표적 선택적 뉴런을 식별하기 위한 동시 시선 추적 및 단일 뉴런 기록

초록

출처: Wang, S., et al. 인간 간질 환자의 동시 시선 추적 및 단일 뉴런 기록. J. Vis. 특급 (2019).

이 비디오는 동시 시선 추적 및 단일 뉴런 기록을 통해 표적 선택적 뉴런을 식별하는 분석을 보여줍니다. 인간 참가자는 디스플레이의 개체 배열 중에서 대상 개체를 식별하는 작업을 수행하고 안구 움직임을 추적합니다. 동시에 단일 뉴런의 발화 속도는 뇌에 이식된 전극을 통해 기록됩니다. 두 기록의 데이터는 표적 선택적 뉴런의 존재를 평가하기 위해 상관관계가 있습니다.

프로토콜

인간 참가자와 관련된 모든 절차는 인간 복지를 위한 제도적, 국가적, 국제적 지침에 따라 수행되었으며 지역 기관 검토 위원회의 검토를 거쳤습니다.

1. 참가자

1. 간질 발작의 국소화를 위해 두개내 전극을 삽입하고 있는 난치성 간질을 앓고 있는 신경외과 환자를 모집합니다.
2. 마이크로와이어가 내장된 깊이 전극을 임상적으로 지시된 모든 표적 위치에 삽입하며, 여기에는 일반적으로 편도체, 해마, 전대상피질 및 보충 전 운동 영역의 하위 집합이 포함됩니다. 이식에 대한 자세한 내용은 이전 프로토콜에서 확인하십시오.
3. 환자가 간질 모니터링 병동으로 돌아오면 매크로 및 마이크로 레코딩을 위해 레코딩 장비를 연결합니다. 여기에는 헤드 스테이지가 포함된 헤드 랩을 신중하게 준비하는 것이 포함됩니다. 그런 다음 환자가 수술에서 회복될 때까지 기다렸다가 환자가 완전히 깨어있을 때(일반적으로 수술 후 최소 36-48시간) 검사를 수행합니다.

2. 실험적 설정

1. 그림 1의 다이어그램에 따라 stimulus 컴퓨터를 전기생리학 시스템과 아이 트래커에 연결합니다.
2. 원격 비침습적 적외선 안구 추적 시스템을 사용합니다(재료표 참조). 견고한 모바일 카트에 시선 추적 시스템을 놓습니다(그림 1A, B). 동일한 카트에 액정 디스플레이(LCD)를 고정하는 유연한 암을 부착합니다. 원격 모드를 사용하여 환자의 머리와 눈을 추적합니다.
3. 완전히 충전된 무정전 전원 공급 장치(UPS)를 시선 추적 카트에 놓고 시선 추적과 관련된 모든 장치(예: 환자 앞의 LCD, 시선 추적기 카메라 및 광원, 시선 추적기 호스트 컴퓨터)를 외부 전원이 아닌 UPS에 연결합니다.
4. 환자와 LCD 화면 사이의 거리를 60-70cm로 조정하고 화면 표면이 환자의 얼굴과 거의 평행이 되도록 LCD 화면의 각도를 조정합니다. 아이 트래커의 카메라가 환자의 코 높이와 비슷하도록 환자의 머리를 기준으로 화면의 높이를 조정합니다.
5. 환자에게 버튼 상자 또는 키보드를 제공합니다. 실험을 시작하기 전에 트리거(트랜지스터-트랜지스터 로직, TTL)와 버튼 누름이 제대로 기록되었는지 확인합니다.

3. 단일 뉴런 기록

1. 수집 소프트웨어를 시작합니다. 먼저 광대역(0.1Hz - 8kHz) 국소 자기장 전위를 육안으로 검사하고 회선 잡음에 의해 오염되지 않았는지 확인합니다. 그렇지 않으면 표준 절차에 따라 노이즈를 제거하십시오.
2. 단일 뉴런을 식별하려면 신호(300Hz - 8KHz)를 대역 통과 필터링합니다. 각 마이크로와이어 번들에 대한 참조로 8개의 마이크로와이어 중 하나를 선택합니다. 다른 참조를 테스트하고 (1) 다른 7개 채널은 명확한 뉴런을 표시하고 (2) 참조는 뉴런을 포함하지 않도록 참조를 조정합니다. 입력 범위를 2,000μV± 설정합니다.
3. 데이터를 기록하기 전에 데이터를 NRD 파일(즉, 후속 오프라인 스파이크 정렬에 사용할 광대역 원시 데이터 파일)으로 저장할 수 있습니다. 샘플링 속도를 32kHz로 설정합니다.

