Elektroden-vev grensesnitt av nevrale opptak elektroder kan karakteriseres med elektrisk impedans spektroskopi (EIS) og syklisk voltammetry (CV). Anvendelse av spenning biasing endringer de elektrokjemiske egenskaper elektrode-vev-grensesnitt og kan forbedre innspillingen evnen. Spenning administratorinnstilling, EIS, CV, og nevrale innspillinger er komplementære.
Elektrisk impedans spektroskopi (EIS) og syklisk voltammetry (CV) måler egenskaper for elektrode-vev grensesnitt uten ytterligere invasive prosedyrer, og kan brukes til å overvåke elektrode ytelse over lang sikt. EIS måler elektrisk impedans på flere frekvenser, og økninger i impedans indikerer økt glial arrdannelse rundt enheten, mens syklisk voltammetry måler kostnad bæreevnen til elektroden, og viser hvordan ansvaret overføres på ulike spenningsnivåer. Som implanterte elektroder alder, EIS og CV data endres, og elektrodestedene som tidligere innspilte spiking nevroner viser ofte betydelig lavere effekt for nevrale opptak. Anvendelsen av en kort spenning puls til implantert elektroder matriser, kjent som foryngelse, kan bringe tilbake spiking aktivitet på ellers tause elektrodestedene for en periode. Foryngelse endrer EIS og CV, og kan overvåkes av disse komplementære metodene. Vanligvis er EIS måles daglig som en indikasjon på vev respons ved elektroden stedet. Hvis piggene er fraværende i en kanal som tidligere hadde pigger, så CV brukes til å avgjøre tiltalen bæreevnen til elektrode stedet, og foryngelse kan brukes til å forbedre grensesnittet effekt. CV og EIS blir deretter gjentas for å sjekke endringene på elektrode-vev-grensesnitt, og nevrale innspillinger er samlet. Det overordnede målet for foryngelse er å forlenge den funksjonelle levetiden implantert arrays.
Neural opptak protese systemer vise et begrenset funksjonell levetid som innspillingen evnen avtar med tiden etter implantasjon. Den sannsynlige bidragsyter til avtagende ytelse er den reaktive vev reaksjon på den implanterte enheten som en kompakt glial skjede funksjonelt isolerer fremmedlegeme fra friskt vev en. Sammen med nevrale opptak, er elektrokjemiske målinger (EIS og CV) som vanligvis brukes for langsgående overvåking av elektroden-vev-grensesnitt 2,3. EIS er praktisk nyttig i vurderingen av innspillingen evnen av grensesnittet. Impedansen øker raskt med tiden etter implantasjon tyder det reaktive vev responsen endrer de elektriske egenskapene til grensesnittet tre. I tillegg kan EIS data brukes til å modellere den cellulære sammensetningen tilstøtende til den implanterte elektroden 3-5. Syklisk voltammetry kan brukes til å undersøke endringer i opptak og EIS. Den elektrOde materiale og ruhet samt elektrokjemiske reaksjoner og det omkringliggende vevet påvirke formen på IV kurven. Stor kostnad bæreevne, bestemmes ut fra området av IV kurven, er vanligvis å foretrekke, spesielt for elektrisk mikro-stimulering. Lav ladekapasitet er ofte forbundet med økt EIS. Potensialet brukt under CV kan selv endre ladningskapasitet og EIS, særlig hvis spenningsområdet er stor nok til å kjøre redoksreaksjoner.
Anvendelsen av spenning biasing, eller foryngelse, kan brukes med det formål å øke kostnad bæreevne, minkende impedans, og øke antall kanaler med innspilte toppene 5. Oksidasjon er sannsynligvis oppstått ved elektroden grensesnittet under foryngelse, og med iridium materialer, danner en hydrous oksid monolayer på anodiske potensialene av 1,2 V 6. Det har blitt foreslått at dannelsen av denne monolayer kan fjerne cellulært og acellular materiale festet til elektroden som resulterer i lavere impedans på grensesnittet 5. Mens foryngelse kan gjenopprette tapte nevrale signaler, er det mest effektivt hvis det brukes på kanaler som tidligere hadde pigger løpet av noen få dager før. Innspillinger, EIS, CV og foryngelse best kan brukes som komplementære verktøy i overvåkingen av nevrale grensesnittet og forbedre den langsiktige funksjonaliteten implanterte enheter.
The authors have nothing to disclose.
Denne forskningen ble støttet av National Institutes of Health (R03DC009339-02, NIDCD) og ved Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) Microsystems Technology Office (MTO), i regi av Dr. Jack W. Judy (jack.judy @ darpa.mil) som en del av Pålitelig Neural Technology Program, gjennom rommet og Naval Warfare Systems Command (SPAWAR) Systems Center (SSC) Pacific stipend No N66001-11-1-4013.
Equipment | Company | Catalogue number | Comments |
Electrochemistry Instrument | Metrohm Autolab | PGSTAT128N | add-ons: FRA2, channel MUX |
Passive Headstage | Tucker-Davis Technologies | model depends on connector and channel count | |
26-pin female connector | AMP | 5749069-2 | Headstage Adapter Or substitute appropriate connector for your headstage |
Banana Jacks | Digikey | J151-ND | Headstage Adapter The Autolab channel MUX has banana plugs |