Summary
Biz, eş zamanlı sinir kayıt ve stimülasyon yeteneği ile bir ışık headstage, ön-amplifikatör sistemi tasarım ve inşa etmek için düşük maliyetli bir yöntem sunmaktadır. Bu cihaz, yüzme hayvanlarda kullanılmak üzere su geçirmez olabilir.
Abstract
Headstage preamplisi ve kaynak takipçileri genellikle davranışsal nörofizyoloji deneyler sinirsel aktivite eğitimi için kullanılır. Mevcut ticari ürünler dalgıç genellikle kolayca özelleştirilebilir değil, pahalı değil. Burada uyanık davranmak hayvanların aynı anda 4-kanal nöral kayıt ve 2-kanal simülasyon için özelleştirilmiş, bir entegre devre headstage, tasarım ve inşa etmek için bir yöntem açıklanmaktadır. Headstage, ücretsiz, piyasada mevcut CAD-tipi tasarım paketi kullanılarak tasarlanmış, farklı ölçeklerde (örneğin kanal eklemek için) karşılamak için kolaylıkla değiştirilebilir. Özelleştirilmiş bir baskılı devre kartı, birlik kazanç kaynağı takipçisi devresi oluşturmak için yüzeye monte dirençler, kapasitörler ve operasyonel amplifikatörler kullanılarak inşa edilmiştir. Headstage, su geçirmez, epoksi, parafilm ve sentetik kauçuk macun bir kombinasyonu ile yapılır. Biz başarıyla yerel alan potansiyelleri kayıt ve bağımsız bir su labirenti yüzme sıçanlarda kanalları ile aynı anda farklı beyin bölgeleri teşvik etmek için bu cihaz var. Toplam maliyet <$ 30/unit ve kolayca imal edilebilir.
Protocol
1. Headstage Tasarımı ve Üretimi Genel Bakış
Tamamlanmış bir headstage, ön-amplifikatör sistemi aşağıdaki bileşenlerden oluşur:
- Bir bilgisayar, kayıt ve stimülasyon iki kanal dört kanal entegre devre kartı tasarlanmıştır.
- Hayvanların baş sahnede uygun konnektörlere kayıtları ve stimülasyon kanalları röle elektrotlar.
- Bir halata kablosu ve arayüz bir slip-ring komütatör kayıt ve stimülasyon kanalları röleleri.
- İki baş sahnede ve entegre devre su yalıtım oluşturur.
2. Headstage Tasarım ve Düzen
Biz piyasada satılan bir yazılım CAD paketi (www.expresspcb.com) kullanılarak stimülasyon kanallar aracılığıyla 4 kaynak takipçileri ve 2 pass ile basılı bir entegre devre kartı tasarlanmıştır. Headstage tasarlanmış ve tasarım deseni, düşük bir maliyetle çok headstages sağlamak için devre kartının daha büyük bir levha boyunca döşenir. CAD dosyası, iki kat panoları, çift taraflı baskılı, üst ve alt bakır katmanları ile kaplanmış tüm delikleri kullanarak baskılı devre kartı (PCB) üretim hizmeti iletilir. Kurulları kalay / kurşun endüstri standardı FR-4 laminat karşılık lehim kaplama izleri ve pedler. PCB sipariş ve bir sonraki iş günü sevk edilebilir. Bireysel headstages büyük kiremit PCB safihadan kesilmiş ve elektronik bileşenlerin lehim ile bağlantılıdır. Bu protokolde kullanılan headstage bir örnek düzeni (Şekil 1). Lütfen bir PCB tasarımı hakkında ayrıntılı talimatlar ve ipuçları için üreticinin web sitesine bakın.
3. Elektronik Bileşenler hazırlanması ve Lehimleme
Bu protokolde kullanılan tüm elektronik bileşenler, yüzeye monte (SMD) tipi. Ayak izi (direnç, kondansatör, vb) her bir aygıt türü headstage israf alanı en aza indirmek için seçildi, ancak gerekirse daha büyük SMD komponentler kullanılıyor olabilir.
- Devre kartı bileşenleri organize etmek ve lehim için onları hazırlamak.
- Lehimli ve lehim eritebilir ve pad uyması havyanızla yakın ucu getirmek için lehim kalay / kurşun pad üzerinde küçük bir miktar koyun.
- Sonraki Lehim kapasitörler birinci, dirençler, ve ardından operasyonel amplifikatörler.
- Op-amp Aşırı ısıtma ile yok edilebilir. Biz bir değişken ısı lehim tabancası, lehim eritmek için gerekli en düşük ısı kullanılır. Iyi bir lehim yapmak için kullanılan ısıtma süresini en aza indirmek. Biz, iletişim ya da güç izleri boyunca lehim uygulayarak ayak izi pad akar lehim küçük bir rezervuar oluşturmak için uygun bulundu.
- Dirençler karşısında direnci bir ohmmetre kullanarak beklenen değer uygun olduğunu test edin.
- Hiç lehim bitişik pedleri bağlanması veya köprü olduğunu sağlamak için her ped yakından inceleyin. Bir lehim köprüsü, ısı ve lehim eritmek ve köprü kırmak için bir cımbız kullanın yoksa.
4. İmplant ve Tether Arayüzleri Montaj ve İmalat
- 23 Ga derialtı boru 9pin ABS soketi mekanik destek için kullanılmayan portların birine yerleştirin.
- ABS soketi kadın Amphenol pimleri bağlamak için yalıtılmış manyetik tel altı 1 cm uzunluğunda parçalar kesin.
