중개 통증 연구를 위한 오픈 소스 실시간 폐쇄 루프 전기 임계값 추적

이 도구는 통각 수용체 감작의 다양한 메커니즘을 조사하는 데 사용할 수 있으며 일부 형태의 만성 통증을 유발할 수 있는 것은 바로 이 감작입니다. 자동화된 전기 임계값 추적은 통각 수용체 흥분성에 대한 신뢰할 수 있는 온라인 실시간 측정을 제공합니다. 따라서 이 측정은 인간과 동물 모두에서 측정할 수 있는 중요한 병진 다리를 제공합니다.

같은 방식으로 효과적인 병리학 및 치료법을 평가할 수 있습니다. 앞으로 AP Track은 만성 통증 환자에게 치료제가 감작된 통각 수용체의 흥분성을 정상화하는지 확인하는 데 사용될 수 있습니다. 이것은 효능의 중요한 바이오마커를 나타냅니다.

우리는 오픈 소스 툴킷인 AP Track이 다양한 크기의 타임 루프 자극을 연구하는 전기생리학자에게 유용할 것으로 기대합니다. 예를 들어, 우리는 광유전학을 연구하는 데에도 유용할 것이라고 생각합니다. 실험과 소프트웨어를 동시에 관리하는 것은 처음에는 어려운 일이므로 사용자가 실험을 시도하기 전에 미리 기록된 데이터를 AP Track에 로드하여 사용법에 익숙해지는 것이 좋습니다.

데모 데이터를 제공했습니다. 시작하려면 제조업체에서 제공한 케이블을 사용하여 수집 보드를 컴퓨터에 연결하고 전원을 켭니다. 그런 다음 IO 보드를 수집 보드의 아날로그 가져오기에 연결하고 직렬 주변 장치 인터페이스 케이블을 사용하여 Intan RHD 레코딩 헤드스테이지를 수집 보드에 연결합니다.

다음으로, Pulse Pal을 컴퓨터에 연결합니다. BNC T 스플리터를 사용하여 Pulse Pal 출력 채널의 신호를 분할한 다음 정전류 자극기 입력과 IO 보드에 연결하여 아날로그 전압 명령을 기록할 수 있습니다. Pulse Pal 출력 채널 2를 IO 보드에 연결하여 자극 TTL 이벤트 마커를 기록합니다.

다이얼 제어 정전류 자극기로 조립하려면 정전류 자극기의 전원을 켜고 제조업체에서 제공한 케이블과 마그네틱 마운트를 사용하여 스테퍼 모터 제어 보드를 스테퍼 모터에 연결합니다. 표준 USB-A-USB 마이크로 B 케이블을 사용하여 제어 보드를 컴퓨터에 직접 연결합니다. 제어 보드와 스테퍼 모터를 맞춤형 장착 브래킷에 연결하고 정전류 자극기의 자극 진폭 다이얼을 0밀리암페어로 설정합니다.

그런 다음 맞춤형 배럴 어댑터를 스테퍼 모터 배럴에 연결합니다. 스테퍼 모터와 맞춤형 장착 장치를 배럴 어댑터를 사용하여 정전류 자극기의 자극 진폭 다이얼에 부착하고 전원을 켭니다. AP Track GUI를 열고 안정적인 말초 신경 전기생리학적 기록을 설정합니다.

피부의 수용 영역을 식별하고 거기에 자극 전극을 배치합니다. 옵션 메뉴에서, 트리거 채널을 선택하고 Pulse Pal 출력 채널 2에서 전기 자극 TTL 마커가 포함된 ADC 채널을 선택합니다. 그런 다음 데이터 채널을 선택하고 전기생리학적 데이터가 포함된 채널을 선택합니다.

Connect(연결)를 클릭하여 AP Track을 Pulse Pal 및 스테퍼 모터 장치에 연결합니다. 이 작업은 잠시 시간이 걸릴 수 있습니다. 연결되면 스테퍼 모터 제어 보드가 위치 0으로 설정됩니다.

자극 제어판에서 슬라이더를 사용하여 초기 최소 및 최대 자극 진폭을 정의합니다. TTL 마커가 생성되도록 전류 자극이 0보다 높게 설정되어 있는지 확인합니다. F를 클릭하여 자극 지침이 포함된 파일을 로드한 다음 오른쪽 화살표를 클릭하여 로드된 자극 패러다임을 시작합니다.

시간 래스터 플롯은 전기 자극에 대한 반응으로 업데이트되기 시작하며, 각각의 새로운 자극 반응은 오른쪽에 새 열로 표시됩니다. 단일 뉴런 활동 전위를 성공적으로 검출하려면 시간 래스터 플롯 패널로 이동하여 낮은 이미지 임계값, 검출 임계값 및 높은 이미지 임계값을 조정하십시오. 적절한 이미지 임계값이 설정되면 알고리즘에 의해 감지된 임계값 교차 이벤트가 녹색으로 인코딩됩니다.

