Summary
स्वतंत्र रूप से तैराकी सुनहरी के मस्तिष्क से बाह्य तंत्रिका संकेतों की रिकॉर्डिंग के लिए एक उपन्यास वायरलेस तकनीक प्रस्तुत की है। रिकॉर्डिंग डिवाइस दो टेरोड्स, एक माइक्रोड्राइव, एक तंत्रिका डेटा लॉगर, और एक वाटरप्रूफ मामले से बना है। डेटा लॉगर और उसके कनेक्टर को छोड़कर सभी भाग कस्टम-मेड हैं।
Abstract
मछली व्यवहार को नियंत्रित करने वाले तंत्रिका तंत्र ज्यादातर अज्ञात रहते हैं, हालांकि मछली सभी कशेरुकी के बहुमत का गठन करती है। स्वतंत्र रूप से चलती मछली से मस्तिष्क गतिविधि रिकॉर्ड करने की क्षमता मछली व्यवहार के तंत्रिका आधार पर अनुसंधान काफी आगे बढ़ना होगा । इसके अलावा, मस्तिष्क में रिकॉर्डिंग स्थान का सटीक नियंत्रण मछली मस्तिष्क में क्षेत्रों में समन्वित तंत्रिका गतिविधि का अध्ययन करने के लिए महत्वपूर्ण है। यहां, हम एक तकनीक है कि स्वतंत्र रूप से तैराकी मछली के मस्तिष्क से वायरलेस रिकॉर्ड जबकि रिकॉर्डिंग स्थान की गहराई के लिए नियंत्रित पेश करते हैं । यह प्रणाली एक उपन्यास जल-संगत प्रत्यारोपण से जुड़े एक तंत्रिका लॉगर पर आधारित है जो माइक्रोड्राइव नियंत्रित टेरोड्स द्वारा रिकॉर्डिंग स्थान को समायोजित कर सकता है। सिस्टम की क्षमताओं को सुनहरी के टेलेएन्सेफलन से रिकॉर्डिंग के माध्यम से सचित्र किया जाता है।
Introduction
मछली कशेरुकी का सबसे बड़ा और सबसे विविध समूह है, और अन्य कशेरुकी की तरह वे जटिल संज्ञानात्मक क्षमताओं जैसे नेविगेट, सामाजिक, सो, शिकार आदि का प्रदर्शन करते हैं। फिर भी, मछली व्यवहार को नियंत्रित करने वाले तंत्रिका तंत्र अज्ञात अधिकांश भाग के लिए रहते हैं।
पिछले कुछ दशकों में, स्थिर मछली से बाहित रिकॉर्डिंग मुख्य रूप से व्यवहार1,2के तंत्रिका आधार के विभिन्न पहलुओं की जांच करने के लिए लागू किया गया है । हालांकि यह तकनीक कुछ संवेदी प्रणालियों के लिए उपयुक्त है, लेकिन स्थिर जानवरों में असंभव नहीं तो व्यवहार के तंत्रिका आधार के पूर्ण स्पेक्ट्रम की जांच मुश्किल है। पहली प्रगति में सीमित तैराकी मछली3,4की मौथनर कोशिकाओं से रिकॉर्डिंग शामिल थी । हालांकि, मौथनर कोशिकाएं असंगत रूप से बड़ी हैं और रिकॉर्ड की गई कार्रवाई संभावित आयाम हैं, जो कुछ एमवी के रूप में उच्च जा सकते हैं, रिकॉर्डिंग की सुविधा प्रदान करते हैं। बाद में, कैनफील्ड एट अल ने मछली5के टेलेएन्सेफलन से रिकॉर्ड करने के लिए एक सीमित जानवर का उपयोग करते समय अवधारणा का एक सबूत बताया। मछली से तंत्रिका गतिविधि रिकॉर्ड करने के लिए एक और हालिया तकनीक कैल्शियम इमेजिंग है (ओर्गर और डी पोलाविजा6द्वारा समीक्षादेखें, और वंवलेहेम एट अल7)। इस तकनीक को जेब्राफिश लार्वा के साथ उपयोग के लिए विकसित किया गया था क्योंकि लार्वा चरण के दौरान त्वचा और खोपड़ी पारदर्शी होती है। हालांकि, इस तकनीक का उपयोग विकास के बाद के चरणों में जटिल व्यवहार का अध्ययन करने के लिए नहीं किया जा सकता है।
यहां, हम स्वतंत्र रूप से तैराकी मछली के दिमाग से बाह्य तंत्रिका गतिविधि रिकॉर्डिंग के लिए एक उपन्यास तकनीक पेश करते हैं। यह विनपिनस्की एट अल8में वर्णित प्रोटोकॉल का एक संशोधित संस्करण है। मुख्य नवाचार एक माइक्रोड्राइव का जोड़ है जो सर्जरी के बाद इलेक्ट्रोड की स्थिति को नियंत्रित करना संभव बनाता है। तकनीक को माइक्रोड्राइव के माध्यम से तंत्रिका डेटा लॉगर से जुड़े टेरोड्स के एक सेट का उपयोग करके गोल्डफिश के टेलेएन्सेफेलोन से रिकॉर्डिंग के लिए डिज़ाइन किया गया है। पूरा सेटअप वायरलेस है और मछली की खोपड़ी के लिए लंगर डाले । सिस्टम का विशिष्ट वजन एक छोटा सा फ्लोट जोड़कर पानी-विशिष्ट वजन के बराबर है जो मछली को स्वतंत्र रूप से तैरने की अनुमति देता है।
यह तकनीक एक तंत्रिका डेटा लॉगर के उपयोग पर आधारित है जो संकेत को ऑनबोर्ड मेमोरी डिवाइस में बढ़ाता, डिजिटाइज और स्टोर करता है। लॉगर टेलीमेट्री सिस्टम का उपयोग रिकॉर्डिंग को शुरू करने और रोकने के लिए और वीडियो कैमरे के साथ सिंक्रोनाइजेशन के लिए किया जाता है। इस प्रोटोकॉल में, एक 16 चैनल तंत्रिका लॉगर का उपयोग किया जाता है, जो माइक्रोड्राइव के साथ एक वाटरप्रूफ बॉक्स में एम्बेडेड है।
