Los autores agradecen el apoyo del Consejo de Investigación Australiano a través del Centro de Excelencia para Electromaterials Ciencia.

El protocolo ha sido aprobado por la Universidad de La Trobe (09-28P) y Comités de ética animal RMIT University (1315). 1. Preparación del electrodo y Pruebas preliminares in vitro <ol><li> Preparar soluciones de deposición de recubrimiento del electrodo, por ejemplo 10 mM de 3,4-etilenodioxitiofeno (EDOT) y 0,1 M de sodio-tolueno-sulfonato (Na 2 pts) para formar poli-3 ,4-etilenodioxitiofeno-PTS (PEDOT-PTS). </li><li> Conecte el sistema de electrodos a un potenciostato. </li><li> Coloque con cuidado la matriz de electrodos en la solución de deposición y la abrazadera en su lugar. </li><li> Coloque un contador de electrodo de malla de platino y el electrodo de referencia de Ag / AgCl en la solución de deposición y conectar a un potenciostato. </li><li> Uso de los potenciostato, revestimientos de depósito sobre los electrodos deseados. Las condiciones de deposición (potencial, corriente y tiempo) pueden variar dependiendo de los recubrimientos deseados. Para revestimientos PEDOT-PTS, un pote aplicadontial de 1 V para 15, 30, 45, o 60 seg se ha utilizado. Cuatro electrodos en la matriz deben ser recubiertas con el recubrimiento en una configuración escalonada (Figura 1). </li><li> Retire la guía de electrodos de la solución de depósito y enjuague suavemente con agua desionizada. </li><li> Repita el procedimiento de recubrimiento con otros materiales si lo deseas. </li><li> Preparar la solución de pruebas in vitro (fosfato disódico 0,3 M (Na 2 HPO 4) en agua desionizada). </li><li> Conecte el sistema de electrodos a un potenciostato. </li><li> Coloque con cuidado la matriz de electrodos en la solución de la prueba y la abrazadera en su lugar. </li><li> Coloque un contador de electrodo de malla de platino y el electrodo de referencia de Ag / AgCl en la solución de prueba y conectar a un potenciostato. </li><li> Usando el potenciostato, realice secuencial espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS) (potencial de compensación de 0 V, amplitud de 10 mV, rango de frecuencia 10-100.000 Hz) y voltametría cíclica (ciclo 1 º, rango potencial 00,8 a -0,8 V, velocidad de exploración de 100 mV / seg) en todos los electrodos. Electrodos no probados se mantienen a potencial de circuito abierto y un tiempo de silencio de 1 segundo se utiliza entre cada prueba. Todos los electrodos 32 están en contacto con la solución para la sesión de prueba completa de 1 hr. </li><li> Retire la guía de electrodos de la solución de prueba y enjuague suavemente con agua desionizada. </li><li> Realizar las demás análisis deseados tales como la microscopía óptica. </li><li> Sondas de la tienda en un recipiente protector seco para evitar daños y el deterioro de las superficies de los electrodos. </li></ol> 2. La implantación de electrodos <ol><li> Pesar la rata. </li><li> Inyectar de uretano (20% w / v en agua destilada, 1,3 g / kg ip) para la anestesia no recuperación. </li><li> Asegurar inicio anestesia probando durante un reflejo de retirada pizca dedo del pie. Si la anestesia no es suficiente, dosis suplementarias de uretano deben ser administradas (0,3 g / kg ip). </li><li> Aplicar lubricante ocular y, a continuación, afeitarse la cabeza de la unaIMAL. </li><li> Colocar el animal en decúbito prono sobre una placa homeotérmico e inserte una sonda rectal (37,5 ° C). </li><li> Coloque una barra de la oreja en la posición final de aproximadamente esperada dentro del marco estereotáxico, y luego ajustar el animal para colocar la barra de oído en el conducto auditivo externo. </li><li> Alinear la segunda barra de oído en el conducto auditivo externo contralateral. Desplazar el animal en las barras de oído para alinearse con el titular de los dientes. </li><li> El uso de pinzas de rata de dientes, abrir la mandíbula del animal, enganchar los incisivos superiores sobre el soporte del diente y la abrazadera de la nariz en su lugar. </li><li> Crear una incisión en la piel de la cabeza, de aproximadamente 1 mm a la derecha de la línea media y de 10 mm rostral a 10 mm caudal de lambda. </li><li> Retraer la piel y el músculo lateralmente desde la incisión para exponer los huesos parietal y interparietal Uso de solución de peróxido de hidrógeno 20% y una almohadilla de gasa, fregar la superficie del hueso expuesto. </li><li> Perforar un agujero de aproximadamente3 mm 2 en la médula interparietal tan cerca de lambda y la línea media de lo posible y quitar el tapón de hueso. El uso de una solución salina estéril, enjuague el agujero para quitar el polvo de huesos o fragmentos de lo que puede dañar el electrodo. </li><li> Con unas tijeras romas-romo, diseccionar por debajo de la piel del cuello y crear una cavidad. Envuelva un alambre de Ag / AgCl en algodón, saturarlo con solución salina y luego insertar el electrodo de referencia dentro de la cavidad. </li><li> Hacer una incisión en la duramadre en el plano sagital con la punta de una aguja. </li><li> Coloque la guía de electrodos al