本文介绍了超轻型电动微驱动装置的设计、制作与组装。该设备为在小型行为动物中进行长期单细胞记录提供了一种经济高效且易于使用的解决方案。
需要JoVE订阅才能观看此内容。 请登录或开始免费试用
本文内容
摘要
摘要
能够在自由活动的动物中长期记录神经元群体的活动，已被证明是解析多种自然行为（包括导航1、决策2,3以及复杂运动序列生成4,5,6）相关神经回路功能的宝贵工具。精密加工技术的进步使得能够制造出适用于小动物（如小鼠和鸣禽）长期记录的轻量化装置。通过小型远程控制电机调节电极位置的能力，进一步在多种行为背景下提高了记录效率，同时减少了对动物的操作6,7。
本文介绍了一种用于在小型动物中进行长期慢性记录的超轻型电动微驱动装置的构建方案。我们的设计源自先前发表的版本7，并经过改进，以提高易用性和成本效益，使其更加实用，并便于广大研究人员获取。该设计已被证实有效8,9,10,11，可在约 5 mm 的范围内实现电极的精细远程定位，完全组装后的重量不足 750 mg。我们提供了构建和组装此类驱动装置的完整方案，包括所有定制微驱动组件的 3D CAD 图纸。
方案
1. 组件概述
- 一个完整的微型驱动装置包含几个主要组件（图1）：作为驱动器上层结构的底座、一个带有细螺纹输出轴的电机、一个携带电极并提供电连接点的螺纹滑块，以及一个Omnetics（或同等）连接器。
- 底座、电极滑块和电极滑块管为定制部件，使用三维计算机辅助设计软件（SolidWorks）设计，并由本地精密机械师加工完成。其余所有组件均可从商业渠道获得。
- 底座和滑块由轻质聚醚酰亚胺（PEI）材料加工而成，而电极滑块管则使用车床将不锈钢皮下注射针管（0.0293英寸外径 × 0.00975英寸内径）切割至所需尺寸制成。尽管这些部件也可使用其他材料加工，但我们发现，PEI和不锈钢在可加工性、强度和重量之间达到了适用于本应用的最佳平衡。
- 为组装该驱动装置，需要一个能够驱动低压直流步进电机的电机控制器。我们采用了一种基于三相电机驱动IC芯片（制造商提供的Faulhaber BLD05002）并结合提供时间步长输入的IC定时器的定制方案。此外，也有多种现成的解决方案可供选择（例如 Faulhaber MCBL05002 或 Sutter Instruments MP-285）。
2. 驱动底盘的准备与组装
- 使用精细的斜口钳，修剪 Omnetics（或同等规格）连接器底部的触点引脚——后排引脚保留 1.5 mm，前排保....
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
讨论
只有在构建过程中谨慎操作，本文所述的方案才能制得能够实现高质量记录且运动伪影极小的设备。推车与底盘的配合至关重要：过紧会显著增加电机过载的风险；过松则会显著增加产生明显运动伪影的风险。理想的配合应使推车能够在螺纹轴的整个长度上平稳移动，不发生倾斜或抖动。
记录电极的选择同样至关重要；电极材料、阻抗、绝缘性以及尖端轮廓的选择可能会影响组织反应性、长期稳定性和信噪比。在我们的应用中，我们发现高阻抗（5-10 MΩ）的铂铱合金微电极能够产生稳定的单细胞记录，并具有较高的信噪比（图7）；不同的应用可能更适合使用其他类型的电极。在相对较宽的电极选择范围内，通常只需调整电极导管的尺寸，即可适配该微型驱动装置。
尽管记录神经信号本身已具有重要信息价值，但若将其与其他行为学或生物信号数据相结合，则能获得更为细致深入的见解。采用这种超轻型设计的一个优势在于，可以在不担心负载过重的情况下，向动物头部加装其他传感器或效应装置。例如，该微型驱动装置可与麦克风、音频接收器、刺激电极或微透析探针联合植入，从而在多种实.......
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
披露
未声明任何利益冲突。
致谢
本工作由 Ester 和 Joseph Klingenstein 基金会、McKnight 捐赠基金以及 NINDS 1R01NS066408-01A1 资助。
....访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 底盘 | 自定义 | 从PEI切割 | |
| 电极穿梭装置 | 自定义 | 从PEI上切割 | |
| 穿梭管 | 自定义 | 不锈钢切割 | |
| 连接器 | Omnetics | A7886-001 | A7877-001 的配套产品 |
| 带齿轮箱的电机 | Faulhaber | 0206-A-001-B-021-47:1 | |
| 导丝 | Small Parts, Inc. | SWPT-0113-12 | |
| 电极导引器 | Small Parts, Inc. | SWPT-0045-12 | |
| 10MΩ Pt-Ir电极 | Microprobes, Inc | PI2PT310.0H3 | |
| 铂丝 | A-M Systems | 772000 | 用于电极导线 |
| 银丝 | A-M Systems | 786000 | 用于接地线 |
| 钨丝 | A-M Systems | 797000 | 用于电极针 |
| 透明度 | 3M | AF4300 | |
| Torr Seal | Varian 公司，Agilent | 9530001 | |
| Kwik-Cast | World Precision Instruments, Inc. | KWIK-CAST | |
| 氰基丙烯酸酯 | Krazy Glue | KG517 | |
| 快速固化环氧树脂 | Hardman | 04001 | |
| 轻质矿物油 | Sigma-Aldrich | M5310 | |
| 氯漂白剂 | |||
| 斜口钳 | |||
| 手术刀片 | |||
| 镊子 | |||
| 驱动夹具 | 自定义 | 将连接器用环氧树脂粘接到注射器或棒状物上 | |
| 小型夹具 |
参考文献
- O'Keefe, J., Dostrovsky, J. The hippocampus as a spatial map. Brain Research. 34, 171-175 (1971).
- Pennartz, C. M., Berke, J. D., Graybiel, A. M., Ito, R., Lansink, C. S., van der Meer, M., Redish, A. D., Smith, K. S., Voorn, P. Corticostriatal Interactions during Learning, Memory Processing, and Decision. 29, 12831-12838 (2009).
- Kepecs, A., Uchida, N., Zariwala, H., Mainen, Z. F.
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
重印与许可
