Name: Ontwerp en Montage van een Ultra-light Gemotoriseerde Microdrive voor Chronische Neurale Opnamen in Kleine Dieren (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-11-08T13:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 29 s
Description: Leer het ontwerp en de montage van een ultralichte gemotoriseerde microdrive voor chronische neurale opnamen in kleine dieren. Deze methode maakt stabiele, langdurige elektrofysiologische metingen mogelijk.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Dit werk werd ondersteund door de Ester en Joseph Klingenstein Fonds, de McKnight Endowment Fund, en NINDS 1R01NS066408-01A1.

1. Overzicht van componenten <ol><li> Een complete microdrive bestaat uit verschillende hoofdonderdelen (Figuur 1): een chassis dat dient als opbouw voor de aandrijving een motor met een fijn schroefdraad uitgaande as, een van schroefdraad shuttle dat de elektroden draagt ​​en biedt een bijzondere elektrische aansluiting en een Omnetics (of gelijkwaardig) connector. </li><li> Het chassis, elektrode shuttle, en elektrode shuttle buizen zijn aangepaste onderdelen die zijn ontworpen met 3D CAD-software (SolidWorks) en werden bewerkt door een lokale precisie machinist. Alle andere bestanddelen zijn commercieel verkrijgbaar. </li><li> Chassis en shuttle zijn vervaardigd uit lichtgewicht polyetherimide (PEI), terwijl de elektrode shuttle buizen worden op maat gesneden met een draaibank van roestvrij staal hypodermische buizen (0.0293 &quot;OD x 0,00975&quot; ID). Hoewel deze componenten worden gesneden uit andere materialen, hebben wij gevonden dat PEI en roestvrijstalen de juiste balans van bewerkbaarheid, sterkte, en Wacht voor onze applicatie. </li><li> Om de drive, een motor controller, die in staat van het draaien van de lage DC-spanning stappenmotor, assembleren is vereist. We maken gebruik van een aangepaste oplossing op basis van een drie-fase motor driver IC (Faulhaber BLD05002 verkrijgbaar bij de fabrikant) in combinatie met een IC timer die de tijdstap-ingang biedt. Een verscheidenheid aan kant-en-klare oplossingen zijn ook beschikbaar (bijv. Faulhaber MCBL05002 of Sutter Instrumenten MP-285). </li></ol> 2. Aandrijving Onderstel Voorbereiding en montage <ol><li> Met fijne zijkniptang Snijd de contactpennen aan de onderkant van de Omnetics (of equivalent) connector - 1,5 mm voor de achterste rij 1 mm voor de eerste rij (figuur 2A). Om de sterkte van de binding tussen de epoxy rijchassis en de connector te verbeteren, gebruik een scalpel om de achtervlakken van beide componenten ruwen. </li><li> Met een scalpel gesneden vier 15 mm lange stukken polyimide buis (0,0113 &quot;ID x 0.0133&quot; OD) voor gebruik als draad guides. Zorgvuldig Zet het chassis in een kleine bankschroef met de open holte omlaag (Figuur 2B). Gebruik cyanoacrylaatlijm de polyimide buizen aan het chassis. Zij moet vlak liggen met de achterste chassis oppervlak en zijn evenwijdig aan elkaar zoals getoond in figuur 2B. </li><li> Eenmaal droog, snijdt u de polyimide buizen tot ongeveer 6 mm in lengte en verwijder het afval secties. De overige pijpen moet ongeveer 3 mm van de onderrand van het chassis. </li><li> Om voldoende ruimte voor samenpassing met de headstage of kabel te garanderen moet de connector worden gemonteerd een paar millimeter boven de polyimide buizen en evenwijdig zijn aan het chassis (figuur 2B). Gebruik epoxy (Torr Seal) om een ​​klein voetstuk voor de connector te bouwen, plaats het op de top met de kortere rij van pennen bovenste, en nog veel meer epoxy rond de connector toe te voegen. Ga niet verder voordat de epoxy volledig is uitgehard. </li><li> Verwijder het chassis van de ondeugd, over te dragen aaneen mal dat zorgt voor verbinding met de motor controller (dwz in ons geval jig is gewoon een stijve staaf met de bijpassende Omnetics-connector bevestigd aan een uiteinde) en oriënteren met de voorzijde van het station naar boven. Leid de motor draden door het gat in het chassis en schuif de motor in de groef in de basis. De motor en de aandrijfas moet parallel lopen met het chassis en past snuggly tegen de onderkant en de zijkant. </li><li> Epoxy de motor op het chassis, zorg ervoor dat u zowel de aandrijfas of de ruimte waar de elektroden zal worden geïnstalleerd (zie Torr Seal plaatsing in figuur 4) belemmeren. Laat de epoxy uitharden. </li><li> Draai het chassis zodat de connector toegankelijk is. Om de motor draden te ondersteunen en te voorkomen dat per ongeluk te breken, voeg dan een klein druppeltje snel-set epoxy om de draden waar ze uit het chassis. Trim, strip, en soldeer de draden op de juiste contacten op de connector (Figuur 2A). Test de motorzorgen voor een soepele schacht rotatie in beide richtingen. </li></ol> 3. Elektrode Shuttle Vergadering <ol><li> Om de kans voor beweging geïnduceerde artifacts in de opnamen is het essentieel dat de elektrode shuttle snuggly passen in het chassis. Test de pasvorm van de shuttle door te rijgen deze op de motoras en het runnen