우리 18 독립적으로 조정 가능한 tetrodes와 3D 인쇄 하이퍼 드라이브의 건설을 제시. 하이퍼 드라이브는 자유롭게 행동 하는 쥐의 몇 주 동안에 두뇌 활동을 기록 하기 위해 설계 되었습니다.
깨어 있는 동물에 많은 일 동안 신경 세포의 큰 인구를의 활동 패턴을 모니터링 시스템 신경 과학 분야에서 중요 한 기술입니다. 이 기술의 한 핵심 구성 요소는 원하는 두뇌 영역으로 여러 개의 전극의 정확한 배치 및 그들의 안정성의 유지 보수로 이루어져 있다. 여기, 우리는 18 독립적으로 조정 가능한 tetrodes를 포함 하 고 vivo에서 세포 외 신경에 기록 하는 자유롭게 행동 하는 쥐에 대 한 특별히 설계 된 3D 인쇄 하이퍼 드라이브의 건설에 대 한 프로토콜을 설명 합니다. Tetrodes는 microdrives에 연결 하거나 개별적으로, 트랙을 따라 여러 개의 두뇌 영역으로 고급 수 있습니다 또는 작은 영역으로 다양 한 전극 배치를 사용할 수 있습니다. 여러 tetrodes 활성 동작 중 뇌에 뉴런의 인구에서 로컬 필드 전위로 서 개별 뉴런의 수십에서 action potentials의 동시 검사를 위해 수 있습니다. 또한, 디자인 간단한 3d 도면 다른 실험적인 요구에 쉽게 수정할 수 있는 소프트웨어 제공.
시스템 신경 과학 분야에서 과학자 들은 신경 상호 공간 탐색, 메모리, 및 의사 결정 등의 인지 프로세스 기본 연구. 이러한 유형의 연구에 대 한 동물의 행동 중 많은 개별 뉴런의 활동을 모니터링 하는 데 중요 하다. 지난 수 십년 동안 두 가지 중요 한 진보를 작은 동물1,2,3extracellular 신경 기록에 대 한 실험적인 요구에 맞게 되었습니다. 먼저 tetrode, 뉴런의 신경 활동을 동시에 기록 하는 데 사용 하는 4 개의 microwires의 번들의 개발 했다,12,4. tetrode의 4 채널에서 활동의 차동 신호 진폭 많은 동시에 기록 된 셀5에서 개별 뉴런 활동의 격리 수 있습니다. 또한,는 microwires의 유연한 특성은 tetrode와 타깃 셀 사이의 상대 변위를 최소화 하는 tetrode의 더 중대 한 안정성을 수 있습니다. Tetrodes 지금 널리 이용 된다 단일 전극 대신 설치류1,,26,7, 영장류, 곤충8등 다양 한 종에서 많은 뇌 연구에 대 한. 두 번째는 하이퍼 드라이브의 개발 운반 여러 독립적으로 움직이는 tetrodes, 여러 기록 위치3, 에서 신경 세포의 큰 인구에서 신경 활동의 동시 모니터링 수 있는 9,10,,1112.
