Name: a method for systematic electrochemical and electrophysiological evaluation of neural recording electrodes
Uploaded: 2014-03-03T22:15:00
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लेखकों Electromaterials विज्ञान के लिए उत्कृष्टता के केंद्र के माध्यम से ऑस्ट्रेलियाई अनुसंधान परिषद के समर्थन को स्वीकार करते हैं.

प्रोटोकॉल ला ट्रोब विश्वविद्यालय (09-28P) और RMIT विश्वविद्यालय पशु आचार समितियों (1315) द्वारा अनुमोदित किया गया है. 1. इलेक्ट्रोड तैयारी और प्रारंभिक इन विट्रो में परीक्षण <ol><li> इलेक्ट्रोड कोटिं?...

<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>

इस प्रोटोकॉल एक पशु के भीतर तंत्रिका रिकॉर्डिंग इलेक्ट्रोड कोटिंग्स की तुलना के लिए एक तरीका प्रदान करता है. इस्तेमाल किया इलेक्ट्रोड डिजाइन एक समान स्तर के आयामों के साथ, एक चूहा अवर colliculus (आईसी) में आर?...

तंत्रिका प्रत्यारोपण प्रोस्थेटिक्स और पार्किंसंस रोग, मिर्गी, और संवेदी नुकसान 1,2 के रूप में विकारों के उपचार को नियंत्रित करने, अनुसंधान के लिए तेजी से इस्तेमाल किया जा रहा है. रासायनिक और मस्तिष्क की विद्युत संरचना दोनों को मापने और / या नियंत्रित सभी तंत्रिका प्रत्यारोपण के लिए आधार है. हालांकि, यह तंत्रिका ऊतक दुष्प्रभाव 3 को कम करने के लिए न्यायपालिका राज्य में है ही जब एक इलाज के प्रशासन के लिए महत्वपूर्ण है. उदाहरण के लिए, मिर्गी के इलाज के लिए गहरी मस्तिष्क stimulators केवल एक जब्ती के दौरान मस्तिष्क के लिए एक बिजली पल्स लागू करना चाहिए. कुछ दुष्प्रभाव dystonia, स्मृति, भटकाव, ख़राब संज्ञानात्मक समारोह, प्रेरित मतिभ्रम, अवसाद या विरोधी अवसाद 3,4 का नुकसान हो सकता है. कई उपकरणों में, एक बंद लूप सिस्टम विद्युत गतिविधि रिकॉर्ड करने के लिए और एक असामान्य स्थिति का पता चला है जब उत्तेजना को गति प्रदान करने के लिए आवश्यक है. रिकॉर्डिंग इलेक्ट्रोड भी समर्थक को नियंत्रित करने के लिए उपयोग किया जाता हैsthetic उपकरणों. यह सबसे सही ट्रिगर और डिवाइस नियंत्रण हासिल करने के लिए उच्चतम संभव संकेत करने वाली शोर अनुपात के साथ लक्ष्य तंत्रिका गतिविधि को रिकॉर्ड करने के लिए महत्वपूर्ण है. अधिक विश्वसनीय आंकड़े कम आवश्यक परीक्षण विषयों में जिसके परिणामस्वरूप प्राप्त किया जा सकता है के रूप में एक बड़ा संकेत करने वाली शोर अनुपात, यह भी अनुसंधान अनुप्रयोगों के लिए अति आवश्यक है. यह भी तंत्रिका उत्तेजना और रिकॉर्डिंग में शामिल तंत्र और रास्ते का एक बड़ा समझ की अनुमति देगा. एक तंत्रिका प्रत्यारोपण मस्तिष्क में रखा गया है, के बाद एक प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया 5,6 शुरू हो रहा है. प्रतिक्रिया के समय के पाठ्यक्रम आम तौर पर प्रत्येक अलग जैविक प्रक्रियाओं 7 से मिलकर, तीव्र और जीर्ण चरणों में विभाजित है. प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया ऐसे प्रत्यारोपण सामग्री 8 के एक glial निशान या रासायनिक गिरावट में encapsulation के द्वारा लक्ष्य न्यूरॉन्स से इलेक्ट्रोड के अलगाव के रूप में प्रत्यारोपण के प्रदर्शन पर नाटकीय प्रभाव हो सकता है.