Summary
Revestimentos de eletrodos diferentes afetar o desempenho de gravação neural através de alterações nas propriedades eletroquímicas, químicas e mecânicas. Comparação de eléctrodos in vitro é relativamente simples, no entanto Comparação in vivo da resposta é tipicamente complicada pelas variações de distância entre os eléctrodos / neurónio e entre animais. Este artigo fornece um método robusto para comparar eletrodos de registro neurais.
Abstract
Novos materiais e designs para implantes neurais são tipicamente testados separadamente, com uma demonstração de desempenho, mas sem referência a outras características de implantes. Isto impede uma selecção racional de um implante em particular como óptima para uma aplicação particular e ao desenvolvimento de novos materiais com base nos parâmetros mais críticos do desempenho. Este artigo desenvolve um protocolo in vitro e testes in vivo de eléctrodos de registo neural. Parâmetros recomendados para o teste eletroquímico e eletrofisiológica são documentados com os principais passos e possíveis problemas discutidos. Este método elimina ou reduz o impacto de muitos erros sistemáticos presentes nas mais simples in vivo paradigmas de teste, especialmente variações na distância eletrodo / neurônio e entre modelos animais. O resultado é uma forte correlação entre a crítica in vitro e in vivo as respostas, tais como a impedância e siproporção nal-ruído. Este protocolo pode ser facilmente adaptado para testar outros materiais de eléctrodos e desenhos. As técnicas in vitro pode ser expandido para qualquer outro método não destrutivo para determinar os indicadores de desempenho mais importantes. Os princípios utilizados para a abordagem cirúrgica da via auditiva pode também ser modificado para outras regiões neurais ou tecido.
Introduction
Implantes neuronais estão a ser utilizados cada vez mais para a investigação, controlando próteses e tratamento de desordens, tais como doença de Parkinson, epilepsia, e 1,2 a perda sensorial. Medir e / ou controlar tanto a composição química e eléctrica do cérebro é a base para todos os implantes neurais. No entanto, é importante administrar um tratamento apenas quando o tecido neural é no estado aberrante para reduzir os efeitos secundários 3. Por exemplo, estimuladores cerebrais profundos para o tratamento de epilepsia só deve aplicar-se um pulso elétrico para o cérebro durante uma convulsão. Alguns efeitos secundários podem ser distonia, perda de memória, desorientação, função cognitiva prejudicada, alucinações induzidas, depressão ou anti-depressão 3,4. Em muitos dispositivos, um sistema de circuito fechado, por conseguinte, necessário para registar a actividade eléctrica e para provocar estimulação quando um estado anormal é detectada. Eletrodos de gravação também são usados para controlar pródispositivos sthetic. É crítico para registar a actividade neural alvo com a maior relação sinal-para-ruído possível conseguir o desencadeamento mais precisa e controlo do dispositivo. Uma grande proporção de sinal-para-ruído é também altamente desejáveis para aplicações de pesquisa, como dados mais fiáveis podem ser obtidas, o que resulta em menor número de indivíduos de teste necessários. Isso também irá permitir uma maior compreensão dos mecanismos e vias envolvidas na estimulação neural e gravação.
Depois de um implante neural tem sido colocado para o cérebro, uma resposta imunitária desencadeada é 5,6. O curso dos tempos de resposta está geralmente dividido em fases agudas e crónicas, cada uma consistindo de 7 diferentes processos biológicos. A resposta imune pode ter efeitos dramáticos sobre o desempenho do implante, tais como o isolamento dos eléctrodos dos neurónios-alvo por encapsulação em uma cicatriz glial ou degradação química dos materiais de implante 8.Isto pode reduzir a relação sinal-para-ruído de um eléctrodo de registo e a potência de saída de um eléctrodo estimulante, e para o eléctrodo de chumbo falha 9. Escolha cuidadosa do desenho do implante e os materiais são necessários para prevenir falhas durante a vida útil do implante.
