Untersuchen Local Network Processing mit Multi-Contact-Laminar Electrode Recording

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens ist es, die Methodik zu beschreiben, die es uns ermöglicht, zu untersuchen, wie einzelne Neuronen und lokale Feldpotentiale in verschiedenen kortikalen Schichten des primären visuellen Kortex ablaufen. Im Code sensorische Informationen. Das Verfahren beginnt mit der Beschreibung des Aufbaus des computergesteuerten Mikroantriebssystems und der Verwendung einer Multikontakt-Laminarelektrode für die Aufzeichnung im primären visuellen Kortex.

Der nächste Schritt besteht darin, ein evoziertes Antwortpotential-Paradigma durchzuführen, nachdem die Elektrode in die Zielhirnregion vorgeschoben wurde. Im Anschluss daran wird die Analyse der Stromquellendichte verwendet, um die kortikalen Schichten entsprechend der Polaritätsinversion zu identifizieren, begleitet von der Konfiguration der Synchronisationsquelle. Der letzte Schritt des Verfahrens besteht darin, eine rezeptive Feldkartierung durchzuführen und die Unterschiede in der neuronalen Aktivität als Reaktion auf visuelle Stimulation zu analysieren.

Letztendlich können Ergebnisse erzielt werden, die schichtspezifische Veränderungen in der Kodierung sensorischer Informationen zeigen. Hallo, mein Name ist Sarah Eagleman und ich bin Doktorandin an der University of Texas Medical School in Houston. Der Hauptvorteil dieser Technik gegenüber bestehenden Methoden wie Multi-Elektroden-Arrays besteht darin, dass die U-Sonde die neuronale Aktivität über viele Millimeter des Kortex gleichzeitig in einer einzigen Durchdringung aufzeichnen kann.

Hallo, mein Name ist Brian Hansen. Ich bin Doktorand und arbeite an der University of Texas Medical School in Houston. Diese Methode kann Schlüsselfragen im Bereich der Neurowissenschaften beantworten und untersuchen, ob und wie Informationen auf laminare spezifische Weise verarbeitet werden.

Um zuerst die Namenselektrodenantriebsbaugruppe zu konstruieren, montieren Sie die erforderlichen Werkzeuge und Teile, einschließlich der Führungsrohre, des Führungsdrahts, des kompletten Dremel, der Werkzeuge und Teile für den Setname und der U-Sonde. Messen Sie die Führungsrohre so, dass sie, wenn sie am Aufnahmegerät befestigt sind, lang genug sind, um auf der Dura zu liegen, ohne sie zu beschädigen. Nachdem Sie die Tiefe der Aufnahmekammer gemessen haben, schneiden Sie die Führungsrohre auf die gemessene Länge von etwa fünf bis sieben Zentimetern ab, während Sie die Führungsrohre schneiden.

Achten Sie darauf, dass keine Metallsplitter in das Röhrchen gelangen. Verwenden Sie einen steifen Draht, der kleiner als der Innendurchmesser des Führungsrohrs ist, um Metallfragmente im Inneren des Rohrs zu entfernen. Platzieren Sie als Nächstes das Namensraster in der Namensbasis.

Ziehen Sie die Klemmschraube und die Gitterschraube fest. Identifizieren Sie dann den gewünschten Aufnahmebereich, und positionieren Sie die Mikrolaufwerkstürme über diesem Bereich. Nachdem der interessierende Bereich identifiziert wurde, schieben Sie das Führungsrohr durch den Boden des Gitters, bis es sich etwa ein bis zwei Millimeter außerhalb der Namenskammer befindet.

Montieren Sie als Nächstes zwei Klemmen an jedem NA-Mikroantriebsturm. Ein Motor treibt die obere Klemme an, während die untere Klemme entweder fixiert oder lose sein kann. Die obere Klemme wird am Verstärkungsrohr der U-Sonde befestigt.

Befestigen Sie die untere Klemme am Führungsrohr und tragen Sie eine kleine Menge Sekundenkleber auf, um das Führungsrohr an Ort und Stelle zu halten. Die beiden Klemmen verleihen dem System Stabilität und Präzision. Richten Sie die Spitze der U-Sonde vorsichtig an der Oberseite des Führungsrohrs aus und führen Sie die U-Sonde durch das Führungsrohr, bis Sie den Turm an der Hauptbasis befestigen können.

