Concepção e Construção de um Headstage Custo Efetivo de Estimulação Neural Simultânea e Gravação no labirinto aquático

Resumo

Nós apresentamos um método de baixo custo para projetar e construir uma luz headstage sistema de pré-amplificador com a gravação simultânea e capacidade neural estimulação. Este dispositivo pode ser impermeabilizado para uso em animais de natação.

Resumo

Amplificadores Headstage e seguidores fonte são comumente usados ​​para estudar a atividade neural em experimentos comportamentais neurofisiologia. Disponíveis produtos comerciais são geralmente caros, não é facilmente personalizado, e não submersível. Aqui nós descrevemos um método para projetar e construir um personalizado, headstage circuito integrado para gravação de 4 canais simultâneos neural e 2 canais de simulação em vigília, os animais se comportando. O headstage é projetado usando um livre, pacote de design CAD disponíveis comercialmente tipo, e pode ser modificada facilmente para acomodar diferentes escalas (por exemplo, para adicionar canais). Uma placa de circuito impresso personalizado é construído usando resistores de montagem em superfície, condensadores e amplificadores operacionais para construir a unidade ganho do circuito seguidor de fonte. O headstage é feita à prova de água com uma combinação de epóxi, parafilme e uma massa de borracha sintética. Temos utilizado com sucesso este dispositivo para registrar potenciais de campo locais e estimular diferentes regiões do cérebro simultaneamente, através de canais independentes em ratos nadando em um labirinto de água. O custo total é <$ 30/unit e podem ser fabricados facilmente.

Protocolo

1. Projeto Headstage e Visão geral Fabricação

A conclusão headstage sistema de pré-amplificador é composto dos seguintes componentes:

1. Um computador projetado placa de circuito integrado com quatro canais de gravação e dois canais de estimulação.
2. Eletrodos que transmitem as gravações e os canais de estimulação para os conectores apropriados no palco cabeça animais.
3. Um cabo de corda e de interface que transmite a gravação e canais de estimulação para um comutador de anéis.
4. Duas formas de impermeabilização no palco cabeça e no circuito integrado.

2. Design e layout do Headstage

Nós projetamos uma placa de circuito impresso integrado com quatro seguidores fonte e 2 passam por canais de estimulação usando um software de CAD comercialmente disponíveis pacote (www.expresspcb.com). Um headstage é projetado, eo padrão de design é lado a lado em uma folha maior de placas de circuito para fornecer headstages muitos a um custo menor. O arquivo CAD é transmitido para a placa de circuito impresso (PCB) de serviços de manufatura, onde dois lados, duas placas de camada são impressos usando camadas de cobre superior e inferior com todos os furos metalizados passar. As placas usam estanho / chumbo traços banhado e almofadas que correspondem ao padrão da indústria laminado FR-4. O PCB pode ser encomendado e enviado no dia útil seguinte. Headstages individuais são cortados da folha PCB grandes azulejos e componentes eletrônicos estão ligados com solda. Um layout de exemplo do headstage utilizado neste protocolo é mostrada (Figura 1). Consulte o site do fabricante para obter instruções detalhadas e dicas sobre concepção de um PCB.

3. Preparação e soldagem de componentes eletrônicos

Todos os componentes eletrônicos usados ​​neste protocolo são do Monte Tipo de dispositivo de superfície (SMD). A pegada de cada tipo de dispositivo (resistor capacitor, etc) foi escolhido para minimizar o espaço perdido no headstage, mas maiores componentes SMD pode ser usado se for necessário.

1. Organize seus componentes na placa de circuito e prepará-los para a soldagem.
2. Coloque uma pequena quantidade de solda no bloco de estanho / chumbo a ser soldada e trazer a ponta do ferro de solda perto de derreter e aderir a solda para a plataforma.
3. Soldar os capacitores em primeiro lugar, resistores seguinte, e então os amplificadores operacionais.
4. O op-amps podem ser destruídas por aquecimento mais. Nós usamos uma pistola de calor variável de solda e o menor calor necessário para derreter a solda. Minimizar o tempo de aquecimento usado para fazer uma solda bem. Achamos conveniente criar um pequeno reservatório de solda que flui para o bloco de pegada, aplicando solda ao longo dos traços de comunicação ou de energia.
5. Teste que a resistência em toda a sua resistores atende o valor esperado usando um ohmímetro.
6. Inspecionar cada bloco de perto para garantir que nenhuma solda é ligar ou ponte blocos adjacentes. Se há uma ponte de solda, aquecer e derreter a solda e usar uma pinça para quebrar a ponte.

