Summary
الطلاء الكهربائي مختلفة تؤثر على أداء تسجيل العصبية من خلال تغييرات في الخصائص الكهروكيميائية والكيميائية والميكانيكية. المقارنة من الأقطاب الكهربائية في المختبر هي بسيطة نسبيا، ولكن المقارنة بين الاستجابة في الجسم الحي هو عادة معقدة بسبب الاختلافات في مسافة القطب / الخلايا العصبية وبين الحيوانات. توفر هذه المقالة طريقة قوية للمقارنة بين أقطاب تسجيل العصبية.
Abstract
وعادة ما يتم اختبار مواد جديدة وتصاميم ليزرع العصبية على حدة، مع مظاهرة من الأداء ولكن دون الإشارة إلى خصائص زرع أخرى. هذا يمنع مجموعة الرشيد للزرع سيما فيما الأمثل لتطبيق معين وتطوير مواد جديدة على أساس معايير الأداء الأكثر أهمية. هذه المادة يطور بروتوكول للفي المختبر والمجراة في اختبار من الأقطاب الكهربائية تسجيل العصبية. يتم توثيق المعلمات أوصت لاختبار الكهروكيميائية والكهربية مع الخطوات الرئيسية والمشاكل المحتملة التي تمت مناقشتها. يلغي هذا الأسلوب أو يقلل من تأثير العديد من الأخطاء المنهجية موجودة في أبسط نماذج اختبار في الجسم الحي، وخاصة تغيرات في المسافة القطب / الخلايا العصبية وبين النماذج الحيوانية. والنتيجة هي وجود علاقة قوية بين حرجة في المختبر والمجراة في الردود، مثل مقاومة والاشتراكيةنسبة gnal إلى الضجيج. ويمكن بسهولة أن تتكيف هذا البروتوكول لاختبار المواد القطب الآخر والتصاميم. يمكن توسيعها في المختبر التقنيات لأي أسلوب تدميري الأخرى لتحديد مؤشرات الأداء الهامة الأخرى. ويمكن أيضا أن تستخدم لمبادئ النهج الجراحية في مسار السمعي تعديلها إلى مناطق أخرى أو العصبية الأنسجة.
Introduction
يزرع العصبية وتستخدم بشكل متزايد للبحث، والسيطرة على الأطراف الاصطناعية والعلاج من الاضطرابات مثل مرض باركنسون والصرع، وفقدان الحواس 1،2. قياس و / أو السيطرة على كل من المواد الكيميائية والتركيبة الكهربائية من الدماغ هو الأساس لجميع يزرع العصبية. ومع ذلك، فإنه من المهم لإدارة العلاج الوحيد عندما الأنسجة العصبية في حالة الشاذة للحد من الآثار الجانبية 3. على سبيل المثال، ينبغي أن تنطبق التحفيز والتشجيع العميق للمخ لعلاج الصرع فقط نبضة كهربائية إلى الدماغ أثناء النوبة. قد تكون بعض الآثار الجانبية خلل التوتر، وفقدان الذاكرة، الارتباك، وضعف الوظائف المعرفية، والهلوسة التي يسببها، والاكتئاب أو مضادات الاكتئاب 3،4. في العديد من الأجهزة، وبالتالي نظام الحلقة المغلقة ضروري لتسجيل النشاط الكهربائي لتحريك وتحفيز عندما تم الكشف عن حالة غير طبيعية. وتستخدم أقطاب تسجيل أيضا للسيطرة الموالينأجهزة sthetic. فمن الأهمية بمكان لتسجيل النشاط العصبي المستهدفة وفقا لأعلى إشارة إلى نسبة الضوضاء ممكن لتحقيق اثار الأكثر دقة وتحكم الجهاز. وهناك نسبة كبيرة إشارة إلى الضجيج هو أيضا مرغوب فيه للغاية لتطبيقات البحوث، وأكثر موثوقية البيانات يمكن الحصول عليها، مما أدى إلى عدد أقل من اختبار المواضيع المطلوبة. وهذا سوف يسمح أيضا فهم أكبر لآليات ومسارات المشاركة في التحفيز العصبي والتسجيل.
بعد أن تم وضعها زرع العصبية في الدماغ، ويتم تشغيل استجابة مناعية 5،6. وتنقسم الدورة الوقت للاستجابة بشكل عام إلى مراحل الحادة والمزمنة، يتألف كل منها من العمليات البيولوجية المختلفة 7. الاستجابة المناعية يمكن أن يكون لها آثار وخيمة على أداء عملية الزرع، مثل عزل الأقطاب من الخلايا العصبية المستهدفة من قبل التغليف في ندبة الدبقية أو التدهور الكيميائي للمواد زرع 8.هذا يمكن أن تقلل من نسبة الإشارة إلى الضوضاء من القطب تسجيل وانتاج الطاقة من القطب تحفيز، وتؤدي إلى فشل قطب كهربائي 9. اختيار دقيق من التصميم والمواد المستخدمة في زراعة ضرورية لمنع فشل على مدى عمر الزرع.
