Name: Eine einfache Vorrichtung zur Stimulierende Evoking Punkt-wie taktile Reize: Ein Suchscheinwerfer für LFP Transitions Spike (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-03-25T13:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 34 s
Description: Erfahren Sie die Konstruktion eines kostengünstigen Stimulationsgeräts für präzise taktile Reize. Diese Methode ermöglicht die Untersuchung neuronaler Antworten im somatosensorischen Kortex mittels Elektrophysiologie.

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Ethische Erklärung Zu untersuchen, wie Sinnesreize durch neuronale Aktivität dargestellt gibt es keine Alternative zur Verwendung von Tieren und die Verwendung eines in vivo-Ansatz. Alle Tiere wurden entlang der italienischen und europäischen Gesetze über die Behandlung von Tieren in der wissenschaftlichen Forschung (italienisch bioethische Ausschusses, Rechtsverordnung über die Behandlung von Tieren in der Forschung, 27. Januar 1992, Nr. 116) behandelt. Das National Research Council, in dem die Experimente durchgeführt wurden, hält sich an den Internationalen Ausschuss für Versuchstierkunde (ICLAS) im Auftrag der Vereinten Nationen für Erziehung, Wissenschaft und Kultur Organisationen (UNESCO), dem Rat für Internationale Organisationen der medizinischen Wissenschaften (CIOMS ) und der International Union of Biological Sciences (IUBS). Als solche wurde kein Protokoll-spezifische Genehmigung erforderlich. Die Genehmigung des Ministeriums für Gesundheit wird als &quot;Biella 1, 3/2011&quot; in die Dateien des Ethik-Ausschusses der eingestuftUniversität von Mailand. 1. Vorbereitung der Versuchstiere <ol><li> Wählen männlichen Ratten etwa 300 bis 400 g in der Größe. </li><li> Anesthetize die Ratten für die Versuchsvorbereitung. <ol><li> Inject intraperitoneal eine Barbiturat-Lösung (Pentobarbital, 50 mg / kg für Induktion, 10 mg / kg für die Wartung). </li><li> Überprüfen Sie die Anästhesie Ebene durch niedrige Schwelle und hohe Schwelle mechanische Reize über eine Pfote sicherzustellen, dass kein Rückzugsreflex auftritt. </li><li> Bereiten Sie die Hirnhaut durch das Rasieren des Schädeldaches und genau dann einen Einschnitt, um die Schädeloberfläche freizulegen. </li><li> Kanülieren die Luftröhre durch eine Trachealkanüle (Innendurchmesser von 2 mm und einem Außendurchmesser von 2,5 mm) Befestigung durch chirurgische Ligation der Umgebung der Luftröhre sich. </li><li> Seitlich an den Luftröhrensegment setzen die Halsschlagader und kanülieren es Einführen einer Kanüle (PE10) mit einer Spritze Befestigung durch chirurgische Ligatur um das Schiff verbunden. </li></ol></li><li> Montieren Sie die Ratte auf einen stereotaktischen Apparat. <ol><li> Sichern Ratte Körper und in eine Rückenlage. </li><li> Befestigen Sie den Kopf nach Gehör Bars und blockieren die Schnauze. Legen Sie ein oder zwei Tropfen Lokalanästhetikum (Lidocain) in Ohr der Ratte, bevor Ohr Bars. </li></ol></li><li> Regulieren Sie die Temperatur der stereotaktischen Pad durch eine elektronisch gesteuerte Heizkissen, wobei die Temperatur bei 37,5 ° C </li><li> Verbinden Sie den Trachealtubus die Atemnarkosegerät. <ol><li> Stellen Sie die Atemnarkosegerät bei 1 Hub / s liefern Isofluran (2,5% von 0,4 bis 0,8 l / min) und O 2 (0,15 bis 0,2 l / min). </li></ol></li><li> Reinigen Sie sorgfältig die Schädelhöhle durch einen PVP-Jod Antiseptikum. </li><li> Werfen Sie einen sterilen Skalpell und schneiden in Längsrichtung auf der Mittellinie von der Basis der Schnauze auf den Winkel des Hinterhauptbein. <ol><li> Divaricate die Wundgrenzen, die von einem Retraktor und befestigen Sie sie durch zwei kleine Cocker Zange angewendet to die Wundgrenzen. </li><li> Identifizieren Sie die Knochenhaut mit dem Hinweis ein Licht über einen Schädeldach Beobachtung der transluzenten Oberfläche. Rubbeln Sie sorgfältig die Knochengewölbe Entfernen der Knochenhaut und das Aussetzen der Knochenoberfläche. </li><li> Geben Blutstillung mit einem Wattestäbchen oder chirurgische Schwamm über die Knochenoberfläche, wenn fokale Blutungen über den Knochen erscheinen. </li></ol></li><li> Mit einer feinen Spitze Feder, identifizieren die stereotaktische Punkt Bregma an dem Kreuzungspunkt der mediosagittal und koronalen suturas. <ol><li> Operationsmikroskop unter Kontrolle, identifizieren die stereoBereich (S1HL), die über der somatosensorischen Kortex kontralateral zu der hinteren Pfote für das Experiment (Bregma, AP -0,5 bis 1,2 mm, LL -2.3 bis 2,5 mm) verwendet. </li></ol></li><li> Mit einer feinen Spitze Feder zu zeichnen den Platz Umfang das Loch gebohrt werden begrenzt. <ol><li> Bohren Sie ein Loch 9 mm 2 auf der zuvor identifizierten blaue Quadrat Entfernen der Knochen Fliese. </li><li> Reinigen und zu absorbieren potenzielle Knochenblutungen. </li&gt; <li> Entfernen Sie vorsichtig die Dura mater und decken den kortikalen Oberfläche mit einem chirurgischen Schwamm in künstlichen bei 37,5 ° C gehalten Rückenmarksflüssigkeit getränkt </li></ol></li><li> Befestigen Sie die Elektrodenmatrix auf einen Halter mit einem elektronischen Mikromanipulator verbunden. <ol><li> Verbinden Sie den Kopf der Matrix mit dem Vorverstärker durch einen Mikro-Steckverbinder. </li><li> Fahren Sie manuell die Elektrodenmatrix (unter Operationsmikroskop Kontrolle) bis zur kortikalen Oberfläche (ohne es zu berühren). </li><li> Schalten Sie den Verstärker mit akustischen Signal. </li><li> Fahren Sie durch die elektronische Steuerung wird die Elektrodenmatrix, um den kortikalen Oberfläche berühren, bis der Kontakt erreicht, durch eine klare Geräuschklangwechsel signalisiert. </li><li> Ziehen Sie die Elektrodenmatrix durch elektronisch gesteuerte Schritte (2 um / Schritt), bis eine Tiefe