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 takke Greg Guitchounts for veiledning med elektrodedesign og konstruksjon og Tim Gardner for å åpne opp laboratoriet og fasilitetene sine for oss. Vi vil takke Christos Michas for hans hjelp med PDS-bruk ved kjerneanlegget Bio-Interface and Technology og Neil Ritter, Jon Spyreas og David Landesman for deres hjelp til å designe tidlige versjoner av 16-kanals jig. Vi vil takke Tim Cavanaugh for hans hjelp med SEM-bildebehandling ved 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 protokollen beskriver hvert trinn som er nødvendig for å konstruere en funksjonell CFEA for både akutt og kronisk bruk. Prosessen som beskrives kan tilpasses forskerens behov, noe som gjør den til et tilgjengelig og billig alternativ for overvåking av enkeltnevroner over måneder. Protokollen viser muligheten for å registrere både robust enkeltenhetsaktivitet i løpet av minutter etter implantasjon hos et bedøvet dyr, og over fire måneder i et våkent, oppførende dyr, som illustrerer potensialet til disse CFEAene for å studere kortsiktige og langsiktige endringer i nevrale responser.
Trinnene i protokollen som er beskrevet har blitt grundig testet og forbedret over tid for å gi en effektiv prosedyre som kan fullføres raskt, til en lav marginal kostnad (< $ 100,00), med muligheten til å registrere entydige enkeltenheter, tett og stabilt over måneder. Byggetrinnene kan fullføres på mindre enn én dag og vil produsere elektrofysiologiske signaler som kan sammenlignes med ethvert ledende kommersielt array. CFEAene har også et mye mindre fotavtrykk (16-kanals bunt med fibre har en diameter på ~ 26 μm) enn lignende kommersielle matriser, og deres biokompatibilitet gjør dem egnet for langvarig bruk13. Det er viktig at det er flere kritiske trinn og instruksjoner som må følges for å produsere en fungerende CFEA med sammenlignbar ytelse.
På grunn av karbonfibrenes skjørhet må de håndteres med største forsiktighet. Håndtering av dem med skarpe tang eller andre verktøy kan føre til brudd på fibrene. I tillegg er det viktig å konstruere CFEAene i et rom med begrenset luftbevegelse slik at fibrene ikke blåser bort. Når du flaming den bakre delen av fibrene, trenger lighteren bare å flyttes i en frem og tilbake bevegelse veldig kort, i ca 1 s. Trinnene etter denne fjerningen av isolasjon er avgjørende for å konstruere en elektrode med arbeidskanaler. De flammede spissene skal mates inn i jig uten ytterligere kontakt. Deretter, når du fyller bassenget med tannsement, er det viktig at sementen påføres forsiktig og fyller kanalene og traktbassenget helt, lukker åpningene uten å fylle dem. Tannsementen skal da være fullstendig herdet med UV-lys før du fortsetter. Når dette er fullført, skal sølvmaling injiseres i hver kanal til den er helt fylt, men ikke sølt ut. Dette er det mest variable trinnet i prosessen. Enhver overfylling kan produsere krysstale mellom kanaler, og utilstrekkelig fylling kan føre til en tilkoblingsfeil. Hvis du ikke klarer å injisere sølvmaling ved hjelp av en 25 G nål, er det sannsynlig at løsningen er for viskøs, og i dette tilfellet kan en liten mengde malingstynner legges til for å skape en mer flytende løsning. Når alle kanalene er fylt, og headstage-kontakten er satt inn, er det viktig å la matrisen herde i 24 timer før du sikrer kontakten med tannsement. Vi fant ut at unnlatelse av å gjøre det senket antall tilkoblede kanaler. Påføring av en sjenerøs mengde tannsement er også viktig, slik at kontakten ikke kobles fra ved grensesnitt med signalanskaffelsessystemet. Hvis de løsnes, er det mulig å forsøke å koble til gjentatt fylling av kanaler med sølvmaling, men brukeren bør teste impedansverdiene til CFEA for å vurdere antall tilkoblede kanaler. Å la tannsementen kurere over natten tjener også til å forhindre potensiell løsrivelse.
