Progettazione e fabbricazione di Ultralight Peso, regolabili sonde multi-elettrodo per elettrofisiologiche Registrazioni nei topi

L'obiettivo generale di questa procedura è progettare e costruire un impianto robusto e ultraleggero con elettrodi regolabili in modo indipendente da parti disponibili in commercio che possono essere personalizzati per mirare a qualsiasi regione del cervello e sarebbero facilmente scalabili per l'uso in una varietà di piccole specie animali. In primo luogo, viene identificata la regione cerebrale di interesse e la disposizione degli elettrodi di registrazione deve essere mappata. Questo determinerà il design del corpo dell'unità e della parte inferiore dell'unità.

Il secondo passo consiste nel creare il corpo dell'azionamento per alloggiare i singoli microazionamenti, nonché i pezzi superiori, che trasporteranno gli elettrodi utilizzando un software di lavoro solido. Successivamente, viene preparato il pezzo inferiore contenente i tubi guida per gli elettrodi e un cono di schermatura. Il passaggio finale consiste nell'assemblare completamente l'hyperdrive inserendo il pezzo inferiore nel corpo dell'azionamento, costruendo il singolo microazionamento, collegando la scheda di interfaccia elettronica e caricando i microazionamenti con elettrodi.

Alla fine, l'iperguida viene impiantato e si possono ottenere registrazioni di singole unità da più regioni del cervello. A causa della facilità con cui l'hyperdrive può essere personalizzato e scalato, andrà a beneficio del numero di ricercatori che lavorano su una diversa varietà di modelli animali. Quindi avere impianti robusti e leggeri ci permette di ottenere registrazioni di un insieme neuronale stabile e di comportarsi liberamente nei topi mentre svolgono compiti psicofisici.

Per iniziare la procedura, identificare la regione del cervello di interesse. Nel nostro caso, è il nucleo gent laterale alle coordinate AP da 2,3 a 2,7 millimetri negativi. La LGN è la più ampia e questa regione viene utilizzata per progettare la parte inferiore dell'unità.

Aprire il software di lavoro solido e selezionare il piano anteriore. Disegna il profilo 2D dell'unità utilizzando la funzione di schizzo, che includerà i contorni per le maniglie della base dell'unità e le semifessure in poliammide. Assicurarsi che il contorno non contenga spazi aperti.

Quindi, selezionare sia il piano anteriore che quello destro e fare clic su Crea asse. Quindi fate clic sulla funzione di base dell'estrusione di rivoluzione. Selezionare il profilo 2D blu, quindi ruotare il profilo 2D attorno all'asse di 360 gradi.

Per creare la base dell'unità 3D, fare clic su cieca sotto la direzione uno e inserire 360 gradi come angolo di rotazione. Successivamente, creare una semifessura in poliammide selezionando il contorno evidenziato e utilizzando la funzione di rivoluzione per ruotare il contorno di 13 gradi attorno all'asse centrale. Successivamente, selezionare il contorno delle maniglie e ruotarlo di 15 gradi rispetto all'asse centrale per creare la seconda maniglia di azionamento.

Utilizzando la funzione di ripetizione circolare nel menu delle funzioni, fare clic su ripetizione circolare e scegliere l'asse centrale come asse di rivoluzione. Selezionate 180 gradi come angolo e due come numero di istanze, quindi assicuratevi che la prima maniglia sia selezionata sotto le caratteristiche da creare in modo da creare 16 semifessure in poliammide. Utilizzando la funzione di modello circolare, selezionare la prima mezza fessura in poliammide come caratteristiche da modellare.

Ripetete lo schema 16 volte inserendo 16 nel numero di istanze e 22,5 gradi nell'angolo. Definite un nuovo piano facendo clic sulla scheda del piano sotto la geometria di riferimento. Selezionare i due lati di una delle fessure superiori in poliammide per creare un nuovo piano.

Questo piano è dove andrà il recipiente. Disegna i contorni circolari per il foro della vite e il foro in poliammide su questo piano. Per le guide anti coppia, definire una linea centrale tra i due lati delle fessure superiori in poliammide.