von 350 bis 400 um erreicht wird (Rindenschicht IV). </li><li> Überprüfen Sie die Reaktionsfähigkeit der Neuronen durch leichte Berührungen auf der kontralateralen Hinterpfote. </li><li>Stellen Sie die Tiefe von ein paar weiteren Schritten, bis eine klare Antwort Spicken beobachtet. </li><li> Lähmen die Ratte durch intravenöse Gallamin thriethiodide (20 mg / kg / h). Verwenden gebrochenen Dosen während des Experiments zu Curarisierung Ebenen (0,2 ml / 1 h) zu halten. </li></ol></li></ol> 2. Signal-Behandlung <ol><li> Stellen Sie die Software-Bandpassfilter auf [0,1 6000] Hz. <ol><li> Notieren Sie sich die neuronalen Signale der 8 Kanäle Mikroelektrodenmatrix bei 32 kHz abgetastet. </li></ol></li><li> Nach Abschluss der Aufnahme, exportieren Sie die aufgezeichneten Signale in ein binäres Format, das sich für die Nachbearbeitung. <ol><li> Führen Sie die Spitze Sortierverfahren mit Hilfe der Toolbox Wave_clus 11. </li></ol></li></ol> 3. Herstellung und Konfiguration der Stimulationsvorrichtung <ol><li> Montieren Sie einen Kaktus Stiel (mit abgestumpften Spitze) orthogonal zur Oberfläche eines Mid-Range-Lautsprecher Kleben der Stiel Basis an der Kappe. </li><li> Programm einMikrocontroller Spannungsimpulse an eine Treiberschaltung für den Lautsprecher zu liefern. <ol><li> Programmieren Sie den Mikrocontroller zu zwei gepaart Stromimpulse jeden zweiten liefern (siehe Abbildung 1C). </li></ol></li><li> Montieren Sie den Lautsprecher und das Mikrocontroller mittels einer L293D H-Brücke mit grundlegenden passiven Komponenten (siehe Abbildung 1A). </li><li> Schließen Sie den Microcontroller mit einem 12 V Akku. </li></ol> 4. Stimulationsprotokoll <ol><li> Kleben Sie den dorsalen Aspekt der Hinterpfote an einen festen Rahmen, Aussetzen der volaren Fläche und die Vermeidung von Gelenk Verdrehungen. </li><li> Setzen Sie die Spitze des Stimulationsgerätes auf die gewünschte Gliedmaßen / Pfote Position. </li><li> Schalten Sie das Stimulationsgerät. </li></ol> Offline-Schritte: 5. Bewertung von Spike Antworten <ol><li> Für jedes aufgezeichnete Neuron, berechnen die Shannon Mutual Information (MI) des Stimulus evozierten Spikeaktivität (Stimulus ca.tegorie ist entweder 1, Reiz, oder 0, kein Reiz). <ol><li> Schätzung der bedingten Antwortwahrscheinlichkeit p (r | s), wobei s den Stimulus Kategorie und r für die Anzahl von Spitzen in einem festen Zeitfenster emittiert. </li><li> Korrigieren Sie die MI Schätzung mit Hilfe der Verfahren beschrieben schlurfenden 9. </li></ol></li></ol> 6. Bewertung der LFP Antworten <ol><li> Filtern Sie die aufgezeichneten Signal im Frequenzbereich [0,1 100] Hz, um den LFP-Signal zu erhalten </li><li> Rechen LFPSNR, ein Maß für die Reaktions LFP, wie im Bezugszeichen 10 erläutert. </li></ol> 7. Modellschätzung <ol><li> Generieren Sie ein Modell der Form <img alt="" fo:content-width="2in" height="24" src="/files/ftp_upload/50941/50941eq1.jpg" width="155" /> wo die x Argumente repräsentieren drei verschiedene Funktionen LFP (x 1 der LFP selbst &lt;<html> em&gt; x 2 sein Derivat und X 3 die Hilbert-Phasen von dessen Derivat) und F wie folgt ausgedrückt: <img alt="" fo:content-width="2in" height="57" src="/files/ftp_upload/50941/50941eq2.jpg" width="187" /> die g-Koeffizienten Gewichte der Linearkombination und f ist ein Operator, der entweder den absoluten Wert, der Leistung oder den ursprünglichen Wert jedes x i nimmt. </li><li> Verwenden Sie die NSGAII Algorithmus, um die Modellparameter und die Betreiber mit den folgenden drei Objekte schätzen: i) ein lokales, Prozess-zu-Versuchsbasis Maß fit <img alt="" fo:content-width="2in" height="40" src="/files/ftp_upload/50941/50941eq3.jpg" width="149" /> , Wobei N und N sp r stellen jeweils die Gesamtzahl Spikes und die Länge der Antwortvektor, ii) ein globales Maß der Anpassung basierend auf der durchschnittlichen Antwortad/50941/50941eq4.jpg &quot;width =&quot; 205 &quot;/&gt; wobei N bzw. die Länge der durchschnittlichen Antwort, iii) ein Maß für die Komplexität des Modells (siehe auch) 10 <img alt="" fo:content-width="2in" height="23" src="/files/ftp_upload/50941/50941eq5.jpg" width="161" /> . </li></ol> 8. Die histologische Bestätigung <ol><li> Opfer der Ratte. <ol><li> Am Ende der experimentellen Aufnahmen, legte das Tier in tiefer Narkose gasförmigen (Isofluran 2%, 4 L / min) und injizieren intravenös ein Barbiturat-Überdosis (&gt; 50 mg / kg Pentobarbital). </li><li> Warten Sie den Herzstillstand. </li><li> Hängen Sie die Ratte von der stereotaktischen Apparat </li></ol></li><li> Perfusion. <ol><li> Legen Sie die Ratte Verlegung über ein Gitter auf ein Becken, das Blut und Flüssigkeiten aus der Perfusion zu sammeln. </li><li> Öffnen Sie den Brustkorb durch das Brustbein Sezieren der Trennung von den Rippeninsertionen. </li><li> Blockieren Sie die Brustbeinschwertfortsatz mit einem Cocker Pinzette und Umkippen cranially das Brustbein und die Rippen divaricate über dem Herzen. </li><li> Identifizieren Sie die linke Herzkammer und den rechten Vorhof, legen Sie ein neun Messer stumpf Spitze Nadel (nach Perfusionskanüle angeschlossen) in die Herzkammer, und öffnen Sie mit chirurgischen feinen Schere in den rechten Vorhof. </li><li> Starten Sie die Perfusion mit kaltem (4 ° C) heparinisierte physiologische Lösung (250 ml), gefolgt von der Perfusion einer 4% igen Formalin-Lösung (250 ml). </li></ol></li><li> Extrahieren Sie das Gehirn aus dem Schädel durch das Öffnen der Schädeldecke mit einer geeigneten Pinzette und legen das Gehirn in einer 10% igen Formalin-Lösung. </li><li> Nach einer Woche, bereiten die histologischen Schnitte mit einem Mikrotom (10 um Dicke). </li><li> Stain die Gehirn koronalen und sagittalen Schnitte mit Kresylviolett Lösung. </li></ol>

