Name: Een visuele gids voor het sorteren van elektrofysiologische registraties met behulp van SpikeSorter (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-02-10T15:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 31 s
Description: Leer SpikeSorter gebruiken voor het detecteren en sorteren van spikes in extracellulaire registraties van neuronaal weefsel. Deze methode vereenvoudigt elektrofysiologische data-analyse voor beginnende en ervaren onderzoekers.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

We danken de individuen en groepen die SpikeSorter hebben gebruikt en die verzoeken hebben ingediend voor ondersteuning van bestandsformaten en suggesties en feedback over hoe het te verbeteren. Deze omvatten Youping Xiao, Felix Fung, Artak Khachatryan, Eric Kuebler, Curtis Baker, Amol Gharat en Dongsheng Xiao. We danken Adrien Peyrache voor de vals positieve en negatieve figuren gegeven in 'Representatieve Resultaten'.

<ol><li>Buzsáki, G. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15114356">Large-scale recording of neuronal ensembles.</a> Nat. Neurosci. 7, 446-451 (2004).</li>
<li>Blanche, T. J., Spacek, M. A., Hetke, J. F., Swindale, N. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Polytrodes%3A+High+Density+Silicon+Electrode+Arrays+for+Large+Scale+Multiunit+Recording%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurophys%22%5BJournal%5D)">Polytrodes: High Density Silicon Electrode Arrays for Large Scale Multiunit Recording.</a> J. Neurophys. 93, 2987-3000 (2005).</li>
<li>Lewicki, M. S. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/10221571">A review of methods for spike sorting: the detection and classiﬁcation of neuronal action potentials.</a> Network. 9, R53-R78 (1998).</li>
<li>Letelier, J. C., Weber, P. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spike+sorting+based+on+discrete+wavelet+transform+coefficients%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci.+Methods%22%5BJournal%5D)">Spike sorting based on discrete wavelet transform coefficients.</a> J. Neurosci. Methods. 101, 93-106 (2000).</li>
<li>Quiroga, R. Q., Nadasdy, Z., Ben-Shaul, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Unsupervised+spike+detection+and+sorting+with+wavelets+and+superparamagnetic+clustering%5BTitle%5D)+AND+%22Neural+Computation%22%5BJournal%5D)">Unsupervised spike detection and sorting with wavelets and superparamagnetic clustering.</a> Neural Computation. 16, 1661-1687 (2004).</li>
<li>Franke, F., Natora, M., Boucsein, C., Munk, M., Obermayer, K. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19499318">An online spike detection and spike classiﬁcation algorithm capable of instantaneous resolution of overlapping spikes.</a> J. Comput. Neurosci. 29, 127-148 (2010).</li>
<li>Jäckel, D., Frey, U., Fiscella, M., Franke, F., Hierlemann, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Applicability+of+independent+component+analysis+on+high-density+microelectrode+array+recordings%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Applicability of independent component analysis on high-density microelectrode array recordings.</a> J. Neurophysiol. 108, 334-348 (2012).</li>
<li>Rossant, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spike+sorting+for+large%2C+dense+electrode+arrays%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Spike sorting for large, dense electrode arrays.</a> Nature Neuroscience. 19, 634-641 (2016).</li>
<li>Vandecasteele, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Large-scale+recording+of+neurons+by+movable+silicon+probes+in+behaving+rodents%5BTitle%5D)+AND+%22JoVE%22%5BJournal%5D)">Large-scale recording of neurons by movable silicon probes in behaving rodents.</a> JoVE. (61), e3568(2012).</li>
<li>Schjetnan, A. G. P., Luczak, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recording+large-scale+neuronal+ensembles+with+silicon+probes+in+the+anesthetized+rat%5BTitle%5D)+AND+%22JoVE%22%5BJournal%5D)">Recording large-scale neuronal ensembles with silicon probes in the anesthetized rat.</a> JoVE. (56), e3282(2011).</li>
<li>Swindale, N. V., Spacek, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spike+sorting+for+polytrodes%3A+a+divide+and+conquer+approach%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Systems+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Spike sorting for polytrodes: a divide and conquer approach.</a> Frontiers in Systems Neuroscience. 8, 1-21 (2014).</li>
