تصميم وتصنيع وخفيفة الوزن، قابل للتعديل تحقيقات متعددة القطب للتسجيلات الكهربية في الفئران

Summary

Understanding the neural substrates of behavior requires brain circuit ensemble recording. Because of its genetic tractability, the mouse offers a model for circuit dissection and disease mimicry. Here, a method of designing and fabricating miniaturized probes is described that is suitable for targeting deep brain structure in the mouse.

Abstract

عدد التحقيقات الفسيولوجية في العضلة الماوس، المصحف، شهدت طفرة الأخيرة، في موازاة نمو في أساليب الوراثية استهداف للتشريح المتناهية الصغر والنمذجة المرض. إدخال optogenetics، على سبيل المثال، وقد سمح للتلاعب ثنائي الاتجاه من الخلايا العصبية التي تم تحديدها وراثيا، في قرار غير مسبوق الزمني. للاستفادة من هذه الأدوات واكتساب نظرة ثاقبة التفاعلات الدينامية بين رقائق الدماغ، فمن الضروري أن أحد لديه القدرة على تسجيل من مجموعات من الخلايا العصبية في عمق الدماغ من هذه القوارض الصغيرة، في كل من الاستعدادات الثابتة الرأس ويتصرف بحرية. لتسجيل من البنى العميقة وطبقات خلية متميزة يتطلب إعداد يسمح التقدم الدقيق من الأقطاب الكهربائية نحو مناطق الدماغ المطلوبة. لتسجيل الفرق العصبية، فمن الضروري أن يكون كل قطب كهربائي متحرك بشكل مستقل، والسماح للالمجرب لحل الخلايا الفردية بينما تترك neighbدون عائق أقطاب oring. للقيام على حد سواء في الماوس يتصرف بحرية يتطلب محرك الكهربائي التي هي خفيفة الوزن ومرنة، وقابلة للتخصيص للغاية لاستهداف هياكل محددة في الدماغ.

ويرد تقنية لتصميم وتصنيع مصغرة، الوزن الخفيفة جدا، صفائف مايكرو محرك الكهربائي التي هي قابلة للتخصيص بشكل فردي وتجميعها بسهولة من أجزاء المتاحة تجاريا. هذه الأجهزة هي قابلة للتطوير بسهولة ويمكن تخصيصها لبنية استهدافهم. وقد استخدم بنجاح لتسجيل من المناطق القشرية والمهادية في حيوان يتصرف بحرية خلال السلوك الطبيعي.

Introduction

المصحف العضلة لها، نظرا لقابلية الإستطراق الجيني، سرعان ما تصبح نموذج حيواني المفضل للفسيولوجي المهتمين في تشريح على مستوى المتناهية الصغر من الخلايا العصبية التي تم تحديدها وراثيا والتحقيق في نماذج الماوس من الأمراض التي تصيب البشر. على سبيل المثال، الأخذ في الآونة الأخيرة من الأدوات الوراثية السببية، مثل المحركات optogenetic الوراثية والكيميائية سمح التجريبيون لاختبار الضرورة والاكتفاء الدوائر العصبية التي تم تحديدها في سلوك ^1-4. توافر واسعة من خطوط المعدلة وراثيا تشغيل الماوس المؤتلف (لجنة المساواة العرقية خطوط)، وتضخيم سهولة التجريبية التي تستهدف فرعية الخلايا العصبية، إضافة إلى قيمة الفأرة لهذه التجارب ^5.

وبالمثل، شاشات الوراثية والجينوم الجمعيات واسعة من الاضطرابات العصبية والنفسية المشتركة وتسهيل تحديد عوامل الخطر الجينية للمرض الدماغ ^6،7. هذه التطورات، جنبا إلى جنب مع النموجعلت الأدوات للتلاعب الجيني والهندسة الجينية في الفئران، والكائن في الاختيار لنمذجة الأمراض التي تصيب البشر. مزيج من نماذج المرض والأدوات الوراثية المسببة يوفر فرصة غير مسبوقة لفهم مرض الدماغ وتحديد الأهداف على مستوى الدائرة للتدخلات.

