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 vill tacka Greg Guitchounts för vägledning med elektroddesign och konstruktion och Tim Gardner för att ha öppnat sitt labb och anläggningar för oss. Vi vill tacka Christos Michas för hans hjälp med PDS-användning vid kärnanläggningen Bio-Interface and Technology och Neil Ritter, Jon Spyreas och David Landesman för deras hjälp med att utforma tidiga versioner av den 16-kanaliga jiggen. Vi vill tacka Tim Cavanaugh för hans hjälp med SEM-avbildning vid Center for Harvard Nanoscale Systems vid 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>

Författarna förklarar inga ekonomiska intressekonflikter.

Detta protokoll beskriver varje steg som är nödvändigt för att konstruera en funktionell CFEA för både akut och kronisk användning. Den beskrivna processen är anpassningsbar till forskarens behov, vilket gör det till ett tillgängligt och billigt alternativ för övervakning av enskilda neuroner över månader. Protokollet visar möjligheten att registrera både robust en enhet aktivitet inom några minuter efter implantation i ett bedövad djur, och över fyra månader i ett vaken, beter sig djur, illustrerar potentialen hos dessa CFEAs att studera kortsiktiga och långsiktiga förändringar i neurala svar.
Stegen i det beskrivna protokollet har testats noggrant och förbättrats med tiden för att ge ett effektivt förfarande som kan slutföras snabbt, till en låg marginalkostnad (< $ 100.00), med förmågan att registrera otvetydiga enskilda enheter, tätt och stabilt över månader. Konstruktionsstegen kan slutföras på mindre än en dag och kommer att producera elektrofysiologiska signaler som är jämförbara med alla ledande kommersiella matriser. CFEAs har också ett mycket mindre fotavtryck (16-kanals bunt av fibrer har en diameter på ~ 26 μm) än liknande kommersiella matriser, och deras biokompatibilitet gör dem lämpliga för långvarig användning13. Viktigt är att det finns flera kritiska steg och instruktioner som måste följas för att producera en fungerande CFEA med jämförbar prestanda.
På grund av kolfibrernas bräcklighet måste de hanteras med största försiktighet. Hantering av dem med vassa tångar eller andra verktyg kan leda till att fibrerna bryts. Dessutom är det viktigt att konstruera CFEAs i ett utrymme med begränsad luftrörelse så att fibrerna inte blåser bort. Vid flamning av fibrernas bakre del behöver tändaren bara flyttas i en fram och tillbaka rörelse mycket kort, i cirka 1 s. Stegen efter denna borttagning av isolering är avgörande för att konstruera en elektrod med arbetskanaler. De flammande spetsarna ska matas in i jiggen utan ytterligare kontakt. Sedan, när du fyller bassängen med dentalcement, är det viktigt att cementet appliceras noggrant och fyller kanalerna och trattbassängen och stänger av öppningarna utan att fylla dem. Tandcementet ska sedan härdas helt med UV-ljus innan du fortsätter. När detta är klart ska silverfärg injiceras i varje kanal tills den är helt fylld men inte spilla ut. Detta är det mest varierande steget i processen. All överfyllning kan producera korstalk mellan kanaler, och otillräcklig fyllning kan leda till ett anslutningsfel. Om det inte går att injicera silverfärg med en 25 G-nål är det troligt att lösningen är för trögflytande och i detta fall kan en liten mängd färgförtunnande läggas till för att skapa en mer flytande lösning. När alla kanaler är fyllda och huvudtätkontakten är insatt är det viktigt att låta matrisen härda i 24 timmar innan du säkrar kontakten med tandcement. Vi fann att underlåtenhet att göra detta sänkte antalet anslutna kanaler. Att applicera en generös mängd tandcement är också viktigt så att kontakten inte kopplas bort vid gränssnitt med signalförvärvssystemet. Om de lossnar är det möjligt att försöka återansluta med upprepad fyllning av kanaler med silverfärg, men användaren bör testa CFEA: s impedansvärden för att bedöma antalet anslutna kanaler. Att låta tandcementet härda över natten bidrar också till att förhindra potentiell avskildhet.
