Name: מכשיר פשוט גירוי ללעורר כמו נקודת מגע גירויים: זרקור לLFP לספייק מעברים (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-03-25T13:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 34 s
Description: למדו לבנות מכשיר גירוי מכני מותאם אישית לטיפוח מהיר ומדויק בקלות נמוכה. השיטה מאפשרת הקלטות אלקטרופיזיולוגיות בקליפת החישה הראשונית וניתוח מעברים מ-LFP לספייקים.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

SN וAGZ נתמכו על ידי קרנות VIRTUALAB PON 01-01,297.

הצהרה אתית כדי ללמוד כיצד גירויים חושיים מיוצגים על ידי פעילות עצבית אין חלופה לשימוש בבעלי החיים והשימוש בvivo בגישה. טופלו כל החיות יחד החוקים איטלקים ואירופיים בטיפול בבעלי חיים במחקר המדעי (הוועדה אתית איטלקית, צו חוק על הטיפול בבעלי חיים במחקר, 27 Jan 1992, מס 116). המועצה הלאומית למחקר, שבו הניסויים התבצעו, שומרת על הוועדה הבינלאומית על בעלי חיים במעבדה למדעים (ICLAS) מטעם האו&quot;ם לחינוך, המדע וארגוני תרבות (אונסק&quot;ו), המועצה לארגונים בינלאומיים למדעי רפואה (CIOMS ) והאיגוד הבינלאומי למדעים ביולוגיים (IUBS). ככזה, לא נדרש אישור ספציפי לפרוטוקול. אישור משרד הבריאות מסווג כ&quot; 1 ביאלה, 3/2011 &quot;לקבצים של הוועדה האתית שלאוניברסיטה של ​​מילאנו. 1. הכנת חיות הניסוי <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בחר חולדות זכרים כ 300-400 גרם בגודלם. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להרדים את החולדות לעריכת הניסוי. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הזרק intraperitoneally פתרון חומר הרגעה (pentobarbital, 50 מ&quot;ג / קילוגרם לזירוז, 10 מ&quot;ג / קילוגרם לתחזוקה). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בדוק את רמת ההרדמה על ידי גירויים מכאניים סף נמוך וסף גבוה מעל כפה להבטיח כי אין רפלקס נסיגה מתרחש. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן את עור הגולגולת על ידי גילוח הקמרון גולגולתי במדויק ואז עושה חתך כדי לחשוף את פני גולגולת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Cannulate קנה הנשימה, על ידי צינורית לקנה הנשימה (בקוטר פנימי של 2 מ&quot;מ וקוטר חיצוני של 2.5 מ&quot;מ) לתקן את זה על ידי קשירה כירורגית סביב קנה הנשימה עצמו. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> רוחבי למגזר קנה הנשימה לחשוף את וריד הצוואר וcannulate זה החדרת צינורית (PE10) מחוברת למזרק לתקן את זה על ידי קשירה כירורגית סביב הכלי. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הר העכברוש על מנגנון stereotaxic. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Secure גוף חולדה ומקום במצב שכיבה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תקן את הראש בברי אוזן ולחסום את החוטם. שים טיפות של חומר הרדמה מקומי (לידוקאין) אחד או שתיים באוזנו של העכברוש לפני הצבת סורגי אוזן. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לווסת את הטמפרטורה של כרית stereotaxic ידי כרית חימום נשלטת אלקטרוני, שמירה על הטמפרטורה ב37.5 ° C. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחבר את הצינור לקנה הנשימה למכשיר הרדמה בדרכי הנשימה. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדר את מכשיר הרדמה בדרכי הנשימה ב1 / s שבץ אספקת Isoflurane (2.5% 0.4-0.8 ליטר / דקה) וO 2 (.15-.2 L / min). </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לנקות בזהירות את הקמרון גולגולתי ידי povidone-יוד אנטיספטי אקטואלי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קח אזמל סטרילי וחתך אורכים בקו האמצע מבסיס החרטום עד הזווית של העצם העורף. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפשק גבולות פצע על ידי מפשק ולתקן אותם על ידי שני מלקחיים קוקר קטנים מיושם to גבולות הפצע. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> זהה את קרום העצם ידי הצבעה אור על קמרון גולגולת התבוננות המשטח השקוף. גרד בזהירות את קמרון עצם הסרת קרום העצם וחושף את פני השטח העצם. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לספק עצירת דימום עם קצה כותנה או ספוג כירורגית על פני העצם אם דימומים מוקד יופיעו מעל העצם. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עם עט טיפ נאה, לזהות את גבחת נקודת stereotactic בנקודת suturas mediosagittal ועטרת הצלב. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תחת שליטת מיקרוסקופ ניתוחית, לזהות את אזור stereotactic (S1HL) שכיסה נגדי קליפה החושית לכף הרגל האחורית המשמשת לניסוי (גבחת, AP -0.5 ל1.2 מ&quot;מ, LL -2.3 2.5 מ&quot;מ). </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עם עט קצה קנס לצייר את ההיקף המרובע תיחום החור לקידוח. