Planung und Bau eines kostengünstigen Headstage für Simultaneous Neural Stimulation und Aufnahme in the Water Maze

Dieses Video zeigt ein Verfahren zur Konstruktion eines Vorverstärkersystems für den Kopftisch, das gleichzeitig chronisch und implantierte Elektroden bei wach verhaltenden Tieren aufzeichnet und stimuliert. Zunächst wird eine Leiterplatte für eine Kopfstufe mit einer gezielten Anzahl von Aufnahme- und Stimulationskanälen ausgelegt. Es werden zwei Beispiele für Source-Follower-Schaltungen gezeigt.

Die elektronischen Komponenten werden dann an die Leiterplatte verkauft, und die Kopftisch- und Haltekabelstecker werden so konstruiert, dass sie eine Schnittstelle zwischen der Kopfstufe und dem Implantat des Tieres bilden. Da es keine losen Verbindungen im System gibt, können zuverlässige lokale Feldpotentialaufzeichnungen aus dem Hippocampus der Ratte gewonnen werden. Der Hauptvorteil dieser Technik gegenüber bestehenden Methoden wie dem Kauf eines kommerziell erhältlichen Kopftischverstärkersystems besteht darin, dass diese Methode Tausende von Dollar billiger sein und leicht für spezifische Stimulations- und Aufnahmeexperimente angepasst werden kann.

Da diese Methode die gleichzeitige Aufzeichnung und Stimulation des sich verhaltenden Gehirns ermöglicht, kann sie helfen, neuronale Mechanismen der Kognition zu identifizieren und zu kontrollieren. Diese Methoden können wiederum dazu beitragen, die Funktion zu verbessern und Störungen des Gehirns beim Menschen zu behandeln. Das kostengünstige Vorverstärkersystem für die Kopfstufe, das in diesem Video vorgestellt wird, ermöglicht die gleichzeitige neuronale Aufzeichnung und Stimulation und kann für den Einsatz mit schwimmenden Tieren wasserdicht gemacht werden.

Ein fertiges System besteht aus den folgenden Komponenten, einer computerentworfenen integrierten Leiterplatte mit vier Aufzeichnungskanälen und zwei Stimulationskanälen. Goldene Stifte leiten Gehirnsignale an den Kopftisch und Stimulationssignale an das Gehirn weiter, und zwar über separate Anschlüsse am Kopftisch des Tieres. Ein Haltekabel und ein Stecker leiten die Aufnahme- und Stimulationskanäle über einen Schleifringkommutator an eine computergestützte Physiologie-Workstation weiter.

Es gibt zwei Formen der Abdichtung auf der Kopfstufe und auf dem integrierten Schaltkreis. Werfen wir nun einen Blick auf das Design und Layout des Kopftisches mit einem kommerziell erhältlichen Software-CAD-Paket. Eine gedruckte integrierte Leiterplatte mit vier Unity-Gain-Source-Followern und zwei Pass-Through-Stimulationskanälen ist konzipiert Erstellen Sie zunächst auf beiden Seiten Verbindungspads für die Pin-Anschlüsse an der Tether- und Tierverbindung.

Ein Quad-FET-Operationsverstärker kann bis zu vier Kanäle mit Plus-Minus-Eingang aufnehmen. Es werden zwei Stromleitungen benötigt, die jeweils an das Bodenfeuer angeschlossen werden können. 0,1 Mikrokondensatoren zur Vermeidung möglicher induzierter Schwingungen in den Operationsverstärkern.

Um eine Verstärkerschaltung mit Einheitsverstärkung herzustellen, leiten Sie das Signal in den Pluseingang des Operationsverstärkers und verbinden Sie den Ausgang dann wieder mit dem invertierenden Eingang. Fügen Sie dann 10 Megaohm-Widerstände in Reihe mit dem positiven Eingang zur Masse für die Stimulationskanäle hinzu. Lay-Pass-Through-Leiterbahnen, die die Ausgänge mit den Eingängen verbinden VS.To führen die Leiterbahnen zur anderen Schicht der Bohrung und zurück.

Erstellen Sie abschließend eine große Grundplatte auf der Rückseite, um alle Durchkontaktierungen zu verbinden, die als Masse gemeint sind. Die Grundplatte sollte dann mit dem Erdungsstift verbunden werden, nach außen mit der Leine und der Tierseite. Es wird ein einzelner Kopftisch entworfen und das Designmuster wird über ein größeres Leiterplattenblatt gekachelt, um viele Kopfstufen zu geringeren Kosten bereitzustellen.

Die CAD-Datei wird an den Leiterplattenherstellungsdienst übermittelt, wo doppelseitige zweischichtige Leiterplatten mit oberen und unteren Kupferschichten gedruckt werden, wobei alle Löcher durch die Platinen plattiert werden. Verwenden Sie Zinn-Blei, solarbeschichtete Leiterbahnen und Pads, die dem Industriestandard FR four-Laminaten entsprechen. Aus dem großen, gekachelten Leiterplattenblech werden einzelne Kopfstufen geschnitten und elektronische Bauteile mit Solar verbunden.

Sehen wir uns nun an, wie die elektronischen Komponenten angeschlossen werden. Beginnen Sie mit den Vorbereitungen für den Einsatz elektronischer Bauteile, indem Sie die Komponenten auf der Leiterplatte organisieren, um sie für den Einsatz vorzubereiten. Legen Sie eine kleine Menge des verkauften Materials auf das zu lötende Zinnbleipad und bringen Sie die Spitze des Soldateneisens in die Nähe, um in einem Reh zu schmelzen.