Muitos diferentes materiais e modelos de implantes têm sido desenvolvidas recentemente para melhorar a relação sinal-ruído e a estabilidade do implante para o registo neural. Materiais de eletrodo incluíram platina, irídio, tungstênio, óxido de irídio, o óxido de tântalo, o grafeno, os nanotubos de carbono, polímeros condutores dopados, e, mais recentemente, os hidrogéis. Os materiais de substrato testados também inclui silício, óxido de silício, nitreto de silício, de seda, Teflon, poliimida, e silicone. Várias modificações dos eléctrodos também foram investigados, utilizando revestimentos, tais como laminina, neurotrofinas, ou monocamadas e tratamentos de auto-montagem utilizando electroquímica, plasma e técnicas ópticas. Projeto Implants poderiam ser 1 -, 2 - ou 3-dimensional com os eléctrodos geralmente na ponta de uma sonda ou de isolamento ao longo do bordo de uma haste para penetrar eléctrodos ou de uma matriz de duas dimensões de implantes de superfície do córtex. Independentemente da concepção ou material de eléctrodo, a literatura anterior tem tipicamente demonstrado o desempenho do novo implante, sem referência a outras construções de implante. Isso evita que uma avaliação sistemática das suas propriedades.
Este protocolo proporciona um método para comparação de diferentes materiais de eléctrodo por meio de uma variedade de técnicas analíticas e electrofisiológicos. Ele baseia-se num artigo recentemente publicado que comparou 4 dopado diferente realização de revestimentos de polímero (de polipirrol (Ppy) e poli-3 ,4-etilenodioxitiofeno (PEDOT) dopado com sulfato (SO4) ou para-tolueno sulfonato (PTS)) e 4 revestimento de diferentes espessuras de 10. Este artigo encontrei um material, PEDOT-pTS com um tempo de deposição de 45 segundos,tinha a maior proporção e contagem de pico de sinal-para-ruído com o menor ruído de fundo, e que estes parâmetros eram dependentes da impedância do eléctrodo. PEDOT-pTS também exibido bioestabilidade aguda superior em comparação com os outros polímeros dopados condução e eletrodos de irídio nuas. O protocolo permite que os parâmetros críticos da alteração da razão e estabilidade de sinal-para-ruído de ser determinada e utilizada para melhorar ainda mais o desempenho dos eléctrodos de registo neural.
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Protocol
O protocolo foi aprovado pela La Trobe University (09-28P) e comitês de ética animal RMIT University (1315).
1. Eletrodo Preparação e preliminar in vitro Testing
- Preparar soluções de revestimento de deposição do eléctrodo, por exemplo, 10 mM de 3,4-etilenodioxitiofeno (EDOT) e 0,1 para-tolueno sulfonato de sódio M (Na 2 pts), para formar poli-3 ,4-etilenodioxitiofeno-pTS (PEDOT-pTS).
- Conecte o conjunto de eletrodos de um potenciostato.
- Com cuidado, coloque o conjunto de eletrodos na solução de deposição e prender no lugar.
- Coloque um contra-eletrodo de platina malha e eletrodo de referência Ag / AgCl na solução de deposição e se conectar a um potenciostato.
- Usando os potenciostato, revestimentos de depósito sobre os eléctrodos desejados. Condições de deposição (potencial, corrente e tempo) irão variar dependendo dos revestimentos desejados. Para revestimentos PEDOT-PTS, um pote aplicadantial de 1 V por 15, 30, 45, ou 60 segundos foi usado. Quatro eléctrodos na matriz deve ser revestida com o revestimento com uma configuração escalonada (Figura 1).
- Remova o conjunto de eletrodos a partir da solução de deposição e lavar cuidadosamente com água deionizada.
- Repetir o processo de revestimento com outros materiais, como desejado.
- Preparar solução de teste in vitro (fosfato de di-sódio 0,3 M (Na 2 HPO 4) em água desionizada).
- Conecte o conjunto de eletrodos de um potenciostato.
- Com cuidado, coloque o conjunto de eletrodos na solução de teste e prender no lugar.
- Coloque um contra-eletrodo de platina malha e eletrodo de referência Ag / AgCl na solução de teste e se conectar a um potenciostato.
- Usando o potenciostato, realizar espectroscopia de impedância eletroquímica seqüencial (EIS) (potencial compensar 0 V, amplitude 10 mV, faixa de freqüência 10-100,000 Hz) e voltametria cíclica (1 ciclo, faixa de potencial 00,8 para -0,8 V, velocidade de varredura de 100 mV / s) em todos os eletrodos. Eletrodos não testados são mantidos em potencial de circuito aberto e um tempo de silêncio de 1 segundo é usado entre cada teste. Todos os eléctrodos 32 estão em contacto com a solução para a sessão de teste completo de 1 hr.
