Name: 水迷路における同時神経刺激および記録のためのコスト効率のヘッドステージの設計と構築 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2010-10-13T17:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 9 s
Description: 学ぶ 水泳動物向けの低コストヘッドステージアンプシステムの構築法。同時神経記録・刺激が可能で、ラット海馬からの局所電位記録に応用できます。カスタマイズ性と防水性で研究の幅が広がります。

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我々は、ヘッドのテストの技術支援のためにジャスティンのRicebergに感謝します。この作品は、国民健康補助金MH65658、MH073689の研究所、およびF30 AG034003 - 01A1、及びマウントサイナイ医科大学で部分的にサポートされていました。

1。ヘッドステージの設計と製作の概要完成したヘッドプリアンプシステムは、次のコンポーネントで構成されています。 <ol><li>コンピュータは、記録の4つのチャネルと刺激の2つのチャネルでの集積回路基板を設計した。 </li><li>動物の頭部のステージ上の適切なコネクタに録音し、刺激のチャンネルを中継電極。 </li><li>テザーケーブルとインタフェースを中継するスリップリングの整流子に記録し、刺激チャンネル。 </li><li>ヘッドステージ上で、集積回路上に防水の二つの形式。 </li></ol> 2。ヘッドステージのデザインとレイアウト我々は、市販のソフトウェアのCADパッケージ（www.expresspcb.com）を使用して、刺激のチャネルを介して4のソースフォロワーと2パスで印刷された集積回路の基板を設計した。ワンステージが設計されて、そしてデザインパターンは、低コストで多くのヘッドステージを提供するために、回路基板の大型シート全体に並べて表示されます。 CADファイルは、メッキされたスルーして、すべての穴を上部と下部の銅層を使用して、2つの層基板が両面印刷されているプリント基板（PCB）製造サービスに転送されます。ボードには、錫​​を使用/業界標準のFR -​​ 4積層板に対応するはんだメッキトレースとパッドを導く。 PCBを注文し、翌営業日に発送することができます。個々のヘッドステージは大きなタイル張りのPCBシートからカットされ、電子部品をはんだで接続されています。このプロトコルで使用されているステージのレイアウト例を（図1）示されています。 PCBの設計に関する詳細な手順やヒントについては、メーカーのウェブサイトを参照してください。 3。準備と電子部品のはんだ付けこのプロトコルで使用されるすべての電子部品は表面実装デバイス（SMD）タイプのものです。必要に応じて各デバイスタイプのフットプリント（抵抗、コンデンサ、等）ステージに無駄なスペースを最小限に抑えるために選ばれたのが、大きなSMDコンポーネントを使用することができます。 <ol><li>回路基板上でコンポーネントを整理し、はんだ付けのためにそれらを準備する。 </li><li>はんだ付けになると溶融し、パッドにはんだを付着するはんだごての近くの先端を持って来るために錫/鉛のパッド上のはんだの少量を置きます。 </li><li>はんだのコンデンサは、まず、次の抵抗して、オペアンプ。 </li><li>オペアンプは、以上加熱することにより破壊することができます。我々は可変熱はんだ銃、はんだを溶融するために必要な最小の熱を使用していました。良好なはんだ接合を作るために使用される加熱時間を最小限に抑える。我々は、通信や電力のトレースに沿ってはんだを適用することにより、フットプリントのパッドに流入するはんだの小さな貯水池を作成しておくと便利います。 </li><li>あなたの抵抗の両端の抵抗値が抵抗計を用いて期待値を満たしていることをテストします。 </li><li>ないはんだは、隣接するパッドを接続するか、またはブリッジングされていることを確認するために密接に各パッドを点検。はんだブリッジ、熱とはんだを溶融し、橋を破壊するためにピンセットを使用してがある場合。 </li></ol> 4。インプラントとテザーインタフェースの組み立てと作製<ol><li>機械的支持のための9ピンABSソケットの未使用ポートのいずれかに23 Gaの皮下注射のチューブを挿入します。 </li><li> ABSのソケットにメスアンフェノールピンを接続するための絶縁磁気ワイヤの6個の1 cmの長さの部分をカット。 </li><li>はんだそれぞれのピンにはんだを少量使用して磁気ワイヤにメス端子、および先端からピンを加熱することにより。 </li><li> ABSソケットにそれぞれ磁気ワイヤのはんだもう一方の端。 </li><li>位置オス - ステージのテザー側のパッド上に女性のMillMaxピン、および圧力の適合を保障するために、PCB上のピンを絞る。その後、順番にそれぞれのパッドに半田各ピンを。 </li><li>神経インプラントのコネクタを介してリングナットを置き、プラスチックのベース上の任意のスロットにすべての女性のピンを押してください。 </li><li> ABSソケットのコネクタの上部にアクリル接着剤（クレイジー接着剤）を適用し、ステージのベースに固定します。接着剤のサポートのためのステージのテザーの側に23Gaチューブ。 </li></ol> 5。防水ヘッドステージ<ol><li>防水ヘッドステージに、全体の集積回路と5分エポキシを持つ任意の露出した金属面包み込む。恒久的な乾燥5-10初期乾燥のための分、および60分を許可する。 </li><li>ポスタータックパテは、動物の端から突出しているメス端子の近辺の表面9ピンABSソケットに適用する必要があります。 </li><li>最大の防水のために、ABSソケットとABSのプラグを交配する必要があり、リングナットを締めてください。パラフィルムの小さなストリップはピンのコネクタに接触するから水を防止するために、インターフェイスの周りにラップする必要があります。 </li></ol>成功の秘訣<ol><li>はんだ付けの際オペアンプは、プラスチックパッケージを過熱しないでください。もしそこに目に見える燃焼または溶融であり、オペアンプを取り外して交換。あまりにも多くの熱を適用すると、目に見える溶融することなく、オペアンプを損傷する可能性があります。はんだ付け後のファンクションジェネレータを使って各チャンネルをテストします。 </li><li>ステージ上に浮遊の接続やはんだブリッジがないことを確認します。ソルダーウイックは、コンポーネントまたは浮遊はんだを除去するために使用することができます。 </li></ol> 6。代表的な結果良好な記録は、移動中のと切り取ることなく、入力ソース信号に従います。ヘッドステージをテストするには、ユーザーは各記録のピンへの入力としてファンクションジェネレータを使用し、ミル最大のヘッダの出力端での波形を評価する必要があります。物理的にヘッドを移動すると、記録波形の形状に影響を与えるではありません。 <img src="/files/ftp_upload/2155/2155fig1.jpg" alt="図1" data-altupdatedat="1787634011000" data-alt="図1"> 図1。プリント回路基板（PCB）の最上位層の（A）の模式図 。赤い線は、銅トレースを示している。黄色の線は、電子部品の位置決め用のオプションのシルクスクリーンレイヤを示している。示すようにオペアンプの配置（中央黄色の四角）、抵抗（小さ ​​い黄色の四角）とコンデンサ（最小黄色の四角）です。PCBの底層の（B）の模式図。緑色の線は、銅トレースを示す。大きな緑の塗りつぶされた領域は、グランドプレートを表しています。この回路図のモデルファイルは、ダウンロード用に提供されています。

