Neuroscience

Sinir Kayıt Elekrtotların Sistematik Elektrokimyasal ve Elektrofizyolojik Değerlendirme için Bir Yöntem

Published: March 3, 2014 doi: 10.3791/51084

Alexander R. Harris^1,3, Simeon J. Morgan^1,3, Gordon G. Wallace³, Antonio G. Paolini^1,3,4

¹School of Psychological Science, La Trobe University, ²Intelligent Polymer Research Institute, University of Wollongong, ³ARC Centre of Excellence for Electromaterials Science, ⁴Health Innovations Research Institute, College of Science, Engineering, and Health, RMIT University

Summary

Farklı elektrot kaplamalar elektrokimyasal, kimyasal ve mekanik özellikleri değişiklikler yoluyla sinir kayıt performansını etkileyebilir. In vitro elektrot karşılaştırması, ancak in vivo yanıt karşılaştırılması tipik olarak elektrot / nöron mesafede ve hayvanlar arasında farklılıklar ile komplike nispeten basittir. Bu makalede, nöral kayıt elektrotları karşılaştırmak için sağlam bir yöntem sağlar.

Abstract

Yeni malzemeler ve nöral implantlar için tasarımlar genellikle performansı bir gösteri ile ancak diğer implant özelliklerine değinmeden, ayrı ayrı test edilir. Bu, özel bir uygulama için optimum ve en önemli performans parametreleri dayalı yeni malzemelerin geliştirilmesi gibi belirli bir implant rasyonel bir seçim engellemektedir. Bu makalede, in vitro ve nöral kayıt elektrot vivo test için bir protokol geliştirir. Elektrokimyasal ve elektrofizyolojik test için önerilen parametreler tartışılan önemli adımlar ve olası sorunlar ile belgelenmiştir. Bu yöntem ortadan kaldırır ya da basit in vivo test paradigmaların, elektrot / nöron mesafe ve hayvan modelleri arasında özellikle varyasyonları mevcut birçok sistematik hataların etkisini azaltır. Sonuç, in vitro ve bu empedansına si olarak vivo tepkiler, kritik arasında güçlü bir korelasyongnal-gürültü oranı. Bu protokol, kolayca diğer elektrot malzeme ve tasarımları test etmek için uyarlanabilir. In vitro teknikleri daha önemli performans göstergelerini belirlemek için başka tahribatsız yöntemle açılabilir. Işitsel yolu cerrahi yaklaşım için kullanılan prensipler diğer nöral bölgeler veya dokuya değiştirilebilir.

Introduction

Nöral protez ve implantları, Parkinson hastalığı, epilepsi ve duyu ^{kaybı, 1,2} bozuklukların tedavisi kontrol araştırmaları için artan bir biçimde kullanılmaktadır. Kimyasal ve beynin elektrik bileşimi her ikisi de ölçülmesi ve / veya kontrol eden tüm sinir implantlar için temel oluşturur. Ancak, bu nöral doku yan etkileri ³ azaltmak için anormal halde sadece bir tedavi uygulanması önemlidir. Örneğin, epilepsi tedavisi için derin beyin uyarıcıları sadece nöbet sırasında beyindeki bir elektrik darbe uygulamak gerekir. Bazı yan etkiler distoni, bellek, oryantasyon bozukluğu, bilişsel işlev bozukluğu, kaynaklı halüsinasyonlar, depresyon ya da anti-depresyon ^3,4 kaybı olabilir. Birçok cihaz, kapalı bir döngü sistemi elektriksel aktivite kayıt ve anormal bir durum tespit edildiğinde uyarımı tetiklemek için bu nedenle gereklidir. Kayıt elektrotları da pro kontrol etmek için kullanılırsthetic cihazlar. Bu en doğru tetikleme ve cihaz kontrolü sağlamak için mümkün olan en yüksek sinyal-gürültü oranına sahip hedef sinir aktivite kayıt için çok önemlidir. Daha güvenilir veri daha az gerekli olan deneklerde elde elde edilebilir, olarak büyük bir sinyal-gürültü oranı, aynı zamanda araştırma uygulamaları için yüksek ölçüde istenebilecektir. Bu da sinir uyarımı ve kayıt ile ilgili mekanizmaların ve yolların büyük bir anlayış sağlayacaktır.