- Remova o conjunto de eletrodos da solução teste e lavar cuidadosamente com água deionizada.
- Executar quaisquer outras análises desejadas, como microscopia óptica.
- Armazenar as sondas em um recipiente protector seco, para evitar danos e degradação das superfícies dos eléctrodos.
2. Eletrodo Implantação
- Pesa-se o rato.
- Injectar uretano (20% w / v em água destilada, 1,3 g / kg ip) para anestesia nonrecovery.
- Certifique-se de início a anestesia por meio de testes de um reflexo de retirada do dedo do pé pinch. Se a anestesia não é suficiente, doses suplementares de uretano deve ser administrado (0,3 g / kg ip).
- Aplique lubrificante ocular, e depois raspar a cabeça da umaimal.
- Colocar o animal em decúbito ventral em uma placa homeotérmicos e inserir uma sonda retal (37,5 ° C).
- Coloque uma barra de orelha em posição final de aproximadamente esperado dentro do quadro estereotáxico, e depois ajustar o animal para posicionar a barra de orelha no meato acústico externo.
- Alinhe a segunda barra de orelha em meato acústico externo contralateral. Deslocar o animal nos bares de ouvido para se alinhar com o suporte do dente.
- Utilizando uma pinça dente de rato, abrir a mandíbula do animal, ligar os incisivos superiores sobre o suporte do dente e apertar o nariz no lugar.
- Criar uma incisão na pele da cabeça, a cerca de 1 mm para a direita da linha média e de 10 mm de 10 mm rostral caudal do lambda.
- Retrair a pele e músculo lateralmente a partir da incisão para expor a ossos parietal e interparietais Usando uma solução de peróxido de hidrogénio a 20% e uma almofada de gaze, esfregar a superfície do osso exposto.
- Faça um furo de aproximadamente3 milímetros 2 no osso interparietais tão perto de lambda e a linha média quanto possível e remover o tampão de ossos. Usando salina estéril, lave o buraco para remover qualquer pó de osso ou fragmentos que podem danificar o eletrodo.
- Com uma tesoura sem corte-contuso, dissecar abaixo da nuca e criar uma cavidade. Enrole um fio de Ag / AgCl em algodão, saturá-lo com soro fisiológico e, em seguida, insira o eletrodo de referência para a cavidade.
- Fazer uma incisão na dura-máter no plano sagital, utilizando a ponta de uma agulha.
- Fixe o conjunto de eletrodos para o manipulador de eletrodos e ajustar a sua posição sobre a abertura com um ângulo de rostro-caudal de 19 °. Inserir manualmente o eletrodo de aproximadamente 2 mm no cérebro para o colículo inferior.
- Conecte o alto-falante para a barra de ouvido oco esquerda.
- Verifique se o amplificador está ligado. Em seguida, verificar a anestesia animal antes de selar a câmara de gravação.
3.Ensaios in vivo
- Entregar rajadas de ruído branco, (ruído Gaussian distribuído, 1-44 kHz; tempo de subida-queda de 10 ms) e monitorar a atividade em cada eletrodo. A taxa máxima em que explode deverá ser entregue é uma explosão a cada 200 ms.
- Usando o microdrive motorizado, insira lentamente o conjunto de eletrodos até que a atividade acústica impulsionado é registrado nos três eletrodos mais distais em cada haste (o número ea posição dos eletrodos actividade de gravação pode variar com a colocação do eletrodo ou projeto eletrodo).
- Realizar o protocolo de estimulação acústica usando 300 repetições de 50 ms rajadas de ruído branco (ruído Gaussian distribuído, 1-44 kHz, 10 tempo de subida de queda ms) com uma taxa de repetição de 1 seg a 70 dB, e registrar a atividade de várias unidades em cada eletrodo ( taxa de amostragem de 24,4 kHz).
- Insira lentamente o conjunto de eletrodos mais 200 μ m para o IC para posicionar cada eletrodo aproximadamente na mesma posição que o eletrodo mais distal a partir de diae posição de gravação inicial.
- Repita a estimulação acústica e protocolo de gravação neural.
- Continue inserindo o conjunto de eletrodos em 200 μ m passos e realizar a estimulação acústica e protocolo de gravação neural até que todos os eletrodos registraram atividade acusticamente expulsos de pelo menos 3 posições (normalmente 8-12 posições dos eletrodos em geral).
