Name: construction and implementation of carbon fiber microelectrode arrays for chronic and acute in vivo recordings
Uploaded: 2021-08-05T14:30:00
Duration: 7 min 37 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Construction and Implementation of Carbon Fiber Microelectrode Arrays for Chronic and Acute In Vivo Recordings at JoVE.com

Vi vil gerne takke Greg Guitchounts for vejledning med elektrode design og konstruktion og Tim Gardner for at åbne sit laboratorium og faciliteter for os. Vi vil gerne takke Christos Michas for hans hjælp med PDS brug på Bio-Interface and Technology kernefacilitet og Neil Ritter, Jon Spyreas, og David Landesman for deres hjælp til at designe tidlige versioner af 16-kanal jig. Vi vil gerne takke Tim Cavanaugh for hans hjælp med SEM imaging på Center for Harvard Nanoscale Systems på Harvard.

<ol>
	<li>Galvani, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> De viribus electricitatis in motu musculari commentarius. , (1791).</li><li>Buzsaki, G., Anastassiou, C. A., Koch, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+origin+of+extracellular+fields+and+currents--EEG,+ECoG,+LFP+and+spikes.">The origin of extracellular fields and currents--EEG, ECoG, LFP and spikes.</a> Nature reviews. Neuroscience. 13 (6), 407-420 (2012).</li><li>Ledochowitsch, P., 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=On+the+correspondence+of+electrical+and+optical+physiology+in+in+vivo+population-scale+two-photon+calcium+imaging.">On the correspondence of electrical and optical physiology in in vivo population-scale two-photon calcium imaging.</a> bioRxiv. , 800102 (2019).</li><li>Lin, M. Z., Schnitzer, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Genetically+encoded+indicators+of+neuronal+activity.">Genetically encoded indicators of neuronal activity.</a> Nature Neuroscience. 19 (9), 1142-1153 (2016).</li><li>Seymour, J. P., Wu, F., Wise, K. D., Yoon, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=State-of-the-art+MEMS+and+microsystem+tools+for+brain+research.">State-of-the-art MEMS and microsystem tools for brain research.</a> Microsystems and Nanoengineering. 3 (1), 16066 (2017).</li><li>Kerr, J. N., Denk, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Imaging+in+vivo:+watching+the+brain+in+action.">Imaging in vivo: watching the brain in action.</a> Nature reviews. Neuroscience. 9 (3), 195-205 (2008).</li><li>Hong, G., Lieber, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Novel+electrode+technologies+for+neural+recordings.">Novel electrode technologies for neural recordings.</a> Nature reviews. Neuroscience. 20 (6), 330-345 (2019).</li><li>Chung, J. E., 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=High-density,+long-lasting,+and+multi-region+electrophysiological+recordings+using+polymer+electrode+arrays.">High-density, long-lasting, and multi-region electrophysiological recordings using polymer electrode arrays.</a> Neuron. 101 (1), 21-31 (2019).</li><li>Jun, J. J., 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=Fully+integrated+silicon+probes+for+high-density+recording+of+neural+activity.">Fully integrated silicon probes for high-density recording of neural activity.</a> Nature. 551 (7679), 232-236 (2017).</li><li>Kozai, T. D., Jaquins-Gerstl, A. S., Vazquez, A. L., Michael, A. C., Cui, X. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Brain+tissue+responses+to+neural+implants+impact+signal+sensitivity+and+intervention+strategies.">Brain tissue responses to neural implants impact signal sensitivity and intervention strategies.</a> ACS Chemical Neuroscience. 6 (1), 48-67 (2015).</li><li>Polikov, V. S., Tresco, P. A., Reichert, W. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Response+of+brain+tissue+to+chronically+implanted+neural+electrodes.">Response of brain tissue to chronically implanted neural electrodes.</a> Journal of Neuroscience Methods. 148 (1), 1-18 (2005).</li><li>Kozai, T. D., 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=Ultrasmall+implantable+composite+microelectrodes+with+bioactive+surfaces+for+chronic+neural+interfaces.">Ultrasmall implantable composite microelectrodes with bioactive surfaces for chronic neural interfaces.</a> Nature Materials. 11 (12), 1065-1073 (2012).</li><li>Chen, R., Canales, A., Anikeeva, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neural+recording+and+modulation+technologies.">Neural recording and modulation technologies.</a> Nature Reviews Materials. 2 (2), 16093 (2017).</li><li>Szostak, K. M., Grand, L., Constandinou, T. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neural+interfaces+for+intracortical+recording:+requirements,+fabrication+methods,+and+characteristics.">Neural interfaces for intracortical recording: requirements, fabrication methods, and characteristics.</a> Frontiers in Neuroscience. 11, 665 (2017).</li><li>Subbaroyan, 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=A+finite-element+model+of+the+mechanical+effects+of+implantable+microelectrodes+in+the+cerebral+cortex.">A finite-element model of the mechanical effects of implantable microelectrodes in the cerebral cortex.</a> Journal of Neural Engineering. 2 (4), 103-113 (2005).</li><li>Park, S., 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=One-step+optogenetics+with+multifunctional+flexible+polymer+fibers.">One-step optogenetics with multifunctional flexible polymer fibers.</a> Nature Neuroscience. 20 (4), 612-619 (2017).</li><li>Guo, Y., 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=Polymer+composite+with+carbon+nanofibers+aligned+during+thermal+drawing+as+a+microelectrode+for+chronic+neural+interfaces.">Polymer composite with carbon nanofibers aligned during thermal drawing as a microelectrode for chronic neural interfaces.</a> ACS Nano. 11 (7), 6574-6585 (2017).</li><li>Armstrong-James, M., Millar, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Carbon+fibre+microelectrodes.">Carbon fibre microelectrodes.</a> Journal of Neuroscience Methods. 1 (3), 279-287 (1979).</li><li>Garris, P. A., Ciolkowski, E. L., Pastore, P., Wightman, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Efflux+of+dopamine+from+the+synaptic+cleft+in+the+nucleus+accumbens+of+the+rat+brain.">Efflux of dopamine from the synaptic cleft in the nucleus accumbens of the rat brain.</a> Journal of Neuroscience: The Official Journal of the Society of Neuroscience. 14 (10), 6084-6093 (1994).</li><li>Guitchounts, G., Markowitz, J. E., Liberti, W. A., Gardner, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+carbon-fiber+electrode+array+for+long-term+neural+recording.">A carbon-fiber electrode array for long-term neural recording.</a> Journal of Neural Engineering. 10 (4), 046016 (2013).</li><li>Guitchounts, G., Cox, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=64-channel+carbon+fiber+electrode+arrays+for+chronic+electrophysiology.">64-channel carbon fiber electrode arrays for chronic electrophysiology.</a> Scientific Reports. 10 (1), 3830 (2020).</li><li>Ma, Z., Turrigiano, G. G., Wessel, R., Hengen, K. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cortical+circuit+dynamics+are+homeostatically+tuned+to+criticality+in+vivo.">Cortical circuit dynamics are homeostatically tuned to criticality in vivo.</a> Neuron. 104 (4), 655-664 (2019).</li><li>Popovic, 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=Development+of+cross-orientation+suppression+and+size+tuning+and+the+role+of+experience.">Development of cross-orientation suppression and size tuning and the role of experience.</a> Journal of Neuroscience: The Official Journal of the Society of Neuroscience. 38 (11), 2656-2670 (2018).</li><li>Patel, P. 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=Chronic+in+vivo+stability+assessment+of+carbon+fiber+microelectrode+arrays.">Chronic in vivo stability assessment of carbon fiber microelectrode arrays.</a> Journal of Neural Engineering. 13 (6), 066002 (2016).</li><li>Welle, E. J., 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=Ultra-small+carbon+fiber+electrode+recording+site+optimization+and+improved+in+vivo+chronic+recording+yield.">Ultra-small carbon fiber electrode recording site optimization and improved in vivo chronic recording yield.</a> Journal of Neural Engineering. 17 (2), 026037 (2020).</li><li>Patel, P. 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=Insertion+of+linear+8.4+&#181;m+diameter+16+channel+carbon+fiber+electrode+arrays+for+single+unit+recordings.">Insertion of linear 8.4 &#181;m diameter 16 channel carbon fiber electrode arrays for single unit recordings.</a> Journal of Neural Engineering. 12 (4), 046009 (2015).</li><li>Ferguson, J. E., Boldt, C., Redish, A. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Creating+low-impedance+tetrodes+by+electroplating+with+additives.">Creating low-impedance tetrodes by electroplating with additives.</a> Sensors and Actuators. A, Physical. 156 (2), 388-393 (2009).</li><li>Vafaiee, M., Vossoughi, M., Mohammadpour, R., Sasanpour, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gold-plated+electrode+with+high+scratch+strength+for+electrophysiological+recordings.">Gold-plated electrode with high scratch strength for electrophysiological recordings.</a> Scientific Reports. 9 (1), 2985 (2019).</li><li>Lebedev, M. A., Nicolelis, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Brain-machine+interfaces:+From+basic+science+to+neuroprostheses+and+neurorehabilitation.">Brain-machine interfaces: From basic science to neuroprostheses and neurorehabilitation.</a> Physiological Reviews. 97 (2), 767-837 (2017).</li></ol>

