Name: chronic implantation of multiple flexible polymer electrode arrays
Uploaded: 2019-10-04T12:30:00
Duration: 8 min 54 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Chronic Implantation of Multiple Flexible Polymer Electrode Arrays at JoVE.com

Bu çalışma NINDS hibe U01NS090537 tarafından L.M.F ve V.M.T., NIMH hibe F30MH109292 J.E.C ve NIMH hibe F30MH11582 h.r.j. J.E.C. ve H.R.J. hibe de NIGMS MSTP hibe tarafından desteklenmiştir #T32GM007618. Flatiron Enstitüsü Simons Vakfı'nın bir bölümüdür.

J.E.C ve L.M.F. burada açıklanan çalışma ile ilgili bekleyen bir patent mucitler vardır.

Bu aylar boyunca tek birimlerin kaydı için dağıtılan beyin alanlarına birden fazla polimer elektrot dizileri implantasyonu için bir yöntemdir. Bu yöntem, kayıt kanallarında 8 kat artış ve en yakın büyük ölçekli polimer dizi tabanlı sistem2,3ekleme sayısında 4 kat artış temsil eder. Bu sistem fare bir polimer örgü enjeksiyon tabanlı sistem kullanılan ancak putatif tek birimlerin mutlak bir sayı rapor etmedi ve böylece tek nöron verimbir karşılaştırma mümkün değildir.
Esnek bir cihazın takılması için yöntem Felix ve ark.39daha önceki bir protokole dayanmaktadır , önemli değişiklikler ile: geri çekme sırasında silikon mekiğibağımsız hareket için üç parçalı ekleme cihazı, ve dizi tethering birlikte orijinal protokolde açıklanan hızlı çekilme ihtiyacını ortadan kaldırmak mekiğin geri çekilmesi önce hedef derinliğinde. Bu değişiklikler doku hasarını en aza indirir ve mekiğin geri çekilmesi sırasında dizi stabilitesini korur. Biyolojik çözünebilir malzemelerle geçici olarak sertleştirme cihazları gibi diğer esnek cihaz implantasyon stratejileri, bu protokoldeki sonraki adımlarla uyumludur. İmplant içindeki cihazların güvenliğini sağlamak, beyni kaplamak ve hassas cihaz şeritlerini korumak için önceden onaylanmış stratejilerin entegre edilmesi gerekti.
Kırılganlıkları nedeniyle, polimer elektrot dizilerine ve silikon ekleme mekiklerine doğrudan temas eden veya başka bir şekilde kuvvet iletmekten kaçınmak için özen ve dikkat gereklidir. Özellikle birden fazla cihazla çalışırken, bir cihazın diğeriyle karışmasını önlemek için bir mikroskop altında ekleme gözlenmelidir. Genel olarak, izleri kaçınarak, plastik uçlu çerkesile hafifçe bir elektrot dizisi işlemek mümkündür. Böyle bir strateji uygundur, örneğin, polimer elektrot dizisi ekleme mekiği ile geri çekilmeye başlarsa. Peg tamamen çözülmemişse veya polimer ve silikon arasındaki tuzlu veya BOS yüzey gerilimi nedeniyle bu durum oluşabilir.
En yaygın kurtarılabilir hatalardan biri ekleme mekiğinden dizi ayrılmasıdır. Bu ekleme oluşabilir, beyin gamzeleri ve cihaz ucunda basınç artar gibi, dizi ve mekik kusurlu hizalanmış ise veya yoğuşma kısmen PEG çözülmüş varsa. Bir diziyi yeniden yapıştırmak için, onu beyin yüzeyinin üzerinde mümkün olduğunca yükseğe kaldırın ve kurumasını bekleyin (yaklaşık 5 dk).
Çok dizili implantasyon ameliyatı planlamanın kritik bir yönü, tüm implant hedeflerini tutturmak ve kafatası nın konturuna karşı boşluk bırakmadan oturacak temel parçanın tasarımıdır. Temel parça kafatası temizliği, vida yerleştirme ve kısmi kraniektomiler sonra kafatası sabittir küçük bir plastik parça, dizilerin eklemeden önce. Üç işlevi vardır: 1) PEG aşağıdaki dizi ekleme eritmek için tuzlu tutmak için ama silikon mekik geri çekilme önce, 2) dizileri poliimid kanatları ile takılabilir kafatası yüzeyinin üzerinde bir yer sağlamak için, böylece gerinim kabartma izin beyinde ekleme noktası üzerinde şerit boyunca, ve 3) yapay dural dolgu tutmak için, hangi stabilize ve dizileri ve beyin korur. Temel parça elle veya 3D baskılı olarak moda olabilir. Temel tuzlu parçanın kurutulup kurutularak cihaz takılmadan önce çok önemli olduğu gözlenmiştir. Bu adımlar, dizi ve ekleme mekiğinin yoğuşmasını ve ayrılmasını önler. Temel parçanın kurutulması da temel parçayı yapay dural dolgu ile doldurmak için çok önemlidir. Silikon jel bir film kafatası kaldırmak zordur ve kafatası implant güvenilir kronik eki için diş akrilik yapışmasını önleyecektir gibi temel parça sızıntı değil, aynı zamanda önemlidir. Herhangi bir düşük viskozite, biyouyumlu silikon elastomer kraniektomiler ve baz parçası doldurmak için kullanılabilir bekleniyor, daha yüksek viskoziteli silikon elastomer çevreleyen ve maruz polimer dizi şeritler ile.
Polimer nanofabrikasyon gelişmeler polimer bazlı elektrot dizileri tercüme edecek, özellik boyutlarını azaltarak ve silikoncihazlar15,16,17 daha yakın bir dizi elektrot olası sayısını artırarak ,18,19. Benzer şekilde, polimer cihazların kesit alanları özellik boyutları ile birlikte küçülecek, daha iyi biyouyumluluk sağlayan8. Yine, silikon cihazlar ile gerçekleştirilir gibi, yükseltici ile entegrasyon, sayısallaştırma, ve çoklama yongaları17 daha büyük ölçekli nöral kayıt sağlayacaktır.