Mätning av elektrodens impedans ger en korrekt uppskattning av anslutna kanaler. Detta kan göras efter nedsänkning av mark- och referensledningarna och kolfiberspetsarna i PBS. Vi har observerat att en hög impedans (>15 MΩ) tyder på en öppen, oansluten kanal. Innan du injicerar ström och elektroplätering kan en ansluten kanal ha en rad impedansvärden som bör minska avsevärt med denna process. Det genomsnittliga antalet anslutna kanaler (impedans < 4 MΩ efter aktuell injektion) per 16-kanals elektrod var 12,96 ± 2,74 (genomsnittlig ± SD; N = 48 elektroder). Ett antal elektropläteringstider testades och 30 s gav överlägsen signalisolering bland inspelningsplatserna(figur 5). Även om det har varit välkänt att PEDOT-pTS12,24,25,26 och PEDOT-TFB21 ger tillförlitliga alternativ för att förbereda kolfiberinspelningsplatser, fann vi att plätering med guld, en beprövad och pålitlig metod för elektroplätering av elektroder för kronisk implantation27,28 , ökade lättheten i implantationen och hindrade elektrodspetsarna från att klumpa ihop sig. Vid produktion av slutliga impedansvärden på mindre än 0,2 MΩ i genomsnitt visar sig denna metod vara jämförbar med de värden som uppnåtts med PEDOT-TFB21 och PEDOT-pTS26.
Vid implantering av mikroelektrodmatrisen är det viktigt att visuellt följa införandet av kolfiberspetsarna under mikroskopet. Framgångsrik insättning bör vara uppenbar, utan böjning av fibrerna. Om fibrerna verkar buckling, är det osannolikt att de framgångsrikt kommer in i hjärnan. I detta fall bör sondens vinkel justeras för ett andra försök. Den här processen kan fortsätta tills införandet av avsökningen lyckas. När elektroden är på önskat djup har vi funnit att vänta minst 30 min gör det möjligt för sonden att nöja sig med optimal signalförvärv (akuta inspelningar).
CFEAs som beskrivs, förutom deras lilla fotavtryck och biokompatibilitet, erbjuder ett robust, anpassningsbart alternativ till kommersiella matriser på grund av deras enkla konstruktion och låga kostnad. Den största begränsningen för CFEAs som beskrivs i detta protokoll är deras skalbarhet. På grund av den manuella karaktären hos deras konstruktion kan det inte vara praktiskt att skala upp till mönster med hundratals inspelningsplatser. Dessutom kommer framsteg inom mikroelektrodmatristillverkning med hjälp av nanoteknik att möjliggöra storskaliga befolkningsregistreringar än de metoder som beskrivs här. Detta protokoll ger dock CFEA tillgänglighet till laboratorier som är intresserade av bänkskiva tillverkning av kolfiber elektroder. Vi observerade ingen förlust av stabilitet eller minskad robusthet i spik amplitud under varaktigheten av 120-dagars kroniska experiment, vilket indikeras av en representativ enda kanal som är typisk för våra observationer på den tidsskalan (figur 6A-E). Dessutom visar CFEA kapaciteten för ihållande enenhetsaktivitet, eftersom fyra enskilda enheter förblev urskiljbara 11 månader efter implantation i musen(figur 6G, H). Det är också möjligt att få stabila enenhetsinspelningar akut (figur 7), vilket ger en fördel jämfört med många andra kommersiella elektroder för studier av enskilda neuroner under korta tidsperioder. I framtiden kommer utvecklingen av sådana flexibla, biokompatibla sonder med minimala diametrar att möjliggöra studier av komplexa processer. Dessa verktyg kommer att ge betydande nytta i utvecklingen av neural teknik, inklusive applikationer i brain-machine interfaces (BMI), som kräver kontinuerlig, långsiktig stabilitet29.