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לקדוח חור 9 מ&quot;מ 2 בריבוע הכחול זוהה בעבר הסרת אריחי העצם. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לנקות ולספוג דימומים עצם פוטנציאליים. </li&gt; <li style=";text-align:right;direction:rtl"> מוציא בזהירות את מאטר הדורה ולכסות את פני השטח של קליפת המוח עם ספוג כירורגית הספוג בנוזל השדרתי מלאכותי נשמר ב37.5 ° C. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תקן את מטריצת אלקטרודה לבעל מחובר לmicromanipulator אלקטרוני. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר את הראש של מטריקס למגבר קדם ידי microconnector. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לנהוג באופן ידני את מטריצת אלקטרודה (תחת שליטת מיקרוסקופ הניתוחית) אל פני השטח של קליפת המוח (מבלי לגעת בו). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל את המגברים עם אות שמיעתית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לנהוג, לפי הבקרה האלקטרונית, הוא הגיע מטריצת האלקטרודה לגעת במשטח קליפת המוח, עד ליצירת קשר, אותת על ידי שינוי קול רעש ברור. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> משוך כלפי מטה את מטריצת האלקטרודה ידי צעדים נשלטו אלקטרוני (2 מיקרומטר / צעד), עד לעומק של 350-400 מיקרומטר הוא הגיע (IV שכבת קליפת המוח). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בדוק את התגובה של הנוירונים על ידי נגיעות אור על הכפה האחורית הנגדית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl">כוון את העומק על ידי מספר צעדים נוספים עד תגובת spiking ברורה הוא ציין. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לשתק את החולדה על ידי thriethiodide תוך ורידי Gallamine (20 מ&quot;ג / קילוגרם / שעה). השתמש במינונים משתכרים לאורך כל הניסוי כדי לשמור על רמות curarization (0.2 מיליליטר / 1 שעות). </li></ol></li></ol> 2. אות טיפול <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדר את מסנן bandpass תוכנה ל[ 0.1 6000] הרץ. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הקלט את האותות עצביים של מטריצת microelectrode 8 ערוצים נדגם ב32 קילוהרץ. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר הרכישה מסתיימת, לייצא את האותות שנרשמו לפורמט בינארי מתאים שללאחר עיבוד. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בצע את הליך ספייק מיון באמצעות ארגז הכלים Wave_clus 11. </li></ol></li></ol> 3. ייצור ותצורה של מכשיר גירוי <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הר גבעול קקטוס (עם קצה קהה) orthogonally אל פני השטח של רמקול באמצע טווח הדבקת בסיס הגבעול לכובע. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תכניתמיקרו כדי לספק פולסי מתח למעגל נהג לרמקול. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לתכנת מיקרו כדי לספק שני פולסים לזווג של זרם בכל שנייה (ראה תרשים 1C). </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להרכיב את הרמקול ומייקרו בדרך של h-גשר L293D עם רכיבים בסיסיים פסיביים (ראו איור 1 א). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר את המיקרו לסוללה נטענת 12 V. </li></ol> 4. פרוטוקול גירוי <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדביקים את ההיבט הגבי של האחורית-הכפה למסגרת מוצקה, חושף את פני השטח volar והימנעות torsions במפרק. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הנח את הקצה של מכשיר הגירוי על עמדת איבר / כפה הרצויה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל את מכשיר הגירוי. </li></ol> צעדים מנותק: 5. הערכה של תגובות ספייק <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לכל נוירון נרשם, לחשב את הנאמנות במידע שאנון (MI) של הגירוי עורר פעילות spiking (ca גירויtegory הוא או 1, גירוי, או 0, לא גירוי). <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להעריך את p המותנה הסתברות תגובה (r | ים) שבו ים מייצג את הקטגוריה הגירוי וr מייצג את מספר הקוצים הנפלטים בתוך חלון זמן קבוע. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תקן את הערכת אמ&quot;ן על ידי שימוש בהליך דשדוש תאר 9. </li></ol></li></ol> 6. הערכה של תגובות LFP <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סנן את האות שנרשמה בטווח התדרים [0.1 100] הרץ על מנת לקבל את אות LFP </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מחשוב LFPSNR, מידה של היענות LFP, כפי שהסביר בהתייחסות 10. </li></ol> 7. אמידת מודל <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ליצור מודל של הטופס <img alt="" fo:content-width="2in" height="24" src="/files/ftp_upload/50941/50941eq1.jpg" width="155" /> שבו טיעוני x מייצגים שלוש תכונות שונות LFP (x 1 LFP עצמו, &lt;<html> em&gt; x 2 x 3 נגזר ושלב הילברט של הנגזרת שלה) ו-F שלה באו לידי הביטוי באופן הבא <img alt="" fo:content-width="2in" height="57" src="/files/ftp_upload/50941/50941eq2.jpg" width="187" /> מקדמי g הם משקולות של קומבינציה ליניארית וf היא מפעיל שלוקח גם את הערך המוחלט, כוח או הערך המקורי של כל x i. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש באלגוריתם NSGAII להעריך את הפרמטרים במודל ומפעילים באמצעות שלושה האובייקטים הבאים: i) מקומית, בסיס ניסוי לניסוי, מידה של כושר <img alt="" fo:content-width="2in" height="40" src="/files/ftp_upload/50941/50941eq3.jpg" width="149" /> , שבו sp N ו N r מייצגים בהתאמה הקוצים הכוללים לספור והאורך של וקטור התגובה; ii) מדד גלובלי של כושר המבוסס על התגובה הממוצעת&quot;Width =&quot; ad/50941/50941eq4.jpg 205 &quot;/&gt; שבו שו&quot;ת N מייצג את אורך התגובה הממוצעת; ג) מידה של מורכבות מודל (ראה גם) 10 <img alt="" fo:content-width="2in" height="23" src="/files/ftp_upload/50941/50941eq5.jpg" width="161" /> . </li></ol> 8. אישור היסטולוגית <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להקריב את החולדה. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בסופו של הקלטות ניסיוניות, לשים את החיה תחת הרדמה גזים עמוקה (Isoflurane 2%, 4 ליטר / דקה) ולהזריק לווריד מנת יתר של חומרי הרדמה (&gt; 50 מ&quot;ג / קילוגרם, pentobarbital). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חכה מעצר הלב. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ניתקת את העכברוש ממנגנון stereotaxic </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> זלוף. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את החולדה הנחת מעל רשת על אגן כדי לאסוף את הדם ונוזלים מזלוף. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפתוח את בית החזה על ידי לנתח את עצם החזה הפרדה מהוספות הצלעות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחסום את תהליך xyphoid חזה עם מלקחיים קוקר וCR התהפכותanially עצם החזה ולפשק את הצלעות על הלב. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> זהה את החדר השמאלי והעלייה הימנית, הנח את מחט מד תשע קהה קצה (מחוברת לצינורית זלוף) לתוך החדר ולפתוח עם מספריים עדינים כירורגית העלייה הימנית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התחל זלוף עם פתרון קר (4 מעלות צלזיוס) heparinized פיסיולוגי (250 מיליליטר) ואחריו טפטוף של תמיסת 4% פורמלין (250 מיליליטר). </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חלץ את המוח מהגולגולת על ידי פתיחת הכספת של הגולגולת עם מלקחיים מתאימים ולמקם את המוח בתמיסת פורמלין 10%. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אחרי שבוע, להכין את הפרוסות היסטולוגית על ידי microtome (10 עובי מיקרומטר). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להכתים את סעיפי העטרה ועל sagittal המוח עם פתרון סגול cresyl. </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>
<li>Galindo-Leon, E. E., Liu, R. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Predicting+stimulus-locked+single+unit+spiking+from+cortical+local+field+potentials%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Comput.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Predicting stimulus-locked single unit spiking from cortical local field potentials.</a> J. Comput. Neurosci. 29 (3), 581-597 (2010).</li>
<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>
<li>Victor, J. D., Purpura, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Metric-space+analysis+of+spike+trains%3A+theory%2C+algorithms%2C+and+application%5BTitle%5D)+AND+%22Network%22%5BJournal%5D)">Metric-space analysis of spike trains: theory, algorithms, and application.</a> Network. 8, 127-164 (1997).</li>
<li>Foffani, G., Chapin, J. K., Moxon, K. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Computational+Role+of+Large+Receptive+Fields+in+the+Primary+Somatosensory+Cortex%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Computational Role of Large Receptive Fields in the Primary Somatosensory Cortex.</a> J. Neurophysiol. 100 (1), 268-280 (2008).</li>
<li>Microcontroller website. , Duemilanove, Italy. Available: 
 