İdeal bir nöral implant, haftalar ve aylar boyunca dağıtılmış beyin bölgelerindeki çok sayıda bireysel nörondan kayıt olur. Esnek polimer elektrot dizileri aylarca kaydetmek için uzun ömürlü elektrofizyolojik kayıtlar sağlamak ve bireysel nöronlar izlemek için istikrar1,2,3. Ancak, kesme hasarı azaltmak aynı mekanik özellikleri4 ve biyouyumluluk ve kayıt yeteneğivermek 2,3,5,6,7, 8 onların katı muadillerine göre beyne onların ekleme için bir sorun teşkil. Önceki çalışma dört 32 kanallı diziler maksimum başarılı, ancak sıralanmış putatif tek nöronların toplam verim rapor edilmemiş2,3,9. Buna karşılık, silikon bazlı elektrot dizileri yüksek yoğunluklu, çok bölgeli implantlarda kullanılmıştır, ancak bu teknolojiler ya aylar boyunca nöronlardan ani artışlar kaydetme (uzun ömür) ya da aynı nöronların (stabiliteyi) o zaman ölçeğinde izleme yeteneğinden yoksundur, ya da birden fazla beyin bölgelerinde bireysel nöronların yüzlerce kayıt yoğunluğu. Burada sunulan yöntem, mevcut polimer elektrot dizi tabanlı yöntemlerdeki düşük sayıdaki eklemelerin üstesinden gelir, böyle bir şekilde birden fazla anatomik olarak uzak bölgelerde ki çok sayıda nöronların elektrofizyolojik olarak kaydedilmesi için araçlar sağlar. ay, birçok gün boyunca aynı bireysel nöronlar kaydetmek için istikrar ile.
Mikrotel veya silikon bazlı stratejiler yerine polimer substrat kullanmanın önemi konusunda bazı tartışmalar vardır. Dhawale ve ark.10tarafından gösterildiği gibi, mikroteller gerçekten kemirgenlerde ay-uzun istikrarlı kayıtları yeteneğine sahiptir, implantlar tek bir bölgede 16 tetrodes sınırlı olmasına rağmen. Mikrotel implantın boyutunun ölçekleştirilmesi nispeten yüksek bir üst sınıra ulaşır ve insan olmayan bir primat11'deelde edilen 1792'ye kadar implante edilmiş kanal elde edilir. Ancak, microwire dizileri inşaat silikon nanofabrikasyon süreçleri ile uyumsuz ve bu nedenle, son derece zaman alıcı, inşaat sırasında her kanalın tek tek manuel işleme gerektiren12,13 ,14. Bu nedenle, bu teknolojinin kayıt kanallarındaki büyüklük artış ını destekleyebilir mi belli değildir.
Mevcut silikon cihazlar tek bir monolitik cihaz15, 16,17,18,19yüzlerce hatta binelektrot üzerinde yerleştirebilirsiniz. En son silikon üretim süreçleri daha az glial aktivasyon20sonuçlanan, daha küçük kesit alanları ile cihazlar oluşturmak20 ,21,22,23 ,24 ve daha uyumlu cihazlar. Silikon prob tek birim kayıt uzun ömürlü raporlarda bir değişkenlik vardır, bazı nispeten büyük silikon probları uzun vadeli kayıt sağlayabilir belirtenile 25,26. Özellikle, ticari olarak mevcut olan en son silikon cihazlar17 birkaç ay için kayıt için uzun ömürlü ve burada açıklanan yöntemde kullanılan sapları çok benzer kesit alanları var (Haziran ve ark. 201717: 70 μm x 20 μm, burada ve Chung ve ark. 20191:68 μm – 80 μm x 14 μm) tanımlanan cihazlar. İstikrar farkı nedeniyle, bu sonda hafta boyunca aynı nöronlardan kayıt mümkün olduğu gösterilmiştir. Bu büyük olasılıkla sert silikon kullanımının yanı sıra kafatasına doğrudan tethering bazı kombinasyonu nedeniyle, mikrohareket neden olduğu bilinen, istikrarsızlık, ve dizi beyin arayüzü de gliosis27,28. Nöral doku ile hareket edebilirsiniz bir cihaz inşa etmek için, yumuşak5,29 ve esnek7 malzemeler gereklidir. Birçok mevcut polimerler (Geddes ve Roeder30bakınız , Fattahi ve ark.31, ve Weltman veark. 32 değerlendirmeleri için) esneklik ve mikrotellerin stabilitesi var ve aynı zamanda nanofabrikasyon süreçleri ile uyumludur, hangi izin silikon cihazların yoğun ambalaj.
Esnek polimer elektrot dizilerinin kullanımına özgü çeşitli sinirsel implantasyon sorunları vardır. Bunlardan ilki dizinin yerleştirilmesidir, çünkü esnek diziler silikon veya mikrotel tabanlı stratejiler gibi beyne ilerlenecek sertlikten yoksundur. Esnek cihazlar için ekleme stratejilerinin çoğu, bu yöntemde olduğu gibi alt tabakanın geçici olarak sertleştirilmesine bağlıdır (gözden geçiriçin Weltman ve ark.32'ye bakınız). Sert bir mekik kullanmayın beş önemli stratejileri vardır. İlk olarak, implantasyon üzerine sertten uyumluya geçiş malzemelerin kullanımı yapmak yöntemleri vardır33,34. Bu stratejinin bir dezavantajı euler's burkulma kuvvet hesaplama35tarafından dikte önce beyin dokusunun penetrasyonu için gerekli kuvvet elde etmek için nispeten büyük bir kesit alanı gerektirir . Kesit seli ndeki bu artış çevre doku sağlığını olumsuz etkileyecektir20,21,22,23,24. İkinci beyin üzerinde çıkarılabilir bir destek yapısınınkullanımıdır 36, Bu en az desteklenmeyen uzunluğu korumak için iskele zaman alıcı kaldırma veya çözülmesi gerektirir rağmen (ve yüksek burkulma kuvvet). Alternatif olarak, dizi daha uzun bir desteklenmeyen uzunluk ile eklenebilir, bu nedenle daha sert bir dizi substrat veya daha büyük bir dizi kesit alanı gerektirir. Üçüncü ön penetrasyon esnek dizi sonra35eklenecek bir delik açmaktır. Bu, desteklenmeyen eklemeye izin vermek için hassas yeniden hizalama veya nispeten büyük ön penetrasyon çapı ve elektrot dizi sertliği ve kesitsel alan gerektirir. Dördüncü esnek cihaz sertleştirmek için çözülebilir kaplamalar kullanımıdır. Bu önemli ölçüde kesit alanı ve ekleme kaynaklanan akut hasar artırır, özel önlemler bir cihazın keskin ucunu korumak için alınırsa bile37. Beşincisi polimer dizinin enjeksiyonudur. Bu strateji en fazla dört 32-ch eklemeler2implantlar ulaşmada başarılı olmuştur, ama ekleme için çok daha büyük bir kesit alanı kullanarak gerektirir, 250 μm – 1.5 mm dış çapı cam kılcal tüp9, daha fazla akut hasara neden. Buna karşılık, çıkarılabilir bir mekik kullanarak, akut ekleme kesit alanı eklerken, mümkün olan en sert malzemelerin kullanımına olanak sağlar, ve bu nedenle, rasgele esnek bir cihaz eklerken teorik minimum boyut olabilir. Bu nedenle, sert bir mekik kullanarak ekleme şu anda esnek cihazlar eklemek için en cazip seçenektir.