van het op en neer over de volle lengte van de as bij lage snelheid. Wees voorzichtig dat u de shuttle in het station dus wig en over-aanhalen van de motor-is het zeer gemakkelijk om de plastic overbrenging permanent beschadigen in dit stadium. Indien een eerder draaiende motoras ophoudt te draaien, kan de overbrenging worden beschadigd. </li><li> Als de shuttle niet soepel loopt in de schacht, inspecteer het chassis oppervlakken en de drive schroef op vuil. Verwijder met een fijne tang of perslucht, de vacht van de schroefdraad in sommige lichte minerale olie en controleer de shuttle pasvorm. </li><li> Als de shuttle is te strak, een tang en een fijne korrel slijpsteen te belemmeren materiaal weer te verwijderenm de zijkant van de shuttle. Zorg ervoor dat het materiaal gelijkmatig te verwijderen. </li><li> Als de shuttle is te los zodanig dat het kantelt en chatters tijdens de reis, lijm een ​​klein stukje van de transparante folie om de shuttle om de kloof tussen haar en het chassis oppervlak te vullen. </li><li> Zodra de shuttle is goed past, verwijdert u de shuttle van de as en druk op een van de roestvrij stalen shuttle buizen in elk van de vier grote gaten in de shuttle. Elk moet midden op de shuttle met de uiteinden van de vier buizen flush (figuur 3). Vastzetten met een druppel cyanoacrylaat lijm aangebracht op de onderkant van de buis. Wees erg voorzichtig niet om de lijm te krijgen op de randen van de shuttle of in de buizen. </li><li> Terug Rijg de voltooide elektrode shuttle op de aandrijfas en breng het helemaal naar beneden naar de basis van de schroefdraad. </li></ol> 4. Geleidebuis en Electrode Installatie <ol><li> Snijd vier 25 mm lange stukken polyimide Tubing (0,0045 &quot;ID x 0,006&quot; OD) voor gebruik als elektrode gidsen. Bovendien vier elektroden 40 mm gesneden gedeelten voor gebruik als namaakelektroden die de geleidebuizen in positie houdt tijdens de montage. (Merk op dat deze namaakelektroden zijn alleen voor montage en wordt niet gebruikt voor het opnemen, dus mogelijk dezelfde die hergebruiken voor elk samenstel.) Schuif elke sectie van de buis op zijn om een ​​namaakelektrode dat de elektrodestroomkamers ~ 10 mm buiten uitstrekt het einde van de buis. </li><li> Regelen elk van de polyimide buizen in het chassis zoals getoond in figuur 4A. Dit zal resulteren in de uiteinden van de elektrode reisgidsen spoelen met elkaar en uitgelijnd op de basis van de motoras, spreiden naar buiten tegen de electrode shuttle en de tegenoverliggende einden samenkomen bij de onderkant van de omvormer. Meng een kleine hoeveelheid Kwik-Cast en pas ongeveer 2 mm onder de bovenkant van de elektrode geleiders. Laat het drogen. </li><li> Verwijder de namaakelektroden en de positie van de vrije uiteinden van de elektrode leidt dezedat ze een strakke bundel te vormen op de bodem van het station. Het kan nuttig zijn om een dunne draad te gebruiken om zijn plaats te houden tijdelijk (Figuur 4B). Bevestig de nieuwe positie met meer Kwik-Cast. Laat het drogen. </li><li> Met een scherp scalpel, snijdt u de elektrode geleidebuizen waar ze verder reiken dan de onderzijde van de Microdrive. Na de implantatie wordt deze buizen leiden de elektroden van de onderkant van de omvormer (rustend op de schedel) aan het oppervlak van de hersenen. Dus de lengte waar de buizen moeten worden ontdaan afhankelijk van de anatomie van de implantatie (figuur 5). Voor zangvogels, dit is ongeveer 1,5 mm. </li><li> Een elektrode aan op de connector, snijd een 30 mm lange sectie van geïsoleerde platinadraad (0,003 &quot;dia.) En strip 1 mm isolatie van het uiteinde. Soldeer ze aan een van de signaalpennen van de connector. Buig de draad onder de connector en druk deze door een van de draadgeleider buizen. Trek de draad taunt en wikkel deze rond de geleider gleuf in thij bovenkant van het chassis. </li><li> Met een schaar of fijn draad cutters, gesneden met een elektrode ~ 25 mm in lengte. Zorg dit te doen zonder buigen van de elektrode of beschadiging van de tip, indien dit zich voordoet, de elektrode niet worden gebruikt. Met de elektrode shuttle nu aan de bovenkant van de schacht, plaatst u de elektrode in een polyimide buis en trek deze omhoog door de RVS-buis in de shuttle. Positioneren zodanig dat de punt van de elektrode gelijk is met het ondereinde van het polyimide buis. Knip de elektrode 1 mm boven de shuttle buis. </li><li> Met een fijne reeks forceps, isoleert uit de laatste 2 mm van de elektrode en de laatste 2 mm van de platinadraad. Plaats de elektrode in de shuttle buis, steek de platina draad in de buis, op elkaar en speld de twee door te schuiven een korte 1 mm doorsnede van wolfraam draad (0,008 &quot;dia) in de buis. Dit moet een strakke pasvorm die zal beide een mechanische en een elektrische verbinding tussen de elektrode en de draad (figuur3). </li><li> Voer de shuttle en de lengte van de aandrijfas om verdere beweging te waarborgen. </li><li> Herhaal 4,5-4,8 totdat alle elektroden zijn