Summary
Vi presentiamo un metodo a basso costo di progettare e costruire una luce headstage pre-amplificatore sistema con registrazione simultanea neurali e la capacità di stimolazione. Questo dispositivo può essere impermeabilizzati utilizzare in animali nuoto.
Abstract
Preamplificatori Headstage e seguaci fonte sono comunemente usati per studiare l'attività neuronale in esperimenti di neurofisiologia del comportamento. Disponibili prodotti commerciali sono spesso costosi, non facilmente personalizzabili, e non sommergibile. Qui si descrive un metodo per progettare e costruire un personalizzato, headstage circuito integrato per il controllo simultaneo a 4 canali di registrazione neurali e 2 canali di simulazione in sveglio, gli animali si comportano. Il headstage è stato progettato con un libero, disponibile in commercio CAD di tipo pacchetto di progettazione, e può essere modificato facilmente per ospitare diverse scale (ad esempio per aggiungere canali). A bordo personalizzato circuito stampato è costruito utilizzando resistenze a montaggio superficiale, condensatori e amplificatori operazionali per costruire il guadagno unitario circuito fonte seguace. Il headstage è resistente all'acqua con una combinazione di resina epossidica, parafilm e un mastice gomma sintetica. Abbiamo utilizzato con successo questo dispositivo per registrare potenziali di campo locale e stimolare differenti regioni del cervello simultaneamente attraverso canali indipendenti nei ratti nuotare in un labirinto d'acqua. Il costo totale è di <$ 30/unit e possono essere prodotte facilmente.
Protocol
1. Headstage Progettazione e Realizzazione Panoramica
A compilato headstage pre-amplificatore sistema è costituito dai seguenti componenti:
- Un computer di bordo circuito integrato progettato con quattro canali di registrazione e due canali di stimolazione.
- Elettrodi che trasmettono le registrazioni e canali di stimolazione ai connettori appropriati sul palco testa animali.
- Un cavo di legare e di interfaccia relè che la registrazione e canali di stimolazione ad un collettore ad anelli.
- Due forme di impermeabilizzazione sul palco testa e sul circuito integrato.
2. Progettazione e layout dei Headstage
Abbiamo progettato un circuito stampato integrato con 4 seguaci fonte e 2 passano attraverso canali di stimolazione utilizzando un normale pacchetto di software CAD (www.expresspcb.com). Un headstage è stato progettato, e il design pattern viene affiancata su un foglio più grande del circuito per fornire headstages molti a un costo inferiore. Il file CAD è trasmesso alla scheda a circuito stampato (PCB), servizio di produzione, dove su entrambi i lati, vengono stampate due schede strato utilizzando strati di rame superiore e inferiore con tutti i fori passanti placcati. Le schede utilizzano stagno / piombo saldatura tracce placcati e pastiglie che corrispondono a standard di settore FR-4 laminato. I PCB possono essere ordinati e spediti il giorno lavorativo successivo. Headstages individuali sono tagliati dal grande foglio di piastrelle PCB e componenti elettronici sono collegati con saldatura. Un layout esempio di headstage utilizzati in questo protocollo viene visualizzato (Figura 1). Si prega di consultare il sito Web del produttore per le istruzioni dettagliate e consigli sulla progettazione di un PCB.
3. Preparazione e saldatura di componenti elettronici
Tutti i componenti elettronici utilizzati in questo protocollo sono dei dispositivi a montaggio superficiale (SMD) tipo. L'impronta di ogni tipo di dispositivo (resistenza, capacità, ecc) è stato scelto per ridurre al minimo lo spreco di spazio sul headstage, ma più grande componenti SMD possono essere utilizzati, se necessario.
- Organizza i componenti sul circuito e li prepara per la saldatura.
- Mettere una piccola quantità di saldatura sul stagno / piombo pad da saldare e portare la punta del saldatore vicino a sciogliersi e aderire la saldatura al pad.
- Saldare i primi condensatori, resistenze prossimo, e poi la amplificatori operazionali.
- Il amplificatori operazionali possono essere distrutti dal riscaldamento sopra. Abbiamo usato una pistola di calore variabile saldatura e il più basso calore necessario per fondere la saldatura. Ridurre al minimo il tempo di riscaldamento utilizzato per realizzare una comune buona saldatura. Abbiamo trovato conveniente per creare un piccolo serbatoio di saldatura che si getta nel pad impronta applicando saldatura lungo le tracce di comunicazione o di potere.
- Prova che la resistenza in tutta l'resistenze incontra il valore atteso con un ohmetro.
- Ispezionare ogni pad strettamente per assicurare che nessuna saldatura è di collegare o ponte pad adiacenti. Se c'è un ponte di saldatura, il calore e fondere la saldatura e utilizzare una pinzetta per rompere il ponte.
4. Montaggio e Realizzazione di interfacce e protesi Tether
- Inserire un ipodermico 23 Ga tubi in una delle porte non utilizzate del sistema ABS 9pin presa per il supporto meccanico.
- Tagliate sei 1 pezzi lunghezza cm di isolamento filo magnetico per il collegamento dei pin femmina Amphenol alla presa ABS.
- Saldare i pin femminile al filo magnetico utilizzando una piccola quantità di saldatura in ogni pin, e riscaldando il perno dalla punta.
