הטיית מתח, Voltammetry מחזורי, & ספקטרוסקופיה חשמל התנגדות עבור ממשקי עצביות

המטרה הכללית של הליך זה היא לנטר את איכות הממשק בין האלקטרודה לרקמה של מערכות פרוטזות להקלטה עצבית מושתלות, וכן לשפר את איכות ההקלטה ואת התפקוד לטווח ארוך. מטרה זו מושגת תחילה על ידי איסוף יומי של נתוני ספקטרוסקופיה של עכבה אלקטרוכימית ונתוני הקלטה עצבית. נתוני טלמטריה של CV (וולטמטריה מחזורית) נאספים כדי לקבל פרטים נוספים על איכות ממשקי האלקטרודה-רקמה שאינם מראים פעילות עצבית ומציגים עכבה גבוהה.

לאחר מכן, מופעל מתח ממתח תיקוני של 1.5 volt למשך ארבע שניות. לאחר מכן נמשכת איסוף הנתונים והפעלת מתחים נוספים לפי הצורך. בסופו של דבר, שיטות אלו מאפשרות להשיג עכבה נמוכה יותר ושיפור או החייאה של הפעילות העצבית המוקלטת.

היתרון המרכזי של טכניקה זו על פני שיטות קיימות, כגון הולכת תרופות או שינוי פני השטח, הוא שלהטענה חשמלית (voltage biasing) עשויה להיות השפעה משמעותית בשיפור התפקוד והביצועים של מערכות פרוטזה להקלטה עצבית, גם עשרות או מאות ימים לאחר ההשתלה. שיטה זו עשויה לסייע במתן תשובות לשאלות מפתח בתחום ההנדסה העצבית, כגון כיצד לשפר את אורך החיים התפקודי של מערכות אלקטרודות להשתלה. ההשלכות של טכניקה זוי להתרחב לטיפול או לאבחון של מגוון רחב של ליקויים נוירולוגיים.

דבר זה חשוב מכיוון שהשכיחות ואפשרויות הטיפול בגירעונות אלה עולות. במעבדה האוטומטית של meth. PG stat הותאמה עם תוספי FA two ו-channel mucks. בנה מתאם לשלב הראש (head stage) כדי לחבר את ה-channel mucks לשלב הראש.

כעת חברו את האלקטרודות העובדות ואת אלקטרודות החישון למתואם הערוצים. לאחר מכן, חברו את אלקטרודות הייחוס והנגד המחוברות לבעל החיים לחלק של מתאם שלב הראש המחובר לנתיב החזרת הזרם. הפעילו את התוכנה של מנתח התגובה לתדר (FRA) ואמתו שקובץ הפרוצדורה מוגדר לבדיקה של שתי גלי סינוס רב-סיגנליים, שכל אחד מהם מורכב מ-15 סיגנלים בו-זמנית, בטווח שבין 10 hertz ל-30 kilohertz.

כמו כן, ודאו שהמתח המופעל הוא 25 millivolts או פחות. כעת פתחו ועריכו את קובץ הפרויקט. הפרויקט משתמש בקובץ הפרוצדורה שסורק בלולאה כל ערוץ ושומר את התוצאה.

חברו את בעל החיים למגמת ראש פסיבית ללא הגברה. מגמות ראש אקטיביות לא יעבירו אותות קלט. הפעילו את קובץ הפרויקט בהתאם להגדרות.

ההקלטות מכל ערוץ נמשכות בין 10 שניות למספר דקות. כעת הצג ופרש את התוצאה. העבר את קבצי הטקסט של הפלט ל-MATLAB וצור תרשים ניקוויסט (Nyquist) או תרשים בוד (Bode).

הסטות במופע התלויות בתדר מעידות על תגובת רקמה. הפעילו את התוכנה של מערכת האלקטרוכימיה לשימוש כללי. ודאו כי הגדרות קובץ הפרוצדורה מוגדרות לסריקת מתח בקצב של 50 millivolts לשנייה ושהן נמצאות בתוך גבולות ההידרוליזה.

בצע לפחות שלושה סריקות עד שהמערכת תגיע לשיווי משקל, ושמור את התוצאות מהסריקה האחרונה. ניתן להעלות את קצב הסריקה למתח של וולט אחד לשנייה כדי לקצר את זמן המדידה. עם זאת, צורת עקומת ה-IV תשתנה ככל הנראה אם קצב הסריקה יהיה מהיר יותר מתגובות העברת המטען המתרחשות בממשק שבין האלקטרודה לרקמה.

