Concepção e Construção de um Headstage Custo Efetivo de Estimulação Neural Simultânea e Gravação no labirinto aquático

Este vídeo demonstra um procedimento para construir um sistema de pré-amplificador de estágio principal, que simultaneamente registra e estimula eletrodos crônicos e implantados em animais acordados que se comportam. Primeiro, uma placa de circuito impresso é projetada para um palco principal com um número direcionado de canais de gravação e estimulação. Dois exemplos de circuitos seguidores de fonte são mostrados.

Os componentes eletrônicos são então vendidos para a placa de circuito e os conectores do cabeçote e do cabo de amarração são construídos para fornecer uma interface entre o cabeçote e o implante do animal. Sem conexões soltas no sistema, registros confiáveis de potencial de campo local podem ser obtidos do hipocampo de ratos. A principal vantagem dessa técnica sobre os métodos existentes, como a compra de um sistema amplificador de estágio principal disponível comercialmente, é que esse método pode ser milhares de dólares mais barato e facilmente personalizado para experimentos específicos de estimulação e gravação.

Como esse método permite a gravação e estimulação simultâneas do cérebro em comportamento, ele pode ajudar a identificar e controlar os mecanismos neurais da cognição. Por sua vez, esses métodos podem ajudar a melhorar a função e tratar distúrbios cerebrais nas pessoas. O sistema de pré-amplificador de estágio principal de baixo custo apresentado neste vídeo permite gravação e estimulação neural simultâneas e pode ser à prova d'água para uso com animais nadadores.

Um sistema completo consiste nos seguintes componentes, uma placa de circuito integrado projetada por computador com quatro canais de gravação e dois canais de estimulação. Os pinos de ouro retransmitem sinais cerebrais para o estágio principal e sinais de estimulação para o cérebro por meio de conectores separados no estágio principal do animal. Um cabo de amarração e um conector retransmitem os canais de gravação e estimulação através de um comutador de anel deslizante para uma estação de trabalho de fisiologia computadorizada.

Existem duas formas de impermeabilização no estágio principal e no circuito integrado. Agora vamos dar uma olhada no design e layout do estágio principal usando um pacote CAD de software disponível comercialmente. Uma placa de circuito integrado impressa com quatro seguidores de fonte de ganho de unidade e dois canais de estimulação de passagem é projetada Primeiro, crie almofadas de conexão em ambos os lados para os conectores de pinos na conexão de amarração e animal.

Um amplificador operacional quad FET pode aceitar até quatro canais de entrada positiva negativa. São necessárias duas linhas de energia, cada uma das quais pode ser conectada ao fogo terrestre. 0,1 micro capacitores ferre para evitar possíveis oscilações induzidas nos amplificadores operacionais.

Para fazer um circuito amplificador de ganho unitário, direcione o sinal para a entrada positiva do amplificador operacional e, em seguida, conecte a saída de volta à entrada inversora. Em seguida, adicione resistores de 10 mega ohms em série com a entrada positiva para aterrar os canais de estimulação. Coloque os traços de passagem conectando as saídas às entradas usando VS.To guiar os traços para a outra camada do mandrilamento e vice-versa.

Finalmente, crie uma grande placa de aterramento na camada traseira para conectar todas as vias que significam o solo. A placa de aterramento deve ser conectada ao pino de aterramento, ao lado da corda e do animal. Um único estágio principal é projetado e o padrão de design é colocado lado a lado em uma folha maior de placa de circuito para fornecer muitos estágios principais a um custo menor.

O arquivo CAD é transmitido para o serviço de fabricação de placas de circuito impresso, onde placas de duas camadas de dupla face são impressas usando camadas de cobre superior e inferior com todos os orifícios revestidos através das placas. Use chumbo estanho, traços banhados a energia solar e almofadas que correspondam aos laminados FR four padrão da indústria. Os estágios individuais do cabeçote são cortados da grande folha de PCB lado a lado e os componentes eletrônicos são conectados com energia solar.

Agora vamos ver como conectar os componentes eletrônicos. Comece os preparativos para a soldagem de componentes eletrônicos organizando os componentes na placa de circuito para prepará-los para a soldagem. Coloque uma pequena quantidade de vendido na almofada de chumbo de estanho a ser soldada e aproxime a ponta do ferro soldado para derreter em um cervo.

