オープンソースロボット定位固定装置を構築する
Summary
（ドリルは除く）の周りの千ドルのための固定装置、（CNC制御されるコンピュータ数値）このプロトコルは、デザインやロボットへの既存の固定装置をアップグレードするために必要なソフトウェアが含まれています。
Abstract
このプロトコルは、業界標準のステッピングモーターとCNC制御するソフトウェアを使用して、約$ 1,000（ドリル除く）のロボット（CNC）定位固定装置に既存の固定装置をアップグレードするために必要なデザインやソフトウェアが含まれています。各軸は、可変速度制御を有し、同時にまたは独立して動作させることができる。ロボットの柔軟性とオープンなコーディングシステム（Gコード）は、商用システムでサポートされていないカスタムタスクを実行することが可能にする。そのアプリケーションは、穴あけ、鋭いエッジ開頭術、頭蓋骨の間引き、及び下降電極またはカニューレを含むが、これらに限定されない。単純な手術gでコーディングの書き込みを促進するために、我々は個人が、プログラミングの知識なしで手術を設計することができるように、カスタムスクリプトを開発した。しかし、電動stereotaxを最大限に活用するユーザーのために、それは数理計画法とGコード化（簡易PROGに精通しているために有益であろう）CNC機械加工のための打ち込み。
推奨されるドリル速度は40,000 rpmでより大きい。ステッパーモーターの分解能は0.346°/ステップに連動1.8°/ステップである。標準stereotaxは2.88ミクロン/ステップの分解能を有する。最大推奨切削速度は500μmで/秒である。最大推奨ジョギング速度は3,500ミクロン/秒である。最大推奨ドリルビットサイズがHP 2である。
Introduction
齧歯類定位手術はlesioning 1、イオントフォレーシス2、マイクロワイヤー注入3、刺激4、及び薄い頭蓋イメージング5を含む神経科学用途に幅広く使用されている。しかし、正確な定位手術を行うための急な学習曲線と、ヒューマンエラーの確率が高いなど、これらの技術を適用したい方が直面している主要なハードルがあります。ヒューマンエラーは、測定や計算の障害だけでなく、人間の動きの精度が低いと、反復可能があります。これらの交絡誤差を低減する努力において、定位外科医は、すべての外科的処置は、被験者間で同様に行われることを確実にするシステムの恩恵を受けるだろう。エラーの減少は、研究者は動物被験体の使用を最小限に抑えることが可能な一つの方法、動物実験6のための国立衛生研究所の第一の目標である。理想的な世界では、すべてのStereotactic手術は実験中であり、研究室間で完全に複製可能になります。この問題に対処するために、企業は、測定値を読み取るための新しい超精密stereotaxics、およびデジタルディスプレイを開発した。人間の動きのエラーを削除するには、電動式マイクロマニピュレータとstereotaxicsは、商業的に生産されたが、その高いコストが限られた予算で研究室に法外ことができます。また、彼らのソフトウェアは、完全に独自のものです、そして手術の新しいタイプに対応するために、研究者が変更することはできません。
ヒューマンエラーの問題への手頃な価格のソリューションは、業界標準のCNC装置を使用して、ラボの既存のモデルからロボットstereotaxを構築することです。なぜなら急成長のCNC愛好家コミュニティの、材料はかなり科学機器よりも安価である。これは1にも非常に柔軟で、安価で正確なCNC定位固定装置を、構築することができます。 CNC加工とGコードの基本的な知識と、individuALSは、プロプライエタリなソフトウェアの制限なしに、彼らが想像していることを任意の定位手術をプログラムすることができます。そして、簡単な手術のためのGコードの生成を促進するために、このプロトコルは、ユーザーがポイント内手術（シャープエッジ開頭、薄い頭蓋骨のウィンドウ、穴加工·インプラント低下）を設計し、メニューをクリックすることを可能にするソフトウェアが含まれています。 CNCソフトウェアから直接実行することができ、これらのプログラムの出力完成Gコード。
すべてでは、電動定位アップグレードは、オープンソースプラットフォームの柔軟性と低コストを維持しながら、手術の精度と反復可能の増加に興味を持っている人に最適です。
Protocol
Representative Results
Discussion
自動化された手術用機器の使用は、神経科学の研究の中で最も一般的な問題のいくつかを解消するのに役立ちます。まず、ツールパスは、100％の再現性がある。すべてのカットがブレグマを基準に同じ場所にあることが保証されています。第二に、実験者誤差を小さくする必要があります。多くの研究者が高度に熟練した外科医ですが、それも、有能な外科医になるための練習の例外的な時?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
本研究では、薬物乱用の助成DA 006886、及びDA 032270の国民の協会によってサポートされていました。
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. |
References
- 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).