وقد وضعت العديد من مواد مختلفة وتصاميم زرع مؤخرا لتحسين نسبة الإشارة إلى الضوضاء والاستقرار زرع لتسجيل العصبية. وشملت المواد الكهربائي البلاتين والإيريديوم، التنغستن، وأكسيد الإيريديوم، وأكسيد التنتالوم، الجرافين، أنابيب الكربون النانوية، مخدر إجراء البوليمرات، والهلاميات المائية في الآونة الأخيرة. المواد الركيزة اختبار يشمل أيضا السيليكون، وأكسيد السيليكون، نيتريد السيليكون، والحرير، وتفلون، بوليميد، والسيليكون. كما تم التحقيق مختلف التعديلات الكهربائي، وذلك باستخدام الطلاء مثل laminin، neurotrophins، أو المجمعة monolayers الذاتي والعلاجات باستخدام الكهروكيميائية، والبلازما والتقنيات البصرية. تصميم زرعو يمكن أن يكون 1 -، 2 - أو 3 الابعاد مع الأقطاب عموما في غيض من اجراء تحقيق العزل أو على طول حافة عرقوب لاختراق أقطاب أو في مجموعة 2 الأبعاد لسطح القشرة يزرع. بغض النظر عن التصميم أو المواد الكهربائي، وقد أظهرت الدراسات السابقة عادة أداء عملية الزرع الجديدة دون الرجوع إلى البنى زرع أخرى. هذا يمنع إجراء تقييم منهجي لممتلكاتهم.
يوفر هذا البروتوكول طريقة لمقارنة المواد القطب مختلفة عبر مجموعة من التقنيات التحليلية والكهربية. لأنه يقوم على مقالة نشرت مؤخرا والتي مقارنة 4 مخدر مختلفة إجراء الطلاء البوليمر (polypyrrole (PPY) وبولي 3 ،4-ethylenedioxythiophene (PEDOT) مخدر مع كبريتات (SO 4) أو الفقرة التولوين سلفونات (نقط)) و 4 طلاء مختلفة، سمك 10. وجدت هذه المادة مادة واحدة، PEDOT-نقط مع الوقت ترسب 45 ثانية،لديها أعلى نسبة ارتفاع عدد وإشارة إلى الضوضاء مع أصغر الضوضاء في الخلفية والتي كانت هذه المعايير تعتمد على مقاومة القطب. كما عرض PEDOT-نقط biostability الحادة متفوقة بالمقارنة مع غيرها من مخدر إجراء البوليمرات وأقطاب الإيريديوم العارية. بروتوكول يسمح المعلمات الحرجة السيطرة على نسبة والاستقرار إشارة إلى الضوضاء يتم تحديدها واستخدامها لزيادة تحسين أداء الأقطاب تسجيل العصبية.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
تمت الموافقة على البروتوكول من قبل جامعة لا تروب (09-28P) وجامعة RMIT لجان الأخلاقيات الحيوان (1315).
1. إعداد القطب والأولية في المختبر اختبار
- إعداد الحلول ترسب طلاء الكهربائي، على سبيل المثال 10 ملي 3،4-ethylenedioxythiophene (EDOT) و 0.1 M الصوديوم شبه التولوين سلفونات (نا 2 نقطة) لتشكيل بولي 3 ،4-ethylenedioxythiophene-نقط (PEDOT-نقطة).
- ربط مجموعة الكهربائي إلى potentiostat.
- وضع بعناية مجموعة الكهربائي في حل ترسب والمشبك في مكانه.
- وضع شبكة البلاتين عداد كهربائي وحج / أجكل إشارة القطب في حل ترسب والاتصال إلى potentiostat.
- باستخدام potentiostat، والطلاء على ودائع الأقطاب المطلوب. سوف ظروف ترسب (المحتملة، والوقت الحالي) تختلف تبعا الطلاء المطلوب. لطلاء PEDOT-نقطة، وتطبيق بوتيهوقد استخدم ntial من 1 V لمدة 15، 30، 45، أو 60 ثانية. يجب أن تكون مغلفة أربعة أقطاب على مجموعة مع طلاء في تكوين مراحل (الشكل 1).
- إزالة مجموعة من القطب الحل ترسب وشطف بلطف مع الماء منزوع الأيونات.
- كرر الإجراء طلاء مع المواد الأخرى كما تريد.
- إعداد الاختبار في المختبر حل (0.3 M فوسفات الصوديوم (نا 2 هبو 4) في الماء منزوع الأيونات).
- ربط مجموعة الكهربائي إلى potentiostat.
- وضع بعناية مجموعة الكهربائي في حل الاختبار والمشبك في مكانه.
- وضع شبكة البلاتين عداد كهربائي وحج / أجكل إشارة القطب في حل الاختبار والاتصال إلى potentiostat.
- باستخدام potentiostat، نفذ متتابعة الكهروكيميائية مقاومة الطيفي (EIS) (المحتملة الإزاحة 0 V، سعة 10 فولت، نطاق الترددات 10-100،000 هرتز) وvoltammetry دوري (1 دورة، مجموعة المحتملة 0.8 إلى -0.8 V، معدل المسح 100 بالسيارات / ثانية) على جميع الأقطاب. يتم الاحتفاظ الأقطاب لم تختبر في إمكانات الدائرة المفتوحة ويستخدم وقت هادئ من 1 ثانية بين كل اختبار. جميع أقطاب 32 على اتصال مع الحل للدورة اختبار كامل من 1 ساعة.