geïnstalleerd. </li><li> Snijd een 30 mm lange sectie van zilverdraad (0,005 &quot;dia) voor gebruik als een aardleiding. Strip 1 mm van de isolatie van een uiteinde en soldeer op de grond pin. </li></ol> 5. Eindmontage en pre-implantatie Voorbereiding <ol><li> Om de wrijving van de elektroden tegen de geleidebuizen verminderen, vul de geleidingsbuizen met lichte minerale olie. Capillaire werking volstaat om de buizen vullen van een druppel olie die aan een uiteinde. </li><li> Om een ​​beschermkap voor de motor en de elektroden te maken, snijd een 12 mm x 25 mm rechthoek van transparantie en vouw het in een brede U-vorm. Gebruik cyanoacrylaat lijm de deksel op de buitenoppervlakken van het chassis (fig. 6). Snijd een 15 mm x 6 mm rechthoek transparantie en gebruik cyanoacrylaat lijm om het rond de connector. Om storingen te voorkomenrentie met de connector moet de lange zijde van de transparantie gelijk met de bovenrand van de connector. </li><li> Voorafgaand aan de implantatie steriliseren elektroden en geleidebuizen door het verlagen van de verlengde elektroden in een 10:1 DI water-bleekoplossing gedurende 10 minuten. Daarna grondig spoelen met steriel water. </li><li> Een mal gelijk aan die gebruikt in stap 2.5 kan worden gebruikt om de microdrive houden in een stereotaxisch manipulator tijdens implantatie. </li></ol> 6. Representatieve resultaten Dit protocol vereist ongeveer 5 uur van hands-on assemblage tijd met een extra 6 tot 8 uur afgewisseld voor de epoxy en lijm om te drogen. Echter, zodra de microdrive is het eerst samengevoegd kunnen worden voorbereid voor hergebruik (de elektroden, elektrode geleidingsbuizen en elektrodedraden kunnen worden vervangen) in minder dan 2 uur. De kwaliteit en het karakter van de opnamen verkregen door het volgen van dit protocol zal, uiteraard mede afhankelijk van deopname target, de keuze van de elektroden, en de eventuele bewerking uitgevoerd op de headstage of verder stroomopwaarts van de Microdrive. Dit terzijde is het mogelijk om stabiele opnamen verkrijgen van een dier gedragen over een tijdspanne van meer dan tien weken. Voorbeelden van eenheid opnames van de robuuste kern van de archistriatum (RA) in een zangvogel gedragen wordt getoond in figuur 7A, multi-eenheid activiteit van dezelfde regio wordt getoond in Figuur 7B. <img alt="Figuur 1" src="/files/ftp_upload/4314/4314fig1.jpg" /> Figuur 1. 3D-model van de verzamelde gemotoriseerde Microdrive. De microdrive bestaat uit verschillende hoofdbestanddelen: (i) het chassis, (ii) motor met schroefdraad uitgaande as, (iii) shuttle electrode, (iv) shuttle buizen (v) elektroden, (vi) elektrode geleidingsbuizen en (vii ) connector. <img alt="Figuur 2" src="/files/ftp_upload/4314/4314fig2.jpg" /> Figuur 2. A)Model en aansluitschema voor de connector. Motor draden: b, i, l. Elektrodedraden: c, d, e, f. Aardingsdraad: k. Alle andere pinnen beschikbaar voor extra instrumentatie. B) Foto van de connector aan het chassis met Torr Seal epoxy. Let op de positie van de connector en aan de onderliggende draadgeleider buizen. Het cyanoacrylaat lijm waarmee de geleidebuizen in positie droogt helder en dus niet zichtbaar in het beeld. <img alt="Figuur 3" src="/files/ftp_upload/4314/4314fig3.jpg" /> Figuur 3. Elektrode shuttle montage. <img alt="Figuur 4" src="/files/ftp_upload/4314/4314fig4.jpg" /> Figuur 4. A) De elektrode geleidingsbuizen geplaatst in de behuizing voorafgaand aan het aanbrengen Kwik-Cast. B) Om de elektroden de bodem van het station te verlaten in parallel, brengen het ondereinde van de geleidingsbuizen in een strakke bundel vóór het toevoegen van de laatste druppel van de Kwik-Cast. Figuur 5. Het bedrag dat de electrode geleidingsbuizen buiten de onderkant van de aandrijving door de anatomie van de implantatieplaats. Het diagram illustreert de afmetingen die relevant zijn voor het bepalen van de lengte van de geleidingsbuizen. Voor implanteren in de zangvogel, 1,5 mm voldoende. <img alt="Figuur 6" src="/files/ftp_upload/4314/4314fig6.jpg" /> Figuur 6. De afgewerkte gemotoriseerde microdrive met beschermkappen bevestigd. <img alt="Figuur 7" src="/files/ftp_upload/4314/4314fig7.jpg" /> Figuur 7. Vertegenwoordiger opnamen van de robuuste kern van de archistriatum (RA) in de gedragen zebravink. A) Single-eenheid activiteit opgenomen met 10MΩ platina-iridium elektroden. Top: bijvoorbeeld opname gemaakt een week na implantatie. Onder: bijvoorbeeld het opnemen van dezelfde elektrodezoals hierboven negen weken later. B) Multi-eenheid activiteit opgenomen met 1 M platina elektroden. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/4314/4314fig7large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere afbeelding te bekijken</a> . Aanvullende Files: Het chassis, shuttle, en elektrode buizen werden ontworpen met SolidWorks 2010 CAD-software. Deze part bestanden worden verschaft in zowel de eigen (*. Sldprt) en vendor-neutraal (*. Iges) formaten en gedimensioneerd productietekeningen worden aangeboden in PDF-formaat.

