Summary
다른 전극 코팅은 전기 화학적, 화학적, 기계적 특성 변화를 신경 기록 성능에 영향을 미친다. 체외에서 전극의 비교 그러나 생체 반응의 비교는 일반적으로 전극 / 신경 세포의 거리에서 동물 사이의 변화에 의해 복잡하고, 비교적 간단하다. 이 문서에서는 신경 기록 전극을 비교하는 강력한 방법을 제공한다.
Abstract
새로운 재료와 신경 임플란트 디자인은 일반적으로 성능을 시연 그러나 다른 임플란트 특성을 참조하지 않고, 개별적으로 시험한다. 이것은 특정 애플리케이션에 대해 최적의 가장 중요한 성능 파라미터에 기초하여 새로운 재료의 개발과 같은 특정 임플란트의 합리적 선택을 배제한다. 이 문서는 시험 관내 및 신경 기록 전극의 생체 내 시험에 대한 프로토콜을 개발하고 있습니다. 전기 및 전기 생리학 검사에 대한 권장 매개 변수를 설명하는 주요 단계 및 잠재적 인 문제와 함께 설명되어 있습니다. 이 방법은 제거 또는 단순 생체 실험 패러다임, 전극 / 신경 세포의 거리 및 동물 모델과 특히 변동에 존재하는 많은 계통 오차의 영향을 줄일 수 있습니다. 결과는 시험 관내에서와 같은 임피던스 및 Si 등의 생체 내 반응에서 중요한 간의 강한 상관 관계gnal 잡음비. 이 프로토콜은 쉽게 다른 전극 재료 및 설계를 테스트하도록 구성 될 수있다. 시험 관내 기술은 더욱 중요한 성능 지표를 결정하는 임의의 다른 비파괴 방법으로 확장 될 수있다. 청각 경로의 수술 방법에 사용되는 원리는 또한 다른 영역 또는 신경 조직에 변형 될 수있다.
Introduction
신경 임플란트 보철 및 파킨슨 병, 간질, 및 감각 손실 1,2 장애의 치료를 제어하는 연구를 위해 사용이 증가되고있다. 화학 물질과 뇌의 전기적 구성을 모두 측정 및 / 또는 제어하는 모든 신경 임플란트의 기초가된다. 그러나, 신경 조직이 3 부작용을 감소시키는 정도를 벗어난 상태에있는 경우에만 처리를 관리하는 것이 중요하다. 예를 들어, 간질 치료를위한 뇌 심부 자극은 발작 중 뇌에 전기 펄스를 적용해야합니다. 일부 부작용은 근육 긴장 이상, 메모리, 방향 감각 상실,인지 기능 장애, 유도 환각, 우울, 항 우울증 3,4의 손실이있을 수 있습니다. 많은 장치에서, 폐 루프 시스템은 전기 활동을 기록하고, 이상 상태가 검출 될 때 자극을 유발하는 것이 필요하다. 기록 전극은 또한 프로 제어하는 데 사용된다sthetic 장치. 그것은 가장 정확한 트리거링 및 장치 제어를 달성하기 위해 가능한 가장 높은 신호 대 잡음비로 타겟 신경 활동을 기록하는 것이 중요하다. 더 신뢰할 수있는 데이터가 적게 요구되는 시험 대상의 결과를 얻을 수있는 바와 같이 큰 신호 - 대 - 잡음 비는 또한 연구 애플리케이션에 매우 바람직하다. 이것은 또한 신경 자극과 녹음에 관여하는 메커니즘과 경로의 큰 이해를하실 수 있습니다.
신경 이식 뇌에 배치 된 후, 면역 반응은 5,6 트리거된다. 응답의 시간 경과는 일반적으로 서로 다른 생물학적 과정 7 이루어진 급성 및 만성 단계로 구분된다. 면역 반응은 이러한 임플란트 재료 (8)의 아교 흉터 또는 화학적 분해에 의해 밀봉 대상 뉴런으로부터 전극의 분리와 같은 임플란트의 성능에 극적인 효과를 가질 수있다.이것은 기록 전극의 신호 대 잡음비와 자극 전극의 전원 출력 및 오류 9 전극 리드를 줄일 수있다. 임플란트 디자인 및 재료의 신중한 선택은 임플란트 수명 동안 고장을 방지하기 위해 필요하다.
