방법 논문

작은 동물의 만성 신경 레코딩을위한 초경량 동력 Microdrive의 설계 및 조립

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⸱

DOI:

10.3791/4314

⸱

2012년 11월 8일

 , 
1Center for Brain Science, Harvard University , 2Program in Neuroscience, Harvard University , 3Department of Organismic and Evolutionary Biology, Harvard University

이 논문에서

요약

디자인, 제조 및 초경량 전동 microdrive의 조립이 설명되어 있습니다. 이 장치는 작은 행동 동물의 단일 단위의 만성 레코딩을위한 비용 효율적이고 사용하기 쉬운 솔루션을 제공합니다.

초록

만성 자유롭게 행동 동물의 뉴런의 인구에서 기록 할 수있는 능력은 탐색 한 등의 자연 행동, 결정 2,3을 만드는 다양한 하부 신경 회로의 기능을 해부하기위한 소중한 도구를 입증하고있다 복잡한 모터 시퀀스 4 세대 , 5,6. 정밀 가공의 진보는 마우스와 노래하는 새는 등의 작은 동물에서 만성 녹음에 적합한 경량 장치의 제조를 사용할 수 있습니다. 작은 원격 제어 모터와 전극 위치를 조정 할 수있는 능력은 또한 동물 취급을 줄임으로써 다양한 행동 상황에서 녹음 수율을 향상 시켰습니다. 6,7

여기 작은 동물의 장기 만성 레코딩을위한 초경량 동력 microdrive를 구축 할 수있는 프로토콜을 설명합니다. 우리 디자인은 이전 게시 된 버전 7에서 진화, 그리고 사용 편의성과 비용 effecti에 적응되었습니다veness 더 실용적이고 연구자의 다양한 액세스 할 수 있습니다. 이 검증 된 설계 8,9,10,11은 ~ 5 mm의 범위 전극의 미세 원격 위치를 허용하고 완벽하게 조립하면보다 750 밀리그램 무게. 우리는 사용자 정의 microdrive 구성 요소에 대한 3D CAD 도면을 포함하여 이러한 드라이브를 구축하고 조립하는 방법에 대한 전체 프로토콜을 제시한다.

프로토콜

1. 구성 요소의 개요

  1. 전체 microdrive은 몇 가지 주요 구성 요소 (그림 1)으로 구성되어 있습니다 : 드라이브의 상부, 잘게 스레드의 출력 샤프트와 모터, 전극을 운반 및 전기 연결 지점을 제공하는 스레드 셔틀 역할을하는 섀시 및 Omnetics (또는 이에 상응하는 금액)의 커넥터.
  2. 섀시, 전극 셔틀 및 전극 셔틀 튜브는 3D CAD 소프트웨어 (SolidWorks)로 설계되었으며, 지역 정밀 기계공에 의해 가공 된 사용자 정의 구성 요소입니다. 다른 모든 구성 요소는 상업적으로 사용할 수 있습니다.
  3. 전극 셔틀 튜브는 스테인레스 스틸 피하 튜브 (0.0293 "OD X 0.00975"ID)에서 선반과 크기로 절단하는 동안 섀시 및 셔틀은 가벼운 polyetherimide (PEI)에서 가공되어 있습니다. 이러한 구성 요소는 다른 소재로 절단 할 수 있지만, 우리는 PEI와 스테인레스 스틸은 오른쪽 기계의 균형, 힘, 그리고 w가있는 것으로 나타났습니다우리의 응용 프로그램을위한 8.
  4. 드라이브, 낮은 DC 전압 스테퍼 모터를 회전 할 수있는 모터 컨트롤러를, 조립하는 것은 필요합니다. 우리는 timestep - 입력을 제공하는 IC 타이머와 함께 3 단계 모터 드라이버 IC (제조업체에서 제공 Faulhaber BLD05002)을 기반으로 사용자 정의 솔루션을 사용합니다. 오프 - 더 - 선반 솔루션의 다양한 (예 : Faulhaber MCBL05002 또는 셔터 계측기 MP-285)도 사용할 수 있습니다.

