على نطاق واسع التسجيل من الخلايا العصبية بواسطة مجسات سيليكون المنقول في يتصرفون القوارض

مرحباً شين، معك مونتي من مختبر Bija. سأوضح لك اليوم كيفية استخدام المسابير السيليكونية لإجراء تسجيلات كهرومغناطيسية عالية الكثافة لنشاط الوحدات وجهد المجال المحلي في الجرذ المستيقظ الذي يقوم بسلوكيات معينة. سأوضح لك كيفية صنع محرك دقيق صغير، وتثبيت مسبار سيليكوني عليه، ثم زرع المسبار في الدماغ لإجراء تسجيلات مزمنة.

تعتبر هذه العملية مباشرة للغاية، ولكنها تتضمن عدداً من الخطوات. لذا دعونا نبدأ. إليكم مجموعة صغيرة من المحركات الدقيقة (micro drives) للفئران والجرذان، بدءاً من تلك المخصصة لتحريك أسلاك مفردة متعددة، وصولاً إلى مسابير teteros والسيليكون التي قمنا بتصميمها وتصنيعها على مدار السنوات الماضية.

يمكن توصيل المسابير السيليكونية بلوحات دوائر مطبوعة صلبة أو كابلات بولي أميد مرنة. سنوضح لكم هنا كيفية تثبيت هذا المسبار رباعي الشنكات في محرك دقيق. لتجهيز المحرك، نحتاج إلى لوحة نحاسية، ولقم ثقب بمقاس 55 و65، ومسنن لولبي، وموصل دبابيس صف واحد، وبرغي 0 0 90 مع الصامولة المقابلة له، وحامل لقم ثقب، ومفك براغي.

تتمثل الخطوة الأولى في فصل قطعة مكونة من ثلاثة دبابيس من رأس التوصيل. اسحب الدبوس الأوسط برفق، ثم قم بتوسيع الفتحة عن طريق الحفر من خلالها باستخدام ريشة مثقاب مقاس 65. بعد ذلك، قم بعمل سن لولبي باستخدام المسبار.

قم بقص قطعتين من الصفيحة النحاسية. قم ببرد حواف الصفيحة باستخدام مثقاب Dremel، واصنع ثقباً في منتصف كلتا القطعتين باستخدام ريشة مثقاب مقاس 55. يتم تجميع المحرك مؤقتاً بحيث تلامس الصفائح النحاسية الدبابيس، ثم أحكم ربط البراغي برفق حتى يصبح التجميع مستقراً.

تُثبت نهايات الدبابيس ثم تُلحم بالصفائح النحاسية. أصبح المحرك الدقيق شبه جاهز؛ حيث يتم برد الطرف البارز من المسمار ثم لحامه في المسمار. لدينا الآن محرك دقيق فائق الخفة (2 super light micro drive).

سيؤدي التدوير في اتجاه عقارب الساعة إلى رفع الجسر البلاستيكي. يمكن توصيل مسبار السيليكون بالمحرك بواسطة مكونين. وزن المطاط الواقي من الحرير.

امزج المكونات بنسبة 10 إلى 1. وباستخدام مسحة قطنية مدببة، ضع هذا الواقي على الطرف العلوي من المسبار. اتركه ليجف في فرن مسخن مسبقاً عند 60 °C لمدة ساعتين على الأقل.

لضمان خلو مواقع التسجيل من أي شوائب، يجب تنظيف الرؤوس. قم بتحضير تخفيف بنسبة 1:4 من منظف contra. اترك المسبار منقوعاً في المنظف عند 63 °C لمدة ساعتين على الأقل.

يجب شطف المنظف عن طريق غمر المسبار بشكل متكرر في ماء مقطر قبل تثبيت المسبار في وحدة التشغيل. كما ينبغي فحص معاوقة كل موقع تسجيل باستخدام شفرة حلاقة. قم بعمل عدة حزوز في الجسر لإنشاء سطح خشن باستخدام اثنين من أجهزة التحكم الدقيق.

يتم وضع المسبار في مواجهة جسر وحدة التشغيل. ثم يُثبت المسبار على الجسر باستخدام أسمنت التثبيت قبل الجراحة. ويتم تحضير الأقطاب الكهربائية المرجعية والأرضية.

قم بلحام أحد طرفي سلك نحاسي معزول لمسافة حوالي 1 ملم. باستخدام إبرة، قم بكشط رأس برغي من الفولاذ المقاوم للصدأ مقاس 0 0 90 ثم قم بلحام السلك النحاسي به. احرص بدقة على منع تدفق أي مادة لحام إلى أخدود البرغي.

قم بقص قطع شبه منحرفة من الشبكة النحاسية. سيتم تجميع هذه القطع لحماية مرحلة الرأس. الأدوات الجراحية وطرق التحضير هي ذاتها المستخدمة في العديد من جراحات الحيوانات الصغيرة.

يرجى ملاحظة أن الجراحة الموضحة في هذا الفيديو هي لأغراض التوضيح فقط، ولضمان الرؤية والتصوير المناسبين. هناك العديد من الخطوات التحضيرية والاحتياطات الجراحية وإجراءات ما بعد الجراحة التي لم يتم عرضها هنا. يرجى مراجعة الإرشادات المناسبة الخاصة بجراحة القوارض.