माइक्रोड्राइव असेंबली दो मुख्य घटकों से निर्मित है: माइक्रोड्राइव ही और माइक्रोड्राइव आवास(चित्रा 1ए, बी)। आवास माइक्रोड्राइव और टेरोड्स रखती है, और खोपड़ी और लॉगर बॉक्स(चित्रा 1सी)के बीच लंगर के रूप में भी कार्य करती है। पीवीसी लॉगर बॉक्स एक मशीन प्रक्रिया का उपयोग करके गढ़े जाते हैं और ओ-रिंग(चित्रा 1ई-जी)का उपयोग करके सील कर दिया जाता है, साथ ही पूरक चित्रा 1, अनुपूरक चित्र 2और तीन आयामी [3डी] आरेख के लिए अनुपूरक चित्र 3 भी देखें)। एक छोर पर, पॉलीस्टीरिन फोम का एक टुकड़ा लॉगर बॉक्स से जुड़ा हुआ है ताकि प्रत्यारोपण के वजन की भरपाई की जा सके और मछली को उछाल-तटस्थ प्रत्यारोपण के साथ प्रदान किया जा सके। प्रोटोकॉल में वर्णित माइक्रोड्राइव का निर्माण वनडेकास्टील एट अल द्वारा प्रस्तुत प्रक्रिया का पालन करता है।9 आवास(चित्रा 1ए)को माइक्रोड्राइव संलग्न करने के लिए एक संशोधन के साथ। सभी प्रमुख कदम प्रस्तुत किए जाते हैं।
मछली खोपड़ी तैयार करने के लिए प्रोटोकॉल में वर्णित प्रक्रिया Vinepinsky एट अल8 में प्रस्तुत एक के समान है और प्रोटोकॉल में संक्षेप में वर्णित है । सर्जरी के एक दिन बाद, मछली आम तौर पर संज्ञाहरण के प्रभाव से पूरी तरह से बरामद कर रहे है और व्यवहार प्रयोगों के लिए तैयार हैं । ध्यान रहे कि माइक्रोड्राइव स्क्रू को बदलकर टेट्रोरोड लोकेशन को एडजस्ट किया जा सकता है। पेंच पूर्ण रोटेशन प्रति 300 μm की एक अंतर है और 75 μm की उन्नति की सिफारिश की है जब तक लक्ष्य मस्तिष्क स्थान तक पहुंच गया है. ब्याज के विशिष्ट मस्तिष्क क्षेत्र को लक्षित करने के लिए एक उपयुक्त मस्तिष्क एटलस से परामर्श किया जाना चाहिए। हर बार मछली को बैटरी या मेमोरी कार्ड रिप्लेसमेंट के लिए एनेस्थेटाइज्ड करने पर इलेक्ट्रोड बाधा का परीक्षण करने की सलाह दी जाती है।
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Protocol
सभी सर्जरी प्रक्रियाओं को पशु कल्याण पर स्थानीय नैतिकता समितियों (जैसे, आईएसयूसी) द्वारा अनुमोदित किया जाना चाहिए।
1. माइक्रोड्राइव आवास का निर्माण
- आवास का निर्माण करने के लिए, एक आरी का उपयोग करके 19 मिमी x 29 मिमी x 1 मिमी प्लेट में 1 मिमी चौड़ी पीतल की प्लेट काट ें। किनारे करने के लिए लंबवत लंबे पक्षों में से प्रत्येक पर दो 5.5 मिमी स्लिट काटें, जैसे कि प्रत्येक भट्ठा संकीर्ण पक्षों से 6.5 मिमी दूर है(चित्रा 2ए)।
- चिमटा का उपयोग करना, लंबे पक्षों की ओर स्लिट के बीच के क्षेत्र को अंदर की ओर मोड़ें, फिर आवास प्राप्त करने के लिए नीचे के हिस्से को अंदर की ओर और ऊपरी तरफ जावक मोड़ें(चित्रा 2बी, सी)।
- 3 मिमी ड्रिल बिट का उपयोग करके, माइक्रोड्राइव आवास में शिकंजा के लिए छेद बनाएं।
नोट: इन छेदों का उपयोग बाद में लॉगर बॉक्स(चित्रा 2डी)से आवास संलग्न करने के लिए किया जाएगा। - आवास के किनारों को मिलाप।
- एक ठीक परिपत्र फ़ाइल का उपयोग करके, त्रिज्या में एक छोटा, 1.5 मिमी उत्पन्न करें, आवास के तल पर अर्धवृत्ताकार भट्ठा(चित्रा 2ई)।
नोट: इसका उपयोग बाद में इलेक्ट्रोड का मार्गदर्शन करने के लिए स्टेनलेस स्टील ट्यूब डालने के लिए किया जाएगा। - टेरोड्स(चित्रा 2एफ)के लिए आवास के पीछे एक छेद बनाने के लिए 1 मिमी ड्रिल बिट का उपयोग करें।
नोट: आवास का एक 3डी मॉडल अनुपूरक आवास.एसटीएल फाइलमें पाया जाता है।
2. माइक्रोड्राइव का निर्माण
- एक कटर का उपयोग करना, एक पंक्ति पुरुष पिन हेडर स्ट्रिप(चित्रा 1एच)से एक तीन पिन टुकड़ा तोड़ें। चिमटा का उपयोग करना, बीच पिन बाहर खींचो।
- कटर का उपयोग करके, शेष पिनों को लंबाई में 10 मिमी (स्क्रू लंबाई से 2 मिमी कम) में काट लें। एक और संभावना के लिए एक लंबे पेंच का उपयोग करें (कदम २.४ देखें) है ।
- मध्य पिन छेद के माध्यम से एक #65 ड्रिल बिट का उपयोग कर एक छेद ड्रिल। 00−99 नल का उपयोग करके एक धागा ड्रिल करें।
- माइक्रोड्राइव और पीतल प्लेटों को इकट्ठा करें (7.5 मिमी x 2.5 मिमी x 0.6 मिमी, पूरक चित्रा 4देखें) जैसे कि पीतल की प्लेटें पिन को छू रही हैं। पहले पीतल की थाली के माध्यम से एक पेंच (#00-90 गोल सिर, 12 मिमी, पीतल) डालें, फिर पिन हेडर थ्रेड और दूसरी पीतल की प्लेट के माध्यम से। अंत में, पेंच पर एक अखरोट रखें और धीरे-धीरे इकट्ठे माइक्रोड्राइव को कस लें।
- पीतल की प्लेटों के साथ पिन मिलाप, और पेंच की नोक के साथ अखरोट।
- माइक्रोड्राइव पीतल प्लेटों के किनारों पर चार बिंदुओं पर माइक्रोड्राइव आवास में माइक्रोड्राइव मिलाप ।