للاستفادة الكاملة من هذه الأدوات الجزيئية واكتساب نظرة ثاقبة وظيفة المتناهية الصغر في الصحة والمرض، فمن الضروري لزوجين لهم قراءات الفسيولوجية للنشاط الدماغ. من الناحية المثالية، فإن المجرب يكون قادرا على مراقبة عدد كبير من الخلايا العصبية مع الحفاظ على قرار خلية واحدة. خارج الخلية، تسجيلات متعددة الكترودات في الحيوانات تتصرف بحرية توفر مثل هذه الفرص؛ ومع ذلك، فقد تم استخدام هذه التكنولوجيا في الماوس محدود. لتسجيل من الأهداف الصغيرة (على سبيل المثال، طبقة CA1 في قرن آمون)، واستخدام أقطاب كهربائية قابلة للتعديل ضروري والحركات الصغيرة في أقطاب تسجيل التالية surgicآل زرع تجعل من المستحيل للحفاظ على الاستقرار تسجيل ^8،9. تقليديا، والأساليب التي استخدمت لنقل الأقطاب داخل الدماغ تفرض قيود الوزن عند استخدامها في الماوس، مما يجعل صعوبة في تسجيل اثنين من عدد كبير من الخلايا العصبية مع السلوك في هذا الحي.

هنا، يتم إدخال أساليب لافتعال مصغرة، فائقة خفيفة الوزن، صفائف مسرى مكروي التي هي قابلة للتخصيص بشكل فردي إلى منطقة الدماغ استهدافهم، optogenetics متوافقة، وتجميعها بسهولة من أجزاء المتاحة تجاريا. كل "مايكرو محرك" في إطار متعدد القطب "hyperdrive" يستخدم آلية الربيع والمسمار لدفع كهربائي والسكك الحديدية من البلاستيك، والتي بنيت في الجسم hyperdrive، لمواجهة عزم الدوران من المسمار. أولا، يتم وصف عملية تصميم الهيئات hyperdrive وميكرودريفيس في برنامج CAD للطباعة 3D. من خلال تصميم الأجهزة hyperdrive التي يتم تخصيصهالهياكل محددة، فمن الممكن لزيادة دقة الاستهداف وزيادة العائد من التحضير. ثانيا، يتم وصف عملية تصنيع بالتفصيل، حيث يتم تجميعها في مجموعة متعددة الكترودات باليد من أجزاء المتوفرة تجاريا. وقد استخدمت هذه التقنية بنجاح، لتسجيل من مجموعات من الخلايا العصبية في الحصين، المهاد والقشرة في الحيوان يتصرف بحرية أثناء البحث عن الطعام الطبيعي والمهام استثابي.

