Массив микроэлектродов
Массивы микроэлектродов ( MEA ) (также называемые многоэлектродными решетками) представляют собой устройства, содержащие несколько (от десятков до тысяч) микроэлектродов , через которые получают или доставляют нейронные сигналы , по существу выступая в качестве нейронных интерфейсов, соединяющих нейроны с электронными схемами . Существует два основных класса МЭА: имплантируемые МЭА, используемые in vivo , и неимплантируемые МЭА, используемые in vitro .
Нейроны и мышечные клетки при возбуждении создают ионные токи через свои мембраны , вызывая изменение напряжения между внутренней и внешней частью клетки. При записи электроды на МЭБ преобразуют изменение напряжения окружающей среды, переносимого ионами, в токи, переносимые электронами (электронные токи). При стимуляции электроды преобразуют электронные токи в ионные токи через среду. Это запускает потенциалзависимые ионные каналы на мембранах возбудимых клеток, заставляя клеткудеполяризуют и запускают потенциал действия , если это нейрон, или подергивание, если это мышечная клетка. [ нужна ссылка ]
Размер и форма регистрируемого сигнала зависят от нескольких факторов: характера среды, в которой находится клетка или клетки (например, электропроводность , емкость и однородность среды ); характер контакта между ячейками и электродом МЭА (например, площадь контакта и герметичность); характер самого электрода МЭУ (например, его геометрия, импеданс и шум); обработка аналогового сигнала (например, усиление системы , полоса пропускания и поведение за пределами частот среза ); и свойства выборки данных (например , частота выборки ицифровая обработка сигналов ). [1] Для записи одиночной ячейки, частично покрывающей плоский электрод, напряжение на контактной площадке примерно равно напряжению области перекрытия ячейки и электрода, умноженному на отношение площади поверхности области перекрытия к площадь всего электрода или:
при условии, что область вокруг электрода хорошо изолирована и имеет очень маленькую емкость, связанную с ней. [1] Однако приведенное выше уравнение основано на моделировании электрода, клеток и их окружения в виде эквивалентной схемы . Альтернативным средством прогнозирования поведения электрода ячейки является моделирование системы с использованием анализа конечных элементов на основе геометрии в попытке обойти ограничения чрезмерного упрощения системы на диаграмме элементов схемы с сосредоточенными параметрами. [2]
МЭА можно использовать для проведения электрофизиологических экспериментов на срезах тканей или культурах диссоциированных клеток . В случае острых срезов ткани связи между клетками внутри срезов ткани до выделения и посева более или менее сохраняются, в то время как межклеточные связи в диссоциированных культурах перед посевом разрушаются. В диссоциированных культурах нейроны спонтанно образуют сети . [3]
