يوضح هذا البروتوكول كيفيه استخدام نظام إلكتروفيزيولوجي لتحفيز الحلقة المغلقة التي تسببها أنماط نشاط الخلايا العصبية. كما يتم توفير نموذج التعليمات البرمجية Matlab التي يمكن تعديلها بسهوله لأجهزه التحفيز المختلفة.
Method Article
يوضح هذا البروتوكول كيفيه استخدام نظام إلكتروفيزيولوجي لتحفيز الحلقة المغلقة التي تسببها أنماط نشاط الخلايا العصبية. كما يتم توفير نموذج التعليمات البرمجية Matlab التي يمكن تعديلها بسهوله لأجهزه التحفيز المختلفة.
نظم العصبية حلقه مغلقه استخدام أنماط النشاط العصبية لتحفيز المحفزات ، والتي بدورها تؤثر علي نشاط الدماغ. وهذه النظم المغلقة موجودة بالفعل في التطبيقات السريرية ، وهي أدوات هامه للبحوث الاساسيه في المخ. ومن التطورات الحديثة المثيرة للاهتمام بشكل خاص دمج نهج الحلقات المغلقة مع optogenetics ، بحيث يمكن للأنماط المحددة للنشاط العصبي ان تؤدي إلى تحفيز بصري لمجموعات عصبيه مختاره. ومع ذلك ، قد يكون من الصعب إنشاء نظام إلكتروفيزيولوجي لتجارب الحلقات المغلقة. هنا ، يتم توفير رمز Matlab جاهزه للتطبيق لأثاره المحفزات علي أساس نشاط واحد أو الخلايا العصبية المتعددة. يمكن تعديل نموذج التعليمه البرمجية هذا بسهوله استنادا إلى الاحتياجات الفردية. علي سبيل المثال ، فانه يظهر كيفيه تشغيل محفزات الصوت وكيفيه تغييره لتشغيل جهاز خارجي متصل بمنفذ تسلسلي للكمبيوتر. تم تصميم البروتوكول المعروض للعمل مع نظام تسجيل الخلايا العصبية شعبيه للدراسات الحيوانية (نيوالينيكس). ويتجلى تنفيذ التحفيز حلقه مغلقه في الفئران مستيقظا.
والهدف من هذا البروتوكول هو شرح كيفيه تنفيذ التحفيز حلقه مغلقه في التجارب الفسيولوجية العصبية. الاعداد النموذجي للتجارب حلقه مغلقه في علوم الأعصاب ينطوي علي أثاره المحفزات استنادا إلى قراءات علي الإنترنت من نشاط الخلايا العصبية. هذا ، بدوره ، يسبب التعديلات في نشاط الدماغ ، التالي إغلاق حلقه التغذية المرتدة1،2. هذه التجارب حلقه مغلقه توفر فوائد متعددة علي الاجهزه القياسية حلقه مفتوحة ، وخاصه عندما يقترن optogenetics ، الذي يسمح للباحثين لاستهداف مجموعه فرعيه معينه من الخلايا العصبية. علي سبيل المثال ، استخدم سيج وويلسون التلاعبات حلقه مغلقه لدراسة دور التذبذبات ثيتا في معالجه المعلومات3. اظهروا ان تحفيز الخلايا العصبية هيبوكامبال علي المرحلة المتساقطة من التذبذب ثيتا له تاثيرات مختلفه علي السلوك من تطبيق نفس التحفيز علي المرحلة الصاعدة. كما أصبحت التجارب المغلقة ذات اهميه متزايدة في الدراسات قبل السريرية. علي سبيل المثال, وقد أظهرت دراسات الصرع متعددة ان تحفيز الخلايا العصبية الناجمة عن بداية المضبوطات هو نهج فعال للحد من شده المضبوطات4,5,6. وعلاوة علي ذلك ، أظهرت نظم الكشف الألى عن المضبوطات وتسليم الوحدة للعلاج7،8 فوائد كبيره في مرضي الصرع9،10،11،12. مجال تطبيق آخر مع التقدم السريع من منهجيات حلقه مغلقه هو السيطرة علي الأطراف العصبية مع الدماغ القشرية-واجات الجهاز. وذلك لان توفير التغذية المرتدة لحظيه لمستخدمي الاجهزه التعويضية يحسن بشكل كبير من الدقة والقدرة13.
في السنوات الاخيره ، وقد وضعت عده مختبرات نظم مخصصه للتسجيل الكهربائي في وقت واحد من نشاط الخلايا العصبية وتسليم المحفزات في نظام مغلق حلقه14،15،16،17،18. علي الرغم من ان العديد من هذه الاجهزه لها خصائص مثيره للإعجاب ، فانه ليس من السهل دائما لتنفيذها في مختبرات أخرى. وذلك لان الانظمه غالبا ما تطلب من الفنيين ذوي الخبرة لتجميع الكترونيات المطلوبة وغيرها من مكونات الاجهزه والبرمجيات الضرورية.
