مصفوفة Optrode للتعديل البصري الوراثي المتزامن والتسجيل العصبي الكهربائي

يتضمن هذا البروتوكول التصنيع على نظام optrode للتحفيز البصري الوراثي المتزامن والتسجيل الكهروفسيولوجي. يعزز النظام المقترح القائم على LED كفاءة اقتران الضوء من خلال صفيف العدسات الدقيقة. يحتوي مصدر ضوء LED على إضاءة بسيطة تم إعدادها من مصدر ضوء الليزر بحيث يكون النظام قابلا للتطبيق بسهولة على النظام اللاسلكي.

علم البصريات الوراثي هو تقنية مسار لفهم أمراض الأمراض العصبية وآليات العلاج. يمكن تطبيق علم البصريات الوراثي لعلاج إصابات الحبل الشوكي والصرع ومرض باركنسون ومرض الزهايمر. يمكن تنفيذ جهازنا القائم على LED بشكل أكبر كنظام لاسلكي يتمتع بالعديد من المزايا ، مثل انخفاض تعقيد النظام وفعالية التكلفة وانخفاض استهلاك الطاقة.

أولا ، قم بتوصيل الموصل الأنثوي ذو الميل 1.27 ملم بمضخم الصوت في مرحلة الرأس. ضع الصمام في السكن المطبوع 3D. قم بقياس شدة الضوء في نهاية طرف الألياف البصرية باستخدام صمام ثنائي ضوئي.

اغمر أقطاب التنغستن والألياف البصرية في الكحول لمدة 15 دقيقة وجففها في الهواء. حلق جلد الرأس ووضع الماوس المخدر في الإطار التجسيمي. ضع الرأس داخل الإطار التجسيمي وأدخل قضبان الأذن في اللحم.

قم بتشغيل وسادة التدفئة الحرارية المضمنة في الإطار التجسيمي وحافظ على درجة حرارة الجسم عند 37 درجة مئوية طوال العمليات الجراحية. اضبط شريط الشق لضبط ارتفاع شريط الشق وشد مشبك الأنف ضد الخطم. غطي العينين بالفازلين لمنع الجفاف.

ارفع الجلد في الرأس باستخدام الملقط ، وقم بتأمين مساحة الحقن وحقن 1٪ ليدوكائين تحت فروة الرأس. قم بإجراء شق سهمي باستخدام مشرط ومقص دقيق. امسك الجلد المحفور بمشبك صغير لتوسيع نطاق رؤية المنطقة الجراحية.

إزالة السمحاق باستخدام مسحات القطن. إذا كان هناك نزيف ، قم بكي الجمجمة باستخدام بوفي لإغلاق الأوعية الدموية. نظف الجمجمة بمحلول ملحي وحدد مواقع بضع القحف باستخدام ذراع متلاعب.

حفر حفرة فوق المخيخ وأدخل المسمار للأرض. باستخدام برغي دقيق ، ضع المسمار الأرضي بعمق 0.5 ملم حتى يصل إلى الجزء العلوي من المخيخ. حفر المنطقة المحددة وإزالة قطعة من الجمجمة مع ملقط.

ثني طرف إبرة قياس 26 في اتجاه عقارب الساعة بزاوية 120 درجة وكشف منطقة الدماغ عن طريق إدخال الجانب المشطوف من الإبرة متجها لأعلى. قم بإصلاح صفيف optrode في ذراع المتلاعب واقترب من المنطقة المكشوفة. أدخل صفيف optrode ببطء وقم بتوصيل المسمار الأرضي بالسلك الفضي المتصل بالنظام.

أدخل رغوة هلام بين الدماغ المكشوف والجهاز لحماية المواد الكيميائية من الاتصال المباشر مع الدماغ. ضع أسمنت الأسنان بعناية على الجمجمة لإصلاح الجهاز وتغطية رغوة الجل. قبل أن يتم تصلب أسمنت الأسنان بالكامل ، افصل فروة الرأس إذا كانت متصلة بأسمنت الأسنان.

اسحب الجلد المحفور باستخدام ملقط لتغطية أسمنت الأسنان المتصلب وخياطة فروة الرأس. ضع الماوس المخدر في الإطار التجسيمي. اضبط وصفة نبض الضوء على دورة عمل 4٪ بتردد 10 هرتز.

قم بإعداد التحفيز الضوئي لمدة ثانيتين أثناء التسجيل العصبي. اخلع الغطاء البلاستيكي وقم بتوصيل الجزء العلوي من أنظمة توصيل الضوء بمصباح LED القابل لإعادة الاستخدام في الدوائر. قم بتوصيل مضخم الصوت المسبق لمرحلة الرأس بالموصل المزروع المكون من خمسة سنون.

افتح البرنامج وقم بإعداد فلاتر البرامج. بعد ذلك ، انقر فوق معدل أخذ عينات مكبر للصوت وقم بتعيينه. ثم انقر على تغيير النطاق الترددي.

اضبط عرض النطاق الترددي السفلي للمضخم وعرض النطاق الترددي العلوي للمضخم. تحقق من برنامج DAC مرشح تمرير عالية. افتح Spike Scope وتحقق من الإشارات العصبية باستخدام عتبة الجهد.

انقر فوق إيقاف وتسجيل. قم بتحميل البيانات التي تم الحصول عليها باستخدام MATLAB وتحقق من البيانات الأولية. ثم قم بتشغيل رمز فرز السنبلة الذي يحتوي على خوارزمية كلوست الموجة.

تحقق من المسامير التي تم فرزها في مخطط البيانات النقطية. الآن مؤامرة عد المسامير والتحقق من المسامير التي أثيرت أثناء تحفيز الضوء. يوضح الشكل أشكال الموجات المسجلة بالكامل بشروط دقيقة، بما في ذلك ثانيتان من الضوء على الفترة في المنتصف.

زاد عدد المسامير العصبية الفردية المستحثة بعد كل نبضة تحفيز ضوئي بشكل كبير مقارنة بخط الأساس مع صناديق زمنية مختلفة مدتها ثانيتان و 0.2 ثانية. يوضح الشكل رسما بيانيا سبايك لكل قناة قبل وأثناء وبعد التحفيز الخفيف. يشير الشكل الداخلي إلى موقع مصفوفة الأوبترود المزروعة.

علاوة على ذلك ، يعرض الإصدار المكبر رسما بيانيا سبايك مع سلة زمنية تبلغ 100 مللي ثانية. يمثل الشريط الأزرق الفترة الزمنية التي كان فيها ضوء LED مضاء لتسجيل الاستجابة. لتقليل ضوضاء القطع الأثرية الناتجة عن عملية تيار القيادة LED ، يجب تصميم النظام لضمان مسافة كافية بين مسار الإشارة الكهربائية ودائرة LED.

يمكن لنظام optrode المقترح القائم على LED التحقيق في الإشارات العصبية المختلفة المتعلقة بسلوكيات الحيوانات لأنه يمكن أن يقدم التحفيز البصري الوراثي ويسجل الاستجابات العصبية المستحثة. تتوافق مصفوفة optrode LED مع واجهة البصريات الوراثية اللاسلكية ، والتي يمكن استخدامها في أبحاث الحيوانات التي تتحرك بحرية.