Elektroder och elektrodmatriser är värdefulla verktyg för att förstå hur hjärnan bearbetar information på neuronal nivå. Medan elektrofysiologiska inspelningar har varit uppnåeliga i över två århundraden1, är det fortfarande inte möjligt att samtidigt mäta aktiviteten hos hela neurala kretsar vid den rumsliga och tidsmässiga upplösningen som krävs för att fånga spikning av enskilda nervceller. Även om icke-invasiva metoder, såsom elektroencefalografi2, positronutsläpp topografi3och funktionell magnetisk resonanstomografi4 möjliggör helhjärniga mätningar, kan de inte uppnå den rumsliga och tidsmässiga upplösning som krävs för att lösa aktiviteten hos neurala kretsar2,5. Däremot kan avbildningsmetoder som optisk avbildning med spänningskänsliga färgämnen eller genetiskt kodade kalciumindikatorer uppnå rumslig upplösning med en enhet, men de utgör problem som låg temporal upplösning och dålig selektivitet3,4,5,6. Elektriska inspelningar är ett kraftfullt alternativ till dessa metoder. Inspelningselektroder ger oöverträffad temporal upplösning och gör det möjligt för användaren att göra mätningar med spiktidsprecision i någon region i hjärnan7. Dessutom möjliggör kroniskt implanterade multielektrodmatriser (MEA) storskaliga (tiotals till hundratals celler), encellsinspelningar hos betedande djur under en period av dagar till månader8,9. Kiselsonder som registrerar vid högre densiteter har dock ett stort fotavtryck och är mycket invasiva, och kroniskt implanterade matriser genererar ofta ett inflammationssvar, vävnadsinkapsling och neuronal död10,11,12,13.
Begränsningarna hos befintliga elektroder har resulterat i nya innovationer som möjliggör stabila, högupplösta och långsiktiga inspelningar. Typiska elektroder består av en metallledare, såsom volfram eller platina-iridium, eller är kisel- eller polymerbaserade. Medan metallbaserade mikrotrådsmatriser kan upprätthålla långsiktiga, stabila inspelningar, har de ett mycket större fotavtryck, med en enda tråds diameter som sträcker sig från 10-200 μm14. Däremot ger kiselbaserade elektrodmatriser inspelningar med hög rumslig upplösning, men på grund av deras relativt styva design kan de vanligtvis inte upprätthålla signalen och spela in från samma nervceller under många månader15. Den senaste utvecklingen av kiselbaserade matriser har resulterat i elektroder som på ett tillförlitligt sätt kan utföra kroniska inspelningar, men dessa matriser kan inte användas för att spela in från djupa hjärnregioner hos större djur och är avsedda för linjära inspelningar9. Framsteg inom polymermatriser har resulterat i ökad flexibilitet och registreringsstabilitet för enskilda enheter och erbjuder potential för inspelningar med hög densitet inom en snar framtid men med begränsad tillgänglighet för närvarande8,16,17. Kolfibrer möjliggör inspelningar med högdensitetsinspelningar med färdiga material som beskrivs här.
Kolfiberregistrering av mikroelektroder har använts i årtionden, med de första kolfiberelektroderna bestående av en enda kolfiber som sätts in i en glasmikropipett. Dessa mikroelektroder användes för extracellulära inspelningar med en enhet, och även om signal-till-brus-förhållandet var jämförbart med de bästa volfram-i-glasmikrokerna, var de fördelaktiga på grund av deras flexibilitet, lägre impedansvärden och enkelhet att tillverka18,19. Arbetet med att utveckla kolfiberelektrodmatriser har nyligen accelererat på grund av kolfiberns biosensingsförmåga. Förutom deras ökade biokompatibilitet och exceptionella elektriska ledningsförmåga har de en unik uppsättning egenskaper, inklusive högtemperaturbeständighet, låg relativ densitet, hög draghållfasthet, låg böjstyvhet, hög detekteringskänslighet och ett litet tvärsnittsområde10,12. Alla dessa egenskaper har motiverat utvecklingen av kolfibermikroelektrodmatriser (CFEAs) som underlättar kroniska, stabila, högavkastande inspelningar av enstaka nervceller. Sådana CFEAs kan nu tillverkas för hand20,21 ( figur1), vilket ger mikroelektrodmatriser som kan hålla enstaka nervceller under månader. Beskrivs här är en tillgänglig byggprocess för CFEAs som har anpassats på två sätt för akuta och kroniska inspelningar av enskilda nervceller i två 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

