El examen de procesamiento de la red local usando multi-contacto laminar de grabación de electrodos

El objetivo general de este procedimiento es describir la metodología que nos permitirá examinar cómo las neuronas individuales y los potenciales de campo local en diferentes capas corticales de la corteza visual primaria. Información sensorial codificada. El procedimiento comienza con la descripción de la construcción del sistema de microaccionamiento controlado desde computador (PC) y el uso de un electrodo laminar multicontacto para el registro en la corteza visual primaria.

El siguiente paso es realizar un paradigma de potencial de respuesta evocado después de que el electrodo se haya avanzado a la región del cerebro objetivo. Siguiendo este análisis de densidad de fuente actual se utiliza para identificar las capas corticales de acuerdo con la inversión de polaridad, acompañado de la configuración de la fuente de sincronización. El paso final del procedimiento es realizar un mapeo del campo receptivo y analizar las diferencias en la actividad neuronal en respuesta a la estimulación visual.

En última instancia, se pueden obtener resultados que muestran cambios específicos de la capa en la codificación de la información sensorial. Hola, mi nombre es Sarah Eagleman y soy estudiante de posgrado en la Facultad de Medicina de la Universidad de Texas en Houston. La principal ventaja de esta técnica sobre los métodos existentes, como las matrices de electrodos múltiples, es que la sonda U puede registrar la actividad neuronal a través de muchos milímetros de la corteza simultáneamente en una sola penetración.

Hola, mi nombre es Brian Hansen. Soy un estudiante de posgrado que trabaja en la Facultad de Medicina de la Universidad de Texas en Houston. Este método puede responder a preguntas clave en el campo de la neurociencia, explorando si la información se procesa y cómo se procesa de una manera específica laminar.

Para construir primero el conjunto de accionamiento de electrodo con nombre, ensamble las herramientas y piezas necesarias, incluidos los tubos guía, el cable guía, el Dremel completo, las herramientas y piezas del conjunto de nombres y la sonda en U. Mida los tubos guía de modo que, cuando estén conectados al dispositivo de grabación, sean lo suficientemente largos como para descansar sobre la duramadre sin dañarla. A continuación, después de medir la profundidad de la cámara de registro, corte los tubos guía a la longitud medida de unos cinco a siete centímetros mientras corta los tubos guía.

Trate de asegurarse de que no entren fragmentos de metal dentro del tubo. Use un alambre rígido más pequeño que el diámetro interior del tubo guía para eliminar cualquier fragmento de metal dentro del tubo. A continuación, coloque la cuadrícula de nombres en la base de nombres.

Apriete el tornillo de sujeción y el tornillo de rejilla. A continuación, identifique la región de grabación de interés y coloque las torres de microunidades sobre esa región. Una vez que se haya identificado la región de interés, avance el tubo guía a través de la parte inferior de la rejilla hasta que esté aproximadamente uno o dos milímetros fuera de la cámara de nombre.

A continuación, ensamble dos abrazaderas en cada torre de microaccionamiento NA. Un motor acciona la abrazadera superior, mientras que la abrazadera inferior puede fijarse en su lugar o estar suelta. La abrazadera superior está unida al tubo de refuerzo de la sonda en U.

Fije la abrazadera inferior al tubo guía y aplique una pequeña cantidad de superpegamento para asegurar el tubo guía en su lugar. Las dos abrazaderas proporcionan estabilidad y precisión al sistema. Alinee con cuidado la punta de la sonda U con la parte superior del tubo guía y pase la sonda U a través del tubo guía hasta que pueda asegurar la torre a la base principal.

Ajuste la posición de la torre con el tornillo de mariposa para que no haya tensión adicional en la sonda U o el tubo guía. Coloque el sistema de nombres en la base del cilindro y conecte los cables del motor a las torres correspondientes. Si usa varias torres, se usan bridas codificadas por colores para ayudar a distinguir entre cables de motor y torres, use el nombre del programa de software para comenzar a avanzar la sonda U, ya sea estableciendo una posición objetivo que avance automáticamente la sonda U a esa ubicación o haciendo clic hacia abajo en la interfaz del software del nombre, avance la sonda U de modo que al menos 10 milímetros de la punta pase por el tubo guía más allá del extremo de el nombre de Cámara.