<ol><li>O'Keefe, J., Dostrovsky, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+hippocampus+as+a+spatial+map%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Research%22%5BJournal%5D)">The hippocampus as a spatial map.</a> Brain Research. 34, 171-175 (1971).</li>
<li>Pennartz, C. M., Berke, J. D., Graybiel, A. M., Ito, R., Lansink, C. S., van der Meer, M., Redish, A. D., Smith, K. S., Voorn, P. Corticostriatal Interactions during Learning, Memory Processing, and Decision. 29, 12831-12838 (2009).</li>
<li>Kepecs, A., Uchida, N., Zariwala, H., Mainen, Z. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neural+correlates%2C+computation%2C+and+behavioural+impact+of+decision+confidence%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Neural correlates, computation, and behavioural impact of decision confidence.</a> Nature. 455, 227-2231 (2008).</li>
<li>Hahnloser, R. H. R., Kozhevnikov, A. A., Fee, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+ultra-sparse+code+underlies+the+generation+of+neural+sequences+in+a+songbird%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">An ultra-sparse code underlies the generation of neural sequences in a songbird.</a> Nature. 419, 65-70 (2002).</li>
<li>Leonardo, A., Fee, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ensemble+Coding+of+Vocal+Control+in+Birdsong%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Ensemble Coding of Vocal Control in Birdsong.</a> J. Neurosci. 25 (3), 652-661 (2005).</li>
<li>Yamamoto, J., Wilson, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Large-scale+chronically+implantable+precision+motorized+microdrive+array+for+freely+behaving+animals%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Large-scale chronically implantable precision motorized microdrive array for freely behaving animals.</a> J. Neurophysiol. 100 (4), 2430-2440 (2008).</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>Ölveczky, B. P., Otchy, T. M., Goldberg, J. H., Aronov, D., Fee, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Changes+in+the+neural+control+of+a+complex+motor+sequence+during+learning%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurophys%22%5BJournal%5D)">Changes in the neural control of a complex motor sequence during learning.</a> J. Neurophys. 106, 386-397 (2011).</li>
<li>Otchy, T. M., Ölveczky, B. P. Effects of Sensory Experience on the Development and Maintenance of a Motor Program Underlying a Complex Motor Sequence. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aOtchy%2C+TM+%22Soc.+for+Neurosci.+Abstr%22">Soc. for Neurosci. Abstr</a>. , (2011).</li>
<li>Goldberg, J. H., Adler, A., Bergman, H., Fee, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Singing-related+neural+activity+distinguishes+two+putative+pallidal+cell+types+in+the+songbird+basal+ganglia%3A+comparison+to+the+primate+internal+and+external+pallidal+segments%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Singing-related neural activity distinguishes two putative pallidal cell types in the songbird basal ganglia: comparison to the primate internal and external pallidal segments.</a> J. Neurosci. 30 (20), 7088-7098 (2010).</li>
<li>Goldberg, J. H., Fee, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Singing-related+neural+activity+distinguishes+four+classes+of+putative+striatal+neurons+in+the+songbird+basal+ganglia%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurophys%22%5BJournal%5D)">Singing-related neural activity distinguishes four classes of putative striatal neurons in the songbird basal ganglia.</a> J. Neurophys. 103 (4), 2002-2014 (2010).</li>
<li>Venkatachalam, S., Fee, M. S., Kleinfeld, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Miniature+headstage+with+6-channel+drive+and+vacuum-assisted+microwire+implantation+for+chronic+recording+from+neocortex%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci.+Methods%22%5BJournal%5D)">Miniature headstage with 6-channel drive and vacuum-assisted microwire implantation for chronic recording from neocortex.</a> J. Neurosci. Methods. 90, 37-46 (1999).</li>
<li>Shirvalkar, P. R., Shapiro, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Design+and+Construction+of+a+Cost+Effective+Headstage+for+Simultaneous+Neural+Stimulation+and+Recording+in+the+Water+Maze%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Vis.+Exp%22%5BJournal%5D)">Design and Construction of a Cost Effective Headstage for Simultaneous Neural Stimulation and Recording in the Water Maze.</a> J. Vis. Exp. (44), e2155(2010).</li>
</ol>