<ol><li>Pesaran, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Uncovering+the+Mysterious+Origins+of+Local+Field+Potentials%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">Uncovering the Mysterious Origins of Local Field Potentials.</a> Neuron. 61 (1-2), (2009).</li>
<li>Delmas, P., Hao, J., Rodat-Despoix, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Molecular+Mechanisms+of+Mechanotrasduction+in+Mammalian+Sensory+Neurons%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Rev.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Molecular Mechanisms of Mechanotrasduction in Mammalian Sensory Neurons.</a> Nat. Rev. Neurosci. 12, 139-153 (2011).</li>
<li>Rasch, M. J., Gretton, A., Murayama, Y., Maass, W., Logothetis, N. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Inferring+spike+trains+from+local+field+potentials%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurophys%22%5BJournal%5D)">Inferring spike trains from local field potentials.</a> J. Neurophys. 99 (3), 1461-1476 (2008).</li>
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<li>Theunissen, F. E., David, S. V., Singh, N. C., Hsu, A., Vinje, W. E., Gallant, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Estimating+spatio-temporal+receptive+fields+of+auditory+and+visual+neurons+from+their+responses+to+natural+stimuli%5BTitle%5D)+AND+%22Network%22%5BJournal%5D)">Estimating spatio-temporal receptive fields of auditory and visual neurons from their responses to natural stimuli.</a> Network. 12 (3), 289 (2001).</li>
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<li>Microcontroller website. , Duemilanove, Italy. Available: 
 