Herhangi bir ekleme mekiği yaklaşımının iki gereksinimi vardır: uygun sert bir substrat ve esnek cihazı substrata çiftleştirmek için bir yol. Ekleme mekik malzemeleri genellikle silikon38,39,40,41, paslanmaz çelik8,42, veya tungsten43,44, 45,daha küçük kesit alanları için izin sert malzemeler ile. Bunlar genellikle polietilen glikol (PEG)8,38,39,42,43, elektrostatik kuvvetler40, veya doğrudan gibi bir yapıştırıcı kullanılarak yapıştırılır fiziksel bağlantı45,46. Her durumda, zorluklar hizalama ve ekleme den sonra ekleme ve ayrıştırma önce elektrot dizisi ve ekleme mekiği bağlantı vardır. Aşağıda anlatılan yöntem felix ve ark.39 tarafından geçici bir silikon ekleme mekiği ile elektrot dizisini brace için tanıtılan bir arıtma, PEG kullanılarak bağlı, bu hedef derinliğine dizi yerleştirildikten sonra kaldırılır.
Kronik bir implant içinde esnek cihazlar tarafından sunulan ikinci bir sorun hala cihazın kafatasına bağlı bir implant entegre edilmesine izin verirken beyin içinde cihaz stabilize olmasıdır. Beyin doğal nabızlar, travma sonrası ödem değişiklikleri, etkisi ve diğer nedenlerle kafatasına göre hareket eder ve elektrot dizisi bu nedenle kafatasına yapıştırılmış ve donanımı kaydettiği yere göre hareket etmek için en azından biraz özgür olmalıdır. Bu, implantasyon sırasında tuzlu rezervuar, polimer dizileri tether konumu ve silikon jel için muhafaza: Bu, implant hedefleri her set için özel olarak tasarlanmış bir 3D baskılı plastik taban parçası kullanılarak elde edilir. Kafatası ve silikon jel üzerinde tethering konumu dizi için eğrilik daha büyük bir yarıçap oluşturmak ve böylece dizi üzerinde daha büyük sıkıştırma kuvvetleri için izin birlikte çalışır. Bu da dizinin (kafatası) çapa noktalarına göre beynin hareketini bükme yüküne çevrilmesini sağlar.
Diğer zorluklar birden fazla dizi ev ve hayvan için serbestçe titreşimveya darbe kuvvetleri elektrot dizileri, nöral dokuya göre hareket neden olabilir transfer olmadan hareket olmadan hareket etmek için yeterli gerinim kabartma sağlamak için ihtiyaç içerir. Beynin sert bir kayıt penceresine göre kararlı olması gereken benzer uygulamalarda kullanılan çözümlere adaptasyonlar bu zorluğu ele alabmıştır. Daha önce toksik olmayan ve BOS sızıntısını önlemek47,bir yapay dural dolgu jeli(Tablo Malzemeler),dışa doğru şişmeönlemek ve dizi stabilize etmek için beyne karşı basınç sağlar beyin yüzeyi. Daha önce kronik nöral elektrot implantlarının sızdırmazlığında kullanılmak üzere gösterilen orta viskozite, cerrahi sınıf silikon elastomer ile cihaz şeritlerine ek bir koruma katmanı daha eklendi48. Son olarak, silikon tamponlu implant ve başlık, hayvanın normal hareketliliğinin minimum düzeyde azaltılması için düşük bir kütle merkezini korumak için tasarlanmış 3D baskılı parçalarla kaplanır.
Bu protokol, silikon ekleme mekiğine monte edilmiş esnek polimer mikroelektrot dizisi ile başlar. Dizi-mekik cihazının 3D baskılı ekleme parçalarına monte edilmesiyle devam eder, bir hayvanı başarılı bir şekilde yerleştirmek için gereken cerrahi tekniği ve implant yapım adımlarını açıklar ve on altı polimer çoklu elektrot destekleyebilir diziler tek bir sıçanda sekiz anatomik olarak uzak bölgeye yerleştirilir1.
Bu protokol, biodissolvif yapıştırıcı polietilen glikol (PEG) tarafından silikon ekleme mekiğe bağlı polimer elektrot dizilerinin başlangıç malzemelerini, Felix ve ark.39'dagösterildiği gibi ve en az iki bağımsız olarak taşınabilir ekleme yi varsayar. parçalar: silikon mekiğin yapıştırılan ve elektrot dizisinin konektörüne yapıştırılacak olan. Bu protokol aynı zamanda iki ekleme parçasını mikron ölçekli bir mikromanipülatöre daha güvenli bir şekilde takmak için üçüncü bir ekleme parçası kullanır. 3D yazdırma için tüm dosyaları şu şekilde bulabilirsiniz: https://github.com/jasonechung/PolymerProbe3DParts
Bu yöntemde kullanılan her polimer elektrot dizisi, iki ila dört kayıt sapı, elektrik izlerini taşıyan bir şerit ve şeridin sonunda, bir donanım konektörü veya baskılı devre kartından oluşur. Elektrot dizisi ve şerit PEG ile silikon mekiğin üzerine sabitlenir. Her şerit 2 cm uzunluğunda x 1 mm kalınlığında poliimid tüp UV kürlenebilir epoksi ile kurdele bağlı, şerit uzunluğuna dikuzanan. Her cihaz (elektrot dizisi ve ekleme mekiği) diziyi beyne yerleştirmek ve mekiği geri çekmek için kullanılacak 3D baskılı ekleme parçalarına yüklenmelidir(Şekil 1). Bu tasarımda, hidrolik ekleme mikromanipülatörü (yeşil, Malzeme Tablosu)tüm ekleme aparatını (parça 1, parça 2 ve geri çekme mikromanipülörü, turuncu) hedef derinliğine taşır. Dizi ekleme aygıtından ayrılıp sabitlendikten sonra, ikinci, geri çekme mikromanipülatörü (turuncu) parça 1'i ve bağlı mekiği ekleme cihazının geri kalanından bağımsız olarak geri çeker ve mekiği yerinden çıkarmadan kaldırır dizi.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59957/59957fig01.jpg"> Şekil 1: Kesici bileşenleri. (A) 1 ve 2 adetleri geçici olarak çıkarılabilir bir vida ile birbirlerine sabitlenir ve daha sonra geri çekme mikromanipülatör pistonuna (turuncu) sabitlenir. (B) Dizi ve ekleme mekiği parça 1'e yapıştırılır ve dizi konektörü çift taraflı bantlı parça 2'ye bağlanır. Parça 3, geri çekme mikromanipülatörü ve 1 ve 2 adet parçalarını ekleme mikromanipülatörüne (yeşil) bağlar. Ekleme mikromanipülatör implant konumlandırma için stereotaktik adaptör sabitlenir. 1-3 adet göreceli boyutlarda resmedilmiştir. Parça 4 ekleme mekiğinin uygun hizalanması için bir sabitleme parçasıdır. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59957/59957fig01large.jpg" target="_blank">Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.</a>