4. 아이트래킹

1. 시선 추적 소프트웨어를 시작합니다. 머리를 고정하지 않는 시스템이기 때문에 아이 트래커가 머리 움직임에 맞게 조정할 수 있도록 환자의 이마에 스티커를 부착합니다.
2. 시선 추적기와 환자 사이의 거리와 각도를 조정하여 대상 마커, 머리 거리, 동공 및 각막 반사(CR)가 준비된 것으로 표시되도록 합니다(시선 추적 소프트웨어에서 녹색으로 표시). 그림 2는 카메라 설정 화면의 좋은 예를 보여줍니다). 기록할 눈을 클릭하고 샘플링 속도를 500Hz로 설정합니다.
3. 동공 및 CR 임계값의 자동 조정을 사용합니다. 안경을 착용한 환자의 경우 유리의 반사가 동공 획득을 방해하지 않도록 조명기와 카메라의 위치 및/또는 각도를 조정하십시오.
4. 각 블록의 시작 부분에서 내장된 9-point grid 메소드를 사용하여 시선 추적기를 보정합니다. 눈 위치("+"로 표시)가 9포인트 그리드로 잘 등록되는지 확인합니다. 그렇지 않으면 보정을 다시 실행합니다.
5. 보정을 수락하고 검증을 수행합니다. 최대 검증 오류가 2°이고 평균 검증 오류가 < 1°인 경우 검증을 수락<. 그렇지 않으면 유효성 검사를 다시 실행합니다.
6. 드리프트 보정을 수행하고 실제 실험을 진행합니다.

5. 작업

1. 이 시각적 검색 작업에서는 이전 연구의 자극을 사용하고 앞에서 설명한 대로 작업 절차를 따릅니다.
2. 참가자에게 작업 지침을 제공합니다. 참가자들에게 검색 배열에서 대상 항목을 찾고 가능한 한 빨리 응답하도록 지시합니다. 참가자들에게 표적을 찾으면 응답 상자(자료 표 참조)의 왼쪽 버튼을 누르고, 표적이 없다고 생각되면 오른쪽 버튼을 누르도록 지시합니다. 참가자들에게 target-present 및 target-absence 임상시험이 있을 것임을 명시적으로 지시합니다.
3. 자극 표현 소프트웨어(Table of Materials(재료 표 참조)를 시작하고 작업을 실행합니다: 1초 동안 목표 신호를 제시하고 자극 발표 소프트웨어를 사용하여 검색 배열을 제시합니다. 버튼 누름을 기록하고 참가자에게 체험판별 피드백(수정, 부정확 또는 시간 초과)을 제공합니다.

결과

그림 1. 실험적 설정. (A) 왼쪽 패널에는 서로 다른 시스템 간의 연결 스케치가 표시됩니다. 자극 컴퓨터는 중앙 컨트롤러 역할을 합니다. 병렬 포트를 통해 전기 생리학 시스템에 연결하고 TTL 펄스를 트리거로 보냅니다. 자극 컴퓨터는 이더넷 케이블을 통해 시선 추적 시스템에 연결되며, 이를 통해 시선 추적기에 문자 메시지를 보내고 현재 시선 위치를 온라인으로 수신합니다. 자극 컴퓨터는 또한 자극 스크린(VGA)에 자극을 제시하고 USB 버튼 박스 또는 키보드로부터 환자로부터 응답을 수신합니다. 파란색 선은 장치 간 연결을 나타내고 화살표는 장치 간 통신 방향을 나타냅니다. 오른쪽 패널에는 시스템 간의 신호 흐름과 각 시스템에 저장된 데이터가 표시됩니다. (B) 시스템의 주요 부분에 레이...

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
Cedrus 응답 상자	세드로스 (https://cedrus.com/)	RB-844	버튼 박스
Dell 노트북	델 (https://dell.com)	정밀도 7520	자극 컴퓨터
EyeLink 아이 트래커	SR 리서치 (https://www.srresearch.com)	1000 Plus Remote(노트북 호스트 컴퓨터 및 LCD 암 마운트 포함)	시선 추적
Neuralynx 신경생리학 시스템	뉴럴린스 (https://neuralynx.com)	아틀라스 128	전기생리학
오소트	오픈 소스	v4.1(RRID: SCR_015869)	스파이크 정렬 알고리즘
정신 물리학 Toolbx	오픈 소스	PTB3 (RRID: SCR_002881)	정신물리학적 실험을 구현하기 위한 Matlab 툴박스
MATLAB을	매스웍스 Inc	R2016a(RRID: SCR_001622)	데이터 분석