Måling av elektrodens impedans vil gi en nøyaktig estimering av tilkoblede kanaler. Dette kan gjøres etter nedsenking av jordings- og referanseledningene og karbonfiberspissene i PBS. Vi har observert at en høy impedans (>15 MΩ) indikerer en åpen, ikke-tilkoblet kanal. Før injisering av strøm og elektroplettering kan en tilkoblet kanal ha en rekke impedansverdier som bør reduseres betydelig med denne prosessen. Gjennomsnittlig antall tilkoblede kanaler (impedans < 4 MΩ etter nåværende injeksjon) per 16-kanals elektrode var 12,96 ± 2,74 (gjennomsnittlig ± SD; N = 48 elektroder). En rekke elektropletteringstider ble testet, og 30 s produserte overlegen signalisolasjon blant opptaksstedene (figur 5). Mens det er godt fastslått at PEDOT-pTS12,24,25,26 og PEDOT-TFB21 gir pålitelige alternativer for å forberede karbonfiberopptakssteder, fant vi ut at plating med gull, en bevist og pålitelig metode for elektropletteringselektroder for kronisk implantasjon27,28 , økt implantasjonsmiddel og forhindret at elektrodespissene klumpet seg sammen. Ved å produsere endelige impedansverdier på mindre enn 0,2 MΩ i gjennomsnitt, viser denne metoden seg sammenlignbar med verdier oppnådd ved hjelp av PEDOT-TFB21 og PEDOT-pTS26.
Når du implanterer mikroelektrode arrayet, er det viktig å visuelt følge innsettingen av karbonfiberspissene under mikroskopet. Vellykket innsetting bør være tydelig, uten bøyning av fibrene. Hvis fibrene ser ut til å spenne, er det usannsynlig at de vil komme inn i hjernen. I dette tilfellet bør probens vinkel justeres for et nytt forsøk. Denne prosessen kan fortsette til innsettingen av sonden er vellykket. Når elektroden er på ønsket dybde, har vi funnet ut at å vente minst 30 minutter vil tillate sonden å bosette seg for optimal signalanskaffelse (akutte opptak).
CFEAene som er beskrevet, i tillegg til deres lille fotavtrykk og biokompatibilitet, tilbyr et robust, tilpassbart alternativ til kommersielle arrays på grunn av deres enkle konstruksjon og lave kostnader. Den største begrensningen for CFEAene som er beskrevet i denne protokollen, er skalerbarheten deres. På grunn av den manuelle karakteren av konstruksjonen, kan det hende at skalering til design med hundrevis av innspillingssteder ikke er praktisk. I tillegg vil fremskritt innen mikroelektrod array fabrikasjon ved hjelp av nanoteknologi muliggjøre større befolkningsopptak enn metodene beskrevet her. Denne protokollen gir imidlertid CFEA-tilgjengelighet til laboratorier som er interessert i benkproduksjon av karbonfiberelektroder. Vi observerte ingen tap av stabilitet eller redusert robusthet i piggamplitude i løpet av de 120-dagers kroniske eksperimentene, som indikert av en representativ enkeltkanal som er typisk for våre observasjoner på den tidsskalaen (Figur 6A-E). I tillegg viser CFEAene kapasiteten for vedvarende enkeltenhetsaktivitet, da fire enkeltenheter forble merkbare 11 måneder etter implantasjon i musen (Figur 6G,H). Det er også mulig å oppnå stabile enkeltenhetsopptak akutt (figur 7), som gir en fordel i forhold til mange andre kommersielle elektroder for studiet av enkelt neuroner over korte tidsperioder. I fremtiden vil utviklingen av slike fleksible, biokompatible sonder med minimal diameter muliggjøre studiet av komplekse prosesser. Disse verktøyene vil gi betydelig nytte i utviklingen av nevral teknologi, inkludert applikasjoner i hjerne-maskin grensesnitt (BMIer), som krever kontinuerlig, langsiktig stabilitet29.