다른 재료 및 임플란트 디자인 많은 신경 기록 용 신호 대 잡음비 및 임플란트의 안정성을 개선하기 위해 최근 개발되어왔다. 전극 재료는 백금, 이리듐, 텅스텐, 산화 이리듐, 산화 탄탈, 그래 핀, 탄소 나노 튜브, 전도성 중합체 도핑, 그리고 더 최근의 하이드로 겔을 포함했다. 시험 기판 재료는 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실크, 테프론, 폴리이 미드, 및 실리콘을 포함한다. 다양한 전극 수정은 또한 전기, 플라즈마 및 광학 기술을 사용하여 라미닌, neurotrophins과, 또는 자기 조립 단층과 치료 등의 코팅을 사용하여 연구되었다. 임플란트 디자인일반적 절연성 프로브의 선단에 전극 또는 관통하거나 외피 표면 임플란트를위한 2 차원 배열에 대한 생크의 가장자리 또는 전극과 3 차원 -, 2 - 그룹의 1이 될 수있다. 에 관계없이 전극의 디자인이나 소재, 이전의 문학은 일반적으로 다른 임플란트 구조를 참조하지 않고 새로운 임플란트의 성능을 보여 주었다. 이것은 그들의 속성의 체계적인 평가를 방지 할 수 있습니다.
이 프로토콜은 분석 및 전기 생리 기술 범위를 통해 다른 전극 재료를 비교하기위한 방법을 제공한다. 이것은 중합체 코팅 (폴리피롤 (PPY), 폴리 -3,4 - 에틸렌 (PEDOT), 황산으로 도핑 (SO 4) 또는 파라 - 톨루엔 설포 네이트 (PTS)) 및 4 전도성 4 가지 도핑 비해 최근 발표 된 문서에 기초 다른 코팅 (10)은 두께. 이 문서는 45 초 증착 시간에 하나의 재료, PEDOT-PTS 발견작은 배경 잡음과 함께 이들 파라미터는 전극의 임피던스에 의존했고 그 가장 높은 신호 - 대 - 잡음 비 및 스파이크 카운트했다. PEDOT-PTS는 다른 도핑 된 전도성 고분자와 맨 손으로 이리듐 전극에 비해 우수한 급성 생체 안정성을 표시. 프로토콜은 임계 파라미터가 결정되고 상기 뉴럴 기록 전극의 성능을 향상시키기 위해 사용되는 신호 - 대 - 잡음 비 및 안정성을 제어한다.
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Protocol
프로토콜은 라트 로브 대학 (09-28P)와 RMIT 대학 동물 윤리위원회 (1315)에 의해 승인되었습니다.
1. 전극 준비 및 예비 시험 관내 시험
- 전극 코팅 증착 용액을 준비] 예 10 밀리 3,4 - 에틸렌 디옥 시티 오펜 (EDOT) 및 0.1 M 나트륨, 파라 - 톨루엔 술폰산 (나 2 PTS는) 폴리 (3) -3,4 - 에틸렌-PTS (PEDOT-PTS)을 형성.
- 텐쇼에 전극 배열을 연결합니다.
- 조심스럽게 증착 용액에 전극 배열을 놓고 제자리에 클램프.
- 증착 용액에 백금 메쉬 상대 전극 및 Ag / AgCl 기준 전극을 배치하고 텐쇼에 연결한다.
- 원하는 전극에 텐쇼, 예금 코팅을 사용. 증착 조건 (가능성, 현재와 시간)이 원하는 코팅에 따라 달라집니다. PEDOT-PTS 코팅을위한,인가 pote15, 30, 45, 또는 60 초 동안 1 V의 ntial가 사용되었습니다. 배열에 네 개의 전극을 엇갈리게의 코팅 (그림 1)로 코팅되어야한다.
- 증착 용액에서 전극 배열을 제거하고 부드럽게 탈 이온수로 씻어냅니다.