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td rowspan="2">3D Printed Stereotax Adapter Parts (3) and Base Piece (1)</td>
			<td rowspan="2">N/A</td>
			<td rowspan="2">N/A</td>
			<td>3d print parts, suggest &#60;30 &#956;m resolution for minimal hand finishing of parts. Files available at:</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>https://github.com/jasonechung/PolymerProbe3dParts</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dental Acrylic (Hygenic Repair Resin, Coltene type II quick set)</td>
			<td>Colten/Whaledent</td>
			<td>8886784, 8881627</td>
			<td>Dental acrylic for use during implant construction</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydraulic Micromanipulator (x2)</td>
			<td>Narishige Group</td>
			<td>MO-10</td>
			<td>1-axis micromanipulator</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Kapton Polyimide Tape</td>
			<td>Bertech</td>
			<td>PPTDE-1/2</td>
			<td>Double-sided tape</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Kopf Stereotax Arm</td>
			<td>&#160;Kopf Instruments</td>
			<td>103088R, 103088L</td>
			<td>Standard rodent stereotax</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Light Curable Dental Acrylic, Vivid Flow</td>
			<td>Coltene/Whaledent</td>
			<td>D33-01-00</td>
			<td>Light curable dental acrylic for use during implant construction</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Loctite Gel Control</td>
			<td>&#160;Henkel Corp.</td>
			<td>&#160;234790 1364076 1735574 1752699</td>
			<td>Cyanoacrylate for adhering silicon shuttle to corresponding 3d printed part</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Metabond Quick Cement</td>
			<td>Parkell</td>
			<td>S380</td>
			<td>For direct application to skull to create strong connection between skull and implant</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polymer Electrode Arrays and Silicon Insertion Shuttles</td>
			<td>Lawrence-Livermore National Laboratory</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Fabricated at Lawrence-Livermore National Laboratory, polyimide electrode arrays, silicon insertion shuttle</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silicone Gel Kit, Low Viscosity</td>
			<td>Dow Corning</td>
			<td>03/80</td>
			<td>Low-viscosity silicone gel for filling of 3d printed base piece</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silicone, Medium-Viscosity Kit</td>
			<td>World Precision Instruments</td>
			<td>&#160;Kwik-Sil</td>
			<td>Medium-viscosity silicone gel for protection of polymer electrode arrays</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

