بناء مفتوح المصدر الروبوتية التجسيمي الصك
Summary
ويشمل هذا البروتوكول التصاميم والبرمجيات اللازمة لرفع مستوى أداة التجسيمي موجود إلى الروبوتية (الرقمية الكمبيوتر التي تسيطر عليها؛ CNC) أداة التجسيمي لحوالي 1،000 دولار (باستثناء الحفر).
Abstract
ويشمل هذا البروتوكول التصاميم والبرمجيات اللازمة لرفع مستوى أداة التجسيمي موجود إلى الروبوتية (CNC) أداة التجسيمي لحوالي 1،000 دولار (باستثناء الحفر)، وذلك باستخدام صناعة المحركات السائر القياسية وCNC البرمجيات السيطرة. كل محور لديها سيطرة على سرعة متغير، ويمكن تشغيلها في وقت واحد أو بشكل مستقل. المرونة الروبوت ونظام الترميز المفتوحة (ز رمز) جعلها قادرة على أداء المهام المخصصة التي غير معتمدة من قبل الأنظمة التجارية. وتشمل تطبيقاتها، ولكن ليس على سبيل الحصر، حفر ثقوب، والحافة الحادة craniotomies، والجمجمة رقيق، وخفض أقطاب أو قنية. من أجل الإسراع في كتابة ز الترميز لعملية جراحية بسيطة، وضعنا البرامج النصية المخصصة التي تسمح للأفراد لتصميم عملية جراحية بدون معرفة البرمجة. ومع ذلك، بالنسبة للمستخدمين للحصول على أقصى استفادة من stereotax الآلية، أنه سيكون من المفيد أن يكون على دراية في البرمجة الرياضية وG-الترميز (بروغ بسيطةصدمت لالتصنيع باستخدام الحاسب الآلي).
سرعة الحفر الموصى بها هي أكبر من 40،000 دورة في الدقيقة. القرار السائر المحركات 1.8 ° / الخطوة، تهدف إلى 0.346 ° / الخطوة. A stereotax القياسية لديها قرار من 2.88 ميكرون / الخطوة. الحد الأقصى الموصى به سرعة القطع هو 500 ميكرون / ثانية. الحد الأقصى الموصى به هو سرعة الركض 3،500 ميكرون / ثانية. الحد الأقصى الموصى به هو حجم مثقاب HP 2.
Introduction
يتم استخدام الجراحة القوارض المجسم في مجموعة متنوعة واسعة من التطبيقات علم الأعصاب، بما في ذلك lesioning 1، 2 الرحلان الشاردي، ميكروسلك زرع 3، 4 التحفيز، ورقيقة الجمجمة التصوير 5. ومع ذلك، هناك عقبات الرئيسية التي تواجه أولئك الذين يرغبون في تطبيق هذه التقنيات، بما في ذلك منحنى التعلم حاد لأداء جراحة المجسم دقيقة واحتمال كبير الخطأ البشري. وتشمل الأخطاء البشرية القياس والفشل الحساب، فضلا عن دقة منخفضة وتكرار الحركات الإنسان. في محاولة للحد من هذه الأخطاء التباس، فإن الجراحين المجسم الاستفادة من النظام الذي يضمن أن يتم تنفيذ كافة العمليات الجراحية مماثل عبر المواضيع. الحد من الأخطاء هو أيضا أسلوب واحد التي يمكن أن المحققين تقليل استخدام المواد الحيوانية، وهو الهدف الأساسي من المعاهد الوطنية للصحة للالتجارب على الحيوانات 6. في عالم مثالي، كل لياليأن تكون قابلة للتكرار العمليات الجراحية tereotactic تماما ضمن التجارب، وبين المختبرات. لمعالجة هذه المسألة، وقد وضعت الشركات stereotaxics فائقة الدقة الجديدة، وأجهزة العرض الرقمية لقراءة القياسات. لإزالة الأخطاء حركة الإنسان، وأنتجت المتلاعبين وstereotaxics الصغيرة بمحركات تجاريا، ولكن تكلفتها العالية يمكن أن تكون باهظة إلى مختبر بميزانية محدودة. أيضا، البرامج الخاصة بهم هو الملكية بالكامل، والتي لا يمكن تعديلها من قبل الباحث لاستيعاب نوع جديد من الجراحة.
حلا ميسورا لمشكلة الخطأ البشري هو بناء stereotax الروبوتية من النموذج القائم على المختبر، وذلك باستخدام صناعة معدات التصنيع باستخدام الحاسب الآلي القياسية. بسبب CNC المجتمع الهاوي المزدهرة، والمواد هي أقل تكلفة من المعدات العلمية. هذا يسمح احد لبناء أداة التجسيمي CNC دقيقة، والتي هي أيضا درجة عالية من المرونة وغير مكلفة. مع المعرفة الأساسية من التصنيع باستخدام الحاسب الآلي وG-المدونة، األفراديمكن برمجة أي عملية جراحية المرض المجسم أنها تتخيل، من دون قيود من البرمجيات الاحتكارية. و، من أجل الإسراع في إنتاج ز رمز لعملية جراحية بسيطة، وهذا البروتوكول تتضمن البرامج التي تسمح للمستخدم لتصميم العمليات الجراحية (حافة حادة حج القحف، رقيقة الجمجمة النوافذ، حفر حفرة وزرع خفض) في نقطة وانقر فوق القوائم. هذه البرامج إخراج الانتهاء ز رمز التي يمكن تشغيلها مباشرة من البرنامج باستخدام الحاسب الآلي.
في كل شيء، والترقية الآلية التجسيمي يعتبر مثاليا لأولئك الذين لديهم مصلحة في زيادة دقة والتكرار من العمليات الجراحية، مع الحفاظ على المرونة والتكلفة المنخفضة من منصة مفتوحة المصدر.
Protocol
Representative Results
Discussion
استخدام معدات جراحة الآلي يساعد على القضاء على بعض المشاكل الأكثر شيوعا في مجال البحوث الأعصاب. أولا، مسارات أداة هي 100٪ استنساخه. ويضمن كل خفض ليكون في نفس الموقع نسبة إلى Bregma. ثانيا، ينبغي أن يقلل الخطأ المجرب. على الرغم من أن العديد من الباحثين والجراحين ذوي المهار?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وأيد هذه الدراسة من قبل المعهد الوطني لتعاطي المخدرات المنح DA 006886، وDA 032270.
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).