Bir sinir implant beyin içine yerleştirildikten sonra, bir bağışıklık ^{tepkisi, 5,6} tetiklenir. Cevabın zaman süreci genellikle her biri farklı biyolojik süreçlerin ⁷ kapsayan akut ve kronik fazlar ayrılmıştır. Immün yanıt gibi implant malzemeler ^8'in bir glial yara izi veya kimyasal bozulma kapsülleme ile hedef nöronlardan elektrotların izolasyonu olarak implantın performansı üzerinde dramatik etkilere sahip olabilir.Bu bir kayıt elektrot sinyal-gürültü oranı ve bir uyarıcı elektrot güç çıkışı, ve başarısızlık ⁹ elektrot kurşun azaltabilir. Implant tasarımı ve malzemelerin dikkatli seçimi implant ömrü boyunca başarısızlığı önlemek için gereklidir.

Farklı malzemeler ve implant tasarımı çok sinir kayıt için sinyal-gürültü oranı ve implant kararlılığını artırmak için son zamanlarda geliştirilmiştir. Elektrot malzemeler platin, iridyum, tungsten, iridyum oksit, tantalum oksit, grafen, karbon nanotupler, iletken polimerler katkılı ve daha yakın zamanda hidrojeller dahil ettik. Yüzey test malzemeleri de silikon, silikon oksit, silikon nitrit, ipek, Teflon, poliimid, ve silikon içerir. Çeşitli değişiklikler, aynı zamanda, elektrot elektrokimyasal, plazma ve optik teknikleri kullanarak laminin, nörotrofinler, ya da kendi kendini monte tek katmanlar ve kaplamalar kullanılarak tedavi olarak, araştırılmıştır. İmplant tasarımgenellikle bir izolasyon probunun ucu ya da elektrotlar delici veya korteks yüzey implantlar için bir 2-boyutlu bir dizide bir gövdenin kenarı boyunca veya elektrotlar ile 3 boyutlu -, 2 - s 1 olabilir. Ne olursa olsun elektrot tasarım veya malzeme, önceki literatür genellikle diğer implant yapıların referans olmadan yeni implantın performansını göstermiştir. Bu özelliklerinin sistematik bir değerlendirmesini engeller.

Bu protokol, analitik ve elektrofizyolojik teknikler yolu ile bir dizi farklı bir elektrot malzemeleri karşılaştırmak için bir yöntem sağlar. Polimer kaplama (polipirol (altı primer Ppy) ve poli-3 ,4-etilendioksitiyofen (PEDOT) sülfat ile katkılı (SO ₄₎ ya da para-toluen sülfonat (PTS)) ve 4 iletken 4 farklı katkılı kıyasla yakın zamanda yayınlanan bir makale dayanmaktadır Farklı kaplama kalınlığı ^10. Bu makalede, bir 45 saniye birikim zamanla bir malzeme, PEDOT-PTS bulunduküçük arka plan gürültü ile ve bu parametreler elektrot empedansı bağlı olduğu en yüksek sinyal-gürültü oranı ve başak sayısı vardı. PEDOT-PTS de diğer katkılı iletken polimerlerin ve çıplak iridyum elektrotlara kıyasla üstün akut biyo görüntülenir. Protokol kritik parametreler belirlenmiştir ve daha fazla sinir kayıt elektrotları performansını artırmak için kullanılmak üzere sinyal-gürültü oranı ve stabilite kontrol sağlar.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Protokol La Trobe Üniversitesi'nden (09-28P) ve RMIT Üniversitesi Hayvan Etik komite (1315) tarafından onaylanmıştır.