chronic implantation of multiple flexible polymer electrode arrays

Aylar boyunca dağıtılmış beyin bölgelerinde bireysel nöronların büyük popülasyonlarından eşzamanlı kayıtlar bilimsel ve klinik gelişim yeni yollar sağlayacaktır. Esnek polimer elektrot dizilerinin kullanımı uzun süreli kaydı destekleyebilir, ancak kaydın uzun ömürlü olmasına olanak tanıyan aynı mekanik özellikler, birden fazla ekleme ve kronik implanta entegrasyon uğrama olanak sağlar. Burada birden fazla polimer elektrot dizileri beyin alanları nispeten uzamsal sınırlandırılmamış bir dizi hedef olabilir bir metodolojidir.
Bu yöntem, biyouyumluluk ve uzun vadeli ve istikrarlı elektrofizyolojik kayıt arayüzleri elde etmek için yetenekleri için seçilen ince film polimer cihazları kullanır. Ortaya çıkan implant anatomik olarak uzak bölgelerin doğru ve esnek hedeflemesine, aylarca fiziksel stabiliteye ve elektrik gürültüsüne karşı sağlamlığa olanak tanır. Metodoloji, sekiz farklı anatomik hedefe seri olarak yerleştirilen on altı adede kadar cihazı destekler. Daha önce de gösterildiği gibi, metodoloji 1024 kanaldan kayıt yeteneğine sahiptir. Bunlardan, tek nöron kayıt için kullanılan bu gösteride 512 kanal, altı kayıt siteleri arasında dağıtılan 375 tek birim verdi. Daha da önemlisi, bu yöntem aynı zamanda en az 160 gün boyunca tek birimleri kaydedebilirsiniz.
Her cihazı geçici olarak geri çekilebilir silikon ekleme mekiğiyle destekleyerek dahil olmak üzere bu implantasyon stratejisi, cihazların hedef derinliklerinde, her kayıt seti için özel olarak tasarlanmış kafatasına bağlı plastik taban parçasına tethering yapmayı içerir. ve silikon dolu, özel olarak tasarlanmış plastik kasa içindeki cihazların stabilizasyonu/korunması. Ayrıca implantasyon için cihazların hazırlanması ve beyin alanları veya dizi tasarımları farklı kombinasyonları adaptasyon rehberlik etmelidir tasarım ilkeleri kapsamaktadır.