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<li>Quiroga, R. Q., Nadasdy, Z., Ben-Shaul, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Unsupervised+Spike+Detection+and+Sorting+with+Wavelets+and+Superparamagnetic+Clustering%5BTitle%5D)+AND+%22Neural+Comput%22%5BJournal%5D)">Unsupervised Spike Detection and Sorting with Wavelets and Superparamagnetic Clustering.</a> Neural Comput. 16, 1661-1687 (2004).</li>
<li>Deb, K., Agrawal, A., Pratab, A., Meyarivan, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+fast+elitist+non-dominated+sorting+genetic+algorithm+for+multi-objective+optimization%3A+NSGA-II+IEEE%5BTitle%5D)+AND+%22Trans.+Evol.+Comput%22%5BJournal%5D)">A fast elitist non-dominated sorting genetic algorithm for multi-objective optimization: NSGA-II IEEE.</a> Trans. Evol. Comput. 6 (2), 181-197 (2000).</li>
</ol>

Die Autoren erklären, keine finanziellen Interessen konkurrieren.

Diese Arbeit zunächst präsentierte eine neue, einfache und kostengünstige Gerät ermöglicht, schnell und räumlich punktartige Sinnesreize zu liefern. Dann eine randomisierte Doppelpulsstimulationsprotokoll und einen Satz von Computeranalysen wurden validiert. Das übergeordnete Ziel war es, einen Rahmen für die Schätzung der LFP-Spike-Beziehungen in elektrophysiologischen Ableitungen während taktile Stimulation zu etablieren. Das Gerät, das Protokoll und die analytischen Ansatz haben gemeinsam...

Im Rahmen der Signalverarbeitung wird die Impulsantwort stellt eine grundlegende Charakterisierung des Verhaltens eines dynamischen Systems. Obwohl die ideale Impulsreiz praktisch nicht erreichbar ist, ist es möglich, eine vernünftige Annäherung davon durch Verwendung eines Betätigungselementes, das Hochfrequenzverschiebungen erzeugt, erhalten. Diese Art von Licht taktil-Vibrationsstimulation ist bekannt, dass sowohl die tiefe Haut (zB schnelle Reaktion, schnelle Anpassung Pacini-Körperchen) 2 und oberflächlichen Rezeptoren (zB niedrigschwellige langsam an Merkel scheibenförmige Strukturen) 2 Ziel. Reizstromgeräten, insbesondere piezoelektrische Aktuatoren, mit einer Reihe von Nachteilen, nicht zuletzt Resonanzen und kleine Verschiebungen berechnet. Um diese Mängel zu überwinden, ist eine alternative Implementierung des impulsartige Stimulation mit Hilfe eines stumpfen Spitze (ein Kaktus geglättet Spitze in unserem Fall) vertikal vorgeschlagenauf der Membran Zentrum einer Mid-Range-Lautsprecherkonus montiert. Dies bietet den Vorteil einer größeren Verschiebungen und breiteren Frequenzspektrum. Eine wirksame Anwendung einer solchen Vorrichtung war die Untersuchung der relevanten neuro Problem der LFP Abhängigkeits Spikes. Wegen der subtilen zeitlichen Zusammenhang zwischen diesen elektrischen Ereignissen ein fein reguliert Gerät wurde für die Bereitstellung von peripheren Reize nötig. Die Reize hatte, so schnell und räumlich selektive wie möglich zu sein, um das &quot;Grundrauschen&quot; zu reduzieren und schärfen die Signale von Interesse. Zu diesem Zweck wurden die Stimulationsvorrichtung und die Reizübermittlungsprotokolls gemeinsam für die Aufgabe optimiert. In diesem Beitrag beschreiben wir die Technik und präsentieren einige repräsentative Ergebnisse. Ein Stimulationsprotokoll basierend auf randomisierten gepaarten Impulse hat, um die Gewöhnung vermeiden ausgelegt und optimiert. Dieses Protokoll bietet den Vorteil der klassischen Paared Impulse und reduziert die Möglichkeit der Fehlschluss zwischen Reizen und spontane periodische Ausbrüche von neuronaler Aktivität. Durch die Nutzung dieser randomisierten Doppelpuls war es möglich, schnell und zuverlässig LFP und Spike-Antworten zu erhalten und die Besonderheit dieser Antworten auf die Abhängigkeit der beiden LFPs und Spitzen auf die Stimulation der Geschichte verwandt zu erfassen. In der Tat aus den rohen LFP Reaktionen einen Satz von drei LFP Merkmale (LFP selbst, der LFP ersten Ableitung und der Phase der ersten Ableitung) stark korreliert mit dem mittleren Dorn Reaktion wurde extrahiert. Wurden einige Methoden vorgeschlagen, um Modelle, die Spitzen von LFPs 3,4 vorhersagen passen. Im Allgemeinen ist ein kritischer Punkt der Modellanpassungsprozesses, auch gemeinsam zur Vorhersage von Spike-Ereignis aus dem Stimulus-Signal wird durch die geeignete Wahl der Zielfunktion zu maximieren / minimieren besteht. Während eine Reihe von Zielfunktionen wurde vorschlagend (zB Korrelation und Kohärenz) 5 keine von diesen gemeinsam erfasst die ganze Komplexität der Spike-Antworten. Dementsprechend wird ein neuer Ansatz auf Basis von Mehrzieloptimierung eingeführt. Wir zeigen, dass durch die vorgeschlagenen erarbeitet und diese Rechen Rahmen ist es möglich, eine Reihe von Vorhersagemodellen basierend auf starken LFP Beziehungen Spike schätzen.

