Diseño y construcción de un cabezal rentable para la estimulación simultánea neural y de grabación en el laberinto de agua

Este video muestra un procedimiento para construir un sistema de preamplificador de etapa de cabeza, que graba y estimula simultáneamente electrodos crónicos e implantados en animales que se comportan despiertos. En primer lugar, se diseña una placa de circuito impreso para un escenario principal con un número determinado de canales de grabación y estimulación. Se muestran dos ejemplos de circuitos seguidores de fuente.

A continuación, los componentes electrónicos se venden a la placa de circuito y se construyen los conectores de la etapa de la cabeza y del cable de sujeción para proporcionar una interfaz entre la etapa de la cabeza y el implante del animal. Sin conexiones sueltas en el sistema, se pueden obtener registros confiables de potencial de campo local del hipocampo de la rata. La principal ventaja de esta técnica sobre los métodos existentes, como la compra de un sistema de amplificación de la etapa principal disponible en el mercado, es que este método puede ser miles de dólares más barato y fácilmente personalizable para experimentos específicos de estimulación y grabación.

Debido a que este método permite el registro y la estimulación simultáneos del cerebro que se comporta, puede ayudar a identificar y controlar los mecanismos neuronales de la cognición. A su vez, estos métodos pueden, en última instancia, ayudar a mejorar la función y tratar los trastornos cerebrales en las personas. El sistema de preamplificador de etapa de cabeza de bajo costo que se presenta en este video permite la grabación y estimulación neuronal simultáneas y se puede hacer resistente al agua para su uso con animales nadadores.

Un sistema completo consta de los siguientes componentes, una placa de circuito integrado diseñada por computadora con cuatro canales de grabación y dos canales de estimulación. Los alfileres de oro transmiten las señales cerebrales a la etapa de la cabeza y las señales de estimulación al cerebro mediante conectores separados en la etapa de la cabeza del animal. Un cable de sujeción y un conector retransmiten los canales de grabación y estimulación a través de un conmutador de anillo colector a una estación de trabajo de fisiología computarizada.

Hay dos formas de impermeabilización en la etapa principal y en el circuito integrado. Ahora echemos un vistazo al diseño y la disposición de la etapa principal utilizando un paquete de software CAD disponible en el mercado. Se diseña una placa de circuito integrado impresa con cuatro seguidores de fuente de ganancia unitaria y dos canales de estimulación de paso Primero, cree almohadillas de conexión en ambos lados para los conectores de clavijas en la conexión de correa y animal.

Un amplificador operacional FET cuádruple puede aceptar hasta cuatro canales de entrada más menos . Se necesitan dos líneas eléctricas, cada una de las cuales se puede conectar a tierra contra incendios. Condensadores de 0,1 micro ferre para evitar posibles oscilaciones inducidas en los amplificadores operacionales.

Para crear un circuito amplificador de ganancia unitaria, dirija la señal a la entrada positiva del amplificador operacional y luego vuelva a conectar la salida a la entrada inversora. Luego agregue resistencias de 10 mega ohmios en serie con la entrada positiva a tierra para los canales de estimulación. Coloque las trazas de paso conectando las salidas a las entradas usando VS.To guiar las trazas a la otra capa de la parte posterior perforada.

Finalmente, cree una placa de tierra grande en la capa posterior para conectar todas las vías que se entienden por tierra. Luego, la placa de tierra debe conectarse a la clavija de tierra, hacia el lado de la correa y del animal. Se diseña una sola etapa de cabeza y el patrón de diseño se coloca en mosaico a través de una hoja más grande de placa de circuito para proporcionar muchas etapas de cabeza a un costo menor.

El archivo CAD se transmite al servicio de fabricación de placas de circuito impreso, donde las placas de dos capas a doble cara se imprimen utilizando capas de cobre superior e inferior con todos los orificios chapados a través de las placas. Utilice plomo de estaño, trazas y almohadillas chapadas en energía solar que correspondan a los laminados FR cuatro estándar de la industria. Las etapas de cabeza individuales se cortan de la gran hoja de PCB en mosaico y los componentes electrónicos se conectan con energía solar.

Ahora veamos cómo conectar los componentes electrónicos. Comience los preparativos para el soldado de componentes electrónicos organizando los componentes en la placa de circuito para prepararlos para el soldado. Coloque una pequeña cantidad de lo vendido en la almohadilla de plomo de estaño para soldar y acerque la punta de la plancha de soldar para derretirla en un ciervo.

