כונן TD: שתל פרמטרי בקוד פתוח לרישומים אלקטרופיזיולוגיים רב-אזוריים בחולדות מתנהגים וישנים

Summary

כאן, אנו מציגים שתל ייחודי הניתן להדפסה בתלת-ממד עבור חולדות, בשם TD Drive, המסוגל להקליט אלקטרודות תיל סימטריות דו-צדדיות, כיום בעד עשרה אזורי מוח מבוזרים בו זמנית.

Abstract

אינטראקציות מורכבות בין אזורים מרובים במוח עומדות בבסיס רוב התפקודים המיוחסים למוח. תהליך הלמידה, כמו גם היווצרות וגיבוש של זיכרונות, הן שתי דוגמאות הנשענות במידה רבה על קישוריות תפקודית ברחבי המוח. בנוסף, חקירת קווי דמיון ו/או הבדלים בחצי האי הולכת יד ביד עם אינטראקציות רב-אזוריות אלה. מחקרים אלקטרופיזיולוגיים המנסים להבהיר עוד יותר את התהליכים המורכבים הללו תלויים אפוא ברישום פעילות מוחית במספר מקומות בו זמנית ולעתים קרובות באופן דו-צדדי. כאן מוצג שתל הניתן להדפסה תלת-ממדית עבור חולדות, בשם TD Drive, המסוגל להקליט אלקטרודות תיל סימטריות דו-צדדיות, כיום בעד עשרה אזורי מוח מבוזרים בו זמנית. עיצוב הקוד הפתוח נוצר תוך שימוש בעקרונות תכנון פרמטריים, המאפשרים למשתמשים פוטנציאליים להתאים בקלות את עיצוב הכונן לצרכיהם פשוט על ידי התאמת פרמטרים ברמה גבוהה, כגון קואורדינטות קדמיות-אחוריות ובינוניות של מיקומי אלקטרודות ההקלטה. עיצוב השתל אומת ב-n = 20 חולדות עם ברדס ליסטר שביצעו משימות שונות. השתל התאים להקלטות שינה קשורות והקלטות שדה פתוח (Object Exploration) וכן הקלטה אלחוטית במבוך גדול באמצעות שתי מערכות הקלטה מסחריות שונות ובמות ראש. לפיכך, מוצג כאן הוא עיצוב והרכבה הניתנים להתאמה של שתל אלקטרופיזיולוגי חדש, המאפשרים הכנה מהירה והשתלה.

Introduction

האופי הרב-אזורי של אינטראקציות מוחיות במהלך ערות ושינה מקשה על מחקר ממצה של התהליכים הפיזיולוגיים המתמשכים. בעוד גישות כגון MRI תפקודי (fMRI) ואולטרסאונד תפקודי (fUS) מאפשרות דגימה של פעילות המוח ממוחות שלמים ^1,2, הן מנצלות צימוד נוירו-וסקולרי כדי להסיק פעילות מוחית מפעילות המודינמית, ומגבילות את הרזולוציה הטמפורלית שלהם². בנוסף, fMRI דורש מיקום של נושא המחקר בסורק MRI, ואוסר על ניסויים עם בעלי חיים הנעים בחופשיות. הדמיה אופטית של דינמיקת סידן באמצעות הדמיה בודדת או מולטיפוטון מאפשרת הקלטות ספציפיות לסוג התא של מאות תאי עצב בו זמנית³

Protocol

המחקר הנוכחי אושר על ידי הקומיסי המרכזי ההולנדי Dierproeven (CCD) ונערך על פי חוק הניסויים בבעלי חיים (קודי פרוטוקול: 2020-0020-006 ו-2020-0020-010). נעשה שימוש בחולדות ליסטר עם ברדס זכר של 9-12 שבועות עם הגעתם. הריאגנטים והציוד המשמש בפרוטוקול מפורטים בטבלת החומרים. ראו איור משלי.......

Discussion

במאמר זה מוצג שתל הניתן להתאמה עבור הקלטות אלקטרודות תיל דו-צדדיות וסימטריות מרובות אזורים עבור חולדות הנעות בחופשיות.

היכולת להתאים בקלות את השתל על ידי שינוי פרמטרים מוגדרים מראש הייתה אחד המניעים ליצירת כונן TD. בעוד שהמטרה היא למקסם את הגמישות לשינוי ?.......

Materials

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