Summary
우리는 동시 녹음 및 신경 자극 기능이있는 조명 headstage 사전 증폭기 시스템을 설계 및 구축에 저렴한 비용으로 방법을 제시한다. 이 장치는 수영을 동물에 사용하기 위해 waterproofed 수 있습니다.
Abstract
Headstage의 preamplifiers 및 소스 추종자는 일반적으로 행동 neurophysiology 실험에서 신경 활동을 연구하는 데 사용됩니다. 사용 가능한 상용 제품이 잠수정 자주 쉽게 정의되지, 비싼, 그리고되지 않습니다. 여기 우리는 깨어있는, 행동 동물 동시 4 채널 신경 녹음 및 2 채널 시뮬레이션을위한 맞춤형 통합 회로 headstage을 디자인하고 구축하는 방법을 설명합니다. headstage은 무료, 상용 CAD 타입 디자인 패키지를 사용하여 설계하고, 다른 비늘 (예 : 채널을 추가할 수) 수용하도록 쉽게 수정할 수 있습니다. 맞춤형 인쇄 회로 기판은 유니티 게인 소스 추종자 회로를 구성 표면 탑재 저항, 콘덴서 그리고 연산 증폭기를 사용하여 만들어집니다. headstage는 에폭시, parafilm 및 합성 고무 퍼티의 조합으로 방수를 만들 수 있습니다. 우리는 성공적으로 지역 현장 잠재력을 기록하고 물의 미로에서 수영 쥐의 독립적인 채널을 통해 동시에 여러 뇌 영역을 자극하기 위해이 장치를 사용했습니다. 총 비용 <$ 30/unit하고 쉽게 제작하실 수 있습니다.
Protocol
1. Headstage 디자인 및 제작 개요
완료 headstage 사전 앰프 시스템은 다음과 같은 구성 요소로 구성되어 있습니다 :
- 컴퓨터가 녹음 네 가지 채널과 자극의 두 채널로 통합 회로 기판을 설계했습니다.
- 동물 머리 무대에서 해당 커넥터에 레코딩을 자극 채널을 릴레이 전극.
- 테더 케이블과 인터페이스되는 릴레이 슬립 링 정류에 기록하고 자극 채널.
- 머리 단계와 집적 회로에 방수의 두 가지 형태.
2. Headstage 디자인 및 레이아웃
우리는 상용 소프트웨어 CAD 패키지 (www.expresspcb.com)를 사용하여 자극 채널을 통해 4 소스 추종자와 2 패스로 인쇄된 통합 회로 기판을 설계했습니다. 한 headstage은 설계 및 디자인 패턴은 저렴한 비용으로 많은 headstages를 제공하기 위해 회로 기판의 큰 시트에 걸쳐 기와입니다. CAD 파일을 통해 도금 모든 구멍이 상단과 하단 구리 레이어를 사용하여 두 개의 레이어 보드는 이중 양면 인쇄하는 인쇄 회로 기판 (PCB) 제조 서비스로 전송됩니다. 보드는 주석을 사용하여 / 업계 표준 FR - 4 라미네이트에 해당 솔더 도금 흔적과 패드를 이끌어. PCB는 주문하고 다음 영업일 배송하실 수 있습니다. 개인 headstages은 대형 타일 PCB 부에서 절단하고 전자 부품은 솔더와 연결됩니다. 이 프로토콜에 사용되는 headstage의 예제 배치 (그림 1) 표시됩니다. PCB를 설계에 대한 자세한 지침과 도움말을위한 제조 업체의 웹 사이트를 참조하십시오.
3. 전자 부품의 준비 및 납땜
이 프로토콜에서 사용되는 모든 전자 부품은 표면 마운트 디바이스 (SMD) 타입입니다. 각 장치 유형의 발자국 (저항기, 콘덴서 등) headstage에 불필요한 공간을 최소화하기 위해 선택했지만, 필요한 경우 더 큰 SMD 부품을 사용할 수 있습니다.
- 회로 기판에 부품을 정리하고 납땜을 위해 그들을 준비합니다.
- 납땜하고 녹으 패드에 솔더을 준수하기 위해 납땜 인두 가까이의 팁을 가져 주석 / 납 납땜 패드에 소량을 넣으십시오.
- 다음 솔더 콘덴서 처음 저항, 다음 연산 증폭기.
- 조합 - A는 이상 가열에 의해 파괴 수 있습니다. 우리는 변수 열 납땜 총을 및 땜납을 용해하는 데 필요한 가장 낮은 더위를 사용합니다. 좋은 솔더 조인트를 만들기 위해 사용되는 가열 시간을 최소화합니다. 우리는 커뮤니케이션 또는 전원 흔적을 따라 솔더를 적용하여 풋프린트 패드에 흐르는 솔더의 작은 저수지를 만드는 것이 편리 발견했습니다.
