הטיית מתח, Voltammetry מחזורי, & ספקטרוסקופיה חשמל התנגדות עבור ממשקי עצביות
Summary
ממשק האלקטרודה, רקמות של אלקטרודות הקלטה עצביים ניתן לאפיין עם ספקטרוסקופית עכבה חשמלית (EIS) ו voltammetry מחזורית (CV). יישום יכולת הקלטה מתח הטיית שינויים במאפייני אלקטרוכימיים של ממשק אלקטרודה-רקמות והוא יכול להשתפר. מתח הטיית, EIS, קורות חיים, הקלטות עצביים משלימים.
Abstract
עכבה ספקטרוסקופיה חשמל (EIS) ו voltammetry מחזורית (CV) למדוד תכונות של ממשק אלקטרודה, רקמות, ללא הליכים פולשניים נוספים, וניתן להשתמש בו כדי לעקוב אחר ביצועי האלקטרודה לאורך זמן. EIS מודד עכבה חשמל בתדרים רבים, מצביעים על עלייה עכבה גדלו היווצרות צלקת גליה סביב המכשיר, בעוד voltammetry מחזורית מודד את תשלום כושר הנשיאה של האלקטרודה, ומציין כיצד תשלום מועבר מתח ברמות שונות. כמו אלקטרודות מושתלות גיל, EIS ושינוי קורות חיים נתונים ואתרי אלקטרודה כי בעבר נרשמו נוירונים תוקעים לעתים קרובות מציגים יעילות נמוכה באופן משמעותי להקלטה עצבית. היישום של הדופק מתח קצר מערכי אלקטרודות מושתלות, המכונה והתחדשות, יכול להחזיר להתחדד פעילות אחרת אתרי אלקטרודה שתק פרק זמן מסוים. עדנה משנה EIS ו קורות חיים, והוא יכול להיות פיקוח על ידי שיטות אלה משלימים. בדרך כלל, EIS נמדד מדי יום כאינדיקציה התגובה רקמת באתר האלקטרודה. אם קוצים נעדרים בערוץ היה בעבר בעל קוצים, ואז קורות חיים משמש כדי לקבוע את החיוב כושר הנשיאה של האתר האלקטרודה, והתחדשות ניתן ליישם על מנת לשפר את יעילות ממשק. קורות חיים EIS חוזרים על עצמם אז כדי לבדוק את השינויים בממשק האלקטרודה, רקמות, הקלטות עצביים נאספים. המטרה הכללית של התחדשות היא להאריך את חייו פונקציונלי של מערכי מושתלים.
Protocol
Discussion
מערכות עצביות הקלטה תותבות להציג תפקודית מוגבלת לכל החיים כמו יכולת הקלטת יורדת עם הזמן שלאחר ההשתלה. תורם סביר לביצוע צמצום היא התגובה רקמות תגובתי למכשיר המושתל כמו נדן גליה קומפקטית תפקודית מבודד גוף זר מן הרקמות הבריאות 1. יחד עם ההקלטה עצבית, מדידות אלקטרו (EIS ו CV) משמשים בדרך כלל עבור ניטור האורך של ממשק אלקטרודה-רקמות 2,3. EIS שימושית כמעט בהערכת יכולת הקלטה של הממשק. עכבה במהירות עולה עם הזמן שלאחר ההשתלה טוען בתגובה רקמות תגובתי משנה את התכונות החשמליות של ממשק 3. בנוסף, הנתונים EIS יכול לשמש מודל ההרכב התאי הסמוך האלקטרודה מושתל 3-5. Voltammetry מחזורי ניתן להשתמש כדי להמשיך לחקור שינויים הקלטות EIS. ציודהחומר אודה וחספוס, כמו גם את התגובות אלקטרוכימיים ואת הרקמה שמסביב להשפיע על הצורה של עקומת IV. מטען גדול כושר נשיאה, קבע מאזור עקומת IV, עדיף בדרך כלל, במיוחד עבור גירוי מיקרו חשמל. יכולת תשלום נמוכה קשורה לעיתים קרובות עם EIS מוגברת. פוטנציאל ליישם במהלך קורות חיים יכול לשנות את עצמו קיבולת תשלום EIS, במיוחד אם את טווח המתח הוא גדול מספיק כדי לנהוג תגובות חמזור.
