الجزئي للمحرك صفيف المزمنة في الجسم الحي تسجيل : الجمعية Tetrode

نصف في هذا البروتوكول عملية تصنيع وتركيب حزم Tetros المكونة من أربعة أقطاب كهربائية للتسجيل المزمن في الجسم الحي (in vivo) لدى القوارض المستيقظة؛ لبدء تصنيع tetro، يتم طي خيط من أسلاك الأقطاب الكهربائية الدقيقة مرتين على نفسه لتكوين حزمة من أربعة أسلاك متوازية، ثم تُبرم هذه الأسلاك معاً، وتُعالج باستخدام مسدس هواء ساخن.

يتم وضع كل مسبار tero مكتمل في صندوق تخزين. وأثناء تصنيع المزيد من مسابر tero، يتم إدخال كل مسبار tero عبر مسار مخصص يدخل من خلال فتحة في مشغل خطي ويخرج من قاعدة مصفوفة التشغيل الدقيق. يتم توصيل كل سلك من الأسلاك الأربعة للمسبار tero بدبابيس منفصلة على لوحة موصلات مخرجات مثبتة في الجزء العلوي من مصفوفة التشغيل الدقيق.

يتم خفض ممانعة كل قناة في الـ tero باستخدام عملية الطلاء الكهربائي بالذهب. وبمجرد تركيب جميع الـ teros وطلاؤها كهربائيًا، يتم توصيل سلكين أرضيين بالدبابيس المقابلة على لوحة الموصلات، ويتم تثبيت مخروط واقٍ على إطار مصفوفة المحرك الدقيق للحماية بعد تأريض المخروط، وبذلك تصبح مصفوفات Tero ذات المحركات الدقيقة والوظيفية جاهزة للزرع. مرحبًا، أنا ديف نيان من مختبر نات ويلسون في معهد بيكوت للتعلم والذاكرة.

سنعرض لكم اليوم في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) إجراءً لتصنيع الـ teros، وتحميل الـ teros، وإتمام المراحل النهائية من إعادة بناء المحرك الدقيق (micro drive). نستخدم هذا الإجراء في مختبرنا لدراسة النشاط العصبي المنسق بين المجموعات الكبيرة من الخلايا العصبية في تحضيرات حيوانية مستيقظة وسلوكية. لذا، فلنبدأ.

لبناء التيرو (tero) الخاص بمصفوفة المحركات الدقيقة القياسية، نبدأ بقطعة طولها 50 centimeter من السلك الدقيق المعزول بقطر 12 micron. قم بطي السلك إلى نصفين، ومرر أصابعك على طول الزوج لجعلهما يلتصقان معاً. تأكد من وجود تلامس جيد بين السلكين على طول مسارهما بالكامل.

اطوِ الزوج مرة أخرى عن طريق إمساك الطرفين معاً. تأكد من أن الحلقة المتكونة في أحد الطرفين ليست ملتوية. قص الأسلاك الأربعة في الطرف غير الملفوف بحيث تكون الأطراف الأربعة محاذية لبعضها البعض.

بالنسبة للخطوة التالية، ستحتاج إلى مشبك تمساح مُعدل، وجهاز تدوير آلي، وقضيب أفقي فوق جهاز التدوير. يتم تعديل مشبك التمساح عن طريق لصق قضيب بلاستيكي في قاعدة المشبك. عند ظهور الأطراف، قم بتثبيت الأسلاك الأربعة معاً باستخدام مشبك التمساح المُعدل.

قم بتعليق حلقة السلك فوق القضيب الأفقي. ضع مشبك التمساح في المنصة الآلية. قم بتدوير حزمة السلك 80 لفة باتجاه عقارب الساعة، تليها 40 لفة عكس اتجاه عقارب الساعة، وذلك على مدار ثلاث دقائق تقريبًا.

