Summary
我们提出了一个低成本的方法，设计和建造神经同时记录和刺激的能力光探头前置放大器系统。该设备可以在游泳动物使用防水。
Abstract
常用的探头前置放大器和源追随者行为神经生理学实验研究的神经活动。可用的商业产品往往价格昂贵，不容易定制，而不是潜水。在这里，我们描述了一个方法来设计和构建一个定制的集成电路探头同步4通道神经清醒，动物行为的记录和2通道模拟。探头的设计使用一个免费的，市售的CAD式的设计包，可以很容易被修改，以适应不同规模的（例如，添加频道）。一个定制的印刷电路板采用表面贴装电阻，电容和运算放大器，建设单位增益源极跟随电路。探头防水，环氧树脂，封口膜和合成橡胶腻子的组合。我们已经成功地使用此设备记录本地的外地的潜力和刺激不同的大脑区域，同时通过独立的大鼠在水迷宫游泳渠道。总成本是<$ 30/unit和随时可以制造。
Protocol
1。探头的设计与制作概述
一个完成探头前置放大器系统由以下几部分组成组成：
- 一个电脑设计的集成电路板，四通道记录和两个通道的刺激。
- 中继的录音和刺激渠道，以适当的连接器上的动物头阶段的电极。
- 系绳的电缆和接口，继电器记录和刺激渠道，一个滑环换向器。
- 两种形式的头部阶段，对集成电路的防水。
2。探头的设计和布局
我们设计有4个来源的追随者，并通过使用一个商用软件CAD软件包（www.expresspcb.com）的刺激通道2通过印刷集成电路板。一个探头设计，设计模式是平铺整个表较大的电路板，以较低的成本提供很多的探头。 CAD文件传送到印刷电路板（PCB）制造服务，双面，双层板印刷使用镀通孔的顶部和底部的铜层。该板使用了锡/铅焊料镀的痕迹和垫，符合行业标准的FR - 4层压板。印刷电路板可以订购和发货的下一个营业日。个人的探头被切断，从大的瓷砖的PCB和电子元件与焊料连接。例如一个在本议定书中所使用的探头布局（图1）所示。请参阅详细的说明和提示设计PCB制造商的网站。
3。电子元件的制备与焊接
在本议定书中所使用的所有电子元件的表面贴装器件（SMD）型。每个设备类型的足迹（电阻，电容等）被选上的探头，以尽量减少浪费的空间，但如有必要，可用于较大的SMD元件。
- 组织上的电路板组件的焊接做准备。
- 广场上的锡/铅垫少量的焊锡进行焊接，使烙铁靠近尖端的焊锡融化，坚持垫。
- 焊接电容器，电阻器下，然后运算放大器。
- 运算放大器可以被摧毁过热。我们使用一个变量的热焊枪和必要的最低热量融化的焊料。最大限度地减少加热时间用来做一个良好的焊点。我们发现它方便地创建一个小型水库的焊料流动的足迹垫申请焊料沿通信或电力的痕迹。
- 测试整个电阻的电阻符合预期值，用欧姆表。
- 检查每个密切合作，以确保没有焊料连接或桥接相邻的垫垫。如果有焊接桥，热和融化的焊料和使用镊子打破桥梁。
4。大会和制作的植入和系绳接口
- 机械支持的9针，ABS插座未使用的端口插入了23 Ga的皮下管。
- 切割女性安费诺引脚连接到ABS插座绝缘电磁线6个1厘米的长片。
- 女性引脚焊锡的使用少量的焊锡，在每一个引脚的电磁线，从尖端加热引脚。
- 焊接成的ABS插座的每个磁线的另一端。
- 位置的男性 - 超过女性MillMax系绳上的探头侧垫脚，挤在PCB的引脚，以确保压力适合。然后，每个引脚的焊锡垫，以每个。
- 神经植入连接器的环形螺母的位置，和所有的女性引脚推入所需的塑料底座上的插槽。
- 丙烯酸胶（胶krazy）适用于ABS插座连接器的顶部，并确保它的探头基地。 23Ga管胶的支持探头系绳端。
5。防水探头
- 防水探头，包住整个集成电路和5分钟的环氧任何裸露的金属表面。允许初步干燥，永久干燥5-10分钟和60分钟。
- 海报德腻子应适用于从动物端凸出的女性引脚周围表面的9针ABS插座。
- 最大的防水，ABS插座和ABS插头应交配和环形螺母应拧紧。应缠接触针连接器的接口，以防止水的封口膜小条。
成功的秘诀
- 运算放大器的焊接时，没有过热的塑料封装。如果有可见的燃烧或熔化，删除运算放大器，取代它。应用过多的热量，可能会损坏，无可见融化的运算放大器。测试焊接后的每一个函数发生器的通道。
- 确保没有流浪的探头连接或桥接。删除组件或流浪焊料，锡丝可用于。
6。代表性的成果
一个良好的记录将按照在运动过程中在不削减和输入信号源。为了测试探头，用户应使用函数发生器作为每个记录引脚的输入，并评估在工厂的最大头的输出端的波形。物理移动的探头不应该影响记录的波形的形状。
图1。 （一）印刷电路板（PCB）的顶层的示意图。红色线表示的铜线。黄线表示可选丝印层，电子零件的定位。显示运算放大器放置（中央黄色正方形），电阻器（小黄平方）和电容器（最小的黄色方格），（二 ）绿线示意图PCB底层 。，表明铜线。大片绿色的填充区域，地板块。这个原理的一个模型文件提供下载。
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Discussion
水迷宫行为的任务提供有效的工具，探头实时 1动物的认知能力和交涉。使用重量轻，成本效益探头前置放大器，尤其是涉及水迷宫行为神经生理学应用的关键。因为逃避冷水，提供对这些任务中的动物的内在动力，其行为可以在反复试验测试，没有干迷宫动物激励的困难。这里描述的低成本探头前置放大器设备将帮助科学家测试，而不需要担心损坏昂贵的设备在水任务的神经功能的假说。
该协议是作为一个定制的探头设计的出发点。提供的原理图是很容易适应，包括更多的记录或刺激渠道和可缩放根据实验者的愿望。 ，特别是纳入商业针连接器的设置，可以建立与市售电极接口板的探头，可以交配。虽然在本议定书中所提供的例子，下面的每个通道上提供单位增益源，感兴趣的读者可以通过改变电阻器和电容器（请参阅有关的数据采集系统的详细审查2）的配置调整放大。
