Chronische Implantation mehrerer flexibler Polymerelektroden-Arrays

Die Methode ermöglicht die Überwachung großer, verteilter neuronaler Populationen über Tage, Wochen oder Monate und stellt die Frage, wie sich diese Populationen verändern und kognitive Funktionen in Reichweite unterstützen. Die Implantation mehrerer Polymergeräte und die damit verbundene Implantatkonstruktion bilden eine Aufnahmeplattform, die in der Lage ist, hohe Kanalanzahl, Multi-Region, langfristige, kontinuierliche und stabile Aufnahmen zu erstellen. Demonstriert wird das Verfahren von Clay Smyth, einem Techniker aus meinem Labor.

Um die Polymerelektroden-Arrays für das Einführen vorzubereiten, legen Sie eine Schraube durch ausgerichtete vertikal ausgerichtete Löcher in die beiden Einfügestücke ein, um sie zusammenzuschließen und die Teile in einem Laster zu halten. Befestigen Sie das doppelseitige Klebeband an der Oberseite des zweiten Stücks, und befestigen Sie das stabilisierende Stück am Ende des ersten Stücks. Das stabilisierende Stück wird durch Reibung an Ort und Stelle gehalten.

Richten Sie das Elektrodenarray manuell aus und befestigen Sie den Einsteckshuttle am schmalen Endsegment des ersten Stücks. Wenn die Sonde an der Längsachse des ersten Stücks ausgerichtet ist, haften Sie den Array-Stecker an das doppelseitige Polyamidband auf dem flachen Teil von Stück zwei. Mit Kunststoff-Spitzenzange, die nur den Polyamid-Flügel am Array-Band befestigt verbindet, heben Sie die Einfügung Shuttle-Elektroden-Array-Gerät Spitze von Stück eins an die Außenseite des stabilisierenden Stück.

Tragen Sie 10 Mikroliter eines geeigneten Klebstoffs am Ende des ersten Stücks auf. Verwenden Sie die kunststoffgekippten Zangen, um nur den Polyamidflügel zu kontaktieren, der am Arrayband befestigt ist, verwenden Sie die quadratische Lasche des Einfüge-Shuttles, um das Gerät mit dem schmalen Segment des ersten Stücks neu auszurichten. Manipulieren Sie die Seite des Silizium-Shuttles oder des Stifts, um kleine Ausrichtungsanpassungen vorzunehmen, wobei darauf zu achten ist, dass das Band oder die Schäfte keine übermäßige Kraft angewendet werden.

Verwenden Sie dann die Zange, um sanften Abwärtsdruck auf beiden Seiten des stabilisierenden Stücks anzuwenden und das stabilisierende Stück aus der Baugruppe zu entfernen, ohne das Array zu bewegen. Als nächstes stellen Sie den Mikromanipulator des ersten Stücks auf eine erweiterte Position. Der Kolben gleitet in eine Klemmentiefe innerhalb von Stück eins.

Tragen Sie die Teile eins und zwei auf den Rückzugskolben. Stellen Sie den Mikromanipulator des dritten Stücks in eine eingefahrene Position ein. Passen Sie das zweite Stück innerhalb des oberen Teils von Stück drei mit den Löchern ausgerichtet und laden Stück drei auf den Einschub-Mikromanipulatorkolben.

Schrauben Sie die Stücke an Ort und Stelle auf der Unterseite des Stücks drei, und laden und schrauben Stücke zwei und drei zusammen, so dass das Bewegen der Einfügung Mikromanipulator bewegt die gesamte Einsteckvorrichtung. Entfernen Sie die Schraube, die die Teile eins und zwei zusammenhält. Stecken Sie dann die Schraube in das seitliche Loch des Stücks eins senkrecht zur Kolbenschiene, bis die Schraube Druck auf den Kolben ausübt, um sicherzustellen, dass sich Stück man entsprechend dem einziehbaren Kolben bewegt.

Stück eins sollte sich unabhängig von Stück zwei bewegen, so dass ein separates Zurückziehen des Einsteckshuttles aus dem Gerät möglich ist. Wenn die Gerätekonstruktion abgeschlossen ist, senken Sie das Stereotaktgerät schnell auf 25 Mikrometer pro Sekunde, wenn Sie die Einfügung unter einem Stereomikroskop betrachten. Das Gerät dringt nicht sofort in das Gehirn ein.

