通过神经元放电活动触发闭环刺激

摘要

本视频展示了在植入手术设备的大鼠中进行闭环刺激的操作。首先记录并分析神经信号，然后上传模板波形，并设定参数以触发闭环刺激。

所有涉及动物模型的实验程序均已通过当地机构动物护理委员会和 JoVE 兽医审查委员会的审核。

1. 手术

注意：闭环刺激手术的具体细节取决于所使用的记录电极类型以及目标脑区。然而在大多数情况下，典型的手术通常包括以下步骤。

将一只装有大鼠的笼子带入手术室，准备植入硅胶探针或电极阵列以记录神经元活动。
使用 2–2.5% 异氟烷麻醉啮齿动物，并将头部固定在立体定位仪上。通过观察动物对轻微触觉刺激是否存在运动反应，确保其在手术期间处于无意识状态。
涂抹眼膏，以减少手术过程中角膜干燥。
剃除手术区域的毛发，并使用 2% 氯己定溶液和 70% 异丙醇对皮肤进行消毒。
在电极拟植入脑区对应的头皮下注射利多卡因（5 mg/kg）。
在拟植入区域的头皮上做切口，并使用手术刀和棉签清除暴露颅骨上的骨膜。
在颅骨上钻 4–8 个孔，用于植入固定螺钉（约 0.5 mm），为植入物提供结构支撑。将螺钉插入孔中并固定，确保其牢固稳定。
在指定坐标处钻开颅窗，并插入微驱动装置/探针植入物。
注意：所述闭环刺激方案适用于电极插入的任何脑区。
使用牙科丙烯酸树脂将微驱动装置/探针及所需的电接口连接器固定在颅骨上。所用丙烯酸树脂的量应足以牢固固定植入物，但不得接触周围软组织。
术后密切监测动物，直至其恢复足够意识以维持胸卧位。术后连续三天，皮下注射镇痛药（如美达佳，1 mg/kg）和抗生素以预防感染（如恩诺沙星，10 mg/kg）。
注意：动物通常在手术后恢复一周，再进行任何测试或记录。

2. 软件安装

注意： 本实验在 Windows 10 64 位版本上进行测试。

安装数据采集与处理软件。
安装数据采集系统 Cheetah 6.4（https://neuralynx.com/software/category/sw-acquisition-control），该系统包含与 Cheetah 采集系统交互所需的库文件。
安装 SpikeSort3D（https://neuralynx.com/software/spikesort-3d）或任何使用 KlustaKwik27 进行 spike 分类的其他软件。在线检测软件使用来自 KlustaKwik 引擎的聚类定义。该软件可运行在同一台计算机上，也可运行在同一网络中的不同计算机上。
安装 NetComDevelopmentPackage（https://github.com/leomol/cheetah-interface/blob/master/NetComDevelopmentPackage_v3.1.0），也可从 https://neuralynx.com/software/netcom-development-package 下载。
安装 Matlab（https://www.mathworks.com/downloads/；代码在 Matlab R2018a 版本上通过测试）。确保在 Windows 防火墙中启用 Matlab。通常在首次连接时会弹出提示窗口。
登录 Matlab 账户。选择许可证。选择版本。选择操作系统。
从 https://github.com/leomol/cheetah-interface 下载用于在线事件触发的以下库文件，并将其解压至计算机的“文档/Matlab”文件夹中。随附的补充材料中提供了代码副本。

3. 初始数据采集

4. 闭环实验

在 Cheetah 中恢复数据采集。
打开 Matlab。
打开 ClosedLoop.m 并点击运行。或者，在 Matlab 命令窗口中执行 ClosedLoop()。确保 ClosedLoop.m 已位于 Matlab 路径中。如果用户希望在每次触发时调用自定义函数，请改用执行 ClosedLoop('-callback', customFunction)，其中 customFunction 是指向该函数的句柄。
通过点击“加载”，浏览记录文件夹并选择其中一个脉冲数据文件（.ntt、.nse），以加载初始记录中定义的脉冲信息。
通过点击绘制的波形下方的复选框，选择一个或多个将触发刺激的神经元。
在“min matches”文本框中输入一个整数，定义将触发刺激的最少神经元数量。然后，在“window”文本框中输入一个数值，定义不同波形的脉冲被视为共激活的时间窗口。
点击“Send to start”以开始。这将根据所选神经元的脉冲活动，启动基于在线触发的事件（默认为音调）。

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