- 원하는대로 다른 재료로 코팅 절차를 반복합니다.
- 시험 관내 시험 용액 (증류수에 0.3 M 디 나트륨 인산염 (Na 2 HPO 4))를 준비한다.
- 텐쇼에 전극 배열을 연결합니다.
- 조심스럽게 시험 용액에 전극 배열을 놓고 제자리에 클램프.
- 시험 용액에 백금 메쉬 상대 전극 및 Ag / AgCl 기준 전극을 배치하고 텐쇼에 연결한다.
- 텐쇼를 사용하여, 연속 전기 화학적 임피던스 분광법 (EIS)을 수행하고, 순환 전압 전류 법 (1주기, 잠재적 인 범위 0 (가능성은 0 V, 폭 10 MV, 주파수 범위 10-100,000 Hz에서 오프셋)0.8 V -0.8로, 스캔 속도 100 MV / 모든 전극에 초). 검증되지 않은 전극은 개방 회로 전위로 유지되고, 1 초의 조용한 시간은 각 시험 사이에 사용됩니다. 모든 전극 (32)을 1 시간의 전체 테스팅 세션 용액과 접촉하고있다.
- 테스트 솔루션에서 전극 배열을 제거하고 부드럽게 탈 이온수로 헹군다.
- 광 현미경 등 기타 원하는 분석을 수행합니다.
- 전극 표면의 손상과 저하를 방지하기 위해 건조 보호 용기에 보관 프로브.
2. 전극 이식
- 쥐의 무게를 측정.
- (증류수 / V W, 1.3 g / kg IP 20 %) nonrecovery 마취 우레탄을 주입한다.
- 발가락 핀치 철수 반사 테스트하여 마취 발병을 확인합니다. 마취가 충분하지 않은 경우, 우레탄의 보충 복용 (0.3 g / kg의 IP)을 투여해야한다.
- 눈 윤활제를 적용하고의 머리를 면도근위.
- homeothermic 접시에 발생하기 쉬운 위치에 동물을 배치하고 직장 프로브 (37.5 °의 C)를 삽입합니다.
- 고정대에서 약 예상 최종 위치에 하나 귀 줄을 놓은 다음, 외부 음향 (外耳道)에 귀 막대를 배치하는 동물을 조정합니다.
- 반대측 외부 음향 (外耳道)에 두 번째 귀 줄을 맞 춥니 다. 치아 홀더에 맞도록 귀 바에서 동물을 이동.
- 쥐 이빨 집게를 사용하여, 동물의 턱을 열고 치아 홀더에 상단 앞니를 연결하고 그 자리에 코를 클램프.
- 약 1 정중선의 오른쪽에있는 MM 10 ㎜의 주동이에서 람다의 10mm의 꼬리에, 머리의 피부 절개를 만듭니다.
- 20 % 과산화수소 용액 및 가제 패드를 사용하고 정수리 interparietal 뼈를 노출로부터 피부를 절개하고 측방 근육 후퇴, 노출 된 뼈의 표면을 문질러.
- 약 구멍을 드릴3mm 가능한 람다 및 중간 선에 가깝게 interparietal 뼈에있는 뼈의 플러그를 제거합니다. 멸균 식염수를 사용하여, 전극에 손상을 줄 수있는 뼈 먼지 또는 파편을 제거하기 위해 구멍을 플러시.
- 무딘 무딘 가위를 사용하여 목의 목덜미 아래 해부 충치를 만들 수 있습니다. , 탈지면에 자세 / AgCl을 와이어를 감싸 식염수로 포화 한 후 공동으로 기준 전극을 삽입합니다.
- 바늘의 끝 부분을 사용하여 시상면에서 경막의 절개를합니다.
- 전극 조작에 전극 배열을 연결하고 19 °의 rostro - 꼬리 각도 입구에 위치를 조정합니다. 수동으로 열등 둔덕으로 뇌에 전극에게 약 2mm를 삽입합니다.
- 왼쪽 빈 귀 줄에 스피커를 연결합니다.
- 확인 앰프가 켜져 있습니다. 그런 다음, 기록 챔버를 밀봉하기 전에 동물을 마취 확인.
