Name: שימוש בניותא פעילות העולה להדק לולאה סגורה גירויים בניסויים נוירולוגיים (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-11-12T11:00:00.000+00:00
Duration: 5 min 19 s
Description: למדו ליישם גירוי סגור לולאה במערכת רישום נוירופיזיולוגית תקנית באמצעות קוד MATLAB. שיטה זו מאפשרת לחוקרים לחקור אינטראקציות סיבתיות במוח בזמן אמת בעלות נמוכה.

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

עבודה זו נתמכה על ידי מענקים NSERC דיסקברי אל ו AG.

כל ההליכים המתוארים כאן נערכו תחת פרוטוקול מחקר בעלי חיים שאושר על ידי ועדת הרווחה של אוניברסיטת לטברידג '.
1. כירורגיה
הערה: הליכי הניתוח המשמשים לשתל בדיקה להקלטות נוירופיסיולוגיים הוצגו בפרסומים אחרים24,25,26. הפרטים המדויקים של הניתוח לגירוי בלולאה סגורה תלויים בסוג הבדיקות של ההקלטות המשמשות ובאזורי המוח המיועדים. עם זאת, ברוב המקרים, ניתוח אופייני יכלול את השלבים הבאים.
<ol><li>מביאים לחדר הניתוח כלוב עם חולדה להיות מושתל עם בדיקה סיליקון או מערך אלקטרודה להקליט פעילות עצבית.</li>
	<li>ולתקן את הראש. במסגרת סטריאוטקאית ודא כי בעל החיים הוא חסר הכרה במהלך הניתוח על ידי התבוננות כל תגובה מוטורי גירוי מישוש קל25.</li>
	<li>להחיל משחה העין כדי למזער את היובש במהלך הניתוח.</li>
	<li>לגלח את האזור כירורגי לחטא את העור עם 2% כלורקסאיטין פתרון ו-70% אלכוהול איזופרופיל.</li>
	<li>להזריק לידוקאין (5 מ"ג/ק"ג) תחת הקרקפת מעל לאזור המוח שבו אלקטרודות יהיה מושתל.</li>
	<li>לעשות חתך של הקרקפת על פני השטח של השתל בעתיד, ולהשתמש בספוגית אזמל כותנה כדי לנקות את הקרום מן הגולגולת חשוף25.</li>
	<li>תרגיל 4-8 חורים בגולגולת עבור השרשה של ברגים עוגן (~ 0.5 מ"מ) כמו תמיכה מבנית עבור השתל25. הצמד את הברגים לגולגולת על-ידי הוספתו לחורים וודא שהם מוחזקים בחוזקה במקומם.</li>
	<li>מקדחה בפתיחת הגולגולת בקואורדינטות שצוינו, ומכניסה את המיקרו-כונן/השתל בדיקה. הערה: הפרוטוקול המתואר לגירוי לולאה סגורה יפעל עבור כל אזור מוח שבו האלקטרודות מוכנסים.</li>
	<li>לתקן את microdrive/בדיקה וכל מחבר ממשק חשמלי נדרש לגולגולת באמצעות אקריליק שיניים. כמות אקריליק שיניים צריך להיות מספיק כדי לצרף בחוזקה את השתל, אבל זה לא צריך לבוא במגע עם הרקמה הרך המקיף25.</li>
	<li>לאחר הניתוח, לעקוב היטב את בעל החיים עד שהוא הגיע לתודעה מספקת כדי לשמור על שכיבה משנית25. במשך 3 הימים הבאים, ניהול תת-עורי משכך כאבים (כגון Metacam, 1 מ"ג/ק"ג), ו אנטיביוטיקה כדי למנוע זיהום (למשל enrofloxacin, 10 מ"ג/ק"ג). הערה: בעלי חיים בדרך כלל נשארים להתאושש מהניתוח למשך שבוע לפני כל בדיקה או הקלטה.</li>
</ol>2. התקנת תוכנה
הערה: זה נבדק על Windows 10, 64 bit גירסה.
<ol><li>התקן את תוכנת הרכישה והעיבוד של נתונים.<ol>
<li>התקן את מערכת רכישת הנתונים ברדלס 6.4 (https://neuralynx.com/software/category/sw-acquisition-control), הכולל ספריות לאינטראקציה עם מערכת רכישת ברדלס.</li>
		<li>התקן SpikeSort3D (https://neuralynx.com/software/spikesort-3d) או כל תוכנה אחרת המשתמשת בקלוסטקווינק27 עבור מיון ספייק. תוכנת הזיהוי המקוונת משתמשת בהגדרות האשכול ממנגנון KlustaKwik. תוכנה זו עשויה לפעול באותו מחשב, או לפעול במחשבים נפרדים הנמצאים באותה רשת.</li>
		<li>התקן את החבילה Netcomhttps://github.com/leomol/cheetah-interface/blob/master/NetComDevelopmentPackage_v3.1.0, אשר ניתן גם להוריד מ https://neuralynx.com/software/netcom-development-package.</li>
	</ol>
</li>
	<li>התקן Matlab (https://www.mathworks.com/downloads/; הקוד נבדק בגירסה Matlab R2018a). ודא שMatlab מופעלת בחומת האש של Windows. בדרך כלל מוקפץ יגיע. במהלך החיבור הראשון<ol>
<li>היכנס לחשבון Matlab. . תבחר את הרישיון בחר את הגירסה. בחר את מערכת ההפעלה.</li>
	</ol>
</li>
	<li>הורד את הספריה הבאה לאירוע מקוון המפעיל את: https://github.com/leomol/cheetah-interface וחלץ קבצים לתיקיה ' מסמכים/Matlab ' של המחשב. עותק של הקוד מסופק בחומרים משלימיםנלווים.</li>
</ol>3. רכישת נתונים ראשוניים
<ol><li>התחל רכישת נתונים באמצעות תוכנת ברדלס.</li>
	<li>הקלט מספר דקות של נתוני העולה כדי לאכלס טופסי גל של תבנית.</li>
	<li>עצור את רכישת הנתונים ובצע מיון דקר על הנתונים המוקלטת.<ol>
<li>פתח את SpikeSort3D, לחץ על קובץ | תפריט | טען קובץ ספייק, ובחר קובץ דקר מהתיקיה עם נתונים מוקלטים.</li>
		<li>לחץ על תפריט אשכול ולאחר מכן אשכול אוטומטי באמצעות KlustaKwik, ומשאיר את הגדרות ברירת המחדל ולחץ על הפעלה.</li>
	</ol>
</li>
</ol>4. ניסוי בלולאה סגורה
<ol><li>לחדש את רכישת הנתונים בצ.</li>
	<li>. פתח את Matlab<ol>
<li>פתח את Closedloop. m ולחץ על הפעלה. לחלופין, בחלון הפקודה Matlab, בצע ClosedLoop (). ודא שclosedloop. m נמצא בנתיב Matlab. אם המשתמש מעוניין להשתמש בפונקציה מותאמת אישית כדי להתקשר לכל גורם מפעיל, בצע את ClosedLoop ('-התקשרות חזרה ', פונקציה מותאמת אישית) במקום זאת, כאשר פונקציית ההתאמה האישית היא נקודת אחיזה לפונקציה זו.</li>
		<li>טען את מידע הדקר שהוגדר בהקלטה הראשונית על-ידי לחיצה על עומס, דפדוף בתיקיית ההקלטה ובחירת אחד מקבצי הנתונים הקופצים (. ntt,. ntt).</li>
