Summary
Nós apresentamos um método de baixo custo para projetar e construir uma luz headstage sistema de pré-amplificador com a gravação simultânea e capacidade neural estimulação. Este dispositivo pode ser impermeabilizado para uso em animais de natação.
Abstract
Amplificadores Headstage e seguidores fonte são comumente usados para estudar a atividade neural em experimentos comportamentais neurofisiologia. Disponíveis produtos comerciais são geralmente caros, não é facilmente personalizado, e não submersível. Aqui nós descrevemos um método para projetar e construir um personalizado, headstage circuito integrado para gravação de 4 canais simultâneos neural e 2 canais de simulação em vigília, os animais se comportando. O headstage é projetado usando um livre, pacote de design CAD disponíveis comercialmente tipo, e pode ser modificada facilmente para acomodar diferentes escalas (por exemplo, para adicionar canais). Uma placa de circuito impresso personalizado é construído usando resistores de montagem em superfície, condensadores e amplificadores operacionais para construir a unidade ganho do circuito seguidor de fonte. O headstage é feita à prova de água com uma combinação de epóxi, parafilme e uma massa de borracha sintética. Temos utilizado com sucesso este dispositivo para registrar potenciais de campo locais e estimular diferentes regiões do cérebro simultaneamente, através de canais independentes em ratos nadando em um labirinto de água. O custo total é <$ 30/unit e podem ser fabricados facilmente.
Protocol
1. Projeto Headstage e Visão geral Fabricação
A conclusão headstage sistema de pré-amplificador é composto dos seguintes componentes:
- Um computador projetado placa de circuito integrado com quatro canais de gravação e dois canais de estimulação.
- Eletrodos que transmitem as gravações e os canais de estimulação para os conectores apropriados no palco cabeça animais.
- Um cabo de corda e de interface que transmite a gravação e canais de estimulação para um comutador de anéis.
- Duas formas de impermeabilização no palco cabeça e no circuito integrado.
2. Design e layout do Headstage
Nós projetamos uma placa de circuito impresso integrado com quatro seguidores fonte e 2 passam por canais de estimulação usando um software de CAD comercialmente disponíveis pacote (www.expresspcb.com). Um headstage é projetado, eo padrão de design é lado a lado em uma folha maior de placas de circuito para fornecer headstages muitos a um custo menor. O arquivo CAD é transmitido para a placa de circuito impresso (PCB) de serviços de manufatura, onde dois lados, duas placas de camada são impressos usando camadas de cobre superior e inferior com todos os furos metalizados passar. As placas usam estanho / chumbo traços banhado e almofadas que correspondem ao padrão da indústria laminado FR-4. O PCB pode ser encomendado e enviado no dia útil seguinte. Headstages individuais são cortados da folha PCB grandes azulejos e componentes eletrônicos estão ligados com solda. Um layout de exemplo do headstage utilizado neste protocolo é mostrada (Figura 1). Consulte o site do fabricante para obter instruções detalhadas e dicas sobre concepção de um PCB.
3. Preparação e soldagem de componentes eletrônicos
Todos os componentes eletrônicos usados neste protocolo são do Monte Tipo de dispositivo de superfície (SMD). A pegada de cada tipo de dispositivo (resistor capacitor, etc) foi escolhido para minimizar o espaço perdido no headstage, mas maiores componentes SMD pode ser usado se for necessário.
- Organize seus componentes na placa de circuito e prepará-los para a soldagem.
- Coloque uma pequena quantidade de solda no bloco de estanho / chumbo a ser soldada e trazer a ponta do ferro de solda perto de derreter e aderir a solda para a plataforma.
- Soldar os capacitores em primeiro lugar, resistores seguinte, e então os amplificadores operacionais.
- O op-amps podem ser destruídas por aquecimento mais. Nós usamos uma pistola de calor variável de solda e o menor calor necessário para derreter a solda. Minimizar o tempo de aquecimento usado para fazer uma solda bem. Achamos conveniente criar um pequeno reservatório de solda que flui para o bloco de pegada, aplicando solda ao longo dos traços de comunicação ou de energia.
- Teste que a resistência em toda a sua resistores atende o valor esperado usando um ohmímetro.
- Inspecionar cada bloco de perto para garantir que nenhuma solda é ligar ou ponte blocos adjacentes. Se há uma ponte de solda, aquecer e derreter a solda e usar uma pinça para quebrar a ponte.
4. Montagem e fabricação de Interfaces de Implantes e Tether
- Inserir um tubo de 23 Ga hipodérmica em uma das portas não utilizadas do ABS 9 pinos soquete para suporte mecânico.
- Corte seis pedaços 1 cm de comprimento de fios magnéticos isolados para conectar os pinos fêmea amphenol à tomada de ABS.
