Der Aufbau einer Open-Source Robotic stereotaktischen Instrument
Summary
Dieses Protokoll enthält die Entwürfe und Software notwendig, um eine vorhandene stereotaktischen Instrument, um einem Roboter-Upgrade (CNC-gesteuert, CNC) stereotaktischen Instrument für rund $ 1.000 (ohne Bohrer).
Abstract
Dieses Protokoll enthält die Entwürfe und Software notwendig, um eine vorhandene stereotaktischen Instrument an einen Roboter (CNC) stereotaktischen Instrument für rund $ 1.000 (ohne Bohrer) zu aktualisieren, mit Industrie-Standard-Schrittmotoren und CNC-Steuerungssoftware. Jede Achse hat variable Drehzahlregelung und können gleichzeitig oder unabhängig voneinander betrieben werden. Die Flexibilität des Roboters und offene Kodierungssystem (G-Code) ist es in der Lage ist benutzerdefinierte Aufgaben, die nicht von kommerziellen Systemen unterstützt werden. Die Anwendungen umfassen, sind aber nicht beschränkt auf, das Bohren von Löchern, scharfe Kante Kraniotomien, Schädel Ausdünnung, und Senken Elektroden oder Kanüle. Um das Schreiben der für einfache Operationen g-Kodierung zu beschleunigen, haben wir eigene Skripte, die Individuen, um eine Operation ohne Programmierkenntnisse entwerfen lassen entwickelt. Für Anwender, die meisten aus der motorisierten stereotax zu bekommen, wäre es von Vorteil Kenntnisse in der mathematischen Programmierung und G-Coding (einfache prog zu seinRammen für die CNC-Bearbeitung).
Die empfohlene Bohrerdrehzahl größer als 40.000 Umdrehungen pro Minute. Der Schrittmotor Auflösung 1,8 ° / Schritt, um 0,346 ° / Step ausgerichtet. Ein Standard-stereotax hat eine Auflösung von 2,88 um / Schritt. Die maximal empfohlene Schnittgeschwindigkeit beträgt 500 um / sec. Die maximal empfohlene Jogging-Drehzahl beträgt 3.500 um / sec. Die maximal empfohlene Bohrergröße ist HP 2.
Introduction
Stereotaktische Nagetier-Operation wird in einer Vielzahl von Anwendungen der Neurowissenschaften, einschließlich der Läsion 1, 2 Iontophorese, Mikroimplantation 3, 4 Stimulation, und dünne Schädelbild 5 verwendet. Allerdings gibt es große Hürden, die diejenigen, die diese Techniken, einschließlich der steilen Lernkurve für die Durchführung präzise stereotaktische Operation und der hohen Wahrscheinlichkeit von menschlichen Fehlern anwenden möchten. Menschliche Fehler sind Mess-und Berechnungsfehler, sowie die geringe Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der menschlichen Bewegungen. In dem Bemühen, diese Störfaktoren Fehler zu reduzieren, würde die stereotaktische Chirurgen aus einem System, das sicherstellt, dass alle chirurgischen Verfahren sind identisch für Probanden profitieren. Die Reduzierung von Fehlern ist auch eine Methode, mit der Ermittler die Verwendung von tierischen Themen, ein primäres Ziel der National Institutes of Health für die Tierversuche 6 zu minimieren. In einer idealen Welt, alle stereotactic Operationen würde perfekt reproduzierbare Experimente innerhalb als auch zwischen Labors. Um dieses Problem anzugehen, haben die Unternehmen neue ultra-präzise stereotaxics und digitale Displays zum Lesen Messungen entwickelt. Um menschliche Bewegungsfehler zu entfernen, wurden motorisierten Mikromanipulatoren und stereotaxics kommerziell hergestellt, aber ihre hohen Kosten prohibitiv zu einem Labor mit einem begrenzten Budget. Auch ist ihre Software vollständig geschützt sind und nicht durch den Forscher modifiziert, um eine neue Art der Operation anzupassen.
Eine kostengünstige Lösung für den menschlichen Fehler Problem ist es, einen Roboter stereotax aus bestehenden Modell eines Labor zu bauen, mit Industrie-Standard-CNC-Ausrüstung. Aufgrund einer wachsenden CNC Bastler-Community, die Materialien sind deutlich günstiger als wissenschaftliche Geräte. Dies erlaubt es, eine genaue CNC stereotaktischen Instrument, das auch sehr flexibel und kostengünstig zu bauen. Mit einer Grundkenntnisse der CNC-Bearbeitung und G-Code individuellALS kann jede stereotaktischen Operation, dass sie sich vorstellen, zu programmieren, ohne die Beschränkungen proprietärer Software. Und, um die Produktion von G-Code für einfache Operationen zu beschleunigen, enthält dieses Protokoll-Software, die dem Benutzer Operationen (scharfe Kante Kraniotomie, dünne Schädelfenster, Lochbohren &-Implantat Senken) im Punkt Design und klicken Sie auf Menüs ermöglicht. Diese Programme Ausgang eine abgeschlossene g-Code, der direkt von der CNC-Software ausgeführt werden kann.
Alles in allem ist ein motorisierter stereotaktischen Upgrade ideal für diejenigen, die ein Interesse an der Erhöhung der Genauigkeit und Wiederholbarkeit von Operationen, unter Beibehaltung der Flexibilität und niedrige Kosten für eine Open Source-Plattform haben.