<li>Swindale, N. V., Spacek, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spike+detection+methods+for+polytrodes+and+high+density+microelectrode+arrays%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Comput.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Spike detection methods for polytrodes and high density microelectrode arrays.</a> J. Comput. Neurosci. 38, 249-261 (2015).</li>
<li>Swindale, N. V., Spacek, M. A. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26875661">Veriﬁcation of multichannel electrode array integrity by use of cross-channel correlations.</a> J. Neurosci. Meth. 263, 95-102 (2016).</li>
<li>Fukunaga, K., Hostetler, L. D. <a target="_blank" href="http://ieeexplore.ieee.org/document/1055330/">The estimation of the gradient of a density function, with applications in pattern recognition.</a> IEEE Transactions on Information Theory (IEEE). 21, 32-40 (1975).</li>
<li>Mitelut, C., et al. Standardizing spike sorting: an in vitro, in silico and in vivo study to develop quantitative metrics for sorting extracellularly recorded spiking activity. Soc. Neurosci. Abstr. 598 (10), (2015).</li>
<li>Hazan, L., Zugaro, M., Buzsáki, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Klusters%2C+NeuroScope%2C+NDManager%3A+A+free+software+suite+for+neurophysiological+data+processing+and+visualization%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci.+Meth%22%5BJournal%5D)">Klusters, NeuroScope, NDManager: A free software suite for neurophysiological data processing and visualization.</a> J. Neurosci. Meth. 155, 207-216 (2006).</li>
<li>Harris, K. D., Henze, D. A., Csicsvari, J., Hirase, H., Buzsáki, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Accuracy+of+tetrode+spike+separation+as+determined+by+simultaneous+intracellular+and+extracellular+measurements%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Accuracy of tetrode spike separation as determined by simultaneous intracellular and extracellular measurements.</a> J. Neurophysiol. 84, 401-414 (2000).</li>
<li>Anastassiou, C. A., Perin, R., Buzsáki, G., Markram, H., Koch, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cell-type+and+activity+dependent+extracellular+correlates+of+intracellular+spiking%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Cell-type and activity dependent extracellular correlates of intracellular spiking.</a> J. Neurophysiol. 114, 608-623 (2015).</li>
<li>Wohrer, A., Humphries, M. D., Machens, C. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Population-wide+distributions+of+neural+activity+during+perceptual+decision-making%5BTitle%5D)+AND+%22Prog.+Neurobiol%22%5BJournal%5D)">Population-wide distributions of neural activity during perceptual decision-making.</a> Prog. Neurobiol. 103, 156-193 (2013).</li>
<li>Mizuseki, K., Buzsáki, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Preconfigured%2C+skewed+distribution+of+firing+rates+in+the+hippocampus+and+entorhinal+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22Cell+Reports%22%5BJournal%5D)">Preconfigured, skewed distribution of firing rates in the hippocampus and entorhinal cortex.</a> Cell Reports. 4, 1010-1021 (2013).</li>
<li>Schmitzer-Torbert, N., Jackson, J., Henze, D., Harris, K., Redish, A. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantitative+measures+of+cluster+quality+for+use+in+extracellular+recordings%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Quantitative measures of cluster quality for use in extracellular recordings.</a> Neuroscience. 131, 1-11 (2005).</li>
<li>Barnett, A. H., Magland, J. F., Greengard, L. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Validation+of+neural+spike+sorting+algorithms+without+ground-truth+information%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci.+Meth%22%5BJournal%5D)">Validation of neural spike sorting algorithms without ground-truth information.</a> J. Neurosci. Meth. 264, 65-77 (2016).</li>
</ol>

De auteurs hebben niets te onthullen.

file Formats Momenteel ondersteunde bestandsformaten zijn onder andere Neuralynx (.ntt en .ncs), Plexon (.plx), Neuroscope (.xml + .dat), MultiChannel Systems (.mcd), Blackrock (.nev) en Intan (.rhd). Voor ondersteunde formaten zijn er twee opties. Een daarvan is de toevoeging van het bestandsformaat van een aanstaande release aanvragen (een e-mail link naar de ontwikkelaar wordt verstrekt in het &quot;Help - Over &#39;dialoog). De andere is om het bestand te converteren naar een ondersteund fo...