Forfatterne erklærer ingen økonomiske interessekonflikter.

Denne protokol beskriver hvert trin, der er nødvendigt for at konstruere en funktionel CFEA til både akut og kronisk brug. Den beskrevne proces kan tilpasses forskerens behov, hvilket gør det til en tilgængelig og billig mulighed for overvågning af enkelte neuroner over måneder. Protokollen viser muligheden for at registrere både robust enkeltenhedsaktivitet inden for få minutter efter implantation i et bedøvet dyr og på tværs af fire måneder i et vågent, opførende dyr, hvilket illustrerer disse CPA'ers potentiale til at studere kortsigtede og langsigtede ændringer i neurale reaktioner.
Trinene i den beskrevne protokol er blevet grundigt testet og forbedret over tid for at give en effektiv procedure, der kan afsluttes hurtigt, til en lav marginal pris (< $ 100,00), med evnen til at registrere utvetydige enkeltenheder, tæt og stabilt over måneder. Konstruktion trin kan afsluttes på mindre end én dag og vil producere elektrofysiologiske signaler, der kan sammenlignes med enhver førende kommerciel array. CPA'erne har også et meget mindre fodaftryk (16-kanals bundt af fibre har en diameter på ~ 26 μm) end lignende kommercielle arrays, og deres biokompatibilitet gør dem velegnede til langvarig brug13. Det er vigtigt, at der er flere kritiske trin og instruktioner, der skal følges for at producere en fungerende CFEA med sammenlignelig ydeevne.
På grund af kulfibrenes skrøbelighed skal de håndteres med største omhu. Håndtering af dem med skarpe sammenkr vil eller andre værktøjer kan resultere i brud på fibrene. Derudover er det vigtigt at konstruere CPA'erne i et rum med begrænset luftbevægelse, så fibrene ikke blæser væk. Når du flammer den bageste del af fibrene, behøver lighteren kun at blive flyttet i en frem og tilbage bevægelse meget kort, for ca. 1 s. Trinene efter denne fjernelse af isolering er afgørende for at konstruere en elektrode med arbejdskanaler. De flammede spidser skal føres ind i jig uden yderligere kontakt. Når bassinet fyldes med tandcement, er det vigtigt, at cementen påføres omhyggeligt og helt fylder kanalerne og tragtbassinet og lukker åbningerne uden at fylde dem. Tandcementet skal derefter helbredes fuldstændigt med UV-lys, før den fortsætter. Når dette er færdigt, skal sølvmaling injiceres i hver kanal, indtil den er helt fyldt, men ikke spildes. Dette er det mest variable trin i processen. Enhver overfyldning kan producere krydstale mellem kanaler, og utilstrækkelig påfyldning kan resultere i en forbindelsesfejl. Hvis det ikke er i stand til at injicere sølvmaling ved hjælp af en 25 G nål, er det sandsynligt, at opløsningen er for tyktflydende, og i dette tilfælde kan der tilsættes en lille mængde fortynder for at skabe en mere flydende løsning. Når alle kanalerne er fyldt, og headstage-stikket er indsat, er det vigtigt at tillade arrayet at helbrede i 24 timer, før stikket fastgøres med tandcement. Vi fandt ud af, at hvis vi ikke gjorde det, blev antallet af forbundne kanaler sænket. Anvendelse af en generøs mængde dental cement er også vigtigt, så stikket ikke afbrydes ved interfacing med signalet erhvervelse system. Hvis de løsnes, er det muligt at forsøge at genoprette forbindelsen med gentagen påfyldning af kanaler med sølvmaling, men brugeren bør teste CFEA's impedansværdier for at vurdere antallet af tilsluttede kanaler. Tillader dental cement til at helbrede natten også tjener til at forhindre potentiel løsrivelse.
Måling af impedansen af elektroden vil give et nøjagtigt skøn over tilsluttede kanaler. Dette kan gøres efter neddykning af jorden og reference ledninger og kulfiber tips i PBS. Vi har observeret, at en høj impedans (>15 MΩ) er tegn på en åben, usammenhængende kanal. Før injektion af strøm og elektroplating kan en tilsluttet kanal have en række impedansværdier, der bør falde betydeligt med denne proces. Det gennemsnitlige antal tilsluttede kanaler (impedans < 4 MΩ efter den nuværende injektion) pr. 16-kanals elektrode var 12,96 ± 2,74 (gennemsnitlig ± SD; N = 48 elektroder). En række elektroplating gange blev testet, og 30 s produceret overlegen signal isolation blandt registreringssteder (Figur 5). Mens det har været veletableret, at PEDOT-pTS12,24,25,26 og PEDOT-TFB21 giver pålidelige muligheder for at forberede kulfiber registreringssteder, fandt vi, at plating med guld, en gennemprøvet og pålidelig metode til elektroplikering elektroder til kronisk implantation27,28 , øgede den lette implantation og forhindrede elektrodespidserne i at klumpe sammen. Ved udarbejdelsen af endelige impedansværdier på mindre end 0,2 MΩ i gennemsnit viser denne metode sig at være sammenlignelig med værdier opnået ved hjælp af PEDOT-TFB21 og PEDOT-pTS26.
Ved implantering af mikroelektrodesystemet er det vigtigt visuelt at følge indsættelsen af kulfiberspidserne under mikroskopet. Vellykket indsættelse bør være tydelig, uden bøjning af fibrene. Hvis fibrene ser ud til at være buckling, er det usandsynligt, at de med succes vil komme ind i hjernen. I dette tilfælde skal sondens vinkel justeres til et andet forsøg. Denne proces kan fortsætte, indtil indsættelsen af sonden er vellykket. Når elektroden er på den ønskede dybde, har vi konstateret, at vente mindst 30 min vil gøre det muligt for sonden at nøjes med optimal signal erhvervelse (akutte optagelser).
De beskrevne cfea'er tilbyder ud over deres lille fodaftryk og biokompatibilitet et robust, tilpasseligt alternativ til kommercielle arrays på grund af deres lette konstruktion og lave omkostninger. Den største begrænsning af de CPA'er, der er beskrevet i denne protokol, er deres skalerbarhed. På grund af den manuelle karakter af deres konstruktion, opskalering til design med hundredvis af registreringssteder kan ikke være praktisk. Derudover vil fremskridt inden for mikroelektrode array fabrikation ved hjælp af nanoteknologi muliggøre større befolkning optagelser end de metoder, der er beskrevet her. Men denne protokol leverer CFEA tilgængelighed til laboratorier interesseret i benchtop fabrikation af kulfiber elektroder. Vi observerede intet tab af stabilitet eller nedsat robusthed i spike amplitud i løbet af de 120-dages kroniske eksperimenter, som angivet af en repræsentativ enkelt kanal, der er typisk for vores observationer på den tidsskala (figur 6A-E). Derudover viser de fælles konkurrencemyndigheder kapaciteten til vedvarende enkeltenhedsaktivitet, da fire enkeltenheder forblev mærkbare 11 måneder efter implantation i mus (Figur 6G, H). Det er også muligt at opnå stabile, enkelt-enhed optagelser akut (Figur 7), som giver en fordel i forhold til mange andre kommercielle elektroder til undersøgelse af enkelt neuroner over korte perioder. I fremtiden vil udviklingen af sådanne fleksible, biokompatiible sonder med minimale diametre gøre det muligt at studere komplekse processer. Disse værktøjer vil give betydelige nytte i udviklingen af neural teknologi, herunder applikationer i hjerne-maskine grænseflader (BMI'er), som kræver kontinuerlig, langsigtet stabilitet29.

