Ontwerp en Bouw van een kosteneffectieve Headstage voor Simultaneous neurale stimulatie en opnemen in het Water Maze

Deze video demonstreert een procedure om een head stage pre-versterkersysteem te construeren, dat tegelijkertijd chronisch opneemt en stimuleert met geïmplanteerde elektroden bij wakkere, zich gedragen dieren. Eerst wordt een printplaat ontworpen voor een head stage met een bepaald aantal opname- en stimulatiekanalen. Twee voorbeelden van source follower circuits worden getoond.

De elektronische componenten worden vervolgens aan de printplaat verkocht en de head stage en tether kabel connectoren worden geconstrueerd om een interface te bieden tussen de head stage en het implantaat van het dier. Zonder losse verbindingen in het systeem kunnen betrouwbare lokale veldpotentiaal opnamen worden verkregen van de hippocampus van de rat. Het belangrijkste voordeel van deze techniek boven bestaande methoden zoals het kopen van een commercieel verkrijgbare head stage versterker systeem is dat deze methode duizenden dollars goedkoper kan zijn en gemakkelijk kan worden aangepast voor specifieke stimulatie- en opname experimenten.

Omdat deze methode tegelijkertijd opname en stimulatie van de zich gedragen hersenen toelaat, kan het helpen bij het identificeren en controleren van neurale mechanismen van cognitie. Op zijn beurt kunnen deze methoden uiteindelijk helpen om de functie te verbeteren en hersenaandoeningen bij mensen te behandelen. Het goedkope head stage pre-versterkersysteem dat in deze video wordt getoond, maakt gelijktijdige neurale opname en stimulatie mogelijk en kan waterdicht worden gemaakt voor gebruik bij zwemmende dieren.

Een voltooid systeem bestaat uit de volgende componenten, een computerontworpen geïntegreerde printplaat met vier opnamekanalen en twee stimulatiekanalen. Gouden pinnen brengen hersensignalen naar de head stage en stimulatiesignalen naar de hersenen door middel van afzonderlijke connectoren op de head stage van het dier. Een tether kabel en connector brengen de opname- en stimulatiekanalen door een slipring commutator naar een gecomputeriseerde fysiologie werkstation.

Er zijn twee vormen van waterdichting op de head stage en op de geïntegreerde circuit. Laten we nu eens kijken naar het ontwerp en de lay-out van de head stage met behulp van een commercieel verkrijgbare software CAD pakket. Een bedrukte geïntegreerde printplaat met vier unity gain source followers en twee pass through stimulatiekanalen wordt ontworpen. Eerst worden connector pads aan beide kanten gemaakt voor de pin connectoren op de tether en dier verbinding.

Een quad FET operationele versterker kan tot vier kanalen van plus minus invoer accepteren. Er zijn twee stroomlijnen nodig, die elk kunnen worden verbonden met grondbrand. 0,1 micro ferre condensatoren om mogelijke geïnduceerde oscillaties in de operationele versterkers te voorkomen.

Om een unity gain versterkercircuit te maken, leiden de signaal in de positieve invoer van de operationele versterker en verbind dan de uitvoer terug naar de inverterende invoer. Voeg vervolgens 10 mega ohm weerstanden in serie met de positieve invoer naar de grond toe voor de stimulatiekanalen. Leg doorvoer sporen die de uitgangen met de ingangen verbinden met behulp van VS.To om de sporen naar de andere laag van de boor enm terug te leiden.

Ten slotte maakt u een grote grondplaat op de achterkantlaag om alle via's die de grond betekenen te verbinden. De grondplaat moet vervolgens worden aangesloten op de grondpin, uit naar de tether en dierzijde. Een enkele head stage wordt ontworpen en het ontwerppatroon wordt tegelvormig over een grotere printplaat geplaatst om veel head stages tegen lagere kosten te bieden.

Het CAD-bestand wordt verzonden naar de printplaatfabricageservice waar dubbelzijdige tweelaagse borden worden bedrukt met boven- en onderkoperlagen met alle gaten die door de borden zijn geplateerd. Gebruik tinlood, zonnige geplateerde sporen en pads die overeenkomen met de FR vier laminaatstandaard van de industrie. Afzonderlijke head stages worden uit de grote tegelvormige PCB-plaat gesneden en elektronische componenten worden met zonnige verbindingen verbonden.

Laten we nu eens kijken hoe de elektronische componenten worden aangesloten. Begin met voorbereidingen voor het solderen van elektronische componenten door de componenten op de printplaat te organiseren om ze klaar te maken voor het solderen. Plaats een kleine hoeveelheid sold op de tinlood pad om te solderen en breng de punt van het soldeerboutje dichtbij om in een hert te smelten.

Solder naar de pad solder de condensatoren eerst weerstanden vervolgens en dan de operationele versterkers. Omdat de op amps kunnen worden vernietigd door oververhitting is een variabele hitte soldeerpistool en de laagste hitte die nodig is om de soldeer te smelten. Het is het beste om de verwarmingstijd te minimaliseren die wordt gebruikt om een goede soldeerverbinding te maken.

We vinden het handig om een kleine reservoir of soldeer te maken die in de footprint pad stroomt door soldeer langs de communicatie of machtstrekken toe te passen. Gebruik nu een O meter om te testen of de weerstand over de weerstanden overeenkomt met de verwachte waarde. Inspecteer elk pad nauwgezet om ervoor te zorgen dat er geen soldeer zich verbindt of grensvormige paden overbrugt.

Als er een soldeerbrug is hier om de soldeer te smelten en gebruik pincetten om de brug te breken. Laten we nu eens kijken hoe de tether interfaces worden geassembleerd en vervaardigd. Plaats eerst een stuk 19 gauge hypodermische buis in een van de ongebruikte poorten van de negenpins A BS socket voor mechanische ondersteuning.

Snij zes twee centimeter lange stukken geïsoleerde magnetische draad voor het verbinden van de vrouwelijke en fenolstekkers met de A BS socket. Gebruik nu een kleine hoeveelheid schouder in elke pin, verwarm de pin van de punt tot schouder de vrouwelijke pinnen naar de magnetische draad. Plaats de mannelijke vrouwelijke milax-pennen over de pads op de tetherzijde van de head stage en knijp de pennen over de PCB om een drukpasvorm te garanderen.

Vervolgens wordt elke pin op elke pad in volgorde gesoldeerd. Plaats vervolgens de ringmoer over de neurale implantaatconnector en duw alle vrouwelijke pennen in de gewenste slots op de plastic basis. Breng acryllijm aan op de bovenkant van de A BS socket connector en bevestig deze aan de basis van de head stage.

Ten slotte lijmt u de 19 gauge buis op de tetherzijde van de head stage voor ondersteuning. Laten we nu eens kijken hoe de head stage waterdicht wordt gemaakt om de head stage waterdicht te maken in het geval dat de gehele geïntegreerde circuit en alle blootgestelde metalen oppervlakken met vijf minuten epoxy. Laat vijf tot tien minuten voor