- 1.5 मिमी के आंतरिक व्यास के साथ एक स्टेनलेस स्टील ट्यूब 6 मिमी लंबा काटें और 1.2 मिमी के आंतरिक व्यास के साथ एक और स्टेनलेस स्टील ट्यूब 3 मिमी लंबा। तेज सिरों से बचने के लिए ट्यूबों के सिरों को पॉलिश करें।
- एपॉक्सी का उपयोग करके माइक्रोड्राइव आवास के तल पर छोटे अर्धवृत्ताकार भट्ठे पर 6 मिमी लंबी ट्यूब गोंद करें। पिन हेडर के लिए 3 मिमी लंबी स्टेनलेस स्टील गोंद, आवास पर 6 मिमी लंबी ट्यूब के साथ लाइन में खड़ा है।
- 0.64 मिमी के व्यास और 0.250 मिमी व्यास के साथ एक 5 सेमी लंबी पॉलीइमिड ट्यूब के साथ दो 5 सेमी लंबे सिलिकॉन ट्यूब खंडों को काटें।
- तीनों ट्यूबों को दो स्टेनलेस स्टील ट्यूब में डालें। साइनोएक्रिलेट गोंद का उपयोग करपिन हेडर से जुड़ी स्टेनलेस स्टील ट्यूब के लिए ट्यूब गोंद करें। माइक्रोड्राइव को सभी तरह से पेंच करें और दो स्टील ट्यूबों के ऊपर और नीचे से अतिरिक्त ट्यूबिंग को काट दें।
नोट: आवास के साथ माइक्रोड्राइव अब उपयोग के लिए तैयार है(चित्रा 1सी)।
3. टेट्रोड ऐरे तैयार करना
- प्रत्येक टेरोड पर चार इलेक्ट्रोड के साथ दो टेरोड इंप्लांट बनाने के लिए, आठ तार तैयार करें, प्रत्येक 12 सेमी लंबा, फॉर्मवर अछूता, 25 माइक्रोन व्यास टंगस्टन तार में से।
नोट: एक ही डिजाइन चार टेरोड्स को समायोजित कर सकते हैं। - माइक्रोस्कोप के नीचे 16-चैनल इलेक्ट्रोड इंटरफेस बोर्ड (एआईबी-16) पीसीबी (सामग्री की तालिकादेखें) के लिए एक धारक रखें।
- एक नरम इत्तला दे दी tweezer और एक लाइटर का उपयोग करना, लौ का उपयोग कर एक तरफ आठ तारों में से प्रत्येक से कोटिंग हटा दें ।
नोट: यह सुनिश्चित करना है कि तार को बाद में पीसीबी कनेक्टर से ठीक से जोड़ा जाएगा। - एआईबी-16 में छेद में से एक में एक तार पुश छेद में लेपित पक्ष के साथ । एक पिन रखें और चिमटा का उपयोग करके इसे दबाएं। पिन और तार के अनकोटेड साइड के बीच प्रतिरोध को मापने के द्वारा कनेक्टिविटी की जांच करें।
नोट: प्रतिरोध दसियों Ohms के आदेश पर है । - सभी आठ तारों के साथ चरण 3.4 दोहराएं।
- प्रत्येक तार के अंत में डक्ट टेप का उपयोग करके चार तारों के दो समूहों को एक साथ टेप करें।
नोट: टेस्ट्रोरोड बनाने के लिए बाद में प्रत्येक ग्रुप को एक साथ चिपकाया जाएगा। - 50 माइक्रोन व्यास के साथ टंगस्टन तार का एक टुकड़ा 12 सेमी लंबा काट लें। इसे एआईबी-16 कनेक्शनों में से किसी एक से जोड़ें।
नोट: यह तार रेफरेंस इलेक्ट्रोड के रूप में काम करेगा। - एक 75 माइक्रोन व्यास के साथ 12 सेमी लंबे दो नंगे चांदी के तारों को काट दें जो रिकॉर्डिंग लॉगर के लिए आधार के रूप में काम करेगा। मिलाप एआईबी-16 में जमीन कनेक्शन के लिए दो तारों को मिलाप।
- एआईबी-16 को मोटराइज्ड टर्निंग डिवाइस के ऊपर रखें और मोटराइज्ड ट्यूनिंग डिवाइस पर चार तारों के एक ग्रुप के डक्ट टेप को एंड रखें । 130 राउंड दक्षिणावर्त लगाएं और उसके बाद 20 काउंटर- क्लॉकवाइज रोटेशन। टेस्ट्रोड को ढकने के लिए साइनोक्रिलेट गोंद लगाएं।
- गोंद के इलाज के लिए प्रतीक्षा करें। डक्ट टेप के करीब टेस्ट्रोड काट लें।
- दूसरे टेरोड के साथ चरण 3.9 और 3.10 दोहराएं।
नोट: यह समाप्त दो-टेरोड सरणी(चित्रा 1डी)का उत्पादन करता है।
4. प्रत्यारोपण कोडांतरण
- माइक्रोड्राइव को सभी तरह से पेंच करें।
- 1 x 3M फिलिप्स गोल सिर शिकंजा का उपयोग करना, पीवीसी प्लेट के लिए एआईबी-16 संलग्न करते हैं ।
- सॉफ्ट एंड चिमटी का उपयोग करके, लॉगर बॉक्स कवर के सामने छेद के माध्यम से सभी टेरोडऔर तारों को खींचें।
- 2 x 6M फिलिप्स फ्लैट सिर शिकंजा का उपयोग करना, लॉगर बॉक्स कवर करने के लिए पीवीसी प्लेट देते हैं । एआईबी-16 कनेक्टर को सही ओरिएंटेशन में रखें ताकि लॉगर को एआईबी-16 पर लगाया जा सके। सुनिश्चित करें कि एआईबी-16 दर्ज संकेत में गति कलाकृतियों से बचने के लिए जगह में तय किया गया है ।
- एपॉक्सी का उपयोग करके तारों को बॉक्स में सील करें। जितना संभव हो उतना कम लागू करें क्योंकि प्राथमिक सीलिंग कमरे के तापमान वल्कनाइजिंग (आरटीवी) द्वारा बाद में की जाएगी।
- 2 मिमी शिकंजा का उपयोग करके लॉगर बॉक्स कवर करने के लिए माइक्रोड्राइव आवास संलग्न करें।
- माइक्रोड्राइव आवास के पीछे छेद के माध्यम से टेरोडऔर सभी तारों को धागा करें। माइक्रोड्राइव में दो सिलिकॉन ट्यूब के माध्यम से टेरोड्स को धागा करें। माइक्रोड्राइव में पॉलीइमिड ट्यूब के माध्यम से 50 माइक्रोन टंगस्टन तार को धागा करें।