Bu protokolü takiben, 1.024 kanallı nöral implant kaydı 375 tek ünite1 (MountainSort50ile sıralanmış , gürültü üst üste binme < 0,03, izolasyon > 0,96, tek birim kayıt için kullanılan 512 kanal, Şekil 9A)elde edilmiştir. Bu protokol, farklı kanal sayıları ve belirtimlere sahip farklı sayıda cihazı kayıt hedeflerinin farklı kombinasyonlarına yerleştirmek için kullanılabilir. Aynı protokol kullanılarak, tek ünite kayıt uzun ömürlü en az 160 gün boyunca gösterilmiştir19 cihazlar (prefrontal kortekste 18 32 kanallı cihazlar, orbitofrontal kortekste bir 64 kanallı cihaz) üç farklı sıçan da ( Şekil 9B). Üç hayvandan birinde dijital elektrik arızası vardı ve bu da dört cihazdan kayıt yapamamayla sonuçlandı. Geri kalan 15/19 cihazların, kanal başına ~ 1 tek birim kayıt verim ortalaması vardı. Tek tek cihazların kanal başına ~2 üniteye kadar sadece birkaç tek birim verimi vardı. Aynı bölgede aynı hayvana yerleştirilen cihazlarda çok farklı verim görmek tipiktir.
Buna ek olarak, burada açıklanan protokolü takip eden farklı bir cerrahi ekip, orbitofrontal korteks ve kontör ekine yönelik 4-6 32 kanallı cihazların kombinasyonu ve bir tetrode hipersürücü (toplam implant) ile altı ek hayvan yerleştirdi. ağırlığı yaklaşık 50 g). Bir hayvan ameliyattan sonraki bir ay içinde implant kopmuştu. Ameliyat sonrası iyileşme döneminde ikinci bir hayvan öldü, muhtemelen burada açıklanan protokol adımlarıile ilgisi yok. Geri kalan dört hayvan, 4-11 ay süren deney boyunca stabil implantlarla sağlıklı kaldı. Tek birim sayıları, daha önce 32 kanallı aygıtlar için bildirilenlere benzerdi.
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59957/59957fig09.jpg"> Şekil 9: Tek birim verim ve kayıt uzun ömürlü. (A) 512 kanaldan (1.024 kanallı implantın) tek birimli tek birimli küme sayısı, kalite metrik eşiklerine göre tabakalaşmıştır. MountainSort (gürültü 0.03 çakışması, izolasyon 0.96, sağ üstteki kara kutu) kullanılarak yapılan otomatik kürasyon, 512 kanaldan 375 tek ünitenin tanımlanmasıyla sonuçlandı. Nöron [Şekil 2A]1izni ile çoğaltılır. (B) Sıçanlarda 160 gün boyunca kanal başına polimer diziler (sol y ekseni) veya 16 kanallı (sağ y ekseni) için tek birimverimleri . Katı çizgi 8 sap, noktalı çizgiler ± 1 SE. Sap başına ayrı zaman noktaları arasında ortalama hücre verimi bölge göre renk kodlu noktalar olarak gösterilir. Nöron [Şekil 3A]1izni ile çoğaltılır. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59957/59957fig09large.jpg" target="_blank">Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Chronic Implantation of Multiple Flexible Polymer Electrode Arrays at JoVE.com

Chronic Implantation of Multiple Flexible Polymer Electrode Arrays

Aşağıda açıklanan serbest çetretli sıçanlarda kronik elektrofizyolojik kayıt için anatomik olarak uzak beyin bölgeleri arasında birden fazla polimer elektrot dizilerinin implantasyonu için bir yöntemdir. Hazırlık ve cerrahi implantasyon, diğer türlerde kullanılmak üzere bu yöntemlerin adaptasyonunu yönlendirecek tasarım prensipleri üzerinde durularak ayrıntılı olarak açıklanmıştır.

Çoklu Esnek Polimer Elektrot Dizilerinin Kronik İmplantasyonu

Simultaneous recordings from large populations of individual neurons across distributed brain regions over months to years will enable new avenues of ...

