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应用快速扫描循环伏安法进行术中神经化学监测的无线瞬时神经递质浓度系统的开发

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保罗·a·加里斯 伊利诺斯州立大学生物科学系,师范,伊利诺斯;

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对象

新出现的证据支持这样的假设,即特定中枢神经元系统的调节有助于深部脑刺激(DBS)和运动皮层刺激(MCS)的临床疗效。因此,实时监测目标区域的神经化学输出可以通过提供机制研究、新候选神经递质的识别和刺激电极的化学引导放置等策略来推进功能性神经外科手术。开云体育app官方网站下载入口作者报告了一种名为无线瞬时神经递质浓缩系统(WINCS)的设备的开发,用于功能性神经外科手术中的术中神经化学监测。开云体育app官方网站下载入口该设备支持碳纤维微电极(CFM)上的快速扫描循环伏安法(FSCV),用于实时、空间和化学分辨率的大脑神经递质测量。

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FSCV研究包括以300v /秒的速率扫描−0.4到1v之间的三角波,并施加于10hz。所有电压均与Ag/AgCl参比电极进行比较。该CFM是将一根碳纤维(r = 2.5 μm)吸入一根玻璃毛细管,然后用移液器将毛细管拉至显微尖端。暴露的碳纤维(即传感区)向玻璃绝缘层外延伸~ 100 μm。神经递质多巴胺被选为大多数试验的分析物。原理验证测试包括体外流动注射和噪声分析,以及在聚氨酯麻醉大鼠体内测量,通过监测内侧前脑束高频电刺激后纹状体中的多巴胺释放。与传统的硬连线系统进行了直接比较。

结果

WINCS的设计符合fda认可的医疗电气设备安全共识标准,由4个模块组成:1)FSCV的前端模拟电路(即电流电压传感器);2)蓝牙收发器;3)微处理器;4)直流电池。一台运行自定义软件的windows xp笔记本电脑作为基站,并配备了一个通用串行总线连接的蓝牙收发器。计算机软件以100千样本/秒的速度进行无线数据采集,并远程控制FSCV操作和可调波形参数。通过使用CFM的FSCV和流动注射分析,WINCS提供了多巴胺和其他神经化学物质(如血清素、去甲肾上腺素和抗坏血酸)的可靠、高保真测量。在大鼠中,WINCS检测到在对上升多巴胺能纤维进行高频刺激时,植入传感器上的亚秒级纹状体多巴胺释放。总的来说,体外和体内测试表明,FSCV的信号与传统的硬连线电化学系统相当。重要的是,WINCS降低了通常在手术室设置中发现的电磁噪声的易感性。

结论

综上所述,这些结果表明WINCS非常适合用于术中神经化学监测。预计在植入化学传感器上测量神经递质将被证明对推进功能性神经外科有帮助。开云体育app官方网站下载入口

本文使用的缩略语:

AP =正后方 碳纤维微电极 深部脑刺激 DV =背腹侧 FSCV =快速扫描循环伏安法 γ-氨基丁酸 高频刺激 运动皮层刺激 MFB =内侧前脑束 ML =中外侧 帕金森病 鼠=实时动物遥测 黑质致密部 STN =丘脑下核 通用电化学仪器 无线瞬时神经递质集中系统
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    Abosch一个卡普尔年代AE哈斯D森那美EMiyasakiJet al。帕金森病中刺激丘脑下核不会产生纹状体多巴胺释放开云体育app官方网站下载入口531095- - - - - -11052003

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    伯格曼HWichmannT德龙先生通过丘脑下核病变逆转实验性帕金森病科学2491436- - - - - -14381990

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    格林P脑深部刺激治疗广泛性肌张力障碍N英语J医学352498- - - - - -5002005

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    HardestySackeim运动和精神障碍的脑深部刺激生物精神病学杂志61831- - - - - -8352007

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    HilkerRVogesJ格米LehrkeR鲁道夫JKoulousakis一个et al。脑深部刺激丘脑下核不会增加帕金森患者纹状体多巴胺浓度Mov Disord1841- - - - - -482003