<ol><li>Morris, R. G., Garrud, P., Rawlins, J. N., O'Keefe, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Place+navigation+impaired+in+rats+with+hippocampal+lesions%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Place navigation impaired in rats with hippocampal lesions.</a> Nature. 297, 681-683 (1982).</li>
<li>Rolston, J. D., Gross, R. E., Potter, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+low-cost+multielectrode+system+for+data+acquisition+enabling+real-time+closed-loop+processing+with+rapid+recovery+from+stimulation+artifacts.+Front%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroengineering%22%5BJournal%5D)">A low-cost multielectrode system for data acquisition enabling real-time closed-loop processing with rapid recovery from stimulation artifacts. Front.</a> Neuroengineering. 2, 12-12 (2009).</li>
<li>Fee, M. S., Leonardo, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Miniature+motorized+microdrive+and+commutator+system+for+chronic+neural+recording+in+small+animals%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci.+Methods%22%5BJournal%5D)">Miniature motorized microdrive and commutator system for chronic neural recording in small animals.</a> J. Neurosci. Methods. 112, 83-94 (2001).</li>
<li>Shirvalkar, P. R., Rapp, P. R., Shapiro, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bidirectional+changes+to+hippocampal+theta+gamma+oscillations+predict+memory+for+recent+spatial+episodes%5BTitle%5D)+AND+%22Proc+Natl+Acad+Sci+U+S+A%22%5BJournal%5D)">Bidirectional changes to hippocampal theta gamma oscillations predict memory for recent spatial episodes.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 107 (15), 7054-709 (2010).</li>
</ol>