		<li>בחר נוירונים אחד או מספר שיפעיל גירוי על ידי לחיצה על תיבת הסימון מתחת לטפסי גל מותווים.</li>
		<li>הגדר את המספר המינימלי של נוירונים שיפעילו גירוי על ידי הקלדת מספר שלם בתיבת הטקסט "התאמות מינימום" ; ולהגדיר את חלון הזמן שבו קוצים התואמים צורות גל שונות נחשבים שיתוף פעיל על ידי הקלדת מספר בתיבת הטקסט "חלון".</li>
		<li>לחץ על העבר כדי להתחיל. זה יתחיל הפעלה מקוונת של אירועים (צלילים כברירת מחדל) מבוסס על פעילות העולה של נוירונים שנבחרו.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol><li>Grosenick, L., Marshel, J. H., Deisseroth, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Closed-loop+and+activity-guided+optogenetic+control%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">Closed-loop and activity-guided optogenetic control.</a> Neuron. 86 (1), 106-139 (2015).</li>
<li>Armstrong, C., Krook-Magnuson, E., Oijala, M., Soltesz, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Closed-loop+optogenetic+intervention+in+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Protocols%22%5BJournal%5D)">Closed-loop optogenetic intervention in mice.</a> Nature Protocols. 8 (8), 1475-1493 (2013).</li>
<li>Siegle, J. H., Wilson, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enhancement+of+encoding+and+retrieval+functions+through+theta+phase-specific+manipulation+of+hippocampus%5BTitle%5D)+AND+%22Elife%22%5BJournal%5D)">Enhancement of encoding and retrieval functions through theta phase-specific manipulation of hippocampus.</a> Elife. 3, 03061(2014).</li>
<li>Paz, J. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Closed-loop+optogenetic+control+of+thalamus+as+a+tool+for+interrupting+seizures+after+cortical+injury%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+neuroscience%22%5BJournal%5D)">Closed-loop optogenetic control of thalamus as a tool for interrupting seizures after cortical injury.</a> Nature neuroscience. 16 (1), 64-70 (2013).</li>
<li>Krook-Magnuson, E., Armstrong, C., Oijala, M., Soltesz, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On-demand+optogenetic+control+of+spontaneous+seizures+in+temporal+lobe+epilepsy%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">On-demand optogenetic control of spontaneous seizures in temporal lobe epilepsy.</a> Nature Communications. 4, 1376(2013).</li>
<li>Berényi, A., Belluscio, M., Mao, D., Buzsáki, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Closed-loop+control+of+epilepsy+by+transcranial+electrical+stimulation%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Closed-loop control of epilepsy by transcranial electrical stimulation.</a> Science. 337 (6095), 735-737 (2012).</li>
<li>Peters, T. E., Bhavaraju, N. C., Frei, M. G., Osorio, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Network+system+for+automated+seizure+detection+and+contingent+delivery+of+therapy%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Clinical+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Network system for automated seizure detection and contingent delivery of therapy.</a> Journal of Clinical Neurophysiology. 18 (6), 545-549 (2001).</li>
<li>Fountas, K. N., Smith, J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aFountas%2C+KN+%22Operative+Neuromodulation%22">Operative Neuromodulation</a>. , Springer. 357-362 (2007).</li>
<li>Heck, C. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Two-year+seizure+reduction+in+adults+with+medically+intractable+partial+onset+epilepsy+treated+with+responsive+neurostimulation%3A+final+results+of+the+RNS+System+Pivotal+trial%5BTitle%5D)+AND+%22Epilepsia%22%5BJournal%5D)">Two-year seizure reduction in adults with medically intractable partial onset epilepsy treated with responsive neurostimulation: final results of the RNS System Pivotal trial.</a> Epilepsia. 55 (3), 432-441 (2014).</li>
<li>Osorio, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Automated+seizure+abatement+in+humans+using+electrical+stimulation%5BTitle%5D)+AND+%22Annals+of+Neurology%22%5BJournal%5D)">Automated seizure abatement in humans using electrical stimulation.</a> Annals of Neurology. 57 (2), 258-268 (2005).</li>
<li>Sun, F. T., Morrell, M. J., Wharen, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Responsive+cortical+stimulation+for+the+treatment+of+epilepsy%5BTitle%5D)+AND+%22Neurotherapeutics%22%5BJournal%5D)">Responsive cortical stimulation for the treatment of epilepsy.</a> Neurotherapeutics. 5 (1), 68-74 (2008).</li>
