点状の触覚刺激を思い起こさせるための簡単​​な刺激性デバイス：トランジションスパイクLFP用サーチライト

サマリー

光力学的末梢刺激に適した刺激をスパイクするために局所電場電位（LFPは）から複雑な移行を解明するためには、建設された。アプリケーションとして、体性感覚皮質から記録されたスパイク活動は多目的最適化戦略により分析した。結果は、提案刺激装置は、ミリ波·ミリの精度で触覚刺激を提供することができたことを証明した。

要約

現在の神経生理学的研究では、スパイクから局所電場電位（LFPは）までとのLFPからスパイクまで、すなわち遷移で、神経細胞への神経細胞からの信号経路を調査するための方法論の開発を目指しています。

LFPは、スパイク活性に対する複雑な依存性を有し、それらの関係はまだよく理解されている^1。これらの信号の関係の解明は臨床診断（脳深部刺激用などの刺激パラダイム）のための正常および病理学的状態（ 例えば 、てんかん、パーキンソン病、慢性疼痛）の神経コーディング戦略をより深く理解するために、両方の参考になる。この目的のために、人は刺激装置、刺激パラダイムとコンピュータ分析に関連する技術的な問題を解決することがあります。そのため、カスタムメイドの刺激装置は、機械的な共振で発生しないだけでなく、空間と時間で調節刺激を提供するために開発されました。その後、例示のように、信頼性のLFPスパイク関係のセットを抽出した。

デバイスの性能は、共同で、ラット一次体性感覚皮質から、適用される刺激に対する応答をスパイクとLFP、細胞外記録を調べた。その後、多目的最適化戦略によって、のLFPに基づいて、スパイク発生の予測モデルを推定した。

このパラダイムの適用は、装置が適切に共通の圧電アクチュエータを上回る高周波触覚刺激を送達するために適していることを示している。デバイスの有効性を証明するものとして、以下の結果が発表されました：1）LFP応答のタイミングと信頼性は、十分にスパイク応答を一致させる、2）のLFPは、刺激の歴史に敏感なだけでなく、平均応答をキャプチャするだけでなく、スパイク活性の試行間の変動と、最後に、3）LFP信号を用いることにより、範囲をoを推定することが可能であるFスパイク活動のさまざまな側面をキャプチャ予測モデル。

概要

信号の文脈では、インパルス応答を処理する力学系の挙動の基本的な特徴づけを提供します。

理想的なインパルス刺激が実際に達成可能ではないが、高周波変位を発生するアクチュエータ要素を使用してそれの合理的な近似値を得ることができる。光触覚振動刺激このタイプの両方の深い皮膚（ 例えば 、高速で応答する高速なパチニ小体を適応^）2及び表在性受容体（ 例えば低閾値を徐々にメルケル円盤状の構造体を適応させる^）2を対象とすることが知られている。

電流刺激装置、主として圧電アクチュエータは、多くの欠点ではなく、少なくとも共鳴と小さな変位で充電される。これらの欠陥を克服するために、インパルス状の刺激の代替的な実装は、垂直に鈍い先端部（ここではサボテン平滑化チップ）を用いて提案されているミッドレンジスピーカーコーンの膜中央に搭載された。これは、より大きな変位およびより広い周波数スペクトルの利点を提供する。

このような装置の効果的な適用は、依存関係をスパイクするのLFPの関連神経生理学的問題の研究であった。細かく調整されたデバイスは、周辺刺激を提供するために必要とし、これらの電気的事象間の微妙な時間的関連性のために。刺激は、「バックグラウンドノイズ」を低減し、目的の信号をシャープにするために、できるだけ迅速かつ空間....

プロトコル

倫理的な声明

感覚刺激が神経活動によってどのように表現されるか研究する動物の使用およびin vivoでのアプローチの使用に対する代替手段はありません。すべての動物は、科学研究（研究中の動物の治療にイタリアの生命倫理委員会、法令、1992年1月27日、第116号）における動物の治療にイタリアやヨーロッパの法律に沿って処理されている。実験が行われてきた米国学術研究会議は、国連教育科学文化機関（ユネスコ）、国際医学団体協議会（代表して実験動物学に関する国際委員会（ICLA​​S）に準拠しCIOMS ）および生物科学の国際連合（IUBS）。このように、全くプロトコル固有の承認が必要とされなかった。保健省の承認は倫理委員会のファイルに「ビエッラ1、2011分の3」に分類されているミラノの大学。

