Abstract
마우스, 뮤스의 musculus의 생리 학적 연구의 수는, 마이크로 해부 및 질병 모델링 대상으로 유전 적 방법의 성장을 병렬, 최근 급증을 경험하고있다. optogenetics의 도입은, 예를 들어, 전례가없는 시간 해상도에서 유전자 식별 뉴런의 양방향 조작 할 수있었습니다. 이러한 도구 활용 및 뇌의 미세 회로 사이의 역동적 인 상호 작용에 대한 통찰력을 얻으려면, 그것은 하나가 모두 머리를 고정하고 자유롭게 행동 준비에 깊은이 작은 설치류의 뇌에서 뉴런의 앙상블에서 기록 할 수있는 능력을 가지고하는 것이 필수적이다. 깊은 구조와 별개의 세포 층에서 기록하려면 원하는 뇌 영역으로 전극의 정확한 발전을 할 수있는 준비가 필요합니다. 신경 앙상블을 기록하기 위해서는, 각각의 전극은 neighb을 남기고 각 셀을 해결하기 위해 실험을 가능하게 독립적으로 이동 가능하게 할 필요가있다or 연산 전극 방해받지. 자유롭게 행동 마우스에 두 가지를 모두 수행하려면, 가볍고 탄력, 특정 뇌 구조를 대상으로 고도로 사용자 정의 할 수 있습니다 전극 드라이브가 필요합니다.
개별적으로 정의하고 쉽게 시중에서 판매하는 부품으로 조립 아르 마이크로 드라이브 전극 배열을 설계하고 소형, 초경량 무게를 제조하는 기술이 제공된다. 이 장치는 쉽게 확장하고 구조가 표적이되고 사용자 정의 할 수 있습니다; 그것은 자연적인 행동을하는 동안 자유롭게 행동 동물에서 시상과 대뇌 피질의 영역에서 기록하기 위해 성공적으로 사용되어왔다.
Introduction
뮤스의 musculus 신속 유전자 식별 뉴런의 마이크로 수준의 해부와 인간의 질병의 마우스 모델을 연구에 관심이 생리에 대한 선택의 동물 모델이 때문에 유전 취급 용이성에있다. 예를 들어, optogenetic 및 화학 유전 액츄에이터 등의 원인 유전자 도구, 최근 도입 experimentalists 행동 1-4에서 확인 된 신경 회로의 필요성과 충분 성을 테스트 할 수있다. 재조합 유전자 변형 마우스 드라이버 라인 (Cre 호텔 라인)의 넓은 가용성은이 실험 5 마우스의 값을 추가, 신경 세포 아형을 대상으로하는 실험 용이성을 증폭하고있다.
마찬가지로, 스크린 및 유전 일반적인 신경 및 정신 장애의 게놈 넓은 협회 뇌 질환 6,7 유전 위험 인자의 식별을 용이하게했다. 성장과 함께 이러한 발전,유전자 조작 생쥐에서 유전자 공학을위한 도구 상자, 그것은 인간의 질병을 모델링에 대한 선택의 유기체 만들었습니다. 질병 모델과 인과 유전 툴 조합 뇌 질병을 이해하고 중재 회로 레벨 타겟을 식별하기위한 전례없는 기회를 제공한다.
완전히 이러한 분자 도구를 활용하고 건강과 질병에서 마이크로 기능에 대한 통찰력을 얻으려면, 그것은 두뇌 활동의 생리 학적 판독 값과 함께 몇 가지를 필수적이다. 이상적으로, 실험은 단일 셀 해상도를 유지하면서, 뉴런의 큰 수를 모니터링 할 수있을 것이다. 자유롭게 행동 동물 세포, 다중 전극 녹음 같은 기회를 제공한다; 그러나, 마우스에서이 기술의 사용이 제한되어왔다. 작은 타겟 (예를 들면, 해마 CA1 층)에서 기록하려면, 가변 전극의 사용은 다음과 같은 기록 surgic 전극의 작은 움직임 등 필요알 주입 불가능한 기록 8,9 안정성을 유지할 수 있도록. 전통적으로, 마우스를 사용할 때 뇌 내의 전극 중량 제한을 부과 이동 채용 한 방법은,이 유기체의 동작과 뉴런의 다수의 쌍은 기록에 도전하기.