Iedereen die extracellulaire signalen registreert van de hersenen met behulp van methoden geavanceerder dan simpele on-line drempelwaarden en windowing wordt geconfronteerd met de taak van het identificeren en het scheiden van de signalen van verschillende neuronen van de drukke spanning signalen die zijn opgenomen door de elektrode. Deze taak is algemeen bekend als spike sorteren. De moeilijkheid spike sortering wordt verergerd door verschillende factoren. Neuronen kunnen zeer dicht bij elkaar, zodat de signalen die daarvan door een nabijgelegen elektrode waarschijnlijk lijken en moeilijk te onderscheiden zijn. De signalen die door een enkel neuron kan variëren in de tijd, misschien als gevolg van bewegingen van de elektrode, variabele natriumkanalen kinetiek tijdens periodes van hoge vuursnelheid, een variabele mate van activatie van spanning conductances in dendrieten die dicht bij de elektrode, of eventueel als zijn een gevolg van veranderingen in de hersenen staat. Deze problemen kunnen worden verholpen door gebruik van multi-elektrode arrays (MEA) met veel dicht bij elkaar gelegen (20-100 urn) r<html> Opnam e-kanalen die een betere ruimtelijke afbakening van de signalen maakt van enkele neuronen, omdat ze meestal liggen verspreid over meerdere kanalen 1, 2. Echter, dit in combinatie met het feit dat de signalen van neuronen zich over de gehele lengte van de elektrode overlap in de ruimte, leidt tot een potentieel zeer hoge dimensionale ruimte waarbinnen clusters overeenkomt met unieke neuronen moeten worden geïdentificeerd. Dit probleem wordt rekenkundig hardnekkig meer dan een klein aantal elektroden kanalen. Tot op heden is er geen algemeen overeengekomen beste methode spike sorteren, maar vele oplossingen voorgesteld 3, 4, 5, 6, 7, 8 en opnamen van MEA worden steeds vaker 9,ass = &quot;xref&quot;&gt; 10. Omdat spike sorteren is geen doel op zich, maar is gewoon een noodzakelijke eerste stap voordat verdere data-analyse, is er behoefte aan een eenvoudig te gebruiken pakket dat zal lezen in ruwe opname bestanden en deze converteren naar gesorteerde spike treinen met zo weinig gebruiker ingang en zo snel en betrouwbaar mogelijk. Dit artikel geeft een tutorial voor het gebruik van SpikeSorter - een programma ontwikkeld met als doel om aan deze behoeften. Het programma is gebaseerd op algoritmen eerder gepubliceerde artikelen 11, 12, 13 beschreven. De doelstellingen bij het ontwerpen van het programma waren dat a) het zou moeten hebben een gebruiksvriendelijke interface weinig of geen voorafgaande kennis van programmeren van computers of spike sorteren methodologie vereisen; b) weinig of geen andere gespecialiseerde software componenten verder dan de standaard Windows of Linux-besturingssystemen moet nodig zijn; c </em&gt;) Een breed scala aan het opnemen van gegevens formats voor data-invoer en de uitvoer moeten worden ondersteund; d) de noodzaak van gebruikersinvoer gedurende het sorteren moet worden geminimaliseerd, en e) het sorteren keer moet schalen op een redelijke wijze idealiter lineair met opnameduur en het aantal kanalen op de elektrode. De algoritmen in het programma worden uitgevoerd onder a) een flexibele set van pre-processing en event detectie strategieën; b) een geautomatiseerde verdeel en heers strategie van dimensie reductie welke spanning golfvormen op basis van de belangrijkste componenten (PC) uitkeringen verkregen uit subsets van kanalen toegewezen aan specifieke clusters clusters; c) geautomatiseerde clustering van PC distributies met een snelle clustering procedure op basis van de gemiddelde-shift algoritme 3, 14, en d) het gedeeltelijk geautomatiseerde paarsgewijze samenvoegen en splitsen van clusters zodat elk zo verschillend mogelijk van alle andere. om THIs, heeft een reeks van procedures toegevoegd dat handmatige splitsen of samenvoegen van clusters op basis van inspectie van de PC-distributies, cross- en auto-correlograms van spike treinen en time-amplitude percelen van spike golfvormen mogelijk te maken. Opnames van tetrodes, Tetrode arrays, Utah arrays evenals single en multi-schacht MMO&#39;s kunnen worden gelezen en gesorteerd. De huidige beperking van het aantal kanalen 256, maar dit kan in de toekomst worden vergroot. Een andere cross-platform open-source implementatie, &quot;Spyke&quot; (http://spyke.github.io), is ook beschikbaar. Geschreven door een van ons (MS) in Python en Cython, Spyke maakt gebruik van dezelfde algemene aanpak als SpikeSorter, met enkele verschillen: het geheugen eisen te verminderen, wordt ruwe data geladen in kleine blokjes, en alleen wanneer dat absoluut noodzakelijk is; clusters worden uitsluitend weergegeven, gemanipuleerd, gesorteerd en in 3D; en de belangrijkste component en onafhankelijke componenten analyse worden zowel gebruikt als aanvullende methoden dimensie reductie. Spyke vereist meer gebruiker ininteractie, maar leunt zwaar op het toetsenbord en de muis snelkoppelingen en een undo / redo wachtrij om de effecten van verschillende factoren snel te ontdekken op de clustering van een bepaalde subgroep van spikes. Deze factoren omvatten spike kanaal en de tijd bereik selectie, aar uitlijning, clustering afmetingen en ruimtelijke bandbreedte (sigma) 11. Het volgende is een korte beschrijving van de algoritmen en strategieën die worden gebruikt voor het sorteren. Meer volledige beschrijvingen vindt u in de vorige publicaties 11, 12, 13 en annotaties die kan worden geraadpleegd via de help-knoppen (geïdentificeerd met een &#39;?