Low-threshold, high-resolution, chronically stable intracortical microstimulation by ultraflexible electrodes.
Low-threshold, high-resolution, chronically stable intracortical microstimulation by ultraflexible electrodes.
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通过超柔性电极进行低阈值、高分辨率、长期稳定的皮质内微刺激。
DOI：
10.1101/2023.02.20.529295
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发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Luan,Lan
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Lycke,Roy;Kim,Robin;Zolotavin,Pavlo;Montes,Jon;Sun,Yingchu;Koszeghy,Aron;Altun,Esra;Noble,Brian;Yin,Rongkang;He,Fei;Totah,Nelson;Xie,Chong;Luan,Lan
皮质内微刺激（ICMS）使应用范围从神经修复到因果电路操纵。然而，神经调节的分辨率、有效性和长期稳定性常常受到对留置电极的不良组织反应的损害。在此，我们设计了超柔性刺激纳米电子线（StimNET），并在清醒的行为小鼠模型中展示了低激活阈值，高分辨率和长期稳定的ICMS。体内双光子成像显示，StimNET在整个慢性刺激期间与神经组织保持无缝整合，并在2 μA的低电流下引发稳定的局灶性神经元激活。重要的是，StimNET在0.25 nC/相位的显著低电荷注入下引起纵向稳定的行为反应超过8个月。定量组织学分析表明，慢性ICMS由StimNET诱导没有神经元变性或胶质瘢痕。这些结果表明，组织集成电极提供了一种在低电流下进行稳健、持久、空间选择性神经调节的途径，从而降低了组织损伤或脱靶副作用加剧的风险。
Intracortical microstimulation (ICMS) enables applications ranging from neuroprosthetics to causal circuit manipulations. However, the resolution, efficacy, and chronic stability of neuromodulation are often compromised by adverse tissue responses to the indwelling electrodes. Here we engineer ultraflexible stim-nanoelectronic threads (StimNETs) and demonstrate low activation threshold, high resolution, and chronically stable ICMS in awake, behaving mouse models.In vivotwo-photon imaging reveals that StimNETs remain seamlessly integrated with the nervous tissue throughout chronic stimulation periods and elicit stable, focal neuronal activation at low currents of 2 μA. Importantly, StimNETs evoke longitudinally stable behavioral responses for over 8 months at a markedly low charge injection of 0.25 nC/phase. Quantified histological analyses show that chronic ICMS by StimNETs induces no neuronal degeneration or glial scarring. These results suggest that tissue-integrated electrodes provide a path for robust, long-lasting, spatially selective neuromodulation at low currents, which lessens risk of tissue damage or exacerbation of off-target side effects.
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