Elektroder og elektrodekjeder er verdifulle verktøy for å forstå hvordan hjernen behandler informasjon på nevronnivå. Mens elektrofysiologiske opptak har vært oppnåelige i over to århundrer1, er det fortsatt ikke mulig å måle aktiviteten til hele nevrale kretser samtidig ved den romlige og tidsmessige oppløsningen som kreves for å fange spiking av individuelle nevroner. Selv om ikke-invasive metoder, for eksempel elektroencefalografi2, positronutslippstopografi3og funksjonell magnetisk resonansavbildning4 tillater målinger av hele hjernen, kan de ikke oppnå den romlige og tidsmessige oppløsningen som er nødvendig for å løse aktiviteten til nevrale kretser2,5. I motsetning til dette kan avbildningsmetoder som optisk avbildning ved hjelp av spenningssensitive fargestoffer eller genetisk kodede kalsiumindikatorer oppnå romlig oppløsning med én enhet, men de utgjør problemer som lav tidsoppløsning og dårlig selektivitet3,4,5,6. Elektriske opptak er et kraftig alternativ til disse metodene. Registrering av elektroder gir uovertruffen temporal oppløsning og lar brukeren gjøre målinger med piggtidspresisjon i alle områder av hjernen7. I tillegg muliggjør kronisk implanterte multielekrode arrays (MEAer) storskala (titalls til hundrevis av celler), encellede opptak i oppførende dyr over en periode på dager til måneder8,9. Silisiumsonder som registrerer ved høyere tettheter har imidlertid et stort fotavtrykk og er svært invasive, og kronisk implanterte arrayer genererer ofte en betennelsesrespons, vevinnkapsling og nevronal død10,11,12,13.
Begrensningene til eksisterende elektroder har resultert i nyere innovasjoner som muliggjør stabile, høyoppløselige, langsiktige opptak. Typiske elektroder består av en metallisk leder, for eksempel wolfram eller platina-iridium, eller er silisium- eller polymerbaserte. Mens metallbaserte mikrowire-arrayer kan opprettholde langsiktige, stabile opptak, har de et mye større fotavtrykk, med en enkelt lednings diameter fra 10-200 μm14. I motsetning gir silisiumbaserte elektrodekjeder opptak med høy romlig oppløsning, men på grunn av deres relativt stive design er de vanligvis ikke i stand til å opprettholde signalet og posten fra de samme nevronene over mange måneder15. Den siste utviklingen i silisiumbaserte arrayer har resultert i elektroder som pålitelig kan utføre kroniske opptak, men disse matrisene kan ikke brukes til å registrere fra dype hjerneregioner hos større dyr og er ment for lineære opptak9. Fremskritt innen polymer arrays har resultert i økt fleksibilitet og registrering stabilitet av enkeltenheter og tilbyr potensialet for høy tetthet opptak i nærfremtid,men med begrenset tilgjengelighet i dag8,16,17. Karbonfibre gir mulighet for opptak med høy tetthet med hyllematerialer som er beskrevet her.
Karbonfiberopptak av mikroelektroder har blitt brukt i flere tiår, med de første karbonfiberelektrodene som består av en enkelt karbonfiber satt inn i en glassmikropipette. Disse mikroelektrodene ble brukt til ekstracellulære opptak med én enhet, og selv om signal-til-støy-forholdet var sammenlignbart med de beste mikroelektrodene i wolfram i glass, var de fordelaktige på grunn av deres fleksibilitet, lavere impedansverdier og enkelhet til å produsere18,19. Arbeidet med å utvikle karbonfiberelektrodekjeder har nylig akselerert på grunn av biosensingsegenskapene til karbonfibre. I tillegg til økt biokompatibilitet og eksepsjonell elektrisk ledningsevne, har de et unikt sett med egenskaper, inkludert høy temperaturmotstand, lav relativ tetthet, høy strekkfasthet, lav bøyestivhet, høy deteksjonsfølsomhet og et lite tverrsnittsområde10,12. Alle disse egenskapene har motivert utviklingen av karbonfibermikroelektrode arrays (CFEAer) som letter kroniske, stabile, høyavkastningsopptak av enkeltnevroner. Slike CFEAer kan nå lages for hånd20,21 ( figur1), noe som gir mikroelektrode matriser som kan holde enkle nevroner over måneder. Beskrevet her er en tilgjengelig byggeprosess for CFEAer som har blitt tilpasset på to måter for akutte og kroniske opptak av individuelle nevroner 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