Protocol

1. تصميم نية

1. تحديد منطقة في الدماغ من خيار (النواة الركبية الجانبية (LGN، المهاد البصري)) عن طريق التمرير من خلال الأقسام السهمي من الأطلس الماوس الدماغ الإلكترونية.
2. في الإحداثيات A / P (-2.3 - -2.7 ملم)، وLGN هو أوسع. استخدام هذه المنطقة لتصميم أسفل محرك الأقراص (قطع أسفل).
   ملاحظة: ما مجموعه 8 أقطاب المنقولة بشكل مستقل يمكن استخدامها لاستهداف LGN (4-6 أقطاب سوف تجعل من لLGN، تضاف 2-4 أقطاب لتعويض أخطاء الزرع، الشكل 1A).
3. في سوليدووركس، رسم تخطيطي من الجسم تصميم (الشكل 1B) في الطائرة الأمامية. انقر رسم، ومن ثم استخدام مزيج من خطوط ومنحنيات لرسم تخطيطي التي سوف تشمل معالم للقاعدة محرك، مقابض ومادة البولي أميد نصف فتحات، كما هو مبين. تأكد من أن كفاف لا يحتوي على أية ثغرات مفتوحة. ثم انقر فوق إنهاء رسم.
4. بعد ذلك، حدد كل من الجبهة والطائرات الصحيحة، وانقر على "كرياالشركة المصرية للاتصالات المحور ". ثم، إنشاء تصميم نموذج الجسم 3D من خلال تناوب أبرز كفاف رسم الأزرق (الشكل 1B) 360 درجة. في قائمة الميزات، انقر فوق "تدور بوس / قاعدة". اختر خط الوسط ومحور الثورة. في قسم المعلمات، في إطار التوجيه 1 انقر للمكفوفين، وتحت زاوية تحديد 360.00 درجة. في قسم معالم محددة، تأكد من أن اللون الأزرق أبرز كفاف هو واحد المحدد.
5. خلق بوليميد نصف فتحة واحدة من قبل تدور الأحمر أبرز ملامح 13 درجة (الشكل 1C، أعلى اليسار). الخطوات متطابقة إلى 1.4 أعلاه باستثناء مواصفات زاوية
6. خلق محرك واحد يعالج من قبل تدور كفاف الأخضر 15 درجة (الشكل 1C، أعلى اليمين).
7. خلق التعامل مع محرك الأقراص الثاني باستخدام نمط دائرية وظيفة (الشكل 1C، أسفل اليسار). في قائمة الميزات، انقر فوق "نمط التعميم". في المعلمات، اختر خط الوسط ومحور الثورة. حدد 180.00 درجة وزاوية، و 2 حيث بلغ عدد الحالات. تأكد من تحديد مقبض الأول تحت عنوان "ميزات للنمط".
8. خلق ستة عشر بوليميد نصف فتحات باستخدام نمط دائرية وظيفة (الشكل 1C، أسفل اليسار). أداء حركات مشابهة ل1.7 ولكن حدد أول بوليميد نصف فتحة باسم "ميزات للخطة". كانت الزاوية 22.5 درجة، وعدد من الحالات هم 16 (ملاحظة: هذا هو مجرد 360 درجة مقسوما على عدد المرات التي تريد النمط ميزة)
9. إنشاء الطائرة الجديدة التي لرسم وعاء بوليميد. تحقيق ذلك من خلال النقر على "إدراج" في القائمة الرئيسية. انقر "المرجع الهندسة"، حدد الجانبان من فتحات نصف النسبة الثابتة وثم انقر فوق "إنشاء طائرة جديدة". (الشكل 1D، أعلى)
10. خلق وعاء مايكرو محرك (ثقب المسمار، polyimides حفرة ومكافحة عزم الدوران السكك الحديدية (الشكل 1D، أسفل). تحقيق هذا من خلال خلقرسم تخطيطي الذي يشمل جميع هذه الميزات على متن الطائرة الجديدة التي تم إنشاؤها في 1.9. لاحظ أن للسكك مكافحة عزم الدوران، تحديد محور بين الجانبين من أعلى فتحات البولياميد. ثم، رسم القضبان المضادة للعزم الدوران من خلال إنشاء دائرتين عمودي على محور، الذي مراكز هي دائرة نصف قطرها 1 على حدة، ومن ثم تقليم كفاف الأوسط.
11. في قائمة الميزات، انقر على "قذف بوس / قاعدة" لإنشاء السكك الحديدية antitorque واختيار قذف الأعمى لل10 مم يذهب صعودا و 2 مم يذهب إلى أسفل. لثقب المسمار وثقب بوليميد، انقر على "قطع قذف"، واختيار 6MM أعمى، وعدد قليل MMS يذهب صعودا لكلا (الشكل 1E، يسار).
12. نمط محرك الأقراص الصغيرة عاء 16X، وذلك باستخدام مركز ومحور الثورة (22.5 °، 16 حالات، والمباعدة بين المساواة)، (الشكل 1E، يمين)
13. في أعلى المقبض، رسم مربع 3 مم × 3 مم بدءا من طرف مركز مقبض محرك الأقراص، التي تواجه مركزيXIS. هذا قذف 2 مم صعودا باستخدام وظيفة "قذف بوس". رسم دوائر قطرها من 1MM في المواقع التي الخناق بنك الاستثمار الأوروبي سوف تستمر. بعد ذلك، وجعل 1.5 ملم "قذف قص" لجعل حفرة. ثم، نمط مربع وجحر مرتين باستخدام وظيفة نمط دائري (تراكب النص: 180 °، 2 الحالات، تباعد المساواة، حول محور مركزي).
14. استخدام الأبعاد (في ملليمتر) في الشكل 1F رسم كبار قطعة رسم. استخدام "قذف بوس / قاعدة" لجعل نموذج 3D من ذلك.
    ملاحظة: بعد هذه الخطوات في تصميم محرك كاملة. يتم إنشاء هيئة محرك الأقراص الفعلي من خلال عملية المجسمة. هناك عدد من الشركات التي تقدم الطباعة المجسمة استنادا ملفات STL. نوصي الخدمات التي يمكن طباعتها في البلاستيك الصلب (مثل Accura® 55)، مع الحد الادنى من القرار 0.1 مم على الأقل.

