Summary
Se presenta un método de bajo costo para diseñar y construir un cabezal de luz pre-amplificador del sistema de grabación simultánea neural y la capacidad de estimulación. Este dispositivo puede ser impermeabilizadas para su uso en animales que nadan.
Abstract
Preamplificadores Headstage y seguidores de origen son utilizados para estudiar la actividad neuronal en el comportamiento experimentos neurofisiología. Disponible en los productos comerciales suelen ser caros, no se puede personalizar fácilmente, y no sumergibles. Aquí se describe un método para diseñar y construir un cabezal a medida, circuitos integrados de traducción simultánea de 4 canales de grabación neural y la simulación de 2 canales en animales despiertos, de comportarse. El headstage está diseñado con un país libre, disponible en el mercado CAD-tipo de paquete de diseño, y puede ser modificado fácilmente para adaptarse a diferentes escalas (por ejemplo, para añadir los canales). Una placa de circuito impreso personalizado está construido con resistencias de montaje superficial, los condensadores y amplificadores operacionales para la construcción de la ganancia de la unidad fuente circuito seguidor. El headstage se hace a prueba de agua con una combinación de epoxi, parafina y una masilla de caucho sintético. Hemos utilizado con éxito este dispositivo para registrar los potenciales de campo locales y estimular las diferentes regiones del cerebro al mismo tiempo a través de canales independientes en ratas nadando en un laberinto de agua. El costo total es <$ 30/unit y puede ser fabricado fácilmente.
Protocol
1. Headstage Diseño y Fabricación general
Un cabezal completado pre-amplificador del sistema se compone de los siguientes componentes:
- Una computadora diseñada placa de circuito integrado con cuatro canales de grabación y dos canales de estimulación.
- Electrodos que transmiten las grabaciones y canales de estimulación para los conectores adecuados en la etapa de la cabeza los animales.
- Un cable de amarre y una interfaz que transmite la grabación y canales de estimulación a un colector de anillos.
- Dos formas de impermeabilización en la etapa de la cabeza y en el circuito integrado.
2. Diseño y maquetación de la Headstage
Hemos diseñado una placa de circuito impreso integrado con cuatro seguidores de origen y pasan a través de dos canales de estimulación con un producto comercial de software CAD paquete (www.expresspcb.com). Una headstage está diseñado, y el patrón de diseño es de baldosas a través de una hoja más grande de la placa de circuito para proporcionar headstages muchos a un menor costo. El archivo CAD se transmite a la placa de circuito impreso (PCB) en el servicio de fabricación de doble cara, dos tablas de capa se imprimen con capas de cobre superior e inferior con todos los orificios pasantes recubiertos. Las placas usan estaño / soldadura de plomo chapado en rastros y las pastillas que corresponden al estándar de la industria FR-4 laminado. El PCB se pueden pedir y se envían el siguiente día hábil. Headstages individuales se cortan de la hoja grande de azulejos PCB y componentes electrónicos están conectados con soldadura. Un ejemplo de disposición de headstage utilizados en este protocolo se muestra (Figura 1). Por favor, consulte el sitio web del fabricante para obtener instrucciones detalladas y consejos sobre el diseño de un PCB.
3. Preparación y soldadura de componentes electrónicos
Todos los componentes electrónicos utilizados en este protocolo son de la superficie del dispositivo de montaje (SMD) de tipo. La huella de cada tipo de dispositivo (resistencia, condensador, etc) fue elegido para minimizar el espacio desperdiciado en el headstage, pero más grandes componentes SMD se pueden utilizar si es necesario.
- Organizar los componentes en la placa de circuito y los preparan para la soldadura.
- Coloque una pequeña cantidad de estaño en la plataforma de estaño / plomo para ser soldadas y acerque la punta de la estrecha cautín para derretir la soldadura y se adhieren a la plataforma.
- Soldar los condensadores primera resistencias, a continuación, y luego los amplificadores operacionales.
- Los amplificadores operacionales pueden ser destruidos por sobrecalentamiento. Se utilizó una pistola de calor variable de soldadura y el menor calor necesario para fundir la soldadura. Minimizar el tiempo de calentamiento usado para hacer una buena soldadura. Nos pareció que era conveniente crear un pequeño depósito de soldadura que desemboca en la plataforma de la huella mediante la aplicación de soldadura a lo largo de las señales de comunicación o el poder.
- Prueba de que la resistencia a través de sus detractores se reúne el valor esperado con un óhmetro.
- Inspeccione cada pad de cerca para asegurarse de que no es la soldadura de conexión o puente almohadillas adyacentes. Si hay un puente de soldadura, el calor y fundir la soldadura y el uso de una pinza para romper el puente.
4. Montaje y fabricación de interfaces implante y la cuerda
- Insertar un tubo de 23 Ga hipodérmica en uno de los puertos no utilizados de la toma de 9 pines ABS para el soporte.
- Corte seis piezas de 1 cm de longitud de cable con aislamiento magnético para la conexión de los pines amphenol mujeres a la toma de beneficios.