Flerkanaliga elektrodmatriser ger insikt i den arbetande hjärnan och tjänar till att klargöra neurala processer på encells- och kretsnivåer. Utveckling av dessa verktyg är avgörande för att förstå komplexa beteenden och kognition och för att främja kliniska tillämpningar. Det är dock fortfarande en utmaning att tätt registrera från cellpopulationer stabilt och kontinuerligt under långa tidsperioder. Många populära elektroder, såsom tetroder och kiselmatriser, har stora tvärdiametrar som orsakar skador vid insättning och framkallar kroniska reaktiva vävnadssvar i samband med neuronal död, vilket hindrar registrering av stabil, kontinuerlig neural aktivitet. Dessutom uppvisar de flesta trådbuntar brett avstånd mellan kanaler, vilket utesluter samtidig registrering från ett stort antal celler grupperade i ett litet område. De kolfibermikroelektrodmatriser som beskrivs i detta protokoll erbjuder en tillgänglig lösning på dessa problem. Studien ger en detaljerad metod för tillverkning av kolfibermikroelektrodmatriser som kan användas för både akuta och kroniska inspelningar in vivo. De fysiska egenskaperna hos dessa elektroder gör dem idealiska för stabila och kontinuerliga långsiktiga inspelningar vid höga celltätheter, vilket gör det möjligt för forskaren att göra robusta, otvetydiga inspelningar från enskilda enheter under månader.