Yöntem, büyük, dağıtılmış nöronal popülasyonların günler, haftalar veya aylar boyunca izlenmesine olanak sağlar ve bu popülasyonların nasıl değiştiği ve bilişsel işlevleri nasıl desteklediği ne kadar önemli sorular alabildiğini sorgular. Birden fazla polimer cihazın ve ilgili implant konstrüksiyonunun implantasyonu, yüksek kanal lı sayım, çok bölgeli, uzun süreli, sürekli ve kararlı kayıtlar alabilen bir kayıt platformu yapmak için bir araya getirmektedir. Prosedürü gösteren Clay Smyth, laboratuvarımdan bir teknisyen olacak.Polimer elektrot dizilerini yerleştirmeye hazırlamak için, iki ekleme parçasındaki hizalanmış dikey olarak yönlendirilmiş deliklerden bir vida yerleştirin ve parçaları bir şekilde tutun. İkinci parçanın üstüne çift taraflı bant takın ve sabitleme parçasını ilk parçanın sonuna takın. Sabitleme parçası sürtünme ile yerinde tutulacaktır.Elektrot dizisini manuel olarak hizalayın ve ekleme mekiğiilk parçanın dar uç segmentine takın. Sonda birinci parçanın uzunlamasına ekseni ile hizalandığında, dizi konektörünü ikinci parçanın düz kısmındaki poliamid çift taraflı teybine yapıştırın. Sadece dizi şeridine bağlı poliamid kanadını bağlayan plastik uçlu forsepsile, ekleme mekiği elektrot dizilimi cihaz ucunu bir parçadan sabitleme parçasının dış ucuna kaldırın.İlk parçanın sonuna uygun bir yapıştırıcının 10 mikrolitresini uygulayın. Yalnızca dizi şeridine bağlı poliamid kanadıile temas etmek için plastik uçlu forsepsleri kullanarak, cihazı parça birin dar segmentiyle yeniden hizalamak için ekleme mekiğinin kare sekmesini kullanın. Küçük hizalama ayarlamaları yapmak için silikon mekiğinin veya mandalın yan tarafını manipüle edin, kurdele veya saplara aşırı güç uygulamamaya özen.Daha sonra sabitleme parçasının her iki tarafına hafif çetrene basınç uygulamak için forsepsleri kullanın ve sabitleme parçasını diziyi hareket ettirmeden montajdan çıkarın. Ardından, ilk parçanın mikro manipülatörüuzun bir konuma ayarlayın. Piston, birinci parçanın içinde terminal derinliğe doğru kayar.Geri çekme pistonuna bir ve iki adet yükleyin. Üçüncü parçanın mikro manipülatörü geri çekilen bir konuma ayarlayın. İkinci parçayı üç parçanın üst kısmına delikler hizalanmış olarak yerleştirin ve üç parçayı ekleme mikro manipülatör pistonuna yükleyin.Parçaları üçüncü parçanın alt tarafına yerleştirin ve iki ve üç parçayı birbirine birleştirin, böylece ekleme mikro manipülatörü tüm ekleme aparatını hareket ettirin. Bir ve iki parçayı bir arada tutan vidayı çıkarın. Daha sonra vida, geri çekilen pistonuna uygun hareket etmesini sağlamak için pistonun üzerine basınç uygulayana kadar vidayı parçanın yanal deliğine bir dik olarak yerleştirin.Parça bir, ekleme mekiğinin cihazdan ayrı bir geri çekilmesine izin vererek ikinci parçadan bağımsız hareket etmelidir. Cihaz yapısı tamamlandığında, eklemeyi stereo mikroskop altında görüntülemek, stereotaktik aleti saniyede 25 mikrometrehızla düşürün. Cihaz beyne hemen girmeyecek.Direnç ve karartma derecesi hedef konuma ve cihaz tasarımına bağlıdır. Cihaz beyne girdikten sonra, mikro manipülatör hızını saniyede 10 mikrometreye çevirin ve cihazı hedef derinliğin bir ila iki milimetre yukarısına düşürün, cihazın kanatlarını ve erken mekik dizisi nin ayrılmasını önlemek için indirme sırasında ekleme noktasını görselleştirin. Cihaz hedef derinliğin bir ila 0,5 milimetre üzerine ulaştığında, eklemeyi saniyede beş mikrometreye kadar yavaşlatın.Ve sonra, cihaz hedeften 500 mikrometre uzakta olduğunda, eklemeyi saniyede bir ila iki mikrometreye kadar yavaşlatın. Hedef derinliğe ulaşıldığında, taban parçasıüzerindeki bağlantı noktasını gerektiği gibi kurutun ve her iki poliamid kanadı da uygun bir yapıştırıcı ile baz parçası ek bölgelerine sabitleyin. Çözülmeden önce, mandal dizi ve ekleme mekik arayüzü üzerinde oturan bir küresel kütle olarak görünecektir.Mandayı eritmek için, mandalın mekiğe yapıştırıldığı noktadaki diziye vücut ısısını hafifçe damlatın. Mandal tamamen çözüldüğünde, dizinin sınırları mekik ve parça bir den ayırt edilebilir olacaktır. Dizi yerinde sabitlendikten sonra, ekleme mekiğinin yavaşça çekilmesi için geri çekme mikromanipülatörü kullanın, cihaz takılıyken aynı geri çekme hızlarında geri çekilirken tek tek tuzlu su damlalarını diziye uygulamaya devam ederek, geri çekme sırasında dizi ile ekleme mekiği arasındaki arabirimi gözlemleyerek.Geri çekildiğinde, mekik polimer diziden gözle görülür bir şekilde ayrılacak ve ekleme mekiğinin sapları arasında yarı saydam sarı görünecektir. Aygıt tamamen geri çekildiğinde, dizi konektörünü ikinci parçadan sonraki eklemeleri engellemeyecek bir konuma taşıyın. Polimer elektrot dizisi beyne yerverilecek ve artık stereotaktik alete bağlı olmayacak.Ekleme mekiği ve diğer ekleme donanımını çıkarın. Gerekirse, ek eklemeler gerçekleştirin. İmplantın inşası için, son dizi takıldıktan sonra, temel parçadan boş tuzlu, implante edilmiş dizileri veya şeritleri bozmamaya dikkat edin.Uygun bir yapay dural dolgu ile kraniektomiler ve temel parça doldurun. Ve dolgu nun tedavi etmesine izin ver. Donanım bağlayıcılarını müdahale etmeyecekleri bir yere yerleştirin ve gerekirse birden çok ekleme gerçekleştirin.Dizi konektörlerini kayıt donanımına uygun şekilde yönlendirin ve takın, böylece şeritler istenilen son konumdadır. Son olarak, konektör e yapay dural dolgu bırakmak noktadan şeritler kaplı daha viskoz silikon jel biter. Bu protokolün ardından, temsili 1, 024 kanalnör implant kaydı 375 adet tek ünite vermiştir.Bu deneyde, tek bir birim için kayıt uzun ömürlü üç farklı sıçan lar arasında 19 cihazlardan veri en az 160 gün boyunca muhafaza edildi. 15 işlevsel cihazdan, kanal başına yaklaşık bir birimlik kayıt verim ortalaması elde edildi ve tek tek aygıtlar kanal başına yaklaşık iki üniteye kadar birkaç tek birim verim elde etti. Cihaz ekleme sırasında, dizi mekiğinin kuru olduğundan emin olmak önemlidir.Değilse, ekleme girişimi sırasında dizinin mekikten ayrılması olasılığı yüksektir. Bu teknik, mikro teller de dahil olmak üzere diğer kayıt yöntemlerinin yanı sıra elektrik simülasyonu ve optogenetik de dahil olmak üzere manipülasyonlarla uyumludur. Bu teknik, yanıtların zaman içinde nasıl değiştiğini anlamamızı mümkün kıldığı, günler boyunca aynı nöronlardan kayıt yapmamızı sağlar.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Electrode Fabrication and Implantation in Aplysia californica for Multi-channel Neural and Muscular Recordings in Intact, Freely Behaving Animals

