TD Drive: parametryczny implant o otwartym kodzie źródłowym do wieloobszarowych zapisów elektrofizjologicznych u zachowujących się i śpiących szczurów

Naszym celem badawczym jest lepsze zrozumienie mechanizmów neuronalnych leżących u podstaw przetwarzania pamięci, a zwłaszcza zbadanie interakcji między określonymi regionami mózgu w czasie rzeczywistym podczas różnych punktów uczenia się, a także podczas snu. W związku z tym opracowaliśmy nowatorski implant napędowy, który umożliwia nam jednoczesne obserwowanie aktywności neuronalnej w wielu obszarach mózgu u swobodnie poruszających się szczurów w okresach zadań i odpoczynku. Aby rejestrować aktywność mózgu zachowujących się zwierząt, naukowcy często używają samodzielnie wykonanych złożonych implantów z dziesiątkami indywidualnie ruchomych drutów elektrodowych.

Jednak skuteczne używanie i wszczepianie tych urządzeń może wymagać lat szkolenia. Nasz dysk jest łatwy do zbudowania i nie wymaga doświadczonych rąk, dzięki czemu tego rodzaju badania są bardziej dostępne. Napęd TD został zaprojektowany w oparciu o trzy pomysły, kontrastując go z innymi złożonymi konstrukcjami.

Powinien on umożliwiać obustronne rejestrowanie wielu obszarów mózgu, być stosunkowo łatwy i szybki do zbudowania, a naukowcy powinni być w stanie samodzielnie dostosować projekt bez konieczności posiadania zaawansowanej wiedzy na temat projektowania 3D. Naszym celem jest zrozumienie, w jaki sposób różne regiony mózgu oddziałują na siebie, gdy gryzonie wykonują proste i złożone zadania behawioralne. W jaki sposób uczenie się i różne leki wpływają na te interakcje między regionami mózgu podczas snu i jak te interakcje podczas snu są związane z wydajnością pamięci?

Aby rozpocząć, utwórz modele 3D. Kliknij przycisk Prześlij, aby otworzyć projekt korpusu napędu w oprogramowaniu Autodesk Fusion. Na karcie Modyfikuj kliknij Zmień parametry.

Dostosuj współrzędne pierwszego miejsca nagrywania, wprowadzając współrzędną przednio-tylną w polu przednio-tylneWitryna1 i współrzędną przyśrodkowo-boczną w polu Witryna przednio-boczna1 i naciśnij przycisk OK. Na wydrukowanym modelu 3D użyj kranu M1, aby nagwintować otwory prowadzące na wahadłowe, które są przedłużeniem otworów w zlewie. Następnie wsuń czółenko wydrukowane w 3D na M1 na 16 i użyj mosiężnej wkładki M1, aby utrzymać wydrukowane w 3D czółenko na miejscu. Za pomocą niewielkiej ilości pasty lutowniczej mosiężną wkładkę do.

Po schłodzeniu zespołu czółenka delikatnie obróć wydrukowane w 3D czółenko kilka razy wokół. Następnie, aby zmontować napęd, przytnij dostępne w handlu rurki poliimidowe o długości około 25 milimetrów. Włóż poliimidowe rurki prowadzące do korpusu napędu i zakończ wkładanie za pomocą pęsety.

Za pomocą cienkiej igły lub wykałaczki nałóż niewielką ilość płynnego kleju cyjanoakrylowego na otwory w górnej części korpusu napędu, aby zamocować rurki prowadzące na miejscu. Nałóż również klej cyjanoakrylowy na interfejs między rurkami prowadzącymi a szablonem prowadzącym w dolnej części korpusu napędu. Wytnij poliimidowe rurki prowadzące na spodzie tak, aby wystawały około 1 milimetr poza środkowe cokoły korpusu napędu.

Włóż dwa zespoły wahadłowe do korpusu napędu. Przykręć płytkę interfejsu elektrody do korpusu napędu za pomocą poliamidowych M2.5 x 5. Następnie włóż nakrętkę M2 ze stali nierdzewnej do profilu na lewej połowie nasadki i przymocuj ją klejem cyjanoakrylowym.

Stuknij w otwór z przodu prawej połowy nasadki za pomocą kranu M1. Następnie przygotuj dwie metalowe płytki jako powierzchnię do tworzenia wiązek drutów elektrodowych. Przymocuj papier do plotowania do pierwszej płyty i zawiąż dwie lepkie taśmy malarskie na drugiej płycie lepką powierzchnią skierowaną do góry.

Narysuj wyraźną linię o kącie 60 stopni na papierze kreślarskim. Dla każdej wiązki elektrod należy pociąć drut elektrody na wymaganą liczbę kawałków o określonej długości. Delikatnie podnieś cztery druty, dotykając ich opuszkiem palca i umieść je jak najbliżej siebie obok siebie na taśmie malarskiej.