1.. Elektrot hazırlanması ve ön in vitro Test

Elektrot kaplama biriktirme çözümler hazırlayın; örnek olarak 10 mM 3,4-etilendioksitiyofen (EDOT) ve 0.1 M sodyum para-toluen sülfonat (Na ₂ PTS) poli-3 ,4-etilendioksitiyofen-PTS (PEDOT-PTS) oluşturur.
Bir potansiyostatla için elektrot dizisi bağlayın.
Dikkatle çökeltme çözeltisinin içine elektrot dizisi yerleştirin ve yerine kelepçe.
Çökeltme çözeltisinin içine bir platin örgü karşı elektrot ve Ag / AgCl referans elektrot yerleştirin ve bir potansiyostatla bağlanın.
İstenilen elektrotların üzerine potansiyostat, mevduat kaplamalar kullanma. Çökelme koşulları (potansiyel, akım ve zaman) arzu edilen kaplamalar bağlı olarak değişir. PEDOT-PTS kaplamalar için, uygulanan bir pote15, 30, 45, veya 60 saniye boyunca 1 V ntial kullanılmıştır. Dört elektrot dizisinde bir şaşırtmalı bir konfigürasyonla, kaplamanın (Şekil 1) ile kaplanmalıdır.
Çökeltme çözeltisinden elektrot dizisi çıkarın ve yavaşça iyonu giderilmiş su ile durulama.
Arzu edildiği gibi başka bir malzeme ile kaplama prosedürü tekrarlayın.
In vitro test çözeltisi (iyonu giderilmiş su içinde 0.3 M di-sodyum fosfat (Na ₂ HPO ₄₎₎ hazırlayın.
Bir potansiyostatla için elektrot dizisi bağlayın.
Dikkatle test çözeltisi içine elektrot dizisi yerleştirin ve yerine kelepçe.
Test çözeltisi içine bir platin örgü karşı elektrot ve Ag / AgCl referans elektrot yerleştirin ve bir potansiyostatla bağlanın.
Potansiyostatı ile, sıralı elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) gerçekleştirmek ve voltametri (1 çevrim, potansiyel aralığı 0 (potansiyel 0 V, genlik 10 mV, frekans aralığı 10-100,000 Hz ofset)0,8 V -0.8 için, tarama hızı 100 mV / tüm elektrotlar üzerinde sn.) Denenmemiş elektrotlar açık devre potansiyelinde tutulur ve 1 saniyelik bir sessizlik süresi her testte arasında kullanılır. Hepsi 32 elektrotlar 1 saat tam olarak test oturumu için çözeltisi ile temas içindedir.
Test çözeltisinden elektrot dizisi çıkarın ve yavaşça, iyonu giderilmiş su ile durulama.
Optik mikroskopi gibi herhangi bir başka arzu edilen analizler yapın.
Elektrot yüzeylerinin hasar ve bozulmasını önlemek için kuru bir koruyucu kap saklayın sondalar.

2. Elektrot İmplantasyon

Sıçan tartılır.
(Damıtılmış su içinde a / h, 1.3 g / kg ip% 20) nonrecovery anestezi için üretan enjekte edilir.
Bir ayak tutam çekilme refleksi için test tarafından anestezi başlangıcını sağlamak. Anestezi yeterli değilse, üretan ek doz (0.3 g / kg ip) verilmesi gerekir.
Göz yağlayıcı, ve sonra An başını tıraşsimal.
Sıcakkanlı bir plaka üzerinde yüzükoyun pozisyonda hayvan koyun ve bir rektal prob (37.5 ° C) takın.
Stereotaksik çerçeve içinde yaklaşık olarak beklenen son pozisyona bir kulak çubuğu yerleştirin ve dış akustik meatus kulak çubuğu yerleştirmek için hayvan ayarlayın.
Kontralateral dış akustik meatus içine ikinci kulak çubuğunu hizalayın. Diş tutucu ile hizalamak için kulak çubukları hayvan Shift.
Rat-diş forseps kullanarak, hayvanın çenesini açmak diş tutucu üzerinde üst kesici dişler kanca ve yerinde burun kelepçe.
Yaklaşık 1 orta hat sağında mm ve 10 mm rostral gelen lambda 10 mm kaudal için, kafa derisinde bir kesik oluşturma.
% 20 hidrojen peroksit çözeltisi ve bir gazlı bez kullanarak parietal ve interparietal kemikleri açığa kesiden cilt ve yanal kas geri çekin, maruz kemik yüzeyini fırçalayın.
Yaklaşık bir delik açın3 mm mümkün lambda ve orta hatta yakın olarak interparietal kemik ² ve kemik fişi çıkarın. Steril tuzlu su kullanarak, elektrot zarar verebilecek herhangi kemik tozu veya parçalarını çıkarmak için delik yıkayın.
Küt küt makas kullanarak, boynun ense altında incelemek ve bir boşluk oluşturun. , Pamuk bir Ag / AgCl kaplanmış tel tuzlu su ile doyurulması ve daha sonra da bunu boşluğa referans elektrot yerleştirin.
Bir iğne ucu kullanılarak sagital düzlemde dura mater bir kesi yapmak.
Elektrot manipülatör için elektrot dizisi takın ve 19 ° rostro-kaudal açı ile açılış üzerinde kendi konumunu ayarlamak. El ile aşağı doğru colliculus beyin içine elektroda yaklaşık 2 mm yerleştirin.
Sol içi boş kulak çubuğuna hoparlörü takın.
Emin amplifikatör açıktır. Sonra kayıt odasına sızdırmazlık önce hayvan anestezi doğrulayın.