3.생체 내 시험에서
- 백색 잡음 버스트 (가우스 분포 소음, 1-44 kHz에서, 10 밀리 초 상승 - 하강 시간)을 제공하고, 각 전극의 활동을 모니터링 할 수 있습니다. 버스트가 전달되어야하는 최대 속도는 하나의 버스트마다 200 밀리 초입니다.
- 음향 구동 활성 (전극 기록 활동의 개수와 위치는 전극 배치 나 전극 설계에 따라 달라질 수있다) 각 생크에 3 가장 원위 전극 상에 기록 될 때까지 동력 마이크로 드라이브를 사용하여 천천히 전극 배열을 삽입한다.
- 50 밀리 초 백색 잡음 버스트 (가우스 분포 소음, 1-44 kHz에서, 10 밀리 초 상승 - 하강 시간) 300 반복 사용하여 음향 자극 프로토콜을 수행 70dB에서 1 초 반복 속도를, 그리고 (각 전극에서 multiunit 활동을 기록 24.4 kHz 샘플링 속도).
- 천천히 일에서 더 말단 전극으로 거의 같은 위치에있는 각 전극의 위치를 전극 배열에게 IC에 또 다른 200 μ m를 삽입전자 최초의 기록 위치.
- 음향 자극과 신경 기록 프로토콜을 반복합니다.
- 200 μ m 단계에서 전극 배열을 삽입하고 모든 전극은 적어도 3 위치 (일반적으로 8-12 전체적인 전극 위치)으로부터 음향 적으로 구동되는 활동을 기록 할 때까지 음향 자극과 신경 기록 프로토콜을 계속 수행.
- 200 μ m 단계에서 전극 어레이 후퇴하고 초기 전극 배열 위치가 달성 될 때까지 음향 자극과 신경 기록 프로토콜을 계속 수행.
- 조심스럽게 직접 전극 배열을 철회.
- 나트륨 펜토 바르비의 과다 주입 (Lethobarb을, 200 ㎎ / ㎏ IP) 동물을 안락사 할 수 있습니다.
- 부드럽게 증류수 전극 어레이를 헹군다. 그런 다음 마른 보호 용기에 보관 프로브는 전극 표면의 손상과 저하를 방지합니다.
4. VIT에 착상RO 테스트
- 온화하게 어떤 오염을 제거하기 위해 증류수로 전극 어레이를 헹군다.
- 텐쇼에 전극 배열을 연결합니다.
- 조심스럽게 시험 용액에 전극 배열을 놓고 제자리에 클램프.
- 시험 용액에 백금 메쉬 상대 전극 및 Ag / AgCl 기준 전극을 배치하고 텐쇼에 연결한다.
- 텐쇼를 사용하여, 연속 전기 화학적 임피던스 분광법 (EIS)을 수행 (가능성은 오프셋 0 V, 폭 10 MV, 주파수 범위 10-100,000 Hz에서) 및 순환 전압 전류 법 (1주기, 잠재적 인 범위 0.8 -0.8 V, 스캔 속도 100 MV / 초 ) 모든 전극에. 검증되지 않은 전극은 개방 회로 전위로 유지되고, 1 초의 조용한 시간은 각 시험 사이에 사용됩니다. 모든 전극 (32)을 1 시간의 전체 테스팅 세션 용액과 접촉하고있다.
- 테스트 솔루션에서 전극 배열을 제거하고 부드럽게 탈 이온수로 헹군다.
- 피24 시간 동안 효소 세척 용액에 전극 배열을 끈으로 묶는다.
- 용액에서 전극 배열을 제거하고 증류수로 씻어.
- 텐쇼에 전극 배열을 연결합니다.
- 조심스럽게 시험 용액에 전극 배열을 놓고 제자리에 클램프.
- 시험 용액에 백금 메쉬 상대 전극 및 Ag / AgCl 기준 전극을 배치하고 텐쇼에 연결한다.