يمكن تغيير هذه المعلمات وفقاً لاحتياجاتك. بعد اكتمال عملية اللّي، قم بصهر الأسلاك معاً عن طريق التسخين من ثلاث زوايا مختلفة باستخدام مسدس حراري مع ضبط التدفق من متوسط إلى منخفض لكل زاوية، مع البدء من مسافة سنتيمتر واحد إلى سنتيمترين أسفل نقطة انقسام حزمة الأسلاك. بعد ذلك، مرر المسدس الحراري للأسفل وللأعلى على مسافة سنتيمترين من الأسلاك لمدة خمس ثوانٍ تقريباً.

توخَّ الحذر لأن درجات الحرارة المرتفعة ستؤدي إلى صهر العازل تماماً وتسبب حدوث دوائر قصيرة. بعد اندماج الأسلاك معاً، قم بإزالة الـ tero من جهاز الفتل عن طريق رفع مشبك التمساح برفق لتخفيف الشد عن الـ tero، ثم اقطع الـ tero بالقرب من مشبك التمساح. وفي الطرف الآخر، اقطع الحلقة بحيث تتبقى أربع خيوط سلكية غير مُعلمة ذات أطوال متساوية. بعد ذلك، افصل الخيوط الفردية من الأعلى عن طريق ثني الأسلاك برفق باستخدام ملقط ذو طرف ناعم.

أصبح الـ tero الآن جاهزاً للتحميل في مصفوفة المحرك الدقيق. قم بتجهيز من 21 إلى 25 طريق Tet إضافية وخزنها في صندوق خالٍ من الغبار حتى يحين وقت المضي قدماً في عملية تحميل الـ tero. ستحتاج إلى مصفوفة محرك دقيق كاملة إذا لم تكن قد قمت ببنائها بعد.

يرجى الرجوع إلى فيديو مصفوفة دفع الأقطاب الكهربائية الدقيقة للتسجيل المزمن في الجسم الحي لصناعة مصفوفة الدفع الدقيقة في خطة التصميم الخاصة بنا. سيتم توصيل tero من أحد طرفيه بقطع توصيل صلبة، وسيمر عبر أنبوب حامل poly mid في الدفع الدقيق بحيث تمتد رؤوس الأقطاب الكهربائية أسفل قاعدة مصفوفة الدفع الدقيقة. سنقوم الآن بتوضيح عملية التحميل هذه لـ tero واحد.

قبل البدء، قم بتجهيز حامل المحرك الذي يمكن توصيله بلوحة الموصلات من أحد طرفيه وتثبيته بواسطة وعاء من الثلج من الطرف الآخر. في هذا المثال، يتكون حامل المحرك من موصل milax ملصق بأحد طرفي مقبض سكين X exacto. وبالإمساك بـ tero باستخدام ملاقط ذات طرف ناعم وباستخدام المجهر المجسم (stereoscope)، ادفع طرف tero داخل أنبوب حامل poly mid الخاص بأحد المحركات الدقيقة. ادفع Tet road داخل الأنبوب حتى تصبح أسلاك القطب الكهربائي الفردية قريبة من لوحة الموصلات الموجودة في الجزء العلوي من مصفوفة المحرك. كن حذرًا لعدم ثني الأسلاك، لأن ذلك سيجعل tetro يدخل الدماغ بزاوية بدلًا من أن يكون عموديًا، مما سيضعف سلامة tero.

الآن، قم بتمرير الطرف الآخر من الأسلاك الأربعة برفق في الثقوب المخصصة لها في لوحة واجهة القطب الكهربائي باستخدام ملاقط ذات رؤوس ناعمة. ومرة أخرى، تجنب ثني أو طي الأسلاك. بعد تثبيت الأسلاك الأربعة في مكانها، ادفع الدبابيس الذهبية في ثقوبها باستخدام زوج من الكماشات ذات فك سفلي قصير.