تُجرى الجراحة بأكملها تحت تأثير الغاز والتخدير مع مراعاة الشروط المعقمة. بعد إجراء شق جلدي في الخط الناصف، يتم إزالة الجلد والسمحاق وتنظيف الجمجمة وتجفيفها. يتم قياس الموقع والمسافة بين lambda وbregma، بحيث يمكن تحديد إحداثيات X و Y لموضع الإدخال وتحديدها على الجمجمة قبل فتحها.

لزرع المسبار، يتم تثبيت عدة براغي حتى منتصفها في العظم، سواء في الجزء العلوي أو الجانبي، كما يتم تحضير ثقوب فوق العظم لإدخال الأقطاب الكهربائية. تعد البراغي المتعددة ضرورية لتثبيت مرحلة الرأس بالجمجمة في التجارب المزمنة طويلة الأمد. وباستخدام فرشاة صغيرة، ضع منشط الميتا-دينتين على كامل سطح الجمجمة.

ثم اشطفه بالمحلول الملحي. بعد ذلك، يتم وضع طبقة من الأسمنت السني بعناية لتغطية مسار سلسلة الطاقم. ثم يتم تثبيت الأطراف النحاسية الأربعة في هذه الجمجمة باستخدام الأسمنت الممسك.

لقد وصلنا الآن إلى الجزء الأكثر أهمية في الجراحة، وهو تحضير موقع زرع المسبار باستخدام ريشة مثقاب ذات رأس مستدير. تُجرى عملية الثقب على مراحل متعددة مع ري العظم بالمحلول الملحي بشكل متكرر.

تتم إزالة السديلة العظمية بعناية ويُغسل السطح لإزالة البقايا العظمية. يلزم استخدام أداتين؛ حيث يتم رفعها وقطعها باستخدام خطاف مُعد من إبرة حشرة وشفرات مشرط حادة. ويمكن معالجة النزيف الطفيف عن طريق الري بمحلول ملحي.

إذا حدث نزيف حاد أو تضرر القشرة الحديثة بأي شكل من الأشكال، يجب النظر في إنهاء الجراحة وتجهيز حيوان آخر. نقوم الآن بزرع مسبار السيليكون. يجب إدخال المسبار في منطقة خالية من الأوعية الدموية، مع استخدام خط جانبي للسيطرة على النزيف الطفيف.

يتم وضع المسبار على ارتفاع ملليمتر واحد تقريبًا فوق الهدف المقصود. يتم إغلاق الفتحة عن طريق وضع خليط دافئ منصهر من البارافين والزيت المعدني. يتم تثبيت قاعدة المحرك في جمجمة القشرة باستخدام أسمنت التثبيت.

يتم تثبيت الجزء الرابط من المسبار بشكل مماثل في الجمجمة. وتتمثل المرحلة النهائية والحاسمة من الجراحة في تجميع رفارف من شبكة نحاسية لتشكيل أسطوانة واقية حول المسبار والمحرك. وتعمل هذه الأسطوانة أيضاً كدرع كهربائي ضد الضوضاء البيئية والشوائب ذات الموجات البطيئة الناتجة عن الشعيرات المشحونة.

في الحيوان السلوكي، يمكن ضبط الارتفاع عن طريق قطع المواد الزائدة. يتم لحام السلك الممتد من المرجع في الأرضي بالدبابيس المناسبة للموصل. كما يتم لحام الأرضي بالشبكة النحاسية.

يتم توصيل السدائل النحاسية عن طريق اللحام وتعزيزها بالإسمنت. يتم اختبار حركة برغي الدفع مرة أخرى في نهاية الجراحة، مع تغطية الجزء العلوي من مرحلة الرأس بقطعة مقصوصة من قفاز مطاطي بعد الرعاية المناسبة لما بعد الجراحة. الحيوان سليم ومتعاون وبحالة جيدة في اليوم التالي.

للسماح بحرية حركة الحيوان، نوصي باستخدام أسلاك متعددة الاتجاهات فائقة الخفة وفائقة المرونة. يتطلب هذا الكابل الخفيف أدنى حد من الموازنة ويسمح بحركة غير مقيدة. ويتم اختبار جودة التسجيل يومياً في القفص المنزلي.

يتم تقدير موقع التسجيل من خلال كل من أنماط إطلاق الوحدات وشكل الجهود الميدانية المحلية. يوضح المقطع المرئي لدينا عملية زرع مسبار سيليكون واحد، ولكن يمكن إجراء تسجيلات من مواقع متعددة باستخدام مسابير ومحركات دفع متعددة بسهولة بعد التدريب. كما أننا نستخدم محركات دفع مماثلة ولكنها أصغر لزرع مسابير السيليكون في دماغ الفأر.

وأخيراً، يمكن دمج تسجيلات مسبار السيليكون بفعالية مع التحفيز الضوئي الموضعي للأنسجة العصبية في تجارب علم البصريات الوراثي. شكراً للمشاهدة.