- Soldar los pines hembra para el cable magnético usando una pequeña cantidad de estaño en cada pin, y calentando el pin de la punta.
- Suelde el otro extremo de cada cable magnético en las tomas de beneficios.
- La posición del hombre - pines hembra millMAX sobre las almohadillas en la parte de sujeción de la headstage, y apretar las clavijas en el PCB para asegurar un ajuste de presión. Entonces, la soldadura de cada pin a cada pad en orden.
- La posición de la tuerca en el conector de implante neural y empujar todos los bolos femeninos en las ranuras que desee en la base de plástico.
- Aplique el pegamento acrílico (krazy pegamento) para la parte superior del conector hembra ABS y seguro a la base de la headstage. Pegue el tubo 23Ga al lado de la correa headstage de apoyo.
5. La impermeabilización de los Headstage
- Para impermeabilizar la headstage, encierran todo el circuito integrado y las superficies metálicas expuestas con 5 minutos de epoxy. 5-10 minutos para el secado inicial, y 60 minutos para el secado permanente.
- Masilla cartel Tack se debe aplicar a la superficie de los 9 pines ABS toma alrededor de los clavos que sobresalen de las mujeres al final de los animales.
- Para la impermeabilización de máxima, la toma de ABS y ABS plug deberán acoplarse y la tuerca debe apretarse ser. Una pequeña franja de parafina debe ser envuelto alrededor de la interfaz para evitar que el agua entre en contacto con los pines.
Secretos para el Éxito
- Al soldar el amplificador operacional, no recalentar el envase de plástico. Si hayse está quemando o visible de fusión, retire el amplificador y reemplazarlo. La aplicación de calor excesivo puede dañar el amplificador operacional sin derretirse visible. Prueba de cada canal con un generador de funciones después de la soldadura.
- Asegúrese de que no hay conexiones perdidas o puentes de soldadura en la headstage. Mecha de soldadura se puede utilizar para eliminar los componentes o callejeros soldadura.
6. Resultados representante
Una buena grabación seguirá una señal de fuente de entrada sin cortar y salir durante el movimiento. Para probar la headstage, el usuario debe utilizar un generador de funciones como una entrada a cada pin de registro y evaluación de las formas de onda en el extremo Mill Max de salida de cabecera. El movimiento físico de los headstage no debe influir en la forma de formas de onda registradas.
Figura 1. (A) Representación esquemática de la capa superior de la placa de circuito impreso (PCB). Las líneas rojas indican rastros de cobre. Las líneas amarillas indican la capa de serigrafía opcional para el posicionamiento de las piezas electrónicas. Se muestran la ubicación del amplificador operacional (central cuadrado amarillo), resistencias (pequeños cuadrados amarillos) y los condensadores (el más pequeño cuadrados amarillos). (B) Representación esquemática de la capa inferior de la PCB. Líneas verdes indican rastros de cobre. Gran zona verde llena representa placa de tierra. Un archivo de modelo de este esquema se proporciona para su descarga.
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Discussion
Agua laberinto tareas basadas en el comportamiento proporcionar herramientas eficaces para probar las habilidades de los animales y las representaciones cognitivas en tiempo real 1. El uso de preamplificadores headstage ligera y rentable es especialmente crítica en las aplicaciones de la neurofisiología del comportamiento implican el laberinto de agua. Debido a escapar de la agua fría proporciona la motivación intrínseca de los animales en estas tareas, su comportamiento puede ser probado en ensayos repetidos, sin las dificultades de motivar a los animales en laberintos seco. El bajo costo headstage dispositivo preamplificador descrito aquí permitirá a los científicos para probar las hipótesis de la función neural en las tareas del agua sin la preocupación de equipos costosos daños.
Este protocolo está destinado a servir como punto de partida para el diseño de headstage personalizado. El esquema siempre es fácilmente adaptable a incluir más de grabación o canales de estimulación y se puede escalar de acuerdo a los deseos del experimentador. En particular, mediante la incorporación de comercial configuraciones de pines del conector, se puede construir headstages que puede aparearse con tarjetas de interfaz disponibles en el mercado de los electrodos. Aunque el ejemplo proporcionado en este protocolo ofrece fuente de ganancia unitaria siguientes en cada canal, el lector interesado puede ajustar esta amplificación, cambiando la configuración de las resistencias y condensadores (véase 2 para una revisión detallada de los datos de los sistemas de adquisición).
Aunque las técnicas relacionadas con la implantación de electrodos y posicionamiento están fuera del alcance de este artículo, hemos utilizado la siguiente configuración de registro de los electrodos de profundidad fijos (Shirvalkar et al. En prensa, 2010). Para más detalles sobre cómo construir e implantar electrodos móviles para la grabación de crónicas se puede encontrar aquí: 3.
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Disclosures
No hay conflictos de interés declarado.
Acknowledgments
Nos gustaría agradecer Riceberg Justin para la asistencia técnica en las pruebas de la headstage. Este trabajo fue apoyado en parte por los Institutos Nacionales de Salud subvenciones MH65658, MH073689, y F30 AG034003-01A1, y el Mount Sinai School of Medicine.
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).