I och med slutförandet av detta protokoll kommer stabila registreringar av en enhet spikning aktivitet att vara möjliga. Dessa mikroelektrodmatriser är anpassningsbara i material, kanalantal och huvuduppsättningsadapter baserat på forskarens behov. Elektroplätering av fibrer i guld resulterar i minskade impedanser som lämpar sig för registrering(figur 4 och figur 5). Om användaren avser att registrera kroniskt kan mätningar göras efter att djuret har återhämtat sig från det kirurgiska ingreppet. Kroniska procedurer har resulterat i stabila enstaka inspelningar i minst 120 dagar. En representativ inspelning visas i figur 6, som illustrerar stabil 64-kanals elektrofysiologisk aktivitet i retrosplenial cortex av en fritt beter sig, vuxen manlig mus. Om ett akut preparat är avsett kan inspelningar börja strax efter implantationen (~ 30 min). Detta ger tid för elektroden att bosätta sig i hjärnan. Figur 7 ger ett representativt exempel på en akut 16-kanals CFEA-inspelning förvärvad från den primära visuella cortex av en vuxen kvinnlig iller. Spike sortering i mus och iller utfördes med spik sortering programvara (se Tabell över material).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62760/62760fig01.jpg"> Bild 1: Anatomi av 16- och 32-kanals kolfibermikroelektrodmatriser (CFEAs). (A) Schematics av 32-kanals (överst) och 16-kanals (botten) CFEA från tre olika vyer. Den 16-kanaliga CFEA har en utökad design för hanteringsändamål. Den 32-kanaliga designen har ett platt ansikte som gör att två jiggar kan kombineras för en 64-kanals CFEA. Båda diagrammen har identifierande strukturer märkta med dimensioner. Kopplingsänden anger platsen för kontaktens insättningspunkten och GND/REF-kanaler anger var jordningskabeln sätts in. Trattbassängen hänvisar till den plats som fibrerna passerar genom för att överlagras med UV-ljushärdad tandcement, och trattspetsen anger platsen där fibrerna lämnar jiggen. Trattspetsen är uppdelad i kvadranter för att minimera fibrer som klamrar sig fast och skapar skador. Fibrerna dras senare in i ett enda bunt med användning av tandcementet. Jiggar skrivs ut med SLA-hartsskrivare. Diagrammen förstoras för att visa detaljer. b)Konstruerad CFEA. Diagrammet har identifierande strukturer märkta. Den blå buntspetsen representerar segmentet av de kolfibrer som förvärvar inspelningsmätningar. Det gråa i trattbassängen och som omger kontakten är ett tecken på UV-ljushärdad tandcement som håller kolfibrer på plats i trattbassängen och säkrar kontakten till jiggen. Den lila tråden representerar jordningstråden. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62760/62760fig01large.jpg" target="_blank">Klicka här för att se en större version av den här figuren.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62760/62760fig02.jpg"> Figur 2: Lastning av råa kolfibrer i kassetter för parylen C-beläggning. (A) Kolfibrer laddas på patroner överdragna med två remsor dubbelsidig tejp (blå). Varje kassett är laddad med ~ 25 fibrer. b)Kassetter laddas i en laserskuren hållare (grå) som förberedelse för parylen C-beläggning. Var och en rymmer tio kassetter. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62760/62760fig02large.jpg" target="_blank">Klicka här för att se en större version av den här figuren.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62760/62760fig03.jpg"> Bild 3: CfeA-bunt (Carbon fiber microelectrode array) bunt konstruktionsschema. (A) 16 enskilda, belagda kolfibrer (svart) träs genom den 32-kanaliga 3D-utskrivna jiggen (grå). (B) Kolfiberspetsar skärs med mikrosax, vilket lämnar överskott av fiber lika med jiggbasens höjd och sträcker sig ut ur jiggbasen. (C) En standard plastgnithjul tändare överförs snabbt över överskottsfibern för att avlägsna parylen C-isolering. Det övre högra schemat visar avlägsnandet av parylen från 9 av de 12 fibrerna. (D) Fibrerna återinförs i jiggen tills fiberänden är i linje med basen. Det övre högra schemat visar återinförandet av 9 fibrer med oisolerade (grå) fiberspetsar som finns inuti jiggbasen. Jiggen vänds sedan över och steg A-D upprepas för att gänga de motsatta 16 kanalerna. (E) Jiggen är fylld med dentalcement för att säkra fibrerna. Silvertryck injiceras i varje brunn i jiggbasen. (F) Hankontakten sätts in i jiggbasen. G)CFEA och skalpell fryses i en frys på -20 °C. Matrisspetsen skärs till önskad längd och lämnar 32 jämna fibrer. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62760/62760fig03large.jpg" target="_blank">Klicka här för att se en större version av den här figuren.