Flerkanalselektrode arrayer gir innsikt i arbeidshjernen og tjener til å belyse nevrale prosesser på encellede og kretsnivåer. Utvikling av disse verktøyene er avgjørende for å forstå kompleks atferd og kognisjon og for å fremme kliniske anvendelser. Det er imidlertid fortsatt en utfordring å registrere tett fra cellepopulasjoner stabilt og kontinuerlig over lange tidsperioder. Mange populære elektroder, som tetroder og silisiumkjeder, har store kryssdiametre som produserer skade ved innsetting og fremkaller kroniske reaktive vevsresponser forbundet med nevronal død, noe som hindrer registrering av stabil, kontinuerlig nevral aktivitet. I tillegg viser de fleste trådbunter bred avstand mellom kanaler, og utelukker samtidig opptak fra et stort antall celler gruppert i et lite område. Karbonfibermikroelektrode-arrayene som er beskrevet i denne protokollen, tilbyr en tilgjengelig løsning på disse bekymringene. Studien gir en detaljert metode for fremstilling av karbonfibermikroelektrode arrayer som kan brukes til både akutte og kroniske opptak in vivo. De fysiske egenskapene til disse elektrodene gjør dem ideelle for stabile og kontinuerlige langsiktige opptak ved høye celletettheter, slik at forskeren kan gjøre robuste, entydige opptak fra enkeltenheter over måneder.