عند دفع الدبابيس في الثقب، فإنها ستزيل العزل عن السلك وتنشئ اتصالاً كهربائياً للرجوع إليه لاحقاً. تتبع بدقة عملية الربط بين المحركات الدقيقة (micro drives) وموضع الدبوس على لوحة واجهة القطب الكهربائي. استمر في تحميل ما مجموعه 18 من أقطاب tetros.

سيتم استخدام المحركات الدقيقة الثلاثة المتبقية في المصفوفة لاستضافة الأقطاب المرجعية. يتكون كل قطب مرجعي من tero يستخدم واحدًا فقط من الـ yns الأربعة غير المربوطة. لتثبيت الأقطاب المرجعية، اتبع إجراء التحميل، ولكن قم بتوصيل واحد فقط من الأقطاب الأربعة بالدبوس الخاص بالقطب المرجعي المقابل على لوحة الموصلات.

إذا كنت تخطط لإجراء تسجيلات من مواقع متعددة، فقد يكون من المفيد تخطيط التوصيلات من الـ teros إلى لوحة الموصلات مسبقاً. على سبيل المثال، قم بتجميع الـ tetros التي تستهدف منطقة تشريحية واحدة معاً على لوحة واجهة الأقطاب الكهربائية. ومن شأن ذلك أن يقلل من احتمالية ضبط الـ tetro الخاطئ أثناء التجارب.

بمجرد اكتمال عملية تحميل التيرو، قم بتجهيز سلكين للتأريض، أحدهما للحيوان والآخر للمخروط الواقي. اقطع سلكاً فولاذياً معزولاً بطول ست بوصات، وأزل ثلاثة مليمترات من العزل باستخدام ملقط معدني من كلا طرفي السلك. بعد ذلك، اقطع سلكاً فولاذياً معزولاً بطول أربع بوصات.

قم بإزالة ثلاثة مليمترات من العزل عند أحد الطرفين وسنتيمتر واحد عند الطرف الآخر. مرر سلك التأريض الذي يبلغ طوله ست بوصات عبر الفتحة الموجودة على جانب مصفوفة المحرك الدقيق واتجه به للأعلى نحو لوحة الواجهة. قم بتوصيل السلك المكشوف بلوحة واجهة القطب الكهربائي باستخدام دبوس ذهبي في فتحة التأريض المحددة.

سيتصل هذا السلك بجمجمة الحيوان. قم بتوجيه سلك التأريض بطول أربع بوصات بشكل موازٍ لسلك التأريض الذي تم تركيبه مسبقاً. صل الطرف المقشر بطول ثلاثة مليمتر إلى لوحة واجهة القطب الكهربائي باستخدام دبوس ذهبي في فتحة تأريض مخصصة أخرى.

سيتم توصيل هذا السلك لاحقاً بمخروط واقٍ، والذي سيعمل كقفص فاراداي صغير لتقليل التقاط الضوضاء. لقد انتهينا الآن من توصيل الأسلاك ويمكننا المضي قدماً في تهذيب الـ teros الخاصة بنا. هدفنا في هذه العملية هو قص جميع الـ teros بحيث تكون أطول قليلاً من عمق بنية الدماغ المستهدفة وفي مثالنا.

صُممت المحركات الدقيقة لتحقيق أقصى مسافة انتقال تتراوح بين خمسة إلى ستة مليمترات، وهي مسافة كافية للوصول إلى العديد من مناطق القشرة الجديدة والحصين الظهري في الجرذ البالغ. أولاً، قم بخفض جميع المحركات الدقيقة بحيث تبرز أقطاب tetros إلى أقصى حد في وقت واحد. قص جميع أقطاب tetros إلى أطوال تزيد بنحو خمسة مليمترات عن الطول النهائي المطلوب، باستخدام مقص رفيع وحاد للقص النهائي.