בשלב הבא, פתחו וערוכו את קובץ הפרויקט. הפרויקט משתמש בקובץ פרוצדורה העובר בלולאה על כל ערוץ ושומר את התוצאות. חברו את בעל החיים עם head stage פסיבי והפעילו את קובץ הפרויקט בקצב של וולט אחד לשנייה.

האיסוף אורך 10 שניות לכל ערוץ תוך שימוש בקצב סריקה של 50 millivolts per second. התהליך אורך כמעט שלוש דקות לכל ערוץ. לבסוף, הציגו ופרשו את התוצאות.

העבירו את קבצי טקסט הפלט ל-MATLAB ושרטטו את קשר ה-IV. קיבולת נשאת המטען מכומתת על ידי אינטגרציה של שטח זרם הקטטר בתוך ה-CV E. ההחלטה הקריטית ביותר בפרוטוקול זה היא קביעת המועד להחלת מתח מוסט (voltage bias). הדבר מתאפשר באמצעות נתוני הרישום והטלמטריה המחזורית של העכבה.

הפעילו את התוכנה של מערכת האלקטרוכימיה למטרות כלליות וודאו שקובץ הפרוצדורה מוגדר להשתמש בשיטת השלבים והסריקות (steps and sweeps). הגדירו את המתח בצעדים של 1.5 volts למשכי זמן של ארבע שניות. לאחר מכן, פתחו וערוכו את קובץ הפרויקט, המשתמש בקובץ הפרוצדורה כדי להריץ לולאה עבור כל ערוץ ולשמור את התוצאה.

חבר את חיית הניסוי לרأسן פסיבי (passive head stage) ובצע את ההקלטות של קובץ הפרויקט מכל ערוץ. המתן כ-10 שניות, ולאחר מכן אסוף נתוני EIS CV ונתוני הקלטות ופרש את התוצאות במסגרת זרימת עבודה טיפוסית. הקלטות ו-EIS נאספים על פני כל הערוצים באופן יומי או שבועי, בעוד שניתן להשתמש ב-CV וב-rejuvenation.

אם פעילות של פריקות (spiking) אינה ניתנת עוד לזיהוי, ה-EIS משתנה במהלך ימים עד שבועות לאחר השתלת אלקטרודה. הנתונים בכחול נאספו מיד לאחר ההשתלה והנתונים בירוק ארבעה חודשים לאחר מכן. כאשר נתוני EIS מוצגים כתרשים ניקוויסט (nyquist plot), חצי עיגול בתדרים גבוהים ליד נקודת הראשית מעיד על תגובת הרקמה באתר האלקטרודה.

ניתוח CV (וולטמטריה ציקלית) מניב עקומת זרם-מתח המראה היסטריזה מסוימת. הנתון הרלוונטי ביותר בניתוח CV הוא קיבול המטען, המוגדר כשטח הפנים בתוך עקומת ה-IV מנורמל לפי שטח פני האלקטרודה. אלקטרודות עם קיבול מטען גבוה מועדפות למיקרו-סטימולציה.

במהלך תהליך ההגבשה (rejuvenation), מופעל פולס של מתח. פעולה זו מובילה בדרך כלל להגברה של קיבול המטען ולהפחתה של גדלי העכבה; כמו כן, ניתן להשיב את ה-spiking בערוצים שבהם הופיעו פולסים בעבר. בעוד שההגבשה בעלת השפעות קצרות טווח בלבד על העכבה ועל יחס אות לרעש, ניתן ליישם טכניקה זו מדי יום.

בנתונים שנאספו מדי יום מחול przesב (Guinea pig) שהושתל בו מערך של 16 ערוצים, להגברת החיוניות (rejuvenation) הייתה השפעה ניכרת על הורדת גודל העכבה ב-1 kHz בסדר גודל אחד לאחר כל יישום. כתוצאה מהאותות ששוחזרו ומהעכבה הנמוכה יותר, ה-SNR עלה לאחר כל סבב הגברת חיוניות. בסופו של דבר, כל האותות אבדו 160 ימים לאחר ההשתלה והגברת החיוניות כבר לא הייתה יעילה.

לאחר השליטה בטכניקה, ניתן לבצע אותה בתוך כשעה. בעת ביצוע פרוצדורה זו, חשוב לוודא כי החיבורים בוצעו כראוי וכי תוצאות ספקטרוסקופיית העכבה מעידות על תגובה רקמתית משמעותית לפני טיפולי מתח ביולוגיים.