- إزالة مجموعة الكهربائي من حل الاختبار وشطف بلطف مع الماء منزوع الأيونات.
- القيام بأي تحليلات أخرى المطلوب مثل المجهر الضوئي.
- متجر تحقيقات في وعاء واقية جافة لمنع الضرر وتدهور السطوح الكهربائي.
2. القطب زرع
- وزن الفئران.
- حقن يوريثان (20٪ ث / ت في الماء المقطر، 1.3 جم / كجم IP) للتخدير nonrecovery.
- ضمان بداية التخدير عن طريق اختبار لمنعكس قرصة أخمص قدميه الانسحاب. إذا التخدير ليس كافيا، ينبغي أن تدار جرعات تكميلية من يوريثان (0.3 جم / كجم الملكية الفكرية).
- تطبيق مواد التشحيم العين، ثم يحلق رأسه من أحدامال.
- وضع الحيوان في وضعية الانبطاح على طبق homeothermic وإدراج التحقيق المستقيم (37.5 درجة مئوية).
- وضع شريط أذن واحدة في الموقف النهائي المتوقع تقريبا في إطار التجسيمي، ومن ثم ضبط الحيوان لوضع شريط الأذن في الصماخ السمعي الخارجي.
- محاذاة شريط الأذن الثانية في صماخ السمع الخارجي المقابل. تحول الحيوان في الحانات الأذن لتتماشى مع صاحب الأسنان.
- باستخدام ملقط الأسنان الفئران، فتح الفك الحيوان، ربط القواطع العليا على حامل الأسنان وتضييق الأنف في المكان.
- خلق شق في الجلد من الرأس، ما يقرب من 1 ملم إلى يمين خط الوسط وبين 10 ملم إلى 10 ملم منقاري الذيلية لامدا.
- سحب الجلد والعضلات أفقيا من شق لفضح الجداري والعظام الجداري باستخدام 20٪ محلول بيروكسيد الهيدروجين والشاش، فرك السطح من العظام عرضة للخطر.
- حفر حفرة حوالي3 مم 2 في العظام الجداري أقرب إلى امدا وخط الوسط ممكن، وإزالة المكونات العظام. باستخدام ملحي معقم، تدفق حفرة لإزالة أي غبار أو شظايا العظام التي قد تؤدي إلى تلف القطب.
- باستخدام مقص حادة، حادة، تشريح تحت القفا من الرقبة وخلق تجويف. التفاف سلك حج / أجكل في الصوف والقطن، وتشبع ذلك بمحلول ملحي ثم قم بإدراج الإلكترود المرجعي في تجويف.
- إجراء شق في جافية على المستوى السهمي باستخدام غيض من إبرة.
- إرفاق مجموعة الكهربائي إلى القطب مناور وضبط موقفها خلال افتتاح مع 19 °-rostro الذيلية زاوية. إدراج يدويا القطب حوالي 2 ملم في الدماغ نحو أكيمة السفلي.
- نعلق المتكلم إلى شريط الأذن اليسرى أجوف.
- ضمان تشغيل مكبر للصوت على. ثم تحقق التخدير الحيوان قبل ختم غرفة تسجيل.
3.في اختبار فيفو
- تقديم رشقات نارية الضوضاء البيضاء، (ضجيج جاوس الموزعة، 1-44 كيلو هرتز، و 10 مللي ثانية الوقت ارتفاع الخريف) ورصد النشاط على كل قطب كهربائي. الحد الأقصى المعدل الذي ينبغي تسليم رشقات نارية هو انفجار واحدة كل 200 ميللي ثانية.
- باستخدام ميكرودريفي الآلية، تضاف ببطء مجموعة الكهربائي حتى يتم تسجيل النشاط مدفوعة سمعيا على 3 أقطاب معظم البعيدة على كل عرقوب (عدد وموقف النشاط تسجيل الأقطاب يمكن أن تختلف مع القطب الكهربائي موضع أو التصميم).
- تنفيذ بروتوكول التحفيز الصوتية باستخدام 300 التكرار من 50 ميللي ثانية رشقات نارية الضوضاء البيضاء (ضجيج جاوس الموزعة، 1-44 كيلو هرتز، و 10 مللي ثانية الوقت ارتفاع السقوط) مع معدل الرسوب 1 ثانية في 70 ديسيبل، وتسجيل النشاط المتعددة الوحدات في كل القطب ( 24.4 معدل أخذ العينات كيلو هرتز).
- إدراج ببطء مجموعة القطب آخر 200 μ م في IC لوضع كل قطب كهربائي في تقريبا نفس الموقف القطب القاصي أكثر من عشره موقف تسجيل الأولي.
- تكرار التحفيز الصوتية وبروتوكول تسجيل العصبية.
- مواصلة إدراج مجموعة الكهربائي في 200 م μ الخطوات وأداء التحفيز الصوتية وبروتوكول تسجيل العصبية حتى سجلت جميع أقطاب النشاط مدفوعة سمعيا من لا يقل عن 3 وظائف (عادة 8-12 مواقف القطب الشاملة).