Med ferdigstillelsen av denne protokollen vil stabile opptak av enkeltenhets spikingaktivitet være mulig. Disse mikroelektrode-arrayene kan tilpasses i materiale, kanaltelling og hodesettadapter basert på forskerens behov. Elektroplettering av fibre i gull resulterer i reduserte impedanser egnet for opptak (Figur 4 og figur 5). Hvis brukeren har til hensikt å registrere kronisk, kan målinger gjøres etter at dyret har kommet seg fra den kirurgiske prosedyren. Kroniske prosedyrer har resultert i stabile enkeltenhetsopptak i minst 120 dager. Et representativt opptak er vist i figur 6, som illustrerer stabil 64-kanals elektrofysiologisk aktivitet i retrosplenial cortex av en fritt oppførende, voksen mannlig mus. Hvis et akutt preparat er ment, kan opptakene begynne kort tid etter implantasjon (~ 30 min). Dette vil gi tid for elektroden til å bosette seg i hjernen. Figur 7 gir et representativt eksempel på et akutt 16-kanals CFEA-opptak anskaffet fra den primære visuelle cortexen til en voksen kvinnelig ferret. Spike sortering i mus og ferret ble utført med spike sortering programvare (se Tabell over materialer).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62760/62760fig01.jpg"> Figur 1: Anatomi av 16- og 32-kanals karbonfibermikroelektrode-arrayer (CFEAer). (A) Skjemaer for 32-kanals (topp) og 16-kanals (bunn) CFEA fra tre forskjellige visninger. 16-kanals CFEA har en utvidet design for håndteringsformål. Den 32-kanals designen har et flatt ansikt som gjør at to stikk kan kombineres for en 64-kanals CFEA. Begge diagrammene har identifiserende strukturer merket med dimensjoner. Koblingsenden angir plasseringen av koblingsinnsettingen, og GND/REF-kanaler angir hvor jordingsledningen er satt inn. Traktbassenget refererer til stedet som fibrene passerer gjennom for å bli lagt over uv lysherdet tannsement, og traktspissen betyr stedet hvor fibrene går ut av jig. Traktspissen er delt inn i kvadranter for å minimere fibre som klamrer seg sammen og skaper skade. Fibrene trekkes senere inn i en enkelt bunt ved bruk av tannsementen. Jigs skrives ut på 3D ved hjelp av SLA-harpiksskrivere. Diagrammer forstørres for å vise detaljer. (B) Konstruert CFEA. Diagrammet har identifisert strukturer merket. Den blå buntspissen representerer segmentet av karbonfibrene som får opptaksmålinger. Den grå i traktbassenget og rundt kontakten indikerer UV-lysherdet tannsement som holder karbonfibre på plass i traktbassenget og fester kontakten til jig. Den lilla ledningen representerer jordledningen. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62760/62760fig01large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62760/62760fig02.jpg"> Figur 2: Lasting av rå karbonfibre i kassetter for parylen C-belegg. (A) Karbonfibre lastes på patroner overlagt med to strimler dobbeltsidig tape (blå). Hver kassett er lastet med ~25 fibre. (B) Kassetter lastes inn i en laserkuttet holder (grå) som forberedelse til parylen C-belegg. Hver har ti kassetter. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62760/62760fig02large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62760/62760fig03.jpg"> Figur 3: Karbonfibermikroelrode array (CFEA) bunt konstruksjon skjematisk. (A) 16 individuelle, belagte karbonfibre (svart) er gjenget gjennom 32-kanals 3D-trykt jig (grå). (B) Karbonfiberspisser kuttes med mikrosaks, slik at overflødig fiber er lik høyden på jigbasen, som strekker seg ut av jig-basen. (C) En standard gnisthjulslyse i plast overføres raskt over overflødig fiber for å fjerne parylen C-isolasjon. Skjemaet øverst til høyre viser fjerning av parylen fra 9 av de 12 fibrene. (D) Fibre settes inn i jigen igjen til fiberenden er i flukt med sokkelen. Skjematisk øverst til høyre viser gjeninnsetting av 9 fibre med uisolerte (grå) fiberspisser plassert inne i jig-basen. JIG blir deretter vendt over og trinn A-D gjentas for å tre de motsatte 16 kanalene. (E) Jigen er fylt med tannsement for å sikre fibrene. Sølvtrykk injiseres i hver brønn på jig-basen. (F) Hannkontakten settes inn i jig-sokkelen. (G) CFEA og skalpell er frosset i en -20 °C fryser. Matrisespissen er kuttet til ønsket lengde, og etterlater 32 jevne fibre. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62760/62760fig03large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62760/62760fig04.jpg"> Figur 4: Tipsbehandling og elektroplettering. (A) Elektrodespisser plasseres først i 0,1 M PBS, der strømmen går gjennom hver elektrode. Spissene skyller deretter og overføres til en gullbeleggløsning, hvor de er elektrobelagt med strømmen. (B) SEM bilder av forberedt karbonfiber viser gull plating løsning konsentrert på spissen. Skalastang representerer 4 μm. (C) Impedansverdier fra 168 kanaler etter første kutting (lilla; 3,11 MΩ ± 0,42 MΩ, median ± SE, n = 168 fibre), positiv strøminjeksjon (rosa; 1,23 MΩ ± 0,36 MΩ, median ± SE, n = 168 fibre) og elektroplettering (oransje; 0,19 MΩ ± 0,15 MΩ, median ± SE, n = 168 fibre) viser reduserte impedansverdier etter hvert behandlingstrinn. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62760/62760fig04large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62760/62760fig05.jpg"> Figur 5: Moderat gullelektropleringsvarighet produserer små, avrundede avleiringer på tips om karbonfiberbunt. Karbonfiberspissene som er avbildet er alle fra forskjellige mikroelektrode arrays, som reflekterer forskjellige varigheter av injisert strøm for impedansreduksjon eller gullbelegg. Bilder skildrer i tillegg parylen C-belegget, som isolerer karbonfibrene og forhindrer oppkjøp av signal fra et annet sted enn fibrene. (A) Skanne elektronmikroskopibilde av karbonfiberspisser etter frysing og lage et enkelt kutt med et barberblad. Skalastenger representerer 10 μm. (B) Samme som A, men deretter etterfulgt av injeksjon av positiv strøm i 10 s. (C) Samme som B, men deretter elektrobelagt med gull i 5 s. (D) Samme som B, men deretter elektrobelagt med gull i 15 s. (E) Samme som B, men deretter elektrobelagt med gull i 30 s. (F) Samme som B, men deretter elektroplated med gull for 120 s. Vi fant ut at elektroplettering i 30 s med en strøm på -0,05 μA var optimal for elektrofysiologiske opptak. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62760/62760fig05large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62760/62760fig06.jpg"> Figur 6: Kroniske ekstracellulære opptak i fritt oppførende mus retrosplenial cortex med karbonfiber mikroelektrode arrays viser vedvarende, stabil nevral aktivitet. (A) Elleve bandpasserte spenningsspor ble registrert samtidig. Etterfølgende spor registrert fra den første kanalen (øverste rad) er plottet inn i B for å vise holdbarhet over tid. De resterende ti radene viser konsistensen av å registrere kvalitet og vise robust aktivitet på tvers av matrisen. Skalalinjen til venstre for hver sporing representerer et 200 μV-potensial. (B) Bandpasserte data fra samme fiber som i toppsporet i A, utvidet for å vise robust aktivitet på tvers av en 120-dagers kontinuerlig innspilling. (C) Clustering avslører robust enkeltenhetsdeteksjon over måneder. Spor representerer den gjennomsnittlige bølgeformen til en kontinuerlig observerbar representativ enkeltenhet over 120 dager, hentet fra fiberen plottet i B ved hvert tidspunkt. (D) Gjennomsnittlige, ikke-normaliserte bølgeformer for innsamlingslager fra C stablet for å vise konsekvens over tid. (E) Karbonfiberopptak viser et stabilt støygulv over mange måneder. Standardavviket for støygulvet (spor minus spiking aktivitet) i B viser ingen progressiv endring i støy. Barer representerer gjennomsnittlig forurensning. Feilfelt representerer standardavvik. (F) Skaler tegning av en mus med kronisk implantert CFEA og hodesprøyte. (G) Råspenningsspor (øverst) 11 måneder etter implantasjon viser robust LFP. Bandpassert spenningsspor (bunn) viser jevn nevral aktivitet. (H) Gjennomsnittlig spike waveform av nevronen registrert på fiberen fra C, underlaid av de første 1000 forekomstene av spiking aktivitet. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62760/62760fig06large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62760/62760fig07.jpg"> Figur 7: Karbonfibermikroelektrode array (CFEA)-opptak fra ferret primær visuell cortex. (A) Bølgeformer av spike sorterte enkeltenheter registrert fra en 16-kanals CFEA. Virkningspotensialer fra enslige nevroner var ofte tydelige på flere kanaler ved litt forskjellige amplituder. (B) Retningsjusteringskurver fra utvalgte nevroner. Farger tilsvarer innspilte enheter i A. Piler angir retningen på stimulusbevegelsen. Skalalinjer angir svarprosenten. Feilfelt angir gjennomsnittssvaret med standardfeil. Den vannrette stiplede linjen representerer den samme cellens spontane avfyringshastighet under eksponering for en tom skjerm. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62760/62760fig07large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.</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 protokollen beskriver en prosedyre for å konstruere karbonfibermikroelektrode arrayer for kroniske og akutte in vivo elektrofysiologiske opptak i mus (Mus musculus) og ferret (Mustela putorius furo) fra flere hjerneregioner. Hvert trinn, etter kjøp av rå karbonfibre til mikroelektrode array implantasjon, er beskrevet i detalj, med vekt på mikroelektrode array konstruksjon.

