Method Article

신경 생리학적 실험에서 신경 스파이크 활동을 사용하여 폐쇄 루프 자극을 트리거합니다.

DOI:

10.3791/59812

⸱

November 12th, 2019

 ,  ,  , 
1Canadian Center for Behavioural Neuroscience, Department of Neuroscience, University of Lethbridge, 2Clinical Neurosciences, Cumming School of Medicine, University of Calgary

In This Article

Summary

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이 프로토콜은 신경 활동 패턴에 의해 트리거된 폐쇄 루프 자극을 위한 전기 생리학 시스템을 사용하는 방법을 보여줍니다. 상이한 자극 장치에 대해 용이하게 수정할 수 있는 샘플 Matlab 코드도 제공된다.

Abstract

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폐쇄 루프 신경 생리학 시스템은 신경 활동의 패턴을 사용하여 자극을 유발하며, 이는 뇌 활동에 영향을 미칩니다. 이러한 폐쇄 루프 시스템은 이미 임상 응용 프로그램에서 발견되며 기본적인 뇌 연구를위한 중요한 도구입니다. 특히 흥미로운 최근 개발은 광유전학과 폐쇄 루프 접근법의 통합, 즉 신경 활동의 특정 패턴이 선택된 신경 그룹의 광학 자극을 유발할 수 있다는 것이다. 그러나 폐쇄 루프 실험을 위한 전기 생리학 시스템을 설정하는 것은 어려울 수 있습니다. 여기서, 단일 또는 다중 뉴런의 활성에 기초하여 자극을 트리거링하기 위한 즉시 적용형 Matlab 코드가 제공된다. 이 샘플 코드는 개별 요구에 따라 쉽게 수정할 수 있습니다. 예를 들어, 사운드 자극을 트리거하는 방법과 PC 직렬 포트에 연결된 외부 장치를 트리거하도록 변경하는 방법을 보여줍니다. 제시된 프로토콜은 동물 연구를 위한 인기 있는 뉴런 기록 시스템(Neuralynx)과 함께 작동하도록 설계되었습니다. 폐쇄 루프 자극의 구현은 깨어있는 쥐에서 입증된다.

Introduction

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이 프로토콜의 목표는 신경 생리학적 실험에서 폐쇄 루프 자극을 구현하는 방법을 입증하는 것입니다. 신경 과학에 있는 폐쇄 루프 실험을 위한 일반적인 설치는 신경 활동의 온라인 판독에 근거를 둔 자극을 시작 하 관련. 이것은 차례로 뇌 활동의 수정을 일으켜 피드백 루프1,2를닫습니다. 이러한 폐쇄 루프 실험은 표준 오픈 루프 설정에 걸쳐 여러 이점을 제공, 특히 광유전학과 결합 할 때, 이는 연구원이 뉴런의 특정 하위 집합을 대상으로 할 수 있습니다. 예를 들어, Siegle과 Wilson은 폐쇄 루프 조작을 사용하여 정보 처리에서 세타 진동의 역할을연구했습니다 3. 그(것)들은 세타 진동의 떨어지는 단계에 해마 뉴런을 자극하는 것은 상승 단계에 동일 자극을 적용하는 것보다 행동에 다른 효력이 있었다는 것을 설명했습니다. 폐쇄 루프 실험은 또한 전임상 연구에서 점점 더 중요해지고 있습니다. 예를 들면, 다중 간질 연구 결과는 포착 개시에 시작되는 신경 자극이 포착의 엄격을 감소시키는 효과적인 접근이다는 것을 보여주었습니다4,5,

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Protocol

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여기에 설명된 모든 절차는 레스브리지 동물 복지 위원회가 승인한 동물 연구 프로토콜에 따라 수행되었습니다.

1. 수술

참고 : 신경 생리학적 기록을 위한 프로브를 이식하는 데 사용되는 수술 절차는 다른 간행물24,25,26에제시되었다. 폐쇄 루프 자극을 위한 수술의 정확한 세부 사항은 사용된 기록 프로브의 모형 및 표적으로 한 두뇌 지역에 달려 있습니다. 대부분의 경우, 그러나, 전형적인 수술은 다음 단계로 구성됩니다.

  1. 수술실에 쥐가 있는 케이지를 실리콘 프로브 또는 전극 어레이로 이식하여 신경 활동을 기록합니다.
  2. 설치류를 2-2.5 %의 이소플루란으로 마취시키고 머리를 입체 적 프레임으로 고정시다. 온화한 촉각 자극(25)에대한 임의의 운동 반응을 관찰하여 수술 중에 동물이 의식이 없는지 확인하십시오.
  3. 수술 중 건조를 최소화하기 위해 눈 연고를 바르십시오.
  4. 수술 부위를 면도하고 2 % 클로르헨시딘 용액과 70 % ....

