用于转化疼痛研究的开源实时闭环电阈值跟踪

该工具可用于研究伤害感受器致敏的不同机制，正是这种致敏可以驱动某些形式的慢性疼痛。自动电阈值跟踪提供了对伤害感受器兴奋性的可靠、在线、实时测量。因此，该测量提供了一个重要的平移桥梁，允许在人类和动物中进行测量。

同样，允许评估有效的病理和治疗。将来，AP Track可用于慢性疼痛患者，以确认治疗剂是否使其致敏伤害感受器的兴奋性正常化。这将是疗效的关键生物标志物。

我们预计我们的开源工具包AP Track将对电生理学家研究不同幅度的时间循环刺激有用。例如，我们也认为它对研究光遗传学很有用。首先，同时管理实验和软件具有挑战性，因此我建议用户在尝试实验之前将预先录制的数据加载到 AP Track 中以熟悉其使用。

我们提供了演示数据。首先，使用制造商提供的电缆将采集板连接到计算机，然后打开电源。然后，将 IO 板连接到采集板上的模拟导入，并使用串行外设接口电缆将 Intan RHD 录制主机连接到采集板。

接下来，将脉冲朋友连接到计算机。使用BNC T分路器将Pulse Pal输出通道一的信号分开，然后将其连接到恒流激励器输入和IO板，以便记录模拟电压命令。将脉冲帕尔输出通道二连接到IO板，以记录刺激TTL事件标记。

为了组装拨号控制的恒流激励器，打开恒流刺激器的电源，并使用制造商提供的电缆和磁性支架将步进电机控制板连接到步进电机。使用任何标准 USB-A 到 USB 微型 B 电缆将控制板直接连接到计算机。将控制板和步进电机连接到自定义安装支架，并将恒流刺激器上的刺激幅度拨盘设置为零毫安。

然后，将定制的桶适配器连接到步进电机桶。使用桶适配器将步进电机和定制安装设备连接到恒流刺激器上的刺激振幅拨盘上，然后打开电源。打开 AP Track GUI 并建立稳定的周围神经电生理记录。

识别皮肤上的感受野并将刺激电极定位在那里。在选项菜单中，选择触发通道，然后从脉冲帕尔输出通道二中选择包含电刺激TTL标记的ADC通道。然后，选择数据通道并选择包含电生理数据的通道。

单击连接以将 AP 轨道连接到脉冲 Pal 和步进电机设备。这可能需要一些时间。连接后，步进电机控制板将自身设置为零位置。

在刺激控制面板中，使用滑块定义初始最小和最大刺激幅度。确保电流刺激设置为零以上，以便生成TTL标记。单击 F 加载包含刺激指令的文件，然后单击向右箭头开始加载的刺激范例。

时态栅格图将根据对电刺激的响应开始更新，每个新的刺激响应都将在右侧显示为一个新列。要成功检测单个神经元动作电位，请转到时态栅格图面板并调整低、检测和高图像阈值。设置合适的图像阈值后，算法检测到的阈值交叉事件将以绿色编码。

系统地，在神经支配的皮肤区域周围移动刺激电极。监视时态栅格图中的三个阈值交叉事件，当电极处于相同的刺激位置时，这些事件以相同的延迟连续出现。这表明识别了恒定潜伏期周围神经元动作电位。

在时间栅格图上识别出单个神经元动作电位后，移动图右侧的灰色线性滑块以调整搜索框的位置。然后，使用旋转滑块将搜索框调整到适当的宽度。缩小搜索框的宽度。

要开始跟踪目标动作电位，请单击多单元跟踪表下方的加号。表中将添加一个新行，其中包含目标动作电位的详细信息，包括潜伏位置、在 2 到 10 个刺激下发射的百分比以及检测到的峰值幅度。延迟跟踪算法将在每次后续电刺激时自动执行。

选中表中的跟踪尖峰框，将搜索框移动到该特定动作潜力的适当位置。通过将刺激和记录位点之间的距离除以表中显示的潜伏期来计算周围神经元的传导速度。要执行电阈值跟踪，请将刺激控制面板中的增量和递减速率调整为所需的速率。

保持这些值相等。确保将刺激频率设置为适当的速率，通常为 0.25 到 0.5 赫兹。手动将刺激幅度调整到大约神经元的电阈值。

然后，选中多单元跟踪表中的轨道阈值框，这将启动电阈值跟踪算法。在多单元跟踪表中，监控发射速率。50%的点火率表示近似电阈值已确定，阈值将更新。

最后，对感受野进行实验操作并继续跟踪电阈值。这将量化周围神经元兴奋性的变化。该图显示了微神经造影实验中浅层常年神经的人C纤维的顺序痕迹和皮肤神经制备过程中大隐神经的小鼠A-delta纤维的连续痕迹。

当识别出动作电位时，迹线被涂成红色，导致刺激幅度减小。软件算法有效地找到了50%的发射可能性所需的刺激幅度。图中显示了在人C纤维伤害感受器热刺激期间以0.25赫兹刺激频率跟踪的电阈值。

y 轴从范式开始对刺激数进行编码。在具有阈值交叉事件的电刺激之后，4， 000毫秒的电压迹线标记为红色。此处显示了围绕跟踪动作电位放大的电压迹线。

垂直蓝线是跟踪单元的基线延迟。AP Track控制的刺激电流如图所示。垂直蓝线是基线电阈值。

这里介绍了感受野TCS-II热刺激探头温度。当这种热敏C光纤的感受野被热刺激器加热时，电阈值降低。为搜索框宽度和检测阈值选择适当的值非常重要，因为它们通过减少电噪声的影响来显着提高 AP Track 的性能。

量化治疗药物对伤害感受器过度兴奋的影响可能有助于我们更好地了解慢性疼痛的潜在机制。我们希望其他研究人员能够利用这个免费提供的工具更好地了解伤害感受生物学以及伤害感受器敏化过程中发生的变化。