3.In vivo Test

Beyaz gürültü patlamaları, (Gauss dağıtılan gürültü, 1-44 kHz; 10 msn yükselme-düşme zamanı) sunun ve her elektrot üzerindeki etkinliğini izlemek. Patlamaları teslim edilmelidir hangi maksimum hızı bir patlama her 200 msn.
Akustik olarak oluşturulan aktivitesi (elektrot kayıt aktivitesinin sayısı ve pozisyonu elektrot ya da elektrot yerleştirme tasarımı ile değişebilir), her şaft 3 en uzak elektrot kaydedilir kadar motorlu mikro sürücüsü kullanarak, yavaşça elektrot dizisi yerleştirin.
50 msn beyaz gürültü patlamaları (Gauss dağıtılan gürültü, 1-44 kHz; 10 msn yükselme-düşme zamanı) 300 tekrarları kullanarak akustik uyarma protokolünü uygulayın 70 dB 1 sn tekrarlama oranı, ve (her elektrotta multiunit etkinliklerini kaydetmek 24.4 kHz örnekleme hızı).
Yavaşça th daha uzak elektrot olarak kabaca aynı konumda her elektrot yerleştirmek için elektrot dizisine IC içine başka bir 200 μ m takıne ilk kayıt konumu.
Akustik stimülasyon ve nöral kayıt protokolü tekrarlayın.
200 μ m adımlarla elektrot dizisi ekleyerek ve tüm elektrotlar en az 3 pozisyon (genel genellikle 8-12 elektrot konumları) gelen akustik tahrik aktivite kaydedilmiş kadar akustik stimülasyon ve nöral kayıt protokolü gerçekleştirerek devam edin.
200 μ m adımda elektrot dizisi geri çekin ve ilk elektrot dizisi konum elde edilene kadar akustik uyarımı ve nöral kayıt protokolü performans devam etmektedir.
Dikkatlice elle elektrot dizisi çekin.
Sodyum pentobarbitonun aşırı dozda enjekte (Lethobarb; 200 mg / kg ip) hayvan euthanize.
Yavaşça damıtılmış su ile elektrot dizisi yıkayın. Daha sonra kuru bir koruyucu kap içinde depolamak probları elektrot yüzeylerinin hasar ve bozulmasını önlemek için.

4. Vit post-implantasyonro Test

Yavaşça bir kontaminasyonu temizlemek için damıtılmış su ile elektrot dizisi yıkayın.
Bir potansiyostatla için elektrot dizisi bağlayın.
Dikkatle test çözeltisi içine elektrot dizisi yerleştirin ve yerine kelepçe.
Test çözeltisi içine bir platin örgü karşı elektrot ve Ag / AgCl referans elektrot yerleştirin ve potansiyostatla bağlanın.
Potansiyostatı ile, sıralı elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) gerçekleştirmek (potansiyel 0 ofset V, genlik 10 mV, frekans aralığı 10-100,000 Hz) ve voltametri (1 çevrim, potansiyel aralığı 0.8 -0.8 V, tarama hızı 100 mV / sn ) Tüm elektrotlar üzerinde. Denenmemiş elektrotlar açık devre potansiyelinde tutulur ve 1 saniyelik bir sessizlik süresi her testte arasında kullanılır. Hepsi 32 elektrotlar 1 saat tam olarak test oturumu için çözeltisi ile temas içindedir.
Test çözeltisinden elektrot dizisi çıkarın ve yavaşça, iyonu giderilmiş su ile durulama.
P24 saat için enzimatik bir temizleme çözeltisi içine elektrot dizisi dantel.
Çözeltiden elektrot dizisi çıkarın ve damıtılmış su ile yıkayın.
Bir potansiyostatla için elektrot dizisi bağlayın.
Dikkatle test çözeltisi içine elektrot dizisi yerleştirin ve yerine kelepçe.
Test çözeltisi içine bir platin örgü karşı elektrot ve Ag / AgCl referans elektrot yerleştirin ve potansiyostatla bağlanın.
Potansiyostatı ile, sıralı elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) gerçekleştirmek (potansiyel 0 ofset V, genlik 10 mV, frekans aralığı 10-100,000 Hz) ve voltametri (1 çevrim, potansiyel aralığı 0.8 -0.8 V, tarama hızı 100 mV / sn ) Tüm elektrotlar üzerinde. Denenmemiş elektrotlar açık devre potansiyelinde tutulur ve 1 saniyelik bir sessizlik süresi her testte arasında kullanılır. Hepsi 32 elektrotlar 1 saat tam olarak test oturumu için çözeltisi ile temas içindedir.
Test çözeltisinden elektrot dizisi çıkarın vehafifçe deiyonize su ile durulayın.
Elektrot yüzeylerinin hasar ve bozulmasını önlemek için kuru bir koruyucu kap saklayın sondalar.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Bu deneysel protokol için kullanılan tipik bir elektrot dizisi, Şekil 1 'de gösterilmiştir. 413 μ m ^2, nominal geometrik alanı ve 200 μ m zift ile 4 Shanks 32 iridyum elektrotlar bulunmaktadır. Dizisinde her ikinci elektrod 1-4 etiketlenmiş dört farklı elektrot kaplamalar, biri ile kaplanmıştır. Kaplama malzemeleri dikkatli, kimyasal, mekanik ve elektrokimyasal özellikleri için seçilmiştir. Daha önce belirtildiği gibi ¹⁰ büyük mevcut veya potansiyel de rakip reaksiyonlar olduğu birikim sürecini etkileyebilir oluşabilir, birikme oranını artabilir uygulanan artarken, çökelme zamanları, elektrot alanı ve kaplama kalınlığı artacak. Çökeltme protokolü, yeniden üretilebilir bir kaplama elde edilir sağlamak için bu özel iletken polimer için daha önce optimize edilmiştir ve bu yüzden sınırlı elektroda (yani bir adjace yayılmaznt elektrod) ^10.

