TD Drive: 행동하는 쥐와 잠자는 쥐의 다중 영역 전기생리학적 기록을 위한 파라메트릭 오픈 소스 임플란트

요약

여기에서 우리는 현재 최대 10개의 분산된 뇌 영역에서 대칭적인 양측 와이어 전극 기록이 가능한 TD Drive라는 독특한 쥐용 3D 프린팅 가능한 임플란트를 소개합니다.

초록

여러 뇌 영역 간의 복잡한 상호 작용은 뇌에 기인하는 대부분의 기능의 기초가 됩니다. 학습 과정과 기억의 형성 및 통합은 뇌 전체의 기능적 연결성에 크게 의존하는 두 가지 예입니다. 또한 반구의 유사성 및/또는 차이점을 조사하는 것은 이러한 다중 영역 상호 작용과 밀접한 관련이 있습니다. 따라서 이러한 복잡한 과정을 더 자세히 설명하려는 전기생리학적 연구는 여러 위치에서 동시에 그리고 종종 양측 방식으로 뇌 활동을 기록하는 데 의존합니다. 여기에 소개된 것은 TD Drive라는 이름의 쥐용 3D 프린팅 가능한 임플란트로, 현재 최대 10개의 분산된 뇌 영역에서 대칭적인 양측 와이어 전극 기록이 가능합니다. 오픈 소스 설계는 파라메트릭 설계 원칙을 사용하여 만들어졌으므로 잠재 사용자는 기록 전극 위치의 전방 및 후방 좌표와 같은 높은 수준의 매개변수를 간단히 조정하여 드라이브 설계를 필요에 맞게 쉽게 조정할 수 있습니다. 임플란트 디자인은 서로 다른 작업을 수행한 n = 20마리의 리스터 후드 쥐에서 검증되었습니다. 이 임플란트는 테더링 수면 녹음 및 오픈 필드 녹음(Object Exploration)뿐만 아니라 두 개의 서로 다른 상업용 녹음 시스템과 헤드스테이지를 사용하여 큰 미로에서 무선 녹음과 호환되었습니다. 따라서 여기에 제시된 것은 새로운 전기생리학적 임플란트의 적응 가능한 설계 및 조립으로, 빠른 준비 및 이식을 용이하게 합니다.

서문

깨어 있을 때와 잠을 자는 동안 뇌 상호 작용의 다중 영역 특성으로 인해 진행 중인 생리적 과정을 철저히 연구하기가 어렵습니다. 기능적 MRI(functional MRI, fMRI) 및 기능적 초음파(functional ultrasound, fUS)와 같은 접근법은 뇌 전체의 뇌 활동을 샘플링할 수 있지만^1,2 신경혈관 결합(neurovascular coupling)을 이용하여 혈류역학적 활동으로부터 뇌 활동을 추론하여 시간적 해상도를 제한한다². 또한 fMRI는 연구 대상을 MRI 스캐너에 배치해야 하므로 자유롭게 움직이는 동물에 대한 실험을 금지합니다. 단일 또는 다광자 이미징을 사용한 칼슘 역학의 광학 이미징은 수백 개의 뉴런을 동시에 세포 유형별로 기록할 수 있습니다³. 그러나, 미니스코프(Miniscope⁾³와 같은 머리에 장착하는 현미경은 자유롭게 움직이는 행동을 허용하지만, 일반적으로 온전한 뇌4의 표재성 피질 영역을 이미징하는 것으로^{제한된다.} 피....

프로토콜

본 연구는 네덜란드 중앙위원회(CCD)의 승인을 받았으며 동물실험법(프로토콜 코드: 2020-0020-006 및 2020-0020-010)에 따라 수행되었습니다. 도착 후 9-12 주까지의 수컷 Lister Hooded rats가 사용되었습니다. 프로토콜에 사용된 시약과 장비는 재료 표에 나열되어 있습니다. 드라이브 구축 프로세스의 단계에 대해서는 Supplementary Figure 1 및 Supplementary Figure 2 를 참조하십시오.

1. 3D 모델 및 EIB(Electrode Interface Board) 데이터 조정 및 생성

1. Autodesk Fusion에서 드라이브 본체 설계를 엽니다. Modify(수정) 탭에서 Change Parameters(매개변수 변경)를 클릭합니다. anteroPosteriorSite1에 전후 좌표를 입력하고 medioLateralSite1에 내측 좌표를 입력하여 첫 번째 기록 위치....

토론

이 기사에서는 자유롭게 움직이는 쥐를 위한 양측, 대칭 다중 영역 와이어 전극 녹음을 위한 적응형 임플란트를 제시합니다.

사전 정의된 매개변수를 변경하여 임플란트를 쉽게 조정할 수 있는 기능은 TD Drive를 만든 동기 중 하나였습니다. 매개변수 변경에 대한 유연성을 최대화하는 것을 목표로 하지만, 매개변수 간의 관계에 내재된 제약 조건은 필?.......

자료

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