Der TD Drive: ein parametrisches Open-Source-Implantat für mehrflächige elektrophysiologische Aufzeichnungen bei sich verhaltenden und schlafenden Ratten

Zusammenfassung

Hier präsentieren wir ein einzigartiges, 3D-druckbares Implantat für Ratten namens TD Drive, das in der Lage ist, symmetrische, bilaterale Drahtelektrodenaufzeichnungen durchzuführen, derzeit in bis zu zehn verteilten Hirnbereichen gleichzeitig.

Zusammenfassung

Komplizierte Wechselwirkungen zwischen mehreren Gehirnbereichen liegen den meisten Funktionen zugrunde, die dem Gehirn zugeschrieben werden. Der Prozess des Lernens sowie die Bildung und Konsolidierung von Erinnerungen sind zwei Beispiele, die stark von der funktionellen Konnektivität des Gehirns abhängen. Darüber hinaus geht die Untersuchung von hemisphärischen Ähnlichkeiten und/oder Unterschieden Hand in Hand mit diesen Multi-Area-Interaktionen. Elektrophysiologische Studien, die versuchen, diese komplexen Prozesse weiter aufzuklären, beruhen daher auf der Aufzeichnung der Gehirnaktivität an mehreren Stellen gleichzeitig und oft bilateral. Hier wird ein 3D-druckbares Implantat für Ratten namens TD Drive vorgestellt, das in der Lage ist, symmetrische, bilaterale Drahtelektrodenaufzeichnungen durchzuführen, derzeit in bis zu zehn verteilten Hirnarealen gleichzeitig. Das Open-Source-Design wurde unter Verwendung parametrischer Designprinzipien entwickelt, die es potenziellen Anwendern ermöglichen, das Antriebsdesign einfach an ihre Bedürfnisse anzupassen, indem sie einfach High-Level-Parameter anpassen, wie z. B. die anterior-posterioren und mediolateralen Koordinaten der Positionen der Aufzeichnungselektroden. Das Implantatdesign wurde an n = 20 Lister-Kapuzenratten validiert, die unterschiedliche Aufgaben ausführten. Das Implantat war sowohl mit Tethered Sleep Recordings und Open Field Recordings (Object Exploration) als auch mit drahtlosen Aufnahmen in einem großen Labyrinth unter Verwendung von zwei verschiedenen kommerziellen Aufzeichnungssystemen und Headstages kompatibel. So wird hier das anpassungsfähige Design und die Montage eines neuen elektrophysiologischen Implantats vorgestellt, das eine schnelle Vorbereitung und Implantation ermöglicht.

Einleitung

Die Mehrbereichsnatur der Gehirninteraktionen während des Wach- und Schlafzustands macht es schwierig, die ablaufenden physiologischen Prozesse erschöpfend zu untersuchen. Während Ansätze wie die funktionelle MRT (fMRT) und der funktionelle Ultraschall (fUS) die Probenahme der Gehirnaktivität aus dem gesamten Gehirn ermöglichen ^1,2, nutzen sie die neurovaskuläre Kopplung, um die Gehirnaktivität aus der hämodynamischen Aktivität abzuleiten, was ihre zeitliche Auflösung einschränkt². Darüber hinaus erfordert die fMRT, dass das Forschungsobjekt in einem MR....

Protokoll

Die vorliegende Studie wurde von der niederländischen Zentralkommission Dierproeven (CCD) genehmigt und gemäß dem Tierversuchsgesetz (Protokollcodes: 2020-0020-006 und 2020-0020-010) durchgeführt. Es wurden männliche Lister-Ratten mit Kapuze verwendet, die 9-12 Wochen alt waren. Die Reagenzien und die Ausrüstung, die im Protokoll verwendet werden, sind in der Materialtabelle aufgeführt. In der ergänzenden Abbildung 1 und der ergänzenden Abbildung 2 finden Sie die Schritte des Antriebsaufbaus.

1. Anpassen und Erstellen von 3D-Modellen und Daten der Ele....

Diskussion

In diesem Artikel wird ein anpassungsfähiges Implantat für bilaterale, symmetrische Mehrbereichs-Drahtelektrodenaufnahmen für sich frei bewegende Ratten vorgestellt.

Die Möglichkeit, das Implantat durch Ändern vordefinierter Parameter einfach anzupassen, war eine der Motivationen für die Entwicklung des TD Drive. Obwohl das Ziel darauf abzielt, die Flexibilität für sich ändernde Parameter zu maximieren, setzen inhärente Einschränkungen in den Bezieh.......

Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
0.5 mm drill bit	McMaster	2951A38
1.27 mm pitch interconnected SIP/DIP socket (Mill-Max)	Mouser Electronic	575-003101	For essembling and connection of EEG & GND screws
5 minute epoxy	Bison	Commercially available	regular off-the-shelf epoxy
cyanoacrylate glue	Loctite		Super Glue-3
EEG wire	Science Products GmbH	7SS-2T
Electrode wire	Science Products GmbH	NC7620F
Ethanol	LC		For standard pre-operative sterilization procedure of drive
Fine forceps (5)	FST	91150-20	For wire bundle preperation and handling
Form 3B	Formlabs		3D printer used to 3D print the self-printed parts of the TD drive
Gold pins (small)	Neuralynx, Inc.	9885	Attachment of electorde wires to EIB board
Ground wire	Science Products GmbH	SS-3T/A
High-density connector	LabMaker GmbH/Omnetics	A79026-001
Lister Hodded rats	Charles River Laboratories	Crl:LIS	we used male rats, 9-12 weeks of age at arrival
M1 brass insert	AliExpress	Commercially available	https://aliexpress.com/item/33047616164.html
M1 tap	McMaster	2504A33
M1x16 screw	Bossard	1096613
M1x3 stainless steel screws	Screws and More	84213_14985
M2.5x5 polyimide screws	Screws and more	7985PA25S_50
mineral oil	McMaster	1244K14
Nail polish	Etos	Commercially available	For color coding EEG and GND wires
painter's tape	Gamma	Commercially available	For wire bundle preperation
Pin vise	McMaster	8455A16
plotting paper	Canson	Commercially available	For wire bundle preperation
polyimide tubes	Amazon / Small Parts	TWPT-0159-30-50	AWG, 0.0159" ID, 0.0219" OD, 0.0030" Wall, 30" Length
RHD 32-channel headstage with accelerometer	Intan Technologies, LLC	C3324	For tethered recordings in the sleepbox
RHD 3-ft (0.9 m) standard SPI cables	Intan Technologies, LLC	C3203	From commutator to headstage
RHD 6-ft (1.8 m) standard SPI cables	Intan Technologies, LLC	C3206	From OpenEphys box to commutator
Slip Ring with Flange	Adafruit	1196	Commutator: 22 mm diameter, 12 wires
Solder flux	Griffon S-39 50 ml	Commercially available	For soldering EEG & GND screws
soldering paste	Amazon	B08CBZ5HC5
stainless steel M2 nut	McMaster	93935A305
Tethered recording setup	OpenEphys	Acquasition Board
Wireless recording logger	SpikeGadgets	miniLogger 32	For wireless recordings in the task
Wireless recording setup	SpikeGadgets	Main Control Unit (MCU) incl. breakout board and RF transceiver	For wireless recordings in the task