Diseño y montaje de un Microdrive ultraligero motorizado para crónicos Grabaciones neuronales en Pequeños Animales

El objetivo general de este procedimiento es ensamblar un microimpulsor motorizado ultraligero adecuado para realizar grabaciones extracelulares estables en pequeños animales en actividad. Esto se logra primero montando firmemente el conector y el motor en el chasis. El segundo paso consiste en dar forma al carro para que se ajuste al chasis y fijar los tubos del carro.

A continuación, se instalan los tubos guía del electrodo y se cargan los electrodos de registro en el microimpulsor. Por último, se añaden cubiertas transparentes para proteger los electrodos y el cableado de daños accidentales. Una vez ensamblado e implantado correctamente, el microimpulsor descrito puede utilizarse para registrar actividad extracelular durante un período de hasta 10 semanas.

Nuestro diseño y procedimiento de ensamblaje han evolucionado con el tiempo para maximizar la facilidad de uso y minimizar los costos, de modo que resulte más práctico y accesible para una mayor variedad de investigadores que muchas versiones publicadas previamente. Aquí se muestra un microimpulsor completo. Este consta de varios componentes principales: un chasis que sirve como estructura principal del impulsor, un motor con un eje de salida finamente roscado, una plataforma roscada que transporta los electrodos y proporciona un punto de conexión eléctrica, y un conector noético, que también se muestra en los tubos de la plataforma, los electrodos y los tubos guía de los electrodos.

El conector de electrodo de chasis y los tubos de conexión de electrodo son componentes personalizados que fueron diseñados con un software CAD 3D y mecanizados por un técnico de precisión local. Todos los demás componentes están disponibles comercialmente. Primero use cortadores diagonales para recortar los pasadores de contacto en la parte inferior del conector.

Recorte la fila trasera de pines a 1,5 milímetros y la fila delantera a un milímetro, como se muestra en este esquema. Luego, sujete cuidadosamente el chasis en una mordaza pequeña con la cavidad abierta hacia abajo y utilice pegamento de cianoacrilato para fijar cuatro tramos de tubo de poliamida de 15 milímetros de longitud al chasis, de modo que queden al ras con la superficie trasera del chasis y orientados paralelos entre sí, como se muestra aquí. Una vez que el pegamento de cianoacrilato esté seco, recorte los tubos de poliamida a aproximadamente seis milímetros de longitud y retire las secciones de la cintura.

Las secciones restantes del tubo deben estar aproximadamente a tres milímetros del borde inferior del chasis. A continuación, utilice epoxi sobre el chasis para construir un pequeño pedestal para el conector. Coloque el conector encima y agregue epoxi adicional alrededor del conector.

La superficie del conector debe estar unos pocos milímetros por encima de los tubos de poliamida y ser paralela a la superficie del chasis. Una vez que el epóxico haya curado completamente, retire el chasis de la mordaza y transfiéralo a una plantilla con la superficie frontal hacia arriba. Luego, pase los cables del motor a través del orificio en el chasis y deslice el motor dentro de la ranura en la base.

Después de verificar que el motor y el eje de transmisión estén paralelos al chasis y encajen firmemente contra la parte inferior y lateral, fije el motor al chasis con epoxi. Una vez que el epoxi haya curado, gire el chasis para que el conector sea accesible. Para reducir el estrés mecánico sobre el motor y los cables, agregue una pequeña cantidad de epoxi de curado rápido a los cables en el punto donde salen del chasis. Ahora corte la tira y suelde los cables a los contactos correspondientes del conector.

Pruebe el motor para asegurar una rotación suave del eje en ambas direcciones y luego proceda a armar el transportador del electrodo. Primero, verifique el ajuste del transportador pasándolo cuidadosamente sobre el eje del motor y moviéndolo hacia arriba y hacia abajo por toda la longitud del eje de transmisión. A baja velocidad.

El carro debe encajar firmemente en el chasis y no debe atascarse en el mecanismo, ni el eje del motor debe dejar de girar. Si el carro no se mueve suavemente a lo largo del eje, inspeccione la superficie del chasis y el tornillo de avance en busca de residuos.

Retire cualquier residuo con pinzas finas o aire comprimido, y luego aplique una capa ligera de aceite mineral al roscado y verifique nuevamente el ajuste. Si el carro está demasiado apretado, utilice pinzas y una piedra de afilar de grano fino humedecida para eliminar el material que obstruye el lado del carro. Tenga cuidado de retirar el material de forma uniforme.

Finalmente, si el carro está suelto, como lo demuestra el movimiento de balanceo y vibración durante el desplazamiento, adicione una pequeña tira de película transparente al carro para rellenar el espacio entre este y la superficie del chasis. Una vez logrado un ajuste adecuado, retire el carro del eje e inserte un tubo de acero inoxidable en cada uno de los cuatro orificios grandes del carro, asegurándose de que los tubos estén centrados respecto al carro y de que los extremos de los cuatro tubos queden alineados. A continuación, coloque una pequeña gota de adhesivo de cianocrilato en la base de cada tubo, teniendo cuidado de que el adhesivo no quede en los bordes del carro ni dentro de los tubos. Una vez que el adhesivo esté seco, enrosque el carro del electrodo terminado nuevamente en el eje de transmisión y deslícelo completamente hasta la base del roscado.