체계적으로 자극 전극을 신경에 의해 신경이 분포된 피부 부위 주위로 움직입니다. 전극이 동일한 자극 위치에 있는 동안 동일한 대기 시간에 연속으로 나타나는 세 개의 임계값 교차 이벤트에 대한 시간 래스터 플롯을 모니터링합니다. 이는 일정한 잠복 말초 뉴런 활동 전위의 식별을 나타낸다.

시간 래스터 그림에서 단일 뉴런 활동 전위를 식별한 후 그림의 오른쪽에 있는 회색 선형 슬라이더를 이동하여 검색 상자의 위치를 조정합니다. 그런 다음 회전 슬라이더가 있는 검색 상자를 적절한 너비로 조정합니다. 검색 상자 너비를 좁게 만듭니다.

목표 활동 전위 추적을 시작하려면 다중 단위 추적 테이블 아래에 있는 더하기 기호를 클릭하십시오. 대기 시간 위치, 2-10개의 자극에 대한 발사 비율 및 감지된 최대 진폭을 포함하여 목표 활동 전위에 대한 세부 정보가 포함된 테이블에 새 행이 추가됩니다. 대기 시간 추적 알고리즘은 이후의 모든 전기 자극에 따라 자동으로 실행됩니다.

표에서 트랙 스파이크 상자를 선택하여 검색 상자를 특정 활동 전위에 적합한 위치로 이동합니다. 자극 부위와 기록 부위 사이의 거리를 표에 표시된 대기 시간으로 나누어 말초 뉴런의 전도 속도를 계산합니다. 전기 임계값 추적을 수행하려면 자극 제어판의 증가 및 감소 속도를 원하는 속도로 조정하십시오.

이 값을 동일하게 유지합니다. 자극 주파수가 적절한 속도(일반적으로 0.25-0.5Hz)로 설정되어 있는지 확인합니다. 자극 진폭을 뉴런의 전기적 임계 값에 대해 수동으로 조정합니다.

그런 다음 다중 장치 추적 테이블에서 추적 임계값 상자를 선택하면 전기 임계값 추적 알고리즘이 시작됩니다. 다중 장치 추적 테이블에서 발사 속도를 모니터링합니다. 발사 속도가 50%이면 대략적인 전기 임계값이 결정되고 임계값이 업데이트됨을 나타냅니다.

마지막으로, 수용 필드에 실험적 조작을 적용하고 전기 임계 값을 계속 추적합니다. 이것은 말초 뉴런 흥분성의 변화를 정량화합니다. 미세 신경학 실험 동안 표재성 다년생 신경의 인간 C 섬유의 순차적 흔적과 피부-신경 준비 동안 복재 신경의 마우스 A-델타 섬유의 순차적 흔적이 이 그림에 나와 있습니다.

활동 전위가 확인되었을 때 흔적은 빨간색으로 표시되어 자극 진폭이 감소했습니다. 소프트웨어 알고리즘은 50%의 발사 가능성에 필요한 자극 진폭을 효과적으로 찾습니다. 인간 C 섬유 통각 수용체의 열 자극 동안 0.25 헤르츠 자극 주파수에서 전기적 임계 값 추적이이 그림에 나와 있습니다.

y축은 패러다임의 시작부터 자극 수를 인코딩합니다. 임계 값 교차 이벤트가있는 전기 자극 후 4, 000 밀리 초 동안의 전압 트레이스는 빨간색으로 표시됩니다. 추적된 동작 전위 주위로 확대된 전압 트레이스가 여기에 표시됩니다.

파란색 세로선은 추적된 단위의 기준 지연 시간입니다. AP Track에서 명령하는 자극 전류가 이 그림에 나와 있습니다. 파란색 세로선은 기준 전기 임계값입니다.

수용장 TCS-II 열 자극 프로브 온도가 여기에 표시됩니다. 이 열에 민감한 C 섬유의 수용 필드가 열 자극기에 의해 따뜻해지면 전기 임계값이 감소합니다. 검색 상자 너비 및 감지 임계값에 대한 적절한 값을 선택하는 것은 전기적 노이즈의 영향을 줄여 AP 트랙의 성능을 크게 향상시키기 때문에 중요합니다.

통각 수용체의 과흥분성에 대한 치료제의 영향을 정량화하면 만성 통증의 기전을 더 잘 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다. 우리는 다른 연구자들이 이 무료로 사용할 수 있는 도구를 활용하여 통각 수용 생물학과 통각 수용체 감작 중에 발생한 변화를 더 잘 이해하기를 바랍니다.