Описание системы регистрации и стимуляции сигналов с использованием мультиэлектродной матрицы

Регистрация внеклеточных потенциалов, характеризующих активность диссоциированной культуры гиппокампа, осуществляется параллельно по 64-м независимым каналам мультиэлектродной системы MED64 с высоким временным разрешением (20 кГц). Система MED64 (Рис. 1.1) состоит из следующих компонентов: усилитель, мультиэлектродная матрица (МЭМ) с 64-мя планарными электродами (Рис. 1.2) и коннектор для соединения матрицы с усилителем.

Рисунок 1.1. Система MED64 (Alpha MED Sciences, Japan)

Рисунок 1.2. Мультиэлектродная матрица системы MED64 с 64-мя электродами, каждый размером 50х50 мкм и расстоянием между центрами электродов 150 мкм

Мультиэлектродные матрицы или массивы микроэлектродов - устройства, которые содержат многослойные проводники, через которые передаются сигналы нейронов. На рисунке 1.3 приведено схематичное строение мультиэлектродной матрицы.

Рисунок 1.3. Схема строения электродов системы MED64

Стеклянное основание зонда (50x50x0,7 мм) содержит цилиндрическую камеру диаметром 22 мм и высотой 5 мм, в центре которой на площади 1 мм² расположена 64-электродная матрица для регистрации активности и электрической стимуляции нейронов. Микроэлектроды состоят из прозрачного оксида индия (In₂O₃), легированного оксидом олова (SnO₂) (Indium tin oxide – ITO) и покрытого черной платиной. Размер электродов – 50х50 мкм, расстояние между их центрами – 150 мкм. Изолирующее покрытие – полиакриламид.

В возбужденном состоянии нейроны создают потоки ионов через мембраны, изменяя напряжённость электрического поля вокруг активной клетки. Изменение электрического поля регистрируются электродами МЭМ в виде внеклеточного импульса (потенциала действия) (Рис.1.4).

Рисунок 1.4. Пример регистрации внеклеточного импульса (потенциала действия) на электроде

При регистрации электрической активности амплитуда регистрируемого потенциала спадает с увеличением расстояния между электродом и генерирующей потенциал клеткой.