Summary
Мы представляем недорогой метод для проектирования и строительства свет headstage предварительного усилителя системы с одновременной записью и нейронной стимуляции возможности. Это устройство может быть водонепроницаемым для использования в плавательных животных.
Abstract
Headstage предусилители и источник последователи обычно используются для исследования нейронной активности в поведенческих экспериментов нейрофизиологии. Доступные коммерческие продукты часто дорогие, не легко настраивается, а не погружные. Здесь мы опишем метод на проектирование и строительство индивидуальных, интегрированных headstage схему для одновременной 4-канальной записи нейронных и 2-канальный моделирования в бодрствует, поведение животных. Headstage разработан с использованием свободных, коммерчески доступных CAD-типа конструкции упаковки, и может быть изменен легко для размещения различных масштабов (например, для добавления каналов). Индивидуальные печатная плата построена с использованием поверхностного монтажа резисторов, конденсаторов и усилителей для построения источник единичного усиления последователем цепи. Headstage сделана водонепроницаемой при сочетании эпоксидной смолы, парафильмом и синтетические замазки резины. Мы успешно использовали это устройство для записи локальных потенциалов поля и стимулируют различные области мозга одновременно через независимых каналов у крыс, купание в водном лабиринте. Общая стоимость <$ 30/unit и могут быть изготовлены с готовностью.
Protocol
1. Дизайн и изготовление Headstage Обзор
Завершено headstage предварительного усилителя Система состоит из следующих компонентов:
- Компьютер, созданный интегрированных плат с четырьмя каналами записи и два канала стимуляции.
- Электроды, которые передают записи и стимулирование каналов к соответствующим разъемам на сцене головы животных.
- Кабеля и троса интерфейс, реле записи и стимулирование каналов фазным коммутатор.
- Две формы гидроизоляции на голове сцене и на интегральной схемы.
2. Дизайн и верстка Headstage
Мы разработали интегрированные печатные платы с 4 источника последователей и 2 проходят через стимуляцию каналов с использованием коммерчески доступных САПР пакет (www.expresspcb.com). Один headstage предназначен, и шаблон накладывается с другой больше листа плату предоставить много headstages по более низкой цене. Файл CAD передается на печатной плате (PCB) производство услуг, где двухсторонний, две доски слой печатаются с использованием верхнего и нижнего слоев меди с покрытием все дыры до конца. Платах используется олово / свинец припой покрытие трасс и площадок, что соответствует отраслевым стандартом FR-4 ламината. Печатной плате могут быть заказаны и отправлены на следующий рабочий день. Индивидуальные headstages вырезаны из больших черепичные лист печатных плат и электронных компонентов, связанных с припоем. Например расположение headstage, используемые в настоящем протоколе показано (рис. 1). Пожалуйста, смотрите сайте производителя для получения подробных инструкций и советов по проектированию печатных плат.
3. Подготовка и пайки электронных компонентов
Все электронные компоненты, используемые в настоящем протоколе, имеют устройства для поверхностного монтажа (SMD) типа. След каждого типа устройств (резистор, конденсатор и т.д.) был выбран для минимизации неиспользуемого пространства на headstage, но больше SMD компоненты могут быть использованы при необходимости.
- Организуйте свои компоненты на плате и подготовить их к пайке.
- Нанесите небольшое количество припоя на олово / свинец площадки для пайки и довести кончике пайки железа близко, чтобы расплавить и придерживаться припоя на площадку.
- Припой конденсаторов во-первых, резисторы следующий, а затем операционных усилителей.
- Операционные усилители могут быть уничтожены за отопление. Мы использовали переменную тепла пайки пушки и низкий тепла, необходимое для расплава припоя. Минимизировать время нагрева используется, чтобы сделать хорошее соединение припоя. Мы обнаружили, что удобно для создания небольшого водоема припоя, которая впадает в след площадки с применением припоя вдоль связи или власти следы.
- Испытание, что сопротивление по всей вашей резисторов соответствует ожидаемому значению с помощью омметра.
- Осмотрите каждую площадку тесно обеспечить, чтобы ни припой подключении или моста смежных колодки. Если есть припой моста, тепло-и расплава припоя и использовать пинцет сломать мост.
4. Ассамблеи и изготовление имплантатов и Tether Интерфейсы
- Вставьте 23 Ga подкожные трубы в одну из неиспользуемых портов в 9-контактный разъем ABS для механической поддержки.
- Вырезать шесть 1 см длины кусков изолированные магнитные провод для подключения женский AMPHENOL контакты к разъему ABS.
- Припой женский выводы с использованием магнитной проволокой небольшое количество припоя в каждый контакт, и при нагревании булавку из наконечника.