여기에서, 방법은 개별적으로 optogenetics 호환 표적이되고 뇌 영역에 사용자 정의 할 수 있습니다 소형, 초경량, 미세 전극 배열을 제조 도입하고, 쉽게 시중에서 판매하는 부품으로 조립. 다중 전극 "하이퍼 드라이브"의 각 "마이크로 드라이브는"나사에서 토크를 상쇄 할 수있는 하이퍼 드라이브를 본체에 내장 된 전극과 플라스틱 레일을 진행하는 스프링과 나사 메커니즘을 활용합니다. 우선, 3 차원 CAD 인쇄 프로그램에 하이퍼 드라이브기구와 마이크로 드라이브를 설계하는 과정에 대하여 설명한다. 사용자 정의 아르 하이퍼 드라이브의 몸을 디자인하여구체적인 구조에 대해, 그것의 타겟팅 정확성을 증가시키고, 상기 제조의 수율을 증가시킬 수있다. 둘째로, 제조 공정은 다중 전극 배열이 시판 부분에서 손으로 조립되는 것을 특징으로 세부 설명한다. 이 기술은 자연 먹이를 찾아 다니는 및 조작 적 작업 동안 자유롭게 행동 동물의 해마, 시상과 피질 뉴런의 앙상블 기록, 성공적으로 사용되어왔다.
Protocol
1 디자인 의도
- 전자 마우스 뇌 아틀라스의 시상 섹션을 스크롤하여 선택 (측면 geniculate 핵 (LGN, 시각 시상))의 뇌 영역을 확인합니다.
- A / P의 좌표에서 (-2.3 - -2.7 mm), LGN은 넓은입니다. 드라이브의 하단 (바닥 편)를 설계하는이 영역을 사용합니다.
NOTE : 8 독립적으로 가동 전극의 총 LGN을 타겟팅하는데 사용될 수있다 (4-6 전극는 LGN으로 할 것, 2-4 전극 주입 오류,도 1a를 상쇄하기 위해 첨가된다). - 솔리드 웍스에서 전면 평면 설계 본체 (그림 1B)의 스케치를 그립니다. 같이 드라이브베이스, 핸들 및 폴리 아미드 반 슬롯 윤곽을 포함하는 스케치를 그리는 직선과 곡선의 조합을 사용해서 스케치를 클릭하십시오. 윤곽이 열려있는 틈이 없는지 확인합니다. 그런 다음 스케치 종료를 클릭합니다.
- 다음으로, 전면과 오른쪽면을 모두 선택하고 "크레아을 클릭테 축 ". 다음에, 윤곽 강조 청색 스케치 (도 1b)를 360 ° 회전시킴으로써 3D 설계 바디 모델을 생성한다. 기능 메뉴에서 "회전 된 보스 /베이스"를 클릭합니다. 혁명의 축으로 중간 선을 선택합니다. 매개 변수 섹션에서 지시에 따라 블라인드를 클릭 한, 그리고 각도에서 360.00 ℃,을 선택합니다. 선택한 윤곽 섹션에서 파란색 컨투어 선택한 하나입니다 강조 있는지 확인합니다.
- 빨간색 회전에 의해 한 폴리이 미드 반 슬롯을 만들기 윤곽 13 ° (그림 1C, 왼쪽 상단)을 강조했다. 단계 각도 지정을 제외하고 위의 1.4에 동일
- 하나의 드라이브를 만들기 녹색 윤곽선 15 ° (그림 1C, 오른쪽 상단)을 회전에 의해 처리합니다.
- 원형 패턴 기능 (그림 1C, 왼쪽 아래)를 사용하여 두 번째 드라이브 핸들을 만듭니다. 기능 메뉴에서 "원형 패턴"을 클릭합니다. 매개 변수에서, 혁명의 축으로 중간 선을 선택합니다. 하나를 선택인스턴스들의 개수와 각도, 및도 2와 같은 DEG 80.00. 첫째 핸들이 "패턴에 기능"선택되어 있는지 확인합니다.