Elektroder og elektrode arrays er værdifulde værktøjer til at forstå, hvordan hjernen behandler information på neuronalt niveau. Mens elektrofysiologiske optagelser har været opnåelige i over to århundreder1, er det stadig ikke muligt at samtidig måle aktiviteten af hele neurale kredsløb på rumlige og tidsmæssige opløsning kræves for at fange spiking af individuelle neuroner. Selvom ikke-invasive metoder, såsom elektroencefalografi2, positron emission topografi3og funktionel magnetisk resonansbilleddannelse4 giver mulighed for hele hjernens målinger, kan de ikke opnå den rumlige og tidsmæssige opløsning, der er nødvendig for at løse aktiviteten af neurale kredsløb2,5. I modsætning hertil kan billeddannelsesmetoder som optisk billeddannelse ved hjælp af spændingsfølsomme farvestoffer eller genetisk kodede calciumindikatorer opnå rumlig opløsning med enkelt enhed, men de udgør problemer som lav tidsmæssig opløsning og dårlig selektivitet3,4,5,6. Elektriske optagelser er et kraftfuldt alternativ til disse metoder. Optagelse elektroder giver uovertruffen tidsmæssig opløsning og giver brugeren mulighed for at foretage målinger med spike-time præcision i ethvert område af hjernen7. Derudover muliggør kronisk implanterede multielektrodesystemer (MEAs) store (tiere til hundredvis af celler), enkeltcelleoptagelser hos dyr, der opfører sig, over en periode på dage til måneder8,9. Men, silicium sonder, der registrerer ved højere tætheder har et stort fodaftryk og er meget invasive, og kronisk implanterede arrays ofte generere en betændelse svar, væv indkapsling, og neuronal død10,11,12,13.
Begrænsningerne af eksisterende elektroder har resulteret i nylige innovationer, der giver mulighed for stabile, høj opløsning, langsigtede optagelser. Typiske elektroder består af en metallisk leder, såsom wolfram eller platin-iridium, eller er silicium- eller polymerbaseret. Mens metal-baserede microwire arrays kan opretholde langsigtede, stabile optagelser, de har en meget større fodaftryk, med en enkelt ledning diameter spænder fra 10-200 μm14. I modsætning hertil giver siliciumbaserede elektrodesystemer optagelser med høj rumlig opløsning, men på grund af deres relativt stive design er de typisk ikke i stand til at opretholde signalet og registrere fra de samme neuroner over mange måneder15. Den seneste udvikling i silicium-baserede arrays har resulteret i elektroder, der pålideligt kan udføre kroniske optagelser, men disse arrays kan ikke bruges til at optage fra dybe hjerneområder i større dyr og er beregnet til lineære optagelser9. Fremskridt inden for polymer arrays har resulteret i øget fleksibilitet og registrering stabilitet af enkeltenheder og giver potentiale for high-density optagelser i den nærmestefremtid,men med begrænset tilgængelighed på nuværendetidspunkt 8,16,17. Kulfibre giver mulighed for optagelser med høj densitet med hyldematerialer, der er beskrevet her.
Kulfiber optagelse mikroelektroder har været brugt i årtier, med de første kulfiber elektroder bestående af en enkelt kulfiber indsat i et glas mikropipet. Disse mikroelektroder blev brugt til ekstracellulære optagelser med én enhed, og selv om signal-til-støj-forholdet kunne sammenlignes med de bedste wolfram-in-glass mikroelektroder, var de fordelagtige på grund af deres fleksibilitet, lavere impedansværdier og enkelhed til fremstilling af18,19. Bestræbelser på at udvikle kulfiber elektrode arrays har for nylig accelereret på grund af biosensing kapaciteter af kulfibre. Ud over deres øgede biokompatibilitet og ekstraordinære elektriske ledningsevne har de et unikt sæt egenskaber, herunder højtemperaturbestandighed, lav relativ densitet, høj trækstyrke, lav bøjningsstivhed, høj detektionsfølsomhed og et lille tværsnitsområde10,12. Alle disse egenskaber har motiveret udviklingen af kulfiber mikroelektrode arrays (CFPA'er), der letter kroniske, stabile, højtydende optagelser af enkelte neuroner. Sådanne CFEAs kan nu udformes i hånden20,21 ( Figur1), hvilket giver mikroelektrode arrays, der kan holde enkelte neuroner over måneder. Beskrevet her er en tilgængelig byggeproces for CPA'er, der er blevet tilpasset på to måder til akutte og kroniske registreringer af individuelle neuroner i to arter.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>#10 scalpel blade</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>14-840-15</td>
			<td>Building tool</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>16-channel CFEA Jig</td>
			<td>Realize Inc.</td>
			<td></td>
			<td>CFMA component</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>16-channel Omnetics connector</td>
			<td>Omnetics</td>
			<td>A79014-001</td>
			<td>CFMA component</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>25 G needle</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>14-840-84</td>
			<td>Building tool - sharp-tipped</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>30 G needle</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>14-841-03</td>
			<td>Building tool</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>31 G stainless steel 304 hypodermic round tubing</td>
			<td>Small Parts Inc</td>
			<td>B000FMYN38</td>
			<td>For guide tube</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>32-channel CFEA jig</td>
			<td>Realize Inc.</td>
			<td></td>
			<td>CFMA component</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>32-channel Omnetics connector</td>
			<td>Omnetics</td>
			<td>A79022-001</td>
			<td>CFMA component</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>6 in cotton tip applicators</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>22-363-156</td>
			<td>Building tool</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acetone</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>A16P4</td>
			<td>Building tool</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AutoCad 3D printing software</td>
			<td>Autodesk</td>
			<td></td>
			<td>Computer-aided design tool/ 3D modeling software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Autodesk Fusion 360</td>
			<td>Autodesk</td>
			<td></td>
			<td>Computer-aided design tool/ 3D modeling software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BD disposable syringes</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>14-823-30</td>
			<td>1 mL</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Carbon fibers</td>
			<td>Good Fellow USA</td>
			<td>C 005725</td>
			<td>7 &#956;m epoxy sized</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cassettes and cassette holder</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>For coating fibers</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Clear tape</td>
			<td>Scotch</td>
			<td></td>
			<td>For coating raw fibers</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Deionized water</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Electroplating component</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Double-sided tape</td>
			<td>Scotch</td>
			<td></td>
			<td>For coating raw fibers</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Flowable Dental Composite</td>
			<td>Pentron</td>
			<td>Flow-It ALC</td>
			<td>CFMA component/ UV cured dental cement</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gold plating solution</td>
			<td>Sifco ASC</td>
			<td>5355</td>
			<td>10.0-20.0% glycerol, 1.0-5.0% ethylenediamine, 1.0-5.0% acetic acid (ethylenedinitrilo)tetra-, dipotassium salt, 5.0-10.0% butanoic acid, mercapto-monogold(1+) sodium salt, 1.0&#8211;5.0% potassium metabisulfite, 55.0-82.0% water</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Jewelry clamp</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>B00GRABH9K</td>
			<td>Building tool</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>JRClust</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Ferret spike sorting software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lighter</td>
			<td>BIC</td>
			<td>LCP62DC</td>
			<td>Building tool</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micromanipulator</td>
			<td>Scientifica</td>
			<td>PS-7000C</td>
			<td>For guide tube</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microscissors</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>08-953-1B</td>
			<td>Building tool</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MountainSort</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Mouse spike sorting software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NanoZ 16-channel adapter</td>
			<td>Multi-channel systems</td>
			<td>ADPT-nanoZ-NN-16</td>
			<td>Electroplating component</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NanoZ 32-channel adapter</td>
			<td>White Matter</td>
			<td>NZA-OMN-32 rev A</td>
			<td>Electroplating component</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NanoZ multi-electrode impedance tester</td>
			<td>White Matter</td>
			<td></td>
			<td>Electroplating component</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Parafilm</td>
			<td>Fisher Stockroom</td>
			<td>13-374-10</td>
			<td>Semi-transparent, flexible film with adhesive properties</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Parylene &#39;C&#39; Dimer</td>
			<td>Specialty Coating Systems</td>
			<td>980130-C-01LBE</td>
			<td>For coating raw fibers</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PEG 8000</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>25322-68-3</td>
			<td>Electroplating component</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phosphate-buffered saline</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Electroplating component</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polyimide tubing</td>
			<td>MicroLumen</td>
			<td>BRAUNI001</td>
			<td>For guide tube</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rotary tool</td>
			<td>Dremel</td>
			<td>300124</td>
			<td>For guide tube</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scalpel handle</td>
			<td>Fine Science Tools</td>
			<td>10003-12</td>
			<td>Building tool</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silver conductive coating</td>
			<td>MG Chemicals</td>
			<td>842AR Super Shield</td>
			<td>CFMA component</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stereo microscope with range 6.7:1</td>
			<td>Motic</td>
			<td>SMZ-168</td>
			<td>Building tool</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sticky notes</td>
			<td>Post-it</td>
			<td></td>
			<td>Building tool</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tissue wipes</td>
			<td>Kimtech Science</td>
			<td>34155</td>
			<td>Building tool</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tungsten wire</td>
			<td>A-M Systems</td>
			<td>797550</td>
			<td>CFMA component</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>UV curing wand</td>
			<td>Woodpecker</td>
			<td></td>
			<td>Building tool</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vacuum deposition chamber</td>
			<td>Specialty Coating Systems</td>
			<td></td>
			<td>Labcoter 2 (PDS 2010)</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