- Recolha o conjunto de eletrodos em 200 μ m passos e continuar a realizar a estimulação acústica e protocolo de gravação neural até a posição inicial dos eletrodos seja alcançado.
- Retrair com cuidado o conjunto de eletrodos manualmente.
- Injectar uma dose excessiva de pentobarbitona de sódio (Lethobarb, 200 mg / kg ip) para eutanásia do animal.
- Delicadamente, lave o conjunto de eletrodos com água destilada. Em seguida, armazená sondas em um recipiente protector seco para evitar danos e degradação das superfícies dos elétrodos.
4. Pós-implantação em vitTeste ro
- Delicadamente, lave o conjunto de eletrodos com água destilada para remover qualquer contaminação.
- Conecte o conjunto de eletrodos de um potenciostato.
- Com cuidado, coloque o conjunto de eletrodos na solução de teste e prender no lugar.
- Coloque um contra-eletrodo de platina malha e eletrodo de referência Ag / AgCl na solução de teste e conectar-se ao potenciostato.
- Usando o potenciostato, realizar espectroscopia de impedância eletroquímica seqüencial (EIS) (potencial compensar 0 V, amplitude 10 mV, faixa de freqüência 10-100,000 Hz) e voltametria cíclica (1 ciclo, faixa de potencial de 0,8 a -0,8 V, velocidade de varredura de 100 mV / s ) em todos os eléctrodos. Eletrodos não testados são mantidos em potencial de circuito aberto e um tempo de silêncio de 1 segundo é usado entre cada teste. Todos os eléctrodos 32 estão em contacto com a solução para a sessão de teste completo de 1 hr.
- Remova o conjunto de eletrodos da solução teste e lavar cuidadosamente com água deionizada.
- Pate o conjunto de eléctrodos em uma solução de limpeza enzimática durante 24 horas.
- Remover o conjunto de eléctrodos a partir da solução e enxagua-se com água destilada.
- Conecte o conjunto de eletrodos de um potenciostato.
- Com cuidado, coloque o conjunto de eletrodos na solução de teste e prender no lugar.
- Coloque um contra-eletrodo de platina malha e eletrodo de referência Ag / AgCl na solução de teste e conectar-se ao potenciostato.
- Usando o potenciostato, realizar espectroscopia de impedância eletroquímica seqüencial (EIS) (potencial compensar 0 V, amplitude 10 mV, faixa de freqüência 10-100,000 Hz) e voltametria cíclica (1 ciclo, faixa de potencial de 0,8 a -0,8 V, velocidade de varredura de 100 mV / s ) em todos os eléctrodos. Eletrodos não testados são mantidos em potencial de circuito aberto e um tempo de silêncio de 1 segundo é usado entre cada teste. Todos os eléctrodos 32 estão em contacto com a solução para a sessão de teste completo de 1 hr.
- Remover o conjunto de eléctrodos a partir da solução de teste elavar cuidadosamente com água deionizada.
- Armazenar as sondas em um recipiente protector seco, para evitar danos e degradação das superfícies dos eléctrodos.
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Representative Results
Um conjunto de eléctrodos típico usado para este protocolo experimental é mostrado na Figura 1. Há 32 eletrodos de irídio em 4 hastes com 413 μ m 2 nominal área geométrica e μ m campo 200. Cada segundo eléctrodo sobre a matriz tenha sido revestido com um dos quatro revestimentos de eléctrodos diferentes, marcadas 1-4. Os materiais de revestimento foram cuidadosamente escolhidos por suas propriedades químicas, mecânicas e eletroquímicas. Como mencionado anteriormente 10, o aumento do tempo de deposição vai aumentar a área do eléctrodo e da espessura do revestimento, enquanto a maior aplicada a corrente ou potencial pode também aumentar a velocidade de deposição, podem ocorrer reacções concorrentes que afectam o processo de deposição. O protocolo de deposição foi otimizado anteriormente para este polímero condutor especial para garantir um revestimento reprodutível é alcançada e por isso se limita ao eletrodo (ou seja, não se espalhou para um adjaceeletrodo nt) 10.
