O TD Drive: um implante paramétrico de código aberto para registros eletrofisiológicos de várias áreas em ratos que se comportam e dormem

Summary

Aqui, apresentamos um implante exclusivo e imprimível em 3D para ratos, denominado TD Drive, capaz de gravações bilaterais simétricas de eletrodos de fio, atualmente em até dez áreas cerebrais distribuídas simultaneamente.

Abstract

Interações intrincadas entre várias áreas do cérebro estão subjacentes à maioria das funções atribuídas ao cérebro. O processo de aprendizagem, bem como a formação e consolidação de memórias, são dois exemplos que dependem fortemente da conectividade funcional em todo o cérebro. Além disso, a investigação de semelhanças e/ou diferenças hemisféricas anda de mãos dadas com essas interações multiáreas. Os estudos eletrofisiológicos que tentam elucidar ainda mais esses processos complexos dependem, portanto, do registro da atividade cerebral em vários locais simultaneamente e muitas vezes de forma bilateral. Apresentamos aqui um implante imprimível em 3D para ratos, denominado TD Drive, capaz de gravações simétricas e bilaterais de eletrodos de fio, atualmente em até dez áreas cerebrais distribuídas simultaneamente. O design de código aberto foi criado empregando princípios de design paramétrico, permitindo que os usuários em potencial adaptem facilmente o design do inversor às suas necessidades, simplesmente ajustando parâmetros de alto nível, como coordenadas ântero-posterior e mediolateral dos locais dos eletrodos de registro. O desenho do implante foi validado em n = 20 ratos Lister Hooded que realizaram diferentes tarefas. O implante era compatível com gravações de sono amarradas e gravações de campo aberto (Object Exploration), bem como gravação sem fio em um grande labirinto usando dois sistemas de gravação comercial diferentes e headstages. Assim, apresenta-se aqui o projeto adaptável e a montagem de um novo implante eletrofisiológico, facilitando a rápida preparação e implantação.

Introduction

A natureza multi-área das interações cerebrais durante a vigília e o sono dificulta o estudo exaustivo dos processos fisiológicos em andamento. Embora abordagens como ressonância magnética funcional (fMRI) e ultrassom funcional (fUS) permitam a amostragem da atividade cerebral de cérebros inteiros ^1,2, elas exploram o acoplamento neurovascular para inferir a atividade cerebral da atividade hemodinâmica, limitando sua resolução temporal². Além disso, a fMRI requer a colocação do sujeito da pesquisa em um scanner de ressonância magnética, proibindo experi....

Protocol

O presente estudo foi aprovado pela Comissão Central Holandesa Dierproeven (CCD) e conduzido de acordo com a Lei de Experimentos em Animais (códigos de protocolo: 2020-0020-006 e 2020-0020-010). Foram utilizados ratos machos Lister Hooded de 9 a 12 semanas na chegada. Os reagentes e os equipamentos utilizados no protocolo estão listados na Tabela de Materiais. Consulte a Figura Suplementar 1 e a Figura Suplementar 2 para obter as etap.......

Discussion

Apresentado neste artigo é um implante adaptável para gravações bilaterais e simétricas de eletrodos de fio multi-área para ratos em movimento livre.

A capacidade de ajustar facilmente o implante alterando parâmetros pré-definidos foi uma das motivações para a criação do TD Drive. Embora visem maximizar a flexibilidade para a mudança de parâmetros, restrições inerentes às relações entre eles impõem necessariamente limites a essa adaptabilid.......

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