construction and implementation of carbon fiber microelectrode arrays for chronic and acute in vivo recordings

Multikanal elektrode arrays giver indsigt i den arbejdende hjerne og tjener til at belyse neurale processer på encellede og kredsløb niveauer. Udvikling af disse værktøjer er afgørende for at forstå kompleks adfærd og kognition og for at fremme kliniske anvendelser. Det er dog fortsat en udfordring at registrere fra cellepopulationer stabilt og kontinuerligt over lange tidsperioder. Mange populære elektroder, såsom tetroder og silicium arrays, har store krydsdiametre, der producerer skader ved indsættelse og fremkalde kronisk reaktive vævsresponser forbundet med neuronal død, hindrer registrering af stabil, kontinuerlig neural aktivitet. Derudover udviser de fleste trådbundter bred afstand mellem kanaler, der udelukker samtidig optagelse fra et stort antal celler grupperet i et lille område. Kulfiber mikroelektrode arrays beskrevet i denne protokol tilbyder en tilgængelig løsning på disse bekymringer. Undersøgelsen giver en detaljeret metode til fremstilling af kulfiber mikroelektrode arrays, der kan bruges til både akutte og kroniske optagelser in vivo. De fysiske egenskaber af disse elektroder gør dem ideelle til stabile og kontinuerlige langsigtede optagelser ved høje celletætheder, hvilket gør det muligt for forskeren at lave robuste, utvetydige optagelser fra enkelte enheder på tværs af måneder.