- 십육 폴리이 미드 만들기 원형 패턴 기능 (그림 1C, 왼쪽 아래)를 사용하여 반 슬롯. 1.7 유사한 동작을 수행하지만, "패턴에 특징"로 첫번째 폴리이 미드 반 슬롯을 선택합니다. 각도는 22.5 °이며, 인스턴스의 수는 16 (:이 횟수로 나눈 단지 360 °이다하면 패턴 특징에 원하는 주) 아르
- 폴리이 미드 콘센트를 그릴에 새로운 평면을 만듭니다. 기본 메뉴에서 "삽입"를 클릭하여이 작업을 얻을 수 있습니다. 폴리이 미드 반 슬롯의 양면을 선택 "참조 형상"을 클릭 한 다음 "새 비행기 만들기"를 클릭; (그림 1D, 맨 위)
- . 마이크로 드라이브 소켓 (나사 구멍, 폴리이 미드 홀 및 안티 토크 레일 (그림 1D, 아래) 만들기 작성하여이를 달성1.9에서 만든 새 비행기에서 이러한 모든 기능을 포함 스케치. 즉 안티 토크 레일, 폴리 아미드 상부 슬롯 양측 사이에서 중심선을 정의 참고. 그런 다음, 그 센터 아르 하나 떨어져 반경 중심선에 수직 인 두 개의 원을 생성하고 중간 윤곽을 트리밍하여 안티 토크 레일을 그립니다.
- 기능 메뉴에서 antitorque 레일을 생성하는 "돌출 보스 /베이스"를 클릭 일수록 10mm 및 아래쪽으로 2mm의 블라인드 돌출을 선택합니다. 나사 구멍과 폴리이 미드의 구멍은 "돌출 컷"을 클릭하고, 블라인드 6mm를 선택하고 (왼쪽 그림 1E) 모두 일수록 몇 MMS.
- 패턴 혁명 (22.5 °, 16 인스턴스 등 간격)의 축으로 중심을 사용하여 마이크로 드라이브 케이스 16 배, (그림 1E, 오른쪽)
- 손잡이의 상단에, 중앙을 향하도록, 구동 손잡이 가운데 끝에서 시작 3mm X 3mm 박스를 그리는XIS. 위로 "돌출 보스"기능을 사용하여이 2mm를 돌출. EIB 나사가 갈 것입니다있는 위치에서 1mm 직경의 원을 그립니다. 그 후, 1.5 mm "돌출 컷"구멍을 할 수 있습니다. 그런 다음 패턴을 두 번 원형 패턴 기능 (텍스트 오버레이 : 180 °,이 경우, 동일한 간격, 중심 축에 대한)를 사용하여 상자와 홀.
- 최고의 조각 스케치를 그리는 그림 1 층에서 (밀리미터) 크기를 사용합니다. 그것의 3 차원 모델을 만들기 위해 "돌출 보스 /베이스"를 사용합니다.
참고 :이 단계 후 드라이브 설계가 완료됩니다. 물리적 드라이브 본체는 조형의 과정을 통해 만들어집니다. STL 파일에 기초하여 조형 인쇄 제공 회사들이있다. 우리는 적어도 0.1 mm의 최소 해상도 (예 : Accura® 55로) 하드 플라스틱에 인쇄 할 수있는 서비스를 추천합니다.
하이퍼 드라이브 구성 요소의 2 준비
- 작은 배치( '. / 0116'ID / OD 0.0071 ''; 벽 : 0.00225) 평평한 바닥에 양면 테이프의 조각 약 8cm에 31 G의 폴리이 미드 튜브 필요한 수만큼 잘라 (그림 2A - 2B) .
- 가능한 테이프에서 서로에 가까운 가이드 튜브를 배치하기 위해주의하면서 양면 테잎 가이드 튜브의 제 1 층의 레이아웃. 폴리이 미드 층 위에 얇은, 시아 노 아크릴 레이트 접착제를 소량 DAB. (그림 2C)
- 신속 폴리이 미드의 제 2 층 (그림 2D)를 배치.
- 26 G 정맥을 이용하여 광섬유 자리를 만듭니다. 이 어셈블리 (그림 2E)에 통합되기 전에 테프론 윤활제를 사용하여 윤활되어 있는지 확인합니다.
