TD Drive: un impianto parametrico open-source per registrazioni elettrofisiologiche multi-area in ratti comportamentali e addormentati

Riepilogo

Qui, presentiamo un impianto unico e stampabile in 3D per ratti, chiamato TD Drive, in grado di registrare elettrodi a filo bilaterali simmetrici, attualmente in un massimo di dieci aree cerebrali distribuite contemporaneamente.

Abstract

Interazioni intricate tra più aree cerebrali sono alla base della maggior parte delle funzioni attribuite al cervello. Il processo di apprendimento, così come la formazione e il consolidamento dei ricordi, sono due esempi che si basano fortemente sulla connettività funzionale in tutto il cervello. Inoltre, lo studio delle somiglianze e/o delle differenze emisferiche va di pari passo con queste interazioni multi-area. Gli studi elettrofisiologici che cercano di chiarire ulteriormente questi processi complessi dipendono quindi dalla registrazione dell'attività cerebrale in più luoghi contemporaneamente e spesso in modo bilaterale. Qui viene presentato un impianto stampabile in 3D per ratti, chiamato TD Drive, in grado di registrare elettrodi a filo bilaterali simmetrici, attualmente in un massimo di dieci aree cerebrali distribuite contemporaneamente. Il design open-source è stato creato utilizzando i principi della progettazione parametrica, consentendo ai potenziali utenti di adattare facilmente il design dell'azionamento alle proprie esigenze semplicemente regolando parametri di alto livello, come le coordinate antero-posteriori e mediolaterali delle posizioni degli elettrodi di registrazione. Il design dell'impianto è stato convalidato in n = 20 ratti incappucciati Lister che hanno svolto compiti diversi. L'impianto era compatibile con le registrazioni del sonno legate e le registrazioni in campo aperto (Object Exploration), nonché con la registrazione wireless in un grande labirinto utilizzando due diversi sistemi di registrazione commerciali e headstage. Pertanto, qui viene presentata la progettazione e l'assemblaggio adattabili di un nuovo impianto elettrofisiologico, che facilita la preparazione e l'impianto rapidi.

Introduzione

La natura multi-area delle interazioni cerebrali durante la veglia e il sonno rende difficile studiare in modo esaustivo i processi fisiologici in corso. Mentre approcci come la risonanza magnetica funzionale (fMRI) e l'ecografia funzionale (fUS) consentono il campionamento dell'attività cerebrale da cervelli interi ^1,2, sfruttano l'accoppiamento neurovascolare per dedurre l'attività cerebrale dall'attività emodinamica, limitando la loro risoluzione temporale². Inoltre, la fMRI richiede il posizionamento del soggetto della ricerca in uno scanner MRI, vi....

Protocollo

Il presente studio è stato approvato dalla Commissione centrale olandese Dierproeven (CCD) e condotto secondo la legge sugli esperimenti sugli animali (codici protocollo: 2020-0020-006 e 2020-0020-010). Sono stati utilizzati ratti incappucciati maschi di 9-12 settimane all'arrivo. I reagenti e le attrezzature utilizzate nel protocollo sono elencati nella Tabella dei Materiali. Vedere la Figura 1 supplementare e la Figura 2 supplementare per le fasi del processo di costruzione dell'unità.

1. Regolazione e creazione di modelli 3D e dati della scheda di ....

Risultati

Utilizzando le istruzioni fornite nel protocollo, il TD Drive potrebbe essere costruito facilmente da più sperimentatori. Dopo lo sviluppo dell'unità (n = 4), è stato eseguito un progetto pilota completo con otto animali. È stato impiantato un ulteriore lotto di otto animali ed è stata eseguita la raccolta dei dati sperimentali. Poiché l'analisi dei dati su questi animali non è stata completata, essi sono stati inclusi nell'analisi di sopravvivenza, ma non in altre analisi (ad ese.......

Discussione

In questo articolo viene presentato un impianto adattabile per registrazioni bilaterali e simmetriche di elettrodi a filo multi-area per ratti che si muovono liberamente.

La possibilità di regolare facilmente l'impianto modificando i parametri predefiniti è stata una delle motivazioni per la creazione del TD Drive. Pur mirando a massimizzare la flessibilità per i parametri variabili, i vincoli intrinseci nelle relazioni tra di essi impongono necessariamente.......

Materiali

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