<li>Fountas, K. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Implantation+of+a+closed-loop+stimulation+in+the+management+of+medically+refractory+focal+epilepsy%5BTitle%5D)+AND+%22Stereotactic+and+Functional+Neurosurgery%22%5BJournal%5D)">Implantation of a closed-loop stimulation in the management of medically refractory focal epilepsy.</a> Stereotactic and Functional Neurosurgery. 83 (4), 153-158 (2005).</li>
<li>Abbott, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neuroprosthetics%3A+In+search+of+the+sixth+sense%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Neuroprosthetics: In search of the sixth sense.</a> Nature. 442, (2006).</li>
<li>Venkatraman, S., Elkabany, K., Long, J. D., Yao, Y., Carmena, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+system+for+neural+recording+and+closed-loop+intracortical+microstimulation+in+awake+rodents%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Transactions+on+Biomedical+Engineering%22%5BJournal%5D)">A system for neural recording and closed-loop intracortical microstimulation in awake rodents.</a> IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 56 (1), 15-22 (2009).</li>
<li>Nguyen, T. K. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Closed-loop+optical+neural+stimulation+based+on+a+32-channel+low-noise+recording+system+with+online+spike+sorting%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neural+Engineering%22%5BJournal%5D)">Closed-loop optical neural stimulation based on a 32-channel low-noise recording system with online spike sorting.</a> Journal of Neural Engineering. 11 (4), 046005(2014).</li>
<li>Laxpati, N. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Real-time+in+vivo+optogenetic+neuromodulation+and+multielectrode+electrophysiologic+recording+with+NeuroRighter%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Neuroengineering%22%5BJournal%5D)">Real-time in vivo optogenetic neuromodulation and multielectrode electrophysiologic recording with NeuroRighter.</a> Frontiers in Neuroengineering. 7, 40(2014).</li>
<li>Su, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+wireless+32-channel+implantable+bidirectional+brain+machine+interface%5BTitle%5D)+AND+%22Sensors%22%5BJournal%5D)">A wireless 32-channel implantable bidirectional brain machine interface.</a> Sensors. 16 (10), 1582(2016).</li>
<li>Ciliberti, D., Kloosterman, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Falcon%3A+a+highly+flexible+open-source+software+for+closed-loop+neuroscience%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neural+Engineering%22%5BJournal%5D)">Falcon: a highly flexible open-source software for closed-loop neuroscience.</a> Journal of Neural Engineering. 14 (4), 045004(2017).</li>
<li>Luczak, A., Bartho, P., Harris, K. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Gating+of+sensory+input+by+spontaneous+cortical+activity%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Gating of sensory input by spontaneous cortical activity.</a> The Journal of Neuroscience. 33 (4), 1684-1695 (2013).</li>
<li>Luczak, A., Barthó, P., Harris, K. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spontaneous+events+outline+the+realm+of+possible+sensory+responses+in+neocortical+populations%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">Spontaneous events outline the realm of possible sensory responses in neocortical populations.</a> Neuron. 62 (3), 413-425 (2009).</li>
<li>Schjetnan, A. G., Luczak, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recording+Large-scale+Neuronal+Ensembles+with+Silicon+Probes+in+the+Anesthetized+Rat%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">Recording Large-scale Neuronal Ensembles with Silicon Probes in the Anesthetized Rat.</a> Journal of Visualized Experiments. (56), (2011).</li>
<li>Bermudez Contreras, E. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Formation+and+reverberation+of+sequential+neural+activity+patterns+evoked+by+sensory+stimulation+are+enhanced+during+cortical+desynchronization%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">Formation and reverberation of sequential neural activity patterns evoked by sensory stimulation are enhanced during cortical desynchronization.</a> Neuron. 79 (3), 555-566 (2013).</li>
<li>Girardeau, G., Benchenane, K., Wiener, S. I., Buzsáki, G., Zugaro, M. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Selective+suppression+of+hippocampal+ripples+impairs+spatial+memory%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Selective suppression of hippocampal ripples impairs spatial memory.</a> Nature Neuroscience. 12 (10), 1222-1223 (2009).</li>