Der Widerstands- und Dimplinggrad hängt von der Zielposition und dem Gerätedesign ab. Sobald das Gerät in das Gehirn eingedrungen ist, schalten Sie die Mikromanipulatorgeschwindigkeit auf 10 Mikrometer pro Sekunde und senken Sie das Gerät auf ein bis zwei Millimeter über der Zieltiefe, wodurch die Geräteflügel und der Einfügepunkt während des Senkens visualisiert werden, um eine vorzeitige Ablösung des Shuttle-Arrays zu vermeiden. Wenn das Gerät zwischen einem und 0,5 Millimetern über der Zieltiefe liegt, verlangsamen Sie das Einführen auf fünf Mikrometer pro Sekunde.

Und dann, wenn das Gerät 500 Mikrometer vom Ziel entfernt ist, verlangsamen Sie die Einfügung auf ein bis zwei Mikrometer pro Sekunde. Wenn die Zieltiefe erreicht ist, trocknen Sie den Befestigungspunkt auf dem Grundstück nach Bedarf und verankern Sie dann beide Polyamidflügel mit einem geeigneten Klebstoff an den Basisstückbefestigungsstellen. Vor der Auflösung erscheint der Stift als Kugelmasse, die auf dem Array und der Einfüge-Shuttle-Schnittstelle sitzt.

Um den Stift aufzulösen, tropfen Sie sanft Körpertemperatur-Saline auf das Array an der Stelle, an der der Stift am Shuttle haftet. Wenn sich der Stift vollständig aufgelöst hat, sind die Grenzen des Arrays vom Shuttle und Stück eins zu erkennen. Nachdem das Array fixiert wurde, verwenden Sie den Zurückgezogener-Mikromanipulator, um den Einfüge-Shuttle langsam zurückzuziehen, und wenden Sie weiterhin einzelne Tropfen Saline auf das Array an, da es mit den gleichen Rückzugsraten wie das Gerät eingezogen wird, wobei Die Schnittstelle zwischen dem Array und dem Einfüge-Shuttle während des Rückzugs beobachtet wird.

Beim Einfahren trennt sich der Shuttle sichtbar vom Polymer-Array, das zwischen den Schäften des Einsteckshuttles durchscheinend gelb erscheint. Wenn das Gerät vollständig zurückgezogen wurde, verschieben Sie den Array-Connector von Teil zwei an eine Position, die nachfolgende Einfügungen nicht beeinträchtigt. Das Polymerelektroden-Array wird in das Gehirn eingefügt und nicht mehr mit dem stereotaktischen Instrument verbunden.

Entfernen Sie den Einfüge-Shuttle und andere Einfügehardware. Führen Sie bei Bedarf zusätzliche Einfügungen aus. Für den Bau des Implantats, nach dem letzten Array Einfügen, leere Kochchen aus dem Basisstück, achten Sie darauf, nicht die implantierten Arrays oder Bänder stören.

Füllen Sie die Kraniektomien und das Grundstück mit einem geeigneten künstlichen Duraldichtmittel. Und lassen Sie das Dichtmittel heilen. Platzieren Sie die Hardware-Connectors dort, wo sie nicht stören, und führen Sie bei Bedarf mehrere Einfügungen durch.

Richten Sie die Array-Anschlüsse entsprechend aus und schließen Sie sie an die Aufnahmehardware an, sodass sich die Bänder in ihrer endgültigen gewünschten Position befinden. Schließlich umhüllen Sie die Bänder von dem Punkt, an dem sie das künstliche Duraldichtmittel an die Verbindung senden in einem zähflüssigeren Silikongel verlassen. Nach diesem Protokoll ergab eine repräsentative 1, 024-Kanal-Neuralimplantataufzeichnung 375 Einzeleinheiten.

In diesem Experiment wurde die Aufnahmelebensdauer für eine einzelne Einheit für mindestens 160 Tage in Daten von 19 Geräten über drei verschiedene Ratten beibehalten. Von den 15 Funktionsgeräten wurde ein Aufnahmeertragsdurchschnitt von etwa einer Einheit pro Kanal erfasst, und einzelne Geräte hatten Erträge von wenigen Einzeleinheiten bis zu etwa zwei Einheiten pro Kanal. Beim Einsetzen des Geräts ist es wichtig, sicherzustellen, dass der Array-Shuttle trocken ist.

Ist dies nicht der Fall, besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass sich das Array während des Einfügeversuchs vom Shuttle löst. Die Technik ist kompatibel mit anderen Aufnahmemodalitäten, einschließlich Mikrodrähten, sowie mit Manipulationen, einschließlich elektrischer Simulation und Optogenetik. Diese Technik ermöglicht es uns, von den gleichen Neuronen über viele Tage aufzuzeichnen, so dass es möglich ist zu verstehen, wie sich die Antworten im Laufe der Zeit ändern.