Elektrot dizisi değiştirildikten sonra, optik ve elektrokimyasal analiz, bir dizi yapılmalıdır. Bu durumda, voltametri (Şekil 2) ve elektrokimyasal empedans spektroskopisi (Şekil 3) kullanılmıştır. Bu protokol indirgeyici tarama yönünde başlayan, büyük bir potansiyel aralığında voltametri kullanır. Elektrot yük yoğunluğu gerekli ise, çevrimsel voltametri, bir veri akım-zaman grafiğinin dönüştürülmesi gereken ve indirgeyici ve oksitleyici bölgeleri ya da entegre (Şekil 2b). Empedans empedans veriler frekans (Şekil 3b) vs veya Nyquist arsa (Şekil 3 c olarak empedans (Şekil 3a) veya faz dahil çeşitli biçimlerde temsil edilebilir 0 V küçük genlikli geniş bir frekans aralığında elde edilir .)

sap uçları sadece beyin yüzeyi sayesinde böylece elektrot dizisi elle girilmelidir. Beyaz gürültü microdrive yavaş yavaş 200 μ m adımda alt colliculus (IC) içine bir dizi ekler, çoklu birim aktivitesi tahrik etmek için kullanılır. Dizi takılı olarak elektrot tepkisi izlenmeli ve her incik kez kabaca alt 3 elektrotlar akustik km'ye aktivitesini (Şekil 4a) gösterdiklerini, beyaz gürültü kapatılabilir. In vivo akustik stimülasyon protokol sonra yapılmaktadır. Elektrot diziden tipik akım veri istikrarlı bir taban üzerinde gürültü darbesi ile senkronize RMS büyük bir artış (Şekil 5) gösterecektir. Bu temel aktivitesini azaltmak için tüm harici elektrik ve akustik gürültüyü en aza indirmek için önemlidir. Akustik stimülasyonla tamamlanması üzerine, elektrot dizisi sokulur ve 200 μ m adımda geri çekildi. Acoustically tahrik aktivitesi IC olarak farklı bir diğer elektrot dizisi pozisyonlarda bir peristimulus zaman histogram (PSTH) veya ham veri akışı olarak gösterilir, Şekiller 4 ve 5'te gösterilmiştir.

Tam dizi yerleştirilmesi ve geri çekme işleminden sonra, elektrotların hafifçe çalkalanır ve kaplama stabilitesini belirlemek için in vitro protokol ile yeniden test edilir. Protein kirlenme etkileri hakkında fazla detay bir önceki yazıda ¹⁰ elde edilebilir.