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62760/62760fig04.jpg"> Bild 4: Spetsbehandling och elektroplätering. (A) Elektrodspetsar placeras först i 0,1 M PBS, där strömmen passerar genom varje elektrod. Spetsarna sköljs sedan och överförs till en guldpläteringslösning, där de elektropläteras med strömmen. (B) SEM-bilder av beredd kolfiber visar guldpläteringslösning koncentrerad vid spetsen. Skalstången representerar 4 μm. (C) Impedansvärden från 168 kanaler efter inledande skärning (lila; 3,11 MΩ ± 0,42 MΩ, median ± SE, n = 168 fibrer), positiv ströminjektion (rosa; 1,23 MΩ ± 0,36 MΩ, median ± SE, n = 168 fibrer) och elektroplätering (orange; 0,19 MΩ ± 0,15 MΩ, median ± SE, n = 168 fibrer) och elektroplätering (orange; 0,19 MΩ ± 0,15 MΩ, median ± SE, n = 168 fibrer) och elektroplätering (orange; 0,19 MΩ ± 0,15 MΩ, median ± SE, n = 168 fibrer) och elektroplätering (orange; 0,19 MΩ ± 0,15 MΩ, median ± SE, n = 168 fibrer) och elektroplätering (orange; 0,19 MΩ ± 0,15 MΩ, median ± SE, n = 168 fibrer) och elektroplätering (orange; 0,19 MΩ ± 0,15 MΩ, median ± SE, n = 168 fibrer) och elektroplätering (orange; 0,19 MΩ ± 0,15 MΩ, median ± SE, n = 168 fibrer) och elektroplätering (orange; 0,19 MΩ <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62760/62760fig04large.jpg" target="_blank">Klicka här för att se en större version av den här figuren.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62760/62760fig05.jpg"> Figur 5: Måttliga elektropläteringslängder i guld ger små rundade avlagringar på kolfiberbuntspetsar. Kolfiberspetsarna på bilden är alla från olika mikroelektrodmatriser, som återspeglar olika varaktigheter av injicerad ström för impedansreduktion eller guldplätering. Bilder visar dessutom parylen C-beläggningen, som isolerar kolfibrerna och förhindrar förvärv av signal från en annan plats än fibrernas spetsar. (A) Scanning elektronmikroskopi bild av kolfiber spetsar efter frysning och göra ett enda snitt med ett rakblad. Skalstänger representerar 10 μm. (B) Samma som A men följde sedan med injektion av positiv ström i 10 s. (C) Samma som B men sedan elektropläterad med guld för 5 s. (D) Samma som B men sedan elektroplated med guld för 15 s. (E) Samma som B men sedan elektropläterad med guld för 30 s. (F) Samma som B men sedan elektroplated med guld för 120 s. Vi fann att elektroplätering för 30 s vid en ström av -0,05 μA var optimalt för elektrofysiologiska inspelningar. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62760/62760fig05large.jpg" target="_blank">Klicka här för att se en större version av den här figuren.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62760/62760fig06.jpg"> Figur 6: Kroniska extracellulära inspelningar i fritt beter sig mus retrosplenial cortex med kolfiber mikroelektrod matriser visar ihållande, stabil neural aktivitet. (A) Elva bandpassade spänningsspår registrerades samtidigt. Efterföljande spår som spelats in från den första kanalen (översta raden) ritas i B för att visa hållbarhet över tid. De återstående tio raderna visar konsekvensen i inspelningskvaliteten och visar robust aktivitet över hela matrisen. Skalningslist till vänster om varje spår representerar en potential på 200 μV. (B) Bandpassade data från samma fiber som i toppspåret i A, expanderade för att visa robust aktivitet över en 120-dagars kontinuerlig inspelning. (C)Kluster visar robust identifiering av en enhet under månader. Spår representerar den genomsnittliga vågformen hos en kontinuerligt observerbar representativ enda enhet under 120 dagar, extraherad från fibern ritad i B vid varje tidpunkt. (D) Medelvärde, icke-normaliserade spikvågformer från C staplade för att visa konsekvens över tid. (E) Kolfiberinspelningar visar ett stabilt bullergolv under många månader. Standardavvikelsen för bullergolvet (spår minus spikaktivitet) i B visar ingen progressiv förändring i bruset. Galler representerar genomsnittlig förorening. Felstaplar representerar standardavvikelse. (F) Skala ritning av en mus med en kroniskt implanterad CFEA och huvudstage. ( G) Råspänningsspår (överst) 11 månader efter implantationen visar robust LFP. Bandpassed spänningsspårning (botten) visar stadig neural aktivitet. (H) Genomsnittlig spik vågform av neuron som registrerats på fibern från C, underlagd av de första 1000 incidenserna av spiking aktivitet. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62760/62760fig06large.jpg" target="_blank">Klicka här för att se en större version av den här figuren.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62760/62760fig07.jpg"> Bild 7: CFEA-inspelningar (Carbon fiber microelectrode array) från den primära visuella cortexen i iller. (A) Vågformer av spiksorterade enskilda enheter inspelade från en 16-kanals CFEA. Åtgärdspotentialer från enskilda nervceller var ofta uppenbara på flera kanaler vid något olika amplituder. (B) Riktningsjusteringskurvor från valda nervceller. Färgerna motsvarar inspelade enheter i A. Pilar indikerar riktningen för stimulansrörelsen. Skalningsstaplar anger svarsfrekvensen. Felstaplar anger medelvärdet med standardfel. Den horisontella streckade linjen representerar samma cells spontana avfyrningshastighet under exponering för en tom skärm. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62760/62760fig07large.jpg" target="_blank">Klicka här för att se en större version av den här 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

