Проектирование, изготовление и монтаж ультра-легкой моторизованной Microdrive описано. Устройство представляет собой экономически эффективное и простое в использовании решение для хронических записи одной единицы в себя небольшие животные.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
Проектирование и монтаж Сверхлегкий моторизованная Microdrive при хронических нейронных Recordings у мелких животных
В этой статье
Краткое содержание
Аннотация
Возможность записи с хроническими популяции нейронов в свободное поведение животных оказалось бесценным инструментом для рассечения функции нейронных цепей, лежащих в основе разнообразных природных форм поведения, включая навигацию 1, 2,3 принятия решений, а также создание сложных последовательностей двигателя 4 , 5,6. Достижения в области прецизионной обработки позволило для изготовления легких устройств, пригодных для хронических записи в мелких животных, таких как мыши и певчих птиц. Возможность регулировать положение электрода с небольшой дистанционно управляемый двигатель еще больше увеличил доходность записи в различных поведенческих контекстов, уменьшая животных обращения. 6,7
Здесь мы опишем протокол построить ультра-легких моторизованных Microdrive для долгосрочных хронических записи в мелких животных. Наш проект превратился из ранее опубликованной версии 7, и была адаптирована для простоты в использовании и экономически дает эффектВенесс быть более практичными и доступными для широкого круга исследователей. Это проверенная конструкция 8,9,10,11 позволяет осуществлять тонкую, удаленное расположение электродов в диапазоне ~ 5 мм и весит менее 750 мг в полностью собранном виде. Мы приводим полный протокол о том, как построить и собрать эти диски, включая 3D CAD чертежей для всех пользовательских компонентов Microdrive.
Протокол
1. Обзор компонентов
- Полный Microdrive состоит из нескольких основных компонентов (рис. 1): шасси, которое служит в качестве надстройки для привода, двигателя с мелко резьбовых выходного вала, резьбовые шаттл, который несет в себе электроды и дает точку электрического соединения, и Omnetics (или эквивалент) разъем.
- Шасси, электрод трансфер, и трубы электродом трансфер до пользовательских компонентов, которые были разработаны с 3D САПР (SolidWorks) и были изготовлены местными машинист точностью. Все остальные компоненты имеются в продаже.
- Шасси и трансфер изготовлены из легкого полиэфиримид (PEI), в то время как трубы электродом шатл нарезанные по размеру на токарном станке из труб из нержавеющей стали подкожных (0,0293 "OD х 0,00975" ID). Хотя эти компоненты могут быть вырезаны из других материалов, мы обнаружили, что PEI и нержавеющей стали имеют право балансе обрабатываемость, прочность и весвосемь для нашего приложения.
- Чтобы собрать диск, контроллер двигателя, способного вращаться низкого постоянного напряжения шагового двигателя, не требуется. Мы используем собственное решение на основе трехфазного двигателя драйвер IC (Faulhaber BLD05002 можно получить у производителя) в сочетании с IC таймер, который обеспечивает ввод временного шага. Разнообразные вне готовых решений, также доступны (например, Faulhaber MCBL05002 или Sutter Instruments MP-285).
2. Drive Подготовка шасси и Ассамблеи
- С тонкой бокорез, отделка контактных штырьков на дне Omnetics (или эквивалент) разъем - 1,5 мм для заднего ряда, 1 мм для переднего ряда (рис. 2A). Для повышения прочности эпоксидной связь между шасси привод и разъем используется скальпель шероховатой задней поверхности обоих компонентов.
- Использование скальпеля, вырезать четыре 15 мм разделы полиимида трубки (0,0113 "ID х 0,0133" OD) для использования в качестве провода гуIDE. Осторожно обеспечения шасси в небольших тисках с открытой полостью вниз (рис. 2В). Используйте цианакрилатного клей для крепления труб полиимида к шасси. Они должны лежать на одном уровне с задней поверхностью корпуса и ориентированы параллельно друг другу, как показано на рисунке 2B.
