Suivi de seuil électrique en boucle fermée en temps réel open source pour la recherche translationnelle sur la douleur

Cet outil peut être utilisé pour étudier différents mécanismes de sensibilisation des nocicepteurs, et c’est cette sensibilisation qui peut entraîner certaines formes de douleur chronique. Le suivi automatisé des seuils électriques fournit une mesure fiable, en ligne et en temps réel de l’excitabilité des nocicepteurs. En tant que telle, cette mesure fournit un pont translationnel important, permettant d’effectuer des mesures chez l’homme et chez l’animal.

De la même manière, permettant d’évaluer une pathologie et des traitements efficaces. À l’avenir, AP Track pourrait être utilisé chez les patients souffrant de douleur chronique pour confirmer si un agent thérapeutique normalise l’excitabilité de leurs nocicepteurs sensibilisés. Cela représenterait un biomarqueur crucial de l’efficacité.

Nous prévoyons que notre boîte à outils open source, AP Track, sera utile aux électrophysiologistes qui étudient des stimuli de boucle temporelle de différentes amplitudes. Par exemple, nous pensons également que ce sera utile pour étudier l’optogénétique. La gestion simultanée d’une expérience et d’un logiciel est difficile au début, je recommande donc aux utilisateurs de charger des données préenregistrées dans AP Track pour se familiariser avec son utilisation avant de tenter une expérience.

Nous avons fourni des données de démonstration. Pour commencer, connectez la carte d’acquisition à l’ordinateur à l’aide du câble fourni par le fabricant et mettez-les sous tension. Ensuite, connectez la carte d’E/S à l’importation analogique sur la carte d’acquisition et connectez une scène d’enregistrement RHD Intan à la carte d’acquisition à l’aide d’un câble d’interface périphérique série.

Ensuite, connectez le Pulse Pal à l’ordinateur. Divisez le signal du premier canal de sortie Pulse Pal à l’aide d’un répartiteur BNC T, puis connectez-le à l’entrée du stimulateur de courant constant et à la carte IO, afin que la commande de tension analogique puisse être enregistrée. Connectez le canal de sortie Pulse Pal deux à la carte IO pour enregistrer les marqueurs d’événement TTL de stimulation.

Pour l’assemblage avec un stimulateur à courant constant à cadran, allumez un stimulateur à courant constant et connectez la carte de commande du moteur pas à pas au moteur pas à pas à l’aide du câble et du support magnétique fournis par le fabricant. Connectez la carte de commande à l’ordinateur directement à l’aide de n’importe quel câble USB-A vers USB micro B standard. Connectez la carte de commande et le moteur pas à pas à un support de montage personnalisé et réglez le cadran d’amplitude de stimulation du stimulateur à courant constant sur zéro milliampère.

Ensuite, connectez un adaptateur de barillet personnalisé au barillet du moteur pas à pas. Fixez le moteur pas à pas et l’appareil de montage personnalisé au cadran d’amplitude de stimulation du stimulateur à courant constant à l’aide de l’adaptateur de barillet et allumez-le. Ouvrez l’interface graphique AP Track et établissez un enregistrement électrophysiologique stable des nerfs périphériques.

Identifiez le champ récepteur sur la peau et positionnez-y l’électrode stimulante. Dans le menu Options, sélectionnez Trigger Channel (Canal de déclenchement) et choisissez le canal ADC contenant le marqueur TTL de stimulation électrique du canal de sortie Pulse Pal deux. Ensuite, sélectionnez le canal de données et choisissez le canal contenant les données électrophysiologiques.

Cliquez sur Connecter pour connecter AP Track au Pulse Pal et à l’appareil de moteur pas à pas. Cela peut prendre un moment. Une fois connecté, la carte de commande du moteur pas à pas se mettra en position zéro.

Dans le panneau de commande de stimulation, définissez les amplitudes de stimulation minimale et maximale initiales à l’aide du curseur. Assurez-vous que la stimulation actuelle est réglée au-dessus de zéro, de sorte que des marqueurs TTL sont générés. Cliquez sur F pour charger un fichier contenant les instructions de stimulation, puis cliquez sur la flèche droite pour commencer le paradigme de stimulation chargé.

Le tracé raster temporel commencera à être mis à jour avec la réponse à la stimulation électrique, chaque nouvelle réponse de stimulation étant affichée sous la forme d’une nouvelle colonne à droite. Pour détecter avec succès les potentiels d’action d’un seul neurone, accédez au panneau de tracé raster temporel et ajustez les valeurs de seuil d’image basse, de détection et d’image haute. Avec des seuils d’image appropriés, les événements de franchissement de seuil détectés par les algorithmes seront codés en vert.