- ट्यूबके शीर्ष छोर पर साइनोक्रिलेट गोंद लगाकर टेरोडऔर तारों को अपनी ट्यूबों पर गोंद करें, यह सुनिश्चित करने के लिए कि आंदोलन माइक्रोड्राइव के अनुरूप है। माइक्रोड्राइव शीर्ष करने के लिए सभी तरह पेंच।
- गति को रोकने के लिए माइक्रोड्राइव आवास के अंदर उजागर टेरोड और तारों पर नरम पेट्रोलियम (सामग्री की तालिकादेखें) लागू करें।
- एक गर्म रेजर ब्लेड का उपयोग कर एक 12 मिमी x 14.5 मिमी पेट्री डिश नीचे खिड़की काटें। एपॉक्सी के साथ माइक्रोड्राइव आवास के सामने खिड़की संलग्न करें। खिड़की के बाहर जमीन के तार रखें।
- लॉगर बॉक्स कवर और माइक्रोड्राइव आवास के बीच उजागर टेरोड्स और तारों पर आरटीवी कोटिंग लागू करें।
- आरटीवी ठीक होने के बाद, बॉक्स को अंदर एक छोटे से वजन के साथ बंद करें, और रात भर पानी में जलमग्न करें ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि बॉक्स में पानी का रिसाव न हो।
- तेज कैंची का उपयोग करके टेरोड और संदर्भ तार को वांछित लंबाई में काट लें।
- बॉक्स में चिह्नित एक्सट्रूड पॉलीस्टीरिन फोम (सामग्री की तालिकादेखें) संलग्न करें। इसके आकार को समायोजित करें ताकि पानी के स्नान में जलमग्न होने पर इसकी उछाल संतुलित हो।
- प्लैटिनम काले समाधान में टेटरोड युक्तियों को डुबोएं और इलेक्ट्रोड को कोट करने के लिए प्रत्यक्ष वर्तमान (-0.2 माइक्रोन) का उपयोग करें और इलेक्ट्रोड की बाधा को वांछित के रूप में सेट करें। कोटिंग और बाधा माप के लिए एक मल्टीइलेक्ट्रोड बाधा परीक्षक (सामग्री की तालिकादेखें) का उपयोग करें।
नोट: सुनहरी पैलियम में 40 कोओम का मूल्य सबसे अच्छा है। आवेदन के आधार पर, प्लैटिनम ब्लैक कोटिंग10,11को संशोधित करके इलेक्ट्रोड बाधा को समायोजित किया जा सकता है।
5. संज्ञाहरण तैयारी - 1% एमएस-222 स्टॉक समाधान
सावधानी: एनेस्थीसिया तैयारी में पाउडर एमएस-222, एक कार्सिनोजन का उपयोग शामिल है। इसलिए, दस्ताने का उपयोग करके रासायनिक हुड में चरण 5.2 और 5.3 किया जाना चाहिए।
- एक ट्यूब में 100 मीटर पानी जोड़ें जिसमें 100 मीटर से अधिक हो सकता है।
- रासायनिक हुड में, एक पैमाने पर डिस्पोजेबल भार प्लेट रखें। स्पैटुला का उपयोग करके एमएस-222 पाउडर का 1 ग्राम जोड़ें, फिर ट्यूब में पाउडर डालें।
- नलकूप को हिलाएं।
नोट: तरल रूप में, एमएस-222 दस्ताने पहने रासायनिक हुड के बाहर इस्तेमाल किया जा सकता है लेकिन एक मुखौटा की आवश्यकता नहीं है। - एक पैमाने पर एक डिस्पोजेबल भार प्लेट रखें। स्पैटुला का उपयोग करके 2 ग्राम सोडियम बाइकार्बोनेट जोड़ें, फिर ट्यूब में पाउडर डालें। नलकूप को हिलाएं।
6. मछली खोपड़ी तैयार करना
नोट: इस अवस्था में मछली प्रत्यारोपण सर्जरी के लिए तैयार है। सर्जरी से पहले, सुनिश्चित करें कि सभी घटकों और आपूर्ति उचित प्रक्रियाओं द्वारा निष्फल किया गया है । इस कदम के लिए, पानी से बाहर यू के आकार का मछली धारक की जरूरत है । इस प्रोटोकॉल में, एक एल्यूमीनियम धारक जो लंबी सुनहरी पूंछ के लिए 15 सेमी सिर फिट बैठता है, का उपयोग किया जाता है। यह प्रणाली ऑक्सीजनयुक्त पानी के साथ गिल्स का उपयोग करते समय मछली को पानी से बाहर रखती है। विवरण के लिए Vinepinsky एट अल8देखें ।
- मछली को 20 मिन के लिए 0.02% एमएस-222 वॉटर बाथ में रखें जब तक कि मछली सो न जाए।
- बाँझ दस्ताने का उपयोग करके, मछली को पानी से बाहर निकालें और धारक में रखें।
नोट: मछली का उपयोग करने वाले ऑक्सीजनयुक्त पानी में 0.02% की एकाग्रता पर एमएस-222 होता है, ताकि सर्जरी के दौरान मछली को एनेस्थेटाइज्ड बना रहे। - बाँझ स्पैटुला का उपयोग करके, 10 न्यूनतम के लिए सर्जरी के लिए निर्धारित स्थान के ऊपर त्वचा पर लिडोकेन 5% पेस्ट लागू करें, फिर लिडोकेन को हटा दें।
नोट: विशिष्ट मस्तिष्क क्षेत्र को लक्षित करने के लिए एक उपयुक्त मस्तिष्क एटलस से परामर्श करें। - बाँझ 15 ब्लेड स्केलपेल का उपयोग करके, प्रत्यारोपण के क्षेत्र में खोपड़ी के ऊपर की त्वचा को हटा दें।
- 0.7 मिमी ड्रिल बिट्स के साथ एक दंत ड्रिल का उपयोग करना, खोपड़ी में 4 छेद ड्रिल। प्रत्येक छेद में 1 मिमी स्क्रू (3 मिमी लंबा) डालें और स्क्रू डालने से ठीक पहले छेद पर साइनोएक्रिलेट गोंद लागू करें।