Med afslutningen af denne protokol vil stabile optagelser af enkeltenheds spiking aktivitet være mulige. Disse mikroelektrode arrays kan tilpasses i materiale, kanal tæller, og headstage adapter baseret på forskerens behov. Elektroplerende fibre i guld resulterer i reducerede impedanser, der er egnede til registrering (figur 4 og figur 5). Hvis brugeren har til hensigt at registrere kronisk, kan målinger foretages, efter at dyret er kommet sig efter den kirurgiske procedure. Kroniske procedurer har resulteret i stabile, enkelt-enhed optagelser i mindst 120 dage. En repræsentativ optagelse er vist i figur 6, der illustrerer stabil 64-kanals elektrofysiologisk aktivitet i retrosplenial cortex af en frit opførende, voksen hanmus. Hvis et akut præparat er beregnet, kan optagelserne begynde kort efter implantation (~ 30 min). Dette vil give tid til elektroden til at bosætte sig i hjernen. Figur 7 er et repræsentativt eksempel på en akut 16-kanals CFEA-optagelse, der er erhvervet fra den primære visuelle cortex af en voksen kvindelig fritte. Spike sortering i mus og fritte blev udført med spike sortering software (se Tabel over materialer).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62760/62760fig01.jpg"> Figur 1: Anatomi af 16- og 32-kanals mikroelektrodesystemer (CFEA'er) (A) Skemaer på 32-kanals (øverst) og 16-kanals (nederst) CFEA fra tre forskellige visninger. Cfea på 16 kanaler har et udvidet design til håndteringsformål. Den 32-kanals design har et fladt ansigt, der giver mulighed for to jigs, der skal kombineres for en 64-kanal CFEA. Begge diagrammer har identificerende strukturer mærket med dimensioner. Stikafslutningen angiver placeringen af stikkets indsættelse, og GND/REF-kanaler angiver, hvor jordledningen er indsat. Tragtbassinet refererer til det sted, hvor fibrene passerer igennem for at blive overlejret med UV-lyshærdet tandcement, og tragtspidsen betyder det sted, hvorfra fibrene forlader jig. Tragtspidsen er opdelt i kvadranter for at minimere fibre, der klæber sammen og skaber skade. Fibrene trækkes senere ind i et enkelt bundt med brug af tandcement. Jigs er 3D-printet ved hjælp af SLA harpiks printere. Diagrammer forstørres for at vise detaljer. (B) Konstrueret CFEA. Diagrammet har identificerende strukturer mærket. Den blå bundtspids repræsenterer segmentet af kulfibrene, der erhverver registreringsmålinger. Den grå i tragtbassinet og omkring stikket er tegn på UV lyshærdet tandcement, der holder kulfibre på plads i tragtbassinet og sikrer stikket til jig. Den lilla ledning repræsenterer jordforbindelsesledningen. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62760/62760fig01large.jpg" target="_blank">Klik her for at se en større version af dette tal.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62760/62760fig02.jpg"> Figur 2: Lastning af rå kulfibre i kassetter til parylen C belægning. (A) Kulfibre lastes på patroner overlejret med to strimler dobbeltsidet tape (blå). Hver kassette er fyldt med ~ 25 fibre. (B) Kassetter lægges i en laserskåret holder (grå) som forberedelse til parylen C-belægning. Hver rummer ti kassetter. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62760/62760fig02large.jpg" target="_blank">Klik her for at se en større version af dette tal.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62760/62760fig03.jpg"> Figur 3: Kulfiber mikroelektrode array (CFEA) bundt konstruktion skematisk. (A) 16 individuelle, belagt kulfibre (sort) er gevind gennem 32-kanals 3D-printet jig (grå). (B) Kulfiberspidser skæres med mikrosaks, hvilket efterlader overskydende fiber svarende til højden af jig-basen, der strækker sig ud af jig-basen. (C) En standard plast gnisthjul lighter er hurtigt forbi den overskydende fiber til at fjerne parylen C isolering. Den øverste højre skematisk viser fjernelsen af parylen fra 9 af de 12 fibre. (D) Fibrene genindsættes i jig, indtil fiberden flugter med bunden. Den øverste højre skematisk viser genmælelse af 9 fibre med uisoleret (grå) fiber tips til huse inde i jig base. Jig er derefter vendt over og trin A-D gentages for at tråd de modsatte 16 kanaler. (E) Jig er fyldt med dental cement til at sikre fibrene. Sølv print injiceres i hver brønd af jig base. (F) Hanstikket indsættes i jig-basen. (G) CFEA og skalpel fryses i en -20 °C fryser. Arrayspidsen skæres til den ønskede længde, hvilket efterlader 32 lige fibre. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62760/62760fig03large.jpg" target="_blank">Klik her for at se en større version af dette tal.