- التراجع عن مجموعة الكهربائي في 200 م μ الخطوات ومواصلة أداء التحفيز الصوتية وبروتوكول تسجيل العصبية حتى يتحقق الموقف المبدئي مجموعة الكهربائي.
- سحب بعناية مجموعة الكهربائي يدويا.
- حقن جرعة زائدة من الصوديوم بنتوباربيتون (Lethobarb؛ 200 ملغم / كغم IP) إلى الموت ببطء الحيوان.
- شطف بلطف مجموعة الكهربائي مع الماء المقطر. ثم تحقيقات مخزن في حاوية واقية جافة لمنع الضرر وتدهور السطوح الكهربائي.
4. بعد غرس في فيتاميناختبار ريال عماني
- شطف بلطف مجموعة الكهربائي مع الماء المقطر لإزالة أي تلوث.
- ربط مجموعة الكهربائي إلى potentiostat.
- وضع بعناية مجموعة الكهربائي في حل الاختبار والمشبك في مكانه.
- وضع شبكة البلاتين عداد كهربائي وحج / أجكل إشارة القطب في حل الاختبار والاتصال potentiostat.
- باستخدام potentiostat، نفذ متتابعة الكهروكيميائية مقاومة الطيفي (EIS) (المحتملة الإزاحة 0 V، سعة 10 فولت، نطاق الترددات 10-100،000 هرتز) وvoltammetry دوري (1 دورة، مجموعة المحتملين 0.8 إلى -0.8 V، معدل المسح 100 بالسيارات / ثانية ) على جميع الأقطاب. يتم الاحتفاظ الأقطاب لم تختبر في إمكانات الدائرة المفتوحة ويستخدم وقت هادئ من 1 ثانية بين كل اختبار. جميع أقطاب 32 على اتصال مع الحل للدورة اختبار كامل من 1 ساعة.
- إزالة مجموعة الكهربائي من حل الاختبار وشطف بلطف مع الماء منزوع الأيونات.
- Pالدانتيل مجموعة الكهربائي في محلول التنظيف الأنزيمية لمدة 24 ساعة.
- إزالة مجموعة الكهربائي من الحل وشطف مع الماء المقطر.
- ربط مجموعة الكهربائي إلى potentiostat.
- وضع بعناية مجموعة الكهربائي في حل الاختبار والمشبك في مكانه.
- وضع شبكة البلاتين عداد كهربائي وحج / أجكل إشارة القطب في حل الاختبار والاتصال potentiostat.
- باستخدام potentiostat، نفذ متتابعة الكهروكيميائية مقاومة الطيفي (EIS) (المحتملة الإزاحة 0 V، سعة 10 فولت، نطاق الترددات 10-100،000 هرتز) وvoltammetry دوري (1 دورة، مجموعة المحتملين 0.8 إلى -0.8 V، معدل المسح 100 بالسيارات / ثانية ) على جميع الأقطاب. يتم الاحتفاظ الأقطاب لم تختبر في إمكانات الدائرة المفتوحة ويستخدم وقت هادئ من 1 ثانية بين كل اختبار. جميع أقطاب 32 على اتصال مع الحل للدورة اختبار كامل من 1 ساعة.
- إزالة مجموعة الكهربائي من حل الاختبار وشطف بلطف مع الماء منزوع الأيونات.
- متجر تحقيقات في وعاء واقية جافة لمنع الضرر وتدهور السطوح الكهربائي.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
ويرد مجموعة الكهربائي المعتادة المستخدمة في هذا البروتوكول التجريبي في الشكل 1. هناك 32 أقطاب الإيريديوم في 4 السيقان مع 413 μ م 2 مساحة هندسية الاسمية و200 μ م الملعب. تم المغلفة كل القطب الثاني على مجموعة واحدة من أربعة الطلاء الكهربائي مختلفة، وصفت 1-4. مواد طلاء تم اختيارها بعناية لخصائص الكيميائية والميكانيكية والكهروكيميائية بهم. كما ذكرنا سابقا 10، وزيادة ترسب مرات زيادة مساحة القطب وسمك الطلاء، في حين تطبق أكبر قد الحالية أو المحتملة أيضا زيادة معدل الترسيب، قد تحدث تفاعلات المتنافسة التي تؤثر على عملية الترسيب. وقد تم تحسين البروتوكول ترسب مسبقا لهذا البوليمر إجراء خاص لضمان أن يتم التوصل إلى طلاء استنساخه وذلك يقتصر على القطب (أي لا ينتشر إلى adjaceالإقليم الشمالي القطب) 10.