<li>Schjetnan, A. G. P., Luczak, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recording+large-scale+neuronal+ensembles+with+silicon+probes+in+the+anesthetized+rat%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">Recording large-scale neuronal ensembles with silicon probes in the anesthetized rat.</a> Journal of Visualized Experiments. (56), (2011).</li>
<li>Vandecasteele, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Large-scale+recording+of+neurons+by+movable+silicon+probes+in+behaving+rodents%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">Large-scale recording of neurons by movable silicon probes in behaving rodents.</a> Journal of Visualized Experiments. (61), e3568(2012).</li>
<li>Sariev, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Implantation+of+Chronic+Silicon+Probes+and+Recording+of+Hippocampal+Place+Cells+in+an+Enriched+Treadmill+Apparatus%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">Implantation of Chronic Silicon Probes and Recording of Hippocampal Place Cells in an Enriched Treadmill Apparatus.</a> Journal of Visualized Experiments. (128), e56438(2017).</li>
<li>Harris, K. D., Henze, D. A., Csicsvari, J., Hirase, H., Buzsáki, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Accuracy+of+tetrode+spike+separation+as+determined+by+simultaneous+intracellular+and+extracellular+measurements%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Accuracy of tetrode spike separation as determined by simultaneous intracellular and extracellular measurements.</a> Journal of Neurophysiology. 84 (1), 401-414 (2000).</li>
<li>Jiang, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((TaiNi%3A+Maximizing+research+output+whilst+improving+animals%27+welfare+in+neurophysiology+experiments%5BTitle%5D)+AND+%22Scientific+Reports%22%5BJournal%5D)">TaiNi: Maximizing research output whilst improving animals' welfare in neurophysiology experiments.</a> Scientific Reports. 7 (1), 8086(2017).</li>
<li>Gao, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+cortico-cerebellar+loop+for+motor+planning%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">A cortico-cerebellar loop for motor planning.</a> Nature. 563 (7729), 113(2018).</li>
<li>Neumann, A. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Involvement+of+fast-spiking+cells+in+ictal+sequences+during+spontaneous+seizures+in+rats+with+chronic+temporal+lobe+epilepsy%5BTitle%5D)+AND+%22Brain%22%5BJournal%5D)">Involvement of fast-spiking cells in ictal sequences during spontaneous seizures in rats with chronic temporal lobe epilepsy.</a> Brain. 140 (9), 2355-2369 (2017).</li>
<li>Gothard, K. M., Skaggs, W. E., Moore, K. M., McNaughton, B. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Binding+of+hippocampal+CA1+neural+activity+to+multiple+reference+frames+in+a+landmark-based+navigation+task%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Binding of hippocampal CA1 neural activity to multiple reference frames in a landmark-based navigation task.</a> Journal of Neuroscience. 16 (2), 823-835 (1996).</li>
<li>McNaughton, B. L. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aMcNaughton%2C+BL+%22Google+Patents%22">Google Patents</a>. , (1999).</li>
<li>Wilber, A. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cortical+connectivity+maps+reveal+anatomically+distinct+areas+in+the+parietal+cortex+of+the+rat%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Neural+Circuits%22%5BJournal%5D)">Cortical connectivity maps reveal anatomically distinct areas in the parietal cortex of the rat.</a> Frontiers in Neural Circuits. 8, 146(2015).</li>
<li>Mashhoori, A., Hashemnia, S., McNaughton, B. L., Euston, D. R., Gruber, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rat+anterior+cingulate+cortex+recalls+features+of+remote+reward+locations+after+disfavoured+reinforcements%5BTitle%5D)+AND+%22Elife%22%5BJournal%5D)">Rat anterior cingulate cortex recalls features of remote reward locations after disfavoured reinforcements.</a> Elife. 7, 29793(2018).</li>
<li>Luczak, A., McNaughton, B. L., Harris, K. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Packet-based+communication+in+the+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Reviews+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Packet-based communication in the cortex.</a> Nature Reviews Neuroscience. , (2015).</li>
<li>Luczak, A. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aLuczak%2C+A+%22Analysis+and+Modeling+of+Coordinated+Multi-neuronal+Activity%22">Analysis and Modeling of Coordinated Multi-neuronal Activity</a>. , Springer. 163-182 (2015).</li>
</ol>