In vivo veriler kapsamlı analiz edilebilir. Sinir kayıt için bir önemli parametre sinyal-gürültü oranı (SNR) ¹⁰ olduğunu. Aynı dizi, kaplanmış ve kaplanmamış bir tane olmak üzere iki elektrot IC (Şekil 6a), başlangıçta değildi. Kaplanmamış elektrot 1200 μ m sokulmasını gerektirir ise 400 μ m yerleştirilmesinden sonra, kaplanmış elektrot SNR bir artış gösterir.; Her iki elektrot da SNR IC farklı pozisyonlarda dalgalanır, ama zaman (pozisyon) üzerinden aşağılamak değildir. Bu nöronlar, deney boyunca ve bu protokolü kullanarak elektrot kaplamaları stabil olduğu halen geçerli olduğunu göstermektedir. Konumu ile SNR'de varyasyon biyolojik gürültü (elektrotların yakın farklı sayıda ve nöron pozisyonuna) ¹⁰ isnat edilmiştir.

Farklı ses basınç seviyesi (SPL) çok uzun onlar akustik eşiğin üzerinde olması ve hayvan sağır yok gibi akustik stimülasyon için kullanılabilir. SNR SPL göre değişiklik gösterir ve bu nedenle, tutarlı (Şekil 6b) olması gerekir. Yüksek SPL daha büyük bir çok-tahrikli tepki oluşturmak için tavsiye edilir, IC daha büyük bir alan daha kolay hale elektrot yerleştirme ve istatistiksel analizana için elektrot pozisyonları daha fazla sayıda sağlarken biyolojik gürültü azaltma, uyarılabilir gibiolduğunu.

Tablolar ve Şekiller:

Şekil 1,. Bir iletken polimer modifiye elektrot dizisinin optik mikrografı. Etiketler (1-4), tek bir deneyde, her bir kaplama istatistiksel analizini sağlayarak, dört farklı kaplamalar temsil eder. Bir elektrot da kaplanmamış etiketlenir. Bu örnekte, 1-4 15, 30, 45, ve PEDOT-PTS 60 sn birikimi kez. resmi büyütmek için buraya tıklayın.

Şekil 2,
bir iletken polimer kaplı elektrot (düz çizgi) siklik voltogramda oksidasyonu ve elektrot yük yoğunluğu ölçümlerinde gölgeli azaltma ücret ile (a) potansiyel ve (b) zamana karşı gösterilir. kaplanmamış bir elektrot (kesik çizgi) için gösterilir karşılaştırma. resmi büyütmek için buraya tıklayın.

Şekil 3,. (A) Empedans, (b) faz ve (katı) elektrotlar kaplanmış temsili kaplanmamış (kesikli) ve iletken polimer için Nyquist arsa (c) yüksek frekans aralığı. resmi büyütmek için buraya tıklayın.

. Her elektrot ölçülen Şekil 4 peristimulus zamanlı bir histogram, IC iki farklı derinliklerde 70 dB beyaz gürültü 300'den fazla tekrarlar ortalama (a) 0 μ m ve (b) 800 μ m ekleme derinlikleri. Yıldız kaplanmış elektrotlar göstermektedir. resmi büyütmek için buraya tıklayın.

Şekil 5,
Şekil 5. T iki farklı derinliklerde 70 dB beyaz gürültü patlamaları her elektrotta ölçülür Akış verilerio IC (a) 0 μ m ve (b) 800 μ m ekleme derinlikleri. Yıldız kaplanmış elektrotlar göstermektedir. resmi büyütmek için buraya tıklayın.