Pod mikroskopem użyj palców lub kleszczy, aby umieścić druty jak najbliżej siebie. Nałóż cienką warstwę płynnego kleju cyjanoakrylowego na pierwsze dwa centymetry górnej części wiązki. Po całkowitym wyschnięciu zestawu wyjmij wiązkę drutu z taśmy i przenieś ją na płytę z papierem do kreślenia.

W przypadku wiązek kory zaśledziłowej wykonaj proste cięcie na dole tablicy. W przypadku wiązek elektrod hipokampa umieść matrycę na papierze kreślarskim tak, aby przecinała linię 60 stopni. Następnie użyj żyłki jako prowadnicy, aby wykonać cięcie pod kątem 60 stopni w kierunku drutów.

Następnie za pomocą żyletki lub ostrza skalpela ostrożnie rozetnij najkrótszy z czterech drutów przecinających prostopadle do kierunku drutu. W przypadku wiązek kory przedczołowej podziel dolną część macierzy na dwie wiązki dwuprzewodowe. Skróć jedną z dwóch wiązek drutu o 1 milimetr, przecinając ją prostopadle do kierunku drutu.

Następnie wytnij dwa kawałki o długości 6 centymetrów na przewód uziemiający. Wytnij również osiem kawałków o długości 6 centymetrów na drut elektroencefalogramowy. Następnie umieść ze stali nierdzewnej M1 x 3 w trzeciej ręce.

Owiń odizolowaną stronę przewodu uziemiającego lub elektroencefalograficznego wokół trzpienia. Nałóż niewielką ilość topnika lutowniczego i drut do. Umieść szpilkę do zanurzania łyka w trzeciej ręce, tak aby dostępna była żeńska strona.

Włóż odizolowaną część po przeciwnej stronie drutu do kołka zanurzeniowego sip i drut do kołka. Następnie umieść kolejny kołek do zanurzania łyka w uchwycie tak, aby dostępna była strona męska. odizolowaną stronę drugiego przewodu do męskiej strony pinu.

Użyj multimetru, aby sprawdzić, czy istnieje ciągłe połączenie między śrubą a odizolowanym końcem przewodu zespołu kołków przewodów, gdy oba zespoły są połączone. Aby załadować wiązki przewodów do napędu, przymocuj napęd do uchwytu. Gdy korpus napędu jest stabilny, ostrożnie wsuń jedną z wiązek przewodów do odpowiedniej rurki poliimidowej.

Użyj cienkich kleszczy, aby chwycić jeden z drutów i ostrożnie zegnij go w kierunku żądanego otworu i włóż. Po włożeniu użyj złotej szpilki, aby przypiąć ją do otworu elektrokortykografii. Następnie, gdy stałe układy drutów są wyrównane, nałóż niewielką ilość mocnego kleju epoksydowego na górną część rur prowadzących, aby zamocować wiązki na miejscu.

Aby zamocować ruchome układy drutów hipokampa, najpierw przesuń wahadłowiec do najwyższej wymaganej pozycji. Następnie wepchnij wiązki drutu do otworu czółenka w kształcie litery U i przyklej je niewielką ilością mocnego kleju epoksydowego. Ostrożnie włóż otwarty koniec zespołu kołka przewodu uziemiającego przez jeden z otworów przelotowych oznaczonych jako uziemiony i zamocuj go za pomocą złotego kołka.

Wyjmij dysk z uchwytu. Uważaj, aby nie zgiąć żadnego z zespołów przewodów. Aby odzyskać płytkę interfejsu elektrody po eksperymentach, delikatnie wepchnij miękką pęsetę między płytkę a korpus napędu lub ostrożnie podnieś EIB ręcznie, aby uwolnić pozostałe wiązanie cyjanoakrylowe.

Napęd TD wszczepiono ośmiu szczurom w ramach serii pilotażowej, a operacje wszczepienia implantów przeprowadzono dwa tygodnie po przybyciu. Po operacji zwierzęta wykazały zdolność adaptacji do implantów ze stałymi elektrodami w okolicy czołowej i zaśledziony oraz regulowanymi wiązkami hipokampa w celu zwiększenia zasięgu sygnału. Nagrania snu wykonywano na szczurach na uwięzi w pudełku do nagrywania.

Podczas gdy dane o wybudzeniu były rejestrowane jako nagrania bezprzewodowe w większym labiryncie. U siedmiu z ośmiu zwierząt wszystkie miejsca docelowe zostały osiągnięte na co najmniej jednej półkuli. Podczas gdy niektóre zwierzęta zaczęły tracić implanty po dwóch miesiącach, większość zatrzymywała je nawet przez 100 dni.

W tym czasie potencjał pola lokalnego pozostawał stabilny, co obserwowano za pomocą oscylacji delta w kanale hipokampa.