Name: TD Drive:一种参数化开源植入物，用于行为和睡眠大鼠的多区域电生理记录 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-04-26T13:30:00.000+00:00
Duration: 8 min 51 s
Description: 了解TD Drive开源植入物用于自由活动大鼠多脑区电生理记录的方法。该技术可在行为和睡眠期间实时记录神经活动，帮助研究人员深入理解记忆处理的神经机制。

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作者感谢Angela Gomez Fonseca为开发该驱动装置提供的灵感，以及所有参与动物预实验的学生，包括Milan Bogers、Floor van Ravenswoud和Eva Severijnen。本工作由荷兰研究理事会（NWO；交叉计划17619 &#34;INTENSE&#34;）资助。

Open&#45;Source Implant for Multi&#45;Region Electrophysiological Monitoring in Rats

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TS 和 PvH 是位于荷兰奈梅亨的 3Dneuro 公司的员工。3Dneuro 公司共同开发并生产 TD Drive。

本文介绍了一种可调节的植入装置，可用于自由活动大鼠的双侧对称多区域金属丝电极记录。
通过更改预设参数来轻松调整植入体是TD Drive设计的动机之一。在力求最大化参数调整灵活性的同时，参数之间固有的相互关系必然会对这种适应性施加一定的限制。默认情况下，前后方向的参数不设限制，这些坐标由各记录位点之间的逻辑相互作用以及驱动体的整体尺寸决定。所有记录位点的内外侧坐标参数则受到手动设定的限制（见表1）。在众多参数选项背后，存在大量设计特征之间的相互作用。这些相互作用在某些条件下可能会变得不协调。理想情况下，所有可能的参数值组合都应是有效的。然而，考虑到TD Drive更为复杂的设计，决定将内外侧坐标限制在已测试的范围内。原则上，选择超出测试范围的坐标是可行的。但不建议进行此类更改，因为这可能导致设计完整性受损，且在保持超出限制的坐标的同时恢复设计完整性可能需要CAD建模经验。这是驱动体生产便捷性与灵活性之间权衡的固有结果——更大的自由度确实会使驱动体的参数定义更加复杂，并可能导致过于精细且不符合预期的结果（例如，驱动体设计的微小变化即需制作不同的EIB）。
TD Drive 的此次实现中，参数选择依据当前实验人员的偏好而定。例如，选择增加 TD Drive 基座的高度，以方便手术期间的植入操作，代价是最终植入物略高。然而，该植入物仍远小于带有可独立移动的四极电极的驱动装置，并且动物对其耐受良好。用于固定驱动装置的两个基座（&#34;c&#34; 在 图 2E) 被刻意放置在中心平面，与大鼠颅骨的中线缝合线平行。这将记录位置限制在内外侧坐标范围内 &#62; 0.75 mm。在解剖结构上，矢状窦位于中线以下，通常也对开颅手术的范围施加了类似的限制。TD驱动器的当前设计是在Autodesk Fusion中完成的。尽管这是目前最先进的参数化三维计算机辅助设计程序之一，并且在发表时确实为学术用途提供免费许可，但该程序的商业性和基于云的性质可能会影响设计文件的自由获取。因此，有必要将该设计迁移至真正的开源参数化CAD软件。21，例如 FreeCAD，可能在未来的迭代中是必要的。