- एक दंत burnisher का उपयोग करना, शिकंजा पर और उजागर खोपड़ी की परिधि पर दंत सीमेंट लागू होते हैं ।
- दंत ड्रिल का उपयोग करना, ब्याज के मस्तिष्क क्षेत्र के ऊपर खोपड़ी में 5 मिमी व्यास छेद करें। खोपड़ी और मस्तिष्क के बीच फैटी ऊतक को हटा दें और ठीक चिमटी और नरम ऊतक कागज का उपयोग कर मस्तिष्क क्षेत्र लक्ष्य का पर्दाफाश करें। सावधान रहें कि खोपड़ी के नीचे बड़ी रक्त वाहिकाओं को नुकसान न पहुंचे।
नोट: इस चरण के अंत तक, मछली जांच प्रत्यारोपण करने के लिए तैयार है । केवल इस प्रोटोकॉल के लिए विशिष्ट मुख्य कदम यहां वर्णित हैं । कई पश्चात प्रक्रियाएं (जैसे जानवर के स्वास्थ्य और सर्जरी उपकरण और क्षेत्र की नसबंदी पर विस्तृत दस्तावेज) प्रस्तुत या चर्चा नहीं कर रहे हैं क्योंकि वे मछली या छोटे जानवरों के साथ सभी सर्जरी के लिए लागू होते हैं।
7. जांच प्रत्यारोपित
नोट: प्रोटोकॉल में अंतिम चरण को पूरा करने के लिए, एक जोड़तोड़ जो मस्तिष्क में डाला जाता है, जबकि प्रत्यारोपण को जगह में पकड़ सकता है, की आवश्यकता होती है।
- मछली मस्तिष्क की ओर इशारा करते हुए tetrodes के साथ लॉगर बॉक्स कवर पकड़ करने के लिए जोड़तोड़ का प्रयोग करें ।
- संदर्भ इलेक्ट्रोड को ऐसे मोड़ें कि जब टेरोडमस्तिष्क में कम हो जाते हैं, तो संदर्भ मस्तिष्क के बाहर रहता है।
- मैदान को ऐसे काटें कि वे खोपड़ी में फिट हों। वैकल्पिक रूप से, खोपड़ी शिकंजा में से एक के लिए एक जमीन तार कनेक्ट।
- इंप्लांट को इस तरह कम करें कि इलेक्ट्रोड दिमाग में डाले जाएं जबकि माइक्रोड्राइव हाउसिंग का निचला हिस्सा खोपड़ी के पास हो।
- आवास और निकटतम खोपड़ी पेंच के बीच दंत सीमेंट की एक छोटी मात्रा में लागू करके खोपड़ी के लिए प्रत्यारोपण संलग्न शुरू करते हैं।
- दंत सीमेंट का पहला हिस्सा ठीक होने के बाद, दंत सीमेंट लागू करें और खोपड़ी और पूरे उजागर खोपड़ी के ऊपर छेद बंद करें।
नोट: आमतौर पर पूरे उजागर खोपड़ी को कवर करने के लिए दंत सीमेंट अनुप्रयोगों के कई दौर की आवश्यकता होती है। - बॉक्स में लॉगर और बैटरी स्थापित करें और बॉक्स को सभी शिकंजा से सील करें।
- प्रयोगों के लिए इस्तेमाल की जाने वाली मछली के प्रकार के अनुसार एंटीबायोटिक ्स और लोकल दर्दनिवारक दवाएं लगाएं।
- मछली के गहरे पानी से मछली के गिल फ्लश जब तक मछली जागने के लिए शुरू होता है । धारक से मछली निकालें और इसे वापस अपने घर के टैंक में रखें।
नोट: सर्जरी के बाद 60 मिनट के अंदर मछली पूरी तरह से बरामद हो जाती है। - सुनिश्चित करें कि मछली प्रत्यारोपण के साथ स्वतंत्र रूप से तैरने में सक्षम है(चित्रा 3, अनुपूरक वीडियो 1)। यदि आवश्यक हो, तो लॉगर बॉक्स के ऊपर निकाले गए पॉलीस्टीरिन फोम के आकार को समायोजित करें ताकि मछली आसानी से संतुलन बना सके।
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Representative Results
एक रिकॉर्डिंग सत्र के दौरान सुनहरी एक वर्ग पानी की टंकी में स्वतंत्र रूप से तैरा जबकि इसके telencephalon में तंत्रिका गतिविधि दर्ज की गई थी । इन प्रयोगों का लक्ष्य यह अध्ययन करना था कि एकल कोशिकाओं की तंत्रिका गतिविधि मछली के व्यवहार को कैसे निर्धारित करती है। ऐसा करने के लिए, रिकॉर्ड किए गए डेटा में पहचान की जाने वाली स्पाइकिंग गतिविधि की आवश्यकता है। मस्तिष्क गतिविधि, जबकि दर्ज की जा रही है, ३१,२५० हर्ट्ज और उच्च पास डेटा लॉगर द्वारा ३०० हर्ट्ज पर फ़िल्टर पर डिजिटाइज्ड किया गया था । इसके बाद, ऑफलाइन, सिग्नल्स पर एक बैंड-पास फिल्टर (300−5,000 हर्ट्ज) लागू किया गया था, और पोंसोड के चैनलों और संदर्भ चैनल(चित्रा 4ए)में पसोर्ट किए गए कच्चे डेटा को अलग कर दिया गया था। इसके बाद, एकल सेल गतिविधि की विशेषता के लिए सामान्य स्पाइक छंटाई एल्गोरिदम12 का उपयोग किया गया था। सबसे पहले, प्रत्येक चैनल को मैन्युअल रूप से न्यूनतम स्पाइक आयाम सीमा (प्रत्येक चैनल के शोर स्तर ों के सापेक्ष) द्वारा फ़िल्टर किया गया था। फिर, क्योंकि टेट्रोड के सुझाव एक ही साइट में नहीं हैं, और संदर्भ इलेक्ट्रोड मस्तिष्क के बाहर था, स्पाइक्स जो एक से अधिक टेरोड में या संदर्भ चैनल में दिखाई दिए थे, उन्हें भी फ़िल्टर किया गया था। फ़िल्टर किए गए डेटा को तब मैन्युअल रूप से संकुल किया गया था और आकार, लंबाई, अंतर-स्पाइक अंतराल (बाद की कार्रवाई क्षमता के बीच का समय न्यूरॉन्स की रिफ्रैक्टरी अवधि का पालन करना चाहिए), और प्रमुख घटक विश्लेषण (पीसीए) द्वारा। सिंगल सेल क्लस्टरिंग बनाम मल्टीयूनिट और शोर क्लस्टर के उदाहरण चित्र 4में प्रस्तुत किए जाते हैं।
