Conception et montage d'un Microdrive ultra-léger motorisé pour des enregistrements de neurones chroniques chez les petits animaux

L'objectif général de cette procédure est d'assembler un micro-déplacement motorisé ultra-léger, adapté à l'enregistrement extracellulaire stable chez de petits animaux en comportement. Cela est réalisé en fixant d'abord solidement le connecteur et le moteur sur le châssis. La deuxième étape consiste à façonner le chariot pour qu'il s'adapte au châssis, puis à fixer les tubes du chariot.

Ensuite, les tubes guide-électrodes sont installés et les électrodes d'enregistrement sont chargées dans le micro-déflecteur. Enfin, des couvercles transparents sont ajoutés pour protéger les électrodes et le câblage contre les dommages accidentels. Une fois correctement assemblé et implanté, le micro-déflecteur décrit peut être utilisé pour enregistrer l'activité extracellulaire pendant une période allant jusqu'à 10 semaines.

Notre procédure de conception et d'assemblage a évolué au fil du temps afin de maximiser la facilité d'utilisation et de réduire les coûts, rendant ce dispositif plus pratique et accessible à un plus grand nombre de chercheurs par rapport à de nombreuses versions précédemment publiées. Un micro-entraînement complet est représenté ici. Il se compose de plusieurs éléments principaux : un châssis servant de structure support pour l'ensemble, un moteur doté d'un arbre de sortie finement fileté, un chariot fileté portant les électrodes et assurant un point de connexion électrique, ainsi qu'un connecteur noétique, montré également aux tubes du chariot, aux électrodes et aux tubes de guidage des électrodes.

Le chariot de l'électrode et les tubes de transfert de l'électrode sont des composants sur mesure qui ont été conçus à l'aide d'un logiciel de CAO 3D et usinés par un fabricant de précision local. Tous les autres composants sont disponibles dans le commerce. Commencez par utiliser des pinces coupantes diagonales pour rogner les broches de contact situées au bas du connecteur.

Raccourcissez la rangée arrière des broches à 1,5 millimètre et la rangée avant à un millimètre, comme indiqué sur ce schéma. Ensuite, fixez soigneusement le châssis dans une petite pince avec la cavité ouverte vers le bas et utilisez de la colle cyanoacrylate pour fixer quatre morceaux de tube en polyamide de 15 millimètres de longueur au châssis, de manière à ce qu’ils soient alignés avec la surface arrière du châssis et orientés parallèlement les uns aux autres, comme illustré ici. Une fois la colle cyanoacrylate sèche, raccourcissez les tubes en polyamide à environ six millimètres de longueur et retirez les sections de taille.

Les sections restantes des tubes doivent se situer à environ trois millimètres du bord inférieur du châssis. Ensuite, appliquez de l'époxy sur le châssis pour construire un petit socle destiné au connecteur. Placez le connecteur par-dessus et ajoutez de l'époxy supplémentaire autour du connecteur.

La surface du connecteur doit se situer à quelques millimètres au-dessus des tubes en polyamide et être parallèle à la surface du châssis. Une fois que l'époxyde est complètement polymérisé, retirez le châssis de l'étau et transférez-le sur un gabarit, la face avant tournée vers le haut. Ensuite, faites passer les fils du moteur à travers le trou dans le châssis et glissez le moteur dans la rainure de la base.

Après avoir vérifié que le moteur et l'arbre d'entraînement sont parallèles au châssis et s'ajustent bien contre le fond et le côté, fixez le moteur au châssis à l'aide de résine époxy. Une fois l'époxy durcie, tournez le châssis de manière à ce que le connecteur soit accessible. Pour réduire les contraintes mécaniques sur le moteur et les fils, ajoutez une petite quantité d'époxy à prise rapide sur les fils au point où ils sortent du châssis. Ensuite, dénudez et soudez les fils aux contacts appropriés du connecteur.

Testez le moteur pour vous assurer d'une rotation régulière de l'arbre dans les deux sens, puis passez au montage du chariot d'électrode. Commencez par vérifier l'ajustement du chariot en le glissant délicatement sur l'arbre du moteur et en le déplaçant sur toute la longueur de l'arbre d'entraînement. À basse vitesse.

Le chariot doit s'ajuster fermement au châssis et ne doit pas se coincer dans l'entraînement, pas plus que l'arbre du moteur ne doit cesser de tourner. Si le chariot ne se déplace pas en douceur le long de l'arbre, inspectez la surface du châssis et de la vis d'entraînement à la recherche de débris.

Retirez tous les débris à l’aide de pinces fines ou d’air comprimé, puis appliquez une fine couche d’huile minérale sur le filetage et vérifiez à nouveau l’ajustement. Si le chariot est trop serré, utilisez des pinces et une pierre à aiguiser fine humide pour enlever le matériau gênant sur les côtés du chariot. Veillez à retirer le matériau de manière uniforme.