TD Drive 手术可在 2-3 小时内完成。导线的目标位置通过立体定位标记（PFC：+3.5 AP，靠近中线；HPC：-3.8 AP，±2.5 ML；RSC：-5.8，靠近中线），参考这些位置放置螺钉电极、接地电极（GND）以及用于增强稳定的额外颅骨螺钉。尽管 TD Drive 模板提供了立体定位坐标，但聚酰亚胺管放置的不精确性以及使用刚性较低的导管材料可能会导致电极位置出现微小偏差。因此，建议钻取较小的颅骨开窗（而非使用与导向管匹配的 0.5 mm 直径钻孔），以应对这种位置变异。在本手术中，为 RSC 和 HPC 目标区域钻取一个较大的单一颅骨开窗。对于 PFC 和 RSC，选择将导线束以固定深度植入。PFC 导线束包含两条不同深度的导线，用于记录前边缘皮层和前扣带皮层的信号。HPC 导线束可移动，由三条不同高度的导线构成，便于到达 Ca1 锥体层及辐射层；其中最短的一条导线可用于记录后顶叶皮层（PPC）。在手术过程中，当最长的电极导线推进至目标深度（即脑表面下方 2 mm）时，对海马 Ca1 区的定位效果最佳；术后两周内通过实时信号检测进行微调，仅需小幅调整即可适应个体差异及术后脑组织肿胀。
在大鼠中使用大型植入物（例如四极超驱动器）存在的一个问题是植入物稳定性可能下降，导致动物丢失植入物。对于TD驱动器，个体失败案例在植入2个月后因稳定性下降而出现（16只动物中有3只）。因此，建议TD驱动器用于预期最长持续8周的实验。我们证明，在此时间段内，信号是稳定的——即使是精确的海马锥体层记录——并且不会出现影响局部场电位（LFP）记录的系统性漂移或显著晃动。实现这种长期稳定性的因素之一是使用多个颅骨螺钉（见图3A）。在某些情况下，使用的颅骨锚定螺钉数量增加可能会提高感染风险22。然而，这种情况可能主要与头部固定的大鼠相关，因为在这些动物中，头部固定装置对头帽及相连锚定螺钉的反复应力可能导致植入物退化，从而促进感染。另一个增加植入失败风险（并可能引起行为动物不适）的因素是植入物的重量。完整的TD驱动植入物（包括锚定螺钉和牙科水泥）重量约为7 g，其中3D打印部件和EIB约占总重量的一半。由于TD驱动器重量较低（不足其他大型四极超驱动器的1/3），过重的植入物不太可能是TD驱动器失败的重要因素。通常，实现稳定且无感染植入的主要因素是无菌手术操作，以及覆盖在植入物、锚定螺钉和颅骨上的牙科水泥具有良好的粘附性23。我们仅评估了TD驱动器在局部场电位记录方面的应用，未尝试获取单细胞单位活动。尽管我们预计该植入物总体上足够稳定以支持此类记录，但在不同记录会话中持续追踪同一神经元单位可能需要优化穿梭装置的稳定性，例如通过优化穿梭导轨（图2E中的&#34;b&#34;）。在其他记录位点增加可移动穿梭装置，将可进一步使用可移动的金属丝电极，这是确保单位记录中更优长期信号质量的首选方法。
TD Drive 的总组装时间约为 3 小时，手术时间约为 2–3 小时，介于四极超驱动装置与更简单、可调性较低的多导丝植入装置之间，提供了一种折中方案24。通过选定的目标区域，使用 6 组导线实现了来自 10 个脑区的记录。与其他用于不可移动导线束的植入装置相比，记录位点的对称布置带来了另一优势：若无需考虑侧化效应，同时在双侧半球植入导线可使成功靶向目标区域的概率以及每只动物的数据产出量提高一倍。在初步实验中，8 只动物中有 4 只双侧均成功靶向全部 5 个目标位点（包括前额叶皮层（PFC）中的前边缘（PRL）和前扣带（ACC）皮层、后压部皮层（RSC）、后顶叶皮层（PPC）以及海马（HPC）的 Ca1 锥体层），而 8 只动物中有 7 只至少在一侧实现了每个脑区的记录。因此，对于希望采用一种快速、易于构建的方法来记录局部场电位（LFP）的研究人员而言，该驱动装置尤为适用，尤其适用于需要较高动物数量的研究，例如睡眠研究。相比之下，许多高端的四极超驱动装置虽可记录单个神经元活动，但即使技术娴熟且经验丰富的研究人员每年也只能制作并植入 2–6 个装置，其中许多无法成功到达任何目标脑区。要达到更高的成功率需要多年的训练，即便如此，能够高效记录的动物数量仍然有限。
总之，TD Drive 提供了一种易于构建且快速成型的六束导线驱动装置，可轻松调整以容纳不同的记录位点以及其他植入物，如套管和光纤。