- 폴리이 미드 번들 (그림 2 층)에 수직 길이 에폭시 4-5mm의 라인을 적용합니다. 에폭시가 (2-3 시간) 경화되면, 바닥층 및 REE으로부터 테이프를 제거반대편 폭시. 에폭시가 다시 경화되면, 26 G 캐뉼라를 제거하고 구조가 하나의 하이퍼 드라이브 (도 2H) 사용될 수 각각이 폴리이 미드 매트릭스, 결과적 면도날 (도 2G)를 사용하여 중간에서 절단 될 수있다.
- 투명 용지에 콘 템플릿을 인쇄하고 무거운 의무 알루미늄 호일 (그림 3A - 3C)의 해당 시트를 잘라.
- 알루미늄 호일에 에폭시의 층을 적용하고 신속 투명 용지를 적용. 이 고르게 (도 3D)을 분산되도록 중량물 또는 나무 다웰을 사용하여, 에폭시 밖으로 부드럽게.
- 콘 템플릿을 잘라 악어 클립을 사용하여 함께 고정. 마지막으로, 영구적으로 조각 (그림 3E)를 부착하기 위해 에폭시의 또 다른 소량을 사용합니다.
마이크로 드라이브의 3 최종 조립
- 구동 체에 EIB를 부착, 폴리이 미드 가이드 튜브 매트릭스를 통해 26 G 정맥을 다시 삽입합니다. 가이드 튜브는 EIB 직교되도록 EIB의 광섬유 구멍을 이용하여 구동 체와 폴리이 미드 매트릭스 맞추고 더 에폭시 가이드 튜브에 또는 내로 유입되지 않도록주의하면서 구동 체에 매트릭스 에폭시 구동 체 (그림 4A - 4C).
- 구동 체의 내벽에 해당 브래킷에 폴리이 미드 매트릭스의 각 가이드 튜브지도. 각각의 가이드 튜브를 통해 브래킷에 33 G의 폴리이 미드의 작은 링을 밀어 각 가이드 튜브를 부착하는 시아 노 아크릴 레이트 접착제의 작은 금액을 적용합니다. (도 4D - 4E) 마지막으로, 구동 체의 내벽에 장치 전체를 에폭시 그들은 단지 내측 립 (도 4F - 4G) 위에 돌출되도록 폴리이 미드를 잘랐다.
- 사용자 정의-B 중 하나를 넣어 마이크로 드라이브 어셈블리를 빌드5mm 스프링 한 뒤에 상부 부분의 중앙 구멍을 통해 나사 유형을 말한다. 레일의 일을 통해 상단 부분의 바깥 쪽 구멍을 밀어 부드럽게 나사를 구동한다. 봄이 최소한의 압축 된 길이입니다 도달 할 때까지 나사를 드라이브. (그림 4H - 4I) 각 레일 / 마이크로 드라이브 (그림 4J)에 대해이 과정을 반복합니다.
- 거꾸로 드라이브 어레이를 켜고 가이드 튜브 행렬의 사진을 촬영. 이 사진은 각 마이크로 드라이브 (도 4K)에 대응하는 가이드 튜브의 위치를 매핑하는 데 사용된다.
- 구동베이스의 바닥으로부터 각 가이드 튜브에 폴리이 미드 튜브 (0.005 ")입니까. 캐리어 튜브 사진 해당 마이크로 드라이브의 신원에 완전히 하강 마이크로 드라이브와 레코드의 상부로부터 연장 1-2mm하자. (그림은 4L - 4M)를
- , 마이크로 드라이브 지원에 폴리이 미드 튜브를 에폭시 르 않도록주의하면서t 에폭시는 봄 또는 나사 (- 4 분기도 4N, 4P) 상에 마이크로 드라이브를 실행합니다.
- 모든 마이크로 드라이브를 완벽하게 낮은. 폴리이 미드 매트릭스 (도 4O)의 하부에서 세척 오프 모두 폴리이 미드 튜브를 잘라.
- 이 # 00-90 X 16 분 ''나사 (그림 4R)를 사용하여 드라이브베이스에 전극 인터페이스 보드를 탑재합니다.
NOTE :이 시점에서 드라이브 어레이 stereotrodes 또는 tetrodes로드 될 준비가된다. 사극 건설 및로드에 대한 자세한 내용은 10을 참조하십시오. 링크 SolidWorks 파일을 다운로드하려면 : 인쇄 된 드라이브베이스와 마이크로 드라이브는 솔리드 웍스 2011 3D CAD 소프트웨어를 설계되었습니다. - 로딩 한 후, 드라이브를 반전 조심스럽게 아래쪽 만 조각이 돌출되도록 드라이브를 통해 차폐 콘을 낮 춥니 다. 구동 체에 콘 epoxying 의해 차폐 콘 접사.
