Neuron Spiking Activity에 의한 폐쇄 루프 자극 유발

초록

출처: Molina, L. et al. 신경 생리학 실험에서 뉴런 스파이크 활동을 사용하여 폐쇄 루프 자극을 트리거합니다. J. Vis. 특급 (2019).

이 비디오는 신경 활동을 기록하기 위해 외과적으로 이식된 장치를 가진 쥐의 폐쇄 루프 자극 작동을 보여줍니다. 먼저 뉴런 신호를 기록하고 분석합니다. 그런 다음 템플릿 파형이 업로드되고 매개변수가 정의되어 폐쇄 루프 자극을 트리거합니다.

프로토콜

동물 모델과 관련된 모든 절차는 지역 기관 동물 관리 위원회와 JoVE 수의학 검토 위원회에서 검토되었습니다.

1. 수술

참고: 폐쇄 루프 자극을 위한 수술의 정확한 세부 사항은 사용된 기록 프로브의 유형과 대상 뇌 영역에 따라 다릅니다. 그러나 대부분의 경우 일반적인 수술은 다음과 같은 단계로 구성됩니다.

1. 쥐가 있는 케이지를 수술실로 가져와 실리콘 프로브 또는 전극 어레이를 이식하여 신경 활동을 기록합니다.
2. 설치류를 2-2.5% 이소플루란으로 마취하고 머리를 입체성 프레임에 고정합니다. 가벼운 촉각 자극에 대한 운동 반응을 관찰하여 수술 중 동물이 의식을 잃었는지 확인하십시오.
3. 수술 중 건조를 최소화하기 위해 안연고를 바르십시오.
4. 수술 부위를 면도하고 2% 클로르헥시딘 용액과 70% 이소프로필 알코올로 피부를 소독합니다.
5. 리도카인(5mg/kg)을 전극이 이식될 뇌 부위의 두피 아래에 주사합니다.
6. 향후 임플란트가 삽입될 부위의 두피를 절개하고 메스와 면봉을 사용하여 노출된 두개골에서 골막을 제거합니다.
7. 임플란트의 구조적 지지체로 앵커 나사(~0.5mm)를 이식하기 위해 두개골에 4-8개의 구멍을 뚫습니다. 나사를 구멍에 삽입하여 두개골에 부착하고 제자리에 단단히 고정되었는지 확인합니다.
8. 지정된 좌표에서 개두술을 뚫고 마이크로드라이브/프로브 임플란트를 삽입합니다.
   메모: 폐쇄 루프 자극에 대해 설명된 프로토콜은 전극이 삽입되는 모든 뇌 영역에 적용됩니다.
9. 마이크로드라이브/프로브 및 필요한 전기 인터페이스 커넥터를 치과용 아크릴을 사용하여 두개골에 고정합니다. 치과용 아크릴의 양은 임플란트를 단단히 부착할 수 있을 만큼 충분해야 하지만 주변 연조직과 접촉하지 않아야 합니다.
10. 수술 후에는 흉골 누운 자세를 유지할 수 있을 만큼 충분한 의식을 회복할 때까지 동물을 면밀히 관찰합니다. 이후 3일 동안 진통제(예: Metacam, 1mg/kg)와 감염 예방을 위한 항생제(예: 엔로플록사신, 10mg/kg)를 피하로 투여합니다.
    메모: 동물은 일반적으로 검사나 기록 전에 일주일 동안 수술 후 회복하도록 방치됩니다.

2. 소프트웨어 설치

참고: 이것은 Windows 10, 64비트 버전에서 테스트되었습니다.

1. 데이터 수집 및 처리 소프트웨어를 설치합니다.
2. Cheetah Acquisition System과 상호 작용할 수 있는 라이브러리가 포함된 데이터 수집 시스템 Cheetah 6.4(https://neuralynx.com/software/category/sw-acquisition-control)를 설치합니다.
3. SpikeSort3D(https://neuralynx.com/software/spikesort-3d) 또는 스파이크 정렬을 위해 KlustaKwik27을 사용하는 기타 소프트웨어를 설치합니다. 온라인 탐지 소프트웨어는 KlustaKwik 엔진의 클러스터 정의를 사용합니다. 이 소프트웨어는 동일한 컴퓨터 또는 동일한 네트워크의 다른 컴퓨터에서 실행될 수 있습니다.
4. https://neuralynx.com/software/netcom-development-package 에서도 다운로드할 수 있는 NetComDevelopmentPackage(https://github.com/leomol/cheetah-interface/blob/master/NetComDevelopmentPackage_v3.1.0)를 설치합니다.
5. Matlab을 설치합니다(https://www.mathworks.com/downloads/, 코드는 Matlab 버전 R2018a에서 테스트됨). Matlab이 Windows 방화벽에서 활성화되어 있는지 확인합니다. 일반적으로 첫 번째 연결 중에 팝업이 나타납니다.
6. Matlab 계정에 로그인합니다. 라이선스를 선택합니다. 버전을 선택합니다. 운영 체제를 선택합니다.
7. https://github.com/leomol/cheetah-interface 에서 온라인 이벤트 트리거링을 위한 다음 라이브러리를 다운로드하고 컴퓨터의 'Documents/Matlab' 폴더에 파일의 압축을 풉니다. 코드 사본은 함께 제공되는 추가 자료에 제공됩니다.