manipulador electrodo y ajustar su posición sobre la abertura con un ángulo de rostro-caudal 19 °. Inserte manualmente el electrodo de aproximadamente 2 mm en el cerebro hacia el colículo inferior. </li><li> Conecte el altavoz a la barra hueca oreja izquierda. </li><li> Asegúrese de que el amplificador está encendido. A continuación, compruebe la anestesia de los animales antes de sellar la cámara de grabación. </li></ol> 3.Los ensayos in vivo <ol><li> Entregar blancas ráfagas de ruido, (ruido gaussiano distribuido, 1-44 kHz, el tiempo de 10 ms subida del otoño) y vigilar la actividad en cada electrodo. La velocidad máxima a la que estalla fuera entregado es una explosión cada 200 ms. </li><li> Usando el microdrive motorizado, introduzca lentamente el conjunto de electrodos hasta que la actividad acústica impulsado se registra en los 3 electrodos más distales de cada vástago (el número y la posición de la actividad de grabación de electrodos pueden variar con la colocación de los electrodos o el diseño del electrodo). </li><li> Lleve a cabo el protocolo de estimulación acústica utilizando 300 repeticiones de 50 ms de ruido blanco ráfagas (ruido gaussiano distribuido, 1-44 kHz, 10 ms tiempo de subida-bajada) con una tasa de repetición de 1 seg a 70 dB, y registrar la actividad de múltiples unidades en cada electrodo ( velocidad de muestreo de 24,4 kHz). </li><li> Inserte lentamente la matriz de electrodos que otros 200 μ m en el IC de posicionar cada electrodo aproximadamente en la misma posición que el electrodo más distal de the la posición inicial de la grabación. </li><li> Repetir la estimulación acústica y el protocolo de grabación neural. </li><li> Continuar la inserción de la matriz de electrodos en 200 μ m pasos y la realización de la estimulación acústica y protocolo de grabación neuronal hasta que todos los electrodos han registrado actividad acústicamente expulsados ​​de por lo menos 3 posiciones (típicamente 8-12 posiciones de los electrodos en total). </li><li> Retraer la matriz de electrodos en 200 μ m pasos y continuar realizando la estimulación acústica y protocolo de grabación neuronal hasta que se alcanza la posición inicial matriz de electrodos. </li><li> Retraer con cuidado el conjunto de electrodos de forma manual. </li><li> Inyectar una sobredosis de pentobarbital sódico (Lethobarb; 200 mg / kg ip) para sacrificar al animal. </li><li> Enjuague suavemente la matriz de electrodos con agua destilada. Luego almacenar sondas en un recipiente protector seco para evitar daños y el deterioro de las superficies de los electrodos. </li></ol> 4. Post-implantación en vitPruebas ro <ol><li> Enjuague suavemente la matriz de electrodos con agua destilada para eliminar cualquier contaminación. </li><li> Conecte el sistema de electrodos a un potenciostato. </li><li> Coloque con cuidado la matriz de electrodos en la solución de la prueba y la abrazadera en su lugar. </li><li> Coloque un contraelectrodo de malla de platino y un electrodo de referencia de Ag / AgCl en la solución de prueba y conecte con el potenciostato. </li><li> Usando el potenciostato, realice secuencial espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS) (potencial de compensación de 0 V, amplitud de 10 mV, rango de frecuencia 10-100.000 Hz) y voltametría cíclica (ciclo 1, el potencial entre 0,8 y -0,8 V, velocidad de exploración de 100 mV / s ) en todos los electrodos. Electrodos no probados se mantienen a potencial de circuito abierto y un tiempo de silencio de 1 segundo se utiliza entre cada prueba. Todos los electrodos 32 están en contacto con la solución para la sesión de prueba completa de 1 hr. </li><li> Retire la guía de electrodos de la solución de prueba y enjuague suavemente con agua desionizada. </li><li> Pencaje de la matriz de electrodos en una solución de limpieza enzimática durante 24 horas. </li><li> Retire la guía de electrodos de la solución y enjuagar con agua destilada. </li><li> Conecte el sistema de electrodos a un potenciostato. </li><li> Coloque con cuidado la matriz de electrodos en la solución de la prueba y la abrazadera en su lugar. </li><li> Coloque un contraelectrodo de malla de platino y un electrodo de referencia de Ag / AgCl en la solución de prueba y conecte con el potenciostato. </li><li> Usando el potenciostato, realice secuencial espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS) (potencial de compensación de 0 V, amplitud de 10 mV, rango de frecuencia 10-100.000 Hz) y voltametría cíclica (ciclo 1, el potencial entre 0,8 y -0,8 V, velocidad de exploración de 100 mV / s ) en todos los electrodos. Electrodos no probados se mantienen a potencial de circuito abierto y un tiempo de silencio de 1 segundo se utiliza entre cada prueba. Todos los electrodos 32 están en contacto con la solución para la sesión de prueba completa de 1 hr. </li><li> Retire la guía de electrodos de la solución de prueba yenjuague suavemente con agua desionizada. </li><li> Sondas de la tienda en un recipiente protector seco para evitar daños y el deterioro de las superficies de los electrodos. </li></ol>