2. 드라이브 섀시 준비 및 회의

  1. 고급 대각선 절단기로 Omnetics (또는 이에 상응하는 금액) 커넥터의 하단에있는 연락처 핀을 잘라 - 후면 행에 1.5 mm, 맨 앞줄 (그림 2A)를 1mm합니다. 드라이브 섀시와 커넥터 사이의 에폭시 결합의 강도를 개선하기 위해 두 구성 요소의 뒷면 표면을 거칠게하는 메스를 사용합니다.
  2. 메스를 사용하여 와이어 특별시으로 사용하기위한 폴리이 미드 튜브 (0.0113 "ID X 0.0133"OD) 네 개의 15mm 긴 부분을 잘라십오 일. 아래 열린 구멍 (그림 2B)와 작은 부사장에 섀시를주의 깊게을 확보. 섀시에 폴리이 미드 튜브를 연결하는 시아 노 아세틸렌 접착제를 사용하십시오. 그들은 후면 섀시 표면과 수세식 누워 그림 2B와 같이 서로 지향 평행해야합니다.
  3. 일단 건조, 길이 약 6mm에 튜브를 폴리이 미드 및 폐기물 섹션을 제거 잘라. 나머지 튜브는 섀시의 하단 가장자리에서 약 3mm해야합니다.
  4. headstage 또는 케이블과 짝짓기에 적절한 등급을 보장하기 위해 커넥터는이 튜브를 폴리이 미드와 섀시 표면 (그림 2B)와 평행 위의 몇 mm를 장착해야합니다. , 커넥터를위한 작은 받침대를 구성하는 맨 위 핀의 짧은 행으로 상단에 배치하고, 커넥터 주변에 더 많은 에폭시를 추가 할 에폭시 (토르 인감)을 사용합니다. 에폭시가 완전히 치유 될 때까지 진행하지 마십시오.
  5. 부사장에서 섀시를 제거로 전송모터 컨트롤러에 연결 할 수있는 지그가 직면하고있는 드라이브의 앞 표면과와 방향 (즉, 우리의 경우에,이 지그는 단순히 짝짓기 Omnetics이 한 말에 부착 커넥터와 단단한 막대입니다.) 섀시의 구멍을 통해 모터 전선을 안내하고 자료의 홈에 모터를 밀어 넣습니다. 모터와 드라이브 샤프트는 섀시에 평행하게 바닥면에 대한 snuggly에 맞게해야합니다.
  6. 섀시에 에폭시 모터를, 드라이브 샤프트 나 전극이 설치 될 공간 (그림 4 토르 인감 배치를 참조)를 방해하지 돌봐. 에폭시는 치료 할 수 있습니다.
  7. 커넥터가 액세스 할 수 있도록 섀시를 회전 할 수 있습니다. 모터 전선을 지원하고 실수로 파손을 방지, 그들은 섀시에서 나올 전선에 빠른 설정 에폭시의 작은 방울을 추가 할 수 있습니다. 커넥터의 해당 연락처 (그림 2A)에 트림, 스트립, 그리고 납땜은 선. 모터로 테스트두 방향으로 부드러운 샤프트 회전을 보장합니다.

3. 전극 셔틀 조립

  1. 녹음에서 모션 유발 유물의 가능성을 최소화하기 위해, 그것은 전극 셔틀 버스 섀시에 snuggly 맞는 것이 중요합니다. 모터 축에 그것을 스레딩 및 저속에서 샤프트의 전체 길이를 그걸 실행하여 셔틀의 발작을 테스트합니다. 드라이브에 셔틀 버스를 쐐기하므로 오버 torquing 모터가 영구적으로이 단계에서 플라스틱 엔지니어를 손상하는 것은 매우 쉬운 일이다.에게하지 않도록주의 이전에 회전 모터 축이 회전 멈 추면, 엔지니어가 손상 될 수 있습니다.
  2. 셔틀은 축 아래로 원활하게 실행되지 않는 경우, 섀시 표면과 쓰레기의 드라이브 나사를 검사한다. 고급 포셉 또는 압축 공기 일부 가벼운 미네랄 오일를 다시 셔틀 맞춤의 코트 스레딩을 제거합니다.
  3. 셔틀은 너무 꽉 경우, 아프로 방해 물질을 제거 포셉 및 미세 그레인 숫돌을 사용하여셔틀의 m 편. 균등 물질을 제거하는데주의를 기울여야.
  4. 셔틀 버스는 젖힌 채, 여행, 접착제 한 후 섀시 표면 사이의 간격을 입력 할 수있는 셔틀 버스에 투명 필름의 작은 조각 중에만한 대화 것과 같은 너무 느슨한 경우.
  5. 셔틀 버스가 제대로 맞게되면, 샤프트에서 셔틀 버스를 제거하고 셔틀에 4 개의 구멍의 각에 스테인레스 스틸 셔틀 튜브 중 하나를 누르십시오. 각 네 가지 튜브의 수세식의 끝 (그림 3)와 셔틀을 중심으로해야합니다. 관의 기초에 적용 시아 노 아세틸렌 접착제의 작은 방울로를 고정합니다. 접착제는 셔틀의 가장자리 또는 튜브에 얻을 수 있도록하지 정말 조심해야 해.
  6. 드라이브 샤프트에 다시 완성 된 전극 셔틀 버스를 스레드 및 스레딩의 기본에 모든 방법을 내려 보내.

