Progettazione e assemblaggio di un ultraleggero motorizzato per Microdrive croniche Recordings neurali in animali di piccola taglia

L'obiettivo generale di questa procedura è assemblare un microdrive motorizzato ultraleggero adatto a effettuare registrazioni extracellulari stabili da piccoli animali in attività. Questo risultato si ottiene innanzitutto montando saldamente il connettore e il motore sul telaio. Il secondo passaggio consiste nel modellare lo shuttle in modo che si adatti al telaio e nel fissare i tubi dello shuttle.

Successivamente, vengono installati i tubi guida per gli elettrodi e gli elettrodi di registrazione vengono inseriti nel microdrive. Infine, vengono aggiunte delle coperture trasparenti per proteggere gli elettrodi e i collegamenti da danni accidentali. Una volta assemblato e impiantato correttamente, il microdrive descritto può essere utilizzato per registrare l'attività extracellulare per un periodo fino a 10 settimane.

La nostra procedura di progettazione e assemblaggio si è evoluta nel tempo per massimizzare la facilità d'uso e ridurre al minimo i costi, rendendola più pratica e accessibile a un numero maggiore di ricercatori rispetto a molte versioni pubblicate in precedenza. Qui viene mostrato un microdrive completo. Esso è composto da diverse parti principali: un telaio che funge da struttura portante del dispositivo, un motore con un albero di uscita finemente filettato, un cursore filettato che sostiene le elettrodi e fornisce un punto di collegamento elettrico, e un connettore noetico mostrato insieme ai tubicini di scorrimento, agli elettrodi e ai tubi guida per gli elettrodi.

Il telaio dell'elettrodo shuttle e i tubi dell'elettrodo shuttle sono componenti personalizzati progettati con un software CAD 3D e realizzati da un tornitore di precisione locale. Tutti gli altri componenti sono disponibili in commercio. Utilizzare prima delle pinze diagonali per tagliare i perni di contatto nella parte inferiore del connettore.

Tagliare la fila posteriore di perni a 1,5 millimetri e la fila anteriore a un millimetro, come mostrato in questo schema. Quindi fissare con attenzione il telaio in una piccola morsa con la cavità aperta rivolta verso il basso e utilizzare colla cianoacrilica per attaccare quattro tratti di tubo in poliammide di 15 millimetri al telaio, in modo che siano a filo con la superficie posteriore del telaio e orientati parallelamente l'uno all'altro, come mostrato qui. Una volta asciutta la colla cianoacrilica, tagliare i tubi in poliammide a una lunghezza di circa sei millimetri ed eliminare le sezioni centrali.

Le rimanenti sezioni del tubo dovrebbero trovarsi a circa tre millimetri dal bordo inferiore del telaio. Successivamente, utilizzare l'epossidico sul telaio per costruire un piccolo piedistallo per il connettore. Posizionare il connettore in cima e aggiungere ulteriore epossidico intorno al connettore.

La superficie del connettore deve trovarsi alcuni millimetri sopra i tubi in poliammide ed essere parallela alla superficie del telaio. Una volta che l'epossidico si è completamente polimerizzato, rimuovere il telaio dalla morsa e trasferirlo su un dispositivo di supporto con la superficie anteriore rivolta verso l'alto. Quindi guidare i cavi del motore attraverso il foro nel telaio e inserire il motore nella scanalatura alla base.

Dopo aver verificato che il motore e l'albero di trasmissione siano paralleli al telaio e aderiscano perfettamente alla parte inferiore e laterale, fissare il motore al telaio con colla epossidica. Una volta che l'epossidico si è indurito, ruotare il telaio in modo che il connettore sia accessibile. Per ridurre lo stress meccanico sul motore e sui cavi, aggiungere una piccola quantità di colla epossidica rapida sui cavi nel punto in cui escono dal telaio. A questo punto, tagliare e saldare i cavi ai contatti appropriati sul connettore.

Verificare il motore per assicurare una rotazione uniforme dell'albero in entrambe le direzioni, quindi procedere al montaggio del carrello dell'elettrodo. Innanzitutto, verificare l'adattamento del carrello inserendolo con attenzione sull'albero del motore ed eseguendo movimenti su e giù lungo tutta la lunghezza dell'albero di trasmissione. A bassa velocità.

La slitta deve aderire perfettamente al telaio e non deve incepparsi nel gruppo di avanzamento, né l'albero del motore deve smettere di ruotare. Se la slitta non scorre agevolmente lungo l'albero, ispezionare la superficie del telaio e la vite di avanzamento alla ricerca di detriti.

Rimuovere eventuali detriti con pinzette fini o aria compressa, quindi applicare un sottile strato di olio minerale leggero sulla filettatura e verificare nuovamente l'adattamento. Se la slitta è troppo stretta, utilizzare pinzette e una pietra oleata a grana fine per rimuovere il materiale di ostruzione dai lati della slitta. Prestare attenzione a rimuovere il materiale in modo uniforme.