- После высыхания, обрезки труб полиимид примерно 6 мм в длину и удаления отходов разделов. Остальные трубы должна быть приблизительно 3 мм от нижнего края корпуса.
- Для обеспечения надлежащего оформления для спаривания с headstage или кабеля, разъем должен быть установлен на несколько миллиметров выше полиимида труб и быть параллельно с шасси поверхности (рис. 2В). Используйте эпоксидный (Torr Seal) построить небольшой пьедестал для соединителя, поместите его на вершине с коротким рядом контакты верхних и добавить больше эпоксидной вокруг разъема. Не продолжайте, пока эпоксидная полностью вылечить.
- Снимите шасси с вице-передачекондуктор, который позволяет для подключения к контроллеру двигателя (то есть, в нашем случае, это джиг просто жесткий стержень с ответными Omnetics разъем, прикрепленной к одному концу) и сориентироваться с передней поверхностью диска вверх. Руководство двигателя провода через отверстие в корпусе и сдвиньте двигатель в паз в основании. Двигателя и приводного вала должна быть параллельна шасси и подходит ожидающий от нижней и боковой.
- Эпоксидная двигателя на шасси, стараясь не препятствовали ни вала или пространство, в котором электроды будут установлены (см. Тор печать размещение в рис. 4). Разрешить эпоксидной вылечить.
- Поверните корпус так, что разъем доступны. Для поддержки двигателя провода и предотвратить случайные поломки, добавить небольшую каплю быстрого набора эпоксидной проводов, где они выходят из шасси. Trim, полоса, и припаять провода к соответствующим контактам на разъеме (рис. 2A). Проверьте двигательобеспечения плавного вращения вала в обоих направлениях.
3. Ассамблея электродов Трансфер
- Чтобы свести к минимуму возможность движения вызванного артефактов в записи, важно, чтобы электрод трансфер подходят ожидающий в шасси. Проверьте посадку шаттла на многопоточность его на вал двигателя и запуска его вверх и вниз по всей длине вала на низкой скорости. Будьте осторожны, чтобы не заклинить трансфер в приводе и, следовательно, более-затяжки мотор-это очень легко повредить пластиковые редуктора на данном этапе. Если ранее вращающийся вал двигателя перестает поворота, редуктор может быть поврежден.
- Если трансфер не работать бесперебойно в шахту, осмотреть шасси поверхности и ходовой винт для мусора. Удалите с тонкой щипцы или сжатым воздухом, покрыть потоков в некоторых светлых нефтепродуктов и перепроверять трансфер нужным.
- Если трансфер слишком сильно, используйте щипцы и штраф точильный камень зерна, чтобы удалить препятствия материал сюдам стороне шаттла. Позаботьтесь, чтобы удалить материал равномерно.
- Если трансфер слишком свободно, что она наклоняется и болтает во время путешествий, клей небольшая полоска прозрачная пленка на трансфер, чтобы заполнить пробел между ним и поверхностью корпуса.
- Как только трансфер был правильно вписать, удалить трансфер из вала и нажмите одну из труб из нержавеющей стали трансфер в каждом из четырех больших отверстий в шаттл. Каждая из них должна быть сосредоточена на трансфер с концами все четыре флеш трубы (рис. 3). Закрепите их с небольшой каплей клея цианакрилатного применяется к основанию трубки. Будьте очень осторожны, чтобы не допустить клей, чтобы по краям трансфер или в трубах.
- Пропустите завершена электрода трансфер обратно на вал привода и довести его вплоть до основания резьбы.
4. Труба Руководство и установке электродов
- Вырезать четыре длиной 25 мм разделы полиимида Тубинаг (0,0045 "ID х 0,006" OD) для использования в качестве электродов гидов. Кроме того, вырезать четыре электрода до 40 мм разделов для использования в качестве манекена электроды, которые будет проводить руководство труб в положении во время сборки. (Заметим, что эти фиктивные электроды для сборки и не будет использоваться для записи, так что вы можете повторно использовать одни и те же для каждой сборки.) Вставьте каждую секцию трубы на на фиктивные электроды таким образом, что электрод распространяется ~ 10 мм за Конец трубки.
