Name: 동시 신경 자극과 워터 미로에서 녹음을위한 설계 및 비용 효율적인 Headstage 구축 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2010-10-13T17:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 9 s
Description: 배우세요 수영 동물에서 동시 신경 기록과 자극이 가능한 저렴한 헤드스테이지 증폭기 시스템을 구축하는 방법을. 이 기술은 쥐 해마에서 국소 전위 기록을 가능하게 하며 상용 시스템보다 수천 달러 저렴합니다.

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우리는 headstage의 테스트 기술 지원 저스틴 Riceberg을 인정하고 싶습니다. 이 작품은 국민 건강 기금 MH65658, MH073689의 연구소, 그리고 F30 AG034003 - 01A1, 그리고 의학의 마운트시나이 학교에서 부분적으로 지원되었다.

1. Headstage 디자인 및 제작 개요 완료 headstage 사전 앰프 시스템은 다음과 같은 구성 요소로 구성되어 있습니다 : <ol><li> 컴퓨터가 녹음 네 가지 채널과 자극의 두 채널로 통합 회로 기판을 설계했습니다. </li><li> 동물 머리 무대에서 해당 커넥터에 레코딩을 자극 채널을 릴레이 전극. </li><li> 테더 케이블과 인터페이스되는 릴레이 슬립 링 정류에 기록하고 자극 채널. </li><li> 머리 단계와 집적 회로에 방수의 두 가지 형태. </li></ol> 2. Headstage 디자인 및 레이아웃 우리는 상용 소프트웨어 CAD 패키지 (www.expresspcb.com)를 사용하여 자극 채널을 통해 4 소스 추종자와 2 패스로 인쇄된 통합 회로 기판을 설계했습니다. 한 headstage은 설계 및 디자인 패턴은 저렴한 비용으로 많은 headstages를 제​​공하기 위해 회로 기판의 큰 시트에 걸쳐 기와입니다. CAD 파일을 통해 도금 모든 구멍이 상단과 하단 구리 레이어를 사용하여 두 개의 레이어 보드는 이중 양면 인쇄하는 인쇄 회로 기판 (PCB) 제조 서비스로 전송됩니다. 보드는 주석을 사용하여 / 업계 표준 FR - 4 라미네이트에 해당 솔더 도금 흔적과 패드를 이끌어. PCB는 주문하고 다음 영업일 배송하실 수 있습니다. 개인 headstages은 대형 타일 PCB 부에서 절단하고 전자 부품은 솔더와 연결됩니다. 이 프로토콜에 사용되는 headstage의 예제 배치 (그림 1) 표시됩니다. PCB를 설계에 대한 자세한 지침과 도움말을위한 제조 업체의 웹 사이트를 참조하십시오. 3. 전자 부품의 준비 및 납땜 이 프로토콜에서 사용되는 모든 전자 부품은 표면 마운트 디바이스 (SMD) 타입입니다. 각 장치 유형의 발자국 (저항기, 콘덴서 등) headstage에 불필요한 공간을 최소화하기 위해 선택했지만, 필요한 경우 더 큰 SMD 부품을 사용할 수 있습니다. <ol><li> 회로 기판에 부품을 정리하고 납땜을 위해 그들을 준비합니다. </li><li> 납땜하고 녹으 패드에 솔더을 준수하기 위해 납땜 인두 가까이의 팁을 가져 주석 / 납 납땜 패드에 소량을 넣으십시오. </li><li> 다음 솔더 콘덴서 처음 저항, 다음 연산 증폭기. </li><li> 조합 - A는 이상 가열에 의해 파괴 수 있습니다. 우리는 변수 열 납땜 총을 및 땜납을 용해하는 데 필요한 가장 낮은 더위를 사용합니다. 좋은 솔더 조인트를 만들기 위해 사용되는 가열 시간을 최소화합니다. 우리는 커뮤니케이션 또는 전원 흔적을 따라 솔더를 적용하여 풋프린트 패드에 흐르는 솔더의 작은 저수지를 만드는 것이 편리 발견했습니다. </li><li> 귀하의 저항에 걸쳐 저항이 ohmmeter을 사용하여 예상 값을 충족하는지 테스트합니다. </li><li> 더 솔더 인접 패드를 연결 또는 브리징 있는지 확인하기 위해 밀접하게 각 패드를 검사합니다. 