 <a target="_blank" href="http://arduino.cc">http://arduino.cc</a> (2014).</li>
<li>Panzeri, S., Senatore, R., Montemurro, M. A., Petersen, R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Correcting+for+the+sampling+bias+problem+in+spike+train+information+measures%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Correcting for the sampling bias problem in spike train information measures.</a> J. Neurophysiol. 98, 1064-1072 (2007).</li>
<li>Storchi, R., Zippo, A. G., Caramenti, G. C., Valente, M., Biella, G. E. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Predicting+Spike+Occurrence+and+Neuronal+Responsiveness+from+LFPs+in+Primary+Somatosensory+Cortex%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+ONE%22%5BJournal%5D)">Predicting Spike Occurrence and Neuronal Responsiveness from LFPs in Primary Somatosensory Cortex.</a> PLoS ONE. 7 (5), (2012).</li>
<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>

המחברים מצהירים שום אינטרסים כלכליים מתחרים.

עבודה זו ראשית הציגה מכשיר חדש, פשוט ועלות נמוכה המאפשר לספק גירויים חושיים כמו נקודה במהירות ומרחבית. ואז באופן אקראי פרוטוקול לזווג דופק גירוי ומערכת של ניתוחים חישוביים אומתו. המטרה הכוללת הייתה להקים מסגרת להערכת יחסי LFP-ספייק בקלטות אלקטרו במהלך גירוי חוש המישוש. המכשיר, את הפרוטוקול ואת הגישה האנליטית תרמו במשותף לתוצאה, כלומר ההפגנה הראשונה של גישה דטרמיניסטית מסוגלת לתאר ולחזות את מעברי LFP לספייק, תהליך...

בהקשר של עיבוד אותות בתגובת הדחף מספק אפיון בסיסי של ההתנהגות של מערכות דינמיות. למרות שגירוי הדחף האידיאלי הוא כמעט לא בר השגה, זה אפשרי להשיג קירוב סביר של אותו באמצעות אלמנט מפעיל שיוצר התקות בתדירות גבוהה. סוג זה של גירוי חוש המישוש-רטט אור ידוע למקד שני העור העמוק (למשל במהירות להגיב, במהירות התאמת כדוריות Pacinian) 2 וקולטנים שטחיים (למשל עם סף נמוך הסתגלות לאט מבני discoid מרקל) 2. מכשירים הנוכחיים גירוי, ומפעילים בעיקר פיזואלקטריים, מואשמים במספר החסרונות, לא תהודות לפחות והתקות קטנות. כדי להתגבר על פגמים אלה, יישום חלופה של גירוי כמו דחף מוצע באמצעות קצה קהה (טיפ קקטוס החליק במקרה שלנו) בצורה אנכיתרכוב על מרכז הקרום של חרוט רמקול באמצע טווח. זה מספק את היתרון של התקות גדולות יותר וספקטרום תדרים רחב יותר. יישום אפקטיבי של מכשיר כזה היה המחקר של הבעיה נוירופיזיולוגיות הרלוונטית של LFPs לקוצי תלות. בגלל הקשר החזק של הזמן הדק בין אירועים החשמליים אלה מכשיר מוסדר היטב היה נחוץ לאספקת גירויים היקפיים. הגירויים היינו צריכים להיות מהיר וכמרחבית סלקטיבית ככל האפשר על מנת להקטין את &quot;רעש הרקע&quot; ולחדד את האותות של עניין. לצורך כך, מכשיר הגירוי והפרוטוקול המסירה הגירוי היו מותאם במשותף למשימה. במאמר זה, אנו מתארים את הטכניקה ולהציג כמה תוצאות נציג. פרוטוקול גירוי על בסיס אקראי לזווג פולסים תוכנן ומותאם על מנת למנוע התרגלות. פרוטוקול זה הציע את היתרון של זוג קלאסיed קטניות והקטינו את האפשרות של נעילה מזויפת בין גירויים והתפרצויות תקופתיות ספונטניות של פעילות עצבית. באמצעות זה אקראי דופק לזווג אותו ניתן היה להשיג את תגובות LFP וספייק מהירות ואמינות וכדי ללכוד את התכונה המיוחדת של תגובות אלה הקשורים לתלות של שני LFPs וקוצים על ההיסטוריה הגירוי. ואכן, מתגובות LFP גלם, קבוצה של שלוש תכונות LFP (LFP עצמו, LFP ראשון נגזר ושלב של הנגזרת הראשונה) בחריפות מקשרות עם תגובת ספייק ממוצע, גם היו שחולצה. שיטות אחדות הוצעו כדי שיתאימו למודלים שמנבאים קוצים מLFPs 3,4. באופן כללי נקודה של תהליך התאמת המודל קריטי, משותף גם לניבוי של אירוע ספייק מן אות הגירוי, הוא היווה ידי הבחירה המתאימה של פונקצית המטרה למקסם / למזער. בעוד מגוון רחב של פונקציות מטרה היה להציעד (מתאם לדוגמא ולכידות) אף אחד 5 מאלה במשותף לוכד את כל המורכבות של תגובות ספייק. בהתאם לכך, מסגרת רומן מבוססת על אופטימיזציה רב אובייקטיבית הוא הציג. אנו מראים כי על ידי שימוש בהציע המציא ומסגרת חישובית זה ניתן להעריך סט של מודלים חיזוי המבוסס על LFP החזק ספייק מערכות יחסים.

