Summary
Nous présentons une méthode à faible coût pour concevoir et construire un headstage la lumière pré-amplificateur du système avec enregistrement simultané de neurones et de la capacité de stimulation. Ce dispositif peut être imperméabilisé pour une utilisation chez les animaux de natation.
Abstract
Préamplificateurs Headstage et les adeptes de source sont couramment utilisées pour étudier l'activité neuronale dans des expériences de neurophysiologie comportementale. Disponible produits commerciaux sont souvent coûteux, pas facile à personnaliser, et non submersible. Nous décrivons ici une méthode pour concevoir et construire un sur mesure, headstage circuit intégré pour simultanée de 4 canaux d'enregistrement neuronal et 2 canaux de simulation en éveil, les animaux se comportent. Le headstage est conçu en utilisant un libre, forfait disponible dans le commerce de conception CAD-type, et peuvent être facilement modifiés pour s'adapter à différentes échelles (par exemple pour ajouter des chaînes). Une carte de circuit imprimé personnalisé est construit en utilisant les résistances à montage en surface, des condensateurs et des amplificateurs opérationnels pour construire le gain d'unité source suiveuse circuit. Le headstage est imperméable à l'eau avec une combinaison de résine époxyde, parafilm et un mastic caoutchouc synthétique. Nous avons utilisé avec succès ce dispositif pour enregistrer les potentiels de champ local et stimuler différentes régions du cerveau simultanément via des canaux indépendants chez les rats de nager dans un labyrinthe d'eau. Le coût total est <30/unit $ et peut être fabriqué facilement.
Protocol
1. Conception Headstage et aperçu de fabrication
Un headstage complété pré-amplificateur du système comprend les composants suivants:
- Un ordinateur conçu circuit intégré à quatre canaux d'enregistrement et de deux canaux de stimulation.
- Les électrodes qui transmettent les enregistrements et les canaux de stimulation pour les connecteurs appropriés sur la scène la tête des animaux.
- Un câble d'attache et d'interface qui relaie l'enregistrement et la stimulation des canaux d'un collecteur à bagues.
- Deux formes d'étanchéité sur la scène la tête et sur le circuit intégré.
2. Conception et Mise en forme du Headstage
Nous avons conçu un circuit imprimé intégré avec 4 suiveurs source et 2 passent par les canaux de stimulation en utilisant un logiciel de CAO disponibles dans le commerce paquet (www.expresspcb.com). Un headstage est conçu, et le modèle de conception est carrelé sur une grande feuille de circuits pour fournir de nombreux headstages à un coût inférieur. Le fichier CAO est transmis à la carte de circuit imprimé (PCB) de services de fabrication où recto-verso, deux planches sont imprimées en utilisant la couche couches de cuivre en haut et en bas avec tous les trous métallisés. Les conseils utilisent étain / plomb traces plaqués et plaquettes qui correspondent aux standards de l'industrie FR-4 stratifié. Le CCP peut être commandé et livré le jour ouvrable suivant. Headstages individuels sont coupés de la feuille de PCB de grandes tuiles et composants électroniques sont reliés avec de la soudure. Un exemple de schéma de l'headstage utilisé dans ce protocole est illustré (Figure 1). S'il vous plaît voir le site Web du fabricant pour des instructions détaillées et des conseils sur la conception d'un PCB.
3. Préparation et souder des composants électroniques
Tous les composants électroniques utilisés dans ce protocole sont de la montagne de périphérique de surface (SMD) de type. L'empreinte de chaque type de périphérique (résistance, condensateur, etc) a été choisie pour minimiser l'espace perdu sur la headstage, mais plus de composants CMS peuvent être utilisées si nécessaire.
- Organiser vos composants sur le circuit et les préparer pour la soudure.
- Placer une petite quantité de soudure sur le pavé étain / plomb à souder et mettre la pointe de la clôture de fer à souder pour faire fondre et adhérer la soudure au pad.
- Souder les premiers condensateurs, résistances suivant, puis les amplificateurs opérationnels.
- Les amplis op-peut être détruit par un chauffage plus. Nous avons utilisé un pistolet thermique variable de la soudure et le plus bas de la chaleur nécessaire pour faire fondre la soudure. Minimisez le temps de chauffage utilisé pour faire une bonne soudure. Nous avons trouvé utile de créer un petit réservoir de soudure qui se jette dans le pavé empreinte en appliquant la soudure le long de la trace de communication ou d'alimentation.
- Test de la résistance que les résistances au sein de votre rencontre à la valeur attendue aide d'un ohmmètre.
- Inspectez chaque pad en étroite collaboration afin de s'assurer qu'aucune soudure est de connecter ou de combler bloc adjacent. S'il ya un pont de soudure, la chaleur et faire fondre la soudure et d'utiliser une pince à rompre le pont.
4. Fabrication et le montage des interfaces d'implant et Tether
- Insérez un tube 23 hypodermiques Ga dans l'un des ports inutilisés du socket 9pin ABS pour le support mécanique.
- Coupez six morceaux de 1 cm de longueur de fil magnétique isolé pour connecter les broches femelles Amphenol à la prise de l'ABS.
- Soudez les broches femelles au fil magnétique en utilisant une petite quantité de soudure dans chaque goupille, et en chauffant l'épingle de la pointe.