<ol>
	<li>Oluigbo, C. O., Rezai, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Addressing+Neurological+Disorders+With+Neuromodulation.">Addressing Neurological Disorders With Neuromodulation.</a> IEEE Trans. Biomed. Eng. 58, 1907-1917 (2011).</li><li>Shivdasani, M. N., Mauger, S. J., Rathbone, G. D., Paolini, A. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Inferior+Colliculus+Responses+to+Multichannel+Microstimulation+of+the+Ventral+Cochlear+Nucleus:+Implications+for+Auditory+Brain+Stem+Implants.">Inferior Colliculus Responses to Multichannel Microstimulation of the Ventral Cochlear Nucleus: Implications for Auditory Brain Stem Implants.</a> J. Neurophysiol. 99, 1-13 (2008).</li><li>Perlmutter, J. S., Mink, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Deep+Brain+Stimulation.">Deep Brain Stimulation.</a> Ann. Rev. Neurosci. 29, 229 (2006).</li><li>Weaver, F. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bilateral+Deep+Brain+Stimulation+vs+Best+Medical+Therapy+for+Patients+With+Advanced+Parkinson+Disease.">Bilateral Deep Brain Stimulation vs Best Medical Therapy for Patients With Advanced Parkinson Disease.</a> J. Am. Med. Assoc. 301, 63-73 (2009).</li><li>Biran, R., Martin, D. C., Tresco, P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neuronal+cell+loss+accompanies+the+brain+tissue+response+to+chronically+implanted+silicon+microelectrode+arrays.">Neuronal cell loss accompanies the brain tissue response to chronically implanted silicon microelectrode arrays.</a> Exp. Neurol. 195, 115-126 (2005).</li><li>McConnell, G. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Implanted+neural+electrodes+cause+chronic,+local+inflammation+that+is+correlated+with+local+neurodegeneration.">Implanted neural electrodes cause chronic, local inflammation that is correlated with local neurodegeneration.</a> J. Neural Eng. 6, (2009).</li><li>Liu, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stability+of+the+interface+between+neural+tissue+and+chronically+implanted+intracortical+microelectrodes.">Stability of the interface between neural tissue and chronically implanted intracortical microelectrodes.</a> IEEE Trans. Rehab. Eng. 7, 315-326 (1999).</li><li>Rousche, P. J., Normann, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chronic+recording+capability+of+the+Utah+Intracortical+Electrode+Array+in+cat+sensory+cortex.">Chronic recording capability of the Utah Intracortical Electrode Array in cat sensory cortex.</a> J. Neurosci. Methods. 82, 1-15 (1998).</li><li>Williams, J. C., Rennaker, R. L., Kipke, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Long-term+neural+recording+characteristics+of+wire+microelectrode+arrays+implanted+in+cerebral+cortex.">Long-term neural recording characteristics of wire microelectrode arrays implanted in cerebral cortex.</a> Brain Res. Protoc. 4, 303-313 (1999).</li><li>Harris, A. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Conducting+polymer+coated+neural+recording+electrodes.">Conducting polymer coated neural recording electrodes.</a> J. Neural Eng. 10, (2013).</li><li>Bard, A. J., Faulkner, L. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Electrochemical Methods. , (2001).</li><li>Ludwig, K. A., Uram, J. D., Yang, J., Martin, D. C., Kipke, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chronic+neural+recordings+using+silicon+microelectrode+arrays+electrochemically+deposited+with+a+poly(3,4-ethylenedioxythiophene)+(PEDOT)+film.">Chronic neural recordings using silicon microelectrode arrays electrochemically deposited with a poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) film.</a> J. Neural Eng. 3, 59 (2006).</li></ol>

