Met behulp van neuron spiking activiteit trigger gesloten-lus stimuli in neurofysiologische experimenten

Leonardo  A. Molina; Victorita  E. Ivan; Aaron J. Gruber; Artur Luczak

doi:10.3791/59812

Method Article

Met behulp van neuron spiking activiteit trigger gesloten-lus stimuli in neurofysiologische experimenten

DOI:

10.3791/59812

⸱

November 12th, 2019

Leonardo A. Molina¹^,² , Victorita E. Ivan¹ , Aaron J. Gruber*¹ , Artur Luczak*¹

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

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dit protocol demonstreert hoe u een elektrofysiologisch systeem gebruikt voor stimulatie met een gesloten kringloop, geactiveerd door neuronale activiteitspatronen. Er is ook een voorbeeld van MATLAB-code beschikbaar die gemakkelijk kan worden aangepast voor verschillende stimulatie apparaten.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Closed-loop neurofysiologische systemen gebruiken patronen van neuronale activiteit om prikkels te triggeren, wat op zijn beurt de hersenactiviteit beïnvloedt. Dergelijke closed-loop systemen zijn al gevonden in klinische toepassingen, en zijn belangrijke hulpmiddelen voor fundamenteel hersenonderzoek. Een bijzonder interessante recente ontwikkeling is de integratie van closed-loop benaderingen met optogenetica, zodanig dat specifieke patronen van neuronale activiteit optische stimulatie van geselecteerde neuronale groepen kunnen veroorzaken. Het opzetten van een elektrofysiologisch systeem voor closed-loop experimenten kan echter moeilijk zijn. Hier wordt een kant-en-klare MATLAB-code verstrekt voor het triggeren van stimuli op basis van de activiteit van enkelvoudige of meervoudige neuronen. Deze voorbeeldcode kan eenvoudig worden aangepast op basis van individuele behoeften. Het laat bijvoorbeeld zien hoe u geluids prikkels activeert en hoe u deze wijzigt om een extern apparaat te activeren dat is aangesloten op een seriële PC-poort. Het gepresenteerde protocol is ontworpen om te werken met een populair neuronale registratiesysteem voor dierproeven (Neuralynx). De implementatie van de stimulatie van de gesloten kringloop wordt aangetoond bij een wakker rat.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Het doel van dit protocol is om te demonstreren hoe de stimulatie van de gesloten lus in neurofysiologische experimenten te implementeren. De typische setup voor gesloten-lus experimenten in neurowetenschappen omvat triggering stimuli op basis van de Online uitlezen van neuronale activiteit. Dit veroorzaakt op zijn beurt wijzigingen in de hersenactiviteit, waardoor de terugkoppelings lus^1,2wordt^gesloten. Dergelijke closed-loop experimenten bieden meerdere voordelen ten opzichte van standaard open-loop opstellingen, vooral in combinatie met optogenetics, waarmee onderzoekers een specifieke subset van neuronen k....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Alle hier beschreven procedures werden uitgevoerd onder een dierlijk onderzoeksprotocol goedgekeurd door het dierenwelzijns Comité van de Universiteit van Lethbridge.

1. chirurgie

Opmerking: de chirurgische ingrepen die worden gebruikt voor implantaatsondes voor neurofysiologische opnames zijn gepresenteerd in andere publicaties²⁴^,²⁵^,²⁶. De precieze details van de operatie voor gesloten stimulatie zijn afhankelijk van het type van de gebruikte opname sondes en de beoogde hersengebieden. In de meeste gevallen, echter, een t....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Fisher-Brown Noorwegen ratten geboren en getogen op het terrein werden gewend aan het hanteren van twee weken voorafgaand aan het experiment. Een opname station werd operatief geïmplanteerd, vergelijkbaar met de eerder beschreven methoden²⁸^,²⁹^,³⁰^,³¹^,³²^,³³^,³⁴. De neuronale signalen werden opg.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Het protocol dat hier wordt beschreven, laat zien hoe u een standaard neurofysiologisch opnamesysteem gebruikt om een gesloten-loop stimulatie uit te voeren. Dit protocol stelt neurowetenschappers met beperkte expertise in computerwetenschappen in staat om snel een verscheidenheid aan closed-loop experimenten te implementeren met weinig kosten. Dergelijke experimenten zijn vaak nodig om causale interacties in de hersenen te bestuderen.

Na het voorbereiden van een dier en het installeren van de.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Auteurs hebben geen belangenconflict met betrekking tot dit werk.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dit werk werd gesteund door NSERC Discovery Grants aan AL en AG.

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
Name	Company	Catalog Number	Comments
Baytril	Bayer, Mississauga, CA	DIN 02169428	antibiotic; 50 mg/mL
Cheetah 6.4	NeuraLynx, Tucson, AZ	6.4.0.beta	Software interfaces for data acquisition
Digital Lynx 4SX	NeuraLynx, Tucson, AZ	4SX	recording equipment
Headstage transmitter	TBSI	B10-3163-GK	transmits the neural signal to the receiver
Isoflurane	Fresenius Kabi, Toronto, CA	DIN 02237518	inhalation anesthetic
Jet Denture Powder & Liqud	Lang Dental, Wheeling, US	1230	dental acrylic
Lacri-Lube	Allergan, Markham, CA	DIN 00210889	eye ointment
Lido-2	Rafter 8, Calgary	DIN 00654639	local anesthetic; 20 mg/mL
Matlab	Mathworks	R2018b	software for signal processing and triggering external events
Metacam	Boehringer, Ingelheim, DE	DIN 02240463	analgesic; 5 mg/mL
Netcom	NeuraLynx	v1	Application Programming Interface (API) that communicates with Cheetah
Silicone probe	Cambridge Neurotech	ASSY-156-DBC2	implanted device
SpikeSort 3D	NeuraLynx, Tucson, AZ	SS3D	spike waveform-to-cell classification tools
Wireless Radio Receiver	TBSI	911-1062-00	transmits the neural signal to the Digital Lynx

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Met behulp van neuron spiking activiteit trigger gesloten-lus stimuli in neurofysiologische experimenten

In This Article

Summary

Abstract

Introduction

Protocol

Results

Discussion

Disclosures

Acknowledgements

Materials

References

Reprints and Permissions

Tags

Related Articles