<table><tbody><tr><td>Microstepper</td><td>AB Transvertex (שטוקהולם, שוודיה)</td><td></td><td>המיקרו-סטפר המשמש למשיכת מטריצת האלקטרודות</td></tr><tr><td>מערכת צ'יטה 32 ערוצים</td><td>Neuralynx (MT, ארה"ב)</td><td></td><td>מערכת ההקלטה האלקטרופיזיולוגית</td></tr><tr><td>L293D h-bridge</td><td>RS רכיבי (Cinisello Balsamo, איטליה)</td><td></td><td>הגשר המשמש לחיבור המיקרו-בקר לרמקול</td></tr><tr><td>H21A3 מפסק אופטי Switch</td><td>Fairchild Semiconductor Corporation (סן חוזה, קליפורניה)</td><td></td><td>הפוטו-טרנזיסטור המשמש להקמת תזוזה של הקצה</td></tr><tr><td>Arduino Uno</td><td>Arduino (Duemilanove, איטליה)</td><td></td><td>המיקרו-בקר המשמש להעברת דופק זרם לרמקול</td></tr><tr><td>מטריצות מיקרו-אלקטרודות GB1</td><td>FHC</td><td></td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>איזופלורן</td><td>רודיה אורגנית פיין בע"מ</td><td></td><td>חומר ההרדמה המשמש להכנת בעלי חיים</td></tr><tr><td>מכשיר סטריאוטקסי</td><td>Narishighe (טוקיו, יפן)</td><td></td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>חולדות זכר Sprague-Dawley</td><td>נהר צ'ארלס (Calco, LC, איטליה)</td><td></td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Gallamine thriethiodide</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td>התרכובת המשמשת ליצירת אוצרות של בעלי החיים</td></tr><tr><td>Cresyl violet</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>חומרי חיטוי מקומיים (בטדין 10%)</td><td>Meda Pharma (מילאנו, איטליה)</td><td></td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>הפרין</td><td>סיגמא-אולדריץ'</td><td></td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td></td><td>ריאגנטים של פורמלדהיד קרלו ארבה (פומיליאנו מילאנזה, מילאנו, איטליה)</td><td></td><td>&nbsp;</td></tr></tbody></table>

מכשיר פשוט גירוי ללעורר כמו נקודת מגע גירויים: זרקור לlfp לספייק מעברים

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

יש מחקר נוירופיזיולוגיות הנוכחי במטרה לפתח שיטות כדי לחקור את מסלול אותות מתא העצב לתא עצב, כלומר במעברים מקוצים לפוטנציאל בתחום מקומי (LFPs) ומLFPs לקוצים. יש לי LFPs תלות מורכבת על פעילות ספייק והקשר שלהם עדיין הבין 1 גרוע. הבהרה של יחסי אות אלה תהיה מועילה הן לאבחון קליני (למשל פרדיגמות גירוי לגירוי המוח עמוק) ולהבנה עמוקה יותר של אסטרטגיות קידוד עצביות בתנאים נורמלים ופתולוגיים (למשל אפילפסיה, מחלת פרקינסון, כאב כרוני). למטרה זו, יש לפתור בעיות טכניות הקשורות למכשירי גירוי, פרדיגמות גירוי וניתוחים חישובית. לכן, מכשיר גירוי מחוייט פותח על מנת לספק גירויים מוסדרים היטב במרחב ובזמן שאינו כרוך בתהודה מכאנית. בהמשך לכך,כהדגמה, קבוצה של יחסי LFP-ספייק אמינים הייתה שחולצה. הביצועים של המכשיר נחקרו על ידי הקלטות תאיים, במשותף קוצים ותגובות LFP לגירויים המוחלים, מהקליפה החושית העיקרית החולדה. לאחר מכן, באמצעות אסטרטגיית אופטימיזציה רב אובייקטיבית, מודל חיזוי להתרחשות ספייק מבוססים על LFPs נאמד. היישום של פרדיגמה זו מראה כי המכשיר מתאים במידה מספקת כדי לספק גירוי חוש המישוש בתדירות גבוה, יעלה בביצועי מפעילים פיזואלקטריים משותפים. כהוכחה ליעילותו של המכשיר, את התוצאות הבאות הוצגו: 1) העיתוי והאמינות של תגובות LFP גם להתאים את תגובות ספייק, 2) LFPs רגיש להיסטוריה הגירוי וללכוד את התגובה הממוצעת לא רק, אלא גם תנודות משפט למשפט בפעילות ספייק, ולבסוף, 3) על ידי השימוש בLFP לאותת זה ניתן להעריך o מגווןו מודלים חזוי כי ללכוד היבטים שונים של פעילות ספייק.

