QNsim1.0を用いた電気刺激されたドーパミン神経伝達データからの高速スキャンサイクリックボルタンメトリーデータのモデリング

このソフトウェアプログラムの全体的な目標は、実験的な高速スキャンサイクリックボルタンメトリーデータから電気刺激ドーパミン神経伝達の動力学を推定することです。この方法は、電気的に誘発される線条体ドーパミン神経伝達が薬物や病態によってどのように変化するかなど、ドーパミン神経伝達に関する重要な疑問に答えるのに役立つ研究デザインを容易にすることができます。このソフトウェアの主な利点は、定量的な神経生物学的フレームワークを使用して実験的なボルタンメトリーデータをモデル化するためのユーザーフレンドリーなプラットフォームを提供することです。

この手順では、QNsim1.0. zipをダウンロードして、目的のディレクトリに抽出します。次に、各列にマイクロモルのドーパミン濃度に変換された時間的なドーパミン応答が含まれているスプレッドシートを整理して、モデリング用の刺激されたドーパミン応答データを準備し、このファイルをプログラムファイルと同じディレクトリに保存します。

その後、プログラミングソフトウェアを開き、現在のフォルダウィンドウでQNsim1.0ディレクトリに移動して、Initialization.mというタイトルのファイルを開きます。次に、[実行] をクリックして [初期化] 画面を起動します。新しいプロジェクトを開始するには、[新しいプロジェクト] セクションで、プロジェクトのドーパミン応答データを含むスプレッドシート ファイルの名前を [ドーパミン データ ファイル] テキスト ボックスに入力します。

このスプレッドシートには、背側線条体で採取されたものと側坐核で採取されたものの、2つの研究から得られた3つの回答が含まれています。Simulation Timeの隣に、刺激の開始を基準としたデータ収集の開始と終了に対応するタイムポイントを入力します。サンプルデータには、5 秒の事前刺激間隔と、刺激開始後に 35 秒のデータ収集を行う応答があります。

その後、対応するテキストボックスの横に各調査の回答数を入力します。[サンプリング間隔] の隣に、実験データのサンプリング間隔を秒単位で入力します (データに対しては 0.1 秒ごと)。次に、[名前を付けて保存] の横で、プロジェクトを保存するファイルの種類を含むファイル名を指定します。

[Create New Project] をクリックして、シミュレータ ウィンドウを起動します。または、前のプロジェクトを続行するには、初期化ウィンドウの [前のプロジェクトを続行] セクションで、以前に開始したプロジェクトのドット マット ファイル名を入力します。その後、[既存のプロジェクトをロード]をクリックして、シミュレータウィンドウを起動します。

この手順では、対応するテキストボックスに研究番号、反応番号、および刺激の持続時間を入力して、シミュレートする実験ドーパミン応答を選択します。Enterキーを押すか、Simulateをクリックしてシミュレーションプロセスを開始すると、実験データ、シミュレーションデータ、および刺激後のドーパミン放出を考慮しないシミュレーションデータを含む3つのグラフが作成されます。実験的なドーパミン応答をモデル化するには、ドーパミン放出に関連するデルタDAR、デルタDARタウ、およびdar定常状態パラメータを刺激の振幅に合わせて調整します。

次に、VMAX、KM初期、デルタKM、KMの変曲を調整します。次に、パネルAでシミュレーションデータが実験データの立ち上がりフェーズの形状に近似し、刺激後放出トレースなしのシミュレーションがすべての刺激後時点の実験データトレースよりも小さくなるように、ドーパミン再取り込みに関連するVMAX、KM初期、デルタKM、KM変曲、およびKパラメータを調整します。このモデリング アプローチは、モデル パラメーターを調整する反復的なプロセスです。

したがって、立ち上がりフェーズの形状に一致するようにDAリリースパラメータを変更する必要がある可能性があります。次に、刺激後のドーパミン放出に関連するXR、タウR、およびMパラメータを調整して、シミュレーションデータがドーパミン対時間グラフの実験データに近似するようにします。シミュレーションパラメータの精度を検証するためには、同じ刺激放出パラメータと再取り込みパラメータのセットが、同じサンプリングサイトからの異なる持続時間刺激に対する実験応答を近似できることを確認することが重要です。

一連のパラメーターが実験データを厳密にモデル化したら、[パラメーターの保存] をクリックすると、特定の応答のパラメーター セットがプロジェクトのドット マット ファイルに保存されます。必要に応じて、特定の応答に対して以前に保存したパラメーターをロードするには、「Load Parameters」をクリックします。適切な試験番号と回答番号が対応するテキストボックスに入力されていることを確認してください。

保存したパラメータをエクスポートするには、[Export Parameters] ボタンの横にあるテキスト ボックスにファイル名を入力して [Export Parameters] をクリックし、シミュレーションのすべてのパラメータを含むテキスト ファイルをエクスポートします。Excelのセルをスペースで区切って、このデータをテーブル形式で表示します。ここに示す左と右のグラフは、それぞれ背側線条体と側坐核で収集された実験データでのシミュレーションを示しています。

2つの領域は一般に、背側線条体に凹状の上昇形状、側坐核に凸状の上昇形状を示す異なる応答形状を示します。応答形状と振幅にはばらつきがありますが、特定の領域内でも、両方の応答形状をモデル化できますが、いくつかの顕著な違いとパラメーター化があります。一般に、VMAXは背側線条体と比較して側坐核で低く、KMの屈曲ははるかに低くなります。

この手順を試行する際は、ドーパミンの放出と再取り込みのパラメーターの推定を最小限に抑え、同じサンプリングサイトからの複数の実験応答のパラメーターを検証することにより、アプローチを体系的に行うことを忘れないでください。このビデオを見た後、線条体における電気刺激ドーパミン神経伝達の動態を推定するために、刺激されたドーパミン反応をモデル化する方法を十分に理解しているはずです。