चित्रा 1: प्रत्यारोपण विधानसभा। (A)माइक्रोड्राइव, एक पिन हेडर, पीतल प्लेटों, और एक पेंच से बना है । (ख)माइक्रोड्राइव आवास, तह द्वारा एक ही पीतल की थाली से बना है । (C)माइक्रोड्राइव(ए)और आवास(बी)के साथ बनाई गई माइक्रोड्राइव असेंबली । (डी)टेटरोड सरणी एआईबी-16, दो टेरोड्स, एक संदर्भ इलेक्ट्रोड, और एक कनेक्टर से जुड़े आधार (सामग्री की तालिकादेखें) का उपयोग करके बनाया गया था। (ई)और(एफ)माइक्रोड्राइव इंप्लांट असेंबली वाटरप्रूफ लॉगर बॉक्स कवर से जुड़ी हुई है । टेटरोड असेंबली कनेक्टर बॉक्स के अंदर स्थित है और टेरोड्स माइक्रोड्राइव से चिपके हुए हैं। (जी)लॉगर बॉक्स बेस जहां लॉगर और बैटरी स्थित हैं। बेस के चारों ओर ओ रिंग का इस्तेमाल सीलिंग के लिए किया जाता है। (एच)एकल पंक्ति पुरुष पिन हेडर पट्टी। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
चित्रा 2: माइक्रोड्राइव आवास तह तकनीक। (A)1 मिमी चौड़ी पीतल की प्लेट से शुरू करें और चार स्लिट बनाएं। (ख)साइड के बीच के हिस्से को अंदर की ओर मोड़ें। (ग)ऊपरी हिस्से को पीछे और नीचे के हिस्से को अंदर की ओर मोड़ें। (D)शीर्ष में तीन 3 मिमी छेद ड्रिल करें। (ई)नीचे एक 1 मिमी अर्धवृत्त उत्कीर्ण करें। (एफ)ऊपरी दिशा के बीच में एक 1 मिमी छेद ड्रिल। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
चित्रा 3: एक स्वतंत्र रूप से व्यवहार सुनहरी से रिकॉर्डिंग । (A)टेट्रोस को मछली के मस्तिष्क में प्रत्यारोपित किया जाता है और असेंबली मछली की खोपड़ी से जुड़ी होती है। (ख)बॉक्स को अंदर लॉगर के साथ सील कर दिया गया है । (सी-ई) सर्जरी के बाद विधानसभा के साथ स्वतंत्र रूप से तैराकी एक मछली। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
चित्रा 4: प्रतिनिधि परिणाम। (A)सर्जरी के बाद एक स्वतंत्र रूप से तैराकी मछली 24 घंटे से ०.५ एस लंबी रिकॉर्डिंग । सिग्नल को बैंड-पास फिल्टर (300−10,000 हर्ट्ज) का उपयोग करके फ़िल्टर किया जाता है। संदर्भ इलेक्ट्रोड में कोई उच्च आयाम शोर नहीं है, जो गति कलाकृतियों की कमी का संकेत देता है। दूसरे टेरोड (ग्रीन चैनल) में कोई कार्रवाई क्षमता नहीं है। पहले इलेक्ट्रोड डेटा भूरे रंग के चैनलों में दिखाए जाते हैं। नीले और लाल तारे क्रमशः पैनल बी और सी में दिखाए गए नीले और लाल समूहों से स्पाइक्स का संकेत देते हैं। (ख)एक न्यूरॉन्स के दो अलग-अलग समूहों के स्पाइक आकार, टेटरोड 1 से दर्ज किए गए। (ग)सीमा पार करने वाले सभी स्पाइक उम्मीदवारों के पहले टेरोड से डेटा के पहले तीन प्रमुख घटकों पर प्रक्षेपण । नीले और लाल समूह पैनल बी ग्रे डॉट्स से नीले और लाल स्पाइक आकार के अनुरूप तंत्रिका शोर या मल्टीयूनिट गतिविधि का प्रतिनिधित्व करते हैं। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
पूरक वीडियो 1: तैराकी पैटर्न: प्रत्यारोपण सर्जरी (बाएं) से एक दिन पहले सुनहरी का उदाहरण और एक दिन बाद (दाएं)। वीडियो इसी तरह के तैराकी पैटर्न से पता चलता है, यह दर्शाता है कि मछली सर्जरी से बाधित नहीं है । वीडियो की गति x1.8 है। कृपया इस वीडियो को देखने के लिए यहां क्लिक करें (डाउनलोड करने के लिए सही क्लिक करें)।
अनुपूरक चित्र 1: लॉगर बॉक्स मुख्य कक्ष का आरेख। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
अनुपूरक चित्र 2: लॉगर बॉक्स कवर का चित्र। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
अनुपूरक चित्र 3: एआईबी-16 चैंबर कवर का आरेख । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
अनुपूरक चित्र 4: माइक्रोड्राइव के लिए उपयोग की जाने वाली पीतल की प्लेट का आरेख। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
अनुपूरक फाइल 1: आवास आरेख। कृपया इस फ़ाइल को देखने के लिए यहां क्लिक करें (डाउनलोड करने के लिए सही क्लिक करें)।
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Discussion