- 텐쇼를 사용하여, 연속 전기 화학적 임피던스 분광법 (EIS)을 수행 (가능성은 오프셋 0 V, 폭 10 MV, 주파수 범위 10-100,000 Hz에서) 및 순환 전압 전류 법 (1주기, 잠재적 인 범위 0.8 -0.8 V, 스캔 속도 100 MV / 초 ) 모든 전극에. 검증되지 않은 전극은 개방 회로 전위로 유지되고, 1 초의 조용한 시간은 각 시험 사이에 사용됩니다. 모든 전극 (32)을 1 시간의 전체 테스팅 세션 용액과 접촉하고있다.
- 테스트 솔루션에서 전극 배열을 제거하고부드럽게 탈 이온수로 헹군다.
- 전극 표면의 손상과 저하를 방지하기 위해 건조 보호 용기에 보관 프로브.
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Representative Results
이 실험 프로토콜에 사용되는 통상적 인 전극 어레이는도 1에 도시된다. 413 μ 평방 미터 명목 기하학적 공간과 200 μ m 피치 4 정강이에 32 이리듐 전극이있다. 어레이의 각 제 2 전극은 1-4 개의 다른 표지 된 전극 코팅 중 하나로 코팅되었다. 코팅 재료는 신중하게, 화학 기계 및 전기 화학적 특성에 대한 선택되었습니다. 이전 10 바와 같이 큰 전류 또는 전위도 경쟁 반응이 그 증착 공정에 영향을 발생할 수 있고, 증착 속도를 증가시킬 수있다인가하면서, 증가 된 증착 시간은, 전극 면적 및 코팅 두께를 증가시킬 것이다. 증착 프로토콜을 재현 코팅을 달성하기 위해이 특정 전도성 고분자에 대해 이전에 최적화 된 등이 전극에 국한된다 (즉, adjace에 전파되지 않습니다NT 전극) 10.
전극 어레이가 수정 된 후에, 광학 및 전기 일련의 분석은 수행되어야한다. 이 경우, 순환 전압 전류 법 (그림 2)과 전기 화학적 임피던스 분광 (그림 3)이 이용되어왔다. 이 프로토콜은 환원 스캔 방향으로 시작, 큰 잠재적 인 범위에서 순환 전압 전류 법을 사용합니다. 전극 전하 밀도가 요구되는 경우에, 사이 클릭 전압 전류 데이터가 현재 시간 플롯으로 변환되어야하고, 환원 또는 산화 영역들 중 하나가 통합 된 (도 2B). 임피던스는 임피던스 데이터는 주파수 (도 3b) VS 또는 나이키 스트 플롯 (도 3c와 같은 임피던스 (도 3a) 또는 위상 등 다양한 포맷으로 표현 될 수있다 0 V.에서 소진 폭 넓은 주파수 범위에 걸쳐 얻어진다 ).
생크 팁은 단지 뇌의 표면을 통해 그래서 전극 배열을 수동으로 삽입해야합니다. 화이트 노이즈는 마이크로 드라이브가 천천히 200 μ m 단계에서 열등 둔덕 (IC)에 배열을 삽입하는 반면에 다중 유닛 활동을 구동하는 데 사용됩니다. 어레이가 삽입 될 때, 전극 반응 모니터링해야하고, 각각의 생크에 한번 대략적 하위 3 전극은 음향 운전 장치 활동 (도 4a)를 표시하는, 백색 잡음이 해제 될 수있다. 생체 음향 자극 프로토콜이어서 수행된다. 전극 배열에서 일반적인 스트림 데이터는 안정적인베이스 라인에 노이즈 펄스에 동기 RMS의 큰 증가 (그림 5)를 표시합니다. 그것은 초기 활성을 감소시키기 위하여 모든 외부 전기 및 음향 잡음을 최소화하는 것이 중요하다. 음향 자극 프로토콜의 완료에서, 전극 어레이는 삽입 및 200 μ m 단계 후퇴. ACOustically 구동 활성 IC 다른 전극 어레이 위치에서 peristimulus 시간 막대 그래프 (PSTH) 또는 원시 데이터 스트림으로 표현은도 4 및도 5에 도시된다.