Systématiquement, déplacez l’électrode stimulante autour de la zone de la peau innervée par le nerf. Surveillez le tracé raster temporel pour trois événements de franchissement de seuil qui apparaissent dans une rangée à la même latence alors que l’électrode est dans la même position de stimulation. Cela indique l’identification d’un potentiel d’action neuronale périphérique à latence constante.

Après avoir identifié le potentiel d’action d’un seul neurone sur le tracé raster temporel, déplacez le curseur linéaire gris sur le côté droit du tracé pour ajuster la position de la zone de recherche. Ensuite, ajustez la zone de recherche avec le curseur rotatif à une largeur appropriée. Réduisez la largeur de la zone de recherche.

Pour commencer à suivre le potentiel d’action ciblée, cliquez sur le signe plus sous le tableau de suivi des multi-unités. Une nouvelle ligne sera ajoutée au tableau contenant les détails du potentiel d’action cible, y compris l’emplacement de la latence, le pourcentage de tir sur deux à 10 stimuli et l’amplitude maximale détectée. L’algorithme de suivi de la latence sera automatiquement exécuté dessus à chaque stimulation électrique ultérieure.

Cochez la case de pic de suivi dans le tableau pour déplacer la zone de recherche à la position appropriée pour ce potentiel d’action particulier. Calculez la vitesse de conduction du neurone périphérique en divisant la distance entre les sites de stimulation et d’enregistrement par la latence affichée dans le tableau. Pour effectuer le suivi du seuil électrique, réglez les taux d’incrément et de décrémentation dans le panneau de commande de stimulation au taux souhaité.

Gardez ces valeurs égales. Assurez-vous que la fréquence de stimulation est réglée à un taux approprié, généralement de 0,25 à 0,5 Hertz. Ajustez manuellement l’amplitude de stimulation approximativement au seuil électrique du neurone.

Ensuite, cochez la case de seuil de piste dans le tableau de suivi des unités multiples, ce qui lancera l’algorithme de suivi du seuil électrique. Dans le tableau de suivi des unités multiples, surveillez la cadence de tir. Une cadence de tir de 50 % indique que le seuil électrique approximatif a été déterminé et que la valeur seuil sera mise à jour.

Enfin, appliquez une manipulation expérimentale au champ récepteur et continuez à suivre le seuil électrique. Cela permettra de quantifier les changements dans l’excitabilité des neurones périphériques. Les traces séquentielles d’une fibre C humaine du nerf pérenne superficiel lors d’une expérience de micro-neurographie et les traces séquentielles d’une fibre A-delta de souris du nerf saphène lors de la préparation peau-nerf teasée électrophysiologie des fibres sont montrées dans cette figure.

Les traces ont été colorées en rouge lorsqu’un potentiel d’action a été identifié, ce qui a entraîné une diminution de l’amplitude du stimulus. L’algorithme logiciel trouve efficacement l’amplitude de stimulus requise pour une probabilité de déclenchement de 50%. Le suivi du seuil électrique à une fréquence de stimulation de 0,25 Hertz lors de la stimulation thermique d’un nocicepteur humain de fibre C est présenté dans cette figure.

L’axe des y code le nombre de stimulation dès le début du paradigme. Les traces de tension pendant 4 000 millisecondes après la stimulation électrique avec les événements de franchissement de seuil sont marquées en rouge. La trace de tension zoomée autour du potentiel d’action suivi est illustrée ici.

La ligne bleue verticale est la latence de base de l’unité suivie. Le courant de stimulation commandé par AP Track est illustré sur cette figure. La ligne bleue verticale est le seuil électrique de base.

La température de la sonde de stimulation thermique TCS-II du champ récepteur est présentée ici. Lorsque le champ récepteur de cette fibre C sensible à la chaleur est réchauffé par le stimulateur thermique, le seuil électrique diminue. Il est important de choisir les valeurs appropriées pour la largeur de la zone de recherche et le seuil de détection, car elles améliorent considérablement les performances d’AP Track en réduisant l’impact du bruit électrique.

La quantification de l’impact des agents thérapeutiques sur l’hyperexcitabilité chez les nocicepteurs pourrait nous aider à mieux comprendre les mécanismes sous-jacents à la douleur chronique. Nous espérons que d’autres chercheurs utiliseront cet outil disponible gratuitement pour mieux comprendre la biologie nociceptive et les changements survenus lors de la sensibilisation aux nocicepteurs.