Towards maximizing optical access through Smart Dura.

چکیده اصلی

Objective.To overcome the limitations of optical access caused by opaque electrodes in multimodal neural interfaces used in large-animal models, and to enable scalable, high-density electrophysiology with unobstructed optical imaging and optogenetic stimulation.Approach.In this work, we redesigned our previously demonstrated multimodal cortical surface array, the Smart Dura, by incorporating transparent indium tin oxide (ITO) electrodes. ITO provides good electrical conductivity, while providing high levels of transparency. We discuss the design, microfabrication, benchtop characterization andin vivodemonstration of transparent Smart Dura for multimodal brain interfacing.In vivoexperiments were designed to show the feasibility of simultaneous electrophysiological recording with localized functional optical imaging through transparent Smart Dura in response to visual stimulation.Main results.The implementation of ITO electrodes increased the effective optical access of Smart Dura to 100%, eliminating obstruction from traditional metal electrodes. Bench-top characterization confirmed the electrical and optical performance of the transparent electrodes.In vivoresults demonstrate direct visual access underneath the ITO electrodes for optical recording and perturbation with co-located simultaneous high-fidelity electrophysiological recording, validating the multimodal capabilities of the transparent Smart Dura.Significance.The transparent Smart Dura design removes major barriers to optically integrated, high-density electrophysiology in large-animal models and the number and density of ITO electrodes on Smart Dura can be increased without compromising the optical access. This platform advances multimodal neural interfacing in non-human primates and provides unique opportunities to study brain function in health and disease and design therapeutics that can readily translate to humans.

ترجمه فارسی چکیده

هدف: غلبه بر محدودیت‌های دسترسی نوری ناشی از الکترودهای شفاف در رابط‌های چندگانه عصبی مدل‌های حیوان بزرگ و امکان‌سنجی رکورد‌برداری الکتروفیزیولوژیکی با چگالی بالا و تصویربرداری نوری بدون مانع و تحریک اپتوژنیک. رویکرد: در این کار، ما آرایه سطحی قشر چندگانه که قبلاً نشان داده شده بود، دُرای هوشمند، را با استفاده از الکترودهای اکسید ایندیم و tin (ITO) شفاف بازطراحی کردیم. ITO هدایت الکتریکی خوبی ارائه می‌دهد در حالی که شفافیت بالا را فراهم می‌کند. ما طراحی، میکروفابریکیشن، کاراکتریزاسیون روی میز و نشان‌دهندگی درون‌زندگی‌ای دُرای شفاف برای رابط‌سازی مغزی چندگانه را بررسی می‌کنیم. آزمایش‌های درون‌زندگی‌ای برای نشان دادن امکان‌سنجی رکورد‌برداری همزمان الکتروفیزیولوژیکی با تصویربرداری عملکردی محلی از طریق دُرای شفاف در پاسخ به تحریک بصری طراحی شدند. نتایج اصلی: پیاده‌سازی الکترودهای ITO دسترسی نوری مؤثر دُرای هوشمند را به ۱۰۰٪ افزایش داد و مانع‌گیری الکترودهای فلزی سنتی را حذف کرد. کاراکتریزاسیون روی میز عملکرد الکتریکی و نوری الکترودهای شفاف را تأیید کرد. نتایج درون‌زندگی‌ای دسترسی بصری مستقیم زیر الکترودهای ITO را برای رکورد‌برداری و تغییرات نوری با رکورد‌برداری همزمان و با کیفیت بالا در محل نشان می‌دهند که قابلیت‌های چندگانه دُرای شفاف را تایید می‌کند. اهمیت: طراحی دُرای شفاف موانع اصلی را برای الکتروفیزیولوژی با چگالی بالا و ادغام نوری در مدل‌های حیوان بزرگ حذف می‌کند و تعداد و چگالی الکترودهای ITO روی دُرای هوشمند می‌تواند بدون به خطر انداختن دسترسی نوری افزایش یابد. این پلتفرم رابط‌سازی عصبی چندگانه را در نخستین‌ماهیان پیشرفت می‌دهد و فرصت‌های منحصر‌به‌فردی برای مطالعه عملکرد مغز در سلامت و بیماری و طراحی درمان‌هایی که به راحتی قابل ترجمه به انسان هستند، فراهم می‌کند.

متن کامل اصلی