清醒和睡眠期间大脑相互作用具有多区域特性，这使得对持续生理过程进行全面研究变得困难。尽管功能磁共振成像（fMRI）和功能超声成像（fUS）等方法能够对全脑的脑活动进行采样1,2，但这些技术依赖神经血管耦合，通过血流动力学活动间接推断脑活动，从而限制了其时间分辨率2。此外，fMRI要求将受试者置于MRI扫描仪中，无法用于自由活动动物的实验。利用单光子或双光子成像技术对钙动力学进行光学成像，可同时记录数百个神经元的细胞类型特异性活动3。然而，诸如Miniscope3等头戴式显微镜虽然支持动物自由活动，通常仅限于对完整大脑的浅层皮层区域进行成像4。尽管其在皮层上的视场直径可达约1 mm，但这些头戴式显微镜的空间占用可能使得同时靶向多个区域（尤其是相邻区域）变得困难。因此，为了准确捕捉清醒和睡眠状态下的多区域脑动态，植入目标脑区电极的细胞外电生理记录成为首选方法之一，因其具有高时间分辨率和空间精确性5。此外，该方法可用于表征与人类脑电图（EEG）分析结果相兼容的睡眠动态，从而提升该方法的转化应用价值6。
传统上，使用细胞外电极记录脑活动的研究采用单根导线电极或电极束，例如四极电极7。目前先进的探针（如Neuropixels探针）8可实现多个脑区的同时记录，前提是这些脑区位于同一条轴线上，从而能够沿该轴线植入探针而不影响动物的正常活动。然而，对多个空间分离脑区进行精确的同步记录仍然具有挑战性，现有方法往往成本高昂或耗时较长。
近年来，立体光刻等增材制造技术已得到广泛应用。这使得研究人员能够开发出可适应其特定实验需求的新型电极植入体9，例如，简化对多个脑区的可重复定位操作。这些植入体设计通常还会以开源硬件的形式与学术界共享，以便其他研究人员根据自身需求进行调整。特定植入体的可适应程度，既取决于其设计方式，也与其共享方式有关。参数化建模10是计算机辅助设计中的一种常用方法，该方法通过相互关联的参数和明确的设计历史，将设计中的不同组件连接起来。在植入体设计中采用参数化方法，可显著提升其可重用性和可适应性10，因为修改单个参数即可自动更新整个设计，而无需进行复杂的手动重新建模。因此，设计本身必须以可编辑的格式共享，以保留其参数关系和设计历史。仅表示几何基元的文件格式（如 STL 或 STEP）无法保留这些参数关联，因而使已发布模型的后续参数化修改难以实现。
虽然四极超驱动装置11,12,13能够实现数十个四极电极的同时记录，但其组装和植入过程耗时较长，且记录质量在很大程度上依赖于研究人员个人的技术与经验。此外，这类装置通常将引导记录电极到达目标脑区的导管集中为一到两个较大的束状结构，从而限制了可高效靶向的脑区数量与分布范围。
其他植入装置14,15需要暴露完整的颅骨，以便自由放置多个携带记录电极的独立微型驱动装置。尽管在手术过程中放置独立的微型驱动装置16可最大程度地提高灵活性，但这会延长手术时间，并且由于各个微型驱动装置所需的空间限制，可能难以同时靶向多个相邻区域。此外，尽管这些植入装置是开源的，但仅以STL文件格式发布，使得修改变得困难。
一种更具内在参数化设计理念的驱动装置实例是 RatHat17。该装置通过提供覆盖颅骨整个背侧表面的手术模板，可在手术过程中无需使用立体定位仪即可精确定位多个脑区靶点。该装置支持多种植入式组件变体，适用于套管、光导纤维或四极电极。然而，尽管该驱动装置可免费用于学术研究，但其并未以开源形式发布，这为研究人员评估和使用该植入装置带来了障碍。
本文介绍了TD Drive（见图1），一种用于大鼠细胞外电极记录的新型可3D打印植入装置。TD Drive旨在克服现有方案的一些局限性：它能够同时在双侧半球对称地靶向多个脑区，并使用独立的导线电极进行记录。由于其结构设计简单，经验较少的研究人员也能在数小时内以相对较低的成本完成组装。TD Drive以开源形式发布，采用易于修改的文件格式，便于研究人员根据自身特定需求进行调整。从设计初期即采用参数化3D建模方法，使得所需修改的参数得以抽象化：研究人员只需编辑代表其背腹向和前后向坐标的参数，即可更改靶向位置，而无需自行重新设计整个驱动装置。修改和制造TD Drive所需的文件可在<a href="https://github.com/3Dneuro/TD_Drive">https://github.com/3Dneuro/TD_Drive</a>获取。
<img alt="带有电路和颅骨固定集成的神经植入设备设计示意图。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66457/66457fig01.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图 1"> 
图 1：TD Drive 概览。 （A）带保护帽的 TD Drive 渲染图。（B）显示内部组件的渲染图。TD Drive 的特点包括（a）多个可参数化调节的记录位置，用于固定和可移动的电极丝；一个EIB，包含（b）高密度 Omnetics 连接器，可兼容常见的有线和无线数据采集系统；（c）针对 Intan/Open Ephys 系统优化的直观通道映射（见补充图 1）；以及（d）保护帽，用于在有线记录期间或未连接前置放大器时保护植入物。（C）TD Drive 底部的导向模板有助于引导套管的放置，并在手术过程中作为植入位置的冗余验证手段。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66457/66457fig01large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
该植入装置的设计在 n = 4 只大鼠中进行了初步测试，在 n = 8 只大鼠中进行了验证，并在 n = 8 只进行不同任务的 Lister Hooded 大鼠中得到确认。前 4 只动物用于开发驱动装置并调整参数。随后，使用 8 只动物进行了完整的初步实验（结果中已展示）。另有一组 8 只动物被纳入植入物存活率分析。该植入装置可兼容有线睡眠记录和开放场记录（物体探索），也可用于大型迷宫（HexMaze 9 m × 5 m）中的无线记录，且可配合两种不同的商用记录系统和前置放大器使用。两组各 8 只动物分别使用两种不同的采集系统进行记录——有线系统用于长时间睡眠记录，无线系统用于大型迷宫探索记录。我们可以得出结论：这种简单的导线驱动装置使得经验较少的研究人员也能对更大规模的动物群体开展长期实验，从而实现睡眠阶段分析以及多个脑区的振荡活动分析。这与迄今为止大多数电生理植入装置形成对比，后者由于操作复杂且耗时，通常只能用于较小的动物群体，且往往需要经验非常丰富的实验人员操作。然而，该驱动装置无法记录单个神经元活动，因此其应用仅限于局部场电位（LFP）和总和电活动的研究。