납땜 다리, 열 및 땜납을 용해하고 다리를 휴식하는 트위터를 사용하여이있다면. </li></ol> 4. 임플란트 및 테더 인터페이스의 조립 및 제조 <ol><li> 기계에 대한 지원 9pin ABS 소켓의 사용하지 않는 포트 중 하나에 23 가역 피하 튜브를 삽입합니다. </li><li> ABS 소켓에 여성 amphenol 핀을 연결하기위한 절연 마그네틱 와이어 여섯 1cm 길이 조각 컷. </li><li> 솔더는 여성의 각 핀에 솔더의 소량을 사용하여 자성 와이어로 핀과 팁에서 핀을 가열하여. </li><li> ABS 소켓에 각각의 자성 와이어 솔더의 다른 쪽 끝을. </li><li> 남성 위치 - 여성 MillMax의 headstage의 테더 측면에 패드 위에 핀, 및 압력 맞는을 보장하기 위해 PCB 위에 핀을 쥐어 짜기. 그런 다음, 순서대로 각각의 패드에 솔더 각 핀. </li><li> 신경 보형물 커넥터를 통해 링 너트 위치와 플라스틱베이스에 원하는 슬롯에있는 모든 여성 핀을 밀어. </li><li> ABS 소켓 커넥터의 상단에 아크릴 접착제 (krazy 접착제)를 적용하고 headstage의 기지를 확보. 지원 headstage의 테더쪽으로 접착제 23Ga 튜브. </li></ol> 5. 방수 Headstage <ol><li> 방수 headstage하려면, 전체 통합 회로와 오분 에폭시있는 모든 노출된 금속 표면 싸는. 영구 건조 5-10 초기 건조 분, 60 분 소요됩니다. </li><li> 포스터 테크 퍼티는 동물의 끝에서 튀어나온 여성의 핀 주위의 표면 9 핀 ABS 소켓에 적용해야합니다. </li><li> 최대한 방수 들어, ABS 소켓과 ABS 플러그는 성관계를해야하며 링 너트가 강화되어야합니다. parafilm의 작은 스트립이 핀 커넥터 연락 물을 방지하기 위해 인터페이스를 주위에 포장해야합니다. </li></ol> 성공의 비밀 <ol><li> 언제 연산 증폭기 납땜, 플라스틱 패키지를 과열하지 않습니다. 경우가보이는 불타는 또는 용해되어 작전 - A를 제거하고 교체합니다. 너무 더위를 적용하면 표시 용해하지 않고 작전 A가 손상될 수 있습니다. 납땜 후 함수 발생기 각 채널을 테스트합니다. </li><li> headstage에는 길잃은 연결이나 납땜 다리가 없는지 확인합니다. 솔더 심지는 구성 요소를 제거하거나 땜납을 떠돌아하는 데 사용할 수 있습니다. </li></ol> 6. 대표 결과 좋은 녹음은 운동하는 동안에 밖으로 절단하지 않고 입력 소스 신호를 따릅니다. headstage를 테스트하려면, 사용자는 각 녹화 핀 입력으로 함수 발생기를 사용하여 밀 최대 헤더 출력 끝에있는 파형을 평가해야합니다. 물리적 headstage 이동하면 기록된 파형의 모양에 영향을해서는 안됩니다. <img src="/files/ftp_upload/2155/2155fig1.jpg" alt="그림 1" data-altupdatedat="1787634011000" data-alt="그림 1"> 그림 1. 인쇄 회로 기판 (PCB)의 상위 계층의 (A) 도식보기. 레드 라인은 구리 트레이스를 나타냅니다. 노란색 라인 전자 부품의 위치에 대한 옵션 silkscreen 계층을 나타냅니다. 연산 증폭기의 배치 (중앙 노란색 사각형), 저항기 (작은 노란색 사각형)과 콘덴서가 (작은 노란색 사각형)입니다. (B) PCB의 하단 레이어의 도식보기. 그린 라인이 구리 트레이스를 나타내는 표시됩니다. 대형 녹색 채워진 영역은 지상 플레이트를 나타냅니다. 이 회로도의 모델 파일은 다운로드가 제공됩니다.

<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>

관심 없음 충돌 선언하지 않습니다.