بعد أن تم تعديل مجموعة الكهربائي، وينبغي إجراء سلسلة من التحليلات البصرية والكهروكيميائية. في هذا المثال، استخدمت voltammetry دوري (الشكل 2) والكهروكيميائية مقاومة الطيفي (الشكل 3). يستخدم هذا البروتوكول voltammetry دوري على نطاق وإمكانات كبيرة، تبدأ في الاتجاه مسح الاختزالية. إذا كان مطلوبا كثافة الشحنة القطب، ينبغي تحويل البيانات voltammetric دوري لمؤامرة الوقت الحالي وإما المناطق الاختزالية أو الأكسدة المتكاملة (الشكل 2B). يتم الحصول على مقاومة على نطاق تردد واسع مع السعة الصغيرة في 0 V. يمكن البيانات مقاومة ممثلة في مجموعة متنوعة من الأشكال بما في ذلك مقاومة (الشكل 3A) أو المرحلة مقابل التردد (الشكل 3B) أو في شكل 3C نيكويست مؤامرة (الشكل ).
المجموعة القطب ينبغي أن تدرج يدويا بحيث النصائح عرقوب ليست سوى من خلال سطح الدماغ. يستخدم الضوضاء البيضاء لدفع النشاط متعددة الوحدات في حين أن ميكرودريفي إدراج ببطء مجموعة في أكيمة السفلي (IC) في 200 م μ الخطوات. وينبغي رصد استجابة القطب كما يتم إدخال مجموعة، ومرة واحدة تقريبا أسفل 3 أقطاب كهربائية على كل عرقوب يتم عرض النشاط مدفوعة سمعيا (الشكل 4A)، يمكن أن تحول الضجيج قبالة بيضاء. ثم يجري في الجسم الحي بروتوكول التحفيز الصوتية. وتدفق البيانات النموذجية من مجموعة القطب عرض زيادة كبيرة في RMS متزامنا مع نبض الضوضاء على خط الأساس مستقرة (الشكل 5). فمن المهم للحد من كل الضجيج الكهربائية والصوتية الخارجية للحد من النشاط الأساسي. على الانتهاء من بروتوكول التحفيز الصوتية، يتم إدراج مجموعة الكهربائي وتراجع في 200 الخطوات μ م. وأكويمثل النشاط مدفوعة ustically كما رسم بياني peristimulus الوقت (PSTH) أو دفق البيانات الخام في مختلف المناصب مجموعة الكهربائي في IC هو مبين في الأرقام 4 و 5.
بعد الإدراج مجموعة كاملة وعملية التراجع، وتشطف بلطف الأقطاب واختبارها مع البروتوكول في المختبر لتحديد الاستقرار الطلاء. ويمكن الحصول على مزيد من التفاصيل عن آثار للبروتين قاذورات من المادة السابقة 10.
في الجسم الحي البيانات يمكن تحليلها بشكل شامل. واحد المعلمة حاسمة لتسجيل العصبية هي نسبة الإشارة إلى الضوضاء (SNR) 10. كانت قطبين من مجموعة نفسها، واحدة المغلفة وغير المغلفة واحدة، في البداية وليس في (6A الشكل) IC. بعد 400 μ م الإدراج، يعرض القطب المغلفة زيادة في SNR في حين أن القطب غير المصقول يتطلب 1،200 μ م الإدراج.؛ وSNR في كل من الأقطاب الكهربائية يتقلب في مناصب مختلفة في IC، ولكن لا تتحلل بمرور الوقت (موقف). هذا يشير إلى أن الخلايا العصبية لا تزال قابلة للحياة على مدى التجربة التي والطلاء الكهربائي مستقرة عند استخدام هذا البروتوكول. ويعزى الاختلاف في SNR مع موقف للضوضاء البيولوجية (عدد مختلف والموقف من الخلايا العصبية في المناطق القريبة من الأقطاب) 10.
مختلف مستويات ضغط الصوت (SPL) يمكن استخدامها لتحفيز الصوتية طالما أنهم فوق عتبة الصوتية ولا أصمم الحيوان. وSNR يختلف مع SPL، وبالتالي يجب أن تكون متسقة (الشكل 6B). ينصح SPL عالية لتوليد متعددة وحدة تستند إلى استجابة أكبر، كما سيتم حفز منطقة أكبر من IC، مما يجعل وضع قطب كهربائي أسهل والحد من الضوضاء البيولوجية في الوقت الذي توفر أيضا عددا أكبر من المناصب الكهربائي لanalys الإحصائيةهو.
الجداول والأشكال:
الشكل 1. صورة مجهرية بصرية لإجراء تعديل البوليمر الكهربائي صفيف. التسميات (1-4) تمثيل أربع طبقات مختلفة، مما يمكن من التحليل الإحصائي من كل طلاء داخل تجربة واحدة. هو المسمى أيضا واحدة الكهربائي غير المصقول. في هذا المثال، 1-4 هي 15، 30، 45، و 60 مرات ترسب ثانية من PEDOT-نقطة. اضغط هنا لمشاهدة صورة أكبر.
الرقم 3. (أ) مقاومة، (ب) المرحلة (ج) نطاق الترددات العالية من مؤامرة نيكويست لممثل غير المصقول (متقطع) وإجراء البوليمر المغلفة (الصلبة) الأقطاب. اضغط هنا لمشاهدة صورة أكبر.
الآثار البيئية together.within-صفحة = "دائما"> 
الشكل 4 الوقت Peristimulus الرسم البياني قياس في كل قطب كهربائي، وبلغ متوسط أكثر من 300 التكرار في 70 ديسيبل من الضوضاء البيضاء في اثنين من أعماق مختلفة في IC؛ (أ) 0 μ م و (ب) أعماق 800 م μ الإدراج. تشير العلامات النجمية الأقطاب المغلفة. اضغط هنا لمشاهدة صورة أكبر.