Geen belangenconflicten verklaard.

Het protocol hier gepresenteerde zal resulteren in een apparaat dat in staat van hoge kwaliteit opnames met minimale bewegingsartefacten alleen als de juiste zorg wordt genomen met de bouw. De passing van de shuttle in het chassis als van groot belang: te strak en het risico van overbelasting van de motor is hoog, te los en het risico van significante bewegingsartefact hoog. Een ideale pasvorm kan de shuttle naar de gehele lengte van de schroefas te reizen zonder kantelen uit positie of klapperen. <p class="jove_con...

<table border="1"&gt;<tbody&gt;<tr&gt;<td<strong&gt; Naam van item</strong</td&gt;<td<strong&gt; Bedrijf</strong</td&gt;<td<strong&gt; Catalogusnummer</strong</td&gt;<td<strong&gt; Opmerkingen</strong</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; Chassis</td&gt;<td&gt; Op maat</td&gt;<td</td&gt;<td&gt; Knippen van PEI</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; Elektrode Shuttle</td&gt;<td&gt; Op maat</td&gt;<td</td&gt;<td&gt; Knippen van PEI</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; Shuttle Tubes</td&gt;<td&gt; Op maat</td&gt;<td</td&gt;<td&gt; Knippen van roestvrij staal</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; Connector</td&gt;<td&gt; Omnetics</td&gt;<td&gt; A7886-001</td&gt;<td&gt; Mates aan A7877-001</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; Motor w / Gearhead</td&gt;<td&gt; Faulhaber</td&gt;<td&gt; 0206-A-001-B-021-47: 1</td&gt;<td</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; Draad Guide</td&gt;<td&gt; Klein materiaal, Inc</td&gt;<td&gt; SWPT-0113-12</td&gt;<td</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; Elektrode Guide</td&gt;<td&gt; Klein materiaal, Inc</td&gt;<td&gt; SWPT-0045-12</td&gt;<td</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; 10MΩ Pt-Ir elektroden</td&gt;<td&gt; Arrays, Inc</td&gt;<td&gt; PI2PT310.0H3</td&gt;<td</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; Platinum Wire</td&gt;<td&gt; AM Systems</td&gt;<td&gt; 772000</td&gt;<td&gt; Voor elektrodedraden</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; Silver Wire</td&gt;<td&gt; AM Systems</td&gt;<td&gt; 786000</td&gt;<td&gt; Voor aardedraad</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; Tungsten Wire</td&gt;<td&gt; AM Systems</td&gt;<td&gt; 797000</td&gt;<td&gt; Voor elektrodepennen</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; Transparantie</td&gt;<td&gt; 3M</td&gt;<td&gt; AF4300</td&gt;<td</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; Torr Seal</td&gt;<td&gt; Varian</td&gt;<td&gt; 9530001</td&gt;<td</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; Kwik-Cast</td&gt;<td&gt; WPI</td&gt;<td&gt; KWIK-CAST</td&gt;<td</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; Cyanoacrylaat</td&gt;<td&gt; Krazy Glue</td&gt;<td&gt; KG517</td&gt;<td</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; Fast-Set Epoxy</td&gt;<td&gt; Hardman</td&gt;<td&gt; 04001</td&gt;<td</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; Lichte minerale olie</td&gt;<td&gt; Sigma</td&gt;<td&gt; M5310</td&gt;<td</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; Chloorloog</td&gt;<td</td&gt;<td</td&gt;<td</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; Zijkniptang</td&gt;<td</td&gt;<td</td&gt;<td</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; Scalpel mesje</td&gt;<td</td&gt;<td</td&gt;<td</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; Forceps</td&gt;<td</td&gt;<td</td&gt;<td</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; Drive jig</td&gt;<td&gt; Op maat</td&gt;<td</td&gt;<td&gt; Epoxy de paring connector om een ​​spuit of stok</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; Kleine Vice</td&gt;<td</td&gt;<td</td&gt;<td</td&gt;</tr&gt;</tbody&gt;</table

ontwerp en montage van een ultra-light gemotoriseerde microdrive voor chronische neurale opnamen in kleine dieren

Design and Assembly of an Ultra-light Motorized Microdrive for Chronic Neural Recordings in Small Animals

De mogelijkheid om chronisch opnemen van populaties van neuronen in vrij gedragen dieren heeft bewezen een waardevol instrument voor het ontleden van de functie van de neurale circuits die ten grondslag liggen een verscheidenheid aan natuurlijke gedrag, met inbegrip van navigatie 1, besluitvorming 2,3, en het genereren van complexe motorische sequenties 4 , 5,6. Vooruitgang in precisiebewerking heeft het mogelijk gemaakt voor de fabricage van lichtgewicht apparaten die geschikt zijn voor chronische opnamen in kleine dieren, zoals muizen en zangvogels. Het vermogen om de elektrode aan te passen met kleine afstand bediende motoren verder toegenomen opbrengst de opname in verschillende contexten gedrag doordat dier handling. 6,7 Hier beschrijven we een protocol bij een ultra-light gemotoriseerd microdrive voor de lange termijn chronische opnamen in kleine dieren te bouwen. Ons ontwerp is ontstaan ​​uit een eerder gepubliceerde versie 7, en is aangepast voor gemakkelijk gebruik en kosten-doeltrefVeness praktischer en toegankelijk voor een breed scala van onderzoekers. Deze beproefde ontwerp 8,9,10,11 maakt fijne positionering van elektrodes op afstand over een bereik van ~ 5 mm en weegt minder dan 750 mg wanneer gemonteerd. We presenteren het complete protocol voor hoe te bouwen en monteren deze stations, met inbegrip van 3D CAD tekeningen voor alle custom Microdrive componenten.