워터 미로 기반으로 동작 작업은 실시간으로 1 동물의인지 능력과 표현을 알아내기 위해 효과적인 도구를 제공합니다. 가볍고 비용 효율 headstage의 preamplifiers의 사용은 물 미로와 관련된 행동 neurophysiology 응용 프로그램에서 특히 중요합니다. 찬물을 탈출하는 이러한 작업의 동물에 대한 본질적인 동기를 제공하기 때문에, 그들의 행동은 마른 mazes에 동물을 동기 부여의 어려움없이 반복 실험으로 테스트하실 수 있습니다. 여기에서 설명한 저렴한 비용으로 headstage의 preamplifier 장치 과학자들이 손상 비용이 많이 드는 장비의 걱정없이 물이 작업에 신경 기능의 가설을 테스트할 수 있습니다. 이 프로토콜은 사용자 정의 headstage 디자인을위한 출발점 역할을 의미합니다. 제공된 회로도 더 기록 또는 자극 채널을 포함하도록 쉽게 적용할 수 있으며, 실험자의 요구에 따라 확장할 수 있습니다. 특히, 상업 핀 커넥터 설...

<table><tbody><tr><td>주문 제작 통합 회로 기판</td><td>ExpressPCB.com</td><td>Custom</td><td>2층 양면 PCB</td></tr><tr><td>표면 실장 저항기</td><td>Mouser Electronics</td><td>RK73B1JTTDD156J</td><td>1/10 W, 15 M Ohm 0603, Thick film</td></tr><tr><td>SMD 커패시터</td><td>Newark Inc</td><td>0402YD104KAT2A</td><td>0.1 uF (0402)</td></tr><tr><td>SMD 연산 증폭기 (quad FET)</td><td>Mouser Electronics</td><td>595-TLC2274AIPW</td><td>Quad FET - 저잡음</td></tr><tr><td>9핀 ABS 소켓</td><td>Ginder Scientific</td><td>GS09SKT-220</td><td>동물 연결용</td></tr><tr><td>9핀 ABS 플러그</td><td>Ginder Scientific</td><td>GS09PLG-220</td><td>동물 체내 이식용</td></tr><tr><td>블랙 델린 링 너트</td><td>Ginder Scientific</td><td>GS09BDN-220</td><td></td></tr><tr><td>블랙 델린 캡 너트</td><td>Ginder Scientific</td><td>GS09BDC-220</td><td>동물의 이식물 보호용&amp;rsquo;</td></tr><tr><td>Amphenol 핀 (수컷)</td><td>Ginder Scientific</td><td>220-P02</td><td></td></tr><tr><td>Amphenol 핀 (암컷)</td><td>Ginder Scientific</td><td>220-S02</td><td></td></tr><tr><td>5분 경화 에폭시</td><td>Devcon Inc.</td><td>S-208 / 20845</td><td></td></tr><tr><td>포스터 택 퍼티</td><td>Elmer&amp;rsquo;s</td><td>026000015318</td><td></td></tr><tr><td>로진 코어 솔더</td><td>Radio Shack</td><td>64-009</td><td></td></tr><tr><td>인하선 인두기</td><td>Weller</td><td>Pyropen WSTA6</td><td>(온도 조절 가능)</td></tr><tr><td>금속 핀셋</td><td>Fine Science Tools</td><td>Size 5</td><td></td></tr><tr><td>파라필름 시트</td><td>American National Can</td><td>Parafilm 4&quot; x 250&amp;rsquo;</td><td></td></tr><tr><td>마그넷 와이어</td><td>Belden</td><td>8052</td><td>에나멜 코팅</td></tr><tr><td>암페어미터/멀티미터</td><td>Fluke Biomedical</td><td>77 Multimeter</td><td></td></tr><tr><td>Millmax 2열 헤더</td><td>Mill-Max</td><td>575 - 002101</td><td>0.05&quot;</td></tr><tr><td>솔더 윅</td><td>Chemtronics</td><td>7-10L</td><td>0.75 in.</td></tr></tbody></table>

동시 신경 자극과 워터 미로에서 녹음을위한 설계 및 비용 효율적인 headstage 구축

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

Headstage의 preamplifiers 및 소스 추종자는 일반적으로 행동 neurophysiology 실험에서 신경 활동을 연구하는 데 사용됩니다. 사용 가능한 상용 제품이 잠수정 자주 쉽게 정의되지, 비싼, 그리고되지 않습니다. 여기 우리는 깨어있는, 행동 동물 동시 4 채널 신경 녹음 및 2 채널 시뮬레이션을위한 맞춤형 통합 회로 headstage을 디자인하고 구축하는 방법을 설명합니다. headstage은 무료, 상용 CAD 타입 디자인 패키지를 사용하여 설계하고, 다른 비늘 (예 : 채널을 추가할 수) 수용하도록 쉽게 수정할 수 있습니다. 맞춤형 인쇄 회로 기판은 유니티 게인 소스 추종자 회로를 구성 표면 탑재 저항, 콘덴서 그리고 연산 증폭기를 사용하여 만들어집니다. headstage는 에폭시, parafilm 및 합성 고무 퍼티의 조합으로 방수를 만들 수 있습니다. 우리는 성공적으로 지역 현장 잠재력을 기록하고 물의 미로에서 수영 쥐의 독립적인 채널을 통해 동시에 여러 뇌 영역을 자극하기 위해이 장치를 사용했습니다. 총 비용 &lt;$ 30/unit하고 쉽게 제작하실 수 있습니다.