- Lehim kadın her noktasındaki küçük bir miktar lehim kullanarak manyetik tel iğne, ve ucundan pin ısıtarak.
- ABS yuvalarına her manyetik tel Lehim diğer ucunu.
- Erkek Pozisyon - kadın MillMax headstage halata tarafında pedleri üzerinde iğne ve PCB üzerinde bir baskı uyum sağlamak için pimleri sıkmak. Sonra sırayla her ped lehim her pin.
- Nöral implant bağlayıcı üzerinden halka somun plastik taban üzerine istenilen yuvaların içine yerleştirin ve tüm kadın pimleri itmek.
- Akrilik yapıştırıcı (tutkal krazy) ABS soket konnektörü üstüne sürün ve headstage tabanına güvenli. Destek için headstage halata tarafına Tutkal 23Ga tüp.
5. Su Yalıtım headstage
- Headstage için su geçirmez, tüm entegre devre ve 5 dakikalık epoksi ile herhangi bir açık metal yüzeyler örtmek. İlk kurutma için kalıcı kurutma için 5-10 dakika ve 60 dakika bekleyin.
- Kadın pimleri etrafında hayvan sonundan itibaren çıkıntılı yüzey 9 pin ABS soketi Poster Tack macun uygulanmalıdır.
- Maksimum su geçirmezlik, ABS soketi ve ABS fiş evlendirilen ve halka somun sıkılmalıdır. Parafilm küçük bir şerit pin konnektörler temas suyu önlemek için arayüz sarılı olmalıdır.
Başarı sırları
- Işlemsel kuvvetlendirici lehim, plastik ambalaj ısınmasına yok. Eğer oradagörünür yanma veya erime, op-amp çıkarın ve değiştirin. Çok fazla ısı uygulayarak görünür erimeden op-amp zarar verebilir. Lehim sonra bir fonksiyon jeneratörü ile her kanal sınayın.
- Headstage hiçbir sokak bağlantıları veya lehim köprüler olmadığından emin olun. Lehim fitili bileşenleri kaldırmak veya lehim sokak kullanılabilir.
6. Temsilcisi Sonuçlar
İyi bir kayıt hareketi sırasında içinde ve dışında kesmeden bir giriş kaynağı sinyalini takip eder. Headstage test etmek için, kullanıcının bir fonksiyon jeneratörü, her kayıt pin için bir giriş olarak kullanmak ve Mill Max başlık çıkış dalga şekilleri değerlendirmek gerekir. Headstage Fiziksel hareket kaydedilen dalga şekilleri şekil etkisi olmamalıdır.
Şekil 1. (A) üst katman baskılı devre kartı (PCB) şematik görünümü. Kırmızı çizgiler bakır izleri göstermektedir. Sarı çizgiler elektronik parçalar konumlandırma için isteğe bağlı olarak serigrafi katmanı göstermektedir. Operasyonel amplifikatör yerleştirme (merkez sarı kare), dirençler (küçük sarı kareler) ve kapasitörler (küçük sarı kareler) (B) alt katman PCB şematik görünümü Yeşil çizgiler bakır izlerini göstermektedir gösterilir. Büyük yeşil doldurulmuş alanın zemin plaka temsil eder. Bu şematik bir model dosyasını indirmek için sağlanır.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Su labirenti temelli davranışçı görevleri gerçek zamanlı 1 hayvanların bilişsel yetenekleri ve temsilcilikleri yoklamak için etkili araçlar sağlar. , Hafif ve uygun maliyetli headstage preamplisi kullanımı, su labirenti içeren davranışsal nörofizyoloji uygulamalarda özellikle kritik. Soğuk su kaçan hayvanlar için bu görevleri içsel motivasyon sağlar, çünkü onların davranışlarını motive kuru labirentine hayvanların zorluklar olmadan tekrarlanan çalışmalarda test edilebilir. Burada açıklanan düşük maliyetli headstage preamplifikatör cihazı, bilim adamları, zararlı pahalı ekipman endişe duymadan su görevleri sinir fonksiyon hipotezleri test etmek için izin verecektir.
Bu protokol, özel headstage tasarımı için bir başlangıç noktası olarak hizmet etmek anlamına gelir. Sağlanan şematik daha fazla kayıt veya stimülasyon kanalları kolayca uyarlanabilir ve deneyci, arzularına göre ölçeklendirilebilir. Özellikle, ticari pin konnektör kurulumları içeren bir piyasada bulunan elektrot arayüzü kurulları ile arkadaşı headstages inşa edebilirsiniz. Bu protokolde verilen örnekte her kanalda takip birlik kazanç kaynağı sağlıyor olsa da, ilgilenen okuyucu dirençler ve kapasitörler (veri toplama sistemleri ayrıntılı bir inceleme için 2 bakınız) yapılandırma değiştirerek bu amplifikasyon ayarlayabilirsiniz.
Elektrot implantasyonu ve konumlandırma ile ilgili teknikler, bu makalenin kapsamı dışında olmasına rağmen, sabit bir derinliğe elektrotlar kaydetmek için aşağıdaki kurulum (Shirvalkar ve ark. Tuşuna basın, 2010) . Kronik kayıt için hareketli elektrotlar kurmak ve implant nasıl daha fazla bilgi burada bulunabilir: 3 .
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Çıkar çatışması ilan etti.
Acknowledgments
Biz headstage, test teknik yardım için Justin Riceberg kabul etmek istiyorum. Bu çalışma Ulusal Sağlık Hibeler MH65658, MH073689 Enstitüleri, ve F30 AG034003-01A1 ve Mount Sinai Tıp Okulu tarafından kısmen desteklenmiştir.
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).
