El TD Drive: un implante paramétrico de código abierto para registros electrofisiológicos multiárea en ratas que se comportan y duermen

Resumen

Aquí, presentamos un implante único imprimible en 3D para ratas, llamado TD Drive, capaz de registros simétricos de electrodos de alambre bilaterales, actualmente en hasta diez áreas cerebrales distribuidas simultáneamente.

Resumen

Las intrincadas interacciones entre múltiples áreas del cerebro subyacen a la mayoría de las funciones atribuidas al cerebro. El proceso de aprendizaje, así como la formación y consolidación de recuerdos, son dos ejemplos que dependen en gran medida de la conectividad funcional a través del cerebro. Además, la investigación de las similitudes y/o diferencias hemisféricas va de la mano con estas interacciones multizonas. Por lo tanto, los estudios electrofisiológicos que intentan dilucidar aún más estos procesos complejos dependen del registro de la actividad cerebral en múltiples lugares simultáneamente y, a menudo, de manera bilateral. Aquí se presenta un implante imprimible en 3D para ratas, llamado TD Drive, capaz de realizar grabaciones simétricas de electrodos de alambre bilaterales, actualmente en hasta diez áreas cerebrales distribuidas simultáneamente. El diseño de código abierto se creó empleando principios de diseño paramétrico, lo que permite a los posibles usuarios adaptar fácilmente el diseño de la unidad a sus necesidades simplemente ajustando parámetros de alto nivel, como las coordenadas antero-posteriores y mediolaterales de las ubicaciones de los electrodos de registro. El diseño del implante se validó en n = 20 ratas Lister Hooded que realizaron diferentes tareas. El implante era compatible con grabaciones de sueño atadas y grabaciones de campo abierto (Object Exploration), así como con la grabación inalámbrica en un gran laberinto utilizando dos sistemas de grabación comerciales diferentes y headstages. Así, se presenta aquí el diseño y montaje adaptable de un nuevo implante electrofisiológico, facilitando una rápida preparación e implantación.

Introducción

La naturaleza multiárea de las interacciones cerebrales durante la vigilia y el sueño dificulta el estudio exhaustivo de los procesos fisiológicos en curso. Si bien enfoques como la resonancia magnética funcional (fMRI) y la ecografía funcional (fUS) permiten muestrear la actividad cerebral de cerebros completos ^1,2, explotan el acoplamiento neurovascular para inferir la actividad cerebral a partir de la actividad hemodinámica, limitando su resolución temporal². Además, la resonancia magnética funcional requiere la colocación del sujeto de investigación....

Protocolo

El presente estudio fue aprobado por la Comisión Central Holandesa Dierproeven (CCD) y se llevó a cabo de acuerdo con la Ley de Experimentos con Animales (códigos de protocolo: 2020-0020-006 y 2020-0020-010). Se utilizaron ratas macho Lister Hooded de 9-12 semanas a su llegada. Los reactivos y el equipo utilizado en el protocolo se enumeran en la Tabla de Materiales. Consulte la Figura complementaria 1 y la Figura complementaria 2 para conocer los pasos del proceso de construcción de la unidad.

1. Ajuste y creación de modelos 3D y datos de la placa de....

Discusión

En este artículo se presenta un implante adaptable para registros de electrodos de alambre bilaterales, simétricos y multiárea para ratas que se mueven libremente.

La capacidad de ajustar fácilmente el implante cambiando los parámetros predefinidos fue una de las motivaciones para la creación del TD Drive. Si bien se pretende maximizar la flexibilidad para cambiar los parámetros, las limitaciones inherentes a las relaciones entre ellos imponen necesaria.......

Materiales

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