Esterilice la sonda U colocándola en una solución de aldehído activado del lado metro durante 20 a 30 minutos antes de conectar la base de nombre a la cámara de registro implantada. Después de eso, enjuague la sonda U y la base del nombre con agua estéril cero. El software de nombre se ubica retrayendo la sonda en U de modo que la punta esté justo dentro del tubo guía en el software de nombre.

Haga clic en poner a cero todas las posiciones. Fije la base del nombre a la cámara de grabación implantada y apriete los cuatro tornillos. A continuación, alinee la base con un pin que se encuentra en el lateral de la cámara de grabación.

Vuelva a apretar los cuatro tornillos y asegúrese de que la base del nombre esté bien sujeta a la cámara de grabación. Para prepararse para el avance de la grabación, la sonda U se conecta a tierra y se considera flotante de acuerdo con las instrucciones de puesta a tierra y referencia. Esto se logra colocando el puente conectado al cable.

En los conectores inferiores, las etapas de la cabeza se aseguran al conector de la sonda en U, y luego los cables del amplificador se conectan y conectan a tierra. La sonda U se avanza inicialmente entre uno y dos milímetros de forma rápida y fuerte. Establezca el parámetro de velocidad en el rango de 0,1 a 0,2 milímetros por segundo y el paso de profundidad en 0,2 a 0,3 milímetros.

Estos valores aseguran que la sonda U sea capaz de perforar la duramadre limpiamente y es un primer paso importante en la grabación. Una vez atravesada la duramadre, reduzca la velocidad a 0,50 a 0,1 milímetros por segundo y reduzca el paso de profundidad a 0,5 a 0,1 milímetros. El objetivo es hacer avanzar la sonda U de la manera más suave y lenta posible, de modo que no se dañe ningún tejido.

Una de las indicaciones de que la sonda ha entrado en el cerebro es un cambio en la amplitud del LFP acompañado de una reducción en el nivel de ruido para verificar que el electrodo está abarcando todas las capas corticales, medir el cambio en la amplitud en respuesta al estímulo de destello blanco de campo completo. Los cambios en la amplitud de la LFP a lo largo del tiempo subyacen en el análisis del potencial de respuesta evocado. Este análisis proporciona la base para identificar las capas corticales para identificar las capas corticales.

Mida el potencial de respuesta evocado durante una tarea de fijación pasiva mientras expone al sujeto a una pantalla negra de campo completo que parpadea en blanco durante 100 milisegundos y luego vuelve a negro. Esta secuencia constituye un ensayo, que se repite 200 veces. El plex en el procesador de adquisición multicanal guarda todas las señales de datos continuas directamente en el ordenador de grabación a través de una tarjeta PCI de National Instruments.

Una vez guardados los datos, comience a procesar las señales para el análisis de densidad de la fuente actual. Utilice el software de corrección FP align proporcionado por Plex para corregir los retrasos de tiempo en las señales LFP inducidos por los filtros en las etapas principales y las placas de preamplificación. En este punto, los datos se transfieren a MATLAB con neuro explorer.

Cada canal LFP se filtra utilizando filtros de paso alto y bajo estándar con frecuencias de corte de 0,5 hercios y 100 hercios. Una vez filtrado cada contacto de electrodo, identifique cada ensayo y promedie todos los ensayos para obtener la serie temporal de LFP media para cada contacto de electrodo y, a continuación, organice cada contacto en una matriz con amplitud de LFP en función del tiempo, ejecute la caja de herramientas ICSD en MATLAB escribiendo CSD plotter en el espacio de trabajo. Dado que la frecuencia de muestreo de los datos continuos es de un kilohercio, establezca el parámetro DT en un milisegundo.

A continuación, establezca el valor de conductividad cortical en 0,4 Siemens por metro, que aproxima la densidad de la fuente actual en unidades de pares nanométricos por milímetro cúbico, y cambie la posición de los electrodos como un vector de 0,1 en un paso de 0,1 a 1,6, que es el número total de contactos. Cuando se hayan insertado todos los parámetros, haga clic en ejecutar esto. Vea el perfil CSD en la interfaz del trazador CSD y péguelo en una nueva figura.