利害の衝突は宣言されません。

水迷路に基づく行動のタスクはリアルタイム1で動物の認知能力と表現を調べるために効果的なツールが用意されています。軽量で費用対効果の高いヘッドをプリアンプの使用は、水迷路を含む行動の神経生理学のアプリケーションで特に重要です。冷たい水をエスケープすると、これらのタスクの動物のための内発的動機づけを提供するので、彼らの行動は、乾燥した迷路に動物の動機付けの難しさせずに繰り返し試験で検証することができます。ここで説明する低コストのヘッドのプリアンプのデバイスは、科学者が有害な高価な機器を心配することなく水中作業における神経機能の仮説をテストすることができます。 このプロトコルは、カスタムヘッドのデザインの出発点として役立つことを意図しています。付属の回路図は、より多くのレコーディングや刺激のチャネルを含めるように容易に適応可能であり、実験者の要望に応じて拡大縮小することができます。特に、商業的なピンのコネクタのセットアップを組み込むことによって、人は市販の電極のインタフェースボードと交尾できるヘッドステージを構築することができます。このプロトコルで提供される例は、各...

<table><tbody><tr><td>カスタム設計の集積回路基板</td><td>ExpressPCB.com</td><td>カスタム</td><td>2層両面プリント基板</td></tr><tr><td>表面実装抵抗器</td><td>Mouser Electronics</td><td>RK73B1JTTDD156J</td><td>1/10 W、15 MΩ 0603、厚膜抵抗器</td></tr><tr><td>表面実装コンデンサ </td><td>Newark Inc</td><td>0402YD104KAT2A</td><td>0.1 uF (0402)</td></tr><tr><td>SMDオペアンプ（クアッドFET）</td><td>Mouser Electronics</td><td>595-TLC2274AIPW</td><td>クアッドFET - 低ノイズ</td></tr><tr><td>9ピンABSソケット</td><td>Ginder Scientific</td><td>GS09SKT-220</td><td>動物への接続用</td></tr><tr><td>9ピンABSプラグ</td><td>Ginder Scientific</td><td>GS09PLG-220</td><td>動物への移植用</td></tr><tr><td>ブラックデリン製リングナット</td><td>Ginder Scientific</td><td>GS09BDN-220</td><td></td></tr><tr><td>ブラックデルリン製キャップナット</td><td>Ginder Scientific</td><td>GS09BDC-220</td><td>動物保護のため&amp;rsquo;インプラント</td></tr><tr><td>Amphenolピン（オス）</td><td>Ginder Scientific</td><td>220-P02</td><td></td></tr><tr><td>Amphenolピン（メス）</td><td>Ginder Scientific</td><td>220-S02</td><td></td></tr><tr><td>5分硬化型エポキシ樹脂</td><td>Devcon Inc.</td><td>S-208 / 20845</td><td></td></tr><tr><td>ポスター用粘着 putty</td><td>エルマー&amp;rsquo;s</td><td>026000015318</td><td></td></tr><tr><td>ロジン芯はんだ</td><td>Radio Shack</td><td>64-009</td><td></td></tr><tr><td>はんだごて </td><td>ウェラー</td><td>Pyropen WSTA6</td><td>(温度調節可能)</td></tr><tr><td>金属製ピンセット</td><td>Fine Science Tools</td><td>サイズ 5</td><td></td></tr><tr><td>パラフィルムシート</td><td>アメリカン・ナショナル・カン</td><td>Parafilm 4&quot; x 250&amp;rsquo;</td><td></td></tr><tr><td>マグネットワイヤ</td><td>ベルデン</td><td>8052</td><td>エナメルコーティング済み</td></tr><tr><td>電流計／マルチメーター</td><td>Fluke Biomedical</td><td>77 マルチメーター</td><td></td></tr><tr><td>Millmax 2列ヘッダーピン</td><td>Mill-Max</td><td>575 - 002101</td><td>0.05&quot;</td></tr><tr><td>吸取線</td><td>ケミトロニクス</td><td>7-10L</td><td>0.75インチ</td></tr></tbody></table>

