Seguimiento de umbral eléctrico de circuito cerrado en tiempo real de código abierto para la investigación traslacional del dolor

Esta herramienta se puede utilizar para investigar diferentes mecanismos de sensibilización a los nociceptores, y es esta sensibilización la que puede conducir a algunas formas de dolor crónico. El seguimiento automatizado del umbral eléctrico proporciona una medida confiable, en línea y en tiempo real de la excitabilidad del nociceptor. Como tal, esta medida proporciona un importante puente traslacional, permitiendo que las mediciones se realicen tanto en humanos como en animales.

Del mismo modo, permitiendo valorar patologías y tratamientos efectivos. En el futuro, AP Track podría usarse en pacientes con dolor crónico para confirmar si un agente terapéutico está normalizando la excitabilidad de sus nociceptores sensibilizados. Esto representaría un biomarcador crucial de eficacia.

Anticipamos que nuestro kit de herramientas de código abierto, AP Track, será útil para los electrofisiólogos que estudian estímulos de bucle de tiempo de diferentes magnitudes. Por ejemplo, también creemos que será útil para estudiar la optogenética. Administrar un experimento y un software simultáneamente es un desafío al principio, por lo que recomiendo a los usuarios cargar datos pregrabados en AP Track para familiarizarse con su uso antes de intentar un experimento.

Hemos proporcionado datos de demostración. Para comenzar, conecte la placa de adquisición a la computadora usando el cable suministrado por el fabricante y enciéndalos. A continuación, conecte la placa IO a la importación analógica en la placa de adquisición y conecte un cabezal de grabación Intan RHD a la placa de adquisición mediante un cable de interfaz periférica serie.

A continuación, conecte el Pulse Pal a la computadora. Divida la señal del canal de salida Pulse Pal uno usando un divisor BNC T y luego conéctela a la entrada del estimulador de corriente constante y a la placa IO, para que se pueda grabar el comando de voltaje analógico. Conecte el canal de salida dos de Pulse Pal a la placa IO para registrar los marcadores de eventos TTL de estimulación.

Para ensamblar con un estimulador de corriente constante controlado por dial, encienda un estimulador de corriente constante y conecte la placa de control del motor paso a paso al motor paso a paso utilizando el cable y el soporte magnético suministrados por el fabricante. Conecte la placa de control al ordenador directamente mediante cualquier cable estándar USB-A a USB micro B. Conecte la placa de control y el motor paso a paso a un soporte de montaje personalizado y ajuste el dial de amplitud de estimulación en el estimulador de corriente constante a cero miliamperios.

Luego, conecte un adaptador de barril personalizado al barril del motor paso a paso. Conecte el motor paso a paso y el aparato de montaje personalizado al dial de amplitud de estimulación del estimulador de corriente constante con el adaptador de barril y enciéndalo. Abra la GUI de AP Track y establezca un registro electrofisiológico estable del nervio periférico.

Identifique el campo receptivo en la piel y coloque el electrodo estimulante allí. En el menú Opciones, seleccione Canal de activación y elija el canal ADC que contiene el marcador TTL de estimulación eléctrica del canal dos de salida Pulse Pal. A continuación, seleccione el canal de datos y elija el canal que contiene los datos electrofisiológicos.

Haga clic en Conectar para conectar AP Track al Pulse Pal y al aparato de motor paso a paso. Esto puede tardar un momento. Una vez conectado, la placa de control del motor paso a paso se ajustará a la posición cero.

En el panel de control de estimulación, defina las amplitudes de estimulación mínima y máxima inicial utilizando el control deslizante. Asegúrese de que la estimulación actual esté por encima de cero, de modo que se generen marcadores TTL. Haga clic en F para cargar un archivo que contenga las instrucciones de estimulación y, a continuación, haga clic en la flecha derecha para comenzar el paradigma de estimulación cargada.

El gráfico ráster temporal comenzará a actualizarse con la respuesta a la estimulación eléctrica, y cada nueva respuesta de estimulación se mostrará como una nueva columna a la derecha. Para detectar con éxito los potenciales de acción de una sola neurona, vaya al panel de gráfico ráster temporal y ajuste los valores de umbral de imagen bajo, de detección y alto. Con los umbrales de imagen adecuados establecidos, los eventos de cruce de umbral detectados por los algoritmos se codificarán en verde.

