通过神经元尖峰活动触发闭环刺激

Abstract

来源:Molina， L. et al.在神经生理学实验中使用神经元尖峰活动触发闭环刺激。J. Vis. Exp.（2019 年）。

该视频演示了使用手术植入装置对大鼠进行闭环刺激以记录神经活动的作。首先记录和分析神经元信号。然后上传模板波形，并定义参数以触发闭环激励。

Protocol

所有涉及动物模型的程序均已由当地机构动物护理委员会和 JoVE 兽医审查委员会审查。

1. 外科手术

注意:闭环刺激手术的确切细节取决于所使用的记录探针类型和目标大脑区域。然而，在大多数情况下，典型的手术将包括以下步骤。

1. 将装有大鼠的笼子带到手术室，植入硅胶探针或电极阵列以记录神经元活动。
2. 用 2-2.5% 异氟醚麻醉啮齿动物，并将头部固定在立体定位框架中。通过观察对轻微触觉刺激的任何运动反应，确保动物在手术过程中失去知觉。
3. 涂抹眼药膏以尽量减少手术过程中的干燥。
4. 剃除手术区域，并用 2% 洗必泰溶液和 70% 异丙醇对皮肤进行消毒。
5. 将利多卡因 （5 mg/kg） 注射到头皮下将植入电极的大脑区域。
6. 在未来植入物的区域上切开头皮，并使用手术刀和棉签从暴露的颅骨中清除骨膜。
7. 在颅骨上钻 4-8 个孔，用于植入地脚螺钉 （~0.5 mm） 作为植入物的结构支撑。将螺钉插入孔中，将螺钉连接到头骨上，并确保它们牢固地固定到位。
8. 在指定坐标处钻开颅手术并插入微型驱动器/探针植入物。
   注意:所描述的闭环刺激方案适用于插入电极的任何大脑区域。
9. 使用牙科丙烯酸将微型驱动器/探针和任何所需的电气接口连接器固定到颅骨上。牙科丙烯酸的量应足以牢固地连接植入物，但不应与周围的软组织接触。
10. 手术后，密切监测动物，直到它恢复足够的意识以维持胸骨卧位。在接下来的 3 天内，皮下注射镇痛药（例如 Metacam，1 mg/kg）和抗生素（例如恩诺沙星，10 mg/kg）。
    注意:在进行任何测试或记录之前，动物通常会从手术中恢复一周。

2. 软件安装

注意:这是在 Windows 10 64 位版本上测试的。

1. 安装数据采集和处理软件。
2. 安装数据采集系统 Cheetah 6.4 （https://neuralynx.com/software/category/sw-acquisition-control），其中包括用于与 Cheetah 采集系统交互的库。
3. 安装 SpikeSort3D （https://neuralynx.com/software/spikesort-3d） 或任何其他使用 KlustaKwik27 进行尖峰排序的软件。在线检测软件使用 KlustaKwik 引擎中的集群定义。该软件可以在同一台计算机上运行，也可以在同一网络上的不同计算机上运行。
4. 安装 NetComDevelopmentPackage （https://github.com/leomol/cheetah-interface/blob/master/NetComDevelopmentPackage_v3.1.0），该包也可从 https://neuralynx.com/software/netcom-development-package 下载。
5. 安装 Matlab（https://www.mathworks.com/downloads/;代码已在 Matlab 版本 R2018a 上测试）。确保在 Windows 防火墙中启用了 Matlab。通常，第一次连接时会出现一个弹出窗口。
6. 登录到 Matlab 帐户。选择许可证。选择版本。选择作系统。
7. 从 https://github.com/leomol/cheetah-interface 下载以下用于在线事件触发的库，并将文件提取到计算机的"Documents/Matlab"文件夹中。随附的补充材料中提供了该代码的副本。

3. 初始数据采集

1. 使用 Cheetah 软件开始数据采集。
2. 记录几分钟的加标数据以填充模板波形。
3. 停止数据采集并对记录的数据执行尖峰排序。
4. 打开 SpikeSort3D，点击 File |菜单 |Load Spike File 并从包含记录数据的文件夹中选择一个 spike 文件。
5. 单击 Cluster Menu，然后单击 Autocluster using KlustaKwik，保留默认设置，然后单击 Run。

4. 闭环实验

1. 在 Cheetah 中恢复数据采集。
2. 打开 Matlab。
3. 打开 ClosedLoop.m 并单击 Run。或者，在 Matlab 命令窗口中，执行 ClosedLoop（）。确保 ClosedLoop.m 位于 Matlab 路径上。如果用户想要使用自定义函数来调用每个触发器，请改为执行 ClosedLoop（'-callback'， customFunction），其中 customFunction 是该函数的句柄。
4. 通过单击 Load （加载），浏览记录文件夹，然后选择一个尖峰数据文件（.ntt、.nse）来加载在初始记录中定义的尖峰信息。
5. 通过单击绘制波形下方的复选框，选择一个或多个将触发刺激的神经元。
6. 通过在 "min matches" 文本框中键入整数来定义将触发刺激的最小神经元数。然后，通过在 "window" 文本框中键入一个数字来定义匹配不同波形的尖峰被视为共生的时间窗口。
7. 单击 Send 开始。这将开始根据所选神经元的峰值活动在线触发事件（默认为音调）。

Materials