Las funciones comunes de MATLAB, como la imagen SC, se pueden utilizar para trazar el perfil de la capa, y se pueden aplicar varios algoritmos de suavizado y rutinas de normalización para representar los datos CSD y comparar la identificación de la capa a lo largo de horas y sesiones. Para identificar primero la inversión de polaridad acompañada de la configuración del origen del sumidero en la base de la capa cuatro, verifique la presencia de un sumidero primario en la capa granular. Utilizando el perfil laminar de CSD, localice la polaridad negativa impulsada por el sumidero en el gráfico de CSD.

A continuación, calcule el centro de masa del sumidero granular. A partir del análisis se obtiene un OID que consta del número de contacto y la hora en que la sincronización fue mayor. El contacto con el syn Centro sirve como referencia de la capa granular a cero micrómetros.

Analice todos los contactos por encima y por debajo de la referencia y agrúpelos en una de las tres capas posibles. Supra, granular, granular e infragranular validan el sumidero granular barajando las posiciones de los electrodos, dejando el dominio temporal sin cambios. Después de barajar, la matriz CSD calcula el análisis OID.

Una vez más, el contacto del electrodo en función de la profundidad cortical debería destruir cualquier especificidad laminar. Para encontrar campos receptivos, comience presentando un estímulo de correlación inversa en el monitor donde se encuentran potencialmente los campos receptivos. El estímulo se compone de cuatro grados de orientación a 45, 0, 90 y 135 grados.

Realice análisis de conglomerados en los mapas de velocidad de disparo para localizar el campo receptivo. En primer lugar, calcule las ubicaciones de la velocidad máxima de disparo y su centroide para cada retardo de tiempo. A continuación, calcule las distancias entre el Centro y estas ubicaciones de máxima cadencia de disparo.

Calcule mapas de tasas de disparo en cada ubicación espacial para retrasos de conducción entre 40 y 120 milisegundos a intervalos de cinco milisegundos para cada neurona de forma independiente. Encuentre la distancia total entre el OID y los puntos de velocidad máxima de disparo circundantes en todos los retrasos de tiempo. El campo receptivo se encuentra en el retardo de tiempo que minimiza esa distancia.

Una vez que se encuentra un campo receptivo para cada celda, presenta un estímulo de correlación inversa mayor que todas las ubicaciones del campo receptivo, superponiéndose a todos los campos receptivos en la población registrada. Se puede utilizar un gráfico de velocidad de disparo en tiempo real para determinar si se han identificado las ubicaciones correctas del campo receptivo. Por último, clasifique las formas de onda de pico utilizando el programa de clasificación fuera de línea de plex on que implementa la agrupación de formas de onda en función de parámetros como las propiedades de pico, ancho, valle y pico de los componentes principales.

Asegúrese de eliminar las unidades de señal que cambian bruscamente de respuesta y solo mantenga las unidades con velocidades de disparo estables para un análisis más detallado que se muestra aquí. Un ejemplo para ilustrar el análisis CSD en la localización de capas corticales a través de la profundidad cortical en función del tiempo, la posición de las capas súper granulares, granulares e infragranulares permanece estable incluso cuatro horas después de que comenzó la sesión de grabación. Los seguimientos CSD representan el promedio de los contactos asignados a una capa determinada.

En este ejemplo, la capa granular experimenta una clara disminución en la amplitud de CSD a unos 50 milisegundos. Otro análisis crítico al usar el electrodo laminar es identificar y localizar con precisión el campo receptivo de las neuronas. El origen de estos gráficos es el punto de fijación, que es un pequeño círculo blanco que se muestra en el centro de una pantalla de computadora negra.

El color en estos gráficos representa la tasa de disparo de cada neurona en respuesta a un estímulo dinámico de correlación inversa. Esta figura representa dos ejemplos de formas de onda de pico aisladas en el mismo canal. El análisis de conglomerados se realizó mediante el análisis de componentes principales y las características de la forma de onda de los picos.

Las formas de onda de pico promedio se muestran en línea continua. Las desviaciones estándar se muestran en una línea discontinua. Al intentar estos procedimientos, es importante recordar avanzar con cuidado y dejar tiempo suficiente para que el cerebro se asiente lo suficiente después del avance.

Por lo general, comenzamos a grabar unos 30 a 45 minutos después del último avance siguiendo este procedimiento. Otras técnicas espectrales, como la potencia LFP y la sincronización de campo de picos, se pueden utilizar para estudiar la estructura de la red dentro y entre las capas corticales.