Este protocolo proporciona un método para comparar los recubrimientos de electrodos neurales de registro dentro de un animal. El diseño del electrodo utilizado es ideal para la implantación en una rata colículo inferior (CI), con dimensiones de una escala similar. Variaciones de este electrodo como más espacio entre vástagos impedirían que todos los vástagos de estar en la rata IC al mismo tiempo, mientras que los mangos más largos y un paso mayor entre los electrodos aumentan el riesgo de que las puntas de vá...

Implantes neuronales se están utilizando cada vez más para la investigación, el control de prótesis y tratamiento de trastornos tales como la enfermedad de Parkinson, la epilepsia, y 1,2 pérdida sensorial. La medición y / o control tanto de la composición química y eléctrica del cerebro es la base para todos los implantes neuronales. Sin embargo, es importante para administrar un tratamiento sólo cuando el tejido neural está en el estado aberrante a reducir los efectos secundarios 3. Por ejemplo, los estimuladores cerebrales profundos para el tratamiento de la epilepsia se deben aplicar únicamente un impulso eléctrico al cerebro durante una convulsión. Algunos efectos secundarios pueden ser distonía, pérdida de memoria, desorientación, alteración de la función cognitiva, las alucinaciones inducidas, la depresión o la lucha contra la depresión 3,4. En muchos dispositivos, un sistema de bucle cerrado, por tanto, es necesario registrar la actividad eléctrica y para activar la estimulación cuando se detecta un estado anormal. Los electrodos de registro también se utilizan para controlar Prodispositivos STHETIC. Es crítico para registrar la actividad neuronal objetivo con la mayor proporción posible de señal a ruido para lograr la activación más precisa y control del dispositivo. Una gran relación señal a ruido es también muy deseable para aplicaciones de investigación, como los datos más fiables se pueden obtener, lo que resulta en un menor número de sujetos de prueba requeridos. Esto también permitirá una mayor comprensión de los mecanismos y las vías implicadas en la estimulación de los nervios y la grabación. Después de un implante neural ha sido colocado en el cerebro, una respuesta inmune se activa 5,6. El curso temporal de la respuesta se divide generalmente en las fases agudas y crónicas, cada uno formado por diferentes procesos biológicos 7. La respuesta inmune puede tener efectos dramáticos sobre el rendimiento del implante, tales como el aislamiento de los electrodos de las neuronas diana por encapsulación en una cicatriz glial o degradación química de los materiales de implante 8.Esto puede reducir la relación señal a ruido de un electrodo de registro y la potencia de salida de un electrodo de estimulación, y el plomo al electrodo insuficiencia 9. Selección cuidadosa del diseño y los materiales de implante son necesarios para evitar el fracaso durante la vida útil del implante. Muchos diferentes materiales y diseños de implantes se han desarrollado recientemente para mejorar la relación señal-ruido y la estabilidad de los implantes para la grabación neural. Materiales de los electrodos han incluido platino, iridio, tungsteno, óxido de iridio, óxido de tántalo, el grafeno, nanotubos de carbono, polímeros conductores dopados, y, más recientemente, los hidrogeles. Materiales de sustrato ensayadas también incluye silicio, óxido de silicio, nitruro de silicio, de seda, de teflón, poliimida, y silicona. Diversas modificaciones de electrodos también se han investigado, usando recubrimientos tales como laminina, neurotrofinas, o monocapas y tratamientos auto-ensambladas utilizando electroquímica, plasma y técnicas ópticas. Diseño de implantess podría ser 1 -, 2 - o 3-dimensional con los electrodos generalmente en la punta de una sonda aislante o a lo largo del borde de un vástago para penetrar en los electrodos o en una matriz de 2 dimensiones para implantes de superficie de la corteza. Independientemente del diseño del electrodo o material, la literatura anterior ha demostrado típicamente el rendimiento del nuevo implante sin referencia a otras construcciones de implante. Esto impide una evaluación sistemática de sus propiedades. Este protocolo proporciona un método para comparar diferentes materiales de los electrodos a través de una gama de técnicas analíticas y electrofisiológicos. Se basa en un artículo recientemente publicado que comparó 4 dopado diferente la realización de recubrimientos de polímeros (de polipirrol (Ppy) y poli-3 ,4-etilenodioxitiofeno (PEDOT) dopado con sulfato (SO 4) o para-tolueno-sulfonato (PTS)) y 4 diferentes espesores de recubrimiento 10. En este artículo se encuentra un material, PEDOT-PTS con un tiempo de deposición de 45 segundos,tenido el recuento más alta de señal a ruido y espiga con el ruido de fondo más pequeño y que estos parámetros eran dependientes de la impedancia del electrodo. PEDOT-PTS también se muestra bioestabilidad aguda superior en comparación con los otros polímeros dopados realización y electrodos de iridio desnudas. El protocolo permite que los parámetros críticos controlando la relación de señal a ruido y la estabilidad que se determine y se utiliza para mejorar aún más el rendimiento de electrodos de registro neuronales.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1217">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:244px;">Programmable Attenuator</td>
			<td style="width:195px;">TDT</td>
			<td style="width:179px;">PA5</td>
			<td style="width:600px;">Controls the amplitude of the acoustic signal across frequencies</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:244px;">Electrostatic speaker driver</td>
			<td style="width:195px;">TDT</td>
			<td style="width:179px;">ED1</td>
			<td>Drives the electrostatic speakers (EC1)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:244px;">Coupled electrostatic speaker</td>
			<td style="width:195px;">TDT</td>
			<td style="width:179px;">EC1</td>
			<td>Delivers sound to the animal</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:244px;">Processing base station</td>
			<td style="width:195px;">TDT</td>
			<td style="width:179px;">RZ2</td>
			<td>Records neural activity from electrode array (using PZ2 preamplifier)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:244px;">Preamplifier</td>
			<td style="width:195px;">TDT</td>
			<td style="width:179px;">PZ2-256</td>
			<td>256-channel high impedance preamplifier</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:244px;">Multifunction Processor</td>
			<td style="width:195px;">TDT</td>
			<td style="width:179px;">RX6</td>
			<td>Used to generate acoustic stimuli</td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:24px;width:244px;">Multichannel electrode</td>
			<td style="width:195px;">NeuroNexus Technologies</td>
			<td style="width:179px;">A4 &#215; 8&#8211;5mm-200-200-413</td>
			<td>4-shank 32-channel electrode array</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:244px;">Potentiostat</td>
			<td style="width:195px;">CH Instruments</td>
			<td style="width:179px;">CHI660B</td>
			<td>Deposits electrode coatings and performs cyclic voltammetry and EIS (used with CHI684)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:244px;">Multiplexer</td>
			<td style="width:195px;">CH Instruments</td>
			<td style="width:179px;">CHI684</td>
			<td>Switches between electrodes on the potentiostat</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:244px;">di-sodium phosphate</td>
			<td style="width:195px;">Fluka</td>
			<td style="width:179px;">71644</td>
			<td>Used in the test solution</td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:24px;width:244px;">3,4-ethylenedioxythiophene (EDOT)</td>
			<td style="width:195px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:179px;">483028</td>
			<td>An electrode coating material</td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;width:244px;">para-toluene sulfonate (Na2pTS)</td>
			<td style="width:195px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:179px;">152536</td>
			<td>An electrode coating material</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:244px;">Urethane</td>
			<td style="width:195px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:179px;">U2500</td>
			<td>Used to anaesthetise the animal</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:244px;">Silver/Silver chloride electrode</td>
			<td style="width:195px;">CH Instruments</td>
			<td style="width:179px;">CHI111</td>
			<td>Used for testing the electrode in vitro</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:244px;">Platinum electrode</td>
			<td style="width:195px;">CH Instruments</td>
			<td style="width:179px;">MW4130</td>
			<td>Used for testing the electrode in vitro</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:244px;">Motorized microdrive</td>
			<td style="width:195px;">Sutter Instruments</td>
			<td style="width:179px;">DR1000</td>
			<td>To control the electrode array position during surgery</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:244px;">Enzymatic cleaner</td>
			<td style="width:195px;">Advanced Medical Optics</td>
			<td style="width:179px;">Ultrazyme</td>
			<td>Cleans the protein off the electrode array after implantation</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:244px;">Acoustic enclosure</td>
			<td style="width:195px;">TMC Ametek</td>
			<td style="width:179px;">83-501</td>
			<td>Isolates the animal from acoustic and electrical noise</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:244px;">Stereotaxic frame</td>
			<td style="width:195px;">David Kopf Instruments</td>
			<td style="width:179px;">1430</td>
			<td>Secures and positions the animal</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:244px;">Temperature controller</td>
			<td style="width:195px;">World Precision Instruments</td>
			<td style="width:179px;">ATC1000</td>
			<td>Controls the animal temperature</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:244px;">Bone drill</td>
			<td style="width:195px;">KaVo Dental</td>
			<td style="width:179px;">K5Plus</td>
			<td>Used to perform the craniectomy</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:244px;">Aspirator</td>
			<td style="width:195px;">Flaem</td>
			<td style="width:179px;">Suction pro</td>
			<td>Used to perform the craniectomy</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a method for systematic electrochemical and electrophysiological evaluation of neural recording electrodes