우리는 동시 녹음 및 신경 자극 기능이있는 조명 headstage 사전 증폭기 시스템을 설계 및 구축에 저렴한 비용으로 방법을 제시한다. 이 장치는 수영을 동물에 사용하기 위해 waterproofed 수 있습니다.

동시 신경 자극과 워터 미로에서 녹음을위한 설계 및 비용 효율적인 Headstage 구축

헤드스테이지(Headstage) 전치 증폭기와 소스 팔로워(source follower)는 행동 신경생리학 실험에서 신경 활동을 연구하는 데 흔히 사용됩니다. 시판되는...

본 영상에서는 깨어 있는 행동 동물에 만성적으로 삽입된 전극을 통해 동시에 기록 및 자극을 수행하는 헤드 스테이지 프리앰플리파이어(head stage pre amplifier) 시스템 구축 절차를 보여줍니다. 먼저, 목표로 하는 기록 및 자극 채널 수에 맞춰 헤드 스테이지용 인쇄 회로 기판(PCB)을 설계합니다. 두 가지 소스 팔로워(source follower) 회로 예시가 제시됩니다.그 다음 전자 부품들을 회로 기판에 납땜하고, 헤드 스테이지와 동물의 임플란트 사이에 인터페이스를 제공할 수 있도록 헤드 스테이지 및 테더 케이블 커넥터를 제작합니다. 시스템에 느슨한 연결 부위가 없으면 쥐의 해마로부터 신뢰할 수 있는 국소 전위 기록을 얻을 수 있습니다. 시판되는 헤드 스테이지 증폭기 시스템을 구매하는 것과 같은 기존 방법보다 이 기술이 갖는 주요 장점은 수천 달러의 비용을 절감할 수 있으며, 특정 자극 및 기록 실험에 맞게 쉽게 맞춤 제작할 수 있다는 점입니다.이 방법은 행동 중인 뇌의 기록과 자극을 동시에 수행할 수 있어, 인지 과정의 신경 메커니즘을 식별하고 제어하는 데 도움이 될 수 있습니다. 결과적으로, 이러한 방법들은 궁극적으로 사람의 뇌 기능 개선 및 뇌 질환 치료에 기여할 수 있습니다. 본 영상에서 소개하는 저비용 헤드 스테이지 전치 증폭기 시스템은 신경 기록과 자극을 동시에 가능하게 하며, 수영하는 동물을 대상으로 사용할 수 있도록 방수 처리가 가능합니다.완성된 시스템은 다음과 같은 구성 요소로 이루어져 있습니다: 4개의 기록 채널과 2개의 자극 채널이 설계된 컴퓨터 통합 회로 기판입니다. 금 핀은 뇌 신호를 헤드 스테이지로 전달하고, 자극 신호는 동물의 헤드 스테이지에 있는 별도의 커넥터를 통해 뇌로 전달합니다. 테더 케이블과 커넥터는 기록 및 자극 채널을 슬립 링 정류기를 통해 컴퓨터화된 생리학 워크스테이션으로 전달합니다.헤드 스테이지와 집적 회로에는 두 가지 형태의 방수 처리가 되어 있습니다. 이제 상용 CAD 소프트웨어 패키지를 사용하여 헤드 스테이지의 설계 및 레이아웃을 살펴보겠습니다. 4개의 unity gain 소스 팔로워와 2개의 통과 자극 채널이 포함된 인쇄 집적 회로 보드를 설계합니다. 먼저, 테더 및 동물 연결용 핀 커넥터를 위해 양쪽에 커넥터 패드를 생성합니다.쿼드 FET 연산 증폭기는 최대 4채널의 플러스 마이너스 입력을 수용할 수 있습니다. 두 개의 전원선이 필요하며, 각

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

Research

연구

JoVE Journal

Neuroscience

신경과학

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

작은 동물의 만성 신경 레코딩을위한 초경량 동력 Microdrive의 설계 및 조립

출처: Moore, J. D., et al. Juxtacellular Monitoring and Localization of Single Neurons within Sub-cortical Brain Structures of Alert, Head-Arrest Rats(경보, 머리 구속 쥐의 피질하 뇌 구조 내 단일 뉴런의 모니터링 및 국소화). J. Vis. Exp. (2015)이 비디오는 구속되고 깨어 있는 쥐의 병치세포 기록 및 염색 방법을 보여줍니다. 이 절차에는 뉴런의 신호를 기록하고 염료를 주입하여 기록 부위의 위치를 정확하게 파악하는 작업이 포함됩니다. 이 기술을 사용하면 신경 활동을 뇌의 해부학적 구조에 정확하게 매핑할 수 있습니다.