Het ontwerp, de fabricage en assemblage van een ultra-licht gemotoriseerd Microdrive wordt beschreven. Het apparaat biedt een kosteneffectieve en eenvoudig te gebruiken oplossing voor chronische opnames van afzonderlijke eenheden in kleine gedragen dieren.

Ontwerp en Montage van een Ultra-light Gemotoriseerde Microdrive voor Chronische Neurale Opnamen in Kleine Dieren

De mogelijkheid om chronisch registraties uit te voeren bij populaties neuronen in vrij bewegende dieren is een onschatbaar hulpmiddel gebleken voor het ontleden van de functie van ...

Het algemene doel van deze procedure is het assembleren van een ultralichte gemotoriseerde microdrive die geschikt is voor het maken van stabiele extracellulaire opnames bij bewegende kleine dieren. Dit wordt bereikt door eerst de connector en de motor stevig op het chassis te bevestigen. De tweede stap is het vormgeven van de shuttle zodat deze in het chassis past en het bevestigen van de shuttlebuizen.Vervolgens worden de geleidingsbuisjes voor de elektroden geïnstalleerd en worden de registratie-elektroden in de micro-drive geplaatst. Ten slotte worden transparante afdekkingen toegevoegd om de elektroden en bedrading te beschermen tegen onvoorziene beschadiging. Zodra de beschreven micro-drive correct is geassembleerd en geïmplanteerd, kan deze worden gebruikt om gedurende een periode van maximaal 10 weken extracellulaire activiteit te registreren.Onze ontwerp- en assemblageprocedure is in de loop van de tijd geëvolueerd om het gebruiksgemak te maximaliseren en de kosten te minimaliseren, waardoor deze praktischer en toegankelijker is voor een breder scala aan onderzoekers dan veel eerder gepubliceerde versies. Hier wordt een complete micro-drive getoond. Deze bestaat uit verschillende hoofdcomponenten: een chassis dat dient als de bovenstructuur voor de drive, een motor met een fijndraad uitgaande as, een geschroefde shuttle die de elektroden draagt en een elektrisch aansluitpunt biedt, en een noetics-connector, evenals de shuttle-buisjes, elektroden en elektrodegeleidingsbuisjes.De chassis-elektrode-shuttle en de elektrode-shuttlebuizen zijn op maat gemaakte componenten die zijn ontworpen met 3D CAD-software en zijn gefreesd door een lokale precisiebewerkingsbedrijf. Alle overige componenten zijn commercieel verkrijgbaar. Gebruik eerst een zijkniptang om de contactpinnen aan de onderkant van de connector af te knippen.Trim de achterste rij pinnen tot 1,5 millimeter en de voorste rij tot één millimeter, zoals weergegeven op dit schema. Zet vervolgens het chassis voorzichtig vast in een kleine bankschroef met de open holte naar beneden en gebruik cyanoacrylaatlijm om vier stukken polyamidebuis van 15 millimeter aan het chassis te bevestigen, zodat ze vlak liggen met het achteroppervlak van het chassis en parallel aan elkaar zijn georiënteerd, zoals hier getoond. Zodra de cyanoacrylaatlijm droog is, worden de polyamidebuizen op een lengte van ongeveer zes millimeter getrimd en worden de middelste secties verwijderd.De overgebleven buissecties moeten ongeveer drie millimeter vanaf de onderrand van het chassis staan. Gebruik vervolgens epoxy op het chassis om een klein voetstuk voor de connector te maken. Plaats de connector bovenop en breng extra epoxy rondom de connector aan.Het connectoroppervlak moet enkele millimeters boven de polyamidebuizen liggen en parallel lopen aan het chassisoppervlak. Zodra de epoxy volledig is uitgehard, wordt het chassis uit de bankschroef gehaald en overgebracht naar een mal met het voorvlak naar boven gericht. Leid vervolgens de motordraden door het gat in het chassis en schuif de motor in de groef in de basis.Nadat is gecontroleerd of de motor en de aandrijfas parallel aan het chassis lopen en strak tegen de onderkant en zijkant aansluiten, wordt de motor met epoxy aan het chassis bevestigd. Zodra de epoxy is uitgehard, wordt het chassis gedraaid zodat de connector toegankelijk is. Om mechanische spanning op de motor en de draden te verminderen, wordt een kleine hoeveelheid snelhardende epoxy aangebracht op de draden waar ze uit het chassis komen. Daarna worden de dragen op maat gesneden, gestript en gesoldeerd aan de juiste contactpunten op de connector.Test de motor om een soepele rotatie van de as in beide richtingen te garanderen en ga vervolgens over tot het assembleren van de elektrodehouder. Test eerst de passing van de houder door deze voorzichtig op de motoras te schroeven en deze over de volledige lengte van de aandrijfas omhoog en omlaag te bewegen bij een lage snelheid.De shuttle moet nauw aansluiten in het chassis en mag niet klem komen te zitten in de aandrijving, noch mag de motoras stoppen met draaien. Als de shuttle niet soepel over de as beweegt, controleer dan het oppervlak van het chassis en de aandrijfschroef op vuil.Verwijder eventueel vuil met een fijne pincet of perslucht, breng vervolgens een dunne laag minerale olie aan op de schroefdraad en controleer de pasvorm opnieuw. Als de shuttle te strak zit, gebruik dan een pincet en een fijnkorrelige slijpsteen om obstructies aan de zijkant van de shuttle te verwijderen. Zorg ervoor dat het materiaal gelijkmatig wordt verwijderd.Ten slotte, als de schuif los zit, wat blijkt uit kantelen en klapperen tijdens het bewegen, lijm