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62760/62760fig04.jpg"> Figur 4: Spidsbehandling og elektroplikering. (A) Elektrodespidser placeres først i 0,1 M PBS, hvor strømmen føres gennem hver elektrode. Spidserne skylles derefter og overføres til en guldbelægningsopløsning, hvor de er elektroplated med strømmen. (B) SEM billeder af forberedt kulfiber viser guld plating opløsning koncentreret på spidsen. Skalalinjen repræsenterer 4 μm. (C) Impedansværdier fra 168 kanaler efter første skæring (lilla; 3,11 MΩ ± 0,42 MΩ, median ± SE, n = 168 fibre), positiv strømindsprøjtning (pink; 1,23 MΩ ± 0,36 MΩ, median ± SE, n = 168 fibre) og elektroplikering (orange; 0,19 MΩ ± 0,15 MΩ, median ± SE, n = 168 fibre) viser nedsat impedansværdier efter hvert behandlingstrin. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62760/62760fig04large.jpg" target="_blank">Klik her for at se en større version af dette tal.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62760/62760fig05.jpg"> Figur 5: Moderat guld elektroplating varigheder producere små, afrundede aflejringer på kulfiber bundt tips. Kulfiberspidserne afbilledet er alle fra forskellige mikroelektrodesystemer, der afspejler forskellige varigheder af injiceret strøm til impedansreduktion eller guldbelægning. Billeder desuden skildre parylen C belægning, som isolerer kulfibre og forhindrer enhver erhvervelse af signal fra et andet sted end spidsen af fibrene. (A) Scanning elektronmikroskopi billede af kulfiber tips efter frysning og gøre et enkelt snit med et barberblad. Skalastænger repræsenterer 10 μm. (B) Samme som A, men derefter efterfulgt af injektion af positiv strøm i 10 s. (C) Samme som B, men derefter elektropladet med guld i 5 s. (D) Samme som B, men derefter elektroplated med guld i 15 s. (E) Samme som B, men derefter elektropladet med guld i 30 s. (F) Samme som B, men derefter elektroplated med guld i 120 s. Vi fandt ud af, at elektroplating i 30 s ved en strøm på -0,05 μA var optimal til elektrofysiologiske optagelser. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62760/62760fig05large.jpg" target="_blank">Klik her for at se en større version af dette tal.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62760/62760fig06.jpg"> Figur 6: Kroniske ekstracellulære optagelser i frit opfører mus retrosplenial cortex med kulfiber mikroelektrode arrays viser vedvarende, stabil neural aktivitet. (A) Elleve bandpassed spænding spor blev optaget samtidigt. Efterfølgende spor registreret fra den første kanal (øverste række) afbildes i B for at vise holdbarhed over tid. De resterende ti rækker viser konsistensen af optagelseskvaliteten og viser robust aktivitet på tværs af arrayet. Skalalinjen til venstre for hvert spor repræsenterer et 200 μV-potentiale. (B) Bandpassed data fra samme fiber som i top spor i A, udvidet til at vise robust aktivitet på tværs af en 120-dages kontinuerlig optagelse. (C) Klyngedannelse afslører robust registrering af enkeltenheder over måneder. Spor repræsenterer den gennemsnitlige bølgeform af en kontinuerligt observerbar repræsentativ enkelt enhed på tværs af 120 dage, udvundet fra fiberen plottet i B på hvert tidspunkt. (D) Gennemsnitlige, ikke-normaliserede spike waveforms fra C stablet for at demonstrere konsistens over tid. (E) Kulfiberoptagelser viser et stabilt støjgulv gennem mange måneder. Standardafvigelse af støjgulvet (spor minus spiking aktivitet) i B viser ingen gradvis ændring i støj. Barer repræsenterer middel forurening. Fejllinjer repræsenterer standardafvigelse. (F) Skalategning af en mus med en kronisk implanteret CFEA og headstage. (G) Råspændingssporing (øverst) 11 måneder efter implantationen viser robust LFP. Bandpassed spænding spor (nederst) viser stabil neural aktivitet. (H) Middelbølgeform af neuronen registreret på fiberen fra C, der er indlagt af de første 1000 tilfælde af spikingaktivitet. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62760/62760fig06large.jpg" target="_blank">Klik her for at se en større version af dette tal.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62760/62760fig07.jpg"> Figur 7: Mikroelektrode array (CFEA) (Kulfiber) fra ferret primære visuelle cortex. (A) Bølgeforme af spike sorteret enkelt enheder registreres fra en 16-kanals CFEA. Action potentialer fra enkelt neuroner var ofte tydeligt på flere kanaler på lidt forskellige amplituder. (B) Retningsjusteringskurver fra udvalgte neuroner. Farver svarer til optagede enheder i A. Pile angiver retningen af stimulus bevægelse. Skalalinjer angiver svarprocenten. Fejllinjer angiver det gennemsnitlige svar med standardfejl. Den vandrette stiplede linje repræsenterer den samme celles spontane affyringshastighed under eksponering for en tom skærm. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62760/62760fig07large.jpg" target="_blank">Klik her for at se en større version af dette tal.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Construction and Implementation of Carbon Fiber Microelectrode Arrays for Chronic and Acute In Vivo Recordings at JoVE.com