Los nuevos materiales y diseños para implantes neuronales se prueban típicamente por separado, con una demostración de rendimiento, pero sin referencia a otras características del implante. Esto se opone a una selección racional de un implante en particular como óptima para una aplicación en particular y el desarrollo de nuevos materiales basados ​​en los parámetros más críticos de rendimiento. En este artículo se desarrolla un protocolo in vitro y en ensayos in vivo de electrodos de registro neuronales. Parámetros recomendados para la prueba electroquímica y electrofisiológico se documentan con los pasos clave y los posibles problemas discutidos. Este método elimina o reduce el impacto de muchos errores sistemáticos presentes in vivo paradigmas más simples en las pruebas, especialmente las variaciones en la distancia de los electrodos / neurona y entre los modelos animales. El resultado es una fuerte correlación entre el crítico in vitro e in vivo en las respuestas, tales como la impedancia y Sirelación gnal-ruido. Este protocolo se puede adaptar fácilmente para probar otros materiales de los electrodos y diseños. Las técnicas in vitro se pueden ampliar a cualquier otro método no destructivo para determinar los indicadores de rendimiento más importantes. Los principios utilizados para el abordaje quirúrgico en la vía auditiva también pueden ser modificados para otras regiones neurales o tejido.

Un conjunto de electrodos típico utilizado para este protocolo experimental se muestra en la Figura 1. Hay 32 electrodos de iridio en 4 mangos con 413 μ m 2 área geométrica nominal y un 200 μ m de paso. Cada segundo electrodo en la matriz se ha recubierto con uno de los cuatro recubrimientos de electrodos diferentes, etiquetados 1-4. Los materiales de revestimiento han sido cuidadosamente seleccionados por sus propiedades químicas, mecánicas y electroquímicas. Como s...

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A Method for Systematic Electrochemical and Electrophysiological Evaluation of Neural Recording Electrodes

Diferentes recubrimientos de electrodos afectan al rendimiento de grabación neural a través de cambios en las propiedades electroquímicas, químicas y mecánicas. Comparación de los electrodos in vitro es relativamente simple, sin embargo la comparación de la respuesta in vivo típicamente se complica por las variaciones en la distancia de los electrodos / neurona y entre animales. Este artículo proporciona un método robusto para comparar electrodos de grabación neural.

Un método para Sistemática Electroquímica y electrofisiológico Evaluación de Neuronales Grabación Electrodos

New materials and designs for neural implants are typically tested separately, with a demonstration of performance but without reference to other implant ...

a-method-for-systematic-electrochemical-electrophysiological

Research

JoVE Journal

Neuroscience

13.3K vistas.  La Trobe University.  Diferentes recubrimientos de electrodos afectan al rendimiento de grabación neural a través de cambios en las propiedades electroquímicas, químicas y mecánicas. Comparación de los electrodos in vitro es relativamente simple, sin embargo la comparación de la respuesta in vivo típicamente se complica por las variaciones en la distancia de los electrodos / neurona y entre animales. Este artículo proporciona un método robusto para comparar electro...

Video: A Method for Systematic Electrochemical and Electrophysiological Evaluation of Neural Recording Electrodes

Surgical Implantation of Chronic Neural Electrodes for Recording Single Unit Activity and Electrocorticographic Signals

The success of long-term electrophysiological recordings often depends on the quality of the implantation surgery. Here we provide useful information for surgeons who are learning the process of implanting electrode systems. We demonstrate the implantation procedure of both a penetrating and a surface electrode. The surgical process is described from start to finish, including detailed descriptions of each step throughout the procedure. It should also be noted that this video guide is focused towards procedures conducted in rodent models and other small animal models. Modifications of the described procedures are feasible for other animal models.

We provide useful information for surgeons who are learning the process of implanting chronic neural recording electrodes. Techniques for both penetrating and surface electrode systems are described in a rodent animal model.

La implantación quirúrgica de electrodos neuronales crónicas para registrar la actividad y señales de una sola unidad electrocorticográfica

The success of long-term electrophysiological recordings often depends on the quality of the implantation surgery.  Here we provide useful information for ...

