Bir Açık kaynak Robotik Stereotaksik Enstrüman Bina
Summary
This protocol includes the designs and software necessary to upgrade an existing stereotaxic instrument to a robotic (computer numeric controlled; CNC) stereotaxic instrument for around $1,000 (excluding a drill).
Abstract
Bu protokol endüstri standardı step motorları ve CNC kontrol yazılımı kullanarak, yaklaşık 1.000 $ (matkap hariç) için bir robot (CNC) stereotaksik alet varolan stereotaksik enstrüman yükseltmek için gerekli tasarım ve yazılım içerir. Her eksen değişken hız kontrolü vardır ve aynı anda veya bağımsız çalıştırılabilir. Robotun esneklik ve açık kodlama sistemi (g-kodu) ticari sistemleri tarafından desteklenmeyen özel görevleri yetenekli olun. Uygulamaları, matkap delikleri, keskin kenar kraniyotomi, kafatası incelmesi ve düşürücü elektrotlar ya da kanül arasında, ancak bunlarla sınırlı değildir. Basit ameliyatlar için g-kodlama yazma hızlandırmak amacıyla, bireylerin hiçbir programlama bilgisine sahip bir cerrahi tasarlamak için izin özel komut geliştirdik. Ancak, motorlu stereotaksi dışında en iyi şekilde kullanıcılar için, matematiksel programlama ve G-Kodlama (basit prog bilgili olması faydalı olacaktır) CNC işleme için sıkıştırma.
Önerilen matkap hızı 40.000 rpm daha büyüktür. Step motor çözünürlüğü 0,346 ° / Adım yönelik 1.8 ° / Step, olduğunu. Standart stereotaksi 2.88 mm / adım çözünürlüğe sahip. Önerilen maksimum kesme hızı 500 mm / sn 'dir. Önerilen maksimum koşu hızı 3,500 mm / sn 'dir. Önerilen maksimum matkap boyutu HP 2'dir.
Introduction
Stereotaktik kemirgen cerrahi hasraı 1, iyontoforez 2, mikrotel implantasyon 3, stimülasyon 4, ve ince kafatası görüntüleme 5 dahil nörobilim uygulamalar geniş bir yelpazede kullanılmaktadır. Ancak, doğru stereotaktik ameliyat için dik bir öğrenme eğrisi ve insan hatası, yüksek olasılık içeren bu teknikleri uygulamak isteyenler karşıya önemli engeller vardır. İnsan hata ölçüm ve hesaplama arızaları, hem de insan hareketlerinin düşük doğruluk ve tekrarlanabilirliğini içerir. Bu karıştırıcı hataları azaltmak için bir çaba, stereotaktik cerrahlar tüm cerrahi işlemler denekler genelinde aynı yerine getirilmesini sağlayan bir sistemden yararlanacak. Hatalarının azaltılması da araştırmacılar hayvan deneklerin kullanımını hayvan deney için 6 Ulusal Sağlık Enstitüleri birincil hedefi en aza indirmek mümkün kılan bir yöntemdir. İdeal bir dünyada, tüm stereotactic ameliyatları deneyler içinde mükemmel tekrarlanabilir olması ve laboratuarları arasında olacaktır. Bu sorunu çözmek için, şirketlerin ölçümleri okumak için yeni ultra-hassas stereotaxics ve dijital görüntüler geliştirdik. Insan hareketi hataları kaldırmak için, motorlu mikro manipülatörler ve stereotaxics ticari olarak üretilen, ancak yüksek maliyet sınırlı bir bütçe ile bir laboratuvara engelleyici olabilir. Ayrıca, kendi yazılım tamamen özel ve yeni bir cerrahi türü karşılamak için araştırmacı tarafından değiştirilemez.
Insan hatası soruna uygun bir çözüm endüstri standardı CNC ekipman kullanarak, bir laboratuvar mevcut model bir robot stereotaksi inşa etmektir. Çünkü gelişen CNC hobi topluluğu, malzemeleri daha az pahalı bilimsel ekipman daha vardır. Bu da son derece esnek ve ucuz bir doğru CNC steryotaksik enstrüman, oluşturmanıza olanak verir. CNC işleme ve G-Code, individu temel bilgilere sahipals tescilli yazılım sınırlamaları olmadan, onlar hayal herhangi stereotaktik cerrahi programlayabilir. Ve, basit ameliyatlar için g-kod üretimini hızlandırmak için, bu protokol kullanıcı açısından içinde ameliyatları (keskin kenar kraniotomi, ince kafatası pencere, delik delme ve implant düşürücü) tasarım ve menüleri tıklayın sağlar yazılım içerir. Bu programlar çıktı CNC yazılımı doğrudan çalıştırılabilir olabilir tamamlanmış bir g-kodu.
Tüm, motorlu stereotaksik yükseltme bir açık kaynak platformu esneklik ve düşük maliyetli korurken, ameliyatları doğruluğu ve tekrarlanabilirliği artan bir ilgi var olanlar için idealdir.
Protocol
Representative Results
Discussion
The use of automated surgery equipment helps to eliminate some of the most common problems in neuroscience research. First, the tool paths are 100% reproducible. Every cut is guaranteed to be in the same location relative to Bregma. Second, it should reduce experimenter error. Although many researchers are highly skilled surgeons, it takes an exceptional amount of practice to become even a competent surgeon. This device will allow new students to quickly and easily perform highly accurate surgeries. Third, motorized surg…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This study was supported by the National Institute on Drug Abuse Grants DA 006886, and 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).