Electrode Fabrication and Implantation in Aplysia californica for Multi-channel Neural and Muscular Recordings in Intact, Freely Behaving Animals

Elektrot İmalat ve İmplantasyon Aplysia californica Bozulmamış, Serbestçe Behaving Hayvanlar Çok kanallı Sinir ve Kas Kayıtlar

Recording from key nerves and muscles of Aplysia during feeding behavior allows us to study the patterns of neural control in an intact animal.  ...

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

Tek Birim Faaliyet ve elektrokortikografik Sinyalleri Kayıt için Kronik Sinir Elektrotların Cerrahi İmplantasyonu

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

Fiber-optic Implantation for Chronic Optogenetic Stimulation of Brain Tissue

Beyin Dokusu Kronik Optogenetic uyarılması için Fiber-optik İmplantasyon

Elucidating patterns of neuronal connectivity has been a challenge for both clinical and basic neuroscience. Electrophysiology has been the gold standard ...

Interfacing 3D Engineered Neuronal Cultures to Micro-Electrode Arrays: An Innovative In Vitro Experimental Model

Interfacing 3D Engineered Neuronal Cultures to Micro-Electrode Arrays: An Innovative In Vitro Experimental Model

Mikro Elektrot Diziler 3D Engineered Nöronal Kültürler Arayüz: Yenilikçi<em&gt; İn Vitro</em&gt; Deneysel Model

Currently, large-scale networks derived from dissociated neurons growing and developing in vitro on extracellular micro-transducer devices are the ...

Investigating Functional Regeneration in Organotypic Spinal Cord Co-cultures Grown on Multi-electrode Arrays

Çok elektrot Dizileri Yetiştirilen Organotipik Omurilik Co-kültürler Fonksiyonel Rejenerasyon incelenmesi

Adult higher vertebrates have a limited potential to recover from spinal cord injury. Recently, evidence emerged that propriospinal connections are a ...

Spiral Ganglion Neuron Explant Culture and Electrophysiology on Multi Electrode Arrays

Çok elektrot dizilerde Spiral Ganglion Nöron Eksplantasyon Kültür ve Elektrofizyoloji

Spiral ganglion neurons (SGNs) participate in the physiological process of hearing by relaying signals from sensory hair cells to the cochlear nucleus in ...

Time-dependent Increase in the Network Response to the Stimulation of Neuronal Cell Cultures on Micro-electrode Arrays

Mikro Elektrod Dizilerinde Nöronal Hücre Kültürlerinin Uyarılmasına Ağ Yanıtına Zamana Bağlı Artış

Micro-electrode arrays (MEAs) can be used to investigate drug toxicity, design paradigms for next-generation personalized medicine, and study network ...

Implantation of Chronic Silicon Probes and Recording of Hippocampal Place Cells in an Enriched Treadmill Apparatus

Kronik silikon sondalar ve kayıt bir zenginleştirilmiş koşu bandı aparat Hipokampal yer hücre implantasyonu

An important requisite for understanding brain function is the identification of behavior and cell activity correlates. Silicon probes are advanced ...

Chronic Implantation of Whole-cortical Electrocorticographic Array in the Common Marmoset

Kronik yaygın Marmoset bütün kortikal Electrocorticographic dizide implantasyonu

Electrocorticography (ECoG) allows the monitoring of electrical field potentials from the cerebral cortex with high spatiotemporal resolution. Recent ...