यह प्रोटोकॉल स्वतंत्र रूप से तैराकी सुनहरी के टेलेएन्सेफलन में एक टेटरोड सरणी प्रत्यारोपित करने में शामिल चरणों का विवरण देता है। यह तकनीक एक तंत्रिका लॉगर को लागू करती है जो एक माइक्रोड्राइव के साथ 16 चैनलों तक से प्राप्त संकेतों को बढ़ाता और रिकॉर्ड करता है जो मस्तिष्क में टेटरोड स्थिति को समायोजित कर सकता है। माइक्रोड्राइव रिकॉर्डिंग को अनुकूलित करने के लिए मस्तिष्क में स्थिति को समायोजित करना संभव बनाता है।
इस प्रोटोकॉल को आसानी से अन्य मस्तिष्क क्षेत्रों से रिकॉर्डिंग के लिए संशोधित किया जा सकता है (इसी तरह की तकनीक का उपयोग करके ऑप्टिक टेक्टम से रिकॉर्डिंग के लिए विनेंपिंस्की एट अल8 देखें) या किसी अन्य जलीय जानवर 15 सेमी लंबे या बड़े (लगभग एक सुनहरी सिर के बराबर पूंछ, ~ 100 ग्राम वजन)। इसके अलावा, प्रोटोकॉल को किसी भी डेटा लॉगर के साथ काम करने के लिए संशोधित किया जा सकता है जब तक कि यह एक आवृत्ति पर संचार करता है जो पानी में प्रवेश कर सकता है। यहां इस्तेमाल किया लॉगर ९०० मेगाहर्ट्ज की एक रेडियो आवृत्ति का उपयोग कर संचार और पानी के बारे में 20 सेमी के माध्यम से संवाद कर सकते हैं । 2.4 गीगाहर्ट्ज की एक रेडियो फ्रीक्वेंसी भी ~ 15 सेमी ताजा पानी के माध्यम से प्रवेश कर सकती है। कम आवृत्तियों और अन्य विकल्पों से13,14,15और भी बेहतर परिणाम मिल सकते हैं . यहां प्रस्तुत प्रोटोकॉल में आठ रिकॉर्डिंग चैनलों के साथ दो टेरोड सरणी का इस्तेमाल किया गया । इसके अलावा, प्रोटोकॉल को अन्य जांच ज्यामिति जैसे तार सरणी16 या सिलिकॉन प्रोब्स9को शामिल करने के लिए संशोधित किया जा सकता है।
पूर्ण टेलीमेट्री रिकॉर्डिंग सिस्टम या सीमित प्रणाली पर डेटा लॉगर का उपयोग करने के कई फायदे हैं। सबसे पहले, वायरलेस संचार रिकॉर्डिंग के लिए शोर कहते हैं । इसलिए डाटा के फुल ट्रांसमिशन से सिग्नल क्वालिटी कम हो जाएगी। इसके अलावा, डेटा लॉगिंग यह सुनिश्चित करता है कि संचार विफल होने पर कोई डेटा खो न जाए। इसके अलावा, वायरलेस सिस्टम मछली को स्वतंत्र रूप से तैरने की अनुमति देते हैं, सीमित जानवरों के विपरीत। अंत में, इस प्रोटोकॉल को कार्रवाई क्षमता रिकॉर्ड करने के लिए विकसित किया गया था, लेकिन इसका उपयोग 300 हर्ट्ज के बजाय लॉगर एनालॉग हाई-पास फिल्टर को 1 हर्ट्ज में स्थापित करके स्थानीय क्षेत्र की क्षमता को रिकॉर्ड करने के लिए भी किया जा सकता है। लॉगर का एक नुकसान डेटा को शारीरिक रूप से डाउनलोड करने और बैटरी को बदलने की आवश्यकता है जब यह नीचे चलाता है।
प्रोटोकॉल में सुझाए गए माइक्रोड्राइव से सिंगल सेल एक्टिविटी रिकॉर्ड करने की संभावना काफी बढ़ जाती है। माइक्रोड्राइव डिवाइस के बिना, प्रत्यारोपित टेरोड्स को लगभग पूरे समय मछली का परीक्षण किया जा रहा है के लिए मस्तिष्क में एक ही रिकॉर्डिंग साइट में रखा जाता है। यह शारीरिक रूप से एक ही मछली से कई एकल न्यूरॉन्स रिकॉर्डिंग की संभावना को सीमित करता है, और इसलिए मछली प्रति रिकॉर्डिंग उपज में कटौती करता है। तथ्य यह है कि मस्तिष्क में विशिष्ट रिकॉर्डिंग साइट सर्जरी के बाद तक अज्ञात रहता है एक चल उपकरण है कि यह संभव के रूप में अच्छी तरह से निर्धारण के बाद मस्तिष्क में इलेक्ट्रोड स्थानांतरित करने के लिए बनाता है की जरूरत को मजबूत ।
स्पष्टता के लिए छोड़े गए इस प्रोटोकॉल की एक महत्वपूर्ण विशेषता इलेक्ट्रोड बाधा का निर्धारण है। इलेक्ट्रोड बाधा तार व्यास के चयन से समायोजित किया जा सकता है (यानी, एक उच्च व्यास कम बाधा की ओर जाता है), तार संरचना (जैसे, टंगस्टन या निक्रोम), और इलेक्ट्रोड कोटिंग (जैसे, टंगस्टन के लिए प्लेटिनम ब्लैक और निक्रोम के लिए सोना) जो कम व्यास और कम बाधा के साथ तारों की पैदावार करता है। क्योंकि ये सभी पैरामीटर न्यूरोनल रिकॉर्डिंग की सफलता के लिए महत्वपूर्ण हैं, पाठक दृढ़ता से हैरिस एट अल17सहित इस विषय पर विशाल साहित्य से परामर्श करने के लिए प्रोत्साहित किया जाता है ।
सिस्टम में संभावित बाहरी शोर स्रोतों का पता लगाने में संदर्भ इलेक्ट्रोड के महत्व पर ध्यान दें। संदर्भ इलेक्ट्रोड एक अपेक्षाकृत कम बाधा इलेक्ट्रोड है जो खोपड़ी में डाला जाता है लेकिन मस्तिष्क के बाहर होता है। क्योंकि यह मस्तिष्क के ऊतकों के संपर्क में नहीं आता है, यह संकेत के हस्ताक्षर को रिकॉर्ड करता है, जो थर्मल शोर, गति कलाकृतियों और बाहरी शोर से बना है। इस प्रणाली में प्रमुख शोर स्रोत गति विरूपण साक्ष्य और संचार शोर हैं जिन्हें लॉगर द्वारा नियंत्रित और समय पर किया जा सकता है। इन शोर आसानी से हस्ताक्षर वे संदर्भ इलेक्ट्रोड के संकेत पर थोपने से पता लगाया जा सकता है ।