2. إعداد مكونات Hyperdrive

1. وضع خارج صغيرة(: '/ 0116 "ID / OD 0.0071"؛ الجدار: 0.00225) قطعة من الشريط على الوجهين على سطح مستو وخفض العدد اللازم من 31 G أنابيب بوليميد إلى حوالي 8 سم (أرقام 2A - 2B) .
2. من وضع الطبقة الأولى من الأنابيب دليل على الشريط على الوجهين، مع الحرص على وضع أنابيب دليل أقرب وقت ممكن لبعضهم البعض على الشريط. ربت على كمية صغيرة من رقيقة، الغراء cyanoacrylate فوق طبقة من polyimides. (الشكل 2C)
3. بسرعة على وضع الطبقة الثانية من polyimides (الشكل 2D).
4. إنشاء نائبا الألياف البصرية باستخدام قنية 26 G. تأكد من أن هذا هو مشحم باستخدام مواد التشحيم تفلون مقرها قبل أن يتم إدراجها في التجمع (الشكل 2E).
5. تطبيق خط الايبوكسي 4-5 ملم في الطول عمودي على حزمة بوليميد (الشكل 2F). بمجرد تصلب الايبوكسي (2-3 ساعة)، وإزالة الشريط من الطبقة السفلية وريpoxy الجانب الآخر. بعد الايبوكسي وشددت مرة أخرى، يمكن إزالة G 26 قنية وقطع بناء في وسط باستخدام شفرة حلاقة (الشكل 2G)، مما أدى إلى اثنين من المصفوفات بوليميد، كل منها يمكن استخدامها لhyperdrive واحد (الشكل 2H).
6. طباعة قالب مخروط على ورقة الشفافية وقطع ورقة المقابلة من رقائق الألومنيوم واجب ثقيل (أرقام 3A - 3C).
7. ضع طبقة من الايبوكسي لرقائق الألومنيوم والورق بسرعة تطبيق الشفافية. باستخدام جسم ثقيل أو وتد خشبي، وتذليل الايبوكسي بحيث يتم توزيعها بالتساوي (الشكل 3D).
8. قطع قالب مخروط والمشبك معا باستخدام مقطع التمساح. وأخيرا، استخدام الداب آخر من الايبوكسي ليضعوا بشكل دائم القطع (الشكل 3E).

