Construir um Robotic estereotáxica Instrumento Open-source
Summary
Este protocolo inclui os desenhos e software necessário para atualizar um instrumento estereotáxico existente para um robô (numérico controlado por computador; CNC) instrumento estereotáxico para cerca de US $ 1.000 (excluindo uma broca).
Abstract
Este protocolo inclui os desenhos e software necessários para a atualização de um instrumento estereotáxico existente para um (CNC) instrumento estereotáxico robótico para cerca de US $ 1.000 (excluindo uma broca), utilizando motores de passo padrão da indústria e CNC software de controle. Cada eixo possui controle de velocidade variável e podem ser operadas simultaneamente ou independentemente. A flexibilidade do robô e sistema de codificação aberta (g-code) torná-lo capaz de realizar tarefas personalizadas que não são suportadas por sistemas comerciais. Suas aplicações incluem, mas não estão limitados a, abertura de furos, craniotomias borda afiada, desbaste crânio e eletrodos ou cânula diminuindo. A fim de agilizar a escrita de g-codificação para cirurgias simples, desenvolvemos scripts personalizados que permitem aos indivíduos para projetar uma cirurgia sem nenhum conhecimento de programação. No entanto, para os usuários a tirar o máximo proveito do stereotax motorizada, seria benéfico para ser entendido em programação matemática e G-Coding (prog simplesbatendo para usinagem CNC).
A velocidade de perfuração recomendada é maior do que 40.000 rpm. A resolução do motor de passo é de 1,8 ° / Step, voltado para 0,346 ° / Step. A stereotax padrão tem uma resolução de 2,88 mM / passo. A velocidade máxima recomendada de corte é 500 mm / seg. A velocidade máxima recomendada é de corrida de 3.500 mM / seg. O tamanho recomendado máximo broca é HP 2.
Introduction
Cirurgia estereotáxica roedor é usado em uma ampla variedade de aplicações, incluindo a lesão neuroscience 1, iontoforese 2, o implante de microfio, 3, 4 estimulação, e imagiologia crânio fina 5. No entanto, existem grandes obstáculos enfrentados por aqueles que desejam aplicar essas técnicas, incluindo a curva de aprendizagem para a realização de cirurgia estereotáxica precisos e alta probabilidade de erro humano. Erros humanos incluem medição e falhas de cálculo, bem como a baixa precisão e reprodutibilidade dos movimentos humanos. Em um esforço para reduzir os erros de confusão, os cirurgiões estereotáxicos se beneficiariam de um sistema que garante que todos os procedimentos cirúrgicos são realizados de forma idêntica entre os indivíduos. A redução de erros também é um método pelo qual os investigadores podem minimizar o uso de matérias de origem animal, o objetivo principal dos Institutos Nacionais de Saúde para experimentos com animais 6. Em um mundo ideal, todo scirurgias tereotactic seria perfeitamente replicável dentro experimentos e entre laboratórios. Para resolver esse problema, as empresas desenvolveram novas stereotaxics ultra-precisos e displays digitais para leitura de medições. Para remover os erros de deslocação humanos, micro manipuladores e stereotaxics motorizados foram produzidas comercialmente, mas seu alto custo pode ser proibitivo para um laboratório com um orçamento limitado. Além disso, o software é totalmente exclusiva, e não pode ser modificada pelo investigador para acomodar um novo tipo de cirurgia.
Uma solução acessível para o problema de erro humano é construir uma stereotax robótico do modelo existente de um laboratório, utilizando-se equipamento padrão da indústria CNC. Por causa de uma comunidade florescente hobby CNC, os materiais são significativamente menos caro do que o equipamento científico. Isto permite construir um instrumento estereotáxico precisas CNC, o que também é altamente flexível e barato. Com um conhecimento básico de usinagem CNC e G-Code, indivíduosals pode programar qualquer cirurgia estereotáxica que eles imaginam, sem as limitações de software proprietário. E, a fim de acelerar a produção de g-code para cirurgias simples, este protocolo inclui um software que permite ao usuário projetar cirurgias (craniotomia borda afiada, de janelas crânio fino, furo de perfuração e implantes rebaixamento) dentro de apontar e clicar menus. Estes programas de saída de um g-code concluído que pode ser executado diretamente de software CNC.
Ao todo, um upgrade estereotáxica motorizada é ideal para quem tem interesse em aumentar a precisão ea replicabilidade das cirurgias, mantendo a flexibilidade e baixo custo de uma plataforma de código aberto.
Protocol
Representative Results
Discussion
O uso de equipamentos de cirurgia automatizada ajuda a eliminar alguns dos problemas mais comuns na pesquisa em neurociência. Primeiro, os caminhos da ferramenta são 100% reproduzível. Cada corte tem a garantia de ser no mesmo local em relação ao bregma. Em segundo lugar, ele deve reduzir o erro experimentador. Embora muitos pesquisadores são cirurgiões altamente qualificados, é preciso uma quantidade excepcional de prática para se tornar até mesmo um cirurgião competente. Este dispositivo permitirá que os n…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este estudo foi financiado pelo Instituto Nacional sobre Abuso de Drogas Grants DA 006886, 032270 e 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. |
Referências
- 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).
