神経記録電極の電極 – 組織のインターフェイスは、電気インピーダンス分光(EIS)とサイクリックボルタンメトリー(CV)で特徴づけることができる。電圧の印加は、変更の電極 – 組織界面の電気化学的特性をバイアスと録音機能を向上させることができます。バイアス電圧は、EIS、CV、および神経録音は相補的である。
電気インピーダンス分光(EIS)と電極 – 組織インタフェースのサイクリックボルタンメトリー(CV)測定のプロパティの追加の侵襲的処置なしで、長期的に電極性能を監視するために使用することができます。 EISは、複数の周波数で電気インピーダンスを測定し、サイクリックボルタンメトリーは電極の容量を運ぶ電荷を測定し、電荷が異なる電圧レベルで転送される方法を示しながら、インピーダンスの増加は、デバイスの周囲に増加グリア瘢痕形成を示しています。移植された電極の年齢、EISとCVデータの変更、以前スパイキングニューロンを記録した電極部位としてしばしば神経記録著しく低いの有効性を示す。若返りとして知られている埋め込み電極アレイを簡単に電圧パルスのアプリケーションは、一定の期間以外のサイレント電極サイト上の活動をスパイク戻すことができます。若返りは、EISとCVを変更し、これらの補完的な方法で監視することができます。通常、EISは、電極部位の組織反応の指標として毎日測定されています。スパイクは、以前のスパイクを持っていたチャンネルには存在しない場合は、CVは電極部位の容量を運ぶ電荷を決定するために使用されており、若返りは、インタフェースの有効性を向上させるために適用することができます。 CVおよびEISは、その後電極 – 組織界面での変更を確認するために繰り返され、ニューラル記録が収集されます。若返りの全体的な目標は、移植配列の機能的な寿命を拡張することです。
ニューラル記録人工システムでは、録音機能などの限られた機能的な寿命は時間の移植後で減少が表示されます。コンパクトグリアシースは、機能、健康な組織1から異物を分離し、パフォーマンスを損なうことへの可能性が高い要因は、移植デバイスへの反応組織の応答です。神経記録と共に、電気化学的測定(EISとCV)は、通常、電極組織のインタフェース2,3の長手方向の監視に使用されています。 EISは、インターフェイスの記録機能を評価する上で実質的に有用である。インピーダンスはすぐに反応性組織反応インタフェース3の電気的特性を変化させることを示唆時間後注入で増加します。さらに、EISのデータは、埋め込 み電極3から5に隣接する細胞の構成をモデル化するために使用することができます。サイクリックボルタンメトリーは、さらにレコーディングやEISの変化を調査するために使用することができます。あるelectrodeの材料と粗さと同様に電気化学反応と周囲の組織は、IVカーブの形状に影響を与えます。 IV曲線の面積から決定能力を運ぶ大きな電荷は、特に電気マイクロ刺激のために、通常は好ましい。低充電容量は、しばしば増加EISに関連付けられています。 CVの間に印加される電位は、電圧範囲が酸化還元反応を駆動するのに十分な大きさである場合は特に、充電容量と、EIS自体を変更することがあります。
バイアス電圧のアプリケーション、または若返りは、インピーダンスを減少させ、記録されたスパイク5の番号のチャンネルを増やし、能力を持って増加する電荷の目的で使用することができます。酸化可能性が高い若返りの間に電極界面で発生しており、イリジウム材で、水和酸化物の単分子層は、1.2 V 6の陽極電位で形成されます。これは、この単分子膜の形成が削除されることが示唆されている携帯電話やacellular材料は、インタフェース5のインピーダンスが低く、その結果電極に接続されている。若返りが失われた神経信号を回復することができますが、以前に前の数日以内にスパイクを持っていたチャンネル上で使用する場合、それは最も効果的です。録音は、EIS、CV、そして若返りが最も神経インターフェースを監視し、移植デバイスの長期的な機能性を向上させる補完的なツールとして使用することができます。
The authors have nothing to disclose.
この研究は国立衛生研究所(R03DC009339-02、NIDCD)でと米国防総省の国防高等研究計画庁(DARPA)と博士はジャック·W·ジュディの後援の下にマイクロシステム技術局(MTO)、(によってサポートされていましたjack.judy @宇宙海軍戦システムコマンド(SPAWAR)システムセンター(SSC)パシフィック助成番号N66001-11-1から4013を介して信頼性の高いニューラル技術プログラムの一環としてdarpa.mil)。
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 |