Sinir Arayüzler için voltaj kutuplanması, Voltametri, ve Elektrik Empedans Spektroskopisi
Summary
Nöral kayıt elektrotları elektrot-doku arayüzü impedans spektroskopisi (EIS) ve voltametri (CV) ile karakterize edilebilir. Gerilim değişiklikleri elektrot-doku arayüzü elektrokimyasal özelliklerini kutuplama ve artırabilir kayıt özelliği uygulanması. Gerilim kutuplama, EIS, CV ve sinir kayıtları tamamlayıcıdır.
Abstract
Elektrik impedans spektroskopisi (EIS) ve voltametri (CV) ek invaziv prosedürler olmaksızın elektrot-doku arayüzü ölçü özellikleri ve uzun vadede elektrot performansını izlemek için kullanılabilir. EIS çoklu frekanslarda elektrik empedansı ölçer ve voltametri elektrod taşıma kapasitesi şarj ölçer ve şarj farklı gerilim seviyelerinde nasıl aktarıldığını gösterir iken empedans artar, cihaz etrafında artmış glial skar oluşumu göstermektedir. Yerleştirilmiş elektrotlar yaş, EIS ve CV veri değişim ve daha önce spiking nöronlar kaydedildi elektrot siteler genellikle sinirsel kayıt için daha düşük etkinlik sergilemek gibi. Gençleşme olarak bilinen elektrot implante diziler, kısa bir gerilim darbe uygulaması bir süre için aksi sessiz elektrot sitelerinde faaliyet spiking geri getirebilir. Gençleştirme değiştirir EIS ve CV ve bu tamamlayıcı yöntemler izlenebilir. Tipik olarak, EIS elektrot yerinde doku tepkisi bir göstergesi olarak, günlük olarak ölçülür. Sivri önceden sivri olan bir kanal eksik bulundukları takdirde, daha sonra CV elektrot sitesi taşıma kapasitesi şarj belirlemek için kullanılır, ve yenilenme arayüz etkinliğini arttırmak için uygulanabilir. CV ve EIS sonra elektrot-doku arayüzünde değişiklikleri kontrol etmek için tekrarlanan ve nöral kayıtları toplanır. Gençleştirme genel amacı implante dizilerin fonksiyonel ömrünü uzatmak için.
Protocol
Discussion
Kayıt özelliği zaman implantasyon sonrası azalır gibi nöral kayıt protez sistemleri sınırlı fonksiyonel ömrü gösterilecek. Azalan performans olasılıkla katkıda kompakt bir glial kılıf işlevsel sağlıklı doku 1 yabancı cisim izole olarak implante cihaza reaktif doku yanıttır. Sinir kaydı ile birlikte, elektro-kimyasal ölçümleri (EIS ve CV) tipik olarak elektrot-doku arayüz 2,3 uzunlamasına izlenmesi için kullanılır. EIS arayüz kayıt özelliği değerlendirmede pratik olarak yararlıdır. Empedansı hızlı süre ile reaktif doku tepkisi düşündüren post-implantasyon arayüz 3 elektriksel özelliklerini değiştiren arttırır. Buna ek olarak, EIS veri implante elektrot 3-5 bitişik hücresel bileşimi modeli için kullanılabilir. Voltametri daha kayıtları ve ÇBS değişiklikleri araştırmak için kullanılabilir. Elektriklikompozisyonda, malzeme ve pürüzlülük gibi elektrokimyasal reaksiyonları ve çevreleyen dokuya IV grafiğinin şeklini etkiler. IV eğrisinin alanı tespit kapasitesi,, geniş bir şarj taşıyan genellikle özellikle elektrik mikro-uyarılması için, tercih edilir. Düşük şarj kapasitesi genellikle artmış ÇBS ile ilişkilidir. CV sırasında uygulanan potansiyel gerilim aralığı redoks reaksiyonları tahrik etmek kadar büyük, özellikle şarj kapasitesi ve ÇBS kendisi değiştirebilir.
Voltajı eğimlendirme veya gençleştirmenin uygulaması, empedansı azaltılması, ve kaydedilmiş sivri 5 ile kanal numarasını artan, taşıma kapasitesi artan şarj etmek amacıyla kullanılabilir. Oksidasyon olasılıkla gençleştirme sırasında elektrot arayüzü meydana geliyor, ve iridyum malzemeleri ile, bir sulu oksit tek tabakalı 1.2 V 6 anodik potansiyellerde oluşturur. Bu tek tabakalı oluşumunu kaldırabilir öne sürülmüştür hücresel ve acellular malzemenin arayüz 5 daha düşük empedans sonuçlanan elektrot bağlı. Gençleştirme sinir sinyalleri kaybetti kurtarabilirsiniz Önceleri önce bir kaç gün içinde ani vardı kanallarda kullanılırsa, en etkili olur. Kayıtlar, EIS, CV ve gençleştirme iyi nöral arayüzü izlenmesi ve implante cihazların uzun dönemli işlevsellik iyileştirilmesi tamamlayıcı araçlar olarak kullanılabilir.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu araştırma, Ulusal Sağlık Enstitüleri (R03DC009339-02, NIDCD) tarafından ve Savunma İleri Araştırma Projeleri Ajansı (DARPA) Dr Jack W. Judy himayesinde Microsystems Teknoloji Ofisi (MTO), (tarafından desteklenmiştir jack.judy @ Uzay ve Deniz Harp Sistemleri Komutanlığı (SPAWAR) Sistemleri Merkezi (SSC) Pasifik hibe No N66001-11-1-4013 ile Güvenilir Sinir Teknoloji Programı'nın bir parçası olarak darpa.mil).
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).
