TD驱动器：一种用于清醒及睡眠大鼠多脑区电生理记录的参数化开源植入装置

我们的研究目标是更深入地理解记忆处理背后的神经机制，特别是考察在不同学习阶段以及睡眠期间，特定脑区之间在实时条件下的相互作用。为此，我们开发了一种新型的驱动植入装置，该装置使我们能够在自由活动的大鼠执行任务和休息期间，同步观察多个脑区的神经活动。为了记录行为动物的脑部活动，研究人员通常使用自制的复杂植入装置，这些装置包含数十根可独立移动的金属丝电极。

然而，成功使用和植入这些装置可能需要多年的训练。我们的驱动装置易于构建，且无需专家操作，从而使这类研究更易于开展。TD 驱动装置的设计基于三个理念，使其与其他复杂设计形成对比。

它应能够同时记录双侧多个脑区，结构相对简单且易于快速制作，研究人员应能够自行调整设计，而无需具备高级的3D设计知识。我们的目标是理解当啮齿类动物执行简单与复杂行为任务时，不同脑区之间如何相互作用。学习过程和不同药物如何影响睡眠期间脑区之间的相互作用，以及这些睡眠期间的相互作用如何与记忆表现相关？

首先，创建 3D 模型。单击“上传”按钮，在 Autodesk Fusion 软件中打开驱动体设计。在“修改”选项卡下，单击“更改参数”。

通过在 anteroposteriorSite1 中输入前后坐标，在 mediolateralSite1 中输入内外侧坐标，调整第一个记录位置的坐标，然后点击确定。在3D打印模型上，使用M1丝锥攻出滑块螺钉的导向孔，这些导向孔是沉头孔的延伸。然后将一个3D打印的滑块套入M1×16螺钉，并使用M1黄铜嵌件将3D打印的滑块固定到位。使用少量焊锡膏，将黄铜嵌件焊接到螺钉上。

在梭芯组件冷却后，轻轻围绕螺丝将3D打印的梭芯多次旋转。接下来，组装驱动装置时，将市售的聚酰亚胺管剪切成约25毫米长。将聚酰亚胺导向管插入驱动体中，并使用镊子完成最终的插入。

使用细针或牙签，将少量液体氰基丙烯酸酯胶水涂抹在驱动体顶部的孔洞处，以固定导管。同时，将氰基丙烯酸酯胶水涂抹在驱动体底部导管与导管模板之间的接口处。从底部剪切聚酰亚胺导管，使其超出驱动体中心支柱约1毫米。

将两个穿梭组件插入驱动主体中。使用 M2.5 × 5 聚酰胺螺钉将电极接口板固定到驱动主体上。然后将一个不锈钢 M2 螺母插入左侧帽体半部的凸起结构中，并用氰基丙烯酸酯胶水固定。

用 M1 丝锥攻右半侧帽盖前部的孔。接着，准备两块金属板，作为制作电极丝束的表面。将绘图纸贴在第一块金属板上，并将两条粘性面朝上的粘性画家胶带系在第二块金属板上。

在绘图纸上画一条与水平方向成60度角的清晰直线。对于每个电极束，将电极导线按指定长度裁剪成所需数量的线段。用指尖轻轻捏起四根导线，尽可能紧密地并排放置在美纹纸上。

在显微镜下，使用手指或镊子将导线尽可能紧密地并置在一起。在导线束顶端的前两厘米处涂抹一层薄薄的液态氰基丙烯酸酯胶水。待装置完全干燥后，将导线束从胶带上取下，并转移至带有绘图纸的培养皿中。

对于后压部皮层电极束，在阵列底部进行直线切割。对于海马电极束，将阵列放置在绘图纸上，使其与60度线相交。然后以该线为引导，沿与导线方向成60度角进行切割。

然后使用剃刀或手术刀刀片，小心地沿垂直于导线方向切割，将四根导线中最短的一根切开。对于前额叶皮层束，将阵列底部分成两个双导线束，并沿垂直于导线方向切割其中一个双导线束，使其缩短1毫米。

然后，剪下两段长度为6厘米的导线用于接地线。再剪下八段长度为6厘米的导线用于脑电图导线。接下来，将一颗M1×3的不锈钢螺钉固定在第三只手工具上。

将接地线或脑电图导线的去绝缘端缠绕在螺钉的杆部。涂抹少量助焊剂，然后将导线焊接到螺钉上。将一个双列直插式插针固定在第三只手中，使母端朝向便于操作的一侧。

将导线另一端的去绝缘部分插入sip dip针脚中，并将导线焊接到针脚上。接着，将另一个sip dip针脚放入支架中，确保其公端朝外。将另一根导线的去绝缘端焊接到该针脚的公端上。

使用万用表验证当两个组件连接时，螺钉与导线针组件的去绝缘导线端之间是否存在连续连接。将导线束装入驱动器时，需先将驱动器固定在支架上。待驱动器本体稳定后，小心地将其中一束导线滑入相应的聚酰亚胺管中。

使用细镊子夹住其中一根导线，小心地将其弯向目标孔并插入。插入后，用一根金针将导线固定在皮层脑电图孔中。接着，当固定导线阵列对齐后，在导管顶部涂抹少量高强度环氧胶，以固定导线束的位置。

为了固定可移动的海马体线阵，首先将穿梭装置移至所需的最高位置。然后将线束推入穿梭装置的U形开口中，并用少量高强度环氧胶将其粘牢。小心地将接地线的线针组件开口端穿过标记为“接地”的通孔之一，并使用金针固定。

从支架上取下驱动装置。注意不要弯曲任何导线组件。实验结束后如需回收电极接口板，可轻轻将软头镊子插入电路板与驱动装置本体之间，或用手小心地抬起电极接口板，以松开残留的氰基丙烯酸酯粘合剂。

将TD驱动器植入八只大鼠中进行初步试验，植入手术在动物到达后两周进行。术后，动物对植入物表现出良好的适应性，其固定电极位于额叶和压后皮层区域，并配有可调节的海马束以增强信号覆盖范围。对连接导线的大鼠在记录箱中进行了睡眠记录。

在较大的迷宫中，清醒状态下的数据以无线记录方式采集。在八只动物中的七只，至少在一侧大脑半球到达了所有目标位点。尽管部分动物在两个月后开始丢失植入物，但大多数动物可维持植入物长达100天。

在此期间，海马通道中的delta振荡显示局部场电位保持稳定。