למחברים אין כל ניגוד אינטרסים שקשור לעבודה זו.

הפרוטוקול המתואר כאן, מראה כיצד להשתמש במערכת הקלטה נוירולוגית סטנדרטית כדי לבצע גירוי בלולאה סגורה. פרוטוקול זה מאפשר למדענים מוגבלים עם מומחיות מוגבלת במדעי המחשב כדי ליישם במהירות מגוון של ניסויים לולאה סגורה עם עלות קטנה. ניסויים אלה נחוצים לעתים קרובות כדי ללמוד אינטראקציות סיבתי במוח.
לאחר הכנת בעל חיים והתקנת התוכנה (שלבים 1 & 2), הניסוי בלולאה סגורה מורכב משני שלבים נפרדים. ראשית, רכישת נתונים ראשוניים (שלב 3) כדי לאסוף נתונים כדי להגדיר תבניות המתאימות לפעילות של נוירונים בודדים (כלומ...

המטרה של פרוטוקול זה היא להדגים כיצד ליישם גירוי לולאה סגורה בניסויים נוירולוגיים. ההתקנה אופייני עבור ניסויים לולאה סגורה במדעי המוח כרוך בהפעלת גירויים המבוססים על הבדיקה המקוונת של פעילות עצבית. זה, בתורו, גורם לשינויים בפעילות המוח, ובכך לסגור את לולאה משוב1,2. ניסויים כאלה לולאה סגורה לספק הטבות מרובות על הגדרות לולאה פתוחה רגילה, במיוחד כאשר בשילוב עם אלקטרואופטיקה, אשר מאפשר לחוקרים למקד תת-קבוצה ספציפית של נוירונים. למשל, סיגלה ווילסון השתמשו במניפולציות לולאה מסוגרת כדי ללמוד את התפקיד של תנודות תטה בעיבוד מידע3. הם הפגינו כי מגרה נוירונים היפוקמאל על השלב הנופל של תנודות תטא היו השפעות שונות על התנהגות מאשר החלת גירוי זהה על השלב העולה. ניסויים בלולאה סגורה גם נעשים חשובים יותר ויותר במחקרים פרה-קליניים. למשל, מחקרים מרובים של אפילפסיה הראו כי גירוי עצבי המופעל על התפרצות תפיסה היא גישה יעילה כדי להפחית את חומרת התקפים4,5,6. יתר על כן, מערכות זיהוי התפיסה האוטומטית ואת המסירה הנציגות של טיפול7, 8 הראו הטבות משמעותיות בחולים אפילפסיה9,10,11,12. אזור יישום נוסף עם התקדמות מהירה של מתודולוגיות לולאה סגורה הוא השליטה של נוירותותבות עם המוח הקורטיקלית – מחשב ממשקי. הסיבה לכך היא מתן משוב מיידי למשתמשים של התקנים תותבת משפר באופן משמעותי את הדיוק ואת יכולת13.
בשנים האחרונות, מספר מעבדות פיתחו מערכות מותאמות אישית עבור ההקלטה החשמלית סימולטני של פעילות עצבית ומסירת גירויים במערכת לולאה סגורה14,15,16,17,18. למרות רבים של כיוונונים אלה יש מאפיינים מרשימים, זה לא תמיד קל ליישם אותם במעבדות אחרות. הסיבה לכך היא שהמערכות דורשות לעתים קרובות טכנאים מנוסים להרכיב את האלקטרוניקה הדרושה ורכיבי חומרה ותוכנה אחרים הנחוצים.
לכן, על מנת להקל על אימוץ ניסויים לולאה סגורה במחקר מדעי המוח, נייר זה מספק פרוטוקול ו-Matlab code כדי להמיר הקלטה פתוחה לולאה אלקטרופיסיולוגית19,20,21,22 לתוך מערכת לולאה סגורה2,6,23. פרוטוקול זה נועד לעבוד עם חומרת ההקלטה דיגיטלי Lynx, מערכת מעבדה פופולרית להקלטות האוכלוסייה העצבית. ניסוי אופייני מורכב מהפעולות הבאות: 1) הקלטת 5-20 דקות של נתוני העליה; 2) ספייק מיון כדי ליצור תבניות נוירואליות; 3) שימוש בתבניות אלה כדי לבצע זיהוי מקוון של דפוסי פעילות עצביים; ו-4) מפעיל אירועים מסוימים של גירוי או ניסיוני כאשר תבניות שצוינו על-ידי המשתמש מזוהות.