dan een klein stripje transparante folie aan de schuif om de opening tussen de schuif en het chassisoppervlak te vullen. Zodra een passende aansluiting is bereikt, verwijdert u de schuif van de as en drukt u een roestvrijstalen buisje in elk van de vier grote gaten in de schuif; zorg ervoor dat de buisjes gecentreerd zijn op de schuif en dat de uiteinden van alle vier de buisjes gelijk liggen, zoals hier te zien is. Breng een kleine druppel cyanoacrylaatlijm aan op de basis van elk buisje, waarbij u erop let dat de lijm niet op de randen van de schuif of in de buisjes terechtkomt. Zodra de lijm droog is, schroeft u de voltooide elektodeschuif terug op de aandrijfas en brengt u deze geheel naar de basis van de schroefdraad.Snijd 4 stukken polyamidebuis van 25 millimeter lengte om als elektrodegeleiders te gebruiken. Snijd daarnaast vier elektroden in stukken van 40 millimeter om als dummy-elektroden tijdens de assemblage te gebruiken. Schuif elk stuk buis over een dummy-elektrode, zodanig dat de elektrode ongeveer 10 millimeter voorbij het uiteinde van de buis uitsteekt.Plaats nu elke polyamidebuis in het chassis zoals hier getoond. Meng een kleine hoeveelheid quick cast en breng ongeveer twee millimeter onder het bovenste uiteinde van de elektrode aan en laat dit drogen. Verwijder vervolgens de dummy-elektroden en positioneer de vrije uiteinden van de elektrodegeleiders opnieuw, zodat ze een strakke bundel vormen onderaan de aandrijving.Wikkel indien nodig een dunne draad rond de elektroden om ze op hun plaats te houden. Fixeer vervolgens de nieuwe positie met snelhardende gipsverband, zoals hier wordt getoond. Gebruik een scherp scalpel om de geleiders van de elektrodebuis af te knippen op de plaatsen waar ze onder de micro-drive uitsteken.Deze buisjes zullen uiteindelijk de elektroden naar het oppervlak van de hersenen leiden, dus de gekozen lengte hangt af van de anatomie van de implantatieplaats. Snijd vervolgens een gedeelte geïsoleerd platina-draad van 30 millimeter lang af en strip één millimeter isolatie van één uiteinde. Soldeer dit vervolgens aan een van de signaalpinnen op de connector.Buig vervolgens de draad onder de connector en duw deze door een van de kabelgeleidingsbuizen. Trek de draad strak en breng deze naar de geleidingssleuven aan de bovenzijde van het chassis, waarbij de elektodesluis zich aan de bovenzijde van de schacht bevindt. Voeg een elektrode van 25 millimeter in de polyamide buis in en trek deze omhoog door de roestvrijstalen buis.In de shuttle. Positioneer de tip van de elektrode zodanig dat deze gelijk ligt met het onderste uiteinde van de polyamidebuis. Trim vervolgens de elektrode één millimeter boven de shuttlebuis.Gebruik een fijne pincet om de isolatie van de laatste twee millimeter van de elektrode en de laatste twee millimeter van de platina draad te verwijderen. Positioneer de elektrode opnieuw zodat de punt is uitgelijnd met de onderkant van de geleidingsbuizen. Voer vervolgens de platina draad in de shuttlebuis in en fixeer beide door een kort stukje wolfraamdraad van één millimeter in de shuttlebuis te schuiven.Controleer of de elektrode en de draad strak op elkaar aansluiten om zowel een mechanische als een elektrische verbinding te garanderen. Beweeg vervolgens de schuif over de gehele lengte van de aandrijfas om te controleren of deze soepel blijft bewegen. Nadat alle elektroden op dezelfde wijze zijn geïnstalleerd, knip dan een stuk zilverdraad van 30 millimeter lang af om als aardingsdraad te gebruiken.Strip één millimeter isolatie van één uiteinde en soldeer dit aan de aardpen om de wrijving van de elektroden tegen de wanden van de geleidingsbuis te verminderen. Plaats een druppel lichte minerale olie aan het uiteinde van de geleidingsbuizen en laat de capillaire werking de olie in de buizen trekken. Snijd vervolgens een rechthoek van 12 millimeter bij 25 millimeter uit transparante folie en vouw deze in een brede U-vorm.Gebruik lijm om deze kap aan de buitenzijden van het chassis te bevestigen. Snijd vervolgens een rechthoek van 15 millimeter bij zes millimeter uit transparante folie en gebruik cyanoacrylaatlijm om deze rond de connector te bevestigen, waarbij u erop let dat de lange zijde van het stuk transparante folie gelijk loopt met de bovenrand van de connector.Het uiteindelijke apparaat moet er zo uitzien. De volgende afbeeldingen tonen representatieve opnames uit de nucleus robustus van de arch AUM in de actieve zebravisvink. De eerste afbeelding toont single-unit activiteit, opgenomen met een 10 mega platina-iridium elektrode één week na implantatie.De volgende afbeelding toont een opname van dezelfde elektrode als bij de vorige afbeelding, maar dan vastgelegd ongeveer negen weken later. Let op de aanhoudend hoge kwaliteit van de opname door het gebruik van elektroden met een lagere impedantie. Stabiele multi-unit activiteit kan worden geregistreerd.Deze laatste afbeelding toont multi-unit activiteit geregistreerd met een platina elektrode van één megaohm. Zodra de assemblageprocedure onder de knie is, kan een micro-drive in ongeveer vijf uur volledig worden geassembleerd, exclusief de droogtijd van de epoxy bij de eerste constructie. De drive kan echter in minder dan twee uur worden klaargemaakt voor hergebruik.