<table><tbody><tr><td>0.5 mm 钻头&amp;nbsp;</td><td>麦克马斯特</td><td>2951A38</td><td></td></tr><tr><td>1.27 mm 间距互连 SIP/DIP 插座（Mill-Max）</td><td>Mouser 电子</td><td>575-003101</td><td>用于脑电图的组装与连接 &amp;和 GND 螺丝</td></tr><tr><td>5分钟环氧树脂&amp;nbsp;</td><td>野牛</td><td>市售的</td><td>普通市售环氧树脂</td></tr><tr><td>氰基丙烯酸酯胶水</td><td>Loctite</td><td></td><td>超级胶水-3&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>脑电图导线</td><td>Science Products GmbH</td><td>7SS-2T</td><td></td></tr><tr><td>电极导线</td><td>Science Products GmbH</td><td>NC7620F</td><td></td></tr><tr><td>乙醇</td><td>LC</td><td></td><td>用于驱动装置的标准术前消毒程序</td></tr><tr><td>精细镊子（5）</td><td>FST</td><td>91150-20</td><td>用于线束的制备与操作</td></tr><tr><td>表 3B</td><td>Formlabs</td><td></td><td>使用3D打印机打印TD驱动器的自打印部件</td></tr><tr><td>金针（小型）</td><td>Neuralynx, Inc.</td><td>9885</td><td>将电极导线连接至EIB板</td></tr><tr><td>接地线</td><td>Science Products GmbH</td><td>SS-3T/A</td><td></td></tr><tr><td>高密度连接器&amp;nbsp;</td><td>LabMaker GmbH/Omnetics</td><td>A79026-001</td><td></td></tr><tr><td>Lister Hoded大鼠</td><td>查尔斯河实验室</td><td>Crl:LIS</td><td>我们使用了到达时年龄为9至12周的雄性大鼠</td></tr><tr><td>M1 黄铜嵌件</td><td>速卖通</td><td>市售的</td><td>https://aliexpress.com/item/33047616164.html</td></tr><tr><td>M1 螺纹孔</td><td>麦克马斯特</td><td>2504A33</td><td></td></tr><tr><td>M1x16 螺钉</td><td>Bossard</td><td>1096613</td><td></td></tr><tr><td>M1x3 不锈钢螺钉&amp;nbsp;</td><td>螺钉及其他配件</td><td>84213_14985</td><td></td></tr><tr><td>M2.5×5 聚酰亚胺螺钉</td><td>螺钉及其他部件</td><td>7985PA25S_50</td><td></td></tr><tr><td>矿物油</td><td>麦克马斯特</td><td>1244K14</td><td></td></tr><tr><td>指甲油</td><td>埃托斯</td><td>市售的</td><td>用于对脑电图（EEG）和接地（GND）导线进行颜色编码</td></tr><tr><td>美纹纸胶带</td><td>伽马</td><td>市售的</td><td>用于线束制备</td></tr><tr><td>手摇钻夹</td><td>麦克马斯特</td><td>8455A16</td><td></td></tr><tr><td>绘图纸</td><td>坎松</td><td>市售的</td><td>用于线束制备</td></tr><tr><td>聚酰亚胺管</td><td>亚马逊 / 小部件</td><td>TWPT-0159-30-50</td><td>AWG，0.0159&quot; ID，0.0219&quot; OD，0.0030&quot; 壁，30&quot; 长度</td></tr><tr><td>RHD 32通道头部固定装置，带加速度计</td><td>Intan Technologies, LLC</td><td>C3324</td><td>在睡眠箱中进行固定记录</td></tr><tr><td>RHD 3英尺（0.9米）标准SPI电缆</td><td>Intan Technologies, LLC</td><td>C3203</td><td>从换向器到前置放大器</td></tr><tr><td>RHD 6 英尺（1.8 米）标准 SPI 电缆</td><td>Intan Technologies, LLC</td><td>C3206</td><td>从 OpenEphys 盒到换向器</td></tr><tr><td>带法兰滑环</td><td>Adafruit</td><td>1196</td><td>换向器：直径22 mm，12根导线</td></tr><tr><td>焊剂&amp;nbsp;</td><td>Griffon S-39 50 ml</td><td>市售的</td><td>用于脑电图焊接 &amp;amp; GND 螺丝</td></tr><tr><td>焊锡膏</td><td>亚马逊</td><td>B08CBZ5HC5</td><td></td></tr><tr><td>不锈钢M2螺母&amp;nbsp;</td><td>麦克马斯特</td><td>93935A305</td><td></td></tr><tr><td>拴系式记录装置&amp;nbsp;</td><td>OpenEphys</td><td>采集板</td><td></td></tr><tr><td>无线记录仪</td><td>SpikeGadgets</td><td>miniLogger 32</td><td>用于任务中的无线记录</td></tr><tr><td>无线记录装置</td><td>SpikeGadgets</td><td>主控单元（MCU），包括分线板和射频收发器</td><td>用于任务中的无线记录</td></tr></tbody></table>

