Tensão de polarização, voltametria cíclica, espectroscopia de impedância elétrica e para Interfaces Neurais

1. Configure o Instrumento Eletroquímica Instrumentação eletroquímica como uma Autolab Methrohm PGSTAT (Utrecht, NL) é necessária para o EIS, CV e Rejuvenescimento. O FRA2 add-on permite EIS, eo canal multiplexador (MUX) add-on é útil para testar multi-canal eletrodos. Construir um adaptador para conectar o headstage canal ao MUX headstage. Faça as conexões. Ligue o trabalho e eléctrodos sensores para o canal MUX, e ligar a referência e os eléctrodos do contador para a parte do adaptador de headstage ligada ao circuito de retorno da corrente, tipicamente um parafuso de osso implantado em aço inoxidável ou titânio. 2. Espectroscopia de Impedância Elétrica Inicie o Resposta de Freqüência Analisador de software (FRA), e verificar as configurações de arquivo de procedimento. O procedimento deve ser definido para testar dois multi-seno ondas cada um consistindo de 15 senos simultaneamente que variam de 10 Hz a 30kHz. A tensão aplicada deve ser de 25 mV ou menos (ver métodos suplementares). Abrir e editar o arquivo de projeto. O projeto utiliza o arquivo de Processo, percorre cada canal, e salva o resultado (ver métodos complementares). Ligue assunto animal com um headstage (sem amplificadores) passiva. Headstages ativos não vai passar sinais de entrada. Execute o arquivo do projeto. Cada canal tem dezenas de segundos dependendo das configurações. Apresentar e interpretar resultados. Analisar os arquivos de texto de saída com MATLAB (Natick, MA), e faça um gráfico de Nyquist. Um semicírculo em freqüências mais altas indica uma resposta do tecido. 3. Voltametria Cíclica Inicie o General Purpose Eletroquímica Sistema de software (GPES), e verificar as configurações de arquivo de procedimento. O procedimento deve ser ajustado para varrer a tensão a 50 mV / s, dentro dos limites de hidrólise que se situa entre 0,8 e -0,6 V para típicos materiais de eléctrodo neurais (Pt,IR, IROX). Pelo menos três scans deve ser executado para que o sistema atinja o equilíbrio. Os resultados da digitalização final são guardados (ver métodos suplementares). A velocidade de varrimento pode ser aumentada para 1 V / s para reduzir o tempo de medição, no entanto, a forma da curva IV irá provavelmente mudar se a velocidade de varrimento é mais rápido do que as reacções de transferência de carga que ocorrem na interface tecido-eléctrodo. Abrir e editar o arquivo de projeto. O projeto utiliza o arquivo de Processo, percorre cada canal, e salva o resultado (ver métodos complementares). Ligue assunto animal com um headstage passiva. Execute o arquivo do projeto. Cada canal tem cerca de três minutos, dependendo da configuração. Aumentando a velocidade de varrimento para 1 V / s reduz o tempo de medição para cerca de dez segundos por canal. Apresentar e interpretar resultados. Analisar os arquivos de texto de saída com MATLAB, e traçar a relação IV. A carga de capacidade de carga é quantificada por integração da áreada corrente catódica dentro do CV. 4. Rejuvenescimento Inicie o General Purpose Eletroquímica Sistema de software (GPES), e verificar as configurações de arquivo de procedimento. Usando as etapas e método Sweeps, o procedimento deve ser definido para a etapa a tensão para 1,5 V para uma duração de 4 segundos (ver métodos complementares). Abrir e editar o arquivo de projeto. O projeto utiliza o arquivo de Processo, percorre cada canal, e salva o resultado (ver métodos complementares). Ligue assunto animal com um headstage passiva. Execute o arquivo do projeto. Cada canal leva cerca de dez segundos. 4.5) Coleta de dados do EIS e CV e interpretar resultados. 5. Os resultados representativos Um fluxo de trabalho típica, incluindo gravações, de EIE, CV e rejuvenescimento, é mostrado na figura 1. Gravações e EIS são coletados com maior freqüência (diária ou semanal) em todos os canais, enquanto CV erejuvenescimento pode ser usado se spiking actividade já não é detectável. Mudanças de EIE, ao longo de dias ou semanas após a um eléctrodo é implantado. Quando EIS dados são apresentados como uma trama de Nyquist, um semicírculo a frequências mais elevadas (próximo da origem) é indicativo da resposta do tecido no local da eléctrodo (Fig. 2). CV produz uma curva de corrente-tensão (IV), mostrando algumas histerese. O mais relevante estatística CV é a carga a capacidade de suporte, a área dentro da curva IV normalizado pela área local do eléctrodo (Fig. 3 um). Eletrodos com grande capacidade de carga são os preferidos para micro-estimulação. Durante rejuvenescimento um pulso de tensão é aplicada, que geralmente resulta em aumento da capacidade de carga e diminuição da magnitude da impedância (Fig. 3a e b). Spiking também pode ser restaurado em canais que anteriormente tinham picos (Figura 4a). Enquanto rejuvenescimento tem apenas efeitos de curto prazo sobre impedância e sinal-para-nãoise (SNR), esta técnica pode ser aplicada diariamente. Figura 4b e c mostra diariamente pré e pós-rejuvenescimento-1 magnitude da impedância kHz e dados SNR para uma matriz de canal 16 implantado em cobaia córtex. Rejuvenescimento tem um efeito na redução da robusta 1 magnitude da impedância kHz por uma ordem de magnitude após cada aplicação. Como um resultado de sinais recuperados e inferior de impedância, a SNR aumenta após cada sessão de rejuvenescimento. Em última análise, todos os sinais foram perdidos após 160 dias após o implante e rejuvenescimento já não era eficaz. Figura 1. EIS é medida após cada sessão de gravação. Se não houver picos são registrados em um canal que já teve picos, e EIS mostra um componente grande de tecido que tem aumentado ao longo do tempo, em seguida, CV e rejuvenescimento são julgados neste canal. EIS e gravações são então usados ​​para determinar se o tratamento foi bem sucedida. <p class="Jove_content"> Figura 2. Dados EIS exibidos em um gráfico de Nyquist de um local do eletrodo imediatamente após o implante (azul), e 4 meses depois (verde). Cada ponto no gráfico de Nyquist representa a impedância real e imaginário em uma única freqüência. Um semicírculo parcial devido ao tecido em torno do local é evidente em freqüências mais altas. Figura 3. CV e EIS mudanças de um eletrodo implantado irídio óxido de pré-e pós-rejuvenescimento. (A) Rejuvenescimento aumenta a área da curva de IV correspondente a uma carga aumentada capacidade de carga. (B) Uma mudança significativa na specra impedância para baixar os níveis de impedância é geralmente observada após rejuvenescimento. Figura 4. Effects de tensão de polarização em gravações e impedância. (A) pré-e pós-rejuvenescimento gravações mostram picos podem ser recuperados em canais que tinham sido previamente silenciosa. Diário pré e pós-rejuvenescimento resulta em uma queda de (B) robusto em 1 kHz e magnitude da impedância (C) aumento da SNR para aproximadamente 150 dias após a cirurgia. Barra de erros representam erro padrão a partir de dados coletados a partir de um conjunto de 16 canais implantados no córtex cobaia.