- 귀하의 저항에 걸쳐 저항이 ohmmeter을 사용하여 예상 값을 충족하는지 테스트합니다.
- 더 솔더 인접 패드를 연결 또는 브리징 있는지 확인하기 위해 밀접하게 각 패드를 검사합니다. 납땜 다리, 열 및 땜납을 용해하고 다리를 휴식하는 트위터를 사용하여이있다면.
4. 임플란트 및 테더 인터페이스의 조립 및 제조
- 기계에 대한 지원 9pin ABS 소켓의 사용하지 않는 포트 중 하나에 23 가역 피하 튜브를 삽입합니다.
- ABS 소켓에 여성 amphenol 핀을 연결하기위한 절연 마그네틱 와이어 여섯 1cm 길이 조각 컷.
- 솔더는 여성의 각 핀에 솔더의 소량을 사용하여 자성 와이어로 핀과 팁에서 핀을 가열하여.
- ABS 소켓에 각각의 자성 와이어 솔더의 다른 쪽 끝을.
- 남성 위치 - 여성 MillMax의 headstage의 테더 측면에 패드 위에 핀, 및 압력 맞는을 보장하기 위해 PCB 위에 핀을 쥐어 짜기. 그런 다음, 순서대로 각각의 패드에 솔더 각 핀.
- 신경 보형물 커넥터를 통해 링 너트 위치와 플라스틱베이스에 원하는 슬롯에있는 모든 여성 핀을 밀어.
- ABS 소켓 커넥터의 상단에 아크릴 접착제 (krazy 접착제)를 적용하고 headstage의 기지를 확보. 지원 headstage의 테더쪽으로 접착제 23Ga 튜브.
5. 방수 Headstage
- 방수 headstage하려면, 전체 통합 회로와 오분 에폭시있는 모든 노출된 금속 표면 싸는. 영구 건조 5-10 초기 건조 분, 60 분 소요됩니다.
- 포스터 테크 퍼티는 동물의 끝에서 튀어나온 여성의 핀 주위의 표면 9 핀 ABS 소켓에 적용해야합니다.
- 최대한 방수 들어, ABS 소켓과 ABS 플러그는 성관계를해야하며 링 너트가 강화되어야합니다. parafilm의 작은 스트립이 핀 커넥터 연락 물을 방지하기 위해 인터페이스를 주위에 포장해야합니다.
성공의 비밀
- 언제 연산 증폭기 납땜, 플라스틱 패키지를 과열하지 않습니다. 경우가보이는 불타는 또는 용해되어 작전 - A를 제거하고 교체합니다. 너무 더위를 적용하면 표시 용해하지 않고 작전 A가 손상될 수 있습니다. 납땜 후 함수 발생기 각 채널을 테스트합니다.
- headstage에는 길잃은 연결이나 납땜 다리가 없는지 확인합니다. 솔더 심지는 구성 요소를 제거하거나 땜납을 떠돌아하는 데 사용할 수 있습니다.
6. 대표 결과
좋은 녹음은 운동하는 동안에 밖으로 절단하지 않고 입력 소스 신호를 따릅니다. headstage를 테스트하려면, 사용자는 각 녹화 핀 입력으로 함수 발생기를 사용하여 밀 최대 헤더 출력 끝에있는 파형을 평가해야합니다. 물리적 headstage 이동하면 기록된 파형의 모양에 영향을해서는 안됩니다.
그림 1. 인쇄 회로 기판 (PCB)의 상위 계층의 (A) 도식보기. 레드 라인은 구리 트레이스를 나타냅니다. 노란색 라인 전자 부품의 위치에 대한 옵션 silkscreen 계층을 나타냅니다. 연산 증폭기의 배치 (중앙 노란색 사각형), 저항기 (작은 노란색 사각형)과 콘덴서가 (작은 노란색 사각형)입니다. (B) PCB의 하단 레이어의 도식보기. 그린 라인이 구리 트레이스를 나타내는 표시됩니다. 대형 녹색 채워진 영역은 지상 플레이트를 나타냅니다. 이 회로도의 모델 파일은 다운로드가 제공됩니다.