작은 동물에 대 한 안정적이 고 저렴 한 멀티 tetrode 녹음 장치의 가용성은 제한 됩니다. 브루스 McNaughton13에 의해 처음 개발 된 고전적인 하이퍼 드라이브는 성공적으로 사용 되 고 자유롭게 행동 하는 지난 2 년간9,10,14, 에 많은 실험실에서 쥐의 신경 녹음 그러나 15., 기술적인 이유로 McNaughton 드라이브를 구축 하는 데 필요한 원본 구성 요소는 지금 매우 얻기 어려운 고 최근 향상 된 데이터 수집 인터페이스와 호환 되지 않습니다. 하이퍼 드라이브의 다른 잘 허용된 디자인, 개별적으로 손수 수를 microdrives 일치 하지 않는 결과 얻을 수 있는 상당한 시간12소비 필요 합니다. 동작 쥐에서 다양 한 뇌 영역에서 신경 활동을 기록 하기 위해 우리는 stereolithographic 기술을 사용 하 여 새로운 하이퍼 드라이브를 개발 했다. 우리는 다음과 같은 요구 사항을 만족 하고자: (1) 새로운 하이퍼 드라이브는 두뇌에 있는 tetrodes의 정확한 변위를 허용 하 고 여러 대상 영역;에서 안정적인 녹음을 제공 해야 합니다 (2) 새로운 하이퍼 드라이브 쉬운 연결을 허용 하도록 최근에 개발 된 자기 quickclip 시스템와 호환 되어야 합니다. (3) 새로운 하이퍼 드라이브 쉽게 사용 가능한 재료로 정확 하 게 재생 될 수 있다. 여기, 우리 McNaughton 디자인에 따라 18 독립적으로 움직일 수 있는 tetrodes를 포함 하는 3D 인쇄 하이퍼 드라이브를 구축 하기 위한 기술을 제공 합니다. 프로토콜, 우리는 성공적으로 사용 기록 단일 신경 활동 전위를 로컬 필드 전위 postrhinal 및 중간 entorhinal 외피가에서 주에 새로운 하이퍼 드라이브의 제조 프로세스의 세부 사항을 설명 한 자유롭게 자연 채집 작업 동안 쥐 행동.
1입니다. 스테레오 리소 그래피 3D 모델의
2. 액세서리 (그림 2) 준비 합니다.
3. 하이퍼 드라이브 구성 요소 (그림 3) 준비 합니다.
4. 하이퍼 드라이브 (그림 4)의 조립.
여기, 우리 18 독립적으로 움직일 수 있는 tetrodes의 구성 된 새로 개발된 된 하이퍼 드라이브를 구성 하는 과정을 설명 합니다. Stereolithographic 인쇄에 의해 만들어진 구성 요소와 결합 하 여 많은 사용 가능한 하드웨어 매장에서 구입한 저렴 한 부분에서 드라이브를 생성할 수 있습니다. 하이퍼 드라이브 표준 수술 절차를 사용 하 여 쥐의 두개골에 만성 이식 될 수 있습니다 및 동물 행동의 다양 한 작업을 수행 하는 동안 세포 외 신경 활동을 기록 합니다.
하이퍼 드라이브 드라이브 센터13는 tetrodes에 대 한 신뢰할 수 있는 지원을 제공 하는에서 30도로 바깥쪽으로 지향 삼각대 microdrives를 포함 하 여 원래 McNaughton 하이퍼 드라이브의 바람직한 특징의 대부분을 유지 합니다. 일단 이식는 하이퍼 드라이브 상당한 정밀도로 깨어 동물의 뇌 내에서 tetrodes의 작은 움직임의 실행을 제공 합니다. 스레드 로드에 셔틀의 1 개의 전체 회전 317.5 µ m의 선형 변위에 해당합니다. 적절 한 훈련, 한 실험 1/16 차례 단계 (20 µ m)에서 셔틀을 사전 수 있습니다. 우리는 성인 쥐에 사용 하기 위해 하이퍼 드라이브를 설계 하지만 드라이브 350 g 또는 더 큰 (머리 크기에 의해 제한)의 신체 크기를 가진 어떤 동물 든 지에 쉽게 사용할 수 있습니다. 장치에의 한 제한 스레드 봉 따라 tetrodes의 최대 이동 거리는 약 7 m m, 어떤 동물의 두뇌에서 깊은 구조 짧은을 수 있는 녹음의 제한 된 깊이에 지적 수 있습니다.