<table><tbody><tr><td>Microstepper</td><td>AB Transvertex (Stockholm, Schweden)</td><td></td><td>Der Mikrostepper, der zum Abziehen der Elektrodenmatrix verwendet wird</td></tr><tr><td>32-Kanal Cheetah System</td><td>Neuralynx (MT, USA)</td><td></td><td>Das elektrophysiologische Aufzeichnungssystem</td></tr><tr><td>L293D h-Brücke</td><td>RS Components (Cinisello Balsamo, Italien)</td><td></td><td>Die Brücke, die verwendet wird, um den Mikrocontroller mit dem Lautsprecher zu verbinden</td></tr><tr><td>H21A3 Optischer Unterbrecher Schalter</td><td>Fairchild Semiconductor Corporation (San Jose, Kalifornien)</td><td></td><td>Der Fototransistor, der zur Stabilisierung der Spitzenverschiebung verwendet wird</td></tr><tr><td>Arduino Uno</td><td>Arduino (Duemilanove, Italien)</td><td></td><td>Der Mikrocontroller, der verwendet wird, um den Stromimpuls an den Lautsprecher zu liefern</td></tr><tr><td>Mikroelektrodenmatrizen GB1</td><td>FHC</td><td></td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Isofluran</td><td>Rhodia Organique Fine Ltd.</td><td></td><td>Das Anästhetikum zur Vorbereitung von Tieren</td></tr><tr><td>Stereotaktischer Apparat</td><td>Narishighe (Tokio, Japan)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Männliche Sprague-Dawley-Ratten</td><td>Charles River (Calco, LC, Italien)</td><td></td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Gallaminethriethiodid</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td>Die Verbindung, die zur Kurarisierung der Tiere verwendet wird</td></tr><tr><td>Cresylviolett</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Topische Antiseptika (Betadin 10%)</td><td>Meda Pharma (Mailand, Italien)</td><td></td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Heparin</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Formaldehyd</td><td>Carlo Erba Reagenzien (Pomigliano Milanese, Mailand, Italien)</td><td></td><td>&nbsp;</td></tr></tbody></table>

eine einfache vorrichtung zur stimulierende evoking punkt-wie taktile reize: ein suchscheinwerfer für lfp transitions spike

A Simple Stimulatory Device for Evoking Point-like Tactile Stimuli: A Searchlight for LFP to Spike Transitions

Aktuelle neurophysiologischen Forschung hat das Ziel, Methoden zu entwickeln, um das Signal Route von Neuron zu Neuron, und zwar in den Übergängen von Spikes Lokale Feldpotentiale (LFP) und LFPs zu Spikes zu untersuchen. LFPs haben eine komplexe Abhängigkeit von Spike-Aktivität und ihre Beziehung ist immer noch schlecht verstanden ein. Die Aufklärung dieser Signal Beziehungen wäre hilfreich, sowohl für die klinische Diagnostik (zB Stimulation Paradigmen für Deep Brain Stimulation) und für ein tieferes Verständnis der neuronalen Kodierung Strategien in normalen und pathologischen Bedingungen (zB Epilepsie, Parkinson-Krankheit, chronische Schmerzen). Zu diesem Zweck muss man technische Probleme zu Stimulationsgeräte, die Stimulation Paradigmen und Computeranalysen zu lösen. Daher wurde eine maßgeschneiderte Stimulationsgerät, um auf Reize in Raum und Zeit gut geregelt, die nicht in mechanische Resonanz entstehen nicht liefern entwickelt. Anschließendals ein Beispiel wurde eine Reihe von zuverlässigen LFP-Spike-Beziehungen extrahiert. Die Leistung der Vorrichtung wurde durch extrazelluläre Aufzeichnungen untersucht, gemeinsam Spikes und LFP-Antworten auf die angelegten Stimuli aus der Ratte primären somatosensorischen Kortex. Dann wird mittels einer Mehrziel-Optimierungsstrategie, ein Vorhersagemodell für Spike Auftretens aufgrund LFP abgeschätzt. Die Anwendung dieses Paradigma zeigt, dass das Gerät ausreichend geeignet, um Hochfrequenz taktile Stimulation liefern, übertraf gemeinsamen piezoelektrischen Aktoren. Als Beweis für die Wirksamkeit des Geräts wurden folgende Ergebnisse präsentiert: 1) der Zeitpunkt und die Zuverlässigkeit der LFP Antworten gut passen die Spike-Antworten, 2) LFPs sind empfindlich auf die Stimulation Geschichte und erfassen nicht nur die durchschnittliche Antwort sondern auch die trial-to-trial Schwankungen in der Spike-Aktivität und schließlich 3) mit Hilfe der LFP signalisieren, es ist möglich, eine Reihe o schätzenf Vorhersagemodelle, die verschiedene Aspekte der Spike-Aktivität zu erfassen.