Detta protokoll beskriver ett förfarande för att konstruera kolfiber mikroelektrod matriser för kroniska och akut in vivo elektrofysiologiska inspelningar i mus (Mus musculus) och iller(Mustela putorius furo) från flera hjärnregioner. Varje steg, efter inköp av råa kolfibrer till mikroelektrod array implantation, beskrivs i detalj, med tonvikt på mikroelektrod matris konstruktion.

Konstruktion och implementering av kolfibermikroelektrodmatriser för kroniska och akuta in vivo-inspelningar

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

Bänkskivan som beskrivs här är en av de få för närvarande tillgängliga elektrodteknologier som tillåter inspelningar från täta kluster av neuroner och följer många av dessa nervceller över tid. Kolfibermikroelektrodmatriser är billiga att bygga. De är små, biokompatibla och rör sig med hjärnan, vilket möjliggör hälsosamma och stabila inspelningar.Kolfibrer är extremt tunna och till en början är de mycket svåra att se. Men efter några dagars arbete med dem blir de lättare att manipulera. Till att börja med, lägg en bit dubbelsidig tejp på två långsidor av kassetten och justera tejpens kant med kassettens inre kant.För att förbereda ett kolfibermanipulationsverktyg, linda en liten bit limfilm runt en 30 gauge nål för att bilda en skarp men flexibel punkt med filmen. Separera sedan enskilda fibrer från det bakade bunten och lägg dem parallellt med kortsidan av kassetten som håller ett två till tre millimeter avstånd. Efter att ha säkerställt monteringen av 20 till 30 fibrer på varje kassett, försegla fibrerna på plats genom att lägga tydlig tejp över dubbelstickbandet och placera de fyllda kassetterna i kassetthållaren.För att montera kolfibermikroelektrodmatrisen, börja mata varje jordningstråd genom lämplig kanal på anslutningsänden av jiggen och fortsätt tills två ändar är lika långa. Vrid sedan ihop dem för att säkra dem på jiggen. Applicera UV-härdad tandcement för att säkra tråden samtidigt som du ser till att inte få någon tandcement inom den öppna kanalen från där tråden matas igenom.Använd UV-härdstaven för att härda tandcementet i 20 sekunder och rikta jiggen och skruvstädet så att kontaktänden, handfatet och trattspetsen är synliga. Rikta sedan jiggen så att tratten pekar bort från användaren och kopplingen slutar vända mot användaren. Skjut sedan 25 gauge nålspetsen mot kassetten på den potentiella fiberborttagningsplatsen och skär ut en enda kolfiber ur kassetten.Håll den nyskurna fria änden av fibern med hjälp av ett kolfiberverktyg och skär bort den andra änden av fibern från kassetten med hjälp av nålen. Använd sedan kolfiberverktyget igen för att plocka upp kolfibern så att ena änden är ungefär en centimeter lång från verktyget. Använd det fiberbundna kolfiberverktyget för att mata den kortare änden av fibern genom trattbiten från jigens mittbassäng.Fortsätt att mata fibern genom jiggtratten tills större delen av fiberns längd är igenom. Mata fiberns baksida genom en tillgänglig kanal med hjälp av kolfiberverktyget. Fortsätt att mata genom baksidan tills cirka fem millimeter fiber sticker ut eller skärs till storlek om det behövs.För att ta bort isoleringen i anslutningsänden, använd en vanlig gnisthjulsändare för att passera lågan över de exponerade fibrerna och mata sedan den flammande fibern genom jiggen så att den flammande fiberdelen nu är inom kanalen samtidigt som du ser till att inga fibrer sticker ut ur baksidan av jiggen. Applicera UV-härdad tandcement på jiggens handfatsfibrer för att fylla hela handfatet och täck öppningarna på både kanaler och tratt. När du har tagit bort jiggen från skruvstädet och orienterat jiggen så att tratten pekar nedåt, säkra jiggen med kopplingens ände pekande uppåt.Fyll nålen med silvertryck och för försiktigt in nålen i en kanal tills den stoppas av tandcementet. För att fylla kanalen med färg, tryck långsamt ner sprutan medan du tar bort nålen från kanalen, doppa sedan en bomullsspetsapplikator i färgen tunnare och rengör basen på jiggytan på någon färg. Sätt nu in huvudstegskontakten i rätt riktning genom att justera stiften med kanalerna.När huvudstegskontakten sitter