Quindi disegna le guide anti-torsione creando due cerchi perpendicolari alla linea centrale che centra il nostro raggio a parte, quindi tagliando i contorni centrali per creare la presa del microazionamento, incluso il foro della vite, il foro in poliammide e la guida anti-coppia. Fare clic sulla base della sporgenza di estrusione per creare la guida anti coppia e scegliere un'estrusione cieca di 10 millimetri verso l'alto e due millimetri verso il basso. Quindi aggiungi raccordi da 0,3 millimetri ai bordi utilizzando la funzione di raccordo.

Per aumentare ulteriormente la resistenza del foro della vite e del foro in poliammide, fare clic su Estrudere, tagliare e scegliere la cieca. Tagli di tre millimetri sia per la discesa che per la salita di qualche millimetro. Quindi modellare la presa del microazionamento 16 volte utilizzando il centro come asse di rivoluzione sulla parte superiore dell'impugnatura.

Disegna una casella di tre millimetri per tre millimetri partendo dalla punta centrale della maniglia di azionamento rivolta verso l'asse centrale. Estrudete questi due millimetri verso l'alto. Utilizzando la funzione di estrusione della sporgenza, disegnare cerchi di un millimetro di diametro nei punti in cui le viti EIB andranno avanti.

Eseguire un taglio di estrusione di 1,5 millimetri per creare un foro. Quindi modella la scatola e il foro due volte. Utilizzando la funzione di ripetizione circolare, è possibile eseguire ulteriori tagli di estrusione nel corpo dell'unità per ridurre ulteriormente il peso disegnando una ripetizione sul piano anteriore e utilizzando la funzione di ripetizione circolare.

Successivamente, disegna uno schizzo del pezzo superiore con le dimensioni indicate in millimetri. Quindi utilizzare la base dell'estrusione per creare un modello 3D di essa. Aggiungi raccordi di un millimetro agli angoli utilizzando la funzione di raccordo Quando il design dell'unità è completo, il corpo dell'unità e i pezzi superiori possono essere stampati attraverso la maggior parte dei servizi di stampa 3D.

In questa procedura, stendere un piccolo pezzo di nastro biadesivo su una superficie piana e tagliare i tubi di poliammide calibro 31 in pezzi di circa otto centimetri. Quindi, stendere il primo strato di tubi guida il più vicino possibile l'uno all'altro sul nastro biadesivo. Quindi tamponare una piccola quantità di colla cianoacrilica sottile sullo strato di poliimmidi.

Quindi stendere rapidamente un secondo strato di poliammide. Successivamente, crea un segnaposto in fibra ottica utilizzando una cannula calibro 26. Assicurarsi che la cannula sia lubrificata con un lubrificante a base di teflon prima di essere incorporata nell'assemblaggio.

Quindi applicare una linea di resina epossidica da quattro a cinque millimetri perpendicolare al fascio di poliammide. Una volta che la resina epossidica si è indurita, dopo due o tre ore, rimuovere il nastro dallo strato inferiore e riapplicare la resina epossidica sull'altro lato. Dopo che la resina epossidica si è indurita, rimuovere nuovamente la cannula calibro 26.

Fai un taglio al centro usando una lama di rasoio per generare due matrici di poliammide, ognuna delle quali può essere utilizzata per un hyperdrive. Ora, stampa il modello del cono su un foglio di carta lucida e taglia un foglio corrispondente di foglio di alluminio resistente. Applicare uno strato di resina epossidica sul foglio di alluminio e quindi applicare rapidamente la carta lucida utilizzando un oggetto pesante o un tassello di legno, lisciare la resina epossidica in modo che sia distribuita uniformemente.

Quindi, ritaglia la sagoma del cono e fissala insieme usando una clip a coccodrillo. Infine, utilizzare un'altra quantità di resina epossidica per fissare in modo permanente i pezzi per assemblare il microazionamento. Innanzitutto, fissare l'EIB al corpo dell'unità utilizzando due viti.