Tipp Ausflug Funktionen Um die dynamischen Eigenschaften der vorgeschlagenen Stimulationsgerät zu charakterisieren, wurden eine Reihe von Experimenten aufgebaut. Eine spezielle Vorrichtung, die aus einer Gallium-Arsenid-Infrarot-emittierende Diode mit einer Siliziumphototransistor besteht wurde verwendet, um die Spitzenverschiebung, die Verschiebung Dauer und die möglichen Verschiebung Verzögerungen zu beurteilen. Mittels dieser optischen Unterbrecherschalter legten wir die Stimulationsspitze a...

Um den komplexen Übergang von lokalen Feldpotentiale (LFP) aufzuklären, um eine geeignete Stimulator für leichte mechanische Reize peripheren Spikes gebaut. Als Anwendung wurden die Spick-Aktivitäten von somatosensorischen Kortex durch eine Mehrzieloptimierungsstrategie analysiert. Die Ergebnisse zeigten, dass die vorgeschlagene Stimulator konnte taktile Reize mit Millisekunden und Millimeter Genauigkeiten liefern.

Eine einfache Vorrichtung zur Stimulierende Evoking Punkt-wie taktile Reize: Ein Suchscheinwerfer für LFP Transitions Spike

Current neurophysiological research has the aim to develop methodologies to investigate the signal route from neuron to neuron, namely in the transitions ...

