La construcción de un código abierto robótica estereotáxica Instrumento
Summary
Este protocolo incluye los diseños y el software necesario para actualizar un instrumento estereotáxico existente a un robot (numérico controlado por ordenador; CNC) instrumento estereotáxico para alrededor de 1.000 dólares (sin incluir un taladro).
Abstract
Este protocolo incluye los diseños y el software necesarios para actualizar un instrumento estereotáctico existente a un robot (CNC) instrumento estereotáxica por alrededor de $ 1.000 (sin incluir un taladro), utilizando motores de pasos estándar de la industria y el software de control CNC. Cada eje tiene control de velocidad variable y puede ser operado de manera simultánea o independientemente. La flexibilidad del robot y el sistema de codificación abierta (g-code) que sea capaz de realizar las tareas personalizadas que no son compatibles con los sistemas comerciales. Sus aplicaciones incluyen, pero no se limitan a, los agujeros de perforación, craneotomías borde afilado, adelgazamiento cráneo, y electrodos o cánula de descenso. Con el fin de agilizar la redacción del g-codificación para cirugías simples, hemos desarrollado scripts personalizados que permiten a los individuos para diseñar una cirugía sin ningún conocimiento de programación. Sin embargo, para que los usuarios obtener el máximo provecho de la stereotax motorizado, sería beneficioso tener conocimiento de programación matemática y G-Codificación de Mercancías (sencilla progembistiendo por CNC mecanizado).
La velocidad recomendada de la fresa es mayor que 40.000 rpm. La resolución de motor paso a paso es de 1,8 ° / Paso, dirigido a 0.346 ° / Paso. A stereotax estándar tiene una resolución de 2,88 micras / paso. La velocidad de corte máxima recomendada es de 500 m / seg. La velocidad de avance lento recomendada máxima es de 3500 m / seg. El tamaño máximo recomendado broca es HP 2.
Introduction
La cirugía estereotáctica roedor se utiliza en una amplia variedad de aplicaciones de neurociencia, incluyendo lesioning 1, iontoforesis 2, la implantación microhilo 3, 4 estimulación, y de formación de imágenes del cráneo delgada 5. Sin embargo, hay grandes obstáculos que enfrentan aquellos que desean aplicar estas técnicas, incluyendo la curva de aprendizaje para la realización de la cirugía estereotáctica exacta y la alta probabilidad de error humano. Los errores humanos incluyen la medición y fallas de cálculo, así como la poca precisión y replicabilidad de los movimientos humanos. En un esfuerzo para reducir estos errores de confusión, los cirujanos estereotácticas se beneficiarían de un sistema que asegura que todos los procedimientos quirúrgicos se realizan de forma idéntica en todos los sujetos. La reducción de los errores también es un método por el cual los investigadores pueden reducir al mínimo el uso de sujetos animales, un objetivo primordial de los Institutos Nacionales de la Salud para la experimentación animal 6. En un mundo ideal, todos los scirugías tereotactic serían perfectamente reproducible dentro de los experimentos y entre laboratorios. Para solucionar este problema, las empresas han desarrollado nuevos stereotaxics ultra-precisos, y pantallas digitales para la lectura de las mediciones. Para eliminar los errores de movimiento humano, manipuladores y stereotaxics micro motorizados fueron producidos comercialmente, pero su alto coste puede ser prohibitivo para un laboratorio con un presupuesto limitado. Además, su software es totalmente de propiedad, y no puede ser modificado por el investigador para dar cabida a un nuevo tipo de cirugía.
Una solución asequible para el problema de error humano es construir una stereotax robótico del modelo existente de un laboratorio, utilizando un equipo estándar de la industria CNC. Debido a la creciente comunidad de aficionados del CNC, los materiales son mucho más baratos que los equipos científicos. Esto permite a uno construir un instrumento estereotáxico CNC precisa, que también es muy flexible y de bajo costo. Con un conocimiento básico de mecanizado CNC y G-Code, individualmenteals pueden programar cualquier cirugía estereotáctica que se imaginan, sin las limitaciones de software propietario. Y, a fin de acelerar la producción de g-código para cirugías simples, este protocolo incluye un software que permite al usuario diseñar cirugías (craneotomía afilada punta, ventanas cráneo delgado, taladrado y de implantes bajar) dentro de apuntar y hacer clic menús. Estos programas de salida de un código de g concluido que se pueden ejecutar directamente desde el software de CNC.
En total, una actualización estereotáxica motorizado es ideal para aquellos que tienen un interés en el aumento de la precisión y la repetibilidad de las cirugías, al tiempo que conserva la flexibilidad y el bajo coste de una plataforma de código abierto.
Protocol
Representative Results
Discussion
El uso de equipos de cirugía automatizada ayuda a eliminar algunos de los problemas más comunes en la investigación en neurociencias. En primer lugar, las trayectorias de la herramienta son 100% reproducible. Cada corte está garantizado a estar en la misma ubicación con respecto a Bregma. En segundo lugar, se debe reducir el error experimentador. Aunque muchos investigadores son cirujanos altamente calificados, se necesita una cantidad excepcional de la práctica a ser aún un cirujano competente. Este dispositivo …
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este estudio fue apoyado por el Instituto Nacional sobre el Abuso de Drogas Subvenciones DA 006886, 032270 y DA.
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).