- 콘이 부착 된 후, 작은 길이의 스트립EIB에 스테인레스 스틸 와이어 (0.008 '코팅'맨 손으로, 0.011 '') 및 핀. 바늘 원뿔의 내면, 알루미늄 부품 스크래치 및 실버 도료를 사용하여 콘 스틸 와이어를 접지. 실버 페인트가 건조되면, 에폭시의 소량을 강화한다. 대안 적으로, 강선 직접 전도성 에폭시의 DAB (MG 화학, 써, 캐나다)에 콘에 부착 될 수있다.
Representative Results
임플란트 구조는 아래쪽 부분의 구조를 진행, 3D 인쇄 된 하이퍼 드라이브 (도 1)의 설계 시작 처리 (도 2), 차광 원뿔 (도 3), 및 하이퍼 드라이브의 최종 조립에 의한 것이다 마이크로 드라이브의 개별 건설 (그림 4). 이 단계는 (10 참조) 전극 마이크로 드라이브를로드하여 따른다. 이 단계에 이어, 그것은 여러 뇌 영역에서 기록하는 이러한 장치를 사용하는 것이 가능하다. 그림 5에서, 예를 들어이 표시됩니다 측면 geniculate 핵 (LGN)와 해마 (HPC)의 동시 녹음에서 추적합니다. 도 5b에 도시 한 장치의 안정성은 며칠 걸쳐 일관된 파형을 나타내는 현저왔다. 로 나타낸 바와 같이 이들 뉴런은, 발광 다이오드의 자극에 응답하여 LGN 뉴런 인 것을 확인했다시간 히스토그램도 5c에서 (PSTH) peristimulus. 이 같은 준비에서 HPC 지역 현장 잠재력은 행동 상태에 대한 프록시로 기록되었다. 이러한 흔적들은 해마의 기원과 일치하는 행동이 정지 된 동안 날카로운 웨이브 파문 (그림 5D)를 보여 주었다.
솔리드 웍스에서 하이퍼 드라이브를 설계 그림 1. 브레 그마에서 -2.7 mm - A / P에서 마우스 뇌의 관상 부분의 A. 도식은 -2.3을 조정합니다. 네 개의 개별 폴리이 미드 (300 μM)는 전극 LGN 영역 (빨간색)의 타겟팅을 보여주는 피질 위에 그려집니다. B. 스케치 디자인 몸. 3D 설계 모델 바디 (삽입)에서 180 ° 결과 푸른 형상을 회전. 폴리이 슬롯 및 드라이브 C. 첨가 설계 본체에 핸들. 빨간색 highl을 회전폴리이 미드 반 슬롯에 13 ° 결과에 의해 B의 ighted 윤곽 (왼쪽 위). 하나의 드라이브 핸들은 15 ° (오른쪽 위)로 B에서 녹색 윤곽을 회전으로 추가됩니다. 둘째 핸들은 원형 패턴 기능 (왼쪽 아래)를 사용하여 추가됩니다. 동일한 함수가 16 폴리이 절반 슬롯 (오른쪽 아래). D. 새로운 평면 나사 구멍 구성된 마이크로 드라이브 리셉터클위한 새로운 스케치를 생성 할 수 있도록 설계 (상단)에 첨가하고, 폴리이 미드를 생성하는데 사용될 수있다 구멍 antitorque 레일 (하단). E. 이러한 기능은 잘라 내기 및 돌출 기능을 사용하여 디자인에 구현하고 16 소켓을 만드는 360 °를 회귀한다. 상단 조각 스케치 (왼쪽)와 3D 모델의 F. 치수 (오른쪽 ). 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