Stellen Sie die Position des Turms mit der Rändelschraube so ein, dass keine zusätzliche Spannung auf der U-Sonde oder dem Führungsrohr entsteht. Platzieren Sie das Namenssystem auf dem Zylindersockel und verbinden Sie die Motorkabel mit den entsprechenden Türmen. Wenn Sie mehrere Türme verwenden, werden farbcodierte Kabelbinder verwendet, um die Unterscheidung zwischen Motorkabeln und Masten zu erleichtern. Verwenden Sie das Softwareprogramm name, um mit dem Vorschieben der U-Sonde zu beginnen, entweder durch Festlegen einer Zielposition, die die U-Sonde automatisch an diese Stelle vorschiebt, oder durch Klicken auf die Namenssoftwareschnittstelle, schieben Sie die U-Sonde so vor, dass mindestens 10 Millimeter der Spitze durch das Führungsrohr hinter dem Ende der Leitung liegen. der Name Kammer.

Sterilisieren Sie die U-Sonde, indem Sie sie 20 bis 30 Minuten lang in eine auf der Metroseite aktivierte Aldehydlösung legen, bevor Sie die Namensbasis an der implantierten Aufnahmekammer anbringen. Spülen Sie danach die U-Sonde und den Namenssockel mit sterilem Wasser Null. Die Namenssoftware positioniert sich durch Zurückziehen der U-Sonde, so dass sich die Spitze gerade im Führungsrohr in der Namenssoftware befindet.

Klicken Sie auf Null für alle Positionen. Befestigen Sie die Namensbasis an der implantierten Aufnahmekammer und ziehen Sie alle vier Schrauben fest. Richten Sie dann die Basis entsprechend einem Stift aus, der sich an der Seite der Aufnahmekammer befindet.

Ziehen Sie alle vier Schrauben wieder fest und stellen Sie sicher, dass der Namenssockel fest mit der Aufnahmekammer verbunden ist. Zur Vorbereitung der fortschreitenden Aufzeichnung wird die U-Sonde geerdet und gemäß den Erdungs- und Referenzierungsanweisungen als schwebend betrachtet. Dies wird erreicht, indem der am Draht befestigte Jumper platziert wird.

An den unteren Anschlüssen werden die Kopftische am U-Sondenstecker befestigt, und dann werden die Verstärkerkabel angeschlossen und geerdet. Die U-Sonde wird zunächst schnell und stark um ein bis zwei Millimeter vorgeschoben. Legen Sie den Geschwindigkeitsparameter auf den Bereich von 0,1 bis 0,2 Millimeter pro Sekunde und den Tiefenschritt auf 0,2 bis 0,3 Millimeter fest.

Diese Werte stellen sicher, dass die U-Sonde in der Lage ist, die Dura sauber zu punktieren und sind ein wichtiger erster Schritt in der Aufnahme. Sobald Sie die Dura durchlaufen haben, reduzieren Sie die Geschwindigkeit auf 0,50 bis 0,1 Millimeter pro Sekunde und reduzieren Sie den Tiefenschritt auf 0,5 bis 0,1 Millimeter. Ziel ist es, die U-Sonde so sanft und langsam wie möglich vorzuschieben, so dass kein Gewebe beschädigt wird.

Einer der Hinweise darauf, dass die Sonde in das Gehirn eingedrungen ist, ist eine Änderung der Amplitude des LFP, begleitet von einer Verringerung des Rauschpegels, um zu überprüfen, ob die Elektrode alle kortikalen Schichten umspannt. Messen Sie die Änderung der Amplitude als Reaktion auf den weißen Blitzreiz des vollen Feldes. Die Veränderungen der LFP-Amplitude im Laufe der Zeit liegen der Analyse des evozierten Antwortpotentials zugrunde. Diese Analyse liefert die Grundlage für die Identifizierung kortikaler Schichten, um die kortikalen Schichten zu identifizieren.