Bygging og implementering av karbonfibermikroelektrode arrays for kroniske og akutte In Vivo-opptak

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

Benk toppkonstruksjonen beskrevet her er en av de få tilgjengelige elektrodeteknologiene som tillater opptak fra tette klynger av nevroner og følger mange av disse nevronene over tid. Karbonfiber mikroelektrode arrays er billige å bygge. De er små, biokompatible og beveger seg med hjernen, noe som gir sunne og stabile opptak.Karbonfibre er ekstremt tynne, og i utgangspunktet er de veldig vanskelige å se. Men etter noen dager med å jobbe med dem, blir de lettere å manipulere. Til å begynne med legger du et stykke dobbeltsidig tape på to lange sider av kassetten, og justerer kanten av båndet med den indre kanten av kassetten.For å forberede et karbonfibermanipuleringsverktøy, pakk et lite stykke limfilm rundt en 30 gauge nål for å danne et skarpt, men fleksibelt punkt med filmen. Deretter skiller du individuelle fibre fra den bakte bunten og legger dem parallelt med kortsiden av kassetten som holder en avstand på to til tre millimeter. Etter å ha sikret montering av 20 til 30 fibre på hver kassett, forsegler du fibrene på plass ved å legge klart tape over dobbeltpinnebåndet og plassere de fylte kassettene i kassettholderen.For å montere karbonfibermikroelektrode arrayet, begynn å mate hver jordingsledning gjennom riktig kanal på kontaktenden av jig og fortsett til to ender er like lange. Vri dem deretter sammen for å sikre dem på jig. Påfør UV-herdet tannsement for å sikre ledningen samtidig som du ikke får noen tannsement i den åpne kanalen der ledningen mates gjennom.Bruk UV-herdestaven til å herde tannsementen i 20 sekunder og juster jig og vice slik at koblingsenden, vasken og traktspissen er synlige. Deretter orienterer du jig slik at trakten peker bort fra brukeren og kontakten slutter vendt mot brukeren. Skyv deretter nålespissen på 25 gauge mot kassetten på det potensielle fiberfjerningsstedet og skjær en enkelt karbonfiber ut av kassetten.Hold den nykuttede frie enden av fiberen ved hjelp av et karbonfiberverktøy, og bruk nålen til å kutte den andre enden av fiberen bort fra kassetten. Bruk deretter karbonfiberverktøyet igjen for å plukke opp karbonfiberen slik at den ene enden er omtrent en centimeter lang fra verktøyet. Bruk det fibermonterte karbonfiberverktøyet til å mate den kortere enden av fiberen gjennom traktstykket fra midtbassenget på jig.Fortsett å mate fiberen gjennom jig-trakten til mesteparten av lengden på fiberen er gjennom. Før den bakre delen av fiberen gjennom en tilgjengelig kanal ved hjelp av karbonfiberverktøyet. Fortsett å mate gjennom ryggen til omtrent fem millimeter fiber stikker ut eller kuttes til størrelse om nødvendig.For å fjerne isolasjonen i kontaktenden, bruk en standard gnisthjulslyse for å sende flammen over de eksponerte fibrene, og før deretter den flammede fiberen gjennom jigen slik at den flammede fiberdelen nå er innenfor kanalen, samtidig som du sikrer at ingen fibre stikker ut av baksiden av jig. Påfør UV-herdet tannsement på bassengfibrene på jig for å fylle hele bassenget, som dekker åpningene til både kanaler og trakt. Etter å ha fjernet jig fra skrustikken og orientert jig slik at trakten peker ned, fest jig med kontaktenden pekende opp.Fyll nålen med sølvtrykk og sett nålen forsiktig inn i en kanal til den stoppes av tannsementen. For å fylle kanalen med maling, trykk sprøyten langsomt mens du fjerner nålen fra kanalen, dypp deretter en bomullsspissapplikator i malingstynneren og rengjør bunnen av jigoverflaten på malingen. Sett nå hodetrinnkontakten i riktig retning ved å justere pinnene etter kanalene.Når hodetrinnkontakten sitter rett, oppreist og er så