- Soudez l'autre extrémité de chaque fil magnétique dans les sockets ABS.
- Position du mâle - femelle sur broches MillMax les patins sur le côté d'attache de l'headstage, et presser les broches sur le PCB pour assurer un ajustement de pression. Puis, souder chaque broche à chaque pad dans l'ordre.
- Position de la bague sur le connecteur d'implants neuronaux et pousser toutes les broches femelles dans les fentes désiré sur la base en plastique.
- Appliquez de la colle acrylique (Krazy Glue) pour le haut de la prise du connecteur ABS et le fixer à la base de la headstage. Collez le tube 23Ga au côté d'attache de l'headstage de soutien.
5. Imperméabilisation du Headstage
- Pour imperméabiliser le headstage, envelopper l'ensemble du circuit intégré et des surfaces métalliques exposées avec 5 époxy minute. Permettez 5-10 minutes pour le séchage initial, et 60 minutes pour le séchage des permanents.
- Mastic Tack affiche devrait être appliqué à la surface de la prise 9 broches ABS autour des broches femelles en saillie de la fin des animaux.
- Pour l'imperméabilisation maximale, la prise et la fiche ABS ABS devrait être accouplés et l'écrou doit être serré. Une petite bande de parafilm doit être enroulé autour de l'interface pour empêcher l'eau de contacter l'connecteurs à broches.
Les secrets du succès
- Lors de la soudure de l'amplificateur opérationnel, ne pas surchauffer l'emballage plastique. S'il yabrûle visible ou de fusion, retirez le ampli-op et de le remplacer. L'application trop de chaleur peut endommager l'ampli op sans fondre visibles. Test de chaque canal avec un générateur de fonction après la soudure.
- Assurez-vous qu'il n'ya pas de connexions errants ou des ponts de soudure sur le headstage. Soudez la mèche peut être utilisée pour supprimer des composants ou errants soudure.
6. Les résultats représentatifs
Un bon enregistrement suivra une source de signal d'entrée sans couper dans et hors pendant le mouvement. Pour tester la headstage, l'utilisateur doit utiliser un générateur de fonctionner comme une entrée pour chaque broche d'enregistrement et d'évaluer les formes d'onde à l'extrémité de sortie max Moulin-tête. Physiquement déplaçant le headstage ne devrait pas influencer la forme des courbes enregistrées.
Figure 1. Vue schématique (A) de la couche supérieure du circuit imprimé (PCB). Les lignes rouges indiquent des traces de cuivre. Les lignes jaunes indiquent option couche de sérigraphie pour le positionnement des pièces électroniques. On voit ici le placement amplificateur opérationnel (central carré jaune), des résistances (petits carrés jaunes) et les condensateurs (petits carrés jaunes). (B) Vue schématique de la couche de fond de PCB. Lignes vertes indiquent des traces de cuivre. Grand espace vert remplie représente la plaque au sol. Un fichier de modèle de ce schéma est fourni en téléchargement.
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Discussion
Eau labyrinthe base des tâches comportementales fournir des outils efficaces pour sonder les capacités des animaux et des représentations cognitives en temps réel 1. L'utilisation de matériaux légers et le coût des préamplificateurs headstage efficace est particulièrement critique dans les applications de neurophysiologie comportementale impliquant le labyrinthe d'eau. Parce s'échapper l'eau froide fournit une motivation intrinsèque pour les animaux dans ces tâches, leur comportement peut être testé dans des essais répétés, sans les difficultés de motiver les animaux sur des labyrinthes sec. Le dispositif de pré-amplificateur à faible coût headstage décrites ici permettra aux scientifiques de tester les hypothèses de la fonction neuronale dans les tâches de l'eau sans vous soucier des équipements coûteux dommageable.
Ce protocole est destiné à servir de point de départ pour la conception headstage personnalisés. Le schéma fourni est facilement adaptable pour inclure plus de l'enregistrement ou canaux de stimulation et peut être adapté selon les désirs de l'expérimentateur. En particulier, en intégrant les configurations commerciales broches, on peut construire headstages qui peut s'accoupler avec commercialement disponibles des cartes d'interface électrode. Bien que l'exemple fourni dans ce protocole prévoit source de gain d'unité suivants sur chaque canal, le lecteur intéressé pourra ajuster cette amplification en changeant la configuration des résistances et des condensateurs (s'il vous plaît voir 2 pour un examen détaillé des systèmes d'acquisition de données).
Bien que les techniques liées à l'implantation d'électrodes et de positionnement sont au-delà de la portée de cet article, nous avons utilisé la configuration suivante pour enregistrer à partir d'électrodes de profondeur fixe (Shirvalkar et al. Sous presse, 2010). De plus amples détails sur la façon de construire et d'implanter des électrodes mobiles pour l'enregistrement de chroniques peuvent être trouvés ici: 3.
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Disclosures
Aucun conflit d'intérêt déclaré.
Acknowledgments
Nous tenons à remercier Justin Riceberg d'assistance technique dans le test du headstage. Ce travail a été soutenu en partie par les Instituts nationaux de Santé des subventions MH65658, MH073689, et F30-01A1 AG034003, et la 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).