यह एक रिकॉर्डिंग इलेक्ट्रोड का संकेत करने वाली शोर अनुपात और एक उत्तेजक इलेक्ट्रोड की बिजली उत्पादन, और विफलता 9 इलेक्ट्रोड के लिए नेतृत्व को कम कर सकते हैं. प्रत्यारोपण के डिजाइन और सामग्री के सावधान रहना पसंद प्रत्यारोपण जीवनकाल में विफलता को रोकने के लिए आवश्यक हैं. विभिन्न सामग्रियों और प्रत्यारोपण के डिजाइन कई तंत्रिका रिकॉर्डिंग के लिए संकेत करने वाली शोर अनुपात और प्रत्यारोपण स्थिरता में सुधार करने के लिए हाल ही में विकसित किया गया है. इलेक्ट्रोड सामग्री प्लेटिनम, Iridium, टंगस्टन, इरिडियम आक्साइड, टैंटलम ऑक्साइड, graphene, कार्बन नैनोट्यूब, पॉलिमर का आयोजन डाल दिया गया है, और अधिक हाल ही में हाइड्रोजेल को शामिल किया है. परीक्षण किया सब्सट्रेट सामग्री भी सिलिकॉन, सिलिकॉन ऑक्साइड, सिलिकॉन नाइट्राइड, रेशम, Teflon, Polyimide, और सिलिकॉन भी शामिल है. विभिन्न इलेक्ट्रोड संशोधनों को भी इस तरह के विद्युत, प्लाज्मा और ऑप्टिकल तकनीक का उपयोग कर laminin, neurotrophins, या आत्म इकट्ठे monolayers और उपचार के रूप में कोटिंग्स का उपयोग कर, जांच की गई है. प्रत्यारोपण डिजाइनआम तौर पर एक इन्सुलेट जांच की नोक पर या इलेक्ट्रोड मर्मज्ञ या प्रांतस्था सतह प्रत्यारोपण के लिए एक 2 आयामी सरणी में एक टांग की बढ़त के साथ या इलेक्ट्रोड के साथ 3 आयामी -, 2 - एस 1 हो सकता है. भले ही इलेक्ट्रोड डिजाइन या सामग्री के, पिछले साहित्य आम तौर पर अन्य प्रत्यारोपण निर्माणों के संदर्भ के बिना नया प्रत्यारोपण के प्रदर्शन का प्रदर्शन किया है. यह उनके गुणों का एक व्यवस्थित मूल्यांकन रोकता है. इस प्रोटोकॉल विश्लेषणात्मक और electrophysiological तकनीकों की एक श्रृंखला के माध्यम से विभिन्न इलेक्ट्रोड सामग्री की तुलना के लिए एक तरीका प्रदान करता है. यह बहुलक कोटिंग्स (polypyrrole (PPy) और पाली 3 ,4-ethylenedioxythiophene (PEDOT) सल्फेट के साथ डाल दिया गया (एसओ 4) या पैरा टोल्यूनि सल्फ़ोनेट (अंक)) और 4 का आयोजन 4 अलग डाल दिया गया तुलना में जो हाल ही में प्रकाशित लेख पर आधारित है विभिन्न कोटिंग 10 thicknesses. यह लेख, एक 45 सेकंड बयान समय के साथ एक सामग्री, PEDOT अंक पायाछोटी से छोटी पृष्ठभूमि शोर के साथ और इन मानकों इलेक्ट्रोड प्रतिबाधा पर निर्भर थे कि उच्चतम संकेत करने वाली शोर अनुपात और कील की गिनती की थी. PEDOT अंक भी अन्य डाल दिया गया पॉलिमर आयोजित और नंगे इरीडियम इलेक्ट्रोड की तुलना में बेहतर तीव्र biostability प्रदर्शन किया. प्रोटोकॉल महत्वपूर्ण पैरामीटर निर्धारित और आगे तंत्रिका रिकॉर्डिंग इलेक्ट्रोड के प्रदर्शन में सुधार करने के लिए इस्तेमाल किया जा करने के लिए संकेत करने वाली शोर अनुपात और स्थिरता को नियंत्रित करने की अनुमति देता है.