Stereolithographic 인쇄 플라스틱 구성 요소를 만드는 높은 충실도, 훌륭한 세부 사항에서 충분 한 해상도 제공 하며 이전 하이퍼 드라이브 제조12,,1920에 사용 되었습니다. 이 경우에 산업용 프린터 타사 생산 시설을 통해 일반적으로 사용할 수 있는 사용 되었다. 거기 그것의 복잡 한 형상과 ø 0.6 m m 구멍을 0.3 m m 얇은 벽 같은 작은 구조에도 불구 하 고 하이퍼 드라이브 코어를 포함 하 여 모든 하이퍼 드라이브 구성 요소, 정확 하 게 인쇄 되었다. 이 정밀 스테레오 리소 그래피 하이퍼 드라이브 구성 요소를 제조를 위한 이상적인 선택 하 게. 이전 경험을 바탕으로, 저렴, 데스크톱 3D 프린터 덜 필요한 하이퍼 드라이브 부품의 안정적 재생산에 필요한 정밀도가지고 있을 가능성이 있습니다. 아직도, stereolithographic 기술에는 한계가 있다. 첫째, 그것은 자료의 제한 된 선택이 있다. 우리는 하이퍼 드라이브에 대 한 선택 플라스틱 했다 우리는 테스트, 그의 가장 튼튼한 아직 그것은 여전히 하지 매우 작은 조각 제조에 적합. 셔틀 및 셔틀 볼트 그들은 준비 하는 동안 휴식 수 있는 여분의 주의 처리 될 필요가 있다. 플라스틱 부품 되지 않습니다 멸, 재료의 열 변형 온도 약 50 ° c. 또한, 사용 되는 인쇄 재료 강한 아세톤 아니다. 스테레오 리소 그래피 신소재 개발 및 테스트 하는 경우 이러한 문제를 해결할 수 있습니다. 그러나, 비용을 고려 하면 상대적으로 낮은-스테레오 리소 그래피의, 기술과 비용의 이점 결점까지 초과. 둘째, 원하는 3D 모델21의 층을 형성 하는 UV 레이저는 광 경화 photochemically는 스테레오 리소 그래피의 특성상 stereolithographic 인쇄 하 여 만든 개체는 자외선에 취약. 따라서, 많은 시간 동안 (예를 들면, 직접적인 햇빛) 강한 자외선에 노출 (인쇄소와의 통신을 개인에 따라) 그들의 체력을 줄일 돌이킬 것입니다. 실험실 공간 (예를 들어, 형광등에서) 때 사용 중인 어두운 상자에서 stereolithographic 구성 요소를 저장 하는 것이 좋습니다에 환경 UV, 고려는 수년간 구성 요소의 물리적 강도 유지 합니다. 또한, 그것은 수술 전에 하이퍼 드라이브 표면 소독 UV 빛 이외에도 다른 방법을 사용 하는 것이 중요입니다. 이 테스트 하이퍼 드라이브 힘 또는 성능 감소의 어떤 표시 없이 4 개월의 과정을 통해 일반 실험실 환경에서 좋은 조건에서 쥐에 이식 남아 있다.
3D 인쇄 성격의이 하이퍼 드라이브는 또한 빠른 수정 및 유연한 디자인을 수 있습니다. 하이퍼 드라이브를을 쉽게 수정할 수 있습니다 예를 들어 대상 구분 여러 두뇌 지역11. 또한,이 드라이브 신경 활동과 지역 두뇌 조작의 동시 모니터링 수 있도록 조정 될 수 있습니다. Tetrodes의 배열과 함께 microdialysis 프로브의 설립 약리 활성화 및 비활성화 뉴런의 신경 녹음22동안 다양 한 약물의 주입에 의해 수 있습니다. 또한, 신경 표현 빛에 민감한 채널을 설계 활성화 수 또는 tetrode와 optogenetic 기술19에서 광섬유의 결합에 의해 비활성화. 또한, 드라이브 수 수 쉽게 rescaled 적은와 쥐 또는 청소년 쥐 같은 작은 머리 크기와 동물에 대 한 tetrodes의 숫자.
요약 하자면, 쉬운 가변성을 재생 하는 안정적으로 그리고 정확 하 게에 될 수 있다,이 하이퍼 드라이브는 강력한 도구에서 필드는 효과적인 신경 기록 임 플 란 트를 건설의 간단 하 게, 더 저렴 한 방법으로 결합.