td驱动器：一种用于清醒及睡眠大鼠多脑区电生理记录的参数化开源植入装置

The TD Drive: A Parametric, Open-Source Implant for Multi&#45;Area Electrophysiological Recordings in Behaving and Sleeping Rats

大脑的大多数功能依赖于多个脑区之间的复杂相互作用。学习过程以及记忆的形成与巩固便是两个典型例子，它们在很大程度上依赖于全脑范围内的功能连接。此外，研究大脑半球间的相似性和/或差异性也与这些多脑区相互作用密切相关。因此，旨在进一步阐明这些复杂过程的电生理学研究，通常需要同时在多个脑区、且常常以双侧对称的方式记录脑活动。本文介绍一种适用于大鼠的3D打印可植入装置，名为TD Drive，能够实现对称的双侧导线电极记录，目前可同时覆盖多达十个分布于不同位置的脑区。该开源设计采用参数化设计原则构建，使潜在使用者仅需调整记录电极位置的前后向和内外侧坐标等高层参数，即可轻松根据自身需求修改驱动器设计。该植入装置的设计已在n = 20只Lister Hooded大鼠中进行了验证，这些大鼠执行了不同的行为任务。该装置适用于有线睡眠记录和开放场记录（物体探索），也可结合两种不同的商用记录系统和前置放大器，在大型迷宫中进行无线记录。因此，本文展示了一种可灵活调整的新一代电生理植入装置的设计与组装方法，有助于加快制备与植入过程。