- Saldare l'altra estremità di ciascun filo magnetico nelle prese ABS.
- Posizionare il maschio - femmina pin MillMax il pad sul lato legare della headstage, e spremere i pin sulla scheda per accertare una misura di pressione. Poi, saldare ogni pin di ogni pad in ordine.
- Posizionare la ghiera sul connettore impianto neurale e spingere tutti i pin femminile nelle fessure desiderata sulla base in plastica.
- Applicare la colla acrilica (krazy colla) alla parte superiore del connettore presa ABS e fissarlo alla base del headstage. Incollare il tubo 23Ga al lato legare della headstage per il supporto.
5. Impermeabilizzazione del Headstage
- Per impermeabilizzare il headstage, racchiudere l'intero circuito integrato e le superfici metalliche esposte con 5 epossidica minuto. Lasciare 5-10 minuti per l'asciugatura iniziale, e 60 minuti per l'asciugatura permanente.
- Tack gomma pane dovrebbe essere applicato sulla superficie del pin 9 ABS presa intorno al pin femmina sporgano animale.
- Massima per l'impermeabilizzazione, la presa e la spina ABS ABS dovrebbero essere accoppiati e la ghiera deve essere serrato. Una piccola striscia di parafilm deve essere avvolto intorno l'interfaccia per impedire all'acqua di contatto con i connettori pin.
I segreti del successo
- Durante la saldatura amplificatore operazionale non surriscaldare il pacchetto di plastica. Se ciè in fiamme visibile o di fusione, rimuovere l'op-amp e sostituirla. L'applicazione di calore eccessivo può danneggiare l'amplificatore operazionale senza sciogliersi visibile. Test di ogni canale con un generatore di funzione dopo la saldatura.
- Assicurarsi che non vi sono collegamenti randagi o ponti saldatura sul headstage. Stoppino saldatura può essere usato per rimuovere i componenti o randagi saldare.
6. Rappresentante Risultati
Una buona registrazione seguirà un segnale sorgente in ingresso senza tagliare dentro e fuori durante il movimento. Per testare la headstage, l'utente deve utilizzare un generatore di funzioni come input per ogni pin di registrazione e valutare le forme d'onda al termine di intestazione uscita Mill max. Spostamento fisico della headstage non dovrebbe influenzare la forma di forme d'onda registrate.
Figura 1. (A) Rappresentazione schematica dello strato superiore del circuito stampato (PCB). Linee rosse indicano le tracce di rame. Linee gialle indicano opzionale strato di serigrafia per il posizionamento di componenti elettronici. Vengono mostrati il posizionamento amplificatore operazionale (centrale quadrato giallo), resistenze (piccoli quadrati gialli) e condensatori (il più piccolo quadrato giallo). (B) Rappresentazione schematica dello strato inferiore del PCB. Linee verdi indicano le tracce di rame. Ampio spazio verde riempito rappresenta piastra di terra. Un file modello di questo schema è previsto per il download.
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Discussion
Acqua labirinto le attività sulla base del comportamento di fornire strumenti efficaci per sondare le capacità cognitive degli animali 'e le rappresentazioni in tempo reale 1. L'uso di leggera ed economica preamplificatori headstage efficace è particolarmente critica in neurofisiologia del comportamento delle applicazioni che coinvolgono il labirinto d'acqua. Perché scappare l'acqua fredda fornisce la motivazione intrinseca per gli animali a tali mansioni, il loro comportamento può essere verificato con prove ripetute senza le difficoltà di motivare animali labirinti asciutto. Il basso costo preamplificatore headstage dispositivo qui descritto permetterà agli scienziati di verificare le ipotesi della funzione neuronale in compiti d'acqua senza la preoccupazione di danneggiare attrezzature costose.
Questo protocollo è pensato per servire come punto di partenza per la progettazione headstage personalizzati. Lo schema fornito è facilmente adattabile ad includere più di registrazione o canali di stimolazione e può essere scalata secondo i desideri dello sperimentatore. In particolare, incorporando commerciali messe a punto pin, si può costruire headstages che può accoppiarsi con le schede di interfaccia elettrodo disponibili in commercio. Anche se l'esempio fornito in questo protocollo fornisce un guadagno fonte dell'unità seguenti su ogni canale, il lettore interessato può regolare questa amplificazione modificando la configurazione delle resistenze e condensatori (vedi 2 per una revisione dettagliata dei sistemi di acquisizione dati).
Sebbene le tecniche relative a impianto e il posizionamento di elettrodi vanno oltre gli scopi di questo articolo, abbiamo utilizzato la seguente configurazione di registrare da elettrodi di profondità fissa (Shirvalkar et al. In corso di stampa, 2010). Ulteriori dettagli su come creare e impiantare elettrodi mobili per la registrazione cronica può essere trovato qui: 3.
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Disclosures
Nessun conflitto di interessi dichiarati.
Acknowledgments
Vorremmo riconoscere Riceberg Justin per l'assistenza tecnica nella verifica della headstage. Questo lavoro è stato sostenuto in parte dai National Institutes of sovvenzioni Salute MH65658, MH073689, e F30 AG034003-01A1, e il Mount Sinai School of Medicine.
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).