<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

नई सामग्री और तंत्रिका प्रत्यारोपण के लिए डिजाइन आम तौर पर प्रदर्शन के एक प्रदर्शन के साथ, लेकिन अन्य प्रत्यारोपण विशेषताओं के संदर्भ के बिना, अलग से जांच की जाती है. यह एक विशेष आवेदन के लिए इष्टतम और सबसे महत्वपूर्ण प्रदर्शन मानकों के आधार पर नई सामग्री के विकास के रूप में एक विशेष प्रत्यारोपण के एक तर्कसंगत चयन precludes. इस लेख में इन विट्रो और तंत्रिका रिकॉर्डिंग इलेक्ट्रोड का विवो परीक्षण में के लिए एक प्रोटोकॉल विकसित करता है. विद्युत और electrophysiological परीक्षण के लिए अनुशंसित मापदंडों पर चर्चा की महत्वपूर्ण कदम है और संभावित मुद्दों के साथ दर्ज की हैं. इस विधि को समाप्त या सरल vivo में परीक्षण मानदंड, इलेक्ट्रोड / न्यूरॉन दूरी में और पशु मॉडल के बीच विशेष रूप से रूपों में मौजूद कई व्यवस्थित त्रुटियों के प्रभाव को कम कर देता है. परिणाम के लिए इन विट्रो में और इस तरह के प्रतिबाधा और सी के रूप में विवो प्रतिक्रियाओं में महत्वपूर्ण के बीच एक मजबूत संबंध हैgnal से शोर अनुपात. इस प्रोटोकॉल को आसानी से अन्य इलेक्ट्रोड सामग्री और डिजाइन का परीक्षण करने के लिए अनुकूलित किया जा सकता है. इन विट्रो तकनीक और महत्वपूर्ण प्रदर्शन संकेतक निर्धारित करने के लिए किसी भी अन्य nondestructive विधि का विस्तार किया जा सकता है. श्रवण मार्ग में शल्य दृष्टिकोण के लिए इस्तेमाल किया सिद्धांतों भी अन्य तंत्रिका क्षेत्रों या ऊतक करने के लिए संशोधित किया जा सकता है.

इस प्रयोगात्मक प्रोटोकॉल के लिए इस्तेमाल एक ठेठ इलेक्ट्रोड सरणी चित्र 1 में दिखाया गया है. 413 μ मीटर 2 नाममात्र ज्यामितीय क्षेत्र और एक 200 μ मीटर पिच के साथ 4 टांगों पर 32 इरीडियम इलेक्ट्रोड ...

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

तंत्रिका रिकॉर्डिंग इलेक्ट्रोड के व्यवस्थित विद्युत और electrophysiological मूल्यांकन के लिए एक विधि

विभिन्न इलेक्ट्रोड कोटिंग्स विद्युत, रासायनिक और यांत्रिक गुणों में परिवर्तन के माध्यम से तंत्रिका रिकॉर्डिंग प्रदर्शन प्रभावित करते हैं. इन विट्रो में इलेक्ट्रोड की तुलना तथापि में विवो प्रतिक्रिया की तुलना में आम तौर पर इलेक्ट्रोड / न्यूरॉन दूरी में और पशुओं के बीच विविधताओं से जटिल है, अपेक्षाकृत सरल है. यह लेख तंत्रिका रिकॉर्डिंग इलेक्ट्रोड तुलना करने के लिए एक मजबूत तरीका प्रदान करता है.

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

Research

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

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