قم بتجهيز زوج من المقصات المسننة في حوض من الثلج، وثبّت أحد المقابض بزاوية مائلة قليلاً إلى الأسفل مع توجيه المسننات للأعلى، بينما تترك المقبض الآخر معلقاً. الآن، اسحب جميع أقطاب Tet بالكامل إلى داخل القنية المرشدة عن طريق تدوير المحركات الدقيقة للأعلى. وباستخدام المجهر التشريحي، قم بمد أحد أقطاب tero بالكامل إلى خارج القنية الخاصة به.

باستخدام مسطرة، ضع المقصات المسننة على المسافة المطلوبة من الدليل المؤدي إلى القنية. قص الـ tero ببطء ورفق بحركة واحدة سلسة. بعد قص الـ tero، اسحب المحرك الدقيق (micro drive) للأعلى بمقدار 3 إلى 4 مليمترات.

كرر هذه العملية لكل tero حتى يتم قطعها جميعاً. عند هذه النقطة، تصبح مستعداً لعملية الطلاء بالذهب. الطلاء بالذهب.

يعد الـ ro teros ضرورياً للتسجيلات المستقرة طويلة المدى، حيث يمنع التآكل ويحسن التوافق الحيوي. قم بضبط مقياس الممانعة على الوضع الخارجي في مولد التيار ووضع فحص التيار المستمر (DC) مع مخرج صوتي.

لامس طرفي مولد التيار بالأزواج الستة الممكنة من القنوات داخل كل tero، واستخدم التغذية الراجعة الصوتية لتحديد ما إذا كانت هناك دوائر قصيرة بين الأزواج. يكون صوت الدائرة القصيرة بين أزواج القنوات على هذا النحو. في حال وجود دائرة قصيرة، أعد قص الـ tero باستخدام مقص مسنن ثم اختبره مرة أخرى.

إذا استمرت المشكلة، تخلص من طريق Tet واستبدله. حرك جميع المحركات الدقيقة للأسفل، مع تمديد جميع طرق Tet إلى أقصى حد ممكن. قم بتعديل تكوين المعدات لفحص معاوقة القطب الكهربائي.

الآن، اغمس أطراف جميع أقطاب الـ teros في حمام من محلول طلاء الذهب القياسي. يكون حمام الذهب متصلاً كهربائياً بالطرف السالب لمقياس الممانعة. تحقق من ممانعة القطب عن طريق ملامسة الطرف الموجب لمقياس الممانعة إلى الدبوس المقابل في لوحة الموصلات.

قم بقياس وتسجيل ممانعة كل سلك في مصفوفة المحرك الدقيق. تتراوح القيم الطبيعية من 1 إلى 3 mega ohms على مولد التيار. اضبط التيار بين 1 إلى 3 microamps.

بعد ذلك، قم بالتوصيل بإحكام. ثبّت الطرف الموجب لمقياس المعاوقة بالدبوس الموجود على لوحة الموصلات. في مقياس المعاوقة.

قم بالتبديل سريعاً من الوضع العادي إلى وضع التجاوز ثم العودة مرة أخرى أثناء التواجد في وضع التجاوز. سيمر التيار عبر مسار Tet ومحلول الذهب، وسيتم طلاء الذهب على طرف القطب الكهربائي. يجب أن تكون المعاوقة بعد كل جولة طلاء أقل مما كانت عليه قبل ذلك.

كرر النبضة الحالية. إذا لم تنخفض المعاوقة إلى أقل من 1 mega ohm. يتراوح النطاق التحفظي للمعاوقات المقبولة من 250 kilo ohms إلى 350 kilo ohms.

إذا انخفضت المعاوقة إلى أقل من 200 kilo ohms، فقد يشير ذلك إلى وجود دائرة قصر. أما إذا لم تنخفض المعاوقة بشكل كافٍ بعد نبضات متكررة، فقد تكون قمة القطب مسدودة. أعد قطع التيرو وافحص وجود دوائر قصر ثم كرر عملية الطلاء بالذهب.