Após o conjunto de eléctrodos foi modificado, de uma série de análises ópticas e electroquímicas deve ser realizada. Neste exemplo, foram utilizadas técnicas de voltametria cíclica (Figura 2) e espectroscopia de impedância electroquímica (Figura 3). Este protocolo usa voltametria cíclica sobre uma grande gama potencial, começando na direção da digitalização redutora. Se for necessária a densidade de carga do eletrodo, os dados de voltametria cíclica deve ser transformado em uma trama da hora atual e tanto as regiões redutoras ou oxidantes integrado (Figura 2b). A impedância é obtido através de uma vasta gama de frequências, com uma pequena amplitude de 0 V. Os dados de impedância pode ser representado numa variedade de formatos, incluindo a impedância (Figura 3a) ou fase vs frequência (Figura 3b) ou como uma trama de Nyquist (Figura 3c ).
Oconjunto de eletrodos devem ser inseridos manualmente para as pontas de hastes são apenas através da superfície do cérebro. O ruído branco é usado para conduzir a atividade de várias unidades, enquanto o microdrive insere lentamente a matriz para o colículo inferior (CI) em 200 μ m passos. A resposta do eletrodo devem ser monitorados quanto a matriz está inserido, e uma vez que cerca o fundo de 3 eletrodos em cada haste está exibindo atividade acusticamente Driven (Figura 4-A), o ruído branco pode ser desligado. O protocolo de estimulação in vivo acústico é então realizada. Dados de fluxo típicas do conjunto de eletrodos irá exibir um grande aumento na RMS em sincronia com o pulso de ruído através de uma linha de base estável (Figura 5). É importante para minimizar todo o ruído elétrico e acústico externo para reduzir a atividade da linha de base. Após a conclusão do protocolo de estimulação acústica, o conjunto de eléctrodos está inserido e recolhido em 200 μ m passos. O acoactividade ustically conduzido representada como um histograma peristimulus tempo (psth) ou fluxo de dados em bruto, em diferentes posições da matriz do eléctrodo no IC é mostrado nas Figuras 4 e 5.
Após a inserção do conjunto completo e processo de retracção, os eléctrodos são suavemente lavadas e testadas novamente com o protocolo in vitro para determinar a estabilidade do revestimento. Mais detalhes sobre os efeitos da incrustação de proteínas pode ser obtido a partir de um artigo anterior 10.
Os dados in vivo podem ser exaustivamente analisado. Um parâmetro importante para a gravação neural é a relação de sinal-para-ruído (SNR) 10. Dois eletrodos de uma mesma matriz, um revestido e não revestido uma, inicialmente não estavam no IC (Figura 6a). Após cerca de 400 μ m de inserção, o eléctrodo revestido exibe um aumento em SNR enquanto que o eléctrodo não revestidos requer 1200 μ m de inserção.; A SNR em ambos os eléctrodos varia em diferentes posições na IC, mas não se degrada ao longo do tempo (posição). Isto indica que os neurónios são ainda viável durante o decurso da experiência, e que os revestimentos dos eléctrodos são estáveis quando se usa este protocolo. A variação na SNR com posição foi atribuída a ruído biológico (número diferente e posição dos neurónios na vizinhança dos eléctrodos) 10.
Diferentes níveis de pressão de som (SPL) pode ser usado para a estimulação acústica enquanto eles estão acima do limiar acústico e não deafen o animal. O SNR varia com SPL e deve, portanto, ser consistente (Figura 6b). Um alto SPL é recomendado para a geração de uma multi-unidade orientado resposta maior, como uma maior área do IC será estimulada, tornando mais fácil a colocação do eletrodo e reduzindo o ruído biológico, proporcionando também um maior número de posições de eletrodos para analys estatísticosé.
Tabelas e Figuras:
Figura 1. Micrografia óptica de um polímero modificado matriz eléctrodo condutor. Os rótulos (1-4) representam quatro revestimentos diferentes, permitindo uma análise estatística de cada um revestimento dentro de uma única experiência. Um eléctrodo sem revestimento também é rotulado. Neste exemplo, 1-4 são 15, 30, 45 e 60 vezes seg deposição de PEDOT-Pts. Clique aqui para ver imagem ampliada.
Figura 3. (A) de impedância, (b) fase e (c) intervalo de uma curva de Nyquist para polímero não revestido (tracejada) e realização de representante eletrodos revestidos (sólido) de alta freqüência. Clique aqui para ver imagem ampliada.
. Figura 4 Peristimulus histograma tempo medido em cada eletrodo, em média, mais de 300 repetições a 70 dB de ruído branco em duas profundidades diferentes no IC; (a) 0 μ m e (b) profundidade de 800 μ m de inserção. Os asteriscos indicam os eletrodos revestidos. Clique aqui para ver imagem ampliada.