Sistemáticamente, mueva el electrodo estimulante alrededor del área de la piel inervada por el nervio. Supervise la gráfica ráster temporal para detectar tres eventos de cruce de umbral que aparecen en una fila con la misma latencia mientras el electrodo está en la misma posición de estimulación. Esto indica la identificación de un potencial de acción de la neurona periférica de latencia constante.

Después de identificar el potencial de acción de una sola neurona en el gráfico ráster temporal, mueva el control deslizante lineal gris en el lado derecho del gráfico para ajustar la posición del cuadro de búsqueda. Luego, ajuste el cuadro de búsqueda con control deslizante giratorio a un ancho apropiado. Haga que el ancho del cuadro de búsqueda sea estrecho.

Para comenzar a rastrear el potencial de acción objetivo, haga clic en el signo más debajo de la tabla de seguimiento de unidades múltiples. Se agregará una nueva fila a la tabla que contiene los detalles del potencial de acción objetivo, incluida la ubicación de latencia, el porcentaje de disparo de dos a 10 estímulos y la amplitud máxima detectada. El algoritmo de seguimiento de latencia se ejecutará automáticamente en él en cada estimulación eléctrica posterior.

Marque la casilla de pico de pista en la tabla para mover el cuadro de búsqueda a la posición adecuada para ese potencial de acción en particular. Calcule la velocidad de conducción de la neurona periférica dividiendo la distancia entre los sitios de estimulación y registro por la latencia que se muestra en la tabla. Para realizar el seguimiento del umbral eléctrico, ajuste las tasas de incremento y disminución en el panel de control de estimulación a la velocidad deseada.

Mantenga estos valores iguales. Asegúrese de que la frecuencia de estimulación se establezca en una tasa adecuada, generalmente de 0.25 a 0.5 Hertz. Ajuste manualmente la amplitud de estimulación aproximadamente al umbral eléctrico de la neurona.

Luego, marque la casilla de umbral de seguimiento en la tabla de seguimiento de unidades múltiples, que iniciará el algoritmo de seguimiento de umbral eléctrico. En la tabla de seguimiento de varias unidades, supervise la velocidad de disparo. Una velocidad de disparo del 50% indica que se ha determinado el umbral eléctrico aproximado y que se actualizará el valor del umbral.

Finalmente, aplique una manipulación experimental al campo receptivo y continúe rastreando el umbral eléctrico. Esto cuantificará los cambios en la excitabilidad de la neurona periférica. Los rastros secuenciales de una fibra C humana del nervio perenne superficial durante un experimento de microneurografía y los rastros secuenciales de una fibra A-delta de ratón del nervio safeno durante la preparación del nervio de la piel y la electrofisiología de la fibra provocada se muestran en esta figura.

Las trazas se colorearon de rojo cuando se identificó un potencial de acción, lo que resultó en una disminución en la amplitud del estímulo. El algoritmo de software encuentra efectivamente la amplitud de estímulo requerida para una probabilidad del 50% de disparo. El seguimiento del umbral eléctrico a una frecuencia de estimulación de 0,25 Hertz durante la estimulación térmica de un nociceptor de fibra C humana se presenta en esta figura.

El eje y codifica el número de estimulación desde el inicio del paradigma. Las trazas de voltaje durante 4, 000 milisegundos después de la estimulación eléctrica con los eventos de cruce de umbral están marcadas en rojo. Aquí se muestra la traza de voltaje ampliada alrededor del potencial de acción rastreado.

La línea azul vertical es la latencia de línea base de la unidad rastreada. La corriente de estimulación comandada por AP Track se muestra en esta figura. La línea azul vertical es el umbral eléctrico de referencia.

Aquí se presenta la temperatura de la sonda de estimulación térmica TCS-II del campo receptivo. A medida que el campo receptivo de esta fibra C sensible al calor es calentado por el estimulador térmico, el umbral eléctrico disminuye. Elegir los valores apropiados para el ancho del cuadro de búsqueda y el umbral de detección es importante, ya que mejoran significativamente el rendimiento de AP Track al reducir el impacto del ruido eléctrico.

Cuantificar el impacto de los agentes terapéuticos sobre la hiperexcitabilidad en los nociceptores puede ayudarnos a comprender mejor los mecanismos subyacentes al dolor crónico. Esperamos que otros investigadores utilicen esta herramienta disponible gratuitamente para comprender mejor la biología nociceptiva y los cambios que ocurrieron durante la sensibilización a los nociceptores.