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Disclosures
लेखकों के पास खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।
Acknowledgments
हम उनकी सभी मदद के लिए नाचम उलावोवस्की और उलावोवस्की लैब के सदस्यों के आभारी हैं । इसके अलावा, हम सहायक तकनीकी सहायता के लिए ताल नोवोप्लैंस्की-Tzur के आभारी हैं । हम कृतज्ञता इसराइल विज्ञान फाउंडेशन से वित्तीय सहायता स्वीकार करते है-पहले कार्यक्रम (अनुदान संख्या 281/15), और हेल्मस्ले चैरिटेबल ट्रस्ट के माध्यम से कृषि, जैविक और संज्ञानात्मक रोबोटिक्स पहल बेन के Gurion विश्वविद्यालय Negev ।
Materials
Name | Company | Catalog Number | Comments |
0.7 mm round drill bits | Compatible with the drill. | ||
15 blade Scalpel | Sigma-Aldrich | ||
16 channel PCB board | Neurlynx | EIB-16 | |
1x3M phillips flat head screws | Stainless steel. Any type. | ||
1x3M phillips round head screws | Stainless steel. Any type. | ||
27 cm x 19 cm x 1 mm brass plate | See Figure 2 | ||
2x6M phillips flat head screws | Stainless steel. Any type. | ||
3140 RTV coating | Dow Crowning | 2767996 | |
75 µm Silver wire | A-M Systems | ||
Brass machine screws #00-90 | 947-1006 | ||
Brass plates 7.5 mm x 2.5 mm x 0.6 mm | A 3D drawing is provided. See supplementary 1 | ||
Coated Tungsten wire 25µm | California Fine Wire Company | 5000160 | Depending on the appication the tetrodes can be fabricated from any type of wire. Popular wires are nicrome wires that can be found with lower diameters (eg. A-M systems, 762000) |
Coated Tungsten wire 50 µm | A-M Systems | 795500 | Can be replaced with any other wire with low impedance |
Cyanoacrilic glue | |||
Dental Burnisher | ComDent UK | Any small sterille stainless-still tool will do. | |
Dental cement - GCFujiPLUS | GC | 431011 | Other dental cements would probably will work as well although we have never tried any other. |
Dental drill or nail polish drill | Dental drills are expensive, a nail polish drill can be a cheap replacement. | ||
Drill bit #65 | 947-65 | ||
Fast curing epoxy | Any 5 min curing epoxy can be used here. | ||
Logger box with O-ring sealing | A 3D drawing is provided. See supplementary 1-3. The box should be machine fabricated (do not use 3D printers). Use transperant material, to be able to see the indicator LEDs on the logger. | ||
Motorized turning device | Custom made as described in "open ephys" website. Can also be purchusaed from neurolynx ("Tetrode Spinner 2.0") or bulit by other means. | ||
Mouselog-16 Neural logger | Deuteron Technologies Ltd | There are several neural loggers available on the market, including: SpikeGadget (UH32 32channels) and Neurologger 2/2A/2B of Alexei Vyssotski. It should be noted that weight is not a major contraint since it can be counterbalanced with floating Styrofoam | |
MS-222 | Sigma Aldrich | E10521 | Ethtl 3-aminobenzoate methanesulfonate 98% |
Nano-Z plating | White Matter LLC | The nano-Z can be bought from several supllieres. Any impedance meter can be used, e.g. IMP-1 / 6662 / 2788, BAK Electronics. | |
PCB pins | Neurlynx | Neuralynx EIB Pins | |
Polymide tubing 250 µm | A-M Systems | 822000 | |
Rechargable battery | 3.7 Lipo battery, 370 mAh. Holds about 6 hours of recording. Smaller or larger battries can be used to reduce the weight or extend recording time. | ||
Silicone tubing 0.64 mm | A-M Systems | 806100 | |
Stainless steel 1.5 mm | A-M Systems | 846000 | |
Sudium Bicarbonate | Sigma Aldrich | S9625 | |
Tap #00-90 | 947-1301 | ||
Vaseline | Any type of soft petroleum skin protectant can be used here. |
References
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