전체 어레이 삽입 및 후퇴 공정 후, 전극을 부드럽게 세정하고 피막의 안정성을 결정하기 위하여 시험 관내 프로토콜 재시험. 단백질 오염의 영향에 대한 자세한 내용은 이전 기사 (10)에서 얻을 수있다.
생체 내 데이타 종합적으로 분석 할 수있다. 신경 기록을위한 한 중요한 파라미터는 신호 대 잡음비 (SNR) (10)이다. 같은 배열, 코팅 한 코팅되지 않은 하나에서 두 개의 전극은 IC (그림 6a)에 처음 없었다. 코팅 전극이 1,200 μ m의 삽입을 요구하면서 400 μ m 삽입 한 후, 코팅 된 전극은 SNR의 증가를 표시합니다.; 두 전극의 SNR은 IC에서 다른 위치에 변동하지만, 시간 (위치)에 저하되지 않습니다. 이렇게 신경이 실험의 과정 및이 프로토콜을 사용할 때, 전극 코팅은 안정한 것이 여전히 가능한 것을 나타낸다. 위치와 SNR의 변동이 생물학적 노이즈 (전극의 근방에서 다른 뉴런의 수 및 위치) (10)에 기인하고있다.
다른 음압 레벨 (SPL)을 너무 오래가 탄성 임계 값 이상이며 동물 멍멍하지 않는 음향 자극을 위해 사용될 수있다. SNR은 SPL에 따라 변화하기 때문에 일관성있는 (그림 6b)이어야합니다. 높은 SPL은 큰 다중 장치 구동 응답을 생성하는 것이 좋습니다, IC의 큰 영역은 쉽게 전극 배치를 만들고 또한 통계 분석가를위한 전극 위치의 큰 숫자를 제공하면서 생물학적 소음을 감소 자극하는 바와 같이이다.
표와 그림 :
도 1. 전도성 중합체 개질 전극 어레이의 광학 현미경 사진. 라벨 (1-4)는 단일 실험 내에서 각 코팅의 통계적 분석을 가능하게 네 가지 코팅을 나타낸다. 한 코팅 전극도 표시되어 있습니다. 이 예에서, 1-4는 15, 30, 45, 그리고 PEDOT-PTS의 60 초 증착 시간은. 더 큰 이미지를 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 3. () 임피던스, (B) 상과 (고체) 전극 코팅 대표 코팅 (점선)와 전도성 고분자의 나이 퀴 스트 (Nyquist)의 음모 (C) 높은 주파수 범위. 더 큰 이미지를 보려면 여기를 클릭하십시오.
. 각 전극에서 측정도 4 Peristimulus 시간 막대 그래프는, IC에서이 깊이가 다른 70dB 백색 잡음에서 300 이상의 반복 평균, (a) 0 μ의 m 및 (b) 800 μ m 삽입 깊이. 별표 코팅 된 전극을 나타냅니다. 더 큰 이미지를 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 5. t에있는 두 개의 서로 다른 깊이에서 70dB 백색 잡음 버스트 각 전극에서 측정 된 데이터를 스트리밍그는 IC, (a) 0 μ의 m 및 (b) 800 μ m 삽입 깊이. 별표 코팅 된 전극을 나타냅니다. 더 큰 이미지를 보려면 여기를 클릭하십시오.
코팅 대리인 (파선) 코팅 및 전도성 중합체 (고체) 전극 및 (b) 다른 음압 레벨 (AT도 6. S ignal IC에 전극 어레이의 삽입 및 후퇴시 잡음비. (a) 70dB 백색 잡음 전도성 고분자 코팅 된 전극에 40-70dB). 큰 IMAG를 보려면 여기를 클릭하십시오전자.
