Utilizzo dell'attività di spiking del neurone per attivare gli stimoli a ciclo chiuso negli esperimenti neurofisiologici

Leonardo  A. Molina; Victorita  E. Ivan; Aaron J. Gruber; Artur Luczak

doi:10.3791/59812

Method Article

Utilizzo dell'attività di spiking del neurone per attivare gli stimoli a ciclo chiuso negli esperimenti neurofisiologici

DOI:

10.3791/59812

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November 12th, 2019

Leonardo A. Molina¹^,² , Victorita E. Ivan¹ , Aaron J. Gruber*¹ , Artur Luczak*¹

¹Canadian Center for Behavioural Neuroscience, Department of Neuroscience, University of Lethbridge, ²Clinical Neurosciences, Cumming School of Medicine, University of Calgary

Summary

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Questo protocollo dimostra come utilizzare un sistema elettrofisiologico per la stimolazione a ciclo chiuso innescata da modelli di attività neuronale. Viene inoltre fornito un codice Matlab di esempio che può essere facilmente modificato per diversi dispositivi di stimolazione.

Abstract

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I sistemi neurofisiologici a ciclo chiuso utilizzano modelli di attività neuronale per innescare stimoli, che a loro volta influenzano l'attività cerebrale. Tali sistemi a ciclo chiuso si trovano già nelle applicazioni cliniche e sono strumenti importanti per la ricerca di base del cervello. Uno sviluppo recente particolarmente interessante è l'integrazione di approcci a ciclo chiuso con l'optogenetica, in modo tale che modelli specifici di attività neuronale possono innescare la stimolazione ottica di gruppi neuronali selezionati. Tuttavia, la creazione di un sistema elettrofisiologico per gli esperimenti a circuito chiuso può essere difficile. Qui, un codice Matlab pronto per applicare viene fornito per l'attivazione di stimoli basati sull'attività di uno o più neuroni. Questo codice di esempio può essere facilmente modificato in base alle esigenze individuali. Ad esempio, mostra come attivare stimoli sonori e come modificarli per attivare un dispositivo esterno collegato a una porta seriale del PC. Il protocollo presentato è progettato per funzionare con un popolare sistema di registrazione neuronale per studi sugli animali (Neuralynx). L'implementazione della stimolazione a ciclo chiuso è dimostrata in un ratto sveglio.

Introduction

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L'obiettivo di questo protocollo è quello di dimostrare come implementare la stimolazione a ciclo chiuso negli esperimenti neurofisiologici. La configurazione tipica per gli esperimenti a ciclo chiuso nelle neuroscienze comporta l'attivazione di stimoli basati sulla lettura online dell'attività neuronale. Questo, a sua volta, provoca modifiche nell'attività cerebrale, chiudendo così il ciclo di feedback¹^,². Tali esperimenti a ciclo chiuso forniscono molteplici vantaggi rispetto alle configurazioni standard a ciclo aperto, specialmente se combinati con l'optogenetica, che consente ai ricercatori di indirizzare ....

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Protocol

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Tutte le procedure qui descritte sono state eseguite nell'ambito di un protocollo di ricerca sugli animali approvato dall'University of Lethbridge Animal Welfare Committee.

1. Chirurgia

NOTA: Le procedure chirurgiche utilizzate per impiantare sonde per registrazioni neurofisiologiche sono state presentate in altre pubblicazioni²⁴^,²⁵^,²⁶. I dettagli esatti dell'intervento chirurgico per la stimolazione a ciclo chiuso dipendono dal tipo di sonde di registrazione utilizzate e dalle aree cerebrali mirate. Nella maggior parte de....

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Results

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I ratti Fisher-Brown Norway nati e cresciuti sul posto sono stati abituati a maneggiare per due settimane prima dell'esperimento. Un'unità di registrazione è stata impiantata chirurgicamente, simile ai metodi descritti in precedenza²⁸^,²⁹^,³⁰^,³¹^,³²^,33^,³⁴. I segnali neuronali sono stati registr.......

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Discussion

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Il protocollo descritto qui, mostra come utilizzare un sistema di registrazione neurofisiologico standard per eseguire la stimolazione a circuito chiuso. Questo protocollo consente ai neuroscienziati con scarse competenze in informatica di implementare rapidamente una varietà di esperimenti a ciclo chiuso con poco costo. Tali esperimenti sono spesso necessari per studiare le interazioni causali nel cervello.

Dopo aver preparato un animale e installato il software (passaggi 1 e 2), l'esperiment.......

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Disclosures

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Gli autori non hanno alcun conflitto di interessi legati a questo lavoro.

Acknowledgements

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Questo lavoro è stato sostenuto da sovvenzioni NSERC Discovery a AL e AG.

....

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Materials

List of materials used in this article
Name	Company	Catalog Number	Comments
Baytril	Bayer, Mississauga, CA	DIN 02169428	antibiotico; 50 mg/mL
Cheetah 6.4	NeuraLynx, Tucson, AZ	6.4.0.beta	Interfacce software per l'acquisizione dei dati
Digital Lynx 4SX	NeuraLynx, Tucson, AZ	4SX	di registrazione
Trasmettitore headstage	TBSI	B10-3163-GK	trasmette il segnale neurale al ricevitore
Isoflurano	Fresenius Kabi, Toronto, CA	DIN 02237518	inalazione anestetico
Jet Denture Powder & Liqud	Lang Dental, Wheeling, US	1230	acrilico dentale
Lacri-Lube	Allergan, Markham, CA	DIN 00210889	unguento oculare
Lido-2	Rafter 8, Calgary	DIN 00654639	anestetico locale; 20 mg/mL
Matlab	Mathworks	R2018b	per l'elaborazione del segnale e l'attivazione di eventi esterni
Metacam	Boehringer, Ingelheim, DE	DIN 02240463	analgesico; 5 mg/mL
Netcom	NeuraLynx	v1	Application Programming Interface (API) che comunica con Cheetah
Sonda in silicone	Cambridge Neurotech	ASSY-156-DBC2	dispositivo impiantato
SpikeSort 3D	NeuraLynx, Tucson, AZ	SSStrumenti di	classificazione della forma d'onda del picco 3D da
a cellula Il ricevitore radio wireless	TBSI	911-1062-00	trasmette il segnale neurale al Digital Lynx

apparecchiature Software cellula

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Grosenick, L., Marshel, J. H., Deisseroth, K. Closed-loop and activity-guided optogenetic control. Neuron. 86 (1), 106-139 (2015).
Armstrong, C., Krook-Magnuson, E., Oijala, M., Soltesz, I. Closed-loop optogenetic intervention in mice. Nature Protocols. 8 (8), 1475-1493 (2013).
Siegle....

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