根据方案中提供的说明，多位实验人员均可轻松构建 TD Drive。在完成驱动器开发（n = 4）后，使用8只动物开展了完整的预实验。另有一批8只动物接受了植入手术，并进行了实验数据采集。由于这些动物的数据分析尚未完成，因此仅将其纳入生存分析，而未纳入其他分析（如靶向性或组织学分析）。植入手术在动物到达后2周进行（见 图3A 用于初步实验的目标位置）。植入手术采用常规外科手术方法进行，持续时间约为3小时。由一名经验丰富的外科医生完成初期植入，并可指导有经验及无经验的研究人员，经过2-3次手术后即可独立操作。
<img alt="大鼠脑电图实验装置；植入示意图、有线连接下的睡眠状态、REM/NREM 数据、脑区信号。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66457/66457fig03.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图 3"> 
图 3：植入手术、睡眠数据与宽带活动。（A）示意图概述，显示颅骨开窗的目标位置（蓝色圆圈）和颅骨螺钉（绿色：EEG，蓝色：GND，灰色：固定螺钉；注意两个固定螺钉位于颅骨侧面）。（B）动物植入后在清醒和睡眠期间通过有线头戴装置连接的实物照片。（C）来自有线连接动物的前额叶皮层（PFC，前肢部）和海马（HPC，Ca1）的睡眠数据示例，分为REM睡眠（含θ波）和非REM睡眠（含δ波、纺锤波和涟波）。Y轴：微伏，X轴：秒。该数据可用于睡眠分期，或振荡事件的检测与分析。（D）清醒动物中无线记录的宽带活动示例（左侧噪声较大的通道未连接）。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66457/66457fig03large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<img alt="生存分析、delta波检测图、尼氏染色图像；植入物研究结果；显微图像。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66457/66457fig04.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图4"> 
图4：植入物耐久性、delta波检测及组织学结果。（A）植入物在两轮长期实验中的生存曲线。值得注意的是，在第85天，n = 8的动物已完成实验，计划进行灌注。（B）信号稳定性的数据示例。图中显示了在记录日（约每周3天）海马通道中delta波检测次数的变化。每只动物的检测结果均随睡眠量呈现正常波动，但信号及检测结果未表现出随时间的总体漂移。（C）代表性组织学切片，显示一只大鼠的双侧靶向效果。左列：左半脑；右列：右半脑。AP坐标表示所示脑片的前后坐标，箭头指示靶向区域的损伤位置。放大倍数：1.6x。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66457/66457fig04large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
所有动物术后恢复良好，并耐受了植入物（图3B）。额叶和压后皮层电极被固定，而海马电极束则可移动。海马电极束植入的背腹向深度为 2 mm，并在术后恢复的两周内根据睡眠适应期间的实时信号监测进行调整，以最大化覆盖海马区（HPC）。在8只动物中的7只，至少在一侧半球成功到达所有目标位点（命中率见表2，代表性组织学结果见图4C）。清醒和睡眠状态下的记录均成功完成，包括在记录箱中进行的有线记录，以及在较大迷宫中进行的无线记录（示例数据见图3C、D）。动物可保留植入物约2个月，之后个别动物开始脱落植入物；然而，大多数动物一直保留植入物至实验结束，即植入后第85–100天（图4A）。在此期间，局部场电位（LFP）保持稳定，如示例分析中检测到的delta振荡所示（图4B）。信号在时间上存在正常变异，但在任何记录的脑区（包括CA1区的锥体细胞层）均未出现系统性漂移。建议实验在术后10–15周内结束。所有EIB均得以回收。
我们主要应用该植入物来测量学习及其他干预措施引起的睡眠阶段和睡眠振荡。例如，口服大麻二酚（CBD）如何影响脑区之间振荡的发生率和相干性（参见 Samanta 等人20）。
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>参数</td>
			<td>最小值 (mm)</td>
			<td>最大值 (mm)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>medioLateralSite1</td>
			<td>0.75</td>
			<td>2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>medioLateralSite2</td>
			<td>1.5</td>
			<td>5</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>medioLateralSite3</td>
			<td>0.75</td>
			<td>2</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
表1：手动设定的控制记录位点内外侧坐标的参数限制概览。
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>半球</td>
			<td>PFC</td>
			<td>RSC</td>
			<td>CA1锥体神经元</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>右</td>
			<td>8 of 8</td>
			<td>8 中的 5</td>
			<td>8 中的第 6 个</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>左侧</td>
			<td>8 of 8</td>
			<td>8 中的 7</td>
			<td>8 中的 7</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
表2：8只动物预实验的命中率。 在8只动物中的4只，所有电极均被正确放置。然而，在8只动物中的7只，至少在一个半球的所有脑区均被准确定位（仅1只大鼠未命中CA1锥体层）。
补充图1：TD Drive 架构。（上）使用 Intan RHD32 头级时 TD Drive 的通道映射概览。（下）线束配置的额外示意图。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66457/Supplementary%20Figure%20S1.zip" target="_blank">请点击此处下载该文件。</a>
补充图2：TD驱动器在构建过程中多个阶段的额外图片。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66457/Supplementary%20Figure%20S2.zip" target="_blank">请点击此处下载该文件。</a>
补充文件 1：TD Drive 植入的示例方案。 具体操作步骤和靶向位置需根据作者的研究问题及所在机构的政策进行调整。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66457/Supplementary%20-%20TD%20drive%20implantation.zip" target="_blank">请点击此处下载该文件。</a>