Enfin, si le chariot est lâche, comme en témoignent des inclinaisons et des vibrations pendant le déplacement, ajoutez une petite lamelle de film transparent sur le chariot afin de combler l'espace entre celui-ci et la surface du châssis. Une fois l'ajustement correct obtenu, retirez le chariot de l'arbre et enfoncez un tube en acier inoxydable dans chacun des quatre grands trous du chariot, en veillant à ce que les tubes soient centrés sur le chariot et à ce que les extrémités des quatre tubes soient bien alignées. Appliquez ensuite une petite goutte de colle cyanoacrylée à la base de chaque tube, en prenant soin que la colle ne dépasse pas sur les bords du chariot ni n'entre dans les tubes. Une fois la colle sèche, réinsérez le chariot d'électrode terminé sur l'arbre de commande et poussez-le complètement jusqu'au fond du filetage.

Coupez 4 sections de 25 millimètres de longueur en tube de polyamide destinées à servir de guides pour les électrodes. En outre, coupez quatre électrodes en sections de 40 millimètres destinées à être utilisées comme électrodes factices pendant le montage. Faites glisser chaque section de tube sur une électrode factice de manière à ce que l'électrode dépasse d'environ 10 millimètres au-delà de l'extrémité du tube.

Disposez maintenant chacun des tubes en polyamide dans le châssis comme indiqué ici. Mélangez une petite quantité de résine rapide et appliquez-en environ deux millimètres sous l'extrémité supérieure de l'électrode ; laissez sécher. Ensuite, retirez les électrodes factices et remettez en place les extrémités libres des guides d'électrodes afin qu'elles forment un faisceau serré au bas du dispositif.

Enroulez un fil fin autour des électrodes pour les maintenir en place, si nécessaire. Fixez ensuite la nouvelle position avec du plâtre rapide comme indiqué ici. Utilisez un scalpel ou une lame tranchante pour couper les guides des tubes d'électrodes là où ils dépassent du bas du micro-entraînement.

Ces tubes guideront finalement les électrodes jusqu'à la surface du cerveau ; la longueur choisie dépend donc de l'anatomie du site d'implantation. Ensuite, couper un tronçon de 30 millimètres de fil de platine gainé et dénuder un millimètre d'isolation à une de ses extrémités. Puis, souder cette extrémité à l'une des broches de signal du connecteur.

Ensuite, pliez le fil sous le connecteur et faites-le passer par l'un des tubes de guidage du fil. Tendez le fil et amenez-le jusqu'à la fente de guidage située en haut du châssis, avec le chariot d'électrode en haut de l'arbre. Insérez une électrode de 25 millimètres dans le tube en polyamide et tirez-la vers le haut à travers le tube en acier inoxydable.

Dans le tube guide. Placer l'extrémité de l'électrode de manière à ce qu'elle soit alignée avec l'extrémité inférieure du tube en polyamide. Ensuite, couper l'électrode d'un millimètre au-dessus du tube guide.

Utilisez une pince fine pour retirer l'isolation des deux derniers millimètres de l'électrode et des deux derniers millimètres du fil de platine. Repositionnez l'électrode de manière à ce que sa pointe soit alignée avec le bas des tubes de guidage. Insérez ensuite le fil de platine dans le tube de transfert et fixez-les ensemble en glissant une courte section d'un millimètre de fil de tungstène dans le tube de transfert.

Vérifiez qu'il y a un ajustement étroit entre l'électrode et le fil afin d'assurer une connexion mécanique et électrique. Faites ensuite monter et descendre le chariot sur toute la longueur de l'arbre moteur pour vérifier que le mouvement reste fluide. Après avoir installé toutes les électrodes de la même manière, coupez un segment de fil argenté de 30 millimètres de long à utiliser comme fil de masse.

Décapez un millimètre d'isolant à une extrémité et soudez-le à la broche de masse afin de réduire le frottement des électrodes contre les parois du tube guide. Déposez une goutte d'huile minérale légère à l'extrémité des tubes guide et laissez l'action capillaire entraîner l'huile à l'intérieur des tubes. Ensuite, découpez un rectangle de film transparent de 12 millimètres sur 25 millimètres et pliez-le en forme de U large.

Utilisez de la colle pour fixer ce couvercle sur les surfaces extérieures du châssis. Ensuite, découpez un rectangle de film transparent de 15 millimètres sur six millimètres. Utilisez de la colle cyanoacrylée pour le fixer autour du connecteur, en veillant à ce que le bord long du morceau de film transparent soit aligné avec le bord supérieur du connecteur.

Le dispositif final doit avoir l'aspect suivant. Les images ci-dessous montrent des enregistrements représentatifs du noyau robuste de l’archistriatum chez le moineau zébré en activité. La première image montre l'activité d'une unité unique enregistrée à l'aide d'une électrode de platine-iridium de 10 mégohms, une semaine après l'implantation.

Cette image suivante montre un enregistrement provenant de la même électrode utilisée pour l'image précédente, mais capturé environ neuf semaines plus tard. Remarquez la qualité durablement élevée de l'enregistrement grâce à l'utilisation d'électrodes à plus faible impédance. Une activité multiunitaire stable peut être enregistrée.

Cette image finale montre l'activité multi- unitaire enregistrée à l'aide d'une électrode en platine d'un mégao-hm. Une fois la procédure d'assemblage maîtrisée, un micro- actionneur peut être entièrement assemblé en environ cinq heures, hors temps de séchage de l'époxy après la construction initiale. Toutefois, l'actionneur peut être préparé pour une réutilisation en moins de deux heures.