Investigación

Neurociencias

Reproducible Mouse Sciatic Nerve Crush and Subsequent Assessment of Regeneration by Whole Mount Muscle Analysis

Regeneration in the peripheral nervous system (PNS) is widely studied both for its relevance to human disease and to understand the robust regenerative response mounted by PNS neurons thereby possibly illuminating the failures of CNS regeneration1. Sciatic nerve crush (axonotmesis) is one of the most common models of peripheral nerve injury in rodents2. Crushing interrupts all axons but Schwann cell basal laminae are preserved so that regeneration is optimal3,4. This allows the investigator to study precisely the ability of a growing axon to interact with both the Schwann cell and basal laminae4. Rats have generally been the preferred animal models for experimental nerve crush. They are widely available and their lesioned sciatic nerve provides a reasonable approximation of human nerve lesions5,4. Though smaller in size than rat nerve, the mouse nerve has many similar qualities. Most importantly though, mouse models are increasingly valuable because of the wide availability of transgenic lines now allows for a detailed dissection of the individual molecules critical for nerve regeneration6, 7. Prior investigators have used multiple methods to produce a nerve crush or injury including simple angled forceps, chilled forceps, hemostatic forceps, vascular clamps, and investigator-designed clamps8,9,10,11,12. Investigators have also used various methods of marking the injury site including suture, carbon particles and fluorescent beads13,14,1. We describe our method to obtain a reproducibly complete sciatic nerve crush with accurate and persistent marking of the crush-site using a fine hemostatic forceps and subsequent carbon crush-site marking. As part of our description of the sciatic nerve crush procedure we have also included a relatively simple method of muscle whole mount we use to subsequently quantify regeneration.

In this report we describe a method to crush mouse sciatic nerve. This method uses readily available hemostatic forceps and easily and reproducibly produces complete sciatic nerve crush. In addition, we describe a method to prepare muscle whole mounts suitable for analysis of nerve regeneration after sciatic nerve crush.

Ratón reproducible aplastamiento del nervio ciático y posterior evaluación de la regeneración mediante el análisis de músculo entero Monte

Regeneration in the peripheral nervous system (PNS) is widely studied both for its relevance to human disease and to understand the robust regenerative ...

Preparation of an Awake Mouse for Recording Neural Responses and Injecting Tracers

It is well known that anesthesia alters neural response properties in various regions of the brain.13. In the auditory system, fundamental response properties of brainstem neurons including threshold, frequency specificity, and inhibitory sidebands are altered in significant ways under anesthesia1-2. These observations prompted physiologists to seek ways to record from single neurons without the contaminating effects of anesthesia. One result was a decerebrate preparation, where the brainstem was completely transected at the level of the midbrain4. The drawbacks of this preparation are a formidable surgery, the elimination of descending projections from the forebrain, and an inability to use sensory stimulation to examine structures above the midbrain. A different strategy has been to implant electrode arrays chronically to record from single neurons and multiunit clusters while the animal is awake and/or behaving5,6. These techniques however are not compatible with injecting tracer dyes after first electrophysiologically characterizing a brain structure. To avoid altering neural response properties with anesthetics while recording electrophysiological response properties from single neurons, we have adapted a head restraint technique long used in bats7-9 to mouse10-12. Using this method, we are able to conduct electrophysiological recordings over several days in the unanesthetized mouse. At the end of the recording sessions, we can then inject a dye to reconstruct electrode positions and recording sites or inject a tracer so that pathways to and from the recording loci can be determined. This method allows for well isolated single neuron recordings over multiple days without the use anesthetics.

Electrophysiological characterization of neuronal responses is important for understanding brain function and for guiding the placement of dyes for pathway tracing. However, many studies are performed in anesthetized animals. To understand brain function without anesthetics, we developed a method to record neuronal response properties and inject dyes in awake mouse.

Preparación de un ratón para la grabación de Despierta respuestas neuronales y de inyección de trazadores

It is well known that anesthesia alters neural response properties in various regions of the brain.13.  In the auditory system, fundamental response ...

Forebrain Electrophysiological Recording in Larval Zebrafish

Epilepsy affects nearly 3 million people in the United States and up to 50 million people worldwide. Defined as the occurrence of spontaneous unprovoked seizures, epilepsy can be acquired as a result of an insult to the brain or a genetic mutation. Efforts to model seizures in animals have primarily utilized acquired insults (convulsant drugs, stimulation or brain injury) and genetic manipulations (antisense knockdown, homologous recombination or transgenesis) in rodents. Zebrafish are a vertebrate model system1-3 that could provide a valuable alternative to rodent-based epilepsy research. Zebrafish are used extensively in the study of vertebrate genetics or development, exhibit a high degree of genetic similarity to mammals and express homologs for ~85% of known human single-gene epilepsy mutations. Because of their small size (4-6 mm in length), zebrafish larvae can be maintained in fluid volumes as low as 100 &mu;l during early development and arrayed in multi-well plates. Reagents can be added directly to the solution in which embryos develop, simplifying drug administration and enabling rapid in vivo screening of test compounds4. Synthetic oligonucleotides (morpholinos), mutagenesis, zinc finger nuclease and transgenic approaches can be used to rapidly generate gene knockdown or mutation in zebrafish5-7. These properties afford zebrafish studies an unprecedented statistical power analysis advantage over rodents in the study of neurological disorders such as epilepsy. Because the "gold standard" for epilepsy research is to monitor and analyze the abnormal electrical discharges that originate in a central brain structure (i.e., seizures), a method to efficiently record brain activity in larval zebrafish is described here. This method is an adaptation of conventional extracellular recording techniques and allows for stable long-term monitoring of brain activity in intact zebrafish larvae. Sample recordings are shown for acute seizures induced by bath application of convulsant drugs and spontaneous seizures recorded in a genetically modified fish.