3. الجمعية الختامية لمايكرو محرك

1. إرفاق بنك الاستثمار الأوروبي للجسم بالسيارةوأعد G قنية 26 من خلال دليل بوليميد أنبوب المصفوفة. محاذاة مصفوفة بوليميد مع الجسم محرك الأقراص باستخدام ثقب الألياف البصرية في بنك الاستثمار الأوروبي لضمان أن أنابيب دليل هي عمودي لبنك الاستثمار الأوروبي والايبوكسي المصفوفة إلى الجسم محرك مع الحرص على ضمان أن لا الايبوكسي يتدفق في أنابيب أو في دليل هيئة حملة (الأرقام 4A - 4C).
2. تعيين كل أنبوب دليل في المصفوفة بوليميد إلى قوس المقابلة على الجدار الداخلي من الجسم محرك الأقراص. حرك حلقة صغيرة من 33 G بوليميد على كل أنبوب دليل والى قوس وتطبيق كمية صغيرة من الغراء cyanoacrylate ليضعوا كل أنبوب دليل. (أرقام 4D - 4E) وأخيرا، الايبوكسي الجهاز كله على الجدار الداخلي للجسم محرك وقطع polyimides بحيث تبرز فقط فوق (4F أرقام - 4G) الشفة الداخلية.
3. بناء التجمع مايكرو محرك عن طريق وضع واحدة من العرف بمسامير يو.اي.ال.تي من خلال ثقب وسط قطعة العلوي يليه واحدة من الينابيع 5 ملم. حرك حفرة الخارجي للقطعة كبار فوق أحد القضبان، ودفع بلطف المسمار. دفع المسمار حتى يصل الربيع انها الحد الأدنى لطول مضغوط. (أرقام 4H - 4I) كرر هذه العملية لكل السكك الحديدية / مايكرو محرك (الشكل 4J).
4. تتحول حملة واسعة رأسا على عقب والتقاط صورة من المصفوفة أنبوب دليل. وسوف تستخدم هذه الصورة لرسم خريطة للموقع أنبوب دليل المقابلة لكل مايكرو محرك (الشكل 4K).
5. إدراج أنبوب بوليميد (0.005 ") في كل أنبوب دليل من أسفل قاعدة محرك الأقراص. السماح للأنبوب الناقل تمتد 1-2 مم من أعلى مايكرو محرك خفضت بشكل كامل وسجل على صورة هوية المقابلة محرك الدقيقة. (أرقام 4L - 4M)
6. الايبوكسي أنبوب بوليميد إلى دعم مايكرو محرك، مع الحرص على عدم جنيهر الايبوكسي تشغيل من خلال مايكرو محرك على الربيع أو المسمار (أرقام 4N، 4P - 4Q).
7. أقل بالكامل جميع ميكرودريفيس. قطع جميع الأنابيب بوليميد خارج دافق في أسفل المصفوفة بوليميد (الشكل 4O).
8. تركيب لوحة واجهة الكهربائي إلى قاعدة محرك الأقراص باستخدام اثنين # 00-90 س 3/16 'مسامير (الشكل 4R).
   ملاحظة: عند هذه النقطة حملة واسعة جاهزة للتحميل مع stereotrodes أو tetrodes. للاطلاع على تفاصيل البناء tetrode وتحميل، يرجى الاطلاع على ^10. وقد تم تصميم قاعدة محرك المطبوعة وميكرودريفيس في سوليدووركس 2011 3D CAD البرمجيات: رابط لتحميل ملفات سوليدووركس.
9. بعد التحميل وعكس محرك الأقراص بعناية وخفض مخروط التدريع على محرك الأقراص بحيث لا يبرز قطعة القاع. يضعوا مخروط التدريع بواسطة epoxying مخروط إلى الجسم محرك الأقراص.
10. بعد إرفاق مخروط، تجريد طول صغير منأسلاك الفولاذ المقاوم للصدأ (.008 'باري، 0.011' المغلفة) ودبوس لبنك الاستثمار الأوروبي. خدش داخلي، والألمنيوم جزءا من مخروط مع إبرة والأرض السلك الصلب للمخروط باستخدام طلاء الفضة. مرة واحدة قد جفت طلاء الفضة، وتعزيز مع لمسة من الايبوكسي. بدلا من ذلك، يمكن أن يعلق مباشرة على أسلاك الفولاذ لمخروط مع لمسة من الايبوكسي موصل (MG الكيماويات، ساري، كندا).

النتائج

البناء هو عملية الزرع الذي يبدأ مع تصميم 3D المطبوعة hyperdrive (الشكل 1)، الشروع في بناء قطعة السفلي (الشكل 2)، مخروط التدريع (الشكل 3)، والتجميع النهائي للhyperdrive، من خلال البناء الفردي للميكرودريفيس (الشكل 4). يتم اتباع هذه الخطوات عن طريق تحميل ميكرودريفيس مع أقطاب (انظر ^10). بعد هذه الخطوة، فمن الممكن استخدام هذه الأجهزة لتسجيل من مناطق الدماغ متعددة. في الشكل 5، يتتبع سبيل المثال من تسجيل وقت واحد من النواة الركبية الجانبية (LGN) والحصين (HPC) وترد. كان الاستقرار وحدات واحدة هو مبين في الشكل 5B ملحوظا، والتي تبين الطول الموجي متسقة على مدى عدة أيام. وتأكدت هذه الخلايا العصبية إلى أن LGN الخلايا العصبية من خلال كونها تلبي ينبعث منها ضوء الصمام الثنائي التحفيز، كما يتضح منperistimulus الوقت الرسم البياني (PSTH) في الشكل 5C. في هذا المستحضر نفسه، تم تسجيل HPC إمكانات الحقل المحلي كبديل للدولة السلوكية. وأظهرت هذه الآثار تموجات الموجة الحادة (الشكل 5D)، خلال التتابع السلوكي، بما يتفق مع أصلهم الحصين.