תכונות טיול עצה כדי לאפיין את התכונות הדינמיות של מכשיר הגירוי המוצע, סדרת הניסויים שהקימה. התקן ספציפי אשר מורכב גליום ארסניד אינפרא אדום דיודה בשילוב עם טרנזיסטור סיליקון שימש להערכת עקירת הקצה, משך העקירה ועקירת עיכובים האפשריים. באמצעות מתג מנתק אופטי זו אנו ממוקמים בקצה ממריץ על קצה חור דיודה (גובה = 1 מ&quot;מ) ושניהם מיקרו ותפוקות phototransistor נרשמו. הליך הצבת התאפשר על ידי מכשיר microstepper עם רזולוציה מ...

על מנת להבהיר את המעבר המורכב מפוטנציאלים מקומיים שדה (LFPs) לקוצי ממריץ מתאים לגירויים היקפיים מכאניים אור נבנה. כיישום, פעילות spiking נרשמה מקליפה החושית נותחו על ידי אסטרטגיית אופטימיזציה רב אובייקטיבית. התוצאות הראו כי ממריץ המוצע היה מסוגל לספק גירויי מישושם בדיוק של האלפית שני והמילימטר.

מכשיר פשוט גירוי ללעורר כמו נקודת מגע גירויים: זרקור לLFP לספייק מעברים

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

המטרה הכוללת של הליך זה היא להציע התקן גירוי חושי מותאם אישית, יעיל ובעלות נמוכה, עבור גירויים מהירים דמויי נקודה. מטרה זו מושגת תחילה על ידי הגדרת התקן הגירוי. השלב השני הוא הכנת בעל החיים להקלטות אלקטרופיזיולוגיות באמצעות פתיחת חלון עצם מעל האזור הסומטוסנסורי הראשוני כדי לאפשר את מיקום מטריצת הרב-אלקטרודות.השלב השלישי של הפרוצדורה הוא הצבת מכשיר הגירוי על אזורי כף הרגל התגובתיים שזוהו קודם לכן. השלב הסופי הוא מציאת תגובות ה-LFP וה-spiking הטובות ביותר, הנוצרות באופן ספונטני ובגירוי. לבסוף, תגובות ה-spiking וה-LFP יוערכו באמצעות אלגוריתמים ad hoc.היתרון העיקרי של הטכניקה שלנו על פני הטכניקות הקיימות, כגון מעוררים ביו-חשמליים, הוא שמכשירנו מסוגל לייצר גירויים מהירים מאוד וממוקדי-נקודה באזורי העניין. שיטה זו יכולה לסייע במתן מענה לשאלות מפתח בנוירופיזיולוגיה, כגון השאלה היסודית בנוגע למעבר מפוטנציאלים מקומיים של סנפיר לספייקים (spikes) ולהפוך. את הכנת החיה לצורך גירוי הקוטב תדגים saini, סטודנטית לדוקטורט במעבדתי, ואת הבנייה הטכנית של המכשיר ידגים ד"ר Antonio Zippo בליווי עוזר מהמעבדה שלי.בתוכנית הליך זו, תכנת מיקרו-בקר שיספק שני פולסי זרם זוגיים בכל שנייה, וסדר את המיקרו-בקר, לוח הבייקרד (breadboard), הרמקול לטווח בינוני, הדרייבר והדבק על השולחן. לאחר מכן, הרכב קצה קהה של קוץ קקטוס בצורה ניצבית לפני השטח של הרמקול לטווח בינוני. חבר את הרמקול ואת המיקרו-בקר באמצעות גשר L 293 DH עם רכיבים פסיביים בסיסיים.לאחר מכן, חבר את הבקר לסוללה נטענת של 12 volt עבור הניתוח הסטריאוטקסי. לאחר הרדמת החולדה באמצעות הזרקה IP של תמיסת ברביטורט והצבתה על מכשיר סטריאוטקסי, קבע את ראשה באמצעות מוטות האוזניים ומגש הפה. לאחר מכן, שמור על טמפרטורה של 37.5 degrees Celsius במשטח הסטריאוטקסי באמצעות פד חימום נשלט אלקטרונית.לאחר מכן, נקה בעדינות את קמארת הגולגולת באמצעות פובידון יוד. חתוך את האנטיספטיקה הטופית לאורך קו האמצע, מבסיס האף ועד לעצם העורף, וקבע את העור באמצעות רטראקטור ושתי פינצטות קוקר קטנות. כעת זהה את הפריאוסטאום (קרום העצם) וגרד אותו מעצם הגולגולת באמצעות טיפ עדין.סמנו בטוש את נקודת ה-bgma במפגש של התפרים הסגיטליים המדיאליים והקורונליים. לאחר מכן, תחת מיקרוסקופ כירורגי, זהו את תחום הגפה האחורית של קורטקס הסומטוסנסורי, הממוקם באזור קורטקס הסומטוסנסורי בצד הנגדי לכף הרגל האחורית ששימשה בניסוי. השתמשו בטוש בעל חוד דק כדי לצייר ריבוע המגדיר את החור שיש לקדוח.לאחר מכן, קדחו חור של 9 ממ"ר בריבוע שסומן קודם לכן. הסירו את פיסת העצם והסירו בזהירות את הקרומים (dura mater). כסו את פני השטח הקורטיקליים בספוג כירורגי ספוג בנוזל צליקרי artificial cerebral spinal fluid בטמפרטורה של 37.5 °C.בשלב הבא, קבעו את מטריצת האלקטרודות למחזיק המחובר למיקרו-מניפולטור אלקטרוני. חברו את ראש המטריצה למגבר המקדים באמצעות מיקרו-מחבר. תחת מיקרוסקופ כירורגי, הורידו את מטריצת האלקטרודות אל פני השטח של קליפת המוח באופן ידני, ללא מגע בהם.לאחר מכן, הפעל את מגברי השמע והמשך להוריד את מטריצת האלקטרודות עד שהיא תיגע במשטח הקורטקס, דבר שיסומן על ידי רעש ברור. לאחר מכן, הורד את מטריצת האלקטרודות בצעדים נשלטים אלקטרונית של 2 micron לצעד עד להגעה לשכבה 4 של הקורטקס בעומק של 350 עד 400 microns. לאחר מכן, בדוק את התגובתיות של הנוירונים באמצעות נגיעות קלות בכף הרגל האחורית בצד הנגדי.כווננו את העומק בכמה שלבים נוספים עד שניתן יהיה להבחין בתגובת spiking ברורה. הגדירו את מסנן ה-band pass של התוכנה ל-1.0 עד 6,000 hertz ואת קצב הדגימה ל-32 kilohertz, והתחילו בהקלטת האות העצבי. לאחר חמש דקות של הקלטה, סיימו את הניסוי וייצאו את הנתונים שהוקלטו בפורמט בינארי לצורך עיבוד לאחר ההקלטה.בצע את הליך מיון הפולסים (spike sorting) באמצעות ארגז הכלים wave_plus. בהליך זה, הדבק את ההיבט הגבי של כף הרגל האחורית למסגרת קשיחה, כך שפני השטח של ה-LAR יהיו חשופים תוך הימנעות מפיתולים מפרקיים. לאחר מכן, הנח את קצה מכשיר הגירוי במיקום הרצוי של כף הרגל (P paw position) והפעל את מכשיר הגירוי.בעקבות פרוצדורה זו, החוקרים יכולים ללמוד על עיבוד המידע הן בגירויים סומטוסנסוריים איטיים והן במהירים. לאחר פיתוח מכשיר זה, חוקרים וקלינאים יוכלו לנתח ולהבין את ההבדל, את החישוב העצבי ואת עיבוד האותות של גירויי מגע קל, הן בנבדקים בריאים והן ב.