- Soldar os pinos fêmea para o fio magnético usando uma pequena quantidade de solda em cada pino, e pelo aquecimento do pino da ponta.
- Final da solda outros de cada fio magnético nas tomadas ABS.
- Posição do masculino - feminino pinos MillMax sobre as almofadas do lado da corda headstage, e apertar os pinos sobre o PCB para assegurar um ajuste de pressão. Então, cada pino de solda para cada bloco em ordem.
- A posição da porca sobre o conector implante neural e empurrar todos os pinos do sexo feminino nas ranhuras desejado na base de plástico.
- Aplique cola de acrílico (krazy cola) para o topo do conector do soquete ABS e segura-lo para a base do headstage. Cola o tubo de 23Ga para o lado da corda headstage de apoio.
5. Impermeabilização do Headstage
- Para headstage a prova d'água, envolvem todo o circuito integrado e todas as superfícies metálicas expostas com 5 minutos de epóxi. Permitir 5-10 minutos para a secagem inicial, e 60 minutos para a secagem permanente.
- Putty Tack pôster deve ser aplicada à superfície do 9 pinos ABS em torno da tomada de pinos salientes do sexo feminino a partir do final animal.
- Para impermeabilização máxima, o soquete ABS e plug-ABS deve ser acoplado ea porca deve ser apertada. A pequena faixa de parafilme deve ser envolvido em torno da interface para evitar que a água entre em contato com os conectores de pinos.
Segredos para o Sucesso
- Ao soldar o amplificador operacional, não sobreaquecer o pacote de plástico. Se houverestá queimando visível ou derreter, retire a op-amp e substituí-lo. Aplicação de calor demasiado pode danificar o amplificador operacional sem derreter visível. Teste cada canal com um gerador de função após a soldagem.
- Certifique-se que não há conexões perdidas ou pontes de solda na headstage. Pavio de solda pode ser usado para remover componentes ou vadios solda.
6. Resultados representante
Uma gravação boa seguirá um sinal de fonte de entrada sem cortar para dentro e para fora durante o movimento. Para testar a headstage, o usuário deve usar um gerador de função como uma entrada para cada pino de gravação e avaliar as formas de onda no final de saída Moinho Max cabeçalho. Do movimento físico do headstage não deve influenciar a forma de onda gravada.
Figura 1. (A) Representação esquemática da camada superior da placa de circuito impresso (PCB). Linhas vermelhas indicam os traços de cobre. As linhas amarelas indicam camada de silkscreen opcional para posicionamento de peças eletrônicas. Mostrados são a colocação amplificador operacional (central quadrado amarelo), resistores (menor quadrados amarelos) e capacitores (menor quadrados amarelos). (B) Representação esquemática da camada inferior do PCB. Linhas verdes indicam traços de cobre. Grande área verde cheia representa placa de terra. Um arquivo modelo deste esquema é fornecido para download.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Água labirinto baseado tarefas comportamentais fornecer ferramentas eficazes para investigar as habilidades dos animais cognitivas e representações em tempo real 1. O uso de pouco peso e custo amplificadores headstage eficaz é especialmente crítico em aplicações envolvendo o comportamento neurofisiologia labirinto de água. Porque escapar da água fria fornece a motivação intrínseca para os animais nestas tarefas, o seu comportamento pode ser testado em ensaios repetidos sem as dificuldades de motivar animais em labirintos seco. O dispositivo pré-amplificador de baixo custo headstage aqui descrito permitirá aos cientistas para testar hipóteses da função neural em tarefas de água sem a preocupação de danificar equipamentos caros.
Este protocolo é utilizado para servir como ponto de partida para o projeto headstage personalizado. O esquema fornecido é facilmente adaptável para incluir mais canais de gravação ou de estimulação e pode ser redimensionada de acordo com os desejos do experimentador. Em particular, mediante a incorporação de setups conector pin comercial, pode-se construir headstages que podem acasalar com placas de interface disponíveis comercialmente eletrodo. Embora o exemplo fornecido neste protocolo fornece fonte de ganho unitário a seguir em cada canal, o leitor interessado pode ajustar esta amplificação, alterando a configuração de resistores e capacitores (veja 2 para uma revisão detalhada dos sistemas de aquisição de dados).
Embora as técnicas relacionadas com implante de eletrodos e posicionamento estão fora do escopo deste artigo, usamos a seguinte configuração para gravar a partir de eletrodos de profundidade fixo (Shirvalkar et al. In press, 2010). Mais detalhes de como construir e implantar eletrodos móvel para gravação crônica pode ser encontrada aqui: 3.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Não há conflitos de interesse declarados.
Acknowledgments
Gostaríamos de agradecer Riceberg Justin para assistência técnica nos testes da headstage. Este trabalho foi financiado em parte pelo National Institutes of Grants Saúde MH65658, MH073689 e F30 AG034003-01A1, eo 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).