- Организовать каждого из полиимида труб в шасси, как показано на рисунке 4а. Это приведет к концам электродов руководства, вплотную друг с другом и выравнивание основания вала двигателя, распорных из к электроду трансфер и противоположных концах, сходящихся в нижней части привода. Смешайте небольшое количество Kwik-Cast и применять примерно на 2 мм ниже верхнего конца электрода гидов. Дайте высохнуть.
- Удалить манекен электродов и переместить свободные концы электродов ведет такуючто они образуют плотную расслоение в нижней части привода. Это может быть полезно использовать тонкую проволоку, чтобы держать их в месте временного (рис. 4В). Закрепите новую должность с более Kwik-Cast. Дайте высохнуть.
- С острым скальпелем, обрезать электроды направляющих труб, где они выходят за пределы нижней части Microdrive. При имплантации этих труб будет вести электродами из нижней части диска (опираясь на черепе) к поверхности мозга. Таким образом, длина, при которой трубы должны быть обрезаны зависит от анатомии имплантации (рис. 5). Для певчих птиц, это примерно 1,5 мм.
- Для подключения электродов с разъемом, нарезать длиной 30 мм изолированный раздел платиновой проволоки (0,003 "диам.), А полоса 1 мм изоляции с одного конца. Припаяйте его к одному из сигнала контактов на разъеме. Согнуть проволоку под разъем и нажмите на нее через одну из труб проводник. Вытяните провод насмешки и оберните его вокруг направляющего паза в тОн верхней части корпуса.
- С ножницами или кусачками штрафа, вырезать электрода до ~ 25 мм в длину. Позаботьтесь, чтобы сделать это, не сгибая электродов или повреждения наконечника, если либо происходят, электроды не могут быть использованы. С электродом трансфер сейчас в верхней части вала, вставить электрод в полиимидных трубки и потяните его вверх через трубки из нержавеющей стали в шаттл. Расположите его таким образом, чтобы кончик электрода находится на одном уровне с нижним концом полиимида трубку. Обрежьте электрод 1 мм над трансфер трубку.
- С прекрасным набором щипцов, снимите изоляцию от последних 2 мм от электрода и последние 2 мм платиновой проволоки. Расположите электрод в трансфера трубку, вставить платиновую проволоку в трубу, и прикрепить их вместе, сдвинув короткие 1 мм раздел из вольфрамовой проволоки (0,008 "АСВ) в трубку. Это должно быть плотное прилегание, что обеспечит как механическое и электрическое соединение между электродом и провода (рис.3).
- Запуск шаттла вверх и вниз по длине приводного вала для обеспечения непрерывного движения.
- Повторите 4.5-4.8, пока все электроды были установлены.
- Вырезать 30 мм длинный участок серебряной проволоки (0,005 "АСВ) для использования в качестве заземляющего провода. Газа 1 мм изоляции с одного конца и припаять к заземлением.
5. Окончательная сборка и предварительная подготовка Имплантация
- Для уменьшения трения электродов с направляющей трубы, заполнить направляющих труб с легким минеральным маслом. Капиллярное действие достаточно, чтобы заполнить трубы из капли масла помещается на одном конце.
- Для создания защитной крышки для двигателя и электродов, сократить 12 мм х 25 мм прямоугольник прозрачности и сложить ее в широкую U-образную форму. Используйте цианакрилатного склеить крышку на внешней поверхности корпуса (рис. 6). Вырезать 15 мм х 6 мм прямоугольник прозрачности и использовать цианакрилатного приклеить ее вокруг разъема. Для предотвращения помехENCE с разъемом, длинные края прозрачность должна быть на одном уровне с верхним краем разъема.
- До имплантации, стерилизации электродов и направляющих труб за счет снижения расширенный электроды в 10:01 DI воды гипохлоритом натрия в течение 10 мин. Затем тщательно промыть стерильной водой.