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Discussion
이 프로토콜은 동물 내에서 신경 기록 전극 코팅을 비교하기위한 방법을 제공한다. 사용 된 전극 디자인은 비슷한 규모의 치수, 쥐 열등 둔덕 (IC)에 주입 이상적입니다. 이러한 섕크 사이에 더 많은 공간 등이 전극의 변형 이상 섕크와 전극 사이의 큰 피치 생크 팁 두개골의 염기와 접촉하게 될 위험을 증가하면서 모든 정강이, 동시에 래트 IC에 빠지는 것을 방지 할 삽입시. 작은 전극 피치는 인접하는 전극과 접촉 한 전극으로부터 피막의 위험을 증가시킨다. 전극 면적은 신경 기록 반응에 영향을 미칠 것이다, 따라서 실험에서 일관성이 있어야합니다. 선택 영역이 변수 전극 신경 세포의 거리와 일관성 데이터의 결과로, 멀티 유닛 활동을 측정하기에 이상적입니다. 동일한 코팅 4 전극을 사용하여 통계 분석 F에게 허용동물과 충분한 데이터 내에서 ROM은 2 개의 다른 전극 배열 (각 재료의 샘플 크기 8)로 2 동물에서 얻을 수 있습니다. 전극 코팅은 또한베이스 끝에서 정강이 폭의 변화에서 실험 또는 전기장 효과의 과정을 통해 전극 배열을 삽입하는 동안 이러한 신경 세포의 죽음으로 오류를 최소화하기 위해 각 생크에 엇갈려되었습니다. 에러의 이러한 유형은 기지에 비해 생크의 선단에 전극에서 다른 전기 생리 반응을 줄 것이다. 전극 배열에서 상호 배치 전기 및 전기 생리학 변화가 발견되었다, 따라서 그것은 일련의 실험이 동일한 배치의 전극 배열을 수행하는 것이 좋습니다. 대중 교통은 CE 대 가장자리에 전극과 다를 수 있습니다으로 치료는 전극이 지속적으로 코팅 않도록주의해야하지만 3D 전극 배열 또한, 동물에서 더 많은 데이터를 수집하는 데 사용할 수있는NTER 정강이.
시험관 내 실험은 생체 내에서보다 나은 조건을 나타내는 nondegassed 완충 용액에서 수행되었다. 이것은 중요하지 않지만, 산소 환원과 관련된 변형을 방지하기 위해 실험에서 일관되어야한다. 시험 용액의 구체적인 조성은 NeuroNexus (개인 통신)에서 추천을 기반으로하지만, 변형은 전해질 또는 pH를 조정의 첨가도 가능하다 하였다. 궁극적으로, 높은 전도성, 비 반응성 용액을 시험관 응답 전극 거동을 지배된다 확인하는 데 필요하지만, 실험 사이의 일관성이 있어야. 전기 화학적 분석을 수행하는 방법에 대한 더 자세한 정보는 적절한 소스 11에서 확인하셔야합니다. 이리듐 전극을 사용하는 경우 전극 코팅 또는 순환 전압 전류 프로토콜은 오랜 기간 동안 매우 긍정적 인 가능성의 응용 프로그램으로, 신중하게 선택해야합니다시간의 이리듐 산화물을 형성하고 전극의 속성을 변경합니다. 다르게는, 백금 전극은 산화물 형성의 가능성을 제거 사용될 수있다. 스캔 속도와 잠재력 범위는 이전의 문학을 기반으로하고 전하 밀도와 신경 기록 반응 사이의 상관 관계는 이러한 매개 변수에 대한 자세한 내용은 향후 출판물에 해결 될 것입니다, (10)를 볼 수 없습니다하지만, 실험에서 일관성이 있어야합니다. 이것은 임피던스 응답을 바꿀 것이다 일관된 큰 진폭, 오프셋 전위와 다른 전기 화학 셀의 구성을 EIS 파라미터를 유지하는 것도 중요하다.
EIS에 사용되는 주파수 범위는 앞의 제 10에서 논의되었다. 신경 임플란트 전극 임피던스는 정기적으로 단지 1 kHz에서 측정한다. 이 중요한 정보의 손실이 발생할 수 있습니다. 예를 들어 코팅 및 코팅 된 전극과 유사한 임피던스를 생성 할 수 있습니다1 kHz에서 (그림 3a)에 값. 그러나 낮은 주파수에서,이 코팅 된 전극은 매우 낮은 임피던스를 가지고 있습니다. 마찬가지로 위상에 (그림 3B), 1 kHz에서 코팅 및 코팅 된 전극은 매우 다른 위상을 가지고 있지만, 낮은 및 높은 주파수에서 그들과 유사하다. 속성의 차이는 나이 퀴 스트 플롯 코팅 된 전극은 높은 주파수와 낮은 주파수에서 수직 응답에서 반원을 보유하는 동안 코팅 전극이 선형 (그림 3C)에 매우 명백하다.