虽然电极植入和定位相关的技术超出了本文的范围，我们已经使用以下设置固定的深部电极（Shirvalkar等记录 。出版社，2010年） 。如何建立和动产电极植入慢性录音的进一步细节，可以在这里找到： 3。
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Disclosures
没有利益冲突的声明。
Acknowledgments
我们要感谢贾斯汀Riceberg测试探头的技术援助。这项工作是支持部分由美国国立卫生赠款MH65658，MH073689 F30 AG034003 - 01A1和西奈山医学院。
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Custom designed Integrated Circuit Board | ExpressPCB.com | Custom | 2 layer double sided PCB |
| Surface mount Resistors | Mouser Electronics | RK73B1JTTDD156J | 1/10 W, 15 M Ohm 0603, Thick film |
| SMD Capacitors | Newark Inc | 0402YD104KAT2A | 0.1 uF (0402) |
| SMD Operational Amplifier (quad FET) | Mouser Electronics | 595-TLC2274AIPW | Quad FET - low noise |
| 9 pin ABS socket | Ginder Scientific | GS09SKT-220 | For animal connection |
| 9-pin ABS Plug | Ginder Scientific | GS09PLG-220 | To be implanted in animal |
| Black Delrin Ring Nut | Ginder Scientific | GS09BDN-220 | |
| Black Delrin Cap Nut | Ginder Scientific | GS09BDC-220 | For protecting animal’s implant |
| Amphenol pins (male) | Ginder Scientific | 220-P02 | |
| Amphenol pins (female) | Ginder Scientific | 220-S02 | |
| 5-minute epoxy | Devcon Inc. | S-208 / 20845 | |
| Poster Tack Putty | Elmer’s | 026000015318 | |
| Rosin Core Solder | Radio Shack | 64-009 | |
| Soldering Iron | Weller | Pyropen WSTA6 | (adjustable heat) |
| Metal tweezers | Fine Science Tools | Size 5 | |
| Parafilm sheets | American National Can | Parafilm 4" x 250’ | |
| Magnet wire | Belden | 8052 | Enamel Coated |
| Ammeter/ Multimeter | Fluke Biomedical | 77 Multimeter | |
| Millmax Double Row Headers | Mill-Max | 575 - 002101 | 0.05" |
| Solder Wick | Chemtronics | 7-10L | 0.75 in. |
References
- Morris, R. G., Garrud, P., Rawlins, J. N., O'Keefe, J. Place navigation impaired in rats with hippocampal lesions. Nature. 297, 681-683 (1982).
- Rolston, J. D., Gross, R. E., Potter, S. M. A low-cost multielectrode system for data acquisition enabling real-time closed-loop processing with rapid recovery from stimulation artifacts. Front. Neuroengineering. 2, 12-12 (2009).
- 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).
- Shirvalkar, P. R., Rapp, P. R., Shapiro, M. L. Bidirectional changes to hippocampal theta gamma oscillations predict memory for recent spatial episodes. Proc Natl Acad Sci U S A. 107 (15), 7054-709 (2010).