1。実験動物の作製

1. 雄ラットの大きさが約300〜400グラムを選択します。
2. 実験の準備のために、ラットを麻酔。
   1. 腹腔バルビツール酸塩溶液（誘導のためのペントバルビタール、50 mg / kgの、メンテナンスのための10 mg / kgの）を注入。
   2. 全く後退反射が発生しないことを確実にする、足の上に、低しきい値および高しきい値機械的刺激によって麻酔レベルを確認してください。
   3. 正確に頭蓋を削って頭蓋肌を整えた後、頭蓋表面を露出させる切開する。 <....

結果

先端遠足特長

提案された刺激的なデバイスの力学的性質を特徴づけるために、一連の実験を設定した。シリコンフォトトランジスタに結合された赤外発光ダイオードをガリウムヒ素で構成され、特定のデバイスは、先端の変位、変位持続時間及び可能な変位の遅延を評価した。この光遮断スイッチを用いて、我々は、発光ダイオード穴（高さ= 1mm）の刺激装置の端に先端を入れ、マイクロコントローラとフォトトランジスタ出力の両方を記録した。載手順が1mmの最大解像度でマイクロステッピング装置によって促進された。

デバイスの応答は、 図2Aに示されている。赤い線は、先端の変位の正確な始まりを示すマイクロコントローラ応答に続いて、フォトトランジスタの応答を表している。 commutによる顕著なのは、体系的な遅延管理ポイントは、豊富に希望の時間精度（1ミリ秒）以下のように生じた（ 図2（b）は 、100試験で= 583秒平均）が存在し、定量化した。最後に、 図2Cに示すよう.......

ディスカッション

この作品は、第一に、迅速かつ空間的に点状の感覚刺激を提供することが可能新しい、シンプルで低コストのデバイスを発表した。そして、ランダム化されたペアのパルス刺激プロトコルとコンピュータ分析のセットが検証されました。全体的な目的は、触覚刺激の間電気生理学的記録におけるLFPスパイク関係を推定するための枠組みを確立することであった。

デバイス、プロトコル、および分析的なアプローチは、共同で、すなわちLFPへのスパイクの遷移を記述し、予測することが決定論的アプローチの最初のデモでは、神経プロセスがまだ不十分^1を理解^し 、その結果に貢献している。

重要な点は、ダストキャップに引っ張られ、先端の遠足の強さと長さを調節する、プログラム可能なマイクロコントローラ·ボードを適切に設定することで表現した。信頼性の高い高域の刺激と、比較的大きなディスプレイ表示を可能にし、適切な解決策セメントは、結果セクションに記載されている。それは機械的な共振の典型的な問題を免れており、比較的大きなチップ変位を許さ：従来.......

材料

この記事で使用された材料の一覧

名前	会社	カタログ番号	コメント
Microstepper	AB Transvertex (ストックホルム、スウェーデン)		電極マトリックス
32 チャンネル Cheetah System	Neuralynx (MT、米国)		電気生理学的記録システム
L293D h-bridge	RS Components (Cinisello Balsamo、イタリア)		マイクロコントローラーをスピーカー
H21A3 光インタラプタに接続するために使用されるブリッジSwitch	Fairchild Semiconductor Corporation (カリフォルニア州サンノゼ)		先端の変位を安定させるために使用されるフォトトランジスタ
Arduino Uno	Arduino (Duemilanove, Italy)		スピーカーに電流パルスを供給するために使用されるマイクロコントローラ
Microelectrode Matrices GB1	FHC
イソフルラン	ローディアオルガニークファイン株式会社		動物を調製するために使用される麻酔薬
定位固定装置	Narishighe(東京、日本)
Sprague-Dawleyのオスのラットチャー	ルズリバー(カルコ、LC、イタリア)
ガラミンスリエチオジド	Sigma-Aldrich		動物の
クレシルバイオレット	Sigma-Aldrich		を
局所消毒薬(ベタジン10%)	Meda Pharma(ミラノイタリア)
ヘパリン	Sigma-Aldrich
ホルムアルデヒド	カルロエルバ試薬(ポミリアーノミラノ、ミラノ、イタリア)

キュラリーするために使用される化合物。