쥐 동물 모델의 IC의 중심 핵으로 인해 반대측 인공 핵을 통해 그것의 쉬운 접근성, 상대적으로 큰 크기, 직접 모노 신경 분포에 기록 전극을 비교하기위한 적합한 장소로 선택되었다. tonotopic 배열은 프로브와 순수한 톤 주파수의 전달을 쉽게 초기 위치도 함께하는 데 도움이 될 수있는 수프로브 배치. IC에 전극 배열을 삽입하는 동안, 백색 잡음에 신경 활동을 모니터링합니다. 반대측의 생크가 3 또는 4 전극에서 활동을 표시하면서 각 및 전극 어레이의 정확한 위치에 따라, 하나의 측면 생크는 가장 원위 전극에 음향 적으로 구동되는 응답을 등록 할 수있다. 각 전극 상에 기록 응답 만이 일련의 상이한 전극 뉴런 거리로 필요한대로 전극 어레이에서 활동의 특정 패턴은 중요하지 않다. 활동 모두 4 섕크에 볼 수없는 경우에, 전극 어레이는 정확한 위치에 있지 않을 수도있다. 이 상황에서, 배열은 완전히 람다 및 정중선에 대하여 그 위치가 다소 조정 한 다음 다시 삽입, 후퇴한다. 동물의 여러 위치가 성공적으로 이식 한 경우, 귀 바는 정확한 위치에 대해 확인해야합니다. 스트림 데이터의 판독에 문제에게 재치 나타낼 수H 전극, 예를 그림 5에서 하나의 전극 만 다른 전극에 비해, 이것은 잘못된 커넥터에 추적 된 큰 소음을 표시하고 PSTH에서 응답이없는 경우 (그림 4)에 대해 설명합니다.
이 프로토콜에 설명 된 수술은 왼쪽 귀 표시 줄에있는 스피커와 오른쪽 불량 둔덕에 액세스합니다. 이것은 쉽게 왼쪽 IC에 오른쪽 귀 바, 전극 배열에 스피커를 넣어 변경 될 수 있습니다.
이 프로토콜은 상업적으로 이용 가능한 전극 배열 (NeuroNexus)에 전극 코팅에 사용하기 위해 설계되었습니다. 이 특정 테스트 프로토콜은 서로 다른 전극 구성에 적합하지 않을 수 있습니다. 예를 들어, 유연한 폴리이 미드 기판의 배열과 유타 스타일의 배열과 비교하여 삽입이 어려울 수 있습니다. 특정 재료 또는 코팅 방법이 저하 될 수 있으므로 자료는 또한, 이러한 배열과 호환 가능해야합니다프로브. 일부 잠재적 인 문제는 진공 증착법은 전극이 코팅되어 있는지 확인해야이며 사용되는 용매는 용해 또는 금속, 실리콘 또는 와이어 본드의 밀봉을 에칭하지 않아야하며, 처리 온도가 너무 높을 수 안된다. 이 프로토콜에서와 같이 임플란트의 만성 성능을 테스트하지 루트비히 외. 12 그럼에도 불구하고,이 프로토콜은 많은 다른 전극 구성 재료의 종류와 테스트 프로토콜을 포함하도록 확장 될 수있다. 예를 들어, 다른 분석 기술은 시험 관내 시험을 위해 사용될 수있다. 효소 청소기 나은 급성 이식 중에 일어나는 오염 전극을 이해하는 다른 치료법으로 변형 될 수있다. 다른 증착 방법은 전극을 수정하는데 사용될 수있다. 그러나, 코팅되지 않은 전극은 항상 시험 전극에 참조로 포함되어야한다.
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Disclosures
저자가 공개하는 게 없다.
Acknowledgments
저자는 Electromaterials 과학 우수의 센터를 통해 호주 연구위원회의 지원을 인정합니다.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
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