Modellazione di voltammetria ciclica veloce dei dati da dati neurotrasmettivali elettromagnetici a dopamina utilizzando QNsim1.0

L'obiettivo generale di questo programma software è quello di stimare la cinetica della neurotrasmissione della dopamina stimolata elettricamente dai dati sperimentali di voltammetria ciclica a scansione rapida. Questo metodo può facilitare i disegni di studio per aiutare a rispondere a domande chiave sulla neurotrasmissione della dopamina, come ad esempio il modo in cui la neurotrasmissione della dopamina striatale evocata elettricamente viene alterata dai farmaci e dagli stati patologici. Il vantaggio principale di questo software è che fornisce una piattaforma di facile utilizzo per modellare dati sperimentali di voltammetria utilizzando un quadro neurobiologico quantitativo.

In questa procedura, scaricare QNsim1.0. zip ed estrarlo nella directory desiderata. Successivamente, preparare i dati della risposta stimolata della dopamina per la modellazione organizzando un foglio di calcolo in cui ogni colonna contiene una risposta temporale della dopamina convertita in concentrazione micromolare di dopamina e salvare questo file nella stessa directory dei file di programma.

Successivamente, apri il software di programmazione, vai alla directory QNsim1.0 nella finestra della cartella corrente e apri il file intitolato Initialization.m. Quindi fare clic su Esegui per avviare la schermata di inizializzazione. Per iniziare un nuovo progetto, nella sezione Nuovo progetto digitare il nome del file del foglio di calcolo che contiene i dati di risposta alla dopamina per il progetto nella casella di testo del file di dati della dopamina.

Questo foglio di calcolo contiene tre risposte da due studi, uno raccolto nello striato dorsale e uno raccolto nel nucleo accumbens. Accanto a Tempo di simulazione inserire i punti temporali corrispondenti all'inizio e alla fine della raccolta dei dati relativi all'inizio della stimolazione. Per i dati del campione, ci sono risposte con un intervallo di prestimolazione di 5 secondi e 35 secondi di raccolta dati dopo l'inizio della stimolazione.

Successivamente, inserisci il numero di risposte in ogni studio accanto alla casella di testo corrispondente. Accanto a Intervallo di campionamento, inserisci l'intervallo di campionamento dei dati sperimentali in secondi, ovvero ogni 0,1 secondi per i nostri dati. Quindi, accanto a Salva con nome, designare il nome del file, incluso il tipo di file in cui salvare il progetto.

Fare clic su Crea nuovo progetto per avviare la finestra del simulatore. In alternativa, per continuare un progetto precedente, nella sezione Continua progetto precedente della finestra di inizializzazione, immettere il nome del file dot mat di un progetto iniziato in precedenza. Successivamente, fai clic su Carica progetto esistente per avviare la finestra del simulatore.

In questa procedura, selezionare la risposta sperimentale alla dopamina da simulare inserendo il numero dello studio, il numero di risposta e la durata della stimolazione nelle caselle di testo corrispondenti. Premere il tasto Invio o fare clic su Simula per avviare il processo di simulazione, che crea tre grafici contenenti dati sperimentali, dati simulati e dati simulati che non tengono conto del rilascio di dopamina dopo la stimolazione. Per modellare le risposte sperimentali della dopamina, regolare i parametri dello stato stazionario delta DAR, delta DAR tau e dar associati al rilascio di dopamina in modo che corrispondano all'ampiezza della stimolazione.

Quindi regolare VMAX, KM iniziale, KM delta, inflessione KM. Quindi regolare i parametri VMAX, KM iniziale, KM delta, inflessione KM e K associati alla ricaptazione della dopamina in modo tale che nel pannello A i dati simulati approssimano la forma della fase ascendente dei dati sperimentali e la simulazione senza traccia di rilascio post stimolo sia inferiore alla traccia dei dati sperimentali per tutti i punti temporali post-stimolazione. Questo approccio di modellazione è un processo iterativo di regolazione dei parametri del modello.

Pertanto, sarà probabilmente necessario modificare i parametri di rilascio di DA in modo che corrispondano alla forma della fase di risalita. Quindi regolare i parametri XR, tau R e M associati al rilascio di dopamina dopo la stimolazione in modo tale che i dati simulati si avvicinino ai dati sperimentali nel grafico Dopamina rispetto al tempo. Al fine di convalidare l'accuratezza dei parametri di simulazione, è fondamentale accertare che lo stesso insieme di parametri di rilascio e ricaptazione stimolati possa approssimare le risposte sperimentali a diverse durate di stimolazione dallo stesso sito di campionamento.

Una volta che un set di parametri modella fedelmente i dati sperimentali, fare clic su Salva parametri, che salverà quel set di parametri per la risposta data al file dot mat per il progetto. Se necessario, caricare i parametri salvati in precedenza per una determinata risposta facendo clic su Carica parametri. Assicurarsi che il numero di studio e il numero di risposta appropriati siano inseriti nelle caselle di testo corrispondenti.

Per esportare i parametri salvati, nella casella di testo accanto al pulsante Esporta parametri digitare il nome del file e fare clic su Esporta parametri per esportare un file di testo con tutti i parametri delle simulazioni. Delimitare le celle di Excel con spazi per visualizzare questi dati in formato tabella. I grafici di sinistra e di destra mostrati qui raffigurano le simulazioni nei dati sperimentali raccolti rispettivamente nello striato dorsale e nel nucleo accumbens.

Le due regioni mostrano generalmente forme di risposta diverse con forme ascendenti concave nello striato dorsale e forme ascendenti convesse nel nucleo accumbens. Sebbene vi sia variabilità nelle forme e nelle ampiezze delle risposte, anche all'interno di una data regione, entrambe le forme di risposta potrebbero essere modellate con alcune differenze e parametrizzazioni notevoli. Generalmente, la VMAX è più bassa e l'inflessione KM è molto più bassa nel nucleo accumbens, rispetto allo striato dorsale.

Durante il tentativo di questa procedura, è importante ricordare di essere sistematici nell'approccio riducendo al minimo le stime dei parametri di rilascio e ricaptazione della dopamina e convalidando i parametri su più risposte sperimentali dallo stesso sito di campionamento. Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come modellare le risposte della dopamina stimolata al fine di stimare la cinetica della neurotrasmissione della dopamina stimolata elettricamente nello striato.