トランスレーショナルペイン研究のためのオープンソースのリアルタイム閉ループ電気閾値追跡

このツールは、侵害受容器感作のさまざまなメカニズムを調査するために使用でき、ある種の慢性疼痛を引き起こす可能性があるのはこの感作です。自動化された電気的閾値追跡は、侵害受容器の興奮性の信頼性の高いオンラインリアルタイム測定を提供します。このように、この測定は重要な並進ブリッジを提供し、人間と動物の両方で測定を行うことができます。

同様に、効果的な病理と治療法を評価することができます。将来的には、AP Trackを慢性疼痛患者に使用して、治療薬が感作侵害受容器の興奮性を正常化しているかどうかを確認することができます。これは、有効性の重要なバイオマーカーを表します。

私たちのオープンソースツールキットであるAP Trackは、さまざまな大きさのタイムループ刺激を研究する電気生理学者に役立つと期待しています。例えば、オプトジェネティクスの研究にも役立つと考えています。実験とソフトウェアを同時に管理することは最初は難しいので、実験を試みる前に、事前に記録されたデータをAP Trackにロードして、その使用法に慣れることをお勧めします。

デモデータを提供しています。まず、製造元が提供するケーブルを使用して集録ボードをコンピュータに接続し、電源を入れます。次に、IOボードをアクイジションボードのアナログインポートに接続し、シリアルペリフェラルインターフェイスケーブルを使用してIntan RHDレコーディングヘッドステージをアクイジションボードに接続します。

次に、パルスパルをコンピューターに接続します。BNC Tスプリッターを使用してパルスパル出力チャンネル1の信号を分割し、定電流刺激器入力とIOボードに接続して、アナログ電圧コマンドを記録できるようにします。パルスパル出力チャンネル2をIOボードに接続して、刺激TTLイベントマーカーを記録します。

ダイヤル制御の定電流刺激装置で組み立てるには、定電流刺激装置の電源を入れ、メーカー提供のケーブルと磁気マウントを使用してステッピングモーター制御ボードをステッピングモーターに接続します。標準のUSB-A-USB-USBマイクロBケーブルを使用して、コントロールボードをコンピューターに直接接続します。コントロールボードとステッピングモーターをカスタム取り付けブラケットに接続し、定電流刺激装置の刺激振幅ダイヤルをゼロミリアンペアに設定します。

次に、カスタムバレルアダプターをステッピングモーターバレルに接続します。バレルアダプターを使用して、ステッピングモーターとカスタムマウント装置を定電流刺激装置の刺激振幅ダイヤルに取り付け、電源を入れます。AP Track GUI を開き、安定した末梢神経電気生理学的記録を確立します。

皮膚上の受容野を特定し、そこに刺激電極を配置します。オプションメニューで、トリガーチャンネルを選択し、パルスパル出力チャンネル2から電気刺激TTLマーカーを含むADCチャンネルを選択します。次に、データチャネルを選択し、電気生理学的データを含むチャネルを選択します。

[接続]をクリックして、APトラックをパルスパルおよびステッピングモーター装置に接続します。これには少し時間がかかる場合があります。接続されると、ステッピングモーター制御ボードは位置ゼロに設定されます。

刺激コントロールパネルで、スライダーを使用して初期最小および最大刺激振幅を定義します。TTLマーカーが生成されるように、電流刺激がゼロより上に設定されていることを確認してください。Fをクリックして刺激指示を含むファイルをロードし、次に右矢印をクリックしてロードされた刺激パラダイムを開始します。

時系列ラスタープロットは、電気刺激に対する応答で更新を開始し、新しい刺激応答ごとに右側に新しい列として表示されます。単一ニューロンの活動電位を正常に検出するには、時系列ラスタープロットパネルに移動し、画像の低、検出、および高のしきい値を調整します。適切な画像しきい値を設定すると、アルゴリズムによって検出されたしきい値超過イベントが緑色でエンコードされます。

体系的に、神経によって神経支配された皮膚領域の周りで刺激電極を動かします。電極が同じ刺激位置にある間に同じ待ち時間で連続して現れる3つの閾値交差イベントの時系列ラスタープロットを監視します。これは、一定潜時末梢神経細胞活動電位の同定を示す。

時系列ラスタープロットで単一ニューロン活動電位を特定したら、プロットの右側にある灰色の線形スライダーを動かして、検索ボックスの位置を調整します。次に、ロータリースライダーで検索ボックスを適切な幅に調整します。検索ボックスの幅を狭くします。

ターゲットとする活動電位の追跡を開始するには、マルチユニット追跡テーブルの下にあるプラス記号をクリックします。待ち時間の位置、2〜10の刺激で発火する割合、検出されたピーク振幅など、ターゲット活動電位の詳細を含む新しい行がテーブルに追加されます。レイテンシートラッキングアルゴリズムは、その後の電気刺激ごとに自動的に実行されます。

テーブルのトラックスパイクボックスをオンにして、検索ボックスをその特定の活動電位の適切な位置に移動します。末梢ニューロンの伝導速度は、刺激部位と記録部位の間の距離を表に表示された潜時で割ることにより算出する。電気的しきい値トラッキングを実行するには、刺激コントロールパネルの増分率と減分率を目的の速度に調整します。

これらの値は同じに保ちます。刺激周波数が適切なレート(通常は0.25〜0.5ヘルツ)に設定されていることを確認してください。刺激振幅をニューロンの電気的閾値にほぼ手動で調整します。

次に、マルチユニットトラッキングテーブルのトラックしきい値チェックボックスをオンにして、電気的しきい値トラッキングアルゴリズムを開始します。マルチユニット追跡テーブルで、発火率を監視します。50%の発火率は、おおよその電気的しきい値が決定され、しきい値が更新されることを示します。

最後に、受容野に実験的操作を適用し、電気的閾値を追跡し続けます。これにより、末梢ニューロンの興奮性の変化が定量化されます。マイクロニューログラフィ実験中の表在多年生神経のヒトC線維の連続痕跡と、線維電気生理学の皮膚神経調製中の伏在神経のマウスAデルタ線維の連続痕跡をこの図に示します。

活動電位が特定されると、トレースは赤色に着色され、刺激振幅が減少しました。ソフトウェアアルゴリズムは、50%の発火確率に必要な刺激振幅を効果的に検出します。ヒトC線維侵害受容器の熱刺激中の0.25ヘルツ刺激周波数での電気的閾値追跡をこの図に示します。

y軸は、パラダイムの開始からの刺激数をコード化します。閾値交差イベントによる電気刺激後の4, 000ミリ秒の電圧トレースは赤でマークされています。追跡された活動電位を中心にズームインされた電圧トレースがここに示されています。

青い縦線は、追跡対象のユニットのベースライン遅延です。APトラックによって指令される刺激電流をこの図に示します。青い縦線はベースラインの電気的しきい値です。

ここでは、受容磁場TCS-II熱刺激プローブの温度を示します。この感熱Cファイバの受容場が熱刺激装置によって暖められると、電気的閾値が低下する。検索ボックスの幅と検出しきい値に適切な値を選択することは、電気的ノイズの影響を低減して AP Track のパフォーマンスを大幅に向上させるため、重要です。

侵害受容器の興奮亢進に対する治療薬の影響を定量化することは、慢性疼痛の根底にあるメカニズムをよりよく理解するのに役立つ可能性があります。他の研究者がこの自由に利用できるツールを使用して、侵害受容生物学と侵害受容器感作中に発生した変化をよりよく理解することを願っています。