4. 가이드 튜브와 전극 설치

  1. 의 잘라 네 25mm 긴 섹션 tubin을 폴리이 미드g 전극 가이드 용으로 사용 (0.0045 "ID X 0.006"OD). 또한, 조립시 위치에 가이드 튜브를 개최 더미 전극으로 사용하는 40mm 섹션에 4 개의 전극을 잘라. (이 더미 전극은 조립에 있으며, 기록에 사용할 수 없기 때문에 각 어셈블리에 대해 동일한 사항을 다시 수있다. 주) 전극 이외의 ~ 10mm를 확장하는 등 더미 전극에에 관의 각 부분을 슬라이드 관의 끝.
  2. 그림 4A과 같이 각 섀시에 튜브를 폴리이 미드 마련합니다. 이것은 전극 가이드의 끝 될 것입니다 서로 플러시하고 모터 샤프트의 기본으로 정렬, 전극 셔틀 향해 아웃 splaying과 반대는 드라이브의 하단에 수렴 끝납니다. 편의점 - 캐스트의 작은 금액을 섞어서 전극 가이드의 맨 끝에 아래 약 2mm를 적용 할 수 있습니다. 건조 할 수 있습니다.
  3. 더미 전극을 제거하고 위치를 변경 전극의 자유 단부는 안내그들은 드라이브의 하단에 꼭 번들을 형성하는. 그것은 일시적으로 장소 (그림 4B)에서 잡아 좋은 와이어를 사용하는 것이 도움이 될 수 있습니다. 더 많은 편의점 - 캐스트와 새로운 위치를 수정합니다. 건조 할 수 있습니다.
  4. 날카로운 메스로, 그들은 microdrive의 하단 넘어 확장 전극 가이드 튜브를 잘라. 주입하면,이 튜브는 드라이브 (두개골에 휴식)의 하단에서 뇌의 표면에 전극을 안내 할 것입니다. 따라서 튜브가 줄어들해야되는 길이는 주입 사이트 (그림 5)의 해부학 적 구조에 따라 달라집니다. 노래하는 새는 경우이 약 1.5 mm입니다.
  5. 커넥터에 전극을 연결하려면, 절연 백금 와이어의 30mm 긴 섹션 (0.003 "다이아.) 잘라 한쪽 끝에서 단열재의 1mm를 벗길. 커넥터에서 신호 핀 중 하나에 솔더가. 아래에 와이어를 숙이세요 커넥터 및 와이어 가이드 튜브 중 하나를 통해 밀어은. t의 가이드 슬롯 주위에 와이어 조롱를 당겨하고 싸다섀시 그는 맨.
  6. 가위 나 미세 절단기로, 길이 ~ 25 mm까지 전극을 잘라. 전극을 절곡하거나 팁을 손상시키지 않고이 작업을 수행하는주의를 기울여, 하나가 발생하는 경우, 전극을 사용할 수 없습니다. 샤프트의 상단에있는 지금 전극 셔틀, 폴리이 미드 관에 전극을 삽입하고 셔틀의 스테인레스 스틸 튜브를 통해 뽑아. 전극의 끝은 폴리이 미드 튜브의 하단 끝과 수세식이라는 것을 이러한 배치합니다. 셔틀 튜브 위의 전극 1mm를 잘라.
  7. 포셉의 훌륭한 세트로, 전극의 지난 2 mm와 백금 와이어의 마지막 2mm에서 절연 제를 제거. 셔틀 튜브에 전극을 위치를 변경, 튜브에 백금 와이어를 삽입하고 튜브에 텅스텐 와이어의 짧은 1mm 섹션 (0.008 "다이아)를 슬라이딩하여 두 가지를 핀.이 두 가지를 모두 제공합니다 빡빡 적합해야 전극과 전선 (그림 사이의 기계적 및 전기적 연결3).
  8. 지속적인 운동을 보장하기 위해 드라이브 샤프트의 길이를 아래로 셔틀 버스를 운영합니다.
  9. 모든 전극이 설치 될 때까지 4.5-4.8를 반복합니다.
  10. 접지 와이어로 사용하기 위해 실버 와이어 30mm 긴 섹션 (0.005 "다이아)를 자른다. 접지 핀 한쪽 끝과 납땜 오프 스트립 단열재의 1mm입니다.