A simple method to record extracellular field potentials in the larval zebrafish forebrain is described. The method provides a robust in vivo read-out of seizure-like activity. This technique can be used with genetically modified zebrafish larvae carrying epilepsy-related genes or seizures evoked by administration of convulsant drugs.

Prosencéfalo electrofisiológico de grabación en larvas de pez cebra

Epilepsy affects nearly 3 million people in the United States and up to 50 million people worldwide. Defined as the occurrence of spontaneous unprovoked ...

Simultaneous Electrophysiological Recording and Calcium Imaging of Suprachiasmatic Nucleus Neurons

Simultaneous electrophysiological and fluorescent imaging recording methods were used to study the role of changes of membrane potential or current in regulating the intracellular calcium concentration. Changing environmental conditions, such as the light-dark cycle, can modify neuronal and neural network activity and the expression of a family of circadian clock genes within the suprachiasmatic nucleus (SCN), the location of the master circadian clock in the mammalian brain. Excitatory synaptic transmission leads to an increase in the postsynaptic Ca2+ concentration that is believed to activate the signaling pathways that shifts the rhythmic expression of circadian clock genes. Hypothalamic slices containing the SCN were patch clamped using microelectrodes filled with an internal solution containing the calcium indicator bis-fura-2. After a seal was formed between the microelectrode and the SCN neuronal membrane, the membrane was ruptured using gentle suction and the calcium probe diffused into the neuron filling both the soma and dendrites. Quantitative ratiometric measurements of the intracellular calcium concentration were recorded simultaneously with membrane potential or current. Using these methods it is possible to study the role of changes of the intracellular calcium concentration produced by synaptic activity and action potential firing of individual neurons. In this presentation we demonstrate the methods to simultaneously record electrophysiological activity along with intracellular calcium from individual SCN neurons maintained in brain slices.

Procedures are described to perform simultaneous recordings of membrane potential or current and changes of intracellular calcium concentration. Suprachiasmatic nucleus neurons are filled with the calcium indicator bis-fura-2 using a patch clamp electrode in the whole cell patch clamp configuration.

Simultaneous electrophysiological and fluorescent imaging recording methods were used to study the role of changes of membrane potential or current in ...

Electrophysiological Recording in the Brain of Intact Adult Zebrafish

Previously, electrophysiological studies in adult zebrafish have been limited to slice preparations or to eye cup preparations and electrorentinogram recordings. This paper describes how an adult zebrafish can be immobilized, intubated, and used for in vivo electrophysiological experiments, allowing recording of neural activity. Immobilization of the adult requires a mechanism to deliver dissolved oxygen to the gills in lieu of buccal and opercular movement. With our technique, animals are immobilized and perfused with habitat water to fulfill this requirement. A craniotomy is performed under tricaine methanesulfonate (MS-222; tricaine) anesthesia to provide access to the brain. The primary electrode is then positioned within the craniotomy window to record extracellular brain activity. Through the use of a multitube perfusion system, a variety of pharmacological compounds can be administered to the adult fish and any alterations in the neural activity can be observed. The methodology not only allows for observations to be made regarding changes in neurological activity, but it also allows for comparisons to be made between larval and adult zebrafish. This gives researchers the ability to identify the alterations in neurological activity due to the introduction of various compounds at different life stages.

This paper describes how an adult zebrafish can be immobilized, intubated, and used for in vivo electrophysiological experiments to allow recordings and manipulation of neural activity in an intact animal.

Registro electrofisiológico en el cerebro del pez cebra adultos Intacto

Previously, electrophysiological studies in adult zebrafish have been limited to slice preparations or to eye cup preparations and electrorentinogram ...

Extracellular Recording of Neuronal Activity Combined with Microiontophoretic Application of Neuroactive Substances in Awake Mice

Differences in the activity of neurotransmitters and neuromodulators, and consequently different neural responses, can be found between anesthetized and awake animals. Therefore, methods allowing the manipulation of synaptic systems in awake animals are required in order to determine the contribution of synaptic inputs to neuronal processing unaffected by anesthetics. Here, we present methodology for the construction of electrodes to simultaneously record extracellular neural activity and release multiple neuroactive substances at the vicinity of the recording sites in awake mice. By combining these procedures, we performed microiontophoretic injections of gabazine to selectively block GABAA receptors in neurons of the inferior colliculus of head-restrained mice. Gabazine successfully modified neural response properties such as the frequency response area and stimulus-specific adaptation. Thus, we demonstrate that our methods are suitable for recording single-unit activity and for dissecting the role of specific neurotransmitter receptors in auditory processing.
The main limitation of the described procedure is the relatively short recording time (~3 hr), which is determined by the level of habituation of the animal to the recording sessions. On the other hand, multiple recording sessions can be performed in the same animal. The advantage of this technique over other experimental procedures used to manipulate the level of neurotransmission or neuromodulation (such as systemic injections or the use of optogenetic models), is that the drug effect is confined to the local synaptic inputs to the target neuron. In addition, the custom-manufacture of electrodes allows adjustment of specific parameters according to the neural structure and type of neuron of interest (such as the tip resistance for improving the signal-to-noise ratio of the recordings).

We present methods for the construction of electrodes to simultaneously record extracellular neural activity and release multiple neuroactive substances at the vicinity of the recording sites in awake mice. This technique allows the detailed analysis of putative local synaptic inputs to the neuron of interest.