Der Soldat zum Pad, die Kondensatoren, zuerst die Widerstände, dann die Operationsverstärker. Da die Operationsverstärker durch Überhitzung zerstört werden können, handelt es sich um eine Soldatenpistole mit variabler Hitze und die geringste Hitze, die zum Schmelzen des Soldaten erforderlich ist. Es ist am besten, die Heizzeit zu minimieren, die für die Herstellung einer guten Soldatenverbindung verwendet wird.

Wir finden es praktisch, ein kleines Reservoir oder einen kleinen Soldaten zu erstellen, der in das Footprint-Pad fließt, indem wir Soldat entlang der Kommunikations- oder Stromleiterbahnen auftragen. Verwenden Sie nun ein O-Meter, um zu testen, ob der Widerstand an den Widerständen den erwarteten Wert erfüllt. Untersuchen Sie jedes Pad genau, um sicherzustellen, dass kein Soldat benachbarte Pads verbindet oder überbrückt.

Wenn hier eine Soldatenbrücke ist, um den Soldaten zu schmelzen und die Pinzette zu benutzen, um die Brücke zu brechen. Sehen wir uns nun an, wie man Tether-Schnittstellen zusammenbaut und herstellt. Führen Sie zunächst ein Stück 19-Gauge-Injektionsschlauch in einen der unbenutzten Anschlüsse der neunpoligen A-BS-Buchse ein, um die mechanische Unterstützung zu gewährleisten.

Schneiden Sie sechs zwei Zentimeter lange Stücke isolierten Magnetdraht ab, um die Buchse und die Phenolstifte mit der A-BS-Buchse zu verbinden. Verwenden Sie nun eine kleine Menge Schulter in jedem Stift und erhitzen Sie den Stift von der Spitze, um die Buchsenstifte mit dem Magnetdraht zu schultern. Positionieren Sie die männlichen weiblichen Milax-Pins über den Pads auf der Halteseite des Kopftisches und drücken Sie die Pins über die Leiterplatte, um einen Drucksitz zu gewährleisten.

Dann verkaufte ich jeden Pin an jedes Pad in der richtigen Reihenfolge. Positionieren Sie anschließend die Ringmutter über dem Neuralimplantat-Konnektor und schieben Sie alle Buchsenstifte in die gewünschten Schlitze auf der Kunststoffbasis. Tragen Sie Acrylkleber auf die Oberseite des A-BS-Buchsensteckers auf und befestigen Sie ihn an der Basis des Kopftisches.

Zum Schluss kleben Sie das 19-Gauge-Rohr zur Unterstützung an die Halteseite der Kopfstufe. Sehen wir uns nun an, wie man die Kopfstufe wasserdicht macht, um die Kopfstufe wasserdicht zu machen, falls die gesamte integrierte Schaltung und alle freiliegenden Metalloberflächen mit fünf Minuten Epoxidharz wasserdicht sind. Warten Sie fünf bis 10 Minuten für die erste Aushärtung und 60 Minuten für die dauerhafte Aushärtung.

Tragen Sie Post-Attack-Kitt auf die Oberfläche des neunpoligen Stifts auf, eine BS-Buchse um die weiblichen Stifte, die aus dem Tierende herausragen. Für eine maximale Wasserdichtigkeit sollten die A-BS-Buchse und ein BS-Stecker zusammengesteckt und die Ringmutter festgezogen werden. Wickeln Sie einen kleinen Streifen Para-Folie um die Schnittstelle, um zu verhindern, dass Wasser mit den Stiftanschlüssen in Kontakt kommt.

Nun zeigen wir einige repräsentative Ergebnisse, die hier gezeigt werden. Als Beispiel für eine gelungene Aufnahme. Eine gute Aufnahme folgt einem Eingangsquellensignal, ohne dass während der Bewegung ein- und ausgeschaltet wird.

Für eine gute Referenz zur Elektrophysiologie oder LFPS siehe Zitat zwei. Wenn ein Strom durch einen bestimmten Eingangskanal geleitet wird, sollte der Benutzer sicherstellen, dass das Signal nicht in benachbarte Kanäle überflutet wird. Dies kann erreicht werden, indem das Signal durch jeden Kanal geleitet und der Ausgang aller anderen Kanäle getestet wird.

Wenn es ein Übersprechen zwischen den Kanälen gibt, finden Sie nützliche Vorschläge im Referenzartikel drei. Der Benutzer kann wünschen, dass der Kopftisch flach auf dem Kopf des Tieres oder mit zusätzlichen Kanälen positioniert wird. Wir haben solche Kopftische mit zusätzlichen Kanälen und Konfigurationen erfolgreich einmal gemeistert.

Diese Technik kann am Fließband durchgeführt werden, um mehrere Kopfstufen gleichzeitig zu erstellen, sodass wir die Reproduzierbarkeit herstellen und ein schnelles Backup für beschädigte Kopfstufen bereitstellen können. Dieses Verfahren kann in Kombination mit anderen Methoden wie der gezielten Medikamenteninfusion oder der optogenetischen Stimulation eingesetzt werden, um zu untersuchen, wie verschiedene Neurotransmitter und Neuromodulatoren zu den Mechanismen des Gedächtnisses im Gehirn beitragen. Und wir nutzten diese Kombination von Techniken, um Gehirnrhythmen im Hippocampus der Ratte aufzuzeichnen und zu modifizieren, was die Gedächtnisleistung vorhersagte.