El soldado de la almohadilla solda los condensadores primero, las resistencias a continuación, y luego los amplificadores operacionales. Debido a que los amplificadores operacionales se pueden destruir por sobrecalentamiento, es una pistola de soldado de calor variable, y el calor más bajo necesario para derretir al soldado. Lo mejor es minimizar el tiempo de calentamiento utilizado para hacer un buen porro de soldado.

Nos parece conveniente crear un pequeño depósito o soldado que fluya hacia la plataforma de huella aplicando soldado a lo largo de las trazas de comunicación o energía. Ahora use un medidor de O para probar que la resistencia a través de las resistencias cumple con el valor esperado. Inspeccione cada almohadilla de cerca para asegurarse de que ningún soldado esté conectando o puenteando las almohadillas adyacentes.

Si hay un puente de soldado aquí para derretir al soldado y usar pinzas para romper el puente. Ahora veamos cómo ensamblar y fabricar interfaces de correa. Primero, inserte un trozo de tubo hipodérmico de calibre 19 en uno de los puertos no utilizados del zócalo BS de nueve pines A para soporte mecánico.

Corte seis piezas de cable magnético aislado de dos centímetros de longitud para conectar las clavijas hembra y de fenol al zócalo A BS. Ahora, usando una pequeña cantidad de hombro en cada pin, caliente el alfiler desde la punta hasta el hombro de los pines hembra al cable magnético. Coloque los pines milax macho hembra sobre las almohadillas en el lado de sujeción de la etapa de la cabeza y apriete los pines sobre la PCB para asegurar un ajuste de presión.

Luego vendió cada alfiler a cada almohadilla en orden. A continuación, coloque la tuerca anular sobre el conector del implante neural y empuje todas las clavijas hembra en las ranuras deseadas de la base de plástico. Aplique pegamento acrílico en la parte superior del conector de enchufe A BS y asegúrelo a la base del escenario principal.

Finalmente, pegue el tubo de calibre 19 al lado de sujeción de la etapa principal para soporte. Ahora veamos cómo impermeabilizar la etapa de la cabeza para impermeabilizar la etapa de la cabeza en caso de que todo el circuito integrado y las superficies metálicas expuestas con epoxi de cinco minutos. Espere de cinco a 10 minutos para el curado inicial y 60 minutos para el curado permanente.

Aplique masilla posterior al ataque a la superficie de los nueve pines, un zócalo BS alrededor de los pines hembra que sobresalen del extremo del animal. Para una impermeabilización máxima, se deben acoplar el enchufe A BS y un enchufe BS y se debe apretar la tuerca anular. Envuelva una pequeña tira de película para alrededor de la interfaz para evitar que el agua entre en contacto con los conectores de clavijas.

Ahora mostraremos algunos resultados representativos que se muestran aquí. Como ejemplo de una grabación exitosa. Una buena grabación seguirá una señal de fuente de entrada sin cortarse durante el movimiento.

Para una buena referencia sobre electrofisiología o LFPS, consulte la cita dos. Al pasar una corriente a través de un canal de entrada en particular, el usuario debe asegurarse de que no haya diafonía de la señal en los canales adyacentes. Esto se puede hacer pasando la señal a través de cada canal y probando la salida de todos los demás canales.

Si hay diafonía entre canales, consulte el artículo de referencia tres para obtener sugerencias útiles. El usuario puede desear que la etapa de la cabeza se coloque plana sobre la cabeza del animal o con canales adicionales. Hemos fabricado con éxito este tipo de etapas de cabeza con canales y configuraciones adicionales una vez dominadas.

Esta técnica se puede realizar en una línea de montaje para construir varias etapas de cabeza al mismo tiempo para que podamos establecer la replicabilidad y proporcionar una copia de seguridad rápida para las etapas de cabeza dañadas. Este procedimiento se puede utilizar en combinación con otros métodos, como la infusión de fármacos dirigidos o la estimulación optogenética, para investigar cómo los diferentes neurotransmisores y neuromoduladores contribuyen a los mecanismos cerebrales de la memoria. Y utilizamos esta combinación de técnicas para registrar y modificar los ritmos cerebrales en el hipocampo de la rata, lo que predijo el rendimiento de la memoria.