Şekil 6,
Kaplı temsilcisi (kesikli) kaplanmamış ve iletken polimer (katı) elektrotlar ve (b) farklı ses basınç seviyesi (Şekil 6. S ignal IC içine elektrot dizisine yerleştirilmesi ve çekilmesi sırasında gürültü oranı. (A) 70 dB beyaz gürültü Bir iletken polimer kaplı elektrot üzerinde 40-70 dB). büyük imag görmek için buraya tıklayıne.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Bu protokol, tek bir hayvan içinde sinir kayıt elektrot kaplamaların karşılaştırılması için bir yöntem sağlamaktadır. Kullanılan elektrot tasarımı benzer bir ölçekte boyutları ile, bir sıçan alt colliculus (IC) içine implantasyon için idealdir. Örneğin saplar arasında daha fazla bir alan olarak bu elektrot varyasyonları uzun sap ve elektrotlar arasında daha büyük bir adım sap uçlarına kafatası baz ile temas edeceği riskini artıran ise her sap, aynı zamanda, sıçan IC olmak önleyecektir sokma esnasında. Küçük elektrot aralığı bir bitişik elektrot ile temas kurmasını bir elektroddan, kaplamanın riskini artırır. Elektrodu alanı nöral kayıt yanıt etkileyecektir ve bu nedenle deneyler tutarlı olmalıdır. Seçilen bölge değişken elektrot nöron mesafelerde daha tutarlı veri sonuçlanan çok birimli aktivitesini ölçmek için idealdir. Aynı kaplama ile 4 elektrotlar kullanılarak istatistik analiz F sağlar:Bir hayvan ve yeterli veri içinde rom 2 farklı elektrot dizileri (her bir malzeme için örnek boyutu 8) ile 2 hayvanlardan elde edilebilir. Elektrot kaplamalar da tabanına ucundan şaft genişliği değişimden deneme veya elektrik alan etkileri boyunca elektrot dizisi eklerken gibi nöron ölümü gibi hatayı en aza indirmek için her sap üzerinde sendeleyerek edilmiştir. Bu tür hata tabanında kıyasla gövdenin ucundaki elektrotlar farklı bir elektrofizyolojik yanıt verecektir. Elektrot dizilerindeki Inter-kesikli elektrokimyasal ve elektrofizyolojik varyasyonları bulundu, bu nedenle bir dizi deney aynı partiden elektrot dizileri ile yapılması tavsiye edilmektedir. Toplu taşıma ce vs kenarında elektrotlara farklı olabilir gibi bakım elektrotlar sürekli kaplanmıştır sağlamak için alınması gereken rağmen bir 3D elektrot dizisi, aynı zamanda, bir hayvandan daha fazla veri toplamak için kullanılan olabilirGünter incik.

In vitro deneyler, in vivo olarak daha iyi koşullar temsil etmek üzere bir nondegassed tampon çözeltisi içinde yapılmıştır. Bu kritik öneme sahip değildir, ancak, bu oksijen azalma ile ilişkili bir varyasyonun önlenmesi için deneyler boyunca tutarlı olmalıdır. Test çözeltisinin belirli bir bileşim NeuroNexus (özel iletişim) tavsiyelerine göre, ancak varyasyonlar elektrolit veya pH ayarlama eklenmesi mümkündür, edildi. Sonuç olarak, yüksek derecede iletken, reaktif olmayan bir çözelti, in vitro yanıt elektrot davranışı hakim olduğu sağlamak için gereklidir, fakat deneyler arasında tutarlı olmalıdır. Elektrokimyasal analizi gerçekleştirme hakkında daha fazla bilgi, uygun kaynaklardan ¹¹ alınmalıdır. Iridyum elektrotları kullanarak elektrot kaplama veya döngüsel voltametri protokol uzun bir süre için çok olumlu potansiyelleri uygulaması olarak, özenle seçilmiş olmalıZaman s iridyum oksit oluşturmak ve elektrot özelliklerini değiştirecektir. Alternatif olarak, platin elektrot oksit oluşumu olasılığını ortadan kaldırarak, kullanılabilir. Tarama hızı ve potansiyel aralığı önceki literatüre dayalı ve yük yoğunluğu ve nöral kayıt cevap arasında korelasyon bu parametrelerle ilgili daha fazla bilgi gelecekteki yayınlarda ele alınacak, ¹⁰ görüldü rağmen, deneylerde tutarlı olmalıdır. Bu empedans yanıtı değiştirecek, tutarlı gibi büyük genlikleri farklı ofset potansiyelleri ve elektrokimyasal hücre yapılandırmaları ÇBS parametrelerini tutmak için de önemlidir.

ÇBS için kullanılan frekans aralığı önceki ¹⁰ uncu tartışıldı. Nöral implantlar için elektrot empedansı rutin sadece 1 kHz ölçülür. Bu, önemli bir bilgi kaybı ile sonuçlanabilir. Örneğin bir kaplanmamış ve kaplanmış elektrot benzeri empedansını oluşturabilir1 kHz (Şekil 3a) de değerleri. Ancak düşük frekanslarda, bu örtülü elektrot anlamlı düşük empedans sahiptir. Benzer şekilde, faz için (Şekil 3b), 1 kHz'de, kaplanmamış ve kaplanmış elektrotlar çok farklı faza sahip, ancak daha düşük ve daha yüksek frekanslarda da benzerdir. Özelliklerinde bu fark Nyquist arsa kaplı elektrot yüksek frekanslarda ve düşük frekanslarda dikey bir tepki de, yarı-daire sahip iken, kaplanmamış elektrot doğrusal (Şekil 3c) hakkında çok belirgindir.