<table><tbody><tr><td>Baytril</td><td>Bayer, מיסיסוגה, קליפורניה</td><td>DIN 02169428</td><td>אנטיביוטיקה; 50 מ"ג/מ"ל</td></tr><tr><td>צ'יטה 6.4</td><td>NeuraLynx, טוסון, אריזונה</td><td>6.4.0.beta</td><td>ממשקי תוכנה לרכישת נתונים&nbsp;</td></tr><tr><td>Digital Lynx 4SX</td><td>NeuraLynx, Tucson, AZ</td><td>4SX</td><td>ציוד הקלטה</td></tr><tr><td>משדר Headstage משדר TBSI</td><td></td><td>B10-3163-GK</td><td>מעביר את האות העצבי למקלט</td></tr><tr><td>Isoflurane</td><td>Fresenius Kabi, Toronto, CA</td><td>DIN 02237518</td> אבקת תותבות <td>סילון הרדמה בשאיפה</td></tr><tr><td>& Liqud</td><td>Lang Dental, Wheeling, US</td><td>1230</td><td>אקריליק דנטלי</td></tr><tr><td>Lacri-Lube</td><td>Allergan, Markham, CA</td><td>DIN 00210889</td><td>משחת עיניים</td></tr><tr><td>Lido-2</td><td>Rafter 8, Calgary</td><td>DIN 00654639</td><td>הרדמה מקומית; 20 מ"ג/מ"ל</td></tr><tr><td>תוכנת Matlab</td><td>Mathworks</td><td>R2018b</td><td>לעיבוד אותות והפעלת אירועים חיצוניים</td></tr><tr><td>Metacam</td><td>Boehringer, Ingelheim, DE</td><td>DIN 02240463</td><td>משכך כאבים; 5 מ"ג/מ"ל</td></tr><tr><td>Netcom</td><td>NeuraLynx</td><td>v1</td><td>Application Programming Interface (API) המתקשר עם</td></tr><tr><td>בדיקת סיליקון</td> צ'יטה <td>מכשיר מושתל</td><td>Cambridge Neurotech</td><td>ASSY-156-DBC2</td></tr><tr><td>SpikeSort 3D&nbsp;</td><td>NeuraLynx, Tucson, AZ</td><td>כלי סיווג צורת גל לתא</td><td>SS3D</td></tr><tr><td>מקלט רדיו אלחוטי</td><td>TBSI</td><td>911-1062-00</td><td>מעביר את האות העצבי ל- Digital Lynx</td></tr></tbody></table>

שימוש בניותא פעילות העולה להדק לולאה סגורה גירויים בניסויים נוירולוגיים

Using Neuron Spiking Activity to Trigger Closed-Loop Stimuli in Neurophysiological Experiments

מערכות נוירופיסיולוגיים לולאה משתמשות בדפוסים של פעילות עצבית כדי לעורר גירויים, שבתורו משפיעים על פעילות המוח. מערכות לולאה סגורה שכאלה כבר נמצאות ביישומים קליניים, והן כלים חשובים לחקר מוח בסיסי. התפתחות מעניינת במיוחד לאחרונה היא שילוב של גישות לולאה סגורה עם אלקטרואופטיקה, כגון דפוסים ספציפיים של פעילות עצבית יכולים לעורר גירוי אופטי של קבוצות נוירואליות נבחרות. עם זאת, הגדרת מערכת אלקטרופיזיולוגיה לניסויים בלולאה סגורה יכולה להיות קשה. כאן, מוכן להחיל קוד Matlab מסופק לעורר גירויים בהתבסס על הפעילות של יחיד או מספר נוירונים. קוד לדוגמה זה ניתן לשינוי בקלות על בסיס צרכים בודדים. לדוגמה, הוא מציג כיצד להפעיל גירויים קוליים וכיצד לשנות אותו כדי להפעיל התקן חיצוני המחובר ליציאה טורית של מחשב. הפרוטוקול המוצג נועד לעבוד עם מערכת הקלטה עצבית פופולרית ללימודי בעלי חיים (נוירואליnx). היישום של גירוי לולאה סגורה מוצג בחולדה ערה.

העכברושים שנולדו וגדלו באתר היו נובעת לטיפול במשך שבועיים לפני הניסוי. כונן הקלטה הושתל באופן כירורגי, בדומה לשיטות שתוארו בעבר28,29,30,31,32,33,34. האותות העצביים הוקלטו ב-32 kHz עם מערכת רכישה דיגיטלית. אותות עצביים הוגברה לראשונה עם אחדות לצבור הראש האלחוטי, ואז הוגדל עם רווח של 1000, והל...