本文介绍了一种专为大鼠设计的独特可3D打印植入物，名为TD Drive，能够实现对称的双侧导线电极记录，目前可同时记录多达十个分布于全脑的脑区。

TD驱动器：一种用于清醒及睡眠大鼠多脑区电生理记录的参数化开源植入装置

大脑的大多数功能源于多个脑区之间复杂的相互作用。学习过程以及记忆的形成与……

我们的研究目标是更深入地理解记忆处理背后的神经机制，特别是考察在不同学习阶段以及睡眠期间，特定脑区之间在实时条件下的相互作用。为此，我们开发了一种新型的驱动植入装置，该装置使我们能够在自由活动的大鼠执行任务和休息期间，同步观察多个脑区的神经活动。为了记录行为动物的脑部活动，研究人员通常使用自制的复杂植入装置，这些装置包含数十根可独立移动的金属丝电极。然而，成功使用和植入这些装置可能需要多年的训练。我们的驱动装置易于构建，且无需专家操作，从而使这类研究更易于开展。TD 驱动装置的设计基于三个理念，使其与其他复杂设计形成对比。它应能够同时记录双侧多个脑区，结构相对简单且易于快速制作，研究人员应能够自行调整设计，而无需具备高级的3D设计知识。我们的目标是理解当啮齿类动物执行简单与复杂行为任务时，不同脑区之间如何相互作用。学习过程和不同药物如何影响睡眠期间脑区之间的相互作用，以及这些睡眠期间的相互作用如何与记忆表现相关？首先，创建 3D 模型。单击“上传”按钮，在 Autodesk Fusion 软件中打开驱动体设计。在“修改”选项卡下，单击“更改参数”。通过在 anteroposteriorSite1 中输入前后坐标，在 mediolateralSite1 中输入内外侧坐标，调整第一个记录位置的坐标，然后点击确定。在3D打印模型上，使用M1丝锥攻出滑块螺钉的导向孔，这些导向孔是沉头孔的延伸。然后将一个3D打印的滑块套入M1×16螺钉，并使用M1黄铜嵌件将3D打印的滑块固定到位。使用少量焊锡膏，将黄铜嵌件焊接到螺钉上。在梭芯组件冷却后，轻轻围绕螺丝将3D打印的梭芯多次旋转。接下来，组装驱动装置时，将市售的聚酰亚胺管剪切成约25毫米长。将聚酰亚胺导向管插入驱动体中，并使用镊子完成最终的插入。使用细针或牙签，将少量液体氰基丙烯酸酯胶水涂抹在驱动体顶部的孔洞处，以固定导管。同时，将氰基丙烯酸酯胶水涂抹在驱动体底部导管与导管模板之间的接口处。从底部剪切聚酰亚胺导管，使其超出驱动体中心支柱约1毫米。将两个穿梭组件插入驱动主体中。使用 M2.5 × 5 聚酰胺螺钉将电极接口板固定到驱动主体上。然后将一个不锈钢 M2 螺母插入左侧帽体半部的凸起结构中，并用氰基丙烯酸酯胶水固定。用 M1 丝锥攻右半侧帽盖前部的孔。接着，准备两块金属板，作为制作电极丝束的表面。将绘图纸贴在第一块金属板上，并将两条粘性面朝上的粘性画家胶带系在第二块金属板上。在绘图纸上画一条与水平方向成60度角的清晰直线。对于每个电极束，将电极导线按指定长度裁剪成所需数量的线段。用指尖轻轻捏起四根导线，尽可能紧密地并排放置在美纹纸上。在显微镜下，使用手指或镊子将导线尽可能紧密地并置在一起。在导线束顶端的前两厘米处涂抹一层薄薄的液态氰基丙烯酸酯胶水。待装置完全干燥后，将导线束从胶带上取下，并转移至带有绘图纸的培养皿中。对于后压部皮层电极束，在阵列底部进行直线切割。对于海马电极束，将阵列放置在绘图纸上，使其与60度线相交。