Messen Sie das evozierte Reaktionspotenzial während einer passiven Fixierungsaufgabe, während Sie das Motiv einem vollflächigen Schwarzbildschirm aussetzen, der 100 Millisekunden lang weiß blinkt und dann wieder schwarz wird. Diese Sequenz besteht aus einem Versuch, der 200 Mal wiederholt wird. Der Plex-on-Mehrkanal-Erfassungsprozessor speichert alle kontinuierlichen Datensignale über eine PCI-Karte von National Instruments direkt auf dem Aufzeichnungscomputer.

Nachdem die Daten gespeichert wurden, beginnen Sie mit der Verarbeitung der Signale für die Analyse der Stromquellendichte. Verwenden Sie die von Plex bereitgestellte Softwarekorrektur FP align, um die Zeitverzögerungen in den LFP-Signalen zu korrigieren, die durch die Filter in den Kopfstufen und den Vorverstärkerplatinen induziert werden. An dieser Stelle werden die Daten mit dem Neuro-Explorer in MATLAB übertragen.

Jeder LFP-Kanal wird mit Standard-Hoch- und Tiefpassfiltern mit Grenzfrequenzen von 0,5 Hertz und 100 Hertz gefiltert. Nachdem jeder Elektrodenkontakt gefiltert wurde, identifizieren Sie jeden Versuch und den Durchschnitt über die Versuche, um die mittlere LFP-Zeitreihe für jeden Elektrodenkontakt zu erhalten, organisieren Sie dann jeden Kontakt in einer Matrix mit der LFP-Amplitude als Funktion der Zeit. Führen Sie die ICSD-Toolbox in MATLAB aus, indem Sie CSD-Plotter in den Arbeitsbereich eingeben. Da die Abtastfrequenz der kontinuierlichen Daten ein Kilohertz beträgt, legen Sie den Parameter DT auf eine Millisekunde fest.

Legen Sie als Nächstes den kortikalen Leitfähigkeitswert auf 0,4 Siemens pro Meter fest, was der Dichte der Stromquelle in Einheiten von Nanopeers pro Kubikmillimeter entspricht, und ändern Sie die Position der Elektroden als Vektor von 0,1 in einem Schritt von 0,1 bis 1,6, was der Gesamtzahl der Kontakte entspricht. Wenn alle Parameter eingefügt wurden, klicken Sie auf "Ausführen". Zeigen Sie das CSD-Profil in der CSD-Plotteroberfläche an, und fügen Sie es in eine neue Abbildung ein.

Gängige Funktionen in MATLAB, wie z. B. Image SC, können verwendet werden, um das Layerprofil zu plotten, und verschiedene Glättungsalgorithmen und Normalisierungsroutinen können angewendet werden, um die CSD-Daten darzustellen und die Layer-Identifizierung über Stunden und Sitzungen hinweg zu vergleichen. Um die Polaritätsinversion zu identifizieren, die von der Senkenquellenkonfiguration an der Basis der vierten Schicht begleitet wird, überprüfen Sie zunächst, ob eine primäre Senke in der granularen Schicht vorhanden ist. Lokalisieren Sie mithilfe des laminaren CSD-Profils die senkengetriebene negative Polarität im CSD-Diagramm.

Berechnen Sie dann den Massenschwerpunkt der granularen Senke. Eine OID wird aus der Analyse erhalten, die aus der Kontaktnummer und dem Zeitpunkt besteht, zu dem die Synchronisierung am größten war. Der Kontakt mit dem syn Centro dient als granulare Schichtreferenz bei null Mikrometern.

Analysieren Sie alle Kontakte oberhalb und unterhalb der Referenz und gruppieren Sie sie in eine von drei möglichen Schichten. Supra, granular, granular und infra granular validieren die granulare Senke, indem sie die Elektrodenpositionen verschieben und den temporalen Bereich unverändert lassen. Nach dem Mischen berechnet die CSD-Matrix die OID-Analyse.

Auch hier sollte das Verschieben des Elektrodenkontakts in Abhängigkeit von der kortikalen Tiefe jegliche laminare Spezifität zerstören. Um rezeptive Felder zu finden, beginnen Sie damit, einen umgekehrten Korrelationsstimulus auf dem Monitor zu präsentieren, wo sich rezeptive Felder möglicherweise befinden. Der Stimulus besteht aus vier Orientierungsstufen bei 45, 0, 90 und 135 Grad.