الرقم 5. البيانات الجري قياس في كل قطب كهربائي مع 70 ديسيبل الضوضاء البيضاء رشقات نارية على اثنين من أعماق مختلفة في رانه IC؛ (أ) 0 μ م و (ب) أعماق 800 م μ الإدراج. تشير العلامات النجمية الأقطاب المغلفة. اضغط هنا لمشاهدة صورة أكبر.
الرقم 6. S ignal إلى نسبة الضوضاء أثناء الإدراج وتراجع للصفيف الكهربائي في IC (أ) 70 ديسيبل من الضوضاء البيضاء في ممثل غير المصقول (متقطع) وإجراء البوليمر المغلفة (الصلبة) والأقطاب الكهربائية (ب) مستويات ضغط الصوت المختلفة ( 40-70 ديسيبل) على البوليمر المغلفة القطب إجراء. انقر هنا لعرض أكبر ايماجه.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
يوفر هذا البروتوكول طريقة لمقارنة العصبية الطلاء القطب تسجيل في حيوان واحد. تصميم القطب المستخدمة هي مثالية للزرع في الفئران أكيمة السفلي (IC)، مع أبعاد نطاق مماثل. أن الاختلافات من هذا القطب مثل مساحة أكبر بين السيقان منع جميع السيقان يجري في IC الفئران في نفس الوقت، في حين السيقان أطول وأكبر الملعب بين أقطاب تزيد من خطر أن النصائح عرقوب سوف تأتي في اتصال مع قاعدة الجمجمة خلال الإدراج. أصغر القطب الملعب يزيد من خطر طلاء الكهربائي من أحد الاتصال إلكترود المجاورة. ومنطقة القطب تؤثر على الاستجابة تسجيل العصبية، وبالتالي يجب أن تكون متناسقة عبر التجارب. اختيار منطقة مثالية لقياس النشاط متعددة الوحدات، مما أدى إلى المزيد من البيانات بما يتفق مع المتغير مسافات القطب الخلايا العصبية. باستخدام 4 أقطاب بنفس طلاء يسمح التحليل الإحصائي ومدمج ضمن البيانات الحيوانية وكافية واحدة يمكن الحصول عليها من الحيوانات 2 مع 2 صفائف الكهربائي مختلفة (حجم العينة 8 لكل مادة). كما تم على مراحل الطلاء الكهربائي على كل ساق لتقليل الخطأ مثل الموت الخلايا العصبية في حين أن إدراج مجموعة الكهربائي على مدار التجربة أو الحقل الكهربائي الآثار من التغيير في العرض عرقوب من طرف إلى القاعدة. أن هذه الأنواع من الخطأ إعطاء الاستجابة الكهربية في مختلف الأقطاب في غيض من عرقوب مقارنة بتلك التي في القاعدة. تم العثور على الاختلافات بين دفعة الكهروكيميائية والكهربية من صفائف الكهربائي، وبالتالي فمن المستحسن أن سلسلة من التجارب التي أجريت مع صفائف الكهربائي من نفس الدفعة. ويمكن أيضا أن تستخدم مجموعة الكهربائي 3D لجمع مزيد من البيانات من حيوان واحد، على الرغم من أن الرعاية يجب اتخاذها لضمان والمغلفة أقطاب باستمرار ما قد يكون النقل الجماعي لمختلف الأقطاب على حافة مباراة مالسيقان nter.
وقد أجريت تجارب في المختبر في محلول العازلة nondegassed لتمثيل أفضل الظروف في الجسم الحي. على الرغم من أن هذه ليست حرجة، يجب أن تكون متناسقة عبر التجارب لمنع الاختلافات المرتبطة الحد من الأوكسجين. واستند تكوين محددة من الحل الاختبار على توصيات من NeuroNexus (الاتصالات الخاصة) ولكن الاختلافات ممكنة، مثل إضافة أو تعديل درجة الحموضة بالكهرباء. في نهاية المطاف، لا بد من حل متأخرا موصل للغاية لضمان تهيمن على الاستجابة في المختبر من سلوك القطب، ولكن يجب أن تكون متسقة بين التجارب. وينبغي الحصول على مزيد من التفاصيل حول أداء التحليل الكهروكيميائية من مصادر مناسبة 11. الطلاء الكهربائي أو بروتوكول voltammetric دوري عند استخدام أقطاب الإيريديوم يجب أن يتم اختيارها بعناية، وتطبيق إمكانات إيجابية للغاية لفترة طويلةسوف ق من الوقت شكل أكسيد الإيريديوم وتغيير خصائص القطب. بدلا من ذلك، أقطاب البلاتين يمكن استخدامها، والقضاء على إمكانية تشكيل أكسيد. يستند معدل المسح ومجموعة المحتملة على الدراسات السابقة، ويجب أن تكون متناسقة عبر التجارب، على الرغم من عدم الارتباط بين كثافة الشحنة والاستجابة العصبية تسجيل شوهد 10، وسيتم تناول مزيد من التفاصيل حول هذه المعلمات في المنشورات المستقبل. من المهم أيضا للحفاظ على المعلمات EIS متسقة، سعة كبيرة مثل، ويقابل امكانات مختلفة وتكوينات خلية كهروكيميائية سوف يغير استجابة مقاومة.