3. 초기 데이터 수집

1. Cheetah 소프트웨어를 사용하여 데이터 수집을 시작하십시오.
2. 몇 분 분량의 스파이크 데이터를 기록하여 템플릿 파형을 채웁니다.
3. 데이터 수집을 중지하고 기록된 데이터에 대해 스파이크 정렬을 수행합니다.
4. SpikeSort3D를 열고 파일 | 메뉴 | 스파이크 파일을 로드하고 기록된 데이터가 있는 폴더에서 스파이크 파일을 선택합니다.
5. Cluster Menu(클러스터 메뉴)를 클릭한 다음 Autocluster using KlustaKwik(KlustaKwik을 사용하여 자동 클러스터링)을 클릭하고 기본 설정을 그대로 두고 Run(실행)을 클릭합니다.

4. 폐쇄 루프 실험

1. Cheetah에서 데이터 수집을 재개합니다.
2. MATLAB을 엽니다.
3. ClosedLoop.m을 열고 실행을 클릭합니다. 또는 Matlab 명령 창에서 ClosedLoop()를 실행합니다. ClosedLoop.m이 Matlab 경로에 있는지 확인합니다. 사용자가 모든 트리거를 호출하기 위해 사용자 지정 함수를 사용하려면 대신 ClosedLoop('-callback', customFunction)를 실행합니다. 여기서 customFunction은 해당 함수에 대한 핸들입니다.
4. 로드를 클릭하고 녹음 폴더를 탐색하고 스파이크 데이터 파일(.ntt, .nse) 중 하나를 선택하여 초기 녹음에 정의된 스파이크 정보를 로드합니다.
5. 플로팅된 파형 아래의 확인란을 클릭하여 자극을 트리거할 하나 이상의 뉴런을 선택합니다.
6. 자극을 트리거할 뉴런의 최소 개수는 "min matches" 텍스트 상자에 정수를 입력하여 정의합니다. 그런 다음, 서로 다른 파형과 일치하는 스파이크가 동시 활성으로 간주되는 시간 창을 "창" 텍스트 상자에 숫자를 입력하여 정의합니다.
7. 보내기를 클릭하여 시작합니다. 이것은 선택된 뉴런의 스파이크 활동을 기반으로 이벤트의 온라인 트리거링(기본적으로 톤)을 시작합니다.

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
베이트릴	Bayer, 미시소거, CA	DIN 02169428	항생제; 50 mg/mL
치타 6.4	NeuraLynx, 투손, AZ	6.4.0.베타	데이터 수집을 위한 소프트웨어 인터페이스
디지털 링스 4SX	NeuraLynx, 투손, AZ	4SX	녹음 장비
헤드스테이지 송신기	미정시	B10-3163-GK	신경 신호를 수신기로 전송합니다.
이소플루란	Fresenius Kabi, 토론토, CA	DIN 02237518	흡입 마취제
제트 틀니 파우더 & 리큐어	Lang Dental, 휠링, 미국	1230	치과 아크릴
라크리 루브	Allergan, 마컴, CA	DIN 00210889	눈 연고
리도-2	Rafter 8, 캘거리	DIN 00654639	국소 마취제; 20 mg/mL
매트랩	매스웍스	R2018b를 참조하십시오.	신호 처리 및 외부 이벤트 트리거링을 위한 소프트웨어
메타캠	Boehringer, Ingelheim, DE (독일)	DIN 02240463	진통제; 5 mg/mL
넷컴	뉴라링크스	v1	Cheetah와 통신하는 API(Application Programming Interface)
실리콘 프로브	케임브리지 뉴로테크	아시-156-DBC2	이식된 장치
스파이크 정렬 3D	NeuraLynx, 투손, AZ	SS3D	스파이크 파형-셀 분류 도구
무선 라디오 수신기	미정시	Tel.: 911-1062-00	신경 신호를 Digital Lynx로 전송합니다

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