Bir sıçan hayvan modelinin IC merkez çekirdeği nedeniyle karşı taraf koklear çekirdek ile kolay erişilebilirlik, nispeten büyük boyutu ve direkt mono innervasyonu kayıt elektrotları karşılaştırılması için uygun bir yer olarak seçildi. Tonotopic düzenleme sistemi ve saf ses frekanslarının teslimat kolayca ilk pozisyon ile de yardımcı olmak için kullanılabilir sağlar:prob yerleştirme. IC içine elektrot dizisi yerleştirilmesi sırasında, beyaz gürültü sinirsel aktivite izlenir. Kontralateral sap 3 ya da 4 elektrodlardaki etkinliğini gösterir iken açısı ve elektrot dizisinin kesin konumlandırma bağlı olarak, bir yan sap sadece en uzak elektrot bir akustik olarak oluşturulan bir yanıt kayıt olabilir. Her bir elektrot üzerinde bir kayıt cevapların sadece bir dizi farklı bir elektrot nöron mesafeleri ile gerekli olduğu gibi, elektrot dizisinde aktivitesinin spesifik model, kritik değildir. Aktivitesi 4 saplar görülür değilse, elektrot dizisi doğru konumda olmayabilir. Bu durumda, dizi tam olarak lambda ve orta hatta göreli konumunu biraz ayarlanabilir, ve sonra reinserted, geri çekilmelidir. Bir hayvan birden çok yerde başarısız implante edilmiş ise, kulak çubukları doğru konumlandırma için kontrol edilmelidir. Akarsu veri Teftiş sorunları zekâ gösterebilirh bir elektrot, örneğin, Şekil 5'de, bir elektrot için sadece diğer elektrotlara kıyasla, bu hatalı bir konnektöre takip edildi büyük gürültü gösterir ve PSTH yanıtın yokluğu (Şekil 4) açıklar.

Bu protokol açıklanan cerrahi sol kulak çubuğunda hoparlör ile sağ alt kollikulusu erişir. Bu kolayca sol IC içine sağ kulak çubuğu ve elektrot dizisindeki hoparlör koymak için değişmiş olabilir.

Bu protokol, ticari olarak temin edilebilir elektrot dizileri (NeuroNexus) hakkında elektrot kaplamaları ile birlikte kullanılmak üzere tasarlanmıştır. Bu özel test protokolü farklı bir diğer elektrot düzenlemeleri için uygun olmayabilir. Örneğin, alt-tabaka, esnek polimid diziler ve Utah tür diziler ile karşılaştırıldığında sokulması zor olabilir. Bazı maddeler ya da bunların kaplama yöntemleri düşürebilir gibi malzemeler, aynı zamanda, bu dizileri ile uyumlu olmalıdırsondalar. Bazı potansiyel sorunları bir vakumlu biriktirme yöntemi yalnızca elektrotlar kaplanmıştır sağlamalıdır vardır, kullanılan solventler çözülür ya da metal, silikon veya tel bağı enkapsülantı etch olmamalıdır ve işlem sıcaklıkları çok yüksek olmamalıdır. Bu protokol, aynı zamanda gösterildiği üzere, implantın kronik performansını test etmez Ludwig ve diğerleri. ^12. Bununla birlikte, bu protokol, diğer birçok elektrot yapılandırmaları, malzeme tipleri ve test protokolleri eklemek için uzatılabilir. Örneğin, diğer analitik teknikler in vitro test etmek için de kullanılabilir. Enzimatik temizleyici daha akut implantasyon sırasında ortaya çıkan kirlenme elektrodu anlamak için diğer tedavilere değiştirilebilir. Diğer yerleştirme yöntemleri de elektrotlar değiştirmek için kullanılabilir. Ancak, kaplanmamış elektrotlar her zaman deney elektrotlara bir referans olarak dahil edilmelidir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Yazarlar ifşa hiçbir şey yok.

Acknowledgments

Yazarlar Electromaterials Bilim Mükemmeliyet Merkezi aracılığıyla Avustralya Araştırma Konseyi destek için minnettarım.

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