4. Montagem e fabricação de Interfaces de Implantes e Tether

1. Inserir um tubo de 23 Ga hipodérmica em uma das portas não utilizadas do ABS 9 pinos soquete para suporte mecânico.
2. Corte seis pedaços 1 cm de comprimento de fios magnéticos isolados para conectar os pinos fêmea amphenol à tomada de ABS.
3. Soldar os pinos fêmea para o fio magnético usando uma pequena quantidade de solda em cada pino, e pelo aquecimento do pino da ponta.
4. Final da solda outros de cada fio magnético nas tomadas ABS.
5. Posição do masculino - feminino pinos MillMax sobre as almofadas do lado da corda headstage, e apertar os pinos sobre o PCB para assegurar um ajuste de pressão. Então, cada pino de solda para cada bloco em ordem.
6. A posição da porca sobre o conector implante neural e empurrar todos os pinos do sexo feminino nas ranhuras desejado na base de plástico.
7. Aplique cola de acrílico (krazy cola) para o topo do conector do soquete ABS e segura-lo para a base do headstage. Cola o tubo de 23Ga para o lado da corda headstage de apoio.

5. Impermeabilização do Headstage

1. Para headstage a prova d'água, envolvem todo o circuito integrado e todas as superfícies metálicas expostas com 5 minutos de epóxi. Permitir 5-10 minutos para a secagem inicial, e 60 minutos para a secagem permanente.
2. Putty Tack pôster deve ser aplicada à superfície do 9 pinos ABS em torno da tomada de pinos salientes do sexo feminino a partir do final animal.
3. Para impermeabilização máxima, o soquete ABS e plug-ABS deve ser acoplado ea porca deve ser apertada. A pequena faixa de parafilme deve ser envolvido em torno da interface para evitar que a água entre em contato com os conectores de pinos.

Segredos para o Sucesso

1. Ao soldar o amplificador operacional, não sobreaquecer o pacote de plástico. Se houverestá queimando visível ou derreter, retire a op-amp e substituí-lo. Aplicação de calor demasiado pode danificar o amplificador operacional sem derreter visível. Teste cada canal com um gerador de função após a soldagem.
2. Certifique-se que não há conexões perdidas ou pontes de solda na headstage. Pavio de solda pode ser usado para remover componentes ou vadios solda.

6. Resultados representante

Uma gravação boa seguirá um sinal de fonte de entrada sem cortar para dentro e para fora durante o movimento. Para testar a headstage, o usuário deve usar um gerador de função como uma entrada para cada pino de gravação e avaliar as formas de onda no final de saída Moinho Max cabeçalho. Do movimento físico do headstage não deve influenciar a forma de onda gravada.

Figura 1. (A) Representação esquemática da camada superior da placa de circuito impresso (PCB). Linhas vermelhas indicam os traços de cobre. As linhas amarelas indicam camada de silkscreen opcional para posicionamento de peças eletrônicas. Mostrados são a colocação amplificador operacional (central quadrado amarelo), resistores (menor quadrados amarelos) e capacitores (menor quadrados amarelos). (B) Representação esquemática da camada inferior do PCB. Linhas verdes indicam traços de cobre. Grande área verde cheia representa placa de terra. Um arquivo modelo deste esquema é fornecido para download.

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Discussão

Água labirinto baseado tarefas comportamentais fornecer ferramentas eficazes para investigar as habilidades dos animais cognitivas e representações em tempo real ^1. O uso de pouco peso e custo amplificadores headstage eficaz é especialmente crítico em aplicações envolvendo o comportamento neurofisiologia labirinto de água. Porque escapar da água fria fornece a motivação intrínseca para os animais nestas tarefas, o seu comportamento pode ser testado em ensaios repetidos sem as dificuldades de motiv...

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Materiais

Name	Company	Catalog Number	Comments
Custom designed Integrated Circuit Board	ExpressPCB.com	Custom	2 layer double sided PCB
Surface mount Resistors	Mouser Electronics	RK73B1JTTDD156J	1/10 W, 15 M Ohm 0603, Thick film
SMD Capacitors	Newark Inc	0402YD104KAT2A	0.1 uF (0402)
SMD Operational Amplifier (quad FET)	Mouser Electronics	595-TLC2274AIPW	Quad FET - low noise
9 pin ABS socket	Ginder Scientific	GS09SKT-220	For animal connection
9-pin ABS Plug	Ginder Scientific	GS09PLG-220	To be implanted in animal
Black Delrin Ring Nut	Ginder Scientific	GS09BDN-220
Black Delrin Cap Nut	Ginder Scientific	GS09BDC-220	For protecting animal’s implant
Amphenol pins (male)	Ginder Scientific	220-P02
Amphenol pins (female)	Ginder Scientific	220-S02
5-minute epoxy	Devcon Inc.	S-208 / 20845
Poster Tack Putty	Elmer’s	026000015318
Rosin Core Solder	Radio Shack	64-009
Soldering Iron	Weller	Pyropen WSTA6	(adjustable heat)
Metal tweezers	Fine Science Tools	Size 5
Parafilm sheets	American National Can	Parafilm 4" x 250’
Magnet wire	Belden	8052	Enamel Coated
Ammeter/ Multimeter	Fluke Biomedical	77 Multimeter
Millmax Double Row Headers	Mill-Max	575 - 002101	0.05"
Solder Wick	Chemtronics	7-10L	0.75 in.