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens besteht darin, ein wirksames, kostengünstiges, maßgeschneidertes sensorisches Stimulationsgerät für schnelle, punktförmige Stimuli vorzuschlagen. Dies wird erreicht, indem zunächst das Stimulationsgerät eingerichtet wird. Der zweite Schritt besteht darin, das Tier für die elektrophysiologischen Aufnahmen vorzubereiten, indem ein Knochenfenster über dem primären somatosensorischen Areal geöffnet wird, um die Positionierung der Multielektroden-Matrix zu ermöglichen.Der dritte Schritt des Verfahrens besteht darin, die Stimulationsvorrichtung auf zuvor identifizierte reaktive Pfotenbereiche zu platzieren. Der letzte Schritt ist, die besten spontan erzeugten sowie stimulierten LFP- und Spiking-Antworten zu finden. Letztendlich werden die Spiking- und LFP-Antworten mithilfe von Ad-hoc-Algorithmen ausgewertet.Der Hauptvorteil unserer Technik gegenüber bestehenden Methoden, wie beispielsweise bioelektrischen Stimulatoren, liegt darin, dass unser Gerät sehr schnelle und punktuelle Stimuli in den betroffenen Bereichen erzeugen kann. Diese Methode kann helfen, zentrale Fragen der Neurophysiologie zu beantworten, wie beispielsweise die grundlegende Frage des Übergangs von lokalen Flosspotentialen zu Spikes und umgekehrt. Die Demonstration der Tiervorbereitung zur Stimulation der Pole wird von Saini, einer Doktorandin in meinem Labor, durchgeführt. Die Demonstration des technischen Aufbaus des Geräts wird Dr. Antonio Zippo gemeinsam mit einem meiner Assistenten in meinem Labor zeigen.Verwenden Sie in diesem Ablaufprogramm einen Mikrocontroller, um jede Sekunde zwei gepaarte Stromimpulse abzugeben. Richten Sie Mikrocontroller, Steckplatine, Mitteltöner, Treiber und Kleber auf einem Tisch ein. Befestigen Sie anschließend eine stumpfe Spitze senkrecht auf der Oberfläche eines Mitteltöners. Bauen Sie den Lautsprecher und den Mikrocontroller mittels einer L293DH-Brücke mit grundlegenden passiven Bauelementen zusammen.Verbinden Sie dann den Mikrocontroller mit einer 12-Volt-Akku-Batterie für die stereotaktische Operation. Nach der Anästhesie der Ratte mittels intraperitonealer Injektion einer Barbiturat-Lösung, die am stereotaktischen Apparat befestigt ist, befestigen Sie den Kopf mit den Ohrstiften und dem Mundstück. Anschließend wird die Temperatur der stereotaktischen Unterlage mittels einer elektronisch gesteuerten Heizplatte konstant bei 37,5 Grad Celsius gehalten.Anschließend den Schädelknochen vorsichtig mit Povidon-Jod reinigen. Das topische Antiseptikum entlang der Mittellinie von der Nasenbasis bis zum Hinterhauptsknochen auftragen und die Haut mit einem Retraktor und zwei kleinen Kocker-Forceps fixieren. Danach das Periost identifizieren und mit einer feinen Spitze vom Knochen abkratzen.Markieren Sie mit einem Stift den Punkt bgma am Kreuzungspunkt der medialen sagittalen und koronalen Suturen. Identifizieren Sie dann unter dem Operationsmikroskop die somatosensorische Hintergliedmaßenregion, die dem somatosensorischen Kortex gegenüberliegt und der hinteren Pfote gegenüberliegt, die im Experiment verwendet wurde. Verwenden Sie einen feinen Stift, um ein Quadrat zu zeichnen, das den Bereich begrenzt, in dem das Loch gebohrt werden soll.Bohren Sie dann ein neun Quadratmillimeter großes Loch in das zuvor markierte Quadrat. Entfernen Sie die Knochenplatte und vorsichtig die Dura mater. Bedecken Sie die kortikale Oberfläche mit einem chirurgischen Schwamm, der mit künstlichem zerebrospinalen Fluid bei 37,5 Grad Celsius getränkt ist.Befestigen Sie als Nächstes die Elektrodenmatrix an einem Halter, der mit einem elektronischen Mikromanipulator verbunden ist. Verbinden Sie den Kopf der Matrix über einen Mikrostecker mit dem Vorverstärker. Fahren Sie unter dem Operationsmikroskop die Elektrodenmatrix manuell bis zur kortikalen Oberfläche ab, ohne diese zu berühren.Schalten Sie dann die Audioverstärker ein und senken Sie die Elektrodenmatrix kontinuierlich ab, bis sie die kortikale Oberfläche berührt, was sich durch ein deutliches Rauschen bemerkbar macht. Anschließend senken Sie die Elektrodenmatrix in elektronisch gesteuerten Schritten von zwei Mikrometern pro Schritt ab, bis die kortikale Schicht vier in einer Tiefe von 350 bis 400 Mikrometern erreicht ist. Überprüfen Sie danach die Reizbarkeit der Neuronen durch leichte Berührungen der kontralateralen Hinterpfote.Passen Sie die Tiefe in einigen weiteren Schritten an, bis eine klare Spiking-Antwort beobachtet wird. Stellen Sie den Software-Bandpassfilter auf 1,0 bis 6.000 Hertz und die Abtastrate auf 32 Kilohertz ein und beginnen Sie die Aufzeichnung des neuronalen Signals. Beenden Sie nach fünf Minuten Aufzeichnung das Experiment und exportieren Sie die aufgezeichneten Daten im Binärformat zur Nachbearbeitung.Führen Sie die Spike-Sortierung mit der Wave_Underscore_Plus-Toolbox durch. Kleben Sie in diesem Verfahren die dorsale Seite der Hinterpfote an einen festen Rahmen, wodurch die LAR-Oberfläche freigelegt und artikuläre Torsionen vermieden werden. Anschließend platzieren Sie die Spitze des Stimulationsgeräts an der gewünschten Position der Pfote des Gliedmaßens und schalten Sie das Stimulationsgerät ein.Mithilfe dieses Verfahrens können die Forscher die Informationsverarbeitung sowohl bei langsamen als auch bei schnellen somatischen Reizen untersuchen. Nach der Entwicklung dieses Geräts werden Forscher und Kliniker in der Lage sein, die Unterschiede sowie die neuronale Berechnung und die Signalverarbeitung bei leichten Berührungsreizen sowohl bei gesunden Probanden als auch bei Patienten zu analysieren und zu verstehen.

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Research

Forschung

JoVE Journal

Neuroscience

Neurowissenschaften

Digitale Mikrospiegel-Geräte (DMD) generieren können komplexe Muster in Raum und Zeit, mit der neuronalen Erregbarkeit zu steuern. Fragen, die für die Planung, den Bau und Betrieb von DMD Systeme diskutiert. Ein solches System ermöglicht den Nachweis von nicht-linearen Integration in distalen dendritischen Verzweigungen.

Gemusterte Photostimulation mit Digital Micromirror Devices auf Dendritische Integration über Verzweigungspunkte Untersuchen

Dieses Papier stellt einen Ansatz der Kombination von Laser-Scanning-Photostimulation mit Ganzkeim Aufnahmen in transgenen Mäusen, die GFP in begrenzten hemmende Neuronen Populationen. Die Technik ermöglicht die umfassende Abbildung und quantitative Analyse der lokalen synaptischen Schaltungen des spezifischen inhibitorischen kortikalen Neuronen.

Mapping hemmende neuronale Schaltungen durch Laser Scanning Photostimulation

Adult-geboren Neuronen exprimiert ChR2 kann in Scheiben elektrophysiologischen Vorbereitungen manipuliert werden, um ihren Beitrag zur Funktion des olfaktorischen neuronale Schaltkreise zu untersuchen.