Construction and Implementation of Carbon Fiber Microelectrode Arrays for Chronic and Acute In Vivo Recordings

Denne protokol beskriver en procedure for konstruktion af kulfiber mikroelektrode arrays til kroniske og akutte in vivo elektrofysiologiske optagelser i mus (Mus musculus) og fritte (Mustela putorius furo) fra flere hjerneområder. Hvert trin, efter køb af rå kulfibre til mikroelektrode array implantation, er beskrevet i detaljer, med vægt på mikroelektrode array konstruktion.

Konstruktion og implementering af kulfibermikroelektrodesystemer til kroniske og akutte In Vivo-optagelser

Multichannel electrode arrays offer insight into the working brain and serve to elucidate neural processes at the single-cell and circuit levels. ...

Bænken top konstruktion beskrevet her er en af de få i øjeblikket tilgængelige elektrode teknologier, der tillader optagelser fra tætte klynger af neuroner og følge mange af disse neuroner over tid. Kulfiber mikroelektrode arrays er billige at bygge. De er små, biokompatiible og bevæger sig med hjernen, hvilket giver mulighed for sunde og stabile optagelser.Kulfibre er ekstremt tynde, og i første omgang er de meget vanskelige at se. Men efter et par dages arbejde med dem bliver de lettere at manipulere. Til at begynde med skal du lægge et stykke dobbeltsidet tape på to lange sider af kassetten og justere kanten af båndet med kassettens indre kant.For at forberede et kulfiber manipulation værktøj, wrap et lille stykke selvklæbende film omkring en 30 gauge nål til at danne et skarpt, men fleksibelt punkt med filmen. Derefter adskille individuelle fibre fra den bagte bundt og lægge dem parallelt med den korte side af kassetten holde en to til tre millimeter afstand. Efter at have sikret montering af 20 til 30 fibre på hver kassette, forsegle fibrene på plads ved at lægge klart tape over dobbelt stick tape, og placere de fyldte kassetter i kassetteholderen.For at samle kulfibermikroelektrodesystemet skal du begynde at fodre hver jordledning gennem den relevante kanal på stikden af jig og fortsætte, indtil to ender er lige lange. Derefter vride dem sammen for at sikre dem på jig. Påfør UV-hærdet dental cement for at sikre ledningen og samtidig sikre ikke at få nogen dental cement inden for den åbne kanal, hvorfra ledningen føres igennem.Brug UV-hærningsstaven til at helbrede tandcementet i 20 sekunder og justere jig og vice, så stikden, bassinet og tragtspidsen er synlige. Derefter orientere jig så tragten peger væk fra brugeren og stikket ender overfor brugeren. Skub derefter 25 gauge nålspidsen mod kassetten på det potentielle fiberfjernelsessted og skær en enkelt kulfiber ud af kassetten.Hold den friskskårne frie ende af fiberen ved hjælp af et kulfiberværktøj og brug nålen, skær den anden ende af fiberen væk fra kassetten. Så igen bruge kulfiber værktøj til at afhente kulfiber sådan, at den ene ende er omkring en centimeter i længden fra værktøjet. Brug fiber-vedhæftet kulfiber værktøj til at fodre den kortere ende af fiberen gennem tragten stykke fra midten bassinet af jig.Fortsæt med at fodre fiberen gennem jig tragten, indtil det meste af fiberens længde er igennem. Foder den bageste del af fiberen gennem en tilgængelig kanal ved hjælp af kulfiberværktøjet. Fortsæt med at fodre gennem ryggen, indtil omkring fem millimeter fiber stikker ud eller skæres til størrelse, hvis det er nødvendigt.For at fjerne isoleringen i stikden skal du bruge en standard gnisthjulstænder til at passere flammen over de udsatte fibre og derefter fodre den flammede fiber gennem jig, så den flammede fiberdel nu er inden for kanalen, samtidig med at det sikres, at ingen fibre stikker ud af bagsiden af jig. Påfør UV-hærdet dental cement til bassinfibrene i jig til at fylde hele bassinet, der dækker åbninger af både kanaler og tragt. Når du har fjernet jig fra skruestikken og orienteret jig, så tragten peger ned, skal du fastgøre jig med stikket ende peger op.Fyld nålen med sølvtryk, og sæt forsigtigt nålen i én kanal, indtil den stoppes af tandcementet. For at fylde kanalen med maling skal du langsomt trykke sprøjten, mens du fjerner nålen fra kanalen, derefter dyppe en bomuldsspidsapplikator i fortynderen og rense bunden af jig overfladen af enhver maling. Sæt nu hovedtrinstikket i den rigtige retning ved at justere stifterne med kanalerne.Når hovedscenestikket sidder lige, oprejst og er så skyllet til jig som muligt, skal du fastgøre hovedtrinstikket til jig ved at anvende tandcement langs kanten, hvor hovedtrinstikket møder jig, derefter UV-kur i 20 sekunder. For at skære elektrodespidsen til den ønskede længde skal elektroden sænkes til et bæger af deioniseret eller destilleret vand, indtil tragtspidsen er helt nedsænket og holdt normal til overfladen. Nu bringe de enkelte kulfibre sammen ved at fjerne elektroden fra vandet.Læg elektroden, så fibrene lå flush på styrefladen og skær fibrene til den ønskede længde med en skalpel i en rullende bevægelse, og fastgør derefter elektroden til multielektrode impedanstesteren ved hjælp af den relevante adapter og test impedansen. Sænk nu elektrodespidsen omkring to millimeter ned i et mikrocentrifugerør på 0,1 molar PBS, og sæt jordledning i mikrocentrifugerøret. For at reducere impedansen af elektrodespidsen skal du injicere en positiv strøm med den valgte amplitud og varighed og derefter skylle fibrene i deioniseret eller destilleret vand for at rense.Dernæst for at udføre elektroplating i guldbelægningsopløsningen skal elektrodebundtet tippe ca. to millimeter ind i mikrocentrifugerøret i platingblandingen og indsætte jordledningen i mikrocentrifugerøret. Angiv derefter passende parametre for elektroplating. Skyl fibrene grundigt med deioniseret eller destilleret vand efter elektroplating.Det repræsentative SEM-billede af forberedt kulfiber viste en guldbelægningsopløsning koncentreret på spidsen. Fiberen elektroplating i guld resulterede i nedsat impedanser egnet til optagelsen. Impedans værdier fra 300 kanaler efter indledende skæring, positiv strøm injektion, og elektroplating viste nedsat impedans værdier efter hver behandling trin.Moderat guld elektroplating varigheder produceret de små og afrundede aflejringer på kulfiber bundt tips. Derudover blev stabil 64-kanals elektrofysiologisk aktivitet i retrosplenial cortex af en frit opførende voksen hanmus analyseret. Resultaterne viste konsistensen af registreringskvaliteten, robust enkeltenhedsdetektering, konsistens over tid som vist ved ikke-normaliserede spike waveforms og stabilt støjgulv.Også rå spænding spores 11 måneder efter implantation viste robust lokale felt potentiale. Et repræsentativt eksempel på en akut 16-kanals kulfiber mikroelektrode array optagelse erhvervet fra den primære visuelle cortex af en voksen kvindelig fritte er også vist her. Kulfiber mikroelektrode arrays tillader kortsigtet eller kronisk registrering af nærliggende neuroner i hjernen over lange perioder, hvilket er afgørende for at forstå neurale kredsløb.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Construction and Implementation of Carbon Fiber Microelectrode Arrays for Chronic and Acute In Vivo Recordings