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    杰克逊英国石油公司迪茨SM怀特曼RM5-羟色胺的快速扫描循环伏安法肛门化学671115- - - - - -11201995

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    Kagohashi(靠T主管YoshimiKMoizumi年代服部年宏N北泽俊美年代et al。无线伏安法记录未麻醉行为大鼠> Res60120- - - - - -1272008

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    马市KT加里巴勒斯坦权力机构怀特曼RM在nafion涂层碳纤维微电极上的ph依赖过程电子化学359193- - - - - -1971993

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    克恩DS库马尔R深部脑刺激神经学家13237- - - - - -2522007

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    Kristensen电子战威尔逊RM怀特曼RM用微伏安电极测定流动注射分析中的分散性肛门化学58986- - - - - -9881986

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    KHBlahaCD加里巴勒斯坦权力机构穆赫辛尼经常P霍恩AE班纳特et al。深度脑刺激的发展:人类静电计和支持下一代治疗的智能设备神经调节(新闻)2009

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    KHKristicK范·霍夫RHittiFLBlahaCD哈里斯Bet al。高频刺激大鼠丘脑下核谷氨酸增加,体内酶联谷氨酸传感器证实大脑Res1162121- - - - - -1292007

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    Lozano梅贝格海关GiacobbePHamaniC克拉多克钢筋混凝土肯尼迪上海胼胝体下扣带回深部脑刺激治疗难治性抑郁症生物精神病学杂志64461- - - - - -4672008

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    MaarrawiJPeyronR莫顿P成本NMagninSindouet al。疼痛控制的运动皮层刺激诱发内源性阿片系统的变化神经学69827- - - - - -8342007

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    梅贝格海关LozanoVoonV·麦克尼利SeminowiczDHamaniCet al。脑深部刺激治疗难治性抑郁症神经元45651- - - - - -6602005

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    迈斯纳WReumT保罗GHarnackDSohrRMorgensternRet al。6-羟多巴胺损伤大鼠脑深部刺激丘脑下核可增加纹状体多巴胺能代谢>列托人303165- - - - - -1682001

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    迈斯纳WSchreiterDJTrottenbergT施奈德“大酒店”SturmVet al。深部脑刺激治疗晚期帕金森病:德国的回顾性成本分析J神经252218- - - - - -2232005

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    迈克尔DJ约瑟夫JD基尔帕特里克先生特拉维斯怀特曼RM改进快速扫描循环伏安法的数据采集肛门化学713941- - - - - -39471999

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    Molinuevo莱托ValldeoriolaFTolosaERumiaJValls-SoleJRoldan称Het al。晚期帕金森病双侧丘脑下核刺激后左旋多巴戒断拱神经57983- - - - - -9882000

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    莫罗EScerratiRomitoLM罗塞利RTonaliP艾博年一个慢性丘脑下核刺激可减少帕金森病的药物需求神经学5385- - - - - -901999

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    梅奥JT晶澳芬克尔多巴胺能调节对腹侧纹状体介质棘状神经元整合特性的影响J Neurophysiol983731- - - - - -37482007

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    帕特尔NK海伍德P奥沙利文K来自R年代吉尔党卫军单侧丘脑下切开术治疗帕金森病大脑1261136- - - - - -11452003

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    罗宾逊戴斯。莱纳姆:何曼思一个Seipel怀特曼RM监测大脑中的快速化学交流化学牧师1082554- - - - - -25842008

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    平川T片山Y山本THirayamaT小山年代慢性运动皮层刺激治疗中枢疼痛神经神经辅助学报(维也纳)52137- - - - - -1391991

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    平川T片山Y山本THirayamaT小山年代丘脑疼痛患者的慢性运动皮层刺激J Neurosurg78393- - - - - -4011993

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    范德泽登欧登泽尔曾WH意图K克莱莫“透明国际”Westerink黑洞GABA和谷氨酸的微透析:用微传感器分析、解释和比较Pharmacol Biochem Behav90135- - - - - -1472008

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  • 61

    沃森CJVentonBJ肯尼迪RT通过微透析取样在体内测量神经递质肛门化学781391- - - - - -13992006

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