- Джиг аналогичный тому, который используется в шаге 2.5 может быть использован для хранения Microdrive в стереотаксического манипулятора во время имплантации.
6. Представитель Результаты
Этот протокол требует около 5 часов практического время сборки с дополнительными 6-8 часа перемежаются для эпоксидной смолы и клея, чтобы высохнуть. Однако, как только Microdrive была собрана в первый раз, он может быть подготовлен для повторного использования (например, электроды, трубы электродом руководство, и электрод проводов может быть заменен) менее чем за 2 часа. Качество и характер записей получали по этому протоколу, конечно, быть частично зависит отЗапись цель, выбор электродов, а любая обработка выполняется на headstage или дальше вверх по течению от Microdrive. Это в стороне, можно получить стабильные записи из себя животное за время службы более десяти недель. Примеры записи одного блока от надежных ядра archistriatum (РА) в себя певчей птицы показано на рисунке 7А; многоквартирных деятельности из того же региона показано на рисунке 7В.
Рисунок 1. 3D-модель собрана моторизованных Microdrive. Microdrive состоит из нескольких основных компонентов: (i) шасси, (II) двигатель с резьбовым выходным валом, (III) электродом трансфер, (IV) труб трансфер, (V) электроды, (VI) труб электрод руководство, и (VII ) разъем.
Рисунок 2.)Модель и схема соединений для разъема. Мотор проводов: В, I, л. Электроды провода: C, D, E, F. Провод заземления: к. Все остальные контакты доступны для вспомогательных приборов. B) Фото разъема крепится к шасси с торр уплотнение эпоксидной смолы. Обратите внимание на положение обеих разъем и основной трубы проводника. Цианакрилатного клей держит направляющих труб в положении сохнет ясный и, таким образом, не видны на изображении.
Рисунок 3. Сборки электродов трансфер.
Рисунок 4.) Электродом направляющих труб расположены в шасси до применения Kwik-Cast. B) Для того, чтобы выйти из электродов в нижней части диска параллельно, довести нижний конец направляющей трубки в комплекте плотный перед добавлением последней капли Kwik-Cast.
Рисунок 5. Суммы, которую труб электрод руководство выходит за пределы нижней части диска определяется анатомией имплантации. Диаграмма иллюстрирует аспекты, которые важны для определения длины направляющей трубы. Для имплантации в певчей птицы, 1,5 мм является достаточным.
Рисунок 6. Закончил моторизованных Microdrive с защитными крышками прилагается.
Рисунок 7. Представитель записи с надежным ядром archistriatum (РА) в себя зеброй зяблик. A) единичной деятельности, записанные с 10МОм платины и иридия электродов. Top: например, запись, сделанная через неделю после имплантации. Внизу: например, запись с тем же электродом, как указано выше, девять недель спустя. B) Multi-единицы деятельности, записанные с 1МОм платиновыми электродами. Нажмите, чтобы увеличить показатель .
Дополнительные файлы: шасси, трансфер, и электрод трубы были разработаны с SolidWorks 2010 САПР. Эти части файлы предоставляются как в собственность (*. Sldprt) и независимость от поставщика (*. IGES) форматы и размеры, рабочие чертежи представлены в формате PDF.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Обсуждение
Протокол, представленные здесь приведет устройство, способное высококачественные записи с минимальными артефактами движения только при надлежащем уходе берется строительства. Подгонка трансфер в шасси, если решающее значение: слишком плотный и риск перегрузки двигателя высока, слишком свободный и риск значительных артефактов движения высокая. Идеально подходит позволит трансфер путешествовать по всей длине резьбовой вал без наклона из положения или вибрации.
Выбор записи электродов менее важ...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Раскрытие информации
Нет конфликта интересов объявлены.