היישום של הטיית והתחדשות מתח או, ניתן להשתמש לצורך תשלום הגדלת כושר נשיאה, הפחתת עכבה, ולהגדיל את מספר הערוצים עם קוצים רשמה 5. חמצון הוא עשוי המתרחשים בממשק אלקטרודה במהלך התחדשות, ועם חומרים אירידיום, monolayer תחמוצת להזרקה מהווה את הפוטנציאל anodic של 1.2 V 6. הועלתה השערה כי היווצרות monolayer זה עשוי להסיר הסלולר acelהחומר lular מחובר האלקטרודה וכתוצאה מכך עכבה נמוכה ב 5 הממשק. בעוד התחדשות יכול לשחזר אבוד אותות עצביים, הוא יעיל ביותר אם נעשה שימוש בערוצי שהייתה להם בעבר קוצים תוך כמה ימים מראש. הקלטות, EIS, קורות חיים, והתחדשות הם הטובים ביותר עבור ככלים משלימים בפיקוח ממשק העצבית ולשפר את הפונקציונליות ארוכת הטווח של התקנים מושתלים.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
מחקר זה נתמך על ידי המכון הלאומי לבריאות בארה"ב (R03DC009339-02, NIDCD) ועל ידי Advanced הביטחון מחקרים הסוכנות (DARPA) Microsystems טכנולוגיה Office (MTO), תחת חסותו של ד"ר ג'ק וו ג'ודי (jack.judy @ darpa.mil) במסגרת תוכנית טכנולוגיה אמינה עצבית, דרך החלל וחיל הים Warfare מערכות פיקוד (SPAWAR) מערכות מרכז (SSC) פסיפיק מענק מס N66001-11-1-4013.
Materials
| Equipment | Company | Catalogue number | Comments |
| Electrochemistry Instrument | Metrohm Autolab | PGSTAT128N | add-ons: FRA2, channel MUX |
| Passive Headstage | Tucker-Davis Technologies | model depends on connector and channel count | |
| 26-pin female connector | AMP | 5749069-2 | Headstage Adapter Or substitute appropriate connector for your headstage |
| Banana Jacks | Digikey | J151-ND | Headstage Adapter The Autolab channel MUX has banana plugs |
References
- Szarowski, D. H., Andersen, M. D., Retterer, S., Spence, A. J., Isaacson, M., Craighead, H. G., Turner, J. N., Shain, W. Brain responses to micro-machined silicon devices. Brain Res. 983, 23-35 (2003).
- Vetter, R. J., Williams, J. C., Hetke, J. F., Nunamaker, E. A., Kipke, D. R. Chronic neural recording using silicon-substrate microelectrode arrays implanted in cerebral cortex. IEEE Trans. Biomed. Eng. 51, 896-904 (2004).
- Williams, J. C., Hippensteel, J. A., Dilgen, J., Shain, W., Kipke, D. R. Complex impedance spectroscopy for monitoring tissue responses to inserted neural implants. J. Neural Eng. 4, 410-423 (2007).
- Johnson, M. D., Otto, K. J., Kipke, D. R. Repeated voltage biasing improves unit recordings by reducing resistive tissue impedances. IEEE Trans. Neural Syst. Rehabil. Eng. 13, 160-165 (2005).
- Otto, K. J., Johnson, M. D., Kipke, D. R. Voltage pulses change neural interface properties and improve unit recordings with chronically implanted microelectrodes. IEEE Trans. Biomed. Eng. 53, 333-340 (2006).
- Pickup, P. G., Birss, V. I. A model for anodic hydrous oxide-growth at iridium. J. Electroanal. Chem. 220, 83-100 (1987).
