TD Drive: параметрический имплантат с открытым исходным кодом для многозонной электрофизиологической регистрации у ведущих себя и спящих крыс

Summary

В этой статье мы представляем уникальный имплантат для крыс, который можно напечатать на 3D-принтере, названный TD Drive, способный вести симметричную двустороннюю запись электродов, в настоящее время в десяти распределенных областях мозга одновременно.

Abstract

Сложные взаимодействия между несколькими областями мозга лежат в основе большинства функций, приписываемых мозгу. Процесс обучения, а также формирование и консолидация воспоминаний — два примера, которые в значительной степени зависят от функциональных связей в мозге. Кроме того, изучение сходств и/или различий в полушариях идет рука об руку с этими многопрофильными взаимодействиями. Таким образом, электрофизиологические исследования, направленные на дальнейшее выяснение этих сложных процессов, зависят от регистрации активности мозга в нескольких местах одновременно и часто двусторонним образом. Здесь представлен 3D-печатный имплантат для крыс под названием TD Drive, способный вести симметричную двустороннюю запись электродов, в настоящее время в десяти распределенных областях мозга одновременно. Проект с открытым исходным кодом был создан с использованием принципов параметрического проектирования, что позволяет потенциальным пользователям легко адаптировать конструкцию привода к своим потребностям, просто настроив высокоуровневые параметры, такие как передне-задние и медиолатеральные координаты расположения записывающих электродов. Дизайн имплантата был валидирован на n = 20 крысах Lister Hooded, которые выполняли различные задачи. Имплантат был совместим с привязанными записями сна и записями в открытом поле (Object Exploration), а также с беспроводной записью в большом лабиринте с использованием двух различных коммерческих систем записи и головных сцен. Таким образом, здесь представлена адаптируемая конструкция и сборка нового электрофизиологического имплантата, способствующая быстрой подготовке и имплантации.

Introduction

Многопрофильный характер взаимодействий мозга во время бодрствования и сна затрудняет исчерпывающее изучение происходящих физиологических процессов. В то время как такие подходы, как функциональная МРТ (фМРТ) и функциональное ультразвуковое исследование (УЗИ), позволяют измерять активность мозга всего мозга ^1,2, они используют нейроваскулярную связь для вывода об активности мозга по гемодинамической активности, ограничивая их временное разрешение^. Кроме того, фМРТ требует помещения испытуемого в МРТ-сканер, запрещая эксперименты со свободно передвигающи....

Protocol

Настоящее исследование было одобрено Голландской центральной комиссией Dierproeven (CCD) и проведено в соответствии с Законом об экспериментах на животных (протокольные коды: 2020-0020-006 и 2020-0020-010). Использовались самцы крыс Lister Hooded в возрасте 9-12 недель по прибытии. Реагенты и об.......

Discussion

В этой статье представлен адаптируемый имплантат для двусторонней, симметричной многозонной записи проволочных электродов для свободно движущихся крыс.

Возможность простой регулировки имплантата путем изменения заданных параметров стала одной из м.......

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