5. 최종 조립 및 사전 주입 준비

  1. 가이드 튜브에 대한 전극의 마찰을 줄이기 위해 가벼운 미네랄 오일과 함께 가이드 튜브를 채 웁니다. 모세관 현상 한 단부에 위치 기름 한 방울에서 튜브를 작성하기에 충분합니다.
  2. 모터와 전극을위한 보호 커버를 만들려면 12mm 투명성의 X 25mm의 사각형을 잘라 U-형상 폭으로를 접어. 섀시 (그림 6)의 외부 표면에 접착제 뚜껑을에 시아 노 아세틸렌 사용합니다. 15mm에게 투명성 × 6 밀리미터 사각형을 잘라 커넥터 주변에 접착제를에, 시아 노 아세틸렌 사용합니다. interfer을 예방하려면커넥터와 줬어은 투명성의 긴 가장자리 커넥터의 상단 가장자리로 플러시해야합니다.
  3. 주입에 앞서, 10 분의 10시 1분 DI 물 표백 솔루션으로 확장 전극을 낮추는 방법으로 전극과 가이드 튜브를 소독. 그런 다음, 멸균 물을 완전히 플러시.
  4. 단계 2.5에서 사용 된 것과 유사한 지그는 주입시 stereotaxic 속이는에서 microdrive를 개최하는 데 사용할 수 있습니다.

6. 대표 결과

이 프로토콜은 약 5 시간이 필요 손을의 에폭시 건조하는 접착제에 사이 사이 추가 6-8 시간과 조립 시간. 그러나, 한번 microdrive가 처음 조립 된, 그것은 미만 2 시간에 재사용 (즉, 전극, 전극 가이드 튜브 및 전극 와이어를 교체 할 수 있습니다)을 준비 할 수 있습니다. 이 프로토콜에 따라 얻은 녹음의 품질과 문자는 물론,에 따라 부분에있을 것입니다기록 대상, 전극의 선택 및 headstage 또는 microdrive의 추가 상류에서 수행하는 처리. 이 옆, 그것은 열 개 이상의 주 시간이 기간 동안 행동 동물에서 안정적인 레코딩을 취득 할 수 있습니다. 행동 여자 가수의 archistriatum (RA)의 강력한 핵에서 하나의 단위 레코딩의 예는 7A 그림에 표시되어, 같은 지역에서 여러 유닛 활동은 그림 7B에 표시됩니다.

figure-protocol-1
그림 1. 조립 방문객 microdrive의 3D 모델입니다. 은 (i) 섀시, (ii) 스레드의 출력 샤프트와 모터, (III) 전극 셔틀, (IV) 셔틀 튜브 (V) 전극 (VI) 전극 가이드 튜브, 그리고 (VII : microdrive은 몇 가지 주요 구성 요소로 구성되어 ) 커넥터.

figure-protocol-2
그림 2. A)커넥터에 대한 모델 및 연결 다이어그램. 자동차 와이어 : B, 난, 난. 전극 와이어 : C, D, E, F. 접지 와이어 : K. 보조 장비에 사용할 수있는 모든 다른 핀. B) 커넥터의 사진 토르 인감 에폭시로 섀시에 부착. 커넥터 및 기본 와이어 가이드 튜브 모두의 위치를​​ 확인합니다. 명확하고, 따라서, 위치 건조에 가이드 튜브를 가지고있는 시아 노 아세틸렌 접착제는 이미지에서 표시되지 않습니다.

figure-protocol-3
그림 3. 전극 셔틀 조립체.

figure-protocol-4
그림 4. A) 전에 편의점 - 캐스트를 적용하는 섀시에 위치 전극 가이드 튜브. B) 전극이 병렬로 드라이브의 하단을 종료하려면, 편의점 - 캐스트의 마지막 한 방울를 추가하기 전에 꼭 번들로 가이드 튜브의 하단 끝을 가져와.