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Results

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현장에서 태어나고 자란 피셔 브라운 노르웨이 쥐는 실험 전 2주 동안 처리하는 것이 습관화되었다. 기록 드라이브는 이전에설명된 방법 28,29,30,31,32,33,34와유사하게 외과적으로 이식되었다. 뉴런 신호는 디지털 수집 시스템으로 32 kHz에서 기록되었다. 뉴런 신호는 먼저 통일 이득 무선 헤드 스테이지로 증폭된 다음 1000의 이득으로 증폭되고, 600~6,000Hz 사이에서 필터링된 밴드 패스. 수동으로 설정된 진폭 임계값(일반적으로 48-60 μV)을 초과하는 뉴런 스파이크가 자동으로 저장된 다음 별개의.......

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Discussion

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여기서 설명된 프로토콜은, 표준 신경생리학적 기록 시스템을 사용하여 폐쇄 루프 자극을 수행하는 방법을 보여준다. 이 프로토콜을 사용하면 컴퓨터 과학에 대한 전문 지식이 부족한 신경 과학자들이 적은 비용으로 다양한 폐쇄 루프 실험을 신속하게 구현할 수 있습니다. 이러한 실험은 종종 뇌의 인과 적 상호 작용을 연구하는 데 필요합니다.

동물을 준비하고 소프트웨어를 설치한 후(1단계 및 2단계) 폐쇄 루프 실험은 두 단계로 구성됩니다. 먼저, 초기 데이터 수집(Step 3)은 단일 뉴런의 활성에 대응하는 템플릿을 정의하기 위해 데이터를 수집한다(즉, 스파이크 정렬; 3.5단계). 둘째, 새로 기록된 스파이크가 실시간으로 미리 정의된 클러스터에 자동으로 할당되고 스파이크 형태가 지정된 뉴런이 검출될 경우 자극을 트리거하는 폐쇄 루프 자극(4단계). 제시된 Matlab 스크립트(보충 자료참조)는 단일 뉴런의 활성 및 여러 선택된 뉴런의 활성에 기초하여 상이한 .......

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Disclosures

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저자는이 작품과 관련된 이해 상충이 없습니다.

Acknowledgements

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이 작품은 AL 및 AG에 NSERC 디스커버리 보조금에 의해 지원되었다.

....

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
BaytrilBayer, Mississauga, CADIN 02169428항생제; 50 mg/mL
Cheetah 6.4NeuraLynx, Tucson, AZ6.4.0.beta데이터 수집을 위한 소프트웨어 인터페이스 
Digital Lynx 4SXNeuraLynx, Tucson, AZ4SX녹음 장비
헤드 스테이지 송신기TBSIB10-3163-GK는 신경 신호를 수신기
IsofluraneFresenius Kabi, Toronto, CADIN 02237518흡입 마취제
제트 틀니 파우더 & LiqudLang Dental, Wheeling, US1230치과용 아크릴
Lacri-LubeAllergan, Markham, CADIN 00210889안연
Lido-2Rafter 8, CalgaryDIN 00654639국소 마취제; 신호
처리 및 외부 이벤트 트리거를 위한MatlabMathworksR2018b
MetacamBoehringer, Ingelheim, DEDIN 02240463진통제; 5 mg/mL
NetcomNeuraLynxv1Cheetah 실리콘 프로브와 통신하는 응용 프로그래밍 인터페이스(API)
Cambridge NeurotechASSY-156-DBC2이식 장치
SpikeSort 3D NeuraLynx, Tucson, AZSS3D스파이크 파형-셀 분류 도구
무선 라디오 수신기TBSI911-1062-00은 신경 신호를 Digital Lynx로 전송합니다.
20mg/mL 소프트웨어

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Grosenick, L., Marshel, J. H., Deisseroth, K. Closed-loop and activity-guided optogenetic control. Neuron. 86 (1), 106-139 (2015).
  2. Armstrong, C., Krook-Magnuson, E., Oijala, M., Soltesz, I. Closed-loop optogenetic intervention in mice. Nature Protocols. 8 (8), 1475-1493 (2013).
  3. Siegle....

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Closed Loop StimulationNeuron Spiking ActivityMATLAB CodeElectrophysiological RecordingSpikeSort 3DCheetah SoftwareOnline Event TriggeringAwake Rat ExperimentOptogenetics IntegrationExternal Device Triggering

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