ونوقش نطاق الترددات المستخدمة في نظام المعلومات البيئية في المادة السابقة 10. يتم بشكل روتيني قياس مقاومة القطب ليزرع العصبية فقط في 1 كيلو هرتز. وهذا قد يؤدي إلى فقدان معلومات هامة. على سبيل المثال إلكترود غير المصقول والمطلي قد تولد مقاومة مماثلةالقيم في 1 كيلو هرتز (الشكل 3A). ولكن على ترددات أقل، وهذا القطب المغلفة تمتلك أقل بكثير مقاومة. وبالمثل للمرحلة (الشكل 3B)، في 1 كيلو هرتز الأقطاب غير المصقول والمطلي يكون مرحلة مختلفة جدا، ولكن على ترددات الدنيا والعليا كانت متشابهة. هذا الاختلاف في الخصائص هو واضح جدا على المؤامرة نيكويست (الشكل 3C) حيث القطب غير المصقول بشكل طولي في حين أن القطب المغلفة تمتلك نصف دائرة على ترددات عالية واستجابة العمودي في الترددات المنخفضة.
وقد تم اختيار النواة المركزية للIC من نموذج حيواني الفئران كموقع مناسب لمقارنة أقطاب تسجيل نظرا لإمكانية الحصول عليها بسهولة، وحجم كبير نسبيا، وتعصيب بإذن مباشرة عبر نواة القوقعة المقابل. يسمح هذا الترتيب التوضع النغمي ويمكن أيضا تحديد المواقع سهلة الأولية من التحقيق وتسليم الترددات لهجة نقية يمكن استخدامها للمساعدة فيالتحقيق التنسيب. خلال مجموعة القطب الإدراج في IC، يتم مراقبة النشاط العصبي للضوضاء بيضاء. اعتمادا على زاوية وتحديد المواقع بدقة من مجموعة الكهربائي، عرقوب الوحشي يجوز لأحد أن تسجيل استجابة مدفوعة سمعيا فقط في القطب الأكثر القاصي بينما يعرض عرقوب المقابل النشاط على 3 أو 4 أقطاب. نمط معين من النشاط على مجموعة الكهربائي ليست حرجة، وإلا سلسلة من الاستجابات تسجيل على كل قطب كهربائي المطلوبة مع مختلف المسافات القطب الخلايا العصبية. إذا لا ينظر النشاط على كل السيقان 4، قد لا تكون مجموعة الكهربائي في الموضع الصحيح. في هذه الحالة، يجب أن تراجع مجموعة بالكامل، موقفها بالنسبة لامدا وخط الوسط تعديلها قليلا، ثم إعادة تركيبها. إذا مواقع متعددة في حيوان واحد تم زرعها دون جدوى، يجب فحص القضبان الأذن لتحديد المواقع الصحيحة. التفتيش على البيانات تيار يمكن أن تشير إلى مشاكل الطرافةح إلكترود، على سبيل المثال القطب واحد في الشكل 5 يعرض فقط ضوضاء كبيرة مقارنة مع الأقطاب الأخرى، وتم عزي هذا إلى موصل الخاطئ ويفسر غياب الاستجابة في PSTH (الشكل 4).
عملية جراحية وصفها في هذا البروتوكول بالوصول إلى أكيمة السفلي الأيمن مع المتحدث في شريط الأذن اليسرى. هذا يمكن بسهولة تغيير لوضع السماعة على الأذن اليمنى شريط ومجموعة الكهربائي في IC اليسار.
وقد تم تصميم هذا البروتوكول للاستخدام مع الطلاء الكهربائي على صفائف الكهربائي المتاحة تجاريا (NeuroNexus). هذا البروتوكول اختبار محددة قد لا تكون مناسبة لتكوينات القطب مختلفة. على سبيل المثال، إدراج مرنة صفائف بوليميد الركيزة والمقارنة مع صفائف يوتا الاسلوب قد يكون صعبا. يجب أيضا أن تكون المواد متوافقة مع هذه المصفوفات، وبعض المواد أو الأساليب التي قد تتحلل طلاء وتحقيقات. بعض المشاكل المحتملة هي أن طريقة ترسب فراغ يجب ضمان والمغلفة فقط الأقطاب؛ المذيبات المستخدمة يجب أن لا تذوب أو حفر على المعدن، والسيليكون أو أسلاك encapsulant السندات، ويجب ألا تكون درجات الحرارة عالية جدا التجهيز. هذا البروتوكول أيضا لا اختبار أداء المزمن للزرع كما هو موضح في لودفيغ وآخرون 12 ومع ذلك، ويمكن تمديد هذا البروتوكول لتشمل العديد من تكوينات القطب الآخر، وأنواع المواد وبروتوكولات الاختبار. على سبيل المثال غيرها من التقنيات التحليلية يمكن استخدامها لاختبار في المختبر. يمكن تعديل أنظف الأنزيمية للعلاجات الأخرى من أجل فهم أفضل القطب قاذورات التي تحدث خلال زرع الحاد. ويمكن أيضا أساليب ترسب أخرى يمكن استخدامها لتعديل الأقطاب الكهربائية. ومع ذلك، ينبغي دائما أن تدرج الأقطاب غير المصقول كمرجع لالأقطاب الاختبار.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
والكتاب ليس لديهم ما يكشف.