水迷路における同時神経刺激および記録のためのコスト効率のヘッドステージの設計と構築

Design and Construction of a Cost Effective Headstage for Simultaneous Neural Stimulation and Recording in the Water Maze

ヘッドプリアンプとソースフォロワは、一般的に、行動神経生理学の実験で神経活動を研究するために使用されています。利用可能な商用製品は、潜水艇、しばしば高価であり、容易にカスタマイズされていない、とではない。ここでは目を覚まし、行動を動物にカスタマイズされた、集積回路の同時4チャンネル神経記録用ヘッドステージと2チャンネルのシミュレーションを設計し構築する方法を説明します。ヘッドステージは自由、市販のCAD型設計パッケージを使用して設計されており、異なるスケール（例えば、チャンネルを追加する）に対応するために簡単に変更できます。カスタマイズされたプリント基板は、ユニティゲインのソースフォロワ回路を構築するために表面実装抵抗器、コンデンサやオペアンプを使用して構築されています。ヘッドステージはエポキシ樹脂、パラフィルムや合成ゴムのパテとの組み合わせで防水を行っています。私たちは正常にローカルフィールド電位を記録し、水迷路で泳いで、ラットの独立したチャネルを経由して同時に異なる脳領域を刺激するためにこのデバイスを使用している。総費用は、&lt;$ 30/unitであり、容易に製造することができる。

我々は、同時神経記録と刺激機能を搭載した光ヘッドプリアンプシステムを設計し、構築するために低コストの手法を提案する。このデバイスは、水泳、動物での使用のために防水することができます。

行動神経生理学実験において、神経活動を研究するためにヘッドステージプリアンプおよびソースフォロアが一般的に使用されています。市販の...

このビデオでは、覚醒状態で行動する動物に慢性的に植え込まれた電極を用いて、記録と刺激を同時に行うヘッドステージ・プリアンプシステムの構築手順を解説します。まず、目標とする記録および刺激チャンネル数に基づいたヘッドステージ用のプリント基板を設計します。ここでは、ソースフォロア回路の2つの例を紹介します。次に、電子部品を回路基板にハンダ付けし、ヘッドステージと動物のインプラントとのインターフェースとなるヘッドステージおよびテザーケーブルコネクタを構築します。システム内に緩い接続がなければ、ラットの海馬から信頼性の高い局所フィールド電位記録を得ることができます。市販のヘッドステージアンプシステムを購入するなどの既存の手法に対する本手法の主な利点は、コストを数千ドル削減でき、特定の刺激および記録実験に合わせて容易にカスタマイズできることです。この手法では、行動中の脳の記録と刺激を同時に行うことができるため、認知の神経メカニズムの特定および制御に役立ちます。ひいては、これらの手法が最終的に、ヒトにおける機能改善や脳疾患の治療に寄与することが期待されます。本動画で紹介する低コストのヘッドステージ前置増幅器システムは、神経記録と刺激の同時実施を可能にし、防水化することで水泳中の動物への適用も可能です。完成したシステムは、4つの記録チャネルと2つの刺激チャネルを備えた、コンピュータ設計の集積回路基板で構成されています。金ピンにより、脳信号がヘッドステージへ、また刺激信号が動物のヘッドステージにある別のコネクタを介して脳へと伝達されます。テザーケーブルとコネクタは、記録および刺激チャネルをスリップリング・コムテータ経由でコンピュータ化された生理学ワークステーションに伝達します。ヘッドステージと集積回路には、2種類の防水処理が施されています。それでは、市販のCADソフトウェアを使用して、ヘッドステージの設計とレイアウトを確認しましょう。4つのユニティゲイン・ソースフォロアと2つのパススルー刺激チャンネルを備えたプリント集積回路基板を設計します。まず、テザーおよび動物接続用のピンコネクタを装着するため、両側にコネクタパッドを作成します。クアッドFET演算増幅器は、最大4チャンネルのプラスマイナス入力を受け付けることができます。2本の電源ラインが必要であり、それぞれに0.1 µFのコンデンサを接地して接続することで、演算増幅器で発生しうる誘導振動を防ぐことができます。ユニティゲイン増幅回路を作成するには、信号をオペアンプの正入力端子にルーティングし、出力を反転入力端子に接続して帰還させます。次に、刺激チャネル用に、正入力端子とグランドの間に10 MΩの抵抗を直列に追加します。ビア（VS）を用いて出力と入力を接続するパススルー・トレースを配置し、トレースを基板の別の層へ導いてから戻る