Figura 5. Dados Transmissão medidos em cada eletrodo com 70 dB rajadas de ruído branco em duas profundidades diferentes em tele IC: (a) 0 μ m e (b) de 800 μ m de profundidade de inserção. Os asteriscos indicam os eletrodos revestidos. Clique aqui para ver imagem ampliada.
Figura 6. Ignal S-ruído durante a inserção e retração do conjunto de eletrodos para o IC. (A) 70 dB de ruído branco no polímero não revestido (tracejada) e realização de representante revestido eletrodos (sólidas) e (b) os níveis de pressão sonora (diferente 40-70 dB) em um eletrodo de polímero revestido condutor. Clique aqui para ver maior image.
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Discussion
Este protocolo fornece um método para comparar revestimentos de eléctrodos de gravação neurais dentro de um animal. O projeto eletrodo utilizado é ideal para implantação em um rato colículo inferior (CI), com dimensões de uma escala similar. Variações deste eléctrodo, como mais espaço entre as hastes impediria todas hastes sendo no rato IC, ao mesmo tempo, ao passo que hastes mais compridas e um passo maior entre os eléctrodos aumenta o risco de que as pontas de hastes vai entrar em contacto com a base do crânio durante a inserção. Menor passo eléctrodo, aumenta o risco de o revestimento de um eléctrodo de contactar com um eléctrodo adjacente. A área de eletrodo irá afetar a resposta de gravação neural, e deve, portanto, ser consistente em todos os experimentos. A área escolhida é ideal para medir a atividade multi-unidade, resultando em dados mais consistentes com distâncias eletrodo-neurônio variáveis. Utilizando quatro eléctrodos com o mesmo revestimento permite a análise estatística from dentro dos dados do animal e um número suficiente pode ser obtida a partir de 2 animais com dois conjuntos de eléctrodos diferentes (tamanho de amostra 8 para cada um dos materiais). Os revestimentos de eléctrodos, também foram escalonados em cada haste para minimizar o erro, tais como morte dos neurónios durante a inserção do conjunto de eléctrodos durante o curso da experiência ou do campo eléctrico efeitos da alteração na largura da haste da ponta para a base. Estes tipos de erro daria uma resposta diferente electrofisiológico em eléctrodos na ponta da haste em comparação com aqueles na base. Inter-batch variações electroquímicos e electrofisiológicos a partir de conjuntos de eléctrodos tenham sido encontrados, por isso, recomenda-se que uma série de experiências são realizadas com o conjunto de eléctrodos a partir de um mesmo lote. Um conjunto de eléctrodos 3D também poderia ser utilizado para recolher mais dados de um animal, embora seja necessário tomar cuidado para assegurar eléctrodos são revestidos de forma consistente como o transporte de massa pode ser diferente para os eléctrodos na extremidade vs cehastes nter.
As experiências in vitro foram realizados numa solução tampão nondegassed para representar melhor as condições in vivo. Embora este não é crítica, deve ser consistente em todos os experimentos para evitar variações associadas à redução de oxigênio. A composição específica da solução teste foi baseada em recomendações de NeuroNexus (comunicações privadas) mas as variações são possíveis, como a adição de eletrólitos ou ajuste de pH. Em última análise, é necessária uma solução altamente condutora, não reactivo para assegurar a resposta in vitro é dominado pelo comportamento do eléctrodo, mas deve ser consistente entre as experiências. Mais detalhes sobre a realização de análise eletroquímica deve ser obtida a partir de fontes adequadas 11. O revestimento do eletrodo ou protocolo voltamétrico cíclico quando se utiliza eletrodos de irídio deve ser escolhido com cuidado, como aplicação de potenciais muito positivos por longo períodos de tempo, irá formar o óxido de irídio e de alterar as propriedades dos eléctrodos. Em alternativa, os eléctrodos de platina pode ser usada, eliminando a possibilidade de formação de óxidos. A velocidade de varredura e alcance potencial é baseada na literatura anterior e deve ser consistente em todos os experimentos, embora nenhuma correlação entre densidade de carga e gravação resposta neural foram vistos 10, mais detalhes sobre esses parâmetros serão abordados em futuras publicações. É também importante para manter os parâmetros de EIE consistente, como grandes amplitudes, diferentes potenciais de compensação e configurações de células electroquímicas irá alterar a resposta de impedância.
