建设一个开放源码的机器人立体定位仪
Summary
该协议包括了设计和必要的软件来升级现有的立体定位仪的机器人（控制计算机数值; CNC）立体定位仪在1000美元左右（不包括钻头）。
Abstract
该协议包括必要的设计和软件升级现有立体定位仪的机器人（CNC）立体定位仪为大约$ 1,000（不包括钻头），使用行业标准的步进电机和数控控制软件。每个轴具有可变速度控制，并且可以同时地或独立地操作。机器人的灵活性和开放的编码系统（G代码），使其能够执行不支持由商业系统的自定义任务。其应用包括，但不限于，钻孔，尖锐边缘开颅手术，颅骨变薄，并降低电极或插管。为了加快G-编码的简单手术的写作，我们已经开发的自定义脚本，允许个人设计一个手术，没有编程知识。然而，为用户获得最大的电动stereotax的，这将是有益的知识渊博的数学规划和G-编码（简单的编冲压数控加工）。
建议钻孔速度大于40000转。步进电机的分辨率为1.8°/步，面向0.346°/步。标准stereotax有2.88微米/步的分辨率。建议的最高切割速度为500微米/秒。建议的最高点动速度是3500微米/秒。建议的最高钻头大小是惠普2。
Introduction
立体定向手术啮齿动物被用在各种各样的神经科学应用，包括lesioning 1，离子电渗疗法2，微丝植入3，刺激4，和薄颅骨成像5。不过，也有面向那些谁想要应用这些技术，包括用于执行精确的立体定向手术的陡峭的学习曲线和人为错误的几率高主要障碍。人为错误包括测量和计算失误，以及低精度和可复制人类的动作。在努力减少这些干扰错误，立体定向外科医生将受益于一个系统，它可以确保所有的外科手术跨学科完全相同进行。错误的减少，也是一种方法，通过它可以调查尽量少用动物学科，美国国立卫生研究院的动物实验6的主要目标。在一个理想的世界里，所有的stereotactic手术将完全复制中的实验和实验室之间。为了解决这个问题，公司已经开发出新的超精密stereotaxics，和数字显示器读取测量结果。若要移除人体运动的错误，电动微型机器人和stereotaxics进行商业化生产，但其成本高，让人望而却步，以在有限的预算的实验室。此外，他们的软件是完全私有的，并且不能由研究者修改，以适应新类型的手术。
经济实惠的解决方案，以人为错误的问题是从实验室现有的模型建立一个机器人stereotax，使用行业标准的数控设备。因为一个新兴的数控爱好者社区，该材料是显著更便宜比科研设备。这允许一个建立一个准确的数控立体定位仪，这也是高度灵活和便宜。随着数控加工及G-Code，individu的基本知识ALS可以设定任何立体定向手术，他们想象，如果没有专有软件的限制。而且，为了加快生产的G代码进行简单的手术，这个协议包括软件，允许用户设计手术（锐边开颅手术，颅骨变薄窗口，钻孔和植入物降低）内的点，然后单击菜单。这些程序输出一个完整的G-代码，可以直接从CNC软件运行。
总之，机动立体升级是非常适合那些谁拥有权益的增加手术的准确性和可复制性，同时保留一个开源平台的灵活性和低成本。
Protocol
Representative Results
Discussion
使用自动化手术设备有助于消除一些在神经科学研究中最常见的问题。首先，刀具路径是100％可重复的。每一个切割保证在相对位置前囟门一样。其次，它应该减少实验者错误。虽然许多研究人员都高度熟练的外科医生，它需要实践的一个特殊的量变得一个称职的外科医生。该设备将允许新的学生能够快速，轻松地进行高精度的手术。第三，电动手术设备应减少执行一个实验6所需的动物?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
这项研究是药物滥用津贴的DA 006886，和DA 032270支持的研究所。
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. |
Riferimenti
- 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).