إذا لم يساعد إعادة القطع، فاستبدل الـ tero وابدأ من جديد. بعد زرع جميع الـ teros، اغمسها في الإيثانول واتركها لتجف لمدة تتراوح بين ثلاث إلى خمس دقائق. اختبر وجود دوائر قصيرة (short circuits) داخل الـ teros باستخدام مولد التيار مع تعريض أطراف الـ tero للهواء.

في حال وجود اتصال تيار مستمر (DC) بين قطبين أو أكثر من أقطاب tero، يجب إعادة قطع tero وطلاؤه بالذهب مرة أخرى. وبعد اكتمال عملية الطلاء بالذهب لجميع أقطاب teros، يتم نقل جميع أقطاب teros إلى المحرك (drive). وكخطوة أخيرة عند الجزء العلوي من كل محرك ميكروي (micro drive)، يتم إضافة قطرة من غراء السيانوأكريليت متوسط الكثافة عند الواجهة الفاصلة بين كل tero والأنبوب البوليمري الخاص به.

سيؤدي ذلك إلى تثبيت الـ tero في المحرك الدقيق (micro drive) الخاص به. والغرض من المخروط الواقي هو حماية المحركات الدقيقة وسلك الـ tero المكشوف من البيئة المحيطة، كما يوفر الدعم اللازم أثناء التعامل معه خلال التجربة ويقلل من الضوضاء الكهربائية.

نستخدم مخروطاً بلاستيكياً مطبوعاً بتقنية ثلاثية الأبعاد. ومع ذلك، يمكن صنع المخروط من مواد أخرى مثل قطعة مثنية من علبة مياه غازية. كما يمكن أخذ المخروط البلاستيكي وتثبيت بعض شريط رقائق الألومنيوم على السطح الداخلي أو الخارجي.

أولاً، أدخل وقم بتدوير ثلاثة براغي مقاس 1/72 وطولها 3/16 بوصة جزئياً في جوانب المخروط بينما تكون مصفوفة التشغيل معلقة. أدخل المخروط فوق وحدة التشغيل. تأكد من امتداد كلا السلكين الأرضيين من الجزء السفلي لمصفوفة التشغيل.

لف الجزء المكشوف من سلك التأريض بطول أربع بوصات حول أحد البراغي مقاس 1 72 عدة مرات ثم أحكم ربط البرغي. قم بتثبيت المخروط بإحكام في قاعدة التشغيل عن طريق شد برغيّ المخروط المتبقيين. وبذلك تكتمل عملية إنتاج مصفوفة التشغيل الدقيقة. أصبحت مصفوفة التشغيل الدقيقة الخاصة بك محملة بـ 18 teros في ثلاث مراجع.

يتم تغليفه بمخروط وغطاء واقيين لضمان المتانة. وعادة ما يتراوح وزن المحرك النهائي بين 20 إلى 25 جراماً في المتوسط.

تُزرع مصفوفة المحركات المكتملة باستخدام الإجراء الجراحي القياسي. وكما ترى، يتصل المحرك بشريحة مضخم أولي وحزمة من الأسلاك التي تنقل الإشارة إلى أجهزة وبرمجيات الحصول على البيانات. لقد عرضنا لك للتو كيفية صنع teros وإكمال إجراء بناء مصفوفة المحركات الدقيقة.

لقد عرضنا في هذا الفيديو كيفية تصنيع أقطاب teros، وتحميلها وتهيئتها للتسجيل داخل الجسم الحي. بالإضافة إلى ذلك، أظهرنا كيفية إضافة مخروط إلى مصفوفة المشغل الدقيق لجعلها متينة على المدى الطويل. تتضمن عملية بناء مصفوفة المشغل الدقيق خطوات عديدة، لذا يرجى التحلي بالصبر، والتعامل برفق مع الأقطاب الكهربائية، والتأكد من إتمام جميع الخطوات المتوسطة بشكل صحيح.

نشكركم على المشاهدة، ونتمنى لكم التوفيق في تجاربكم.