The authors have nothing to disclose.
Welding rod | Blue Demon | ER308L-035-01T | Stainless steel, 0.035" in diameter |
Screw | McMaster | 91771A060 | Stainless steel, flat head, 0-80 thread, 5/8" in length |
Screw | McMaster | 91772A051 | Stainless steel, pan head, 0-80 thread, 5/32" in length |
Screw | McMaster | 92196A056 | Stainless steel, socket head, 0-80 thread, 5/16" in length |
Screw | McMaster | 92196A055 | Stainless steel, socket head, 0-80 thread, 1/4" in length |
Screw | McMaster | 95868A131 | Nylon, socket head, 2-56 thread, 3/16" in length, black |
Screw nut | McMaster | 90730A001 | Stainless steel, narrow hex, 0-80 thread |
Shoulder screw | McMaster | 90298A213 | Stainless steel, 8-32 thread, 3/16" in diameter, 1/4" in length |
Cup screw | McMaster | 92313A105 | Stainless steel, 4-40 thread, 3/16" in length |
Thumb screw | McMaster | 94323A592 | Nylon, 8-32 thread, 3/8" in length, black |
Magnet | Apex | M3X1MMDI | Neodymium, 3 mm X 1 mm disc |
Metal tubing | Small Parts | B00137QHNS | Stainless steel, 23 gauge, 0.0253" OD, 0.013" ID, 0.006" wall |
Metal tubing | New England Small Tube | Custom-made | Stainless steel, 30 gauge, 0.012/0.0125" OD, 0.007/0.008" ID, full hard |
Heat-shrink tubing | McMaster | 7856K72 | 0.09" ID before shrinking, blue |
Silicone tubing | A-M Systems | 807300 | 0.040" ID, 0.085" OD |
Polyimide tubing | A-M Systems | 823400 | 0.0045" ID, 0.0005" wall |
Ground wire | A-M Systems | 791500 | 0.005" bare, 0.008" coated, half hard |
Tetrode wire | California Fine Wire | Custom-made | 0.0007" in diameter, platinum-iridium (90%-10%), HML and VG coating |
EIB | Neuralynx | EIB-72-QC-Large | |
Gold pins | Neuralynx | large EIB pins | |
Tap | Balax | 01302-000 | M1.2 thread size |
Tap | McMaster | 2522A811 | 0-80 thread size, bottoming |
Tap | McMaster | 2522A771 | 0-80 thread size, plug |
Tap | McMaster | 26955A94 | 3/8"-24 thread size, bottoming |
Tap | McMaster | 2522A713 | 2-56 thread size |
Tap | McMaster | 2522A715 | 4-40 thread size |
Tap | McMaster | 2522A718 | 8-32 thread size |
Die | McMaster | 2576A457 | 3/8"-24 thread size, 1" OD |
Drill bit | McMaster | 30585A82 | Wire gauge 65, 0.035" in diameter |
Drill bit | McMaster | 30585A83 | Wire gauge 66, 0.033" in diameter |
Drill bit | McMaster | 30585A87 | Wire gauge 70, 0.028" in diameter |
Drill bit | McMaster | 30585A88 | Wire gauge 71, 0.026" in diameter |
Drill bit | McMaster | 30585A91 | Wire gauge 73, 0.024" in diameter |
Drill bit | McMaster | 8870A23 | 3/16" in diameter |
Dremel disc | Wagner | 31M | Diamond coated, 22 mm in diameter, 0.17 mm in thickness |
Steel wire | Precision Brand | 21212 | 0.012" in diameter, full hard |
Steel wire | Precision Brand | 21007 | 0.007" in diameter, full hard |
Steel wire | A-M Systems | 792700 | 0.003" in diameter, half hard |
Super glue | Loctite | LT-40640 | # 406 |
Super glue | Loctite | LT-41550 | # 415 |
Dental acrylic powder | Teets | 223-3773 | Coral |
Dental acrylic liquid | Teets | 223-4003 |