Mit Affordable LED Arrays für Photo-Stimulation von Neuronen

Es wird ein Verfahren zur Manipulation der Aktivität der zerebralen kortikalen Pyramidenzellen optogenetically während das Elektroenzephalogramm, Elektromyogramm, und zerebrale Laktatkonzentration überwacht werden beschrieben. Experimentelle Aufnahmen werden auf Kabel-tethered Mäusen durchgeführt, während sie spontane Schlaf / Wach-Zyklen. Optogenetische Ausrüstung wird in unserem Labor zusammengebaut; Kontrollgerät ist kommerziell erhältlich.

Gleichzeitige Elektroenzephalographie, Real-time Messung der Laktat-Konzentration und optogenetische Manipulation der neuronalen Aktivität in der Nagetier Cerebral Cortex

Quelle: Zhao, Z. et al. Eine invasive Methode zur Aktivierung des Gyrus dentatus der Maus durch hochfrequente Stimulation. J. Vis. Exp. (2018)Dieses Video zeigt das Protokoll für die Verabreichung einer hochfrequenten tiefen Hirnstimulation an einen Gyrus dentatus der Maus im Hippocampus und beschreibt seine Auswirkungen auf die neuronale Aktivierung, die synaptische Plastizität und die Neurogenese.

Hochfrequente Stimulation zur Verbesserung der neuronalen Aktivierung und Neurogenese im Gyrus dentatus der Maus

Dieses Video zeigt die Funktionsweise der Closed-Loop-Stimulation bei einer Ratte mit einem chirurgisch implantierten Gerät zur Aufzeichnung der neuronalen Aktivität. Zunächst werden neuronale Signale aufgezeichnet und analysiert. Anschließend werden Template-Wellenformen hochgeladen und Parameter definiert, um eine Closed-Loop-Stimulation auszulösen.

Auslösen einer Closed-Loop-Stimulation durch Neuron-Spiking-Aktivität

Wir beschreiben eine Methode zur Charakterisierung der funktionellen Topographie und der synaptischen Eigenschaften von Vorderhirnschaltkreisen unter Verwendung eines optogenetischen Ansatzes zur Photostimulation neuronaler Populationen in vitro.

Laser-Scanning-Photostimulation von optogenetisch ausgerichteten Vorderhirn-Schaltkreisen

Der eng fokussierte Femtosekundenlaser kann eine präzise Stimulation der Zellen ermöglichen, indem er in eine konfokale Mikroskopie gekoppelt wird, die die Echtzeitbeobachtung und Photostimulation ermöglicht. Die Photostimulation kann zellmolekulare Ereignisse wie ERK-Signalweg und mitochondriale Blitze reaktiver Sauerstoffspezies aktivieren.

Photostimulation durch Femtosecond Laser aktiviert extrazellulär-signalregulierte Kinase (ERK) Signalisierung oder Mitochondrienereignisse in Zielzellen

Wir präsentieren ein Protokoll zur Bewertung des Gleichgewichts zwischen Glutamatfreisetzung und Clearance bei einzelnen kortikostriatalen glutamatergen Synapsen in akuten Scheiben von erwachsenen Mäusen. Dieses Protokoll verwendet den Fluoreszenzsensor iGluu zur Glutamaterkennung, eine sCMOS-Kamera zur Signalerfassung und ein Gerät zur fokalen Laserbeleuchtung.

Einzelne Synapsenindikatoren für Glutamatfreisetzung und Aufnahme in akuten Gehirnscheiben von normalen und Huntington-Mäusen

Hier stellen wir ein Protokoll vor, das die virale Transduktion diskreter Hirnregionen mit optogenetischen Konstrukten beschreibt, um eine synapsenspezifische elektrophysiologische Charakterisierung in akuten Nagetierhirnschnitten zu ermöglichen.

Ex vivo Optogenetische Befragung der synaptischen Übertragung und Plastizität über große Entfernungen vom medialen präfrontalen Kortex zum lateralen entohinalen Kortex

Wir stellen eine Methode zur flexiblen chemischen und multimodalen Stimulation und Aufzeichnung simultaner neuronaler Aktivität von vielen Caenorhabditis elegans-Würmern vor. Diese Methode nutzt Mikrofluidik, Open-Source-Hard- und Software sowie überwachte automatisierte Datenanalyse, um die Messung neuronaler Phänomene wie Anpassung, zeitliche Hemmung und Reizübersprechen zu ermöglichen.

Automatisierte multimodale Stimulation und simultane neuronale Ableitung von mehreren kleinen Organismen

Erfahren Sie die Konstruktion eines kostengünstigen Stimulationsgeräts für präzise taktile Reize. Diese Methode ermöglicht die Untersuchung neuronaler Antworten im somatosensorischen Kortex mittels Elektrophysiologie.

Eine einfache Vorrichtung zur Stimulierende Evoking Punkt-wie taktile Reize: Ein Suchscheinwerfer für LFP Transitions Spike

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