Führen Sie eine Cluster-Analyse auf den Zündratenkarten durch, um das empfängliche Feld zu lokalisieren. Berechnen Sie zunächst die Positionen der maximalen Zündrate und deren Schwerpunkt für jede Zeitverzögerung. Berechnen Sie dann die Entfernungen zwischen dem Centro und diesen Orten mit maximaler Schussrate.

Berechnen Sie Karten der Feuerraten an jeder räumlichen Position für Leitungsverzögerungen zwischen 40 und 120 Millisekunden in Intervallen von fünf Millisekunden für jedes Neuron unabhängig voneinander. Ermitteln Sie die Gesamtentfernung zwischen der OID und den umgebenden Punkten der maximalen Zündrate bei allen Zeitverzögerungen. Das rezeptive Feld befindet sich in der Zeitverzögerung, die diese Distanz minimiert.

Sobald ein rezeptives Feld für jede vorhandene Zelle gefunden wurde, entsteht ein Stimulus mit umgekehrter Korrelation: Größer als alle rezeptiven Feldstellen, die alle rezeptiven Felder in der aufgezeichneten Population überlappen. Ein Echtzeit-Feuerratendiagramm kann verwendet werden, um zu bestimmen, ob die richtigen empfänglichen Feldpositionen identifiziert wurden. Sortieren Sie schließlich Spike-Wellenformen mit dem Offline-Sortierprogramm von Plex On, das Wellenform-Clustering basierend auf Parametern wie den Hauptkomponenten Spike, Width Valley und Peak-Eigenschaften implementiert.

Achten Sie darauf, Signaleinheiten zu entfernen, die sich abrupt ändern, und behalten Sie nur Einheiten mit stabilen Zündraten für die hier gezeigte weitere Analyse bei. Ein Beispiel zur Veranschaulichung der CSD-Analyse bei der Lokalisierung kortikaler Schichten über die kortikale Tiefe als Funktion der Zeit: Die Position der supergranularen, granularen und infragranularen Schichten bleibt auch vier Stunden nach Beginn der Aufnahmesitzung stabil. Die CSD-Kurven stellen den Durchschnitt der Kontakte dar, die einem bestimmten Layer zugewiesen sind.

In diesem Beispiel erfährt die granulare Schicht eine deutliche Abnahme der CSD-Amplitude bei etwa 50 Millisekunden. Eine weitere wichtige Analyse bei der Verwendung der laminaren Elektrode besteht darin, das rezeptive Feld der Neuronen genau zu identifizieren und zu lokalisieren. Der Ursprung dieser Diagramme ist der Fixationspunkt, bei dem es sich um einen kleinen weißen Kreis handelt, der zentral auf einem schwarzen Computerbildschirm angezeigt wird.

Die Farbe in diesen Diagrammen stellt die Feuerrate jedes Neurons als Reaktion auf einen dynamischen Umkehrkorrelationsreiz dar. Diese Abbildung stellt zwei Beispiele für Spike-Wellenformen dar, die auf demselben Kanal isoliert sind. Die Cluster-Analyse wurde unter Verwendung der Hauptkomponentenanalyse und der Spike-Wellenform-Eigenschaften durchgeführt.

Die durchschnittlichen Spike-Wellenformen sind in durchgezogener Linie dargestellt. Die Standardabweichungen werden in der Strichlinie dargestellt. Beim Versuch dieser Verfahren ist es wichtig, daran zu denken, vorsichtig voranzukommen und dem Gehirn genügend Zeit zu geben, sich nach dem Fortschritt ausreichend zu beruhigen.

Wir beginnen in der Regel etwa 30 bis 45 Minuten nach dem letzten Vorschuss mit der Aufnahme. Nach diesem Verfahren beginnen wir mit der Aufnahme. Andere spektrale Techniken wie LFP-Leistung und Spike-Feld-Synchronisation können verwendet werden, um die Netzwerkstruktur innerhalb und zwischen kortikalen Schichten zu untersuchen.