Protocol
Representative Results
Discussion
Die Verwendung von automatischen Chirurgiegeräte hilft, einige der häufigsten Probleme in der neurowissenschaftlichen Forschung zu beseitigen. Erstens sind die Werkzeugwege 100% reproduzierbar. Jeder Schnitt ist garantiert in der gleichen Position relativ zum Bregma sein. Zweitens sollte es Experimentator Fehler zu reduzieren. Obwohl viele Forscher sind hoch qualifizierte Chirurgen, dauert es ein außergewöhnliches Maß an Übung, um auch ein kompetenter Chirurg zu werden. Dieses Gerät ermöglicht es neuen Studenten…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Studie wurde vom National Institute on Drug Abuse Grants DA 006886, 032270 und DA unterstützt.
Materials
| 1x Standard U Frame Stereotax | Kopf | Kopf | This protocol should work with most existing stereotaxic devices. |
| 3x 12 V, 1.6 A, 233 oz-inch Geared Bipolar Stepper Motor | Phidgets | Robot Shop | Any high torque geared stepper motor should do. |
| 1x 3 Axis CNC Stepper Motor Driver Board Controller | Toshiba | Ebay | Any 3 Axis CNC driver should do. Linked Item includes Mach3 CNC software. |
| 2x Arm Couplers: medial-lateral (ML) & dorsal-ventral (DV) | custom machined | Part Drawings | These must be machined by your local machine shop. (costs will vary) |
| 1x anterior-posterior (AP) Coupler | custom machined | Part Drawings | These must be machined by your local machine shop. (costs will vary) |
| 3x Motor to Stereotax Collar | custom machined | Part Drawings | These must be machined by your local machine shop. (costs will vary) |
| View in Browser | |||
| 12x NF10-32 Cup Point Set Screws | McMaster Carr | ½” Length | You will need 6 of each. |
| ¼” Length | |||
| 12x M3 Socket Head Screws (20 mm) | McMaster Carr | 20mm Length | You will need 4 for each motor |
| 1x Micro-Motor Drill | Buffalo Dental | X50 | Any Micromotor drill will work. At least 38,000 rpm recommended |
| 1x 12 V DC Power Supply | 12 Volt Adapters | 12v DC – 7 Amp | Any 12 V DC PSU should work (ensure amperage rating is higher than the sum of the motors’ amperage). |
| 1x Extra Large Probe Holder | Stoelting | Stoelting | |
| 1x Grade B Rat Skull | Skulls Unlimited | Skulls Unlimited | |
| Mach 3 Mill | ArtSoft USA | Trial Download | Any Standard CNC controlling software should work. |
| Surgery Designer | Kevin Coffey & David Barker | MATLAB File Exchange | These codes are available to modify. We accept no responsibility for your use or modification of code. |
Referencias
- Yin, H. H., Knowlton, B. J., Balleine, B. W. Lesions of dorsolateral striatum preserve outcome expectancy but disrupt habit formation in instrumental learning. Eur. J. Neurosci. 19 (1), 181-189 (2004).
- West, M. O., Woodward, D. J. A technique for microiontophoretic study of single neurons in the freely moving rat. J. Neurosci. Methods. 11 (3), 179-186 (1984).
- Peoples, L. L., West, M. O. Phasic firing of single neurons in the rat nucleus accumbens correlated with the timing of intravenous cocaine self-administration. J. Neurosci. 16 (10), 3459-3473 (1996).
- Wolske, M., Rompre, P. P., Wise, R. A., West, M. O. Activation of single neurons in the rat nucleus accumbens during self-stimulation of the ventral tegmental area. J. Neurosci. 13 (1), 1-12 (1993).
- Bozza, T., McGann, J. P., Mombaerts, P., &Wachowiak, M. In vivo imaging of neuronal activity by targeted expression of a genetically encoded probe in the mouse. Neuron. 42 (1), 9-21 (2004).
- Pitts, M. Office of Laboratory Animal Welfare. Institutional animal care and use committee guidebook. , (2002).
- Yoon, T., Otto, T. Differential contributions of dorsal vs. ventral hippocampus to auditory trace fear conditioning. Neurobiol. Learn. Mem. 87 (4), 464-475 (2007).
- Root, D. H., et al. Differential roles of ventral pallidum subregions during cocaine self-administration behaviors. J. Comp. Neurol. 521 (3), 558-588 (2012).
- Yang, G., Pan, F., Parkhurst, C. N., Grutzendler, J., Gan, W. B. Thinned-skull cranial window technique for long-term imaging of the cortex in live mice. Nat. Protoc. 5 (2), 201-208 (2010).
- Feng, L., Sametsky, E. A., Gusev, A. G., Uteshev, V. V. Responsiveness to nicotine of neurons of the caudal nucleus of the solitary tract correlates with the neuronal projection target. J. Neurophysiol. 108 (7), 1884-1894 (2012).
- Babaei, P., Soltani Tehrani, ., B, A., Alizadeh, Transplanted Bone Marrow Mesenchymal Stem Cells Improve Memory in Rat Models of Alzheimer’s Disease. Stem Cells Int. 2012, 369417 (2012).