Quindi reinserire la cannula calibro 26 attraverso la matrice del tubo guida in poliammide. Allineare la matrice in poliammide con il corpo dell'unità utilizzando il foro in fibra ottica nell'EIB per assicurarsi che i tubi guida siano perpendicolari all'EIB. Successivamente, fissare la matrice al corpo dell'unità con resina epossidica e assicurarsi che la resina epossidica non fluisca nei tubi di guida o nel corpo dell'unità.

Infine, la resina epossidica in eccesso viene rimossa utilizzando un dremel, dopodiché mappare ciascun tubo guida nella matrice poliammidica su una staffa corrispondente sulla parete interna del corpo dell'azionamento. Far scorrere un piccolo anello di poliammide calibro 33 su ciascun tubo guida e nella staffa. Quindi applicare una piccola quantità di colla cianoacrilica per fissare ciascun tubo guida.

Infine, fissare l'intero apparecchio alla parete interna del corpo dell'unità con resina epossidica e tagliare la poliammide in modo che sporga appena sopra il labbro interno. Quindi, costruisci un gruppo di microazionamento inserendo una delle viti costruite su misura attraverso il foro centrale di un pezzo superiore, seguita da una delle molle da cinque millimetri. Far scorrere il foro esterno del pezzo superiore su una delle guide e avvitare delicatamente la vite.

Quindi avvitare la vite fino a quando la molla non raggiunge la sua lunghezza minima compressa. E ripeti questo processo per ogni micro azionamento ferroviario. Successivamente, capovolgere l'array di unità e prendere nota della disposizione della matrice del tubo guida.

Viene utilizzato in seguito per mappare la posizione del tubo guida corrispondente a ciascun microazionamento. Quindi registrare l'identità del microdrive corrispondente. Ora inserisci un tubo in polietilene IDE in ciascun tubo guida dalla parte inferiore della base dell'unità.

Lasciare che il tubo di supporto si estenda di uno o due millimetri dalla parte superiore del microdrive completamente abbassato. Quindi registrare l'identità del microdrive corrispondente. Sulla fotografia.

Fissare il tubo in poliammide al supporto del microazionamento con resina epossidica facendo attenzione a non farlo scorrere attraverso il microazionamento sulla molla o sulla vite. Successivamente, tagliare tutti i tubi di poliimmide all'altezza della testa della vite del microazionamento e lavare a filo sul fondo della matrice di poliimmide. Successivamente, montare l'EIB sulla base dell'unità utilizzando due viti.

A questo punto, l'array di unità è pronto per essere caricato con TRO stereo o teros. Dopo il caricamento, capovolgere l'unità e abbassare con cautela il cono di schermatura sopra l'unità in modo che sporga solo il pezzo inferiore, fissare il cono di schermatura fissando il cono al corpo dell'unità con resina epossidica. Dopo aver attaccato il cono, spellare un piccolo pezzo di filo di acciaio inossidabile e fissarlo all'EIB.

Graffia la parte interna in alluminio del cono con un ago e rettifica il filo di acciaio al cono usando vernice d'argento. Una volta che la vernice argentata si è asciugata, rinforzarla con una piccola quantità di resina epossidica. Ecco un'immagine di un topo che si muove liberamente con l'iperguida impiantata.

E questi sono gli esempi di due registrazioni di forme d'onda a unità singola da questo mouse. Qui è mostrata una sezione coronale del cervello del topo che evidenzia il nucleo genitante laterale dove sono stati abbassati alcuni degli elettrodi. Ed ecco un esempio degli istogrammi temporali para stimolo di due neuroni LGN allineati alla stimolazione visiva.

Ecco la sezione coronale che evidenzia l'ippocampo dove è stata abbassata un'altra serie di elettrodi. Un esempio di registrazione del potenziale sul campo locale di un'increspatura ippocampale è mostrato qui Con l'esperienza adeguata, un nuovo hyperdrive può essere assemblato in un giorno. Gli impulsi sviluppati in questa procedura possono essere combinati con altre tecniche come l'optogenetica al fine di stimolare e registrare da sottopopolazioni identificate di neuroni.