High-density EEG Recordings of the Freely Moving Mice using Polyimide-based Microelectrode

Electroencephalogram (EEG) indicates the averaged electrical activity of the neuronal populations on a large-scale level. It is widely utilized as a ...

Functional Neuroimaging Using Ultrasonic Blood-brain Barrier Disruption and Manganese-enhanced MRI

Funktionel Neuroimaging Med Ultrasonic blod-hjerne barrieren forstyrrelser og mangan-forstærket MRI

Although mice are the dominant model system for studying the genetic and molecular underpinnings of neuroscience, functional neuroimaging in mice remains ...

Design and Assembly of an Ultra-light Motorized Microdrive for Chronic Neural Recordings in Small Animals

The ability to chronically record from populations of neurons in freely behaving animals has proven an invaluable tool for dissecting the function of ...

Dual Electrophysiological Recordings of Synaptically-evoked Astroglial and Neuronal Responses in Acute Hippocampal Slices

Dobbelte Elektrofysiologiske Optagelser af synaptisk-evoked astrogliale og Neuronal respons i Akut hippocampusskiver

Astrocytes form together with neurons tripartite synapses, where they integrate and modulate neuronal activity. Indeed, astrocytes sense neuronal inputs ...

Fiber-optic Implantation for Chronic Optogenetic Stimulation of Brain Tissue

Fiberoptisk implantation for kronisk Optogenetic Stimulation af hjernevæv

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

Acute In Vivo Electrophysiological Recordings of Local Field Potentials and Multi-unit Activity from the Hyperdirect Pathway in Anesthetized Rats

Acute In Vivo Electrophysiological Recordings of Local Field Potentials and Multi-unit Activity from the Hyperdirect Pathway in Anesthetized Rats

Spids<em&gt; In vivo</em&gt; Elektrofysiologiske optagelser af lokale feltpotentialer og multi-enhed aktivitet fra Hyperdirect-banen i bedøvede rotter

Converging evidence shows that many neuropsychiatric diseases should be understood as disorders of large-scale neuronal networks. To better understand the ...

Recording and Modulation of Epileptiform Activity in Rodent Brain Slices Coupled to Microelectrode Arrays

Optagelse og graduering af Epileptiform aktivitet i gnavere hjernen skiver koblet til mikroelektrode Arrays

Temporal lobe epilepsy (TLE) is the most common partial complex epileptic syndrome and the least responsive to medications. Deep brain stimulation (DBS) ...

Chronic Implantation of Multiple Flexible Polymer Electrode Arrays

Kronisk implantation af flere fleksible polymer elektrode systemer

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

Stereotaxic Surgery for Implantation of Microelectrode Arrays in the Common Marmoset (Callithrix jacchus)

Stereotaxic Surgery for Implantation of Microelectrode Arrays in the Common Marmoset Callithrix jacchus

Stereotaxisk kirurgi ved implantation af mikroelektrode systemer i den fælles Marmoset (Callithrix jacchus)

Marmosets (Callithrix jacchus) are small non-human primates that are gaining popularity in biomedical and preclinical research, including the ...

Preparation of Acute Human Hippocampal Slices for Electrophysiological Recordings

Forberedelse af akut humane hippocampale skiver til elektrofysiologiske optagelser

Epilepsy affects about 1% of the world population and leads to a severe decrease in quality of life due to ongoing seizures as well as high risk for ...