الرقم 1. تصميم hyperdrive في سوليدووركس. A. تخطيطي لمقطع الاكليلية من مخ الفأر في A / P تنسق -2.3 - -2.7 ملم من bregma. يتم رسمها أربعة polyimides الفردية (300 ميكرون) أعلاه القشرة، مما يدل على استهداف المنطقة LGN (الحمراء) مع الأقطاب. B. رسم الجسم التصميم. تدور كفاف الأزرق 180 درجة النتائج في نموذج 3D تصميم الجسم (الشكل). C. إضافة فتحات بوليميد ويعالج محرك للجسم التصميم. تدور في HIGHL الأحمرملامح ighted في B بنسبة 13 ° النتائج في بوليميد نصف فتحة (أعلى اليسار). يضاف مقبض محرك أقراص واحد من دوار كفاف الأخضر في B بنسبة 15 درجة (أعلى اليمين). يضاف المقبض الثاني باستخدام الدالة نمط دائرية (أسفل اليسار). وظيفة يمكن استخدام نفس لإنشاء 16 فتحات نصف بوليميد (أسفل اليمين). D. طائرة جديدة تضاف إلى التصميم (أعلى)، مما يسمح لإنشاء رسم جديد للمايكرو محرك وعاء، تتألف من ثقب المسمار، polyimides حفرة والسكك الحديدية antitorque (القاع). E. سيتم تنفيذ هذه الميزات في تصميم باستخدام قطع وقذف وظائف وتدور 360 درجة لخلق أوعية 16. F. الأبعاد من كبار قطعة رسم (يسار) ونموذج 3D (يمين ). يرجى النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 2. إعداد قطعة السفلي من hyperdrive. A. يتم وضع أنبوب بوليميد الأول على الشريط على الوجهين. توضع B. أنابيب اللاحقة بشكل فردي، مع الحرص على تقليل الفراغ بين الأنابيب. C. بعد وضع الطبقة الأولى من ، طبقة رقيقة من الغراء cyanoacrylate يتم تطبيق D. طبقة ثانية من polyimides يضاف بسرعة قبل أن يجف الغراء. E. على رأس حزمة polyimides، يتم إضافة 26 G قنية بأنها حامل مكان للألياف البصرية. F . تم إصلاح بناء بأكمله بشكل آمن مع قطرة من الايبوكسي. G. بعد إزالة قنية، ويمكن خفض وبناء في منتصف بشفرة حلاقة، مما أسفر عن قطعتين السفلية متطابقة. H. عرض على سطح قطع من الانتهاء قطعة القاع، وتوضح صفين مزدوجة من أربعة polyimidesوحفرة للألياف البصرية. الرجاء النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