פרוטוקול זה מדגים כיצד להשתמש במערכת אלקטרולוגית לגירוי בלולאה סגורה המופעלת על ידי דפוסי פעילות עצביים. לדוגמה קוד Matlab שניתן לשנות בקלות עבור התקני גירוי שונים מסופק גם.

Closed-loop neurophysiological systems use patterns of neuronal activity to trigger stimuli, which in turn affect brain activity. Such closed-loop systems ...

מערכת הקלטה נוירופיזיולוגית סטנדרטית זו יכולה לשמש לביצוע גירוי לולאה סגורה אשר שימושי לחקר אינטראקציות סיבתיות במוח. פרוטוקול זה מאפשר למדעני מוח בעלי מומחיות מוגבלת בלבד במדעי המחשב ליישם במהירות מגוון ניסויים בלולאה סגורה בעלות מועטה. ניסויים בלולאה סגורה יש becaming חשוב יותר ויותר עבור מדע בסיסי ומחקר.לדוגמה, מחקרים רבים באפילפסיה הראו כי גירוי נוירון טריגר על הופעת התקפים היא גישה יעילה כדי להפחית את חומרת ההתקפים. כדי להקל על אימוץ ניסויים בלולאה סגורה במחקר מדעי המוח, פרוטוקול זה מספק קוד MATLAB להמרת מערכת הקלטה אלקטרופיזיולוגית לולאה פתוחה למערכת לולאה סגורה. יישום זה של גירוי לולאה סגורה מוכח בחולדה ערה.כדי להתקין את מערכת רכישת הנתונים Cheetah 6.4, פתח את דף האינטרנט עבור התוכנה הכוללת ספריות לאינטראקציה עם מערכת רכישות הצ'יטה, והתקן את SpikeSort-3D. התקן את חבילת הפיתוח של NetCom. היכנס לחשבון MATLAB כדי לבחור את הרשיון, הגירסה ומערכת ההפעלה הנכונים.לאחר מכן, הורד את הספריה עבור אירוע מקוון מפעיל כפי שצוין ולחלץ את הקבצים לתיקיה MATLAB מסמכים. לרכישת נתונים, פתח את תוכנת הצ'יטה והרשים נתוני spiking כדי לאכלס את צורות הגל של התבנית. לאחר מספר דקות, הפסק את רכישת הנתונים ובצע SpikeSort על הנתונים המוקלטים.לאחר מכן, פתח את SpikeSort3-D ולחץ על תפריט קובץ וטען קובץ דקר כדי לבחור קובץ דקר מהתיקייה עם הנתונים המוקלטים. לאחר מכן, לחץ על תפריט אשכול, תסגור אוטומטית באמצעות KlustaKwik והפעל. כדי לבצע ניסוי בלולאה סגורה, חדש את רכישת הנתונים בצ'יטה ופתח את MATLAB.פתח את סגורלופ. M ולחץ על הפעל. לחלופין, בצע לולאה סגורה בחלון הפקודה.אתר את תיקיית ההקלטה ובחר אחד מקבצי הנתונים המהדקים כדי לטעון את מידע העלייה המוגדר בהקלטה הראשונית. לחץ על תיבות הסימון המתאימות תחת צורות הגל מותווים כדי לבחור נוירון אחד או יותר שיפעילו גירוי. הגדר את המספר המינימלי של נוירונים שיפעילו גירוי על-ידי הזנת מספר שלם בתיבת הטקסט min matches ולהגדיר את חלון הזמן שבו הקוצים התואמים לתוספי הגל השונים נחשבים לפעילים על-ידי הזנת מספר בתיבת הטקסט של החלון.לאחר מכן, לחץ על שלח כדי להתחיל את ההפעלה המקוונת של אירועים המבוססים על פעילות spiking של הנוירונים שנבחרו. בניסוי מייצג זה, החולדה נחה על סיר פרחים שהיה מקום מנוחה מוכר בהפסקות בניסויים ההתנהגותיים. כאן, פועל בו זמנית נציג של תוכנת ההקלטה ואת תוכנית MATLAB אשר מציג צורות גל ספייק שנרכשו בזמן אמת ניתן לראות.כאשר מתגלים קוצים מאשכולות מפעילים מוגדרים מראש, צורות הגל מוצגות עם קו מקף מודגש בחלון איור MATLAB המפעיל צליל ומספק מערכת לולאה סגורה. בנתון זה, היסטוגרמה מייצגת הממחישה את העיכובים בין זמן יצירת ספייק מלאכותי לבין זמן גרימת אות מופעל מוצגים. לאחר הכנת בעל חיים והתקנת התוכנה, הניסוי בלולאה סגורה מורכב משני שלבים עיקריים, רכישת הנתונים הראשונית והגירוי בלולאה סגורה שבמהלכם קוצים מפעילים גירויים חיצוניים.פרוטוקול זה מאפשר גם טיפול בגירויים המבוססים על פעילות של נוירונים מרובים אשר חשוב לטיפול בשאלות על עיבוד מידע במוח. היתרונות של פתרון MATLAB זה הם העלות הנמוכה שלה ואת הגמישות בהגדרת דפוסי הפעילות כדי לעורר גירויים אשר יכול לעזור בחקירת מגוון רחב של שאלות מדעיות.

using-neuron-spiking-activity-to-trigger-closed-loop-stimuli

Research

JoVE Journal

Neuroscience

מדעי המוח

אנו משתמשים בלולאה סגורה לטוס מכונת ממשק לחקור עקרונות כלליים השליטה העצבית.