Extracelular de grabación de la actividad neuronal junto con la aplicación de sustancias Microiontophoretic neuroactivos en ratones Awake

Differences in the activity of neurotransmitters and neuromodulators, and consequently different neural responses, can be found between anesthetized and ...

Electrophysiological Method for Recording Intracellular Voltage Responses of Drosophila Photoreceptors and Interneurons to Light Stimuli In Vivo

Voltage responses of insect photoreceptors and visual interneurons can be accurately recorded with conventional sharp microelectrodes. The method described here enables the investigator to measure long-lasting (from minutes to hours) high-quality intracellular responses from single Drosophila R1-R6 photoreceptors and Large Monopolar Cells (LMCs) to light stimuli. Because the recording system has low noise, it can be used to study variability among individual cells in the fly eye, and how their outputs reflect the physical properties of the visual environment. We outline all key steps in performing this technique. The basic steps in constructing an appropriate electrophysiology set-up for recording, such as design and selection of the experimental equipment are described. We also explain how to prepare for recording by making appropriate (sharp) recording and (blunt) reference electrodes. Details are given on how to fix an intact fly in a bespoke fly-holder, prepare a small window in its eye and insert a recording electrode through this hole with minimal damage. We explain how to localize the center of a cell's receptive field, dark- or light-adapt the studied cell, and to record its voltage responses to dynamic light stimuli. Finally, we describe the criteria for stable normal recordings, show characteristic high-quality voltage responses of individual cells to different light stimuli, and briefly define how to quantify their signaling performance. Many aspects of the method are technically challenging and require practice and patience to master. But once learned and optimized for the investigator's experimental objectives, it grants outstanding in vivo neurophysiological data.

Electrophysiological Method for Recording Intracellular Voltage Responses of Drosophila Photoreceptors and Interneurons to Light Stimuli In Vivo

Sharp microelectrodes enable accurate electrophysiological characterization of photoreceptor and visual interneuron output in living Drosophila. Here we show how to use this method to record high-quality voltage responses of individual cells to controlled light stimulation. This method is ideal for studying neural information processing in insect compound eyes.

Método electrofisiológico para registrar las respuestas de voltaje intracelular<em&gt; Drosophila</em&gt; Los fotorreceptores y interneuronas a la luz Estímulos<em&gt; En Vivo</em

Voltage responses of insect photoreceptors and visual interneurons can be accurately recorded with conventional sharp microelectrodes. The method ...

Fabrication of High Contact-Density, Flat-Interface Nerve Electrodes for Recording and Stimulation Applications

Many attempts have been made to manufacture multi-contact nerve cuff electrodes that are safe, robust and reliable for long term neuroprosthetic applications. This protocol describes a fabrication technique of a modified cylindrical nerve cuff electrode to meet these criteria. Minimum computer-aided design and manufacturing (CAD and CAM) skills are necessary to consistently produce cuffs with high precision (contact placement 0.51 &#177; 0.04 mm) and various cuff sizes. The precision in spatially distributing the contacts and the ability to retain a predefined geometry accomplished with this design are two criteria essential to optimize the cuff&#39;s interface for selective recording and stimulation. The presented design also maximizes the flexibility in the longitudinal direction while maintaining sufficient rigidity in the transverse direction to reshape the nerve by using materials with different elasticities. The expansion of the cuff&#39;s cross sectional area as a result of increasing the pressure inside the cuff was observed to be 25% at 67 mm Hg. This test demonstrates the flexibility of the cuff and its response to nerve swelling post-implant. The stability of the contacts&#39; interface and recording quality were also examined with contacts&#39; impedance and signal-to-noise ratio metrics from a chronically implanted cuff (7.5 months), and observed to be 2.55 &#177; 0.25 k&#8486; and 5.10 &#177; 0.81 dB respectively.

This article provides a detailed description on the fabrication process of a high contact-density flat interface nerve electrode (FINE). This electrode is optimized for recording and stimulating neural activity selectively within peripheral nerves.

Fabricación de alta densidad, Contacto-Interface plana Electrodos nerviosas para aplicaciones de registro y estimulación

Many attempts have been made to manufacture multi-contact nerve cuff electrodes that are safe, robust and reliable for long term neuroprosthetic ...

A Micro-CT-based Method for Characterizing Lesions and Locating Electrodes in Small Animal Brains

Lesion and electrode location verification are traditionally done via histological examination of stained brain slices, a time-consuming procedure that requires manual estimation. Here, we describe a simple, straightforward method for quantifying lesions and locating electrodes in the brain that is less laborious and yields more detailed results. Whole brains are stained with osmium tetroxide, embedded in resin, and imaged with a micro-CT scanner. The scans result in 3D digital volumes of the brains with resolutions and virtual section thicknesses dependent on the sample size (12&#8211;15 and 5&#8211;6 &#181;m&#160;per voxel for rat and zebra finch brains, respectively). Surface and deep lesions can be characterized, and single tetrodes, tetrode arrays, electrolytic lesions, and silicon probes can also be localized. Free and proprietary software allows experimenters to examine the sample volume from any plane and segment the volume manually or automatically. Because this method generates whole brain volume, lesions and electrodes can be quantified to a much higher degree than in current methods, which will help standardize comparisons within and across studies.

This article describes a straightforward method to prepare small animal brains for micro-CT imaging, in which lesions can be quantified and electrodes located with high precision in the context of the whole brain.

Un método basado en el Micro-CT para caracterizar las lesiones y la localización de electrodos en cerebros de animales pequeños

Lesion and electrode location verification are traditionally done via histological examination of stained brain slices, a time-consuming procedure that ...