ولذلك ، من أجل تسهيل اعتماد التجارب حلقه مغلقه في بحوث علوم الأعصاب ، وتوفر هذه الورقة بروتوكول ورمز matlab لتحويل حلقه مفتوحة الكهربائية تسجيل الاعداد19،20،21،22 في حلقه مغلقه نظام2،6،23. تم تصميم هذا البروتوكول للعمل مع الاجهزه الرقمية لينكس تسجيل ، وهو نظام مختبر شعبيه لتسجيلات السكان العصبية. وتتالف التجربة النموذجية مما يلي: 1) تسجيل 5-20 دقيقه من البيانات الشائكة; 2) الفرز سبايك لإنشاء قوالب الخلايا العصبية ؛ 3) استخدام هذه القوالب لأداء الكشف عن أنماط النشاط العصبي علي الإنترنت ؛ و 4) تحريك التحفيز أو الاحداث التجريبية عندما يتم الكشف عن الأنماط المحددة من قبل المستخدم.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
وقد أجريت جميع الإجراءات الموصوفة هنا ببموجب بروتوكول للبحوث الحيوانية وافقت عليه لجنه رعاية الماشية التابعة لجامعه ليثبريدج.
1-الجراحة
ملاحظه: وقد عرضت إجراءات الجراحة المستخدمة لزرع تحقيقات للتسجيلات الفسيولوجية العصبية في منشورات أخرى24،25،26. التفاصيل الدقيقة للجراحة لتحفيز حلقه مغلقه تعتمد علي نوع من التحقيقات تسجيل المستخدمة ومناطق الدماغ المستهدفة. ولكن في معظم الحالات ، ستتكون الجراحة النموذجية من الخطوات التالية.
2-تركيب البرمجيات
ملاحظه: تم اختبار هذا علي Windows 10 ، 64 إصدار بت.
3-الحصول علي البيانات الاوليه
4-تجربه الحلقة المغلقة
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
فيشر براون النرويج الفئران التي ولدت وترعرعت في الموقع وتعود إلى التعامل معها لمده أسبوعين قبل التجربة. تم زرع محرك التسجيل جراحيا ، علي غرار الأساليب الموصوفة سابقا28،29،30،31،32،33،34. وسجلت إشارات الخلايا العصبية في 32 كيلوهرتز مع نظام الاستحواذ الرقمي. تم تضخيم إشارات الخلايا العصبية لأو...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
البروتوكول الموصوف هنا ، يوضح كيفيه استخدام نظام تسجيل نيوروفيسيولوجي قياسي لاجراء تنشيط الحلقة المغلقة. هذا البروتوكول يسمح أعصاب مع خبره محدوده في علوم الكمبيوتر لتنفيذ سريع مجموعه متنوعة من التجارب حلقه مغلقه مع القليل من التكلفة. وغالبا ما تكون هذه التجارب ضرورية لدراسة التفاعلات السببية في الدماغ.
بعد اعداد الحيوانية وتركيب البرنامج (الخطوات 1 & 2) ، والتجربة حلقه مغلقه تتكون من مرحلتين منفصلة. أولا ، الحصول علي البيانات الاوليه (الخطوة 3) لجمع البيانات لتحديد القوالب المقابلة لنشاط الخلا...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
ولا يوجد لدي المؤلفين اي تضارب في المصالح يتعلق بهذا العمل.
تم دعم هذا العمل من قبل NSERC المنح ديسكفري لل و AG.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| Baytril | Bayer, Mississauga, CA | DIN 02169428 | مضاد حيوي; 50 ملغم/مل |
| الفهد 6.4 | NeuraLynx, Tucson, AZ | 6.4.0.beta | واجهات البرامج للحصول على البيانات |
| معدات التسجيل الرقمية Lynx 4SX | NeuraLynx و Tucson و AZ | 4SX | |
| جهاز إرسال المسرح | TBSI | B10-3163-GK | ينقل الإشارة العصبية إلى جهاز الاستقبال |
| Isoflurane | Fresenius Kabi ، تورنتو ، كاليفورنيا | DIN 02237518 | مخدر |
| مسحوق طقم أسنان نفاث & Liqud | Lang Dental ، Wheeling ، US | 1230 | أكريليك الأسنان |
| Lacri-Lube | Allergan ، Markham ، CA | DIN مرهم العين 00210889 | |
| Lido-2 | Rafter 8 ، Calgary | DIN 00654639 | مخدر موضعي ؛ 20 مجم / مل |
| Matlab | Mathworks | R2018b | لمعالجة الإشارات وإثارة الأحداث الخارجية |
| Metacam | Boehringer ، Ingelheim ، DE | DIN 02240463 | مسكن ؛ 5 مجم / مل |
| Netcom | NeuraLynx | v1 | واجهة برمجة التطبيقات (API) التي تتواصل مع |
| مسبار سيليكون | الفهد Cambridge Neurotech | ASSY-156-DBC2 | المزروع |
| الجهاز SpikeSort 3D & nbsp ؛ | تصنيف شكل الموجة إلى الخلية | NeuraLynx ، Tucson ، AZ | SS3D |
| جهاز استقبال الراديو اللاسلكي | TBSI 911-1062-00 | ينقل الإشارة العصبية إلى الوشق الرقمي |
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request Permission