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Discussion
워터 미로 기반으로 동작 작업은 실시간으로 1 동물의인지 능력과 표현을 알아내기 위해 효과적인 도구를 제공합니다. 가볍고 비용 효율 headstage의 preamplifiers의 사용은 물 미로와 관련된 행동 neurophysiology 응용 프로그램에서 특히 중요합니다. 찬물을 탈출하는 이러한 작업의 동물에 대한 본질적인 동기를 제공하기 때문에, 그들의 행동은 마른 mazes에 동물을 동기 부여의 어려움없이 반복 실험으로 테스트하실 수 있습니다. 여기에서 설명한 저렴한 비용으로 headstage의 preamplifier 장치 과학자들이 손상 비용이 많이 드는 장비의 걱정없이 물이 작업에 신경 기능의 가설을 테스트할 수 있습니다.
이 프로토콜은 사용자 정의 headstage 디자인을위한 출발점 역할을 의미합니다. 제공된 회로도 더 기록 또는 자극 채널을 포함하도록 쉽게 적용할 수 있으며, 실험자의 요구에 따라 확장할 수 있습니다. 특히, 상업 핀 커넥터 설정을 통합하여, 하나는 상용 전극 인터페이스 보드 메이트 수 headstages을 구축할 수 있습니다. 이 프로토콜에 제공된 예제는 각 채널에 대한 다음과 같은 유니티 게인 소스를 제공하고 있지만, 관심있는 독자는 저항과 콘덴서 (데이터 수집 시스템에 대한 자세한 검토를 위해 2 참조)의 구성을 변경하여이 증폭를 조정할 수 있습니다.
전극 이식 및 위치에 관한 기술이 문서의 범위를 벗어나 있지만, 우리는 고정 깊이 전극에서 레코드 다음 설정을 사용하면 (Shirvalkar 외. 누르면, 2010 년). 만성 녹화 가동 전극을 빌드하고 주입하는 방법에 대한 자세한 내용은 여기에서 찾을 수 있습니다 : 3.
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Disclosures
관심 없음 충돌 선언하지 않습니다.
Acknowledgments
우리는 headstage의 테스트 기술 지원 저스틴 Riceberg을 인정하고 싶습니다. 이 작품은 국민 건강 기금 MH65658, MH073689의 연구소, 그리고 F30 AG034003 - 01A1, 그리고 의학의 마운트시나이 학교에서 부분적으로 지원되었다.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Custom designed Integrated Circuit Board | ExpressPCB.com | Custom | 2 layer double sided PCB |
| Surface mount Resistors | Mouser Electronics | RK73B1JTTDD156J | 1/10 W, 15 M Ohm 0603, Thick film |
| SMD Capacitors | Newark Inc | 0402YD104KAT2A | 0.1 uF (0402) |
| SMD Operational Amplifier (quad FET) | Mouser Electronics | 595-TLC2274AIPW | Quad FET - low noise |
| 9 pin ABS socket | Ginder Scientific | GS09SKT-220 | For animal connection |
| 9-pin ABS Plug | Ginder Scientific | GS09PLG-220 | To be implanted in animal |
| Black Delrin Ring Nut | Ginder Scientific | GS09BDN-220 | |
| Black Delrin Cap Nut | Ginder Scientific | GS09BDC-220 | For protecting animal’s implant |
| Amphenol pins (male) | Ginder Scientific | 220-P02 | |
| Amphenol pins (female) | Ginder Scientific | 220-S02 | |
| 5-minute epoxy | Devcon Inc. | S-208 / 20845 | |
| Poster Tack Putty | Elmer’s | 026000015318 | |
| Rosin Core Solder | Radio Shack | 64-009 | |
| Soldering Iron | Weller | Pyropen WSTA6 | (adjustable heat) |
| Metal tweezers | Fine Science Tools | Size 5 | |
| Parafilm sheets | American National Can | Parafilm 4" x 250’ | |
| Magnet wire | Belden | 8052 | Enamel Coated |
| Ammeter/ Multimeter | Fluke Biomedical | 77 Multimeter | |
| Millmax Double Row Headers | Mill-Max | 575 - 002101 | 0.05" |
| Solder Wick | Chemtronics | 7-10L | 0.75 in. |
References
- Morris, R. G., Garrud, P., Rawlins, J. N., O'Keefe, J. Place navigation impaired in rats with hippocampal lesions. Nature. 297, 681-683 (1982).
- Rolston, J. D., Gross, R. E., Potter, S. M. A low-cost multielectrode system for data acquisition enabling real-time closed-loop processing with rapid recovery from stimulation artifacts. Front. Neuroengineering. 2, 12-12 (2009).
- Fee, M. S., Leonardo, A. Miniature motorized microdrive and commutator system for chronic neural recording in small animals. J. Neurosci. Methods. 112, 83-94 (2001).
- Shirvalkar, P. R., Rapp, P. R., Shapiro, M. L. Bidirectional changes to hippocampal theta gamma oscillations predict memory for recent spatial episodes. Proc Natl Acad Sci U S A. 107 (15), 7054-709 (2010).