rakt, upprätt och är så spolad till jiggen som möjligt, säkra huvudstegskontakten på jiggen genom att applicera dentalcement längs kanten där huvudstegskontakten möter jiggen och sedan UV-härda i 20 sekunder. För att skära elektrodspetsen till önskad längd, sänk elektroden i en bägare av avjoniserat eller destillerat vatten tills trattspetsen är helt nedsänkt och hålls normal till ytan. För nu ihop de enskilda kolfibrerna genom att ta bort elektroden från vattnet.Lägg elektroden så att fibrerna ligger i jämnhöjd på styrytan och skär fibrerna till önskad längd med en skalpell i en rullande rörelse, fäst sedan elektroden på multielektrode impedanstestaren med lämplig adapter och testa impedansen. Sänk nu elektrodspetsen cirka två millimeter i ett mikrocentrifugerör på 0,1 molar PBS och sätt in jordningstråden i mikrocentrifugeröret. För att minska elektrodspetsens impedans, injicera en positiv ström med den valda amplituden och varaktigheten och skölj sedan fibrerna i avjoniserat eller destillerat vatten för att rengöra.Därefter, för att utföra elektroplätering i guldpläteringslösningen, sänk elektrodbuntspetsen cirka två millimeter i mikrocentrifugeröret i pläteringsblandningen och sätt in jordningstråden i mikrocentrifugeröret. Ställ sedan in lämpliga parametrar för elektroplätering. Skölj fibrerna noggrant med avjoniserat eller destillerat vatten efter elektroplätering.Den representativa SEM-bilden av beredd kolfiber visade en guldpläteringslösning koncentrerad vid spetsen. Fiberelektroptering i guld resulterade i minskade impedanser som var lämpliga för inspelningen. Impedansvärden från 300 kanaler efter inledande skärning, positiv ströminsprutning och elektroplätering visade minskade impedansvärden efter varje bearbetningssteg.Måttliga elektropläteringslängder i guld gav de små och rundade avlagringarna på kolfiberbuntspetsarna. Dessutom analyserades stabil 64-kanals elektrofysiologisk aktivitet i retrosplenial cortex av en fritt beter sig vuxna manliga musen. Resultaten visade konsekvensen i inspelningskvalitet, robust identifiering av en enhet, konsekvens över tid som visas av icke-normaliserade spik vågformer och stabilt brusgolv.Rå spänning spåras också 11 månader efter implantation visade robust lokal fält potential. Ett representativt exempel på en akut 16-kanals kolfiber mikroelektrod array inspelning förvärvas från den primära visuella cortex av en vuxen kvinnlig iller visas också här. Kolfibermikroelektrodmatriser möjliggör kortvarig eller kronisk registrering av närliggande nervceller i hjärnan under långa tidsperioder, vilket är viktigt för att förstå neurala kretsar.

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

Hög densitet EEG inspelningar av fritt rörliga Möss med Polyimid-baserade mikroelektrod

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

Funktionell hjärnavbildning med ultraljud Blod-hjärnbarriären störningar och mangan-förstärkt MRT

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

Konstruktion och montering av en Motoriserad Ultralätt Microdrive för kronisk neurala inspelningar i små djur

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

Dubbla Elektrofysiologiska Inspelningar av synaptiskt-framkallade astrogliala och neuronala svar i akut hippocampus skivor

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 för kronisk optogenetic Stimulering av hjärnvävnad

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

Akut<em&gt; In vivo</em&gt; Elektrofysiologiska inspelningar av lokala fältpotentialer och multifunktionsaktivitet från Hyperdirect-vägen i bedövade råttor

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

Inspelning och modulering av Epileptiform aktivitet i gnagare hjärnan skivor kopplat till mikroelektrod 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 flera flexibla Polymerelektroder matriser

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 för implantation av Mikroelektrodmatriser i den gemensamma 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

Beredning av akut mänskliga Hippocampus skivor för elektrofysiologiska Recordings

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 ...