然后以该线为引导，沿与导线方向成60度角进行切割。然后使用剃刀或手术刀刀片，小心地沿垂直于导线方向切割，将四根导线中最短的一根切开。对于前额叶皮层束，将阵列底部分成两个双导线束，并沿垂直于导线方向切割其中一个双导线束，使其缩短1毫米。然后，剪下两段长度为6厘米的导线用于接地线。再剪下八段长度为6厘米的导线用于脑电图导线。接下来，将一颗M1×3的不锈钢螺钉固定在第三只手工具上。将接地线或脑电图导线的去绝缘端缠绕在螺钉的杆部。涂抹少量助焊剂，然后将导线焊接到螺钉上。将一个双列直插式插针固定在第三只手中，使母端朝向便于操作的一侧。将导线另一端的去绝缘部分插入sip dip针脚中，并将导线焊接到针脚上。接着，将另一个sip dip针脚放入支架中，确保其公端朝外。将另一根导线的去绝缘端焊接到该针脚的公端上。使用万用表验证当两个组件连接时，螺钉与导线针组件的去绝缘导线端之间是否存在连续连接。将导线束装入驱动器时，需先将驱动器固定在支架上。待驱动器本体稳定后，小心地将其中一束导线滑入相应的聚酰亚胺管中。使用细镊子夹住其中一根导线，小心地将其弯向目标孔并插入。插入后，用一根金针将导线固定在皮层脑电图孔中。接着，当固定导线阵列对齐后，在导管顶部涂抹少量高强度环氧胶，以固定导线束的位置。为了固定可移动的海马体线阵，首先将穿梭装置移至所需的最高位置。然后将线束推入穿梭装置的U形开口中，并用少量高强度环氧胶将其粘牢。小心地将接地线的线针组件开口端穿过标记为“接地”的通孔之一，并使用金针固定。从支架上取下驱动装置。注意不要弯曲任何导线组件。实验结束后如需回收电极接口板，可轻轻将软头镊子插入电路板与驱动装置本体之间，或用手小心地抬起电极接口板，以松开残留的氰基丙烯酸酯粘合剂。将TD驱动器植入八只大鼠中进行初步试验，植入手术在动物到达后两周进行。术后，动物对植入物表现出良好的适应性，其固定电极位于额叶和压后皮层区域，并配有可调节的海马束以增强信号覆盖范围。对连接导线的大鼠在记录箱中进行了睡眠记录。在较大的迷宫中，清醒状态下的数据以无线记录方式采集。在八只动物中的七只，至少在一侧大脑半球到达了所有目标位点。尽管部分动物在两个月后开始丢失植入物，但大多数动物可维持植入物长达100天。在此期间，海马通道中的delta振荡显示局部场电位保持稳定。

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TD Drive:一种参数化开源植入物，用于行为和睡眠大鼠的多区域电生理记录

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本文描述了用于从小鼠脑内进行在体电生理记录脑信号的微型驱动装置的设计与组装方法。通过将微电极束固定在坚固且可驱动的载体上，这些技术可实现长期且稳定的神经信号记录。该装置的轻量化设计使得动物在植入驱动装置后仍能不受限制地完成各种行为学任务。...

用于清醒行为小鼠慢性神经记录的微驱动阵列构建

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自由活动大鼠皮层局部场电位、心电图、肌电图与呼吸节律的同步记录

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