A faixa de freqüência utilizada para a EIS foi discutido no artigo anterior 10. A impedância de eletrodo para implantes neurais é rotineiramente apenas medido a 1 kHz. Isto pode resultar numa perda de informação significativa. Por exemplo, um eléctrodo revestido e não revestido pode gerar impedância semelhantevalores a 1 kHz (Figura 3a). No entanto, em menor escala, este eletrodo revestido possui significativamente mais baixa impedância. Da mesma forma para a fase (Figura 3b), a 1 kHz, os eléctrodos revestidos e não revestidos têm uma fase muito diferente, mas em frequências mais baixas e mais altas são semelhantes. Esta diferença de propriedades é muito evidente no gráfico de Nyquist (Figura 3-C), onde o eletrodo não revestido é linear, enquanto o eletrodo revestido possui um semi-círculo em altas freqüências e uma resposta vertical em baixas frequências.
O núcleo central do IC de um modelo animal de ratos foi escolhida como um local adequado para comparar os eléctrodos de gravação devido à sua fácil acessibilidade, tamanho relativamente grande, e inervação mono directa através do núcleo coclear contralateral. O arranjo permite que o posicionamento inicial tonotópico fácil da sonda e entrega de frequências de tom puro também pode ser usado para ajudar acolocação da sonda. Durante eletrodo disposição inserção no IC, a atividade neural ao ruído branco é monitorada. Dependendo do ângulo e posicionamento preciso do conjunto de eletrodos, uma haste lateral pode registar-se uma resposta acusticamente dirigido somente no eletrodo mais distal, enquanto o pernil contralateral exibe atividade em 3 ou 4 eletrodos. O padrão específico de atividade no conjunto de eletrodos não é crítica, já que apenas uma série de respostas de gravação em cada eletrodo são necessários com diferentes distâncias eletrodo-neurônio. Se a atividade não é visto em todas as 4 patas, o conjunto de eletrodos pode não estar na posição correta. Nesta situação, a matriz deve ser totalmente retraída, a sua posição relativa à lambda e a linha média ajustada ligeiramente, e, em seguida reinserido. Se vários locais em um animal foram implantados sem sucesso, as barras de ouvido deve ser verificado para o posicionamento correto. Inspeção dos dados de fluxo pode indicar problemas sagacidadeh um eletrodo, apenas, por exemplo, um eletrodo na Figura 5 mostra grande ruído em comparação com os outros eletrodos, esta foi atribuída a um conector defeituoso e explica a ausência de resposta no psth (Figura 4).
A cirurgia descrita neste protocolo acessa o colículo inferior direito com o alto-falante na barra de orelha esquerda. Isso pode ser facilmente alterada para colocar o alto-falante na barra de orelha direita eo conjunto de eletrodos na IC esquerda.
Este protocolo foi projetado para uso com revestimentos de eletrodos em matrizes de eletrodos disponíveis comercialmente (NeuroNexus). Este protocolo de testes específicos podem não ser adequados para diferentes configurações de eletrodos. Por exemplo, a inserção de matrizes de substrato de poliimida flexíveis e comparação com as matrizes de estilo Utah pode ser difícil. Os materiais também deve ser compatível com essas matrizes, como certos materiais ou seus métodos de revestimento pode degradar osondas. Alguns problemas potenciais são de que um método de deposição de pó deve garantir que apenas os eléctrodos são revestidos; solventes utilizados não deve dissolver-se ou a gravar o metal, de silício ou de arame ligação encapsulante, e temperaturas de processamento não deve ser demasiado elevada. Este protocolo também não testar o desempenho crônica do implante conforme demonstrado na Ludwig et al. 12 No entanto, este protocolo pode ser estendido para incluir muitas outras configurações de eletrodos, tipos de materiais e protocolos de teste. Por exemplo, outras técnicas de análise pode ser utilizado para o teste in vitro. O detergente enzimático pode ser modificado para outros tratamentos para compreender melhor o eléctrodo de incrustação que ocorrem durante a implantação aguda. Outros métodos de deposição também podem ser usadas para modificar os eléctrodos. No entanto, os eléctrodos revestidos devem sempre ser incluído como uma referência para os eléctrodos de teste.
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Disclosures
Os autores não têm nada a revelar.
Acknowledgments
Os autores agradecem o apoio do Australian Research Council através do Centro de Excelência para Electromaterials Science.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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