a-simple-stimulatory-device-for-evoking-point-like-tactile-stimuli

Research

JoVE Journal

Neuroscience

מדעי המוח

Digital micromirror התקנים (DMD) יכול לייצר תבניות מורכבות בזמן ובמרחב שבה לשלוט רגישות עצבית. נושאים רלוונטיים לבניית עיצוב, והפעלה של מערכות DMD הם דנו. מערכת כזו אפשרה הדגמה של שילוב שאינו ליניארי לאורך דיסטלי נקודות סניף הדנדריטים.

Patterned Photostimulation עם התקנים דיגיטליים Micromirror לחקור שילוב דנדריטים מעבר סניף נקודות

למבוגרים יליד נוירונים להביע ChR2 ניתן לטפל בהכנות פרוסה אלקטרו על מנת לבחון את תרומתם כלפי פונקציה של מעגלים עצביים חוש הריח.

באמצעות מערכי LED משתלמת עבור גירוי-תמונה של נוירונים

הליך מתואר למניפולציה של פעילות תאי עצב בקליפת מוח פירמידליים מוחיים optogenetically תוך אלקטרו, electromyogram, וריכוז חומצת חלב מוחות המנוטרים. הקלטות ניסיוניות מבוצעות על עכברי כבלים-כבולים בזמן שהם עוברים מחזורי שינה / בעקבות ספונטניים. Optogenetic ציוד מורכב במעבדה שלנו; ציוד הקלטה זמין מסחרי.