figure-protocol-5
그림 5는. 전극 가이드 튜브는 드라이브의 하단 넘어 확장하는 금액은 주입 사이트의 해부학 적 구조에 의해 지정됩니다. 그림은 가이드 튜브의 길이를 결정하기위한 관련 규격을 보여줍니다. 여자 가수에 주입의 경우, 1.5 mm가 충분합니다.

figure-protocol-6
그림 6. 보호 커버 부착으로 완료 동력 microdrive.

figure-protocol-7
그림 7. 행동 얼룩말 핀치의 archistriatum의 강력한 핵 (RA)에서 대표 녹음. A) 단일 유닛 활동은 10MΩ 백금 - 이리듐 전극을 기록했다. 탑 : 예를 들어 녹화를 주입 한 후 일주했다. 아래 : 예를 들어 녹음 같은 전극에서이상과 같이, 아홉 주 후에. B) 1MΩ 백금 전극으로 기록 된 멀티 유닛 활동. 큰 그림을 보려면 여기를 클릭하십시오 .

추가 파일 : 섀시, 셔틀 버스 및 전극 튜브는 SolidWorks 2010 CAD 소프트웨어와 함께 설계되었습니다. 이러한 부분 파일은 독점적 (*. sldprt)와 공급 업체 중립적 인 (*. IGES) 형식 모두 제공 및 생산 도면을 PDF 형식으로 제공됩니다 치수입니다.

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토론

건축과 적절한 치료 가져옵니다 경우에만 여기에 제시된 프로토콜은 최소한의 모션 유물과 고품질 녹음 할 수있는 장치에서 발생합니다. 섀시의 셔틀의 운동은 매우 중요합니다 경우 : 너무 세게과 모터를 과부하의 위험 높은, 너무 헐렁하고 중요한 모션 아티팩트의 위험이 높아집니다. 이상적인 맞는 셔틀 버스 위치 또는 와글 와글의 틸팅 출력없이 나사 샤프트의 전체 길이를 여행 할 수 있습니다.

기록 전극의 선택은 마찬가지로 중요합니다, 재료, 임피던스, 절연 및 팁 프로파일의 선택은 조직 반응성, 잡음 비율 장기적인 안정성과 신호에 영향을 미칠 수 있습니다. 우리의 애플리케이션의 경우, 우리는 하이 임피던스 (5 10MΩ) 백금 - 이리듐 microelectrodes가 높은 신호 대 잡음 비율 (그림 7)과 안정적인 단일 단위 녹음을 생산하는 것으로 확인되었습니다, 다른 응용 프로그램은 더 나은에 의해 제공 될 수 있습니다다른 전극. 전극 선택의 비교적 ...

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공개 사항

관심 없음 충돌이 선언 없습니다.

감사의 글

이 작품은 에스터와 요셉 Klingenstein 기금, 일행 기금 기금에서 지원하고, 1R01NS066408-01A1을 NINDS되었습니다.

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재료

메이트
이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
이름 회사 소개 카탈로그 번호 코멘트
섀시 사용자 정의 PEI에서 잘라 내기
전극 셔틀 버스 운행 사용자 정의 PEI에서 잘라 내기
셔틀 튜브 사용자 정의 스테인리스에서 잘라 내기
커넥터 Omnetics A7886-001
모터 w / 엔지니어 Faulhaber 0206-A-001-B-021-47 : 1
와이어 가이드 소형 부품, Inc의 SWPT - 0113-12
전극 가이드 소형 부품, Inc의 SWPT - 0045-12
10MΩ PT-IR 전극 Microprobes, Inc의 PI2PT310.0H3
플래티넘 와이어 AM 시스템 772000 전극 와이어의 경우
실버 와이어 AM 시스템 786000 접지 와이어의 경우
텅스텐 와이어 AM 시스템 797000 전극 핀의 경우
투명성 3M AF4300
토르 인감 Varian 9530001
편의점 - 캐스트 WPI 편의점 - CAST
시아 노 아세틸렌 Krazy 접착제 KG517
빠른 설정 에폭시 Hardman 04,001
라이트 미네랄 오일 시그마 M5310
염소 표백
대각선 절단기
메스 블레이드
집게
드라이브 지그 사용자 정의 에폭시 주사기이나 스틱에 결합 커넥터
작은 부

참고문헌

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