Благодарности
Эта работа была поддержана Эстер и Иосиф Klingenstein фонда, McKnight Endowment Fund, и NINDS 1R01NS066408-01A1.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Материалы
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Название пункта О компании Номер по каталогу Комментарии | |||
| Шасси | Пользовательских | Вырезать из PEI | |
| Электрода Трансфер | Пользовательских | Вырезать из PEI | |
| Трубы Трансфер | Пользовательских | Вырезать из нержавеющей стали | |
| Разъем | Omnetics | A7886-001 | Mates, чтобы A7877-001 |
| Motor ж / Gearhead | Faulhaber | 0206--001-B-021-47: 1 | |
| Проводника | Мелкие детали, Inc | SWPT-0113-12 | |
| Электрода руководство | Мелкие детали, Inc | SWPT-0045-12 | |
| 10 МОм Pt-Ir электродов | Микрозонды, Inc | PI2PT310.0H3 | |
| Платиновой проволоки | AM системы | 772000 | Для электродных проволок |
| Серебряной проволоки | AM системы | 786000 | Для провода заземления |
| Вольфрамовой проволоки | AM системы | 797000 | Для контакта электрода |
| Transparency | 3M | AF4300 | |
| Тор печать | Varian | 9530001 | |
| Kwik-Cast | WPI | Kwik-CAST | |
| Цианакрилатный | Krazy Glue | KG517 | |
| Fast-Set эпоксидные | Hardman | 04001 | |
| Светлых нефтепродуктов | Sigma | M5310 | |
| Хлор отбеливатель | |||
| Бокорез | |||
| Лезвие скальпеля | |||
| Щипцы | |||
| Drive джиг | Пользовательских | Эпоксидные ответный разъем для шприца или палкой | |
| Малый Вице |
Ссылки
- O'Keefe, J., Dostrovsky, J. The hippocampus as a spatial map. Brain Research. 34, 171-175 (1971).
- 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).
- Kepecs, A., Uchida, N., Zariwala, H., Mainen, Z. F. Neural correlates, computation, and behavioural impact of decision confidence. Nature. 455, 227-2231 (2008).
- Hahnloser, R. H. R., Kozhevnikov, A. A., Fee, M. S. An ultra-sparse code underlies the generation of neural sequences in a songbird. Nature. 419, 65-70 (2002).
- Leonardo, A., Fee, M. S. Ensemble Coding of Vocal Control in Birdsong. J. Neurosci. 25 (3), 652-661 (2005).
- Yamamoto, J., Wilson, M. A. Large-scale chronically implantable precision motorized microdrive array for freely behaving animals. J. Neurophysiol. 100 (4), 2430-2440 (2008).
- Fee, M. S., Leonardo, A. Miniature motorized microdrive and commutator system for chronic neural recording in small animals. J. Neurosci. Methods. 112, 83-94 (2001).
- Ölveczky, B. P., Otchy, T. M., Goldberg, J. H., Aronov, D., Fee, M. S. Changes in the neural control of a complex motor sequence during learning. J. Neurophys. 106, 386-397 (2011).
- Otchy, T. M., Ölveczky, B. P. Effects of Sensory Experience on the Development and Maintenance of a Motor Program Underlying a Complex Motor Sequence. Soc. for Neurosci. Abstr. , (2011).
- Goldberg, J. H., Adler, A., Bergman, H., Fee, M. S. Singing-related neural activity distinguishes two putative pallidal cell types in the songbird basal ganglia: comparison to the primate internal and external pallidal segments. J. Neurosci. 30 (20), 7088-7098 (2010).
- Goldberg, J. H., Fee, M. S. Singing-related neural activity distinguishes four classes of putative striatal neurons in the songbird basal ganglia. J. Neurophys. 103 (4), 2002-2014 (2010).
- Venkatachalam, S., Fee, M. S., Kleinfeld, D. Miniature headstage with 6-channel drive and vacuum-assisted microwire implantation for chronic recording from neocortex. J. Neurosci. Methods. 90, 37-46 (1999).
- Shirvalkar, P. R., Shapiro, M. L. Design and Construction of a Cost Effective Headstage for Simultaneous Neural Stimulation and Recording in the Water Maze. J. Vis. Exp. (44), e2155(2010).
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Перепечатки и разрешения