الرقم 3. تجميع hyperdrive. يتم إدخال المصفوفة A. بوليميد في الجسم محرك الأقراص، وتتماشى مع لوحة واجهة الإلكترونية (بنك الاستثمار الأوروبي) باستخدام قنية 26 G. B. ويستخدم كمية صغيرة من الايبوكسي لتركيب المصفوفة polyimid ل الجسم محرك الأقراص. C. تطبيق الثاني من الايبوكسي قد تكون ضرورية، وبعد ذلك يجب dremeled الايبوكسي الزائدة بعيدا رأي D. الأعلى على الجسم محرك أقراص مع المصفوفة المدرجة. E. عن طريق قطعة صغيرة من 33 G بوليميد الأنابيب، الخارجي وترد أنابيب الدليل في الفتحات المقابلة من الجسم محرك الأقراص. F. يجب أن يتم تعيين جميع أنابيب الخارجي لدليل السكك الحديدية، مع الحرص على تقليل التوتر على الأنابيب. G. بعد يتم تعيين جميع الأنابيب دليل الخارجي، ينبغي تأمينها مع الايبوكسي وقطع فقط فوق الشفة الداخلية. H. مايكرو محرك و التجمع، وتتألف من المسمار مبنية خصيصا، على بعد 5 ملم الربيع وقطعة كبير يجب أن يتم تجميعها ووضعها على سكة المقابلة لإحدى قناتي دليل. أولا يجب أن يكون مشدود بعناية كل جمعية مايكرو محرك في الجسم محرك الأقراص. J. بعد التجميع، يجب أن يكون لكل أنبوب دليل للمايكرو محرك المقابلة K. عرض الجزء السفلي من بوليميد مصفوفة L -. M. يتم إدراج أنابيب بوليميد (0.005 ") في كل أنبوب دليل الخارجي. N. كل أنبوب دليل الداخلي ينبغي أن تناسب بشكل مريح في مفترق انها المقابلة مايكرو محرك. O. وترد أنابيب بوليميد الداخلية مع الايبوكسي إلى مايكرو محرك المقابل وقطع قصيرة قدر الإمكان. بعد epoxied جميع الأنابيب الداخلية دليل، دليل الأنابيب الداخلية جاحظ من بوليميد مصفوفة يجب أن تقطع مطاردة مع شفة المصفوفة. عرض الكلي P. مقلوب لمحرك الأقراص الداخلي خلال أنبوب دليل تحميل. Q. الأعلى عرض الكلي للمحرك خلال الداخلي أنبوب دليل تحميل. R. تجميعها بشكل كامل hyperdrive مع بنك الاستثمار الأوروبي المرفقة، جاهزة للتحميل مع الأقطاب. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

. الشكل 4. إعداد مخروط التدريع قالب A. المخروط طباعتها على الورق الشفافية B - D. يتم لصقها ورقة من رقائق الألومنيوم إلى القالب باستخدام طبقة رقيقة من الايبوكسي. E. < / قوي> بعد الاستغناء عن القالب، يتم تشكيل مخروط و لصقها معا مع الايبوكسي.

الشكل 5. تسجيلات في مواقع متعددة باستخدام hyperdrive خفيفة الوزن. A. صورة ماوس يتصرف بحرية مع hyperdrive مزروع. B. أمثلة اثنين من وحدة واحدة الطول الموجي التسجيلات من هذا الفأر. C. اليسار، القسم الاكليل من مخ الفأر تسليط الضوء على النواة الركبية الجانبية، حيث تم تخفيض بعض الأقطاب. الحق، مثلا peristimulus رسوم بيانية الوقت (PSTHs) اثنين من الخلايا العصبية LGN الانحياز إلى التحفيز البصري (الشريط الأصفر). D. الحق، قسم الاكليلية تسليط الضوء على الحصين (HPC)، حيث خفضت مجموعة أخرى من الأقطاب الكهربائية. الحق، مثال الميدانيين المحليين المحتملين تسجيل تموج قرن آمون (تسليط الضوء الأحمر).

الإقليم الشمالي "FO: المحافظة على together.within الصفحات =" دائما ">
الرقم 6. نظرة عامة على مكونات محرك الأقراص. (يسار) نظرة عامة شاملة من مكونات hyperdrive. (الحق) توضيحات من غ التجمع مايكرو محرك الفردي.

Discussion

يحدد هذا البروتوكول عملية بناء مجموعة مايكرو محرك فائقة خفيفة الوزن لاستهداف مناطق الدماغ واحدة أو متعددة في الماوس. بعد الخطوات النهائية من البناء، وhyperdrive جاهزة للزرع باستخدام تقنيات الزرع الجراحية القياسية والملصقة على الجمجمة الماوس مع الاسمنت الأسنان. زرع آخر، يمكن أن يتم تحقيق التقدم في كل الأقطاب بشكل مستقل باستخدام مفك البراغي الصغيرة، في حين يتم ضبط النفس الماوس باليد. المسافة في المقابل أن يتم تحديد كل التقدم بواسطة القطب الملعب من المسمار. باستخدام مسامير المشار إليها هنا السلف كل قطب كهربائي حوالي 150 ملم في المقابل، على الرغم من النصف والربع المنعطفات يمكن استخدامها لمزيد من القرار.