פלטפורמה ניסויית לחקר ביצועים לולאה סגורה של המוח מכונת ממשקים

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

הבנת התפקוד של מערכת העצבים מרכזי החוליות דורשת הקלטות מנוירונים רבים בגלל תפקוד קליפת המוח מתעורר ברמה של אוכלוסיות של נוירונים. כאן אנו מתארים שיטה אופטית להקלטת פעילות עצבית suprathreshold עם רזולוצית תא בודד ויחיד ספייק, התלבטה סריקה בגישה אקראית. זה מסמל שיטה רשום סומטיות קרינת סיד מעד 100 נוירונים עם רזולוציה גבוהה זמנית. אלגוריתם מקסימאלי סבירות deconvolves הפעילות העצבית suprathreshold הבסיסית מאותות סיד הקרינה סומטיות. שיטה זו אמינה מזהה קוצים עם איתור יעיל גבוהים ושיעור נמוך של תוצאות...

הקלטה אופטית של פעילות עצבית suprathreshold עם רזולוצית תא בודד ויחיד ספייק

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

הפיתוח האחרון של כלים מדעי המוח המשלבים גנטיקה ואופטיקה, המכונה "optogenetics", מאפשר שליטה על פעילות מעגלים עצבית ברמה חסרת תקדים של רזולוציה מרחב ובזמן. כאן אנו מספקים פרוטוקול לשילוב בהקלטה vivo עם המניפולציה optogenetic של תת קבוצות גנטית מוגדרות של תאי עצב בקליפת המוח פירמידה וsubicular הקדם חזיתית.

שיטה לנאמנות גבוהה בקרת optogenetic של פרט פירמידת נוירונים<em&gt; בvivo</em

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

פרוטוקולי לולאה סגורה הופכים נפוצים יותר ויותר באלקטרופיזיולוגיה המודרנית. אנו מציגים דרך פשוטה, רב-תכליתית וזולה לביצוע פרוטוקולים אלקטרופיזיולוגיים מורכבים בנוירונים פירמידליים בקליפת המוח במבחנה, באמצעות מחשב שולחני ולוח רכישה דיגיטלי.

אלקטרופיזיולוגיה בזמן אמת: שימוש בפרוטוקולי לולאה סגורה לDynamics עצבי בדיקה ומעבר

במאמר זה מוצגת מסגרת ניסויית לביצוע ניסויים בלולאה סגורה, בה נלמדים עיבוד מידע (כלומר, קידוד ופענוח) ולמידה של מכלולים עצביים במהלך האינטראקציה המתמשכת עם גוף רובוטי.

ניסויי נוירו-רובוטית לולאה סגורה כדי לבדוק את מאפיינים חישובית של רשתות עצבי

הליך זה מבצע ארוך שנמשכות in vivo הקלטות תאיות מתא עצב אחד במצבי מוח רלוונטיים מבחינה פיזיולוגית ואחרי ביטול מוחלט של פעילות חשמלית מתמשכת, וכתוצאה מכך במצב מוח איזואלקטרית. הקבועים הפיסיולוגיים של החיה מנוטרות בקפידה במהלך המעבר למצב בתרדמת המלאכותי.

אינדוקציה של מדינת איזואלקטרית מוח כדי לחקור את ההשפעה של פעילות סינפטית אנדוגני על העצבית רגישה<em&gt; In vivo</em

אנו מציגים שיטות לבניית אלקטרודות לרישום בו זמנית של פעילות עצבית חוץ-תאית ולשחרור חומרים נוירואקטיביים מרובים בקרבת אתרי ההקלטה בעכברים ערים. טכניקה זו מאפשרת ניתוח מפורט של קלטים סינפטיים מקומיים משוערים לנוירון המעניין.

הקלטה תאית של העצבית פעילות משולבת עם Microiontophoretic יישום של חומרי Neuroactive עכברי Awake

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 ליישם גירוי סגור לולאה במערכת רישום נוירופיזיולוגית תקנית באמצעות קוד MATLAB. שיטה זו מאפשרת לחוקרים לחקור אינטראקציות סיבתיות במוח בזמן אמת בעלות נמוכה.

שימוש בניותא פעילות העולה להדק לולאה סגורה גירויים בניסויים נוירולוגיים

גלה סרטונים נוספים