spylt til jig som mulig, fester du hodetrinnkontakten til jIG ved å påføre tannsement langs kanten der hodetrinnkontakten møter jIG, deretter UV-kur i 20 sekunder. For å kutte elektrodespissen til ønsket lengde, senk elektroden ned i et beger med deionisert eller destillert vann til traktspissen er helt nedsenket og holdt normalt til overflaten. Ta nå de enkelte karbonfibrene sammen ved å fjerne elektroden fra vannet.Legg elektroden slik at fibrene ligger flush på føringsoverflaten og kutt fibrene til ønsket lengde med en skalpell i en rullende bevegelse, fest deretter elektroden til multielektrorode impedanstesteren ved hjelp av riktig adapter og test impedansen. Senk nå elektrodespissen omtrent to millimeter ned i et mikrosenterrør på 0,1 molar PBS, og sett jordledningen inn i mikrocentrifugerøret. For å redusere impedansen til elektrodespissen, injiser en positiv strøm med den valgte amplituden og varigheten, og skyll deretter fibrene i deionisert eller destillert vann for å rengjøre.Deretter, for å utføre elektroplettering i gullbeleggløsningen, senk elektrodebuntspissen omtrent to millimeter inn i mikrosentrifugerøret i platingblandingen og sett jordledningen inn i mikrocentrifugerøret. Sett deretter passende parametere for elektroplettering. Skyll fibrene grundig med deionisert eller destillert vann etter elektroplettering.Det representative SEM-bildet av tilberedt karbonfiber viste en gullbeleggløsning konsentrert på spissen. Fiberelektropletten i gull resulterte i reduserte impedanser egnet for opptaket. Impedansverdier fra 300 kanaler etter første kutting, positiv strøminjeksjon og elektroplettering viste reduserte impedansverdier etter hvert behandlingstrinn.Moderat gullelektriseringsvarighet produserte de små og avrundede avsetningene på karbonfiberbuntspissene. I tillegg ble stabil 64-kanals elektrofysiologisk aktivitet i retrosplenial cortex av en fritt oppførende voksen mannlig mus analysert. Resultatene viste konsistensen av opptakskvalitet, robust enkeltenhetsdeteksjon, konsistens over tid som vist av ikke-normaliserte piggbølgeformer og stabilt støygulv.Også råspenning sporet 11 måneder etter implantasjon viste robust lokalt feltpotensial. Et representativt eksempel på en akutt 16-kanals karbonfibermikroelektrode array-opptak kjøpt fra den primære visuelle cortexen til en voksen kvinnelig ferret er også vist her. Karbonfibermikroelektrode arrays tillater kortsiktig eller kronisk registrering av nærliggende nevroner i hjernen over lange perioder, noe som er viktig for å forstå nevrale kretser.

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

Funksjonell Bildediagnostiske Bruke Ultrasonic blod-hjerne barrieren avbrudd og mangan forbedret MR

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

Dual Elektrofysiologiske Opptak av Synaptically-fremkalt Astroglial og Neuronal Responses i akutt hippocampus Slices

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 Implantasjon for kronisk Optogenetic Stimulering av hjernevev

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

Akutt<em&gt; In vivo</em&gt; Elektrofysiologiske opptak av lokale feltpotensialer og multi-enhet 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

Opptak og modulering Epileptiform aktivitet i gnager hjernen skiver koplet til Microelectrode matriser

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 av flere fleksible polymer elektrode rekker

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

Stereotaxic kirurgi for implantation av Microelectrode arrays i Common 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

Fremstilling av akutte menneskelige hippocampale skiver for elektrofysiologiske opptak

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 ...