Electroencephalography סימולטני, מדידה בזמן אמת של הריכוז לקטט ומניפולצית Optogenetic של פעילות עצבית בקליפת המוח המכרסמת

מקור: Zhao, Z. et al. שיטה פולשנית להפעלת הבליטה המשוננת של העכבר על ידי גירוי בתדר גבוה. J. Vis. Exp. (2018)סרטון זה מדגים את הפרוטוקול למתן גירוי מוחי עמוק בתדר גבוה לפיתול משונן, ומפרט את השפעותיו על הפעלה עצבית, פלסטיות סינפטית ונוירוגנזה.

גירוי בתדר גבוה להגברת ההפעלה העצבית והנוירוגנזה בפיתול המשונן, העכבר

סרטון זה מדגים את הפעולה של גירוי בלולאה סגורה בחולדה עם מכשיר מושתל בניתוח לתיעוד פעילות עצבית. אותות עצביים נרשמים ומנותחים לראשונה. לאחר מכן מועלים טפסי גל של תבנית, ופרמטרים מוגדרים להפעלת גירוי בלולאה סגורה.

הפעלת גירוי בלולאה סגורה על ידי פעילות קוצים של תאי עצב

סרטון זה מדגים את ההליך לחקר יעילות סינפטית בקליפת המוח האנטורינלית הצידית (LEC) על-ידי גירוי אופטוגנטי של אקסונים של קליפת המוח הקדם-מצחית האמצעית (mPFC) ורישום התגובות של נוירונים פירמידליים ב-LEC. שיטה זו משלבת הקלטות מהדק טלאי עם הפעלה סינפטית על ידי גירוי אור כדי לחקור פלסטיות סינפטית.

גירוי אופטוגנטי ורישום אלקטרופיזיולוגי של אירועים סינפטיים בפרוסות מוח של חולדות

אנו מתארים שיטה לאפיון הטופוגרפיה התפקודית והתכונות הסינפטיות של מעגלי המוח הקדמי באמצעות גישה אופטוגנטית לגירוי אוכלוסיות עצביות במבחנה.

Photostimulation לייזר לסריקת של מעגלים מוח קדמי ממוקדים Optogenetically

אנו מציגים פרוטוקול כדי להעריך את האיזון בין שחרור גלוטמט לבין הסיווג ב corticostriatal glutamatergic בודד בפרוסות חריפה מעכברים למבוגרים. פרוטוקול זה משתמש חיישן פלורסנט iGluu עבור זיהוי גלוטמט, מצלמה scmos עבור רכישת אותות והתקן עבור תאורה לייזר מוקד.

בודד סינפסה אינדיקטורים של גלוטמט שחרור ספיגה בפרוסות המוח חריפה מעכברים נורמלי הנטינגטון

כאן אנו מציגים פרוטוקול המתאר התמרה ויראלית של אזורי מוח בדידים עם מבנים אופטוגנטיים כדי לאפשר אפיון אלקטרופיזיולוגי ספציפי לסינפסה בפרוסות מוח של מכרסמים חריפים.

אקס ויוו חקירה אופטוגנטית של העברה סינפטית ארוכת טווח ופלסטיות מקליפת המוח הקדם-מצחית האמצעית ועד קליפת המוח האנטורינלית הלטרלית

האמיגדלה ממלאת תפקיד מפתח באפילפסיה של האונה הרקתית, שמקורה במבנה זה ומתפשטת ממנו. מאמר זה מספק תיאור מפורט של ייצור אלקטרודות מוח עמוקות עם פונקציות הקלטה וגירוי כאחד. הוא מציג מודל של אפילפסיה של האונה הרקתית האמצעית שמקורה באמיגדלה.

שימוש באלקטרודה דו-קוטבית ליצירת מודל עכבר אפילפסיה של האונה הרקתית על ידי הצתה חשמלית של האמיגדלה

אנו מציגים שיטה לגירוי כימי גמיש ורב-מודאלי ורישום של פעילות עצבית בו זמנית מתולעים רבות של Caenorhabditis elegans . שיטה זו משתמשת במיקרופלואידיקה, חומרה ותוכנה בקוד פתוח, וניתוח נתונים אוטומטי מפוקח כדי לאפשר מדידה של תופעות עצביות כגון הסתגלות, עיכוב זמני וגירוי crosstalk.

גירוי רב-מודאלי אוטומטי והקלטה עצבית סימולטנית מאורגניזמים קטנים מרובים

למדו לבנות מכשיר גירוי מכני מותאם אישית לטיפוח מהיר ומדויק בקלות נמוכה. השיטה מאפשרת הקלטות אלקטרופיזיולוגיות בקליפת החישה הראשונית וניתוח מעברים מ-LFP לספייקים.

מכשיר פשוט גירוי ללעורר כמו נקודת מגע גירויים: זרקור לLFP לספייק מעברים

גלה סרטונים נוספים