Строительство с открытым исходным кодом Robotic стереотаксического прибора
Summary
Этот протокол включает в себя дизайн и программное обеспечение, необходимое для обновления существующего стереотаксической инструмент для роботизированной (числовым программным управлением; CNC) стереотаксической инструмент для около $ 1000 (без учета сверла).
Abstract
Этот протокол включает в себя дизайн и программное обеспечение, необходимые для обновления существующего стереотаксической инструмент для роботизированной (ЧПУ) стереотаксической инструмента для около $ 1000 (без учета сверла), при помощи стандартных шаговых двигателей и контрольный программное обеспечение ЧПУ. Каждая ось имеет регулируемой скоростью и может эксплуатироваться одновременно или независимо. Гибкость робота и открытая система кодирования (г-код) сделать его способен выполнять пользовательские задачи, которые не поддерживаются коммерческими системами. Ее приложения включают, но не ограничиваются, сверление отверстий, острый край краниотомии, череп истончение и снижения электродов или канюли. В целях ускорения написания г-кодирования для простых операций, мы разработали пользовательские сценарии, которые позволяют людям проектировать операцию без знания программирования. Однако для пользователей, чтобы получить максимальную отдачу от моторизованной stereotax, было бы полезно, чтобы быть осведомленным в математическом программировании и G-кодирования (простой прогтаран для обработки с ЧПУ).
Рекомендуемая скорость дрель превышает 40000 оборотов в минуту. В резолюции двигателя шаговый составляет 1,8 ° / шаг, направлены на 0,346 ° / Step. Стандартный stereotax имеет разрешение 2,88 мкм / шаг. Максимальная рекомендуемая скорость резания 500 мкм / сек. Максимальная рекомендуемая скорость бега составляет 3500 мкм / сек. Максимальная рекомендуемая немного размер сверла является HP 2.
Introduction
Стереотаксической хирургии грызунов используют в самых разнообразных неврологии приложений, в том числе lesioning 1, 2, ионофореза микропровода имплантации 3, 4, стимуляции и тонкого черепа изображений 5. Тем не менее, существуют серьезные препятствия, стоящие тех, кто желает применять эти методы, в том числе крутой кривой обучения для выполнения точной стереотаксической хирургии и высокой вероятности человеческих ошибок. Человеческие ошибки включают в себя измерение и неудачи расчета, а также низкую точность и воспроизводимость человека движений. В целях сокращения этих вмешивающихся ошибки, Стереотаксические хирурги извлекли бы выгоду из системы, которая гарантирует, что все хирургические процедуры выполняются тождественно по субъектам. Сокращение числа ошибок также один метод, с помощью которого следователи могут свести к минимуму использование предметов животных, первичную цель Национальных Институтов Здоровья для экспериментов на животных 6. В идеальном мире, все сtereotactic операции был бы совершенно воспроизведены в экспериментах, и между лабораториями. Для решения этой проблемы, компании разработали новые сверхточных stereotaxics и цифровых дисплеев для чтения измерений. Для удаления ошибок движения человека, моторизованные микро манипуляторы и stereotaxics были произведены коммерчески, но их высокая стоимость может быть непомерно высокой в лабораторию с ограниченным бюджетом. Кроме того, их программное обеспечение полностью собственностью, и не могут быть изменены исследователем, чтобы разместить новый тип операции.
Доступным решением проблемы человеческий фактор является создание робота stereotax от существующей модели лаборатории, используя промышленный стандарт оборудование с ЧПУ. Из-за растущего ЧПУ любительском сообщества, материалы значительно дешевле, чем научного оборудования. Это позволяет построить точную ЧПУ стереотаксического прибора, который также очень гибкий и недорогой. С базовыми знаниями с ЧПУ и G-Code, индивидулов может запрограммировать любой стереотаксической хирургии, что они себе представить, без ограничений проприетарного программного обеспечения. И для того, чтобы ускорить производство г-кода для простых операций, этот протокол включает в себя программное обеспечение, которое позволяет пользователю проектировать операции (острый край трепанация черепа, тонкий череп оконные, сверление и имплантатов снижения) в точке и нажмите меню. Эти программы вывода завершена г-код, который может быть запущена непосредственно с программным обеспечением ЧПУ.
В целом, моторизованный стереотаксическая обновление идеально подходит для тех, кто заинтересован в повышении точности и воспроизводимости операций, сохраняя при этом гибкость и низкую стоимость платформы с открытым кодом в.
Protocol
Representative Results
Discussion
Использование автоматизированной хирургии оборудования помогает устранить некоторые из наиболее распространенных проблем в исследовании нейронауки. Во-первых, траектории инструмента на 100% воспроизводимые. Каждое сокращение гарантированно будет в том же месте по отношению к брегмы…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Работа выполнена при поддержке Национального института по злоупотреблению наркотиками грантов DA 006886 и DA 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).
