метод систематической электрохимический и электрофизиологические оценки нейронных регистрирующих электродов

Общая цель этой процедуры заключается в надежном определении наилучшего электрода для острой нейронной регистрации. Это достигается путем предварительной модификации неизолированных электродов, в данном случае путем осаждения органических проводящих полимеров. Вторым шагом является проверка свойств покрытий in vitro.

Затем электроды помещаются в животную модель крысы для острой нейронной записи. Последним шагом является повторное тестирование электродов in vitro для определения их биостабильности. В конечном счете, сравнение различных электродов с помощью ряда аналитических методов, включая электрофизиологию и электрохимию, используется для определения ключевых химических и физических свойств нейронных имплантатов.

Этот метод может помочь ответить на ключевые вопросы при разработке новых интерфейсов мозг-машин, например, какие ключевые свойства электродов могут улучшить отношение шума сигнала и биостабильность. Сайм и Морган будут помогать мне в этой процедуре. Начните эту процедуру с обезболивания крысы путем инъекции уретана.

Убедитесь в начале анестезии, проверив рефлекс отмены при защемлении пальца ноги. Если анестезия недостаточна, следует ввести дополнительные дозы уретана. Далее побрейте голову крысы.

Поместите его в положение лежа на гомеотемическую пластину. Затем введите ректальный зонд, чтобы поддерживать температуру гомеотемической пластины на уровне 37,5 градусов Цельсия. После этого поместите одну ушную планку в приблизительно ожидаемое конечное положение в стереотаксической раме и отрегулируйте животное так, чтобы она была расположена во внешней акустической акустике.

Затем выровняйте вторую ушную планку и поместите ее в контралатеральный наружный слуховой митос. После этого расположите животное таким образом, чтобы выровнять ушные планки с зубодержателем. Откройте челюсть животного с помощью пары щипцов из крысиных зубов.

Зацепите верхние резцы за держатель зуба и зажмите носик на месте. Затем сделайте надрез на коже головы примерно в одном миллиметре справа от средней линии, и от 10 миллиметров рострально до 10 миллиметров. Коддл лямбды отводит кожу и мышцы латерально от разреза.

Чтобы обнажить теменную и межтеменную кости, протрите поверхность обнаженной кости 20% раствором перекиси водорода и марлевой салфеткой под микроскопом. Просверлите отверстие примерно в три квадратных миллиметра в межтеменной кости как можно ближе к лямбде и средней линии. Промойте отверстие стерильным физиологическим раствором, чтобы удалить кости, пыль или фрагменты, которые могут повредить электрод.

После этого рассеките ниже загривка тупыми ножницами. Для того чтобы создать полость, обмотайте серебряную, хлористую проволоку серебром ватой и пропитайте ее физиологическим раствором. Затем вставьте электрод сравнения в полость.

Впоследствии сделайте разрез в твердой мозговой оболочке в сагиттальной плоскости. С помощью кончика иглы прикрепите электродную решетку к электродовому манипулятору. Затем отрегулируйте его положение над отверстием под углом Роса 19 градусов.

Вручную введите электрод примерно на два миллиметра в мозг по направлению к нижнему колюсу. Затем прикрепите динамик к левой полой амбушюре. Убедитесь, что усилитель включен.

После этого закройте дверцу камеры записи. Теперь создавайте всплески белого шума. Максимальная скорость, с которой должны доставляться пакеты, составляет один пакет каждые 200 миллисекунд.

В то же время контролируйте активность на каждом электроде с помощью моторизованного микропривода. Медленно вставляйте электродную решетку до тех пор, пока акустическая активность не будет зарегистрирована на трех самых дистальных электродах на каждом хвостовике. Затем выполните протокол акустической стимуляции с использованием 300 повторений 50-миллисекундных всплесков белого шума с частотой повторения в одну секунду при 70 децибелах и запишите мультиюнитную активность на каждом электроде с частотой дискретизации 24,4 килогерц.

Медленно вставьте электродную решетку еще на 200 микрон в нижний холм, чтобы расположить каждый электрод примерно в том же положении, что и более дистальный электрод от первоначального положения записи. Затем повторите протокол акустической стимуляции и нейронной записи. Продолжайте вставлять электродную решетку с шагом в сто микрон и выполняйте протокол акустической стимуляции и нейронной записи до тех пор, пока все электроды не зарегистрируют акустическую активность по крайней мере из трех положений.

После этого втяните электродную решетку с шагом 200 микрон и продолжайте выполнять протокол акустической стимуляции и нейронной записи до тех пор, пока не будет достигнуто исходное положение электродной решетки. Затем осторожно втяните электродную решетку вручную. Во время этой процедуры аккуратно промойте электродную решетку дистиллированной водой, чтобы удалить любые загрязнения.

Затем подключите электродную решетку к потенциальному стату. Осторожно поместите электродную решетку в испытуемый раствор и закрепите ее на месте. Затем подключите электроды счетчика и сравнения к статическому току с помощью стата потенциала.

Выполняйте последовательную электрохимическую импедансную спектроскопию и циклическую волютелеметрию на всех электродах. Между каждым тестом используется время тишины в одну секунду. Все 32 электрода находятся в контакте с раствором в течение полного сеанса тестирования в течение одного часа.

После этого извлеките электродную решетку из исследуемого раствора и аккуратно промойте деионизированной водой. Поместите электродную матрицу в ферментативный чистящий раствор на 24 часа. Затем повторите процедуры еще раз перед хранением зонда в сухом защитном контейнере, чтобы предотвратить повреждение и деградацию поверхности электрода.

На этом рисунке показана временная гистограмма перистимула, измеренная на каждом электроде, усредненная за 300 повторений при 70 децибелах, белый шум при нуле микрон и глубина введения 800 микрон в нижнем бугорке. Электроды с покрытием обозначены звездочкой, и на этом рисунке показаны потоковые данные, измеренные на каждом электроде со вспышками белого шума 70 децибел при нуле микрон и глубиной введения 800 микрон в нижней части холма. Кодированные электроды обозначены звездочкой.

Здесь показано соотношение сигнал/шум при введении и втягивании электродной матрицы в нижний колликулус. 70 децибел. Белый шум на репрезентативном электроде без покрытия обозначен пунктирной линией, а проводящий электрод с полимерным покрытием обозначен сплошной линией, показанной здесь с различными уровнями звукового давления от 40 до 70 децибел на проводящем полимерном покрытии.

Другие методы, такие как рентгеновская, фотоэлектронная спектроскопия и масс-спектрометрия, могут быть применены для понимания различных типов белков, которые поглощаются на поверхности электрода, и того, как различные материалы могут влиять на них.