O soldado para o soldado da almofada os capacitores primeiro resistores em seguida, e depois os amplificadores operacionais. Porque os amplificadores operacionais podem ser destruídos por superaquecimento é uma arma de soldado de calor variável e o menor calor necessário para derreter o soldado. É melhor minimizar o tempo de aquecimento usado para fazer uma boa junta de soldado.

Achamos conveniente criar um pequeno reservatório ou soldado que flua para a plataforma de pegada aplicando soldado ao longo dos traços de comunicação ou energia. Agora use um medidor O para testar se a resistência entre os resistores atende ao valor esperado. Inspecione cada almofada de perto para garantir que nenhum soldado esteja conectando ou conectando almofadas adjacentes.

Se houver uma ponte de soldado aqui para derreter o soldado e usar uma pinça para quebrar a ponte. Agora vamos ver como montar e fabricar interfaces de tether. Primeiro, insira um pedaço de tubo hipodérmico de calibre 19 em uma das portas não utilizadas do soquete A BS de nove pinos para suporte mecânico.

Corte seis pedaços de fio magnético isolado de dois centímetros de comprimento para conectar os pinos fêmea e fenol ao soquete A BS. Agora, usando uma pequena quantidade de ombro em cada pino, aqueça o pino da ponta para o ombro dos pinos fêmea para o fio magnético. Posicione os pinos de milax macho e fêmea sobre as almofadas no lado da amarração do estágio principal e aperte os pinos sobre o PCB para garantir um ajuste de pressão.

Em seguida, vendeu cada pino para cada bloco em ordem. Em seguida, posicione a porca sobre o conector do implante neural e empurre todos os pinos fêmeas nas ranhuras desejadas na base de plástico. Aplique cola acrílica na parte superior do conector do soquete A BS e prenda-o na base do cabeçote stage.

Por fim, cole o tubo de calibre 19 no lado da amarração do estágio principal para suporte. Agora vamos ver como impermeabilizar o estágio principal para impermeabilizar o estágio principal no caso de todo o circuito integrado e quaisquer superfícies metálicas expostas com epóxi de cinco minutos. Aguarde de cinco a 10 minutos para a cura inicial e 60 minutos para a cura permanente.

Aplique massa pós-ataque na superfície dos nove pinos um soquete BS ao redor dos pinos fêmeas que se projetam da extremidade do animal. Para impermeabilização máxima, o soquete A BS e um plugue BS devem ser acoplados e a porca deve ser apertada. Enrole uma pequena tira de filme para ao redor da interface para evitar que a água entre em contato com os conectores dos pinos.

Agora mostraremos alguns resultados representativos mostrados aqui. Como exemplo de uma gravação bem-sucedida. Uma boa gravação seguirá um sinal da fonte de entrada sem cortar dentro e fora durante o movimento.

Para uma boa referência sobre eletrofisiologia ou LFPS, consulte a citação dois. Ao passar uma corrente por um canal de entrada específico, o usuário deve garantir que não haja diafonia do sinal em canais adjacentes. Isso pode ser feito passando o sinal por cada canal e testando a saída de todos os outros canais.

Se houver diafonia entre canais, consulte o artigo de referência três para obter sugestões úteis. O usuário pode desejar que o estágio da cabeça seja posicionado plano na cabeça do animal ou com canais adicionais. Fabricamos com sucesso esses estágios de cabeça com canais e configurações adicionais Uma vez dominados.

Essa técnica pode ser feita em linha de montagem para construir vários estágios principais ao mesmo tempo, para que possamos estabelecer a replicabilidade e fornecer um backup rápido para estágios principais danificados. Este procedimento pode ser usado em combinação com outros métodos, como infusão de drogas direcionadas ou estimulação optogenética para investigar como diferentes neurotransmissores e neuromoduladores contribuem para os mecanismos cerebrais da memória. E usamos essa combinação de técnicas para registrar e modificar os ritmos cerebrais no hipocampo do rato, o que previu o desempenho da memória.