- Припой другом конце каждого магнитного провода в розетки ABS.
- Позиция мужской - женский контакты MillMax над площадки на тросе стороне headstage, и отжать через контакты печатной платы для обеспечения давления нужным. Затем, припой каждого вывода на каждый пэд по порядку.
- Установите гайку на нейронных разъем имплантата и олл женский контактов в нужный слот на пластиковом основании.
- Применение акрилового клея (клей Krazy) к началу разъем розетка ABS и закрепить ее на базе headstage. Клей 23Ga трубки троса стороне headstage за поддержку.
5. Гидроизоляция Headstage
- Для водонепроницаемый headstage, накрыть весь интегральной схемы и любой открытых металлических поверхностей с 5 минут эпоксидной смолы. Разрешить 5-10 минут для начальной сушки, и 60 минут для постоянного сушки.
- Шпаклевки Плакат Tack должны применяться к поверхности 9-контактный разъем ABS вокруг самки контакты выступающих из животного конца.
- Для максимального гидроизоляции, ABS гнездо и разъем АБС должны быть сопряжены и кольцевой гайки должны быть затянуты. Небольшую полоску парафильмом должны быть обернуты вокруг интерфейс, чтобы вода не связавшись с контактными разъемами.
Секреты успеха
- При пайке операционный усилитель, не перегреваются пластиковый пакет. Если естьвидна горения или плавления, удалить операционного усилителя и замените его. Применение слишком много тепла может привести к повреждению ОУ без видимых плавления. Испытание каждого канала с функцией генератора после пайки.
- Убедитесь Есть нет бродячих соединения или перемычек на headstage. Припой фитиль может быть использована для удаления компонентов или бродячих припоя.
6. Представитель Результаты
Хорошую запись будет следовать сигнала источника входного сигнала, не разрезая и выходить во время движения. Для проверки headstage, пользователь должен использовать функцию генератора в качестве вклада в каждой записи контактных и оценивать сигналы в заголовке Милль конце выход Макс. Физически движущихся headstage не должны влиять на форму записанного сигналов.
Рисунок 1. (А) Схематическое изображение верхнего слоя печатной платы (PCB). Красные линии обозначают медь следы. Желтые линии указывают опциональные шелкография слоя для позиционирования электронные компоненты. Показаны оперативного размещения усилителя (центральный желтый квадрат), резисторов (меньше желтые квадраты) и конденсаторов (маленький желтый квадрат). (Б) Схематическое изображение нижний слой печатной платы. Зеленые линии показывают меди следов. Большие зеленые заполнены область представляет землю тарелку. Файл модели этой схеме предоставляется для скачивания.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Вода лабиринт поведенческой задачи обеспечения эффективных инструментов зонд животных познавательные способности и представления в режиме реального времени 1. Использование легких и экономически эффективным предусилители headstage особенно важно в поведенческой нейрофизиологии приложений, связанных с водой лабиринт. Поскольку избежать холодной воды обеспечивает внутреннюю мотивацию для животных в этих задач, их поведение может быть проверена при повторных испытаниях без трудностей мотивации животных на сухие лабиринты. Низкая стоимость headstage предусилитель устройство, описанное здесь, позволит ученым для проверки гипотез нейронных функции в воде задачи, не волнуйтесь повреждения дорогостоящего оборудования.
Этот протокол призван служить отправной точкой для дизайна пользовательских headstage. Схема при условии, легко адаптируется к записи включают более или стимуляции каналов и может масштабироваться в зависимости от желания экспериментатора. В частности, за счет включения коммерческой установки разъема, можно построить headstages, которые могут спариваться с коммерчески доступных плат электрод. Хотя пример, приведенный в этой протокол обеспечивает единичное усиление источником следующих по каждому каналу, заинтересованный читатель может скорректировать эту усиления путем изменения конфигурации резисторов и конденсаторов (см. 2 для подробного обзора данных, систем сбора).
Хотя методы, связанные с имплантацией электродов и расположение которых выходит за рамки этой статьи, мы использовали следующие настройки для записи с фиксированной электродами глубина (Shirvalkar и соавт. В прессе, 2010). Более подробная информация о том, как построить и внедрить подвижными электродами для хронических записи можно найти здесь: 3.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Нет конфликта интересов объявлены.
Acknowledgments
Мы хотели бы поблагодарить Джастина Riceberg для оказания технической помощи в тестировании headstage. Эта работа была выполнена при частичной поддержке Национального института здравоохранения грантов MH65658, MH073689 и F30 AG034003-01A1, а горе Синай школы медицины.
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).