Corte 4 secciones de 25 milímetros de longitud de tubo de poliamida para usar como guías de electrodos. Además, corte cuatro electrodos en secciones de 40 milímetros para usar como electrodos ficticios durante el ensamblaje. Deslice cada sección de tubo sobre un electrodo ficticio de manera que el electrodo sobresalga aproximadamente 10 milímetros más allá del extremo del tubo.

Ahora coloque cada uno de los tubos de poliamida en el chasis como se muestra aquí. Mezcle una pequeña cantidad de resina rápida y aplíquela aproximadamente dos milímetros por debajo del extremo superior del electrodo; deje secar. A continuación, retire los electrodos simulados y reposicione los extremos libres de las guías del electrodo para que formen un haz compacto en la parte inferior del impulsor.

Envuelva un alambre fino alrededor de los electrodos para sujetarlos en su lugar si es necesario. Luego fije la nueva posición con yeso rápido como se muestra aquí. Use un escalpelo afilado para recortar las guías de los tubos de los electrodos en los puntos donde sobresalgan por debajo del microimpulsor.

Estos tubos guiarán eventualmente los electrodos hasta la superficie del cerebro, por lo que la longitud elegida depende de la anatomía del sitio de implante. A continuación, corte una sección de alambre de platino aislado de 30 milímetros de longitud y retire un milímetro de aislamiento de uno de sus extremos. Luego, suelde el alambre a uno de los pines de señal del conector.

Luego doble el alambre debajo del conector e insértelo en uno de los tubos guía para alambre. Tense el alambre y llévelo hasta la ranura guía en la parte superior del chasis con la lanzadera del electrodo en la parte superior del eje. Inserte un electrodo de 25 milímetros en el tubo de poliamida y extráigalo hacia arriba a través del tubo de acero inoxidable.

En el transportador. Coloque la punta del electrodo de manera que quede al ras con el extremo inferior del tubo de poliamida. Luego, corte el electrodo un milímetro por encima del tubo del transportador.

Utilice pinzas finas para retirar el aislamiento de los últimos dos milímetros del electrodo y de los últimos dos milímetros del alambre de platino. Vuelva a colocar el electrodo de manera que la punta quede alineada con la parte inferior de los tubos guía. A continuación, inserte el alambre de platino en el tubo transportador y sujete ambos elementos juntos deslizando una pequeña sección de un milímetro de alambre de tungsteno dentro del tubo transportador.

Verifique que haya un ajuste firme entre el electrodo y el cable para garantizar una conexión mecánica y eléctrica. Luego, mueva el shuttle hacia arriba y hacia abajo a lo largo de la longitud del eje de transmisión para verificar un movimiento continuo y suave. Después de instalar todos los electrodos de la misma manera, corte un tramo de alambre de plata de 30 milímetros de longitud para usarlo como cable de tierra.

Retire un milímetro de aislamiento de un extremo y suéldelo al pin de tierra para reducir la fricción de los electrodos contra las paredes del tubo guía. Coloque una gota de aceite mineral ligero en el extremo de los tubos guía y permita que la acción capilar arrastre el aceite hacia el interior de los tubos. A continuación, corte un rectángulo de película transparente de 12 milímetros por 25 milímetros y dóblelo en forma de U ancha.

Utilice pegamento para fijar esta tapa a las superficies externas del chasis. Luego corte un rectángulo de 15 milímetros por seis milímetros de una transparencia. Utilice película y pegamento de cianocrilato para asegurarla alrededor del conector, asegurándose de que el borde largo del trozo de película de transparencia quede alineado con el borde superior del conector.

El dispositivo final debe tener este aspecto. Las siguientes imágenes muestran grabaciones representativas del núcleo robusto de la arquiencefálica AUM en el pinzón cebra durante la conducta. La primera imagen muestra la actividad de una unidad individual registrada con un electrodo de platino-iridio de 10 megaohmios una semana después de la implantación.

Esta siguiente imagen muestra una grabación del mismo electrodo utilizado para la imagen anterior, pero capturada aproximadamente nueve semanas después. Observe la calidad continuamente alta de la grabación al usar electrodos de baja impedancia. Puede registrarse actividad multiunitaria estable.

Esta imagen final muestra la actividad multiunidad registrada con un electrodo de platino de un megaohm. Una vez dominado el procedimiento de ensamblaje, se puede ensamblar completamente una microimpulso en aproximadamente cinco horas, sin incluir el tiempo de secado del epóxico tras la construcción inicial. Sin embargo, la impulsión puede prepararse para su reutilización en menos de dos horas.