하이퍼 드라이브의 하단 부분을 준비 그림 2는. A. 첫째 폴리이 미드 튜브는 양면 테이프에 배치됩니다. B. 후속 튜브를 개별적으로 배치, 튜브 사이의 공간을 최소화하기 위해주의하면서. C. 첫번째 층이 배치 된 후 , 시아 노 아크릴 레이트 접착제의 얇은 층 D.에게 접착제가 건조되기 전에 신속하게 추가 폴리이 미드의 두번째 층을 적용한다. 폴리이 미드 번들의 E.에서 위쪽으로, 26 G 정맥이 눈 섬유를위한 장소 홀더로 추가됩니다. F . 전체 구조체가 안전하게 에폭시 방울로 수정된다. G.가 캐 뉼러를 제거한 후, 구조체는 면도날과 중간에 절단 될 수 있으며, 두 개의 동일한 바닥 편을 얻었다. H. 전망을 완성의 절단면에 폴리이 미드의 네 개의 이중 행을 도시 바닥 편,및 광섬유의 구멍. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
도 3 하이퍼 드라이브 조립. A. 폴리이 행렬은 26 G 캐 뉼러를 이용하여 구동 체에 삽입 한 전자 인터페이스 보드 (EIB)과 정렬된다. 에폭시 소량에 폴리이 미드 매트릭스를 부착하는 데 사용되는 B. 구동 체. C. 에폭시의 두 번째 프로그램이 필요할 수는, 그 후 과잉의 에폭시가 삽입 매트릭스 구동 체에 D. 상위 뷰 거리 dremeled한다. E. 33 G 폴리이 미드 튜브의 작은 조각을 사용하여, 외측 가이드 튜브는 구동 체의 대응하는 슬롯에 부착된다. F. G., 그들은 에폭시로 고정 그냥 내 입술 위에 잘라해야합니다. H.에게 마이크로 드라이브를 주문 제작 나사, 5mm 스프링과 상단 부분으로 구성된 조립, 조립 및 가이드 튜브 하나에 해당하는 레일 위에 배치되어야한다. I. 각 마이크로 드라이브 어셈블리를 조심스럽게 구동 체에 나사 결합되어야한다. J. 조립 후, 각각의 가이드 튜브는 해당 마이크로 드라이브가 있어야 폴리이 미드 매트릭스 L의 K. 밑면 -.. M을. 폴리이 미드 튜브 (0.005 ')가 각각의 외부 가이드 튜브에 삽입됩니다.이 마이크로 드라이브 대응 년대의 N. 각 내부 가이드 튜브는 포크에 꼭 맞게 조정해야한다. O.를 내부 폴리이 미드 튜브가 대응하는 마이크로 드라이브에 에폭시 부착하고가능한 한 짧게 잘라. 모든 내부 가이드 튜브는 에폭시 수지로 접착 한 후, 폴리이 미드 매트릭스에서 튀어 나온 내부 가이드 튜브는 매트릭스 립 플러시 절단해야합니다. 드라이브 P. 거꾸로 매크로보기를 내부 가이드 튜브 로딩 중. 드라이브 Q. 최고 매크로보기 내부 가이드 튜브 로딩 중. R. 완전 전극을로드 할 준비가 부착 된 EIB와 하이퍼 드라이브를 조립. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
. 그림 4 차폐 콘을 준비 A. 콘 템플릿은 투명 용지에 인쇄 B를 -. D를. 알루미늄 호일의 시이트 에폭시를 얇게하여 템플릿에 접착된다. E. < / 강해>이 템플릿을 절단 한 후, 콘 형성되고, 에폭시와 함께 붙어.
그림 초경량 무게 하이퍼 드라이브.을 사용하여 5 멀티 사이트 기록. 하이퍼 드라이브를 이식.이 하나의 단위의 B. 예와 자유롭게 행동 마우스의 이미지는이 마우스에서 녹음 파형. C. 왼쪽, 전극의 일부가 저하 된 측면 geniculate 핵을 강조 마우스 뇌의 관상 절을 참조하십시오. 오른쪽, 예를 시각적 자극 (노란색 막대)에 정렬이 LGN 뉴런의 시간 히스토그램 (PSTHs)를 peristimulus. D. 오른쪽, 전극의 또 다른 세트가 저하 된 해마 (HPC)을 강조 관상 절을 참조하십시오. 오른쪽, 해마 리플 (빨간색 하이라이트)의 지역 필드 잠재적 인 기록의 예.