깨어 있는 쥐의 신경 활동을 정확하게 매핑하기 위한 Juxtacellular Recording and Staining 

우리는 바닥 투사 미로에 완전히 자동화 된인지 적 작업에 만성 전기 생리학 레코딩을위한 쥐를 훈련을 위해 프로토콜을 설명합니다.

바닥 투사 미로를 사용하여 녹음 신경 활동에 대한 자동화 된 시각인지 작업

셔틀 박스 회피 학습은 행동 신경 과학에 잘 확립되어있다. 이 프로토콜은 설치류에서 학습 셔틀 상자가 사이트 별 전기 intracortical 미세 자극 (ICMS) 및 학습과 인식의 여러 측면을 연구하는 도구로 생체 내 녹음 동시 만성와 결합 할 수있는 방법에 대해 설명합니다.

인식 및 학습을 연구하는 도구로 전기 생리 텍스 녹화 및 자극과 셔틀 박스 교육을 결합

무선, 멀티 채널 신경 녹음 및 자유롭게 쥐 행동에 자극에 대 한 양방향 시스템 도입. 시스템은 가볍고 콤팩트, 따라서 animal´s 행동 레 퍼 토리에 최소한의 영향을 미치고. 또한,이 양방향 시스템 두뇌 활성화 패턴 및 행동 간의 인과 관계를 평가 하는 정교한 도구를 제공 합니다.

무선, Vivo에서 녹음 하 고 자유롭게 행동 하는 쥐에서 신경 활동의 자극에 대 한 양방향 인터페이스

자유롭게 수영하는 금붕어의 뇌에서 세포 외 신경 신호를 기록하기위한 새로운 무선 기술이 제시됩니다. 기록 장치는 두 개의 테트로데스, 마이크로 드라이브, 신경 데이터 로거 및 방수 케이스로 구성됩니다. 데이터 로거와 커넥터를 제외한 모든 부품은 맞춤 제작됩니다.

자유롭게 수영 물고기에서 이동 식 Tetrodes에 의해 뉴런의 무선 전기 생리적 기록

여기에 제시된 프로토콜은 동시 뇌파 검사(EEG) 및 행동 평가에 대한 정보를 실시간으로 제공합니다. 우리는 이 프로토콜과 관련된 모든 단계를 신경과학의 많은 분야, 특히 학습 및 기억 분야의 연구자들에게 매력적인 솔루션으로 논의했습니다.

해마 신경 발생을 연구하기 위한 도구로서의 무선 전기생리학 및 기억 행동 테스트의 동시 모니터링

본 프로토콜은 다수의 뇌 구조로부터 생체 내 국소 장 전위를 동시에 기록하기 위해 맞춤 제작된 마이크로전극 어레이의 구축을 기술한다.

여러 뇌 구조에서 동시에 생체 내 녹음을위한 로컬 필드 잠재적 인 미세 전극 구축

밀리미터 크기의 코일과 결합된 저비용 뇌파 기록 시스템은 생체 내에서 마우스 뇌의 경두개 자기 자극을 유도하기 위해 제안되었습니다. 맞춤형의 유연한 다중 전극 어레이 기판이 있는 기존의 나사 전극을 사용하여 경두개 자기 자극에 대한 반응으로 마우스 뇌에서 다중 부위 기록을 수행할 수 있습니다.

생체 내에서 마우스 뇌를 경두개로 자극하기 위해 밀리미터 크기의 코일과 결합된 저비용 뇌파 기록 시스템

이 프로토콜은 국소 자기장 전위를 기록하고 쥐 해마와 전전두엽 피질의 정보 흐름을 조사하기 위해 맞춤형으로 설계된 기록 장치와 전극의 사용을 간략하게 설명합니다.

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배우세요 수영 동물에서 동시 신경 기록과 자극이 가능한 저렴한 헤드스테이지 증폭기 시스템을 구축하는 방법을. 이 기술은 쥐 해마에서 국소 전위 기록을 가능하게 하며 상용 시스템보다 수천 달러 저렴합니다.

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