design-construction-cost-effective-headstage-for-simultaneous-neural

Research

JoVE Journal

Neuroscience

神経科学

超軽量電動マイクロドライブの設計、製造、組立が記載されている。デバイスは、小型動物行動における単一ユニットの慢性的な録音のための費用対効果と使いやすいソリューションを提供します。...

小動物の慢性神経録音用超軽量電動マイクロドライブの設計およびアセンブリ

出典:Moore, J. D., et al. 警戒心、頭部拘束ラットの皮質下脳構造内の単一ニューロンのJuxtacellular Monitoring and Localization of Single Neurons.J. Vis.

覚醒ラットの神経活動の精密マッピングのための傍細胞記録と染色

我々は、床の投影迷路に完全に自動化された認知課題の慢性電気生理学的記録のためにラットを訓練するためのプロトコルを記述します。...

フロアプロジェクション迷路を用いた記録神経活動のための自動化された視覚認知課題

シャトルボックス回避学習、行動神経科学においてよく確立されています。このプロトコルは、げっ歯類での学習シャトルボックスは、サイト固有の電気皮質内微小刺激（ICMS）と学習と知覚の複数の側面を研究するためのツールとして、in vivoでの録音での同時慢性と組み合わせることができる方法について説明します。...

知覚と学習を研究するためのツールと​​しての電気生理学的皮質の記録と刺激と組み合わせたシャトル・ボックストレーニング

ワイヤレス、マルチ チャンネル記録と自由行動下ラットにおける刺激の双方向システムを導入します。システムは軽量でコンパクトなこのように animal´s...

ワイヤレス、 In Vivo記録そして自由行動下ラットにおける神経活動の刺激のための双方向インタ フェース

自由に泳ぐ金魚の脳からの細胞外神経信号を記録するための新しい無線技術が提示される。記録装置は、マイクロドライブ、ニューラルデータロガー、防水ケースの2つのテトロドで構成されています。データロガーとそのコネクタを除くすべての部品はカスタムメイドです。...

自由に泳ぐ魚における可動テトロデスによるニューロンの無線電気生理学的記録

ここで紹介するプロトコルは、脳波(EEG)と行動評価の同時発生に関する情報をリアルタイムで提供します。このプロトコルに関連するすべてのステップを、神経科学の多く分野、特に学習および記憶分野の研究者にとって魅力的なソリューションとして説明しました。...

海馬神経新生研究ツールとしての無線電気生理学と記憶行動検査の同時モニタリング

本プロトコールは、複数の脳構造から 同時に生体内の...

複数の脳構造から同時に 生体内 記録のための局所電界電位微小電極の構築

ミリサイズのコイルと組み合わせた低コスト脳波記録システムにより、マウス脳をin vivoで経頭的に刺激する

このプロトコルは、局所電界電位を記録し、マウス海馬および前頭前野における情報の流れを調査するためのカスタム設計の記録装置および電極の使用を概説する。...

マウス海馬と前頭前野における二重細胞外記録

学ぶ 水泳動物向けの低コストヘッドステージアンプシステムの構築法。同時神経記録・刺激が可能で、ラット海馬からの局所電位記録に応用できます。カスタマイズ性と防水性で研究の幅が広がります。

水迷路における同時神経刺激および記録のためのコスト効率のヘッドステージの設計と構築

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