드라이브 구성 요소의 그림 6 개요. (왼쪽) 하이퍼 드라이브 구성 요소의 포괄적 인 개요. 개별 마이크로 드라이브 어셈블리 NA의 (오른쪽) 그림.
Discussion
이 프로토콜은 마우스에서 하나 또는 여러 개의 뇌 영역을 타겟팅 초경량 마이크로 드라이브 어레이를 구축하는 과정을 설명합니다. 건축물의 최종 단계 후에, 하이퍼 드라이브는 표준 외과 이식 기술을 사용하여 이식하고 치과 시멘트와 마우스의 두개골에 부착 될 준비가된다. 마우스를 손으로 구속되어있는 동안 포스트 주입, 전극은 각각 독립적으로 작은 드라이버를 사용하여 전진 할 수 있습니다. 각 전극의 진보는 나사의 피치에 의해 결정된다 턴에 거리입니다. 반 및 분기 턴이 높은 해상도를 사용할 수 수 있지만 여기에 언급 된 나사를 사용하면, 각 전극에게 차례 당 약 150mm를 진행한다.
도 1b에서의 스케치의 치수는 임플란트의 전체 크기를 결정하기 때문에, 양방향으로 임플란트를 확장하는 확실한 방법은 그 임계 스케치 사이즈를 변경하는 것이다. 또한, 일나사의 길이는 전자 깊은 뇌 구조를 대상으로 확장 될 수있다. 그 빛과 강철보다 덜 취성으로 우리는 사용자 정의, 티타늄 나사를 만든 것이 좋습니다. antitorque 레일 스크류 길이와 선형 적으로 확장 할 필요가 있고,이 시점에서, 우리는 이러한 구조가 인쇄 될 수있는 최대 길이를 측정하지 않았 음을주의한다. 다양한 뇌 영역을 대상으로, 바닥 부분의 형상이 변형 될 수있다. 알려진 크기의 와셔 (두께 200 μm의)의 추가 (예, 해마와 전두엽 피질에) 별도의 뇌 구조를 대상으로 폴리이 미드 사이에 필요한 스페이서를 제공 할 수있다. 이러한 하부 피스 조립 단계에 포함하고, 에폭시가 경화 후 나중에 절단 할 수있다.
이 디자인의 큰 제한은 독점 소프트웨어 (이 경우 솔리드 웍스)에 대한 의존도이다. 최소한의 엔지니어링 backg에와 같은 장비를 설계에 도움이되는 사용자 친화적 인 인터페이스를 제공하는 오픈 소스 프로그램의 개발을 통해 향후라운드는 신경 과학 지역 사회에 엄청난 도움이 될 것입니다.
이 방법은 기존의 방법에 비해 여러 가지 장점을 제공한다. 먼저, 설계는 거의 스케치 (도 1)에 의존하는 단순하다. 둘째, 그 조립체 내로 갈 치과 용 시멘트 또는 중량물이 필요없는 초경량이다. 유사한 기능의 상업적으로 이용 가능한 임플란트의 무게의 거의 세 번째 - 전체적으로 약 1.7 g 무게. , 임플란트 본체가 여러 소스에서 3D 프린트 할 수 있습니다 (예를 들어 approto.com에 대한,하지만 몇 가지 다른 사람이 있습니다) - 셋째, 수 있도록 더 전문 장비를 필요로하지 않는다 나사가 정의 (예 antrinonline.com 위해) 할 수있다; 스프링은 (예를 들어 leesprings.com 용) 시판되고; 결과적으로, 전체 조립 과정은 하루에 일어날 수있다. 마지막으로,이 임플란트는 자연 먹이를 찾아 다니는 동안 여러 뇌 영역에서 기록하는 데 사용 된, 구조화 된 행동 작업과 수면 (그림5).
이 방법의 미래 응용 프로그램의 확장 성을 구현하는 것을 포함한다. 이는 임플란트가 양방향)을 변경 한 것만으로도 1b의 스케치 패터닝 마이크로 드라이브 소켓 (도 1D)의, 2) 수의 크기를 확장 할 수있는 가능성이있다. 예를 들면, 초기 개발에서 자유롭게 행동 쥐에서 레코드로 하향 조정하고, 쥐, 토끼, 흰 족제비 아마도 인간이 아닌 영장류에서 기록 위쪽으로 확장 할 수 있습니다.