design-assembly-an-ultra-light-motorized-microdrive-for-chronic

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Neurowetenschap

In dit protocol hebben we laten zien hoe een micro-drive array voor chronisch elektrofysiologische opnames bij ratten fabriceren.

Micro-Array aandrijving voor chronische In vivo Opname: Drive Fabrication

In dit protocol hebben we laten zien hoe fabriceren en voorwaarde tetrodes voor gebruik met een micro-drive array, die werd ontworpen voor chronische elektrofysiologische opnames in ratten. Daarnaast illustreren we de laatste fase van de micro-drive-array constructie, die het installeren van de grond draden en een beschermende kegel bevat.

Micro-Array aandrijving voor chronische In vivo Opname: Tetrode Assembly

Het ontwerp en de assemblage van microdrives in vivo elektrofysiologische opnames van hersenen signalen van de muis beschreven. Door het aanbrengen van micro-elektrode bundels aan stevige driveable dragers, deze technieken zorgen voor langdurige en stabiele neurale opnames. Het lichtgewicht ontwerp zorgt voor onbeperkte gedrags prestaties door het dier volgende station implantatie.

Bouw van Microdrive Arrays voor Chronische Neurale Recordings in Awake Behaving Muizen

Het begrijpen van de neurale substraten van gedrag vereist ensemble-opname van hersencircuits. Vanwege zijn genetische toepasbaarheid, biedt de muis een model voor het dissekeren van circuits en het nabootsen van ziekten. Hier wordt een methode beschreven voor het ontwerpen en fabriceren van geminiaturiseerde sondes die geschikt zijn voor het targeten van diepe hersenstructuren bij de muis.

Ontwerp en de fabricage van Ultralight Gewicht, verstelbare Multi-elektrode Probes voor elektrofysiologische registraties in Muizen

De bouw van een 3D-printbaar hyperdrive presenteren wij met achttien onafhankelijk regelbare schutterijofficieren. De hyperdrive is ontworpen om hersenactiviteit in vrij ratten gedragen over een periode van enkele weken.

Bouw van een verbeterde multi Tetrode Hyperdrive voor grootschalige neurale opname in ratten gedragen

Dit protocol beschrijft de bouw van een hybride Microdrive-array waarmee implantatie van negen onafhankelijk instelbare tetrodes en één instelbare opto-silicium sonde in twee hersengebieden in vrij bewegende muizen mogelijk is. Ook gedemonstreerd is een methode voor het veilig herstellen en hergebruiken van de opto-silicium sonde voor meerdere doeleinden.

Hybride Microdrive systeem met herstelbaar opto-silicium sonde en Tetrode voor Dual-site high density opname in vrij bewegende muizen

Hier beschrijven we een micro-drive-ontwerp, chirurgische implantatieprocedure en postoperatieve herstelstrategie die chronische veld- en single-unit-opnames van meerdere hersengebieden tegelijkertijd mogelijk maken in juveniele en adolescente muizen in een kritisch ontwikkelingsvenster van postnatale dag 20 (p20) tot postnatale dag 60 (p60) en verder.

Een lichtgewicht aandrijfimplantaat voor chronische Tetrode-opnames bij jonge muizen

Het protocol beschrijft de methodologie van extracellulaire opname in de motorische cortex (MC) om extracellulaire elektrofysiologische eigenschappen te onthullen bij vrij bewegende bewuste muizen, evenals de gegevensanalyse van lokale veldpotentialen (LFP's) en spikes, wat nuttig is voor het evalueren van de neurale activiteit van het netwerk die ten grondslag ligt aan interessant gedrag.

Meerkanaals extracellulaire opname in vrij bewegende muizen

Hier introduceren we een lichtgewicht, kosteneffectief sonde-implantaatsysteem voor chronische elektrofysiologie bij knaagdieren, geoptimaliseerd voor gebruiksgemak, sondeherstel, experimentele veelzijdigheid en compatibiliteit met gedrag.

Het DREAM-implantaat: een lichtgewicht, modulair en kosteneffectief implantaatsysteem voor chronische elektrofysiologie bij muizen die zich op het hoofd fixeren en zich vrij gedragen

Een techniek is beschreven voor het implanteren van...

Elektrode Fabrication en Implantatie in Aplysia californica Voor Multi-channel Neurale en gespierd Recordings in Intact, Vrij Behaving Dieren

Leer het ontwerp en de montage van een ultralichte gemotoriseerde microdrive voor chronische neurale opnamen in kleine dieren. Deze methode maakt stabiele, langdurige elektrofysiologische metingen mogelijk.

Ontwerp en Montage van een Ultra-light Gemotoriseerde Microdrive voor Chronische Neurale Opnamen in Kleine Dieren

Meer video's verkennen