Infine, se lo shuttle è allentato, come evidenziato da oscillazioni e vibrazioni durante il movimento, incollare una piccola striscia di pellicola trasparente allo shuttle per riempire lo spazio tra quest'ultimo e la superficie del telaio. Una volta ottenuto un adattamento corretto, rimuovere lo shuttle dall'asse e premere un tubo in acciaio inossidabile in ciascuno dei quattro fori grandi dello shuttle, assicurandosi che i tubi siano centrati rispetto allo shuttle e che le estremità di tutti e quattro i tubi siano allineate, come mostrato qui; applicare una piccola goccia di colla cianoacrilica alla base di ciascun tubo, facendo attenzione che la colla non venga a contatto con i bordi dello shuttle né penetri all'interno dei tubi. Una volta asciutta la colla, infilare nuovamente lo shuttle per elettrodi completato sull'asse della vite e spingerlo fino in fondo alla filettatura.

Tagliare 4 sezioni lunghe 25 millimetri di tubo in poliammide da utilizzare come guide per gli elettrodi. Inoltre, tagliare quattro elettrodi in sezioni da 40 millimetri da utilizzare come elettrodi fittizi durante il montaggio. Infilare ogni sezione di tubo su un elettrodo fittizio in modo che l'elettrodo sporga di circa 10 millimetri oltre l'estremità del tubo.

Ora posizionare ciascun tubo di poliammide nel telaio come mostrato qui. Mescolare una piccola quantità di resina rapida e applicarne circa due millimetri al di sotto dell'estremità superiore dell'elettrodo, lasciando asciugare. Successivamente, rimuovere gli elettrodi fittizi e riposizionare le estremità libere delle guide degli elettrodi in modo che formino un fascio stretto nella parte inferiore del dispositivo.

Avvolgere un filo sottile intorno agli elettrodi per mantenerli in posizione, se necessario. Quindi fissare la nuova posizione con una resina rapida come mostrato qui. Utilizzare un bisturi affilato per tagliare i guide del tubo degli elettrodi nei punti in cui si estendono al di sotto della base del microdrive.

Questi tubi guideranno infine gli elettrodi fino alla superficie del cervello, quindi la lunghezza scelta dipende dall'anatomia del sito di impianto. Successivamente, tagliare un tratto di filo di platino isolato lungo 30 millimetri e rimuovere un millimetro di isolamento da un'estremità. Quindi, saldare quest'ultima a uno dei pin del segnale sul connettore.

Quindi piegare il filo sotto il connettore e spingerlo attraverso uno dei tubi guida-filo. Tirare il filo in tensione e portarlo alla fessura guida nella parte superiore del telaio con il carrello dell'elettrodo nella parte superiore dell'asta. Inserire un'elettrodo da 25 millimetri nel tubo in poliammide e tirarlo verso l'alto attraverso il tubo in acciaio inossidabile.

Nella guida. Posizionare la punta dell'elettrodo in modo che sia allineata con l'estremità inferiore del tubo in poliammide. Quindi tagliare l'elettrodo di un millimetro sopra il tubo della guida.

Utilizzare pinzette fini per rimuovere l'isolamento dagli ultimi due millimetri dell'elettrodo e degli ultimi due millimetri del filo di platino. Riposizionare l'elettrodo in modo che la punta sia allineata con la base dei tubi guida. Inserire quindi il filo di platino nel tubo shuttle e fissare insieme i due elementi facendo scorrere un breve tratto di un millimetro di filo di tungsteno all'interno del tubo shuttle.

Verificare che vi sia un collegamento stretto tra l'elettrodo e il filo, in modo da garantire sia una connessione meccanica che elettrica. Successivamente, muovere avanti e indietro la navetta lungo tutta la lunghezza dell'albero per verificare che il movimento rimanga regolare. Dopo aver installato tutti gli elettrodi nello stesso modo, tagliare un tratto di filo d'argento lungo 30 millimetri da utilizzare come filo di massa.

Sguaina un millimetro di isolante da un'estremità e saldalo al perno di massa per ridurre l'attrito degli elettrodi contro le pareti del tubo guida. Applica una goccia di olio minerale leggero all'estremità dei tubi guida e lascia che l'azione capillare aspiri l'olio all'interno dei tubi. Successivamente, ritaglia un rettangolo di pellicola trasparente di 12 millimetri per 25 millimetri e piegalo a formare una forma a U larga.

Utilizzare una colla per fissare questo coperchio sulle superfici esterne del telaio. Quindi ritagliare un rettangolo di trasparenza di 15 millimetri per 6 millimetri e utilizzare una colla a base di cianoacrilato per fissarlo intorno al connettore, assicurandosi che il bordo lungo del pezzo di pellicola trasparente sia allineato con il bordo superiore del connettore.

Il dispositivo finale dovrebbe avere questo aspetto. Le immagini seguenti mostrano registrazioni rappresentative dal nucleo robusto dell'arco AUM nel fringuello zebra in attività. La prima immagine mostra l'attività di una singola unità registrata con un elettrodo di platino-iridio da 10 mega una settimana dopo l'implantazione.

Questa immagine successiva mostra una registrazione ottenuta dallo stesso elettrodo utilizzato per l'immagine precedente, ma acquisita circa nove settimane dopo. Si noti la qualità costantemente elevata della registrazione grazie all'uso di elettrodi con impedenza più bassa. È possibile registrare un'attività multiunitaria stabile.

Questa immagine finale mostra l'attività multiunitaria registrata con un elettrodo al platino da un mega ohm. Una volta padroneggiata la procedura di assemblaggio, un microdrive può essere completamente assemblato in circa cinque ore, escluso il tempo di essiccazione dell'epossidico dopo la costruzione iniziale. Tuttavia, il drive può essere preparato per essere riutilizzato in meno di due ore.