마지막 단어는 설명 방법의 성공적인 구현에 중요한 그들이 부착 된 설계 파일을 .STL하기 위해 구현 수정 프로토 타입을하는 독자를 생각 나게하는 것입니다. 독자는 첨부 된 디자인이 "그림 8"antitorque 레일이 포함되어 있는지, 예를 들어 알 수 있습니다. 이것은 종종 우리가이 구멍을 드릴 필요가있다으로, 3D 프린팅의 한계 주어진 최고의 디자인 수 있었다. 그것은 원형 일 수있는 것은 COMP는 것romise 안정성하지만 정사각형 갖거나 각진 모양이 시추에 의해 3D 인쇄 결함을 해결 할 수있는 능력을 제한 할 것이다.
Disclosures
저자가 공개하는 게 없다.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Microdrive screws | Antrin | Half Circle 0.6 UNM Titanium Screws. 8 mm thread. 9 mm length from under head. | |
| Tap-ease | AGS CO. | #TA2 | Tapping Grease |
| Microdrives | See .STL file | ||
| Drive Body | See .STL file | ||
| Outer Polyimide Guide Tube | Minvasive Components | IWG Item # 72113300022-012 | Length: 12’’, ID: 0.0071’’, OD: 0.0116’’, WALL: 0.00225’’ |
| Inner Polyimide Guide Tube | Minvasive Components | IWG Item # 72113900001-012 | Length: 12’’, ID: 0.0035’’, OD: 0.0055’’, WALL: 0.001’’ |
| Grounding Wire | A-M Systems, Inc. | Catalog # 791900 | 0.008'' Bare, 0.011'' Coated |
| Tri-Flow | Teflon based lubricant - Aerosol | ||
| Microdrive Springs | Lee Spring | Part # CB0050B 07 E | Outside Diameter: 1.016 mm, Hole Diameter: 1.193 mm, Wire Diameter: 0.127 mm, Free Length: 10.160 mm, Solid Length: 3.581 mm |
| Z-poxy 5 Minute | Pacer Technology (Zap) | PT37 | |
| Silver Paint | GC Electronics | Part #: 22-023 | Silver Print II |
| Tri-Flow | 20009 | ||
| 26 G Hypodermic Tube - Stainless Steel | Small Parts | HTXX-26T-12-10 | Length: 12’’, ID: 0.012’’, OD: 0.018’’ |
| EIB screws | Component Supply Co. | MX-0090-03SP | #00-90 x 3/16’’ |
| Fine Scissors - Toughcut | Fine Science Tools | 14058-09 | 22 mm |
| Transparency Paper | 3M | PP2500 | |
| Aluminum Foil | Reynold's Wrap Heavy Duty | Extra Thick |
References
- Boyden, E. S., Zhang, F., Bamberg, E., Nagel, G., Deisseroth, K. Millisecond-timescale, genetically targeted optical control of neural activity. Nat Neurosci. 8, 1263-1268 (2005).
- Fenno, L., Yizhar, O., Deisseroth, K. The development and application of optogenetics. Annu Rev Neurosci. 34, 389-412 (2011).
- Alexander, G. M., et al. Remote control of neuronal activity in transgenic mice expressing evolved G protein-coupled receptors. Neuron. 63, 27-39 (2009).
- Halassa, M. M., et al. Selective optical drive of thalamic reticular nucleus generates thalamic bursts and cortical spindles. Nat Neurosci. 14, 1118-1120 (2011).
- Tsien, J. Z., et al. Subregion- and cell type-restricted gene knockout in mouse brain. Cell. 87, 1317-1326 (1996).
- Nestler, E. J., Hyman, S. E. Animal models of neuropsychiatric disorders. Nat Neurosci. 13, 1161-1169 (2010).
- Collins, P. Y., et al. Grand challenges in global mental health. Nature. 475, 27-30 (2011).
- Wilson, M. A., McNaughton, B. L. Dynamics of the hippocampal ensemble code for space. Science. 261, 1055-1058 (1993).
- Wilson, M. A., McNaughton, B. L. Reactivation of hippocampal ensemble memories during sleep. Science. 265, 676-679 (1994).
- Nguyen, D. P., et al. Micro-drive array for chronic in vivo recording: tetrode assembly. J Vis Exp. (26), (2009).