Acknowledgments
يعترف الكتاب بدعم من مجلس الأبحاث الأسترالي من خلال مركز التميز للElectromaterials العلوم.Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Programmable Attenuator | TDT | PA5 | Controls the amplitude of the acoustic signal across frequencies |
| Electrostatic speaker driver | TDT | ED1 | Drives the electrostatic speakers (EC1) |
| Coupled electrostatic speaker | TDT | EC1 | Delivers sound to the animal |
| Processing base station | TDT | RZ2 | Records neural activity from electrode array (using PZ2 preamplifier) |
| Preamplifier | TDT | PZ2-256 | 256-channel high impedance preamplifier |
| Multifunction Processor | TDT | RX6 | Used to generate acoustic stimuli |
| Multichannel electrode | NeuroNexus Technologies | A4 × 8–5mm-200-200-413 | 4-shank 32-channel electrode array |
| Potentiostat | CH Instruments | CHI660B | Deposits electrode coatings and performs cyclic voltammetry and EIS (used with CHI684) |
| Multiplexer | CH Instruments | CHI684 | Switches between electrodes on the potentiostat |
| Disodium phosphate | Fluka | 71644 | Used in the test solution |
| 3,4-Ethylenedioxythiophene (EDOT) | Sigma Aldrich | 483028 | An electrode coating material |
| para-Toluene sulfonate (Na2pTS) | Sigma Aldrich | 152536 | An electrode coating material |
| Urethane | Sigma Aldrich | U2500 | Used to anesthetize the animal |
| Silver/Silver chloride electrode | CH Instruments | CHI111 | Used for testing the electrode in vitro |
| Platinum electrode | CH Instruments | MW4130 | Used for testing the electrode in vitro |
| Motorized microdrive | Sutter Instruments | DR1000 | To control the electrode array position during surgery |
| Enzymatic cleaner | Advanced Medical Optics | Ultrazyme | Cleans the protein off the electrode array after implantation |
| Acoustic enclosure | TMC Ametek | 83-501 | Isolates the animal from acoustic and electrical noise |
| Stereotaxic frame | David Kopf Instruments | 1430 | Secures and positions the animal |
| Temperature controller | World Precision Instruments | ATC1000 | Controls the animal temperature |
| Bone drill | KaVo Dental | K5Plus | Used to perform the craniectomy |
| Aspirator | Flaem | Suction pro | Used to perform the craniectomy |
References
- Oluigbo, C. O., Rezai, A. R. Addressing Neurological Disorders With Neuromodulation. IEEE Trans. Biomed. Eng. 58, 1907-1917 (2011).
- Shivdasani, M. N., Mauger, S. J., Rathbone, G. D., Paolini, A. G. Inferior Colliculus Responses to Multichannel Microstimulation of the Ventral Cochlear Nucleus: Implications for Auditory Brain Stem Implants. J. Neurophysiol. 99, 1-13 (2008).
- Perlmutter, J. S., Mink, J. W. Deep Brain Stimulation. Ann. Rev. Neurosci. 29, 229 (2006).
- Weaver, F. M., et al. Bilateral Deep Brain Stimulation vs Best Medical Therapy for Patients With Advanced Parkinson Disease. J. Am. Med. Assoc. 301, 63-73 (2009).
- Biran, R., Martin, D. C., Tresco, P. A. Neuronal cell loss accompanies the brain tissue response to chronically implanted silicon microelectrode arrays. Exp. Neurol. 195, 115-126 (2005).
- McConnell, G. C., et al. Implanted neural electrodes cause chronic, local inflammation that is correlated with local neurodegeneration. J. Neural Eng. 6, (2009).
- Liu, X., et al. Stability of the interface between neural tissue and chronically implanted intracortical microelectrodes. IEEE Trans. Rehab. Eng. 7, 315-326 (1999).
- Rousche, P. J., Normann, R. A. Chronic recording capability of the Utah Intracortical Electrode Array in cat sensory cortex. J. Neurosci. Methods. 82, 1-15 (1998).
- Williams, J. C., Rennaker, R. L., Kipke, D. R. Long-term neural recording characteristics of wire microelectrode arrays implanted in cerebral cortex. Brain Res. Protoc. 4, 303-313 (1999).
- Harris, A. R., et al. Conducting polymer coated neural recording electrodes. J. Neural Eng. 10, (2013).
- Bard, A. J., Faulkner, L. R. Electrochemical Methods. , Wiley. (2001).
- Ludwig, K. A., Uram, J. D., Yang, J., Martin, D. C., Kipke, D. R. Chronic neural recordings using silicon microelectrode arrays electrochemically deposited with a poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) film. J. Neural Eng. 3, 59 (2006).