أبعاد المخطط في الشكل 1B تحدد الحجم الكلي للزرع، لذلك، وسيلة واضحة لتوسيع نطاق يزرع في الاتجاهين هي تغيير أبعاد على أن رسم حرجة. بالإضافة إلى ذلك، الويمكن تمديد طول (ه) من مسامير لاستهداف البنى الدماغية العميقة. نوصي العرف مسامير التيتانيوم، وتلك هي خفيفة وأقل هشاشة من الفولاذ. لاحظ أن القضبان antitorque حاجة لتوسيع نطاق خطيا مع طول المسمار، وعند هذه النقطة أننا لم يتحدد طول القصوى في هذه الهياكل التي يمكن طباعتها. لاستهداف مناطق الدماغ متعددة، على شكل قطعة السفلي يمكن تعديلها. إضافة غسالات الحجم المعروفة (سمك 200 ميكرون)، يمكن أن توفر الفواصل المطلوبة بين polyimides تستهدف الهياكل الدماغ منفصلة (على سبيل المثال، الحصين والقشرة قبل الجبهية). ويمكن إدراج هذه الخطوات في تجميع قطعة السفلية، وقطع في وقت لاحق من بعد يصلب الايبوكسي.

وجود قيود كبيرة من هذا التصميم هو اعتمادها على البرمجيات الاحتكارية (سوليدووركس في هذه الحالة). التنمية المستقبلية للبرامج مفتوحة المصدر التي توفر واجهات سهلة الاستخدام تساعد على تصميم هذه المعدات مع الحد الأدنى من backg الهندسةسوف الجولة تكون ذات فائدة كبيرة للمجتمع علم الأعصاب.

وهذه الطريقة توفر العديد من المزايا أكثر من الأساليب القائمة. أولا، تصميم بسيط، يعتمد على عدد قليل جدا من الرسومات (الشكل 1). الثاني، هو خفيفة للغاية، لا تتطلب الاسمنت الأسنان أو المواد الثقيلة للذهاب الى جمعيتها. عموما، ويزن حوالي 1.7 غرام - تقريبا ثلث وزن يزرع المتاحة تجاريا من وظائف مماثلة. ثالثا، أنه لا يتطلب أي معدات متخصصة لجعل - الجسم يمكن الزرع 3D المطبوعة من مصادر متعددة (على سبيل المثال approto.com، ولكن هناك العديد من الآخرين). مسامير يمكن أن يكون العرف (على سبيل المثال antrinonline.com). متوفرة تجاريا (على سبيل المثال leesprings.com) الينابيع. ونتيجة لعملية التجميع كلها يمكن أن يحدث في يوم واحد. أخيرا، وقد استخدمت هذه الغرسات لتسجيل من مناطق الدماغ متعددة أثناء البحث عن الطعام الطبيعي، والمهام السلوكية المهيكلة والنوم (الشكل5).

وتشمل التطبيقات المستقبلية لهذه الطريقة تنفذ قابلية لها. فمن المرجح أن عملية الزرع يمكن زيادتها في الاتجاهين ببساطة عن طريق تغيير 1) حجم رسم في الشكل 1B و، 2) عدد أوعية مايكرو محرك (الشكل 1D) نمط. على سبيل المثال، يمكن زيادتها إلى أسفل إلى سجل من التصرف بحرية الفئران في وقت مبكر في عملية التنمية، وتوسيع نطاقها ليسجل صعودا من الفئران والأرانب والقوارض والرئيسيات غير البشرية ربما.

كلمة أخيرة هي لتذكير القارئ بأن حاسمة لنجاح تنفيذ الطريقة المذكورة هو النموذج الأولي أي تعديلات أنها تنفذ إلى ملفات المحكمة الخاصة بلبنان تصميم المرفقة. سوف يلاحظ القارئ، على سبيل المثال، أن تصميم المرفق يحتوي على "رقم 8" antitorque السكك الحديدية. كان هذا أفضل تصميم ممكن نظرا لمحدودية الطباعة 3D، وغالبا ما يكون مطلوبا أننا حفر هذه الثقوب. بعد أن يكون دائرة، فإن تراكبromise الاستقرار، ولكن بعد أن يكون ساحة أو أن شكل الزاوية تحد من القدرة على إصلاح عيوب الطباعة 3D بواسطة الحفر.

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