&#39;) Binnen SpikeSorter. Nadat er een ruwe extracellulaire spanning bestand en het uitfilteren van de lagere frequentiecomponenten, een beginstadium van gebeurteniswaarneming resulteert in een reeks gebeurtenissen, die elk bestaan ​​uit een korte snapshot spanning voor en na de evenementtijd. Als de uitverkorenenreed sites zijn voldoende dicht bij elkaar (&lt;100 pm), één eenheid signalen over het algemeen op een aantal naburige kanalen. Een centraal kanaal automatisch geselecteerd voor elke gebeurtenis, die bij het kanaal waarop de piek-tot-piek spanning van het evenement grootste. Geautomatiseerde sortering begint met het vormen van een enkele eerste cluster voor elke elektrode kanaal, bestaande uit alle gebeurtenissen die werden gelokaliseerd op dat kanaal. de clusters uit deze twee reeksen pieken worden geïdentificeerd als gelijksoortig en samengevoegd in een later stadium: Eenheid halverwege tussen kanalen kunnen ontstaan ​​pieken die gelokaliseerd zijn (misschien willekeurig) aan verschillende kanalen geven. De gemiddelde golfvorm van de gebeurtenissen in elke eerste cluster wordt dan berekend. Dit wordt aangeduid als de cluster matrijs. Dochteronderneming kanalen worden toegewezen aan elke cluster basis van de amplituden en de standaarddeviatie van de template golfvormen op elk kanaal. Hoofdbestanddeel waarden worden vervolgens berekend voor elk cluster gebaseerd on de golfvormen op de toegewezen set van kanalen. De gebruiker kan kiezen voor het aantal van de belangrijkste component dimensies te gebruiken: meestal 2 is voldoende. Elk cluster wordt dan gesplitst in een nieuwe reeks van clusters, en dit wordt herhaald totdat er geen verdere splitsing door geautomatiseerde clustering kan zijn. Op dit moment, een eerste set van bijvoorbeeld 64 clusters van een 64-kanaals elektrode kan worden opgesplitst in twee of drie keer zoveel, afhankelijk van het aantal eenheden dat in de opname was. Maar vanwege de variabeletoekenning gebeurtenissen van afzonderlijke eenheden tot verschillende kanalen, het aantal clusters heeft in deze fase vrijwel zeker groter dan het zou moeten zijn. De volgende fase van het sorteren is om de oversplitting corrigeren door het vergelijken van paren van clusters en het samenvoegen van vergelijkbare paren of herschikking van gebeurtenissen van de ene naar de andere. Deze fase van sorteren wordt aangeduid als &quot;samenvoegen en splitsen. Samenvoegen en splitsen Voor N clusters zijn er N * (N -1) / 2 paren en derhalve het aantal paren toeneemt naarmate N2, hetgeen ongewenst is. Echter, veel paren worden buiten de vergelijking, omdat de twee leden van het paar ver afgelegen. Dit vermindert de afhankelijkheid van iets dat meer lineair is gerelateerd aan het aantal kanalen. Ondanks deze snelkoppeling, kan de samenvoeging en splitsing stadium nog steeds heel tijdrovend zijn. Het werkt op de volgende manier. Elke cluster paar die worden vergeleken (die fysiek dicht bij elkaar, zoals beoordeeld door de overlapping van de kanaalgroepen zijn toegewezen aan elk) tijdelijk samengevoegd, maar waarbij de identiteit van de pieken in de beide lid clusters bekend. De belangrijkste onderdelen van de gefuseerde paar zijn dan berekend. Een maat voor de overlap tussen de punten van de twee clusters wordt berekend op basis van de verdeling van de eerste twee hoofdcomponenten. De manier waarop de ov<html> ERLAP maatregel berekend wordt in meer detail elders 11. De waarde nul als de clusters niet overlappen elkaar, dat wil zeggen de meest nabije buur van elk punt in hetzelfde cluster. De waarde dichtbij 1 als de clusters overlappen, dat wil zeggen de waarschijnlijkheid van de dichtstbijzijnde buren in dezelfde cluster is dezelfde als die voorspeld uit een gelijkmatig mengen van punten. Verschillende beslissingen worden genomen die de overlappingswaarde rekening. Als de overlap groter is dan een bepaalde waarde, kunnen clusters worden samengevoegd. Als de overlap zeer klein is, kan de cluster pair gedefinieerd als onderscheiden en met rust gelaten. Tussenwaarden, duidde op onvolledige scheiding van het cluster pair, kunnen duiden dat het paar worden samengevoegd en opnieuw gesplitst, het gewenste resultaat wordt een paar clusters met minder overlap. Deze procedures worden eerst in een geautomatiseerd stadium en vervolgens in een met de hand geleide podium. tent &quot;&gt; In de geautomatiseerde fase cluster paren met een grote overlap waarde worden samengevoegd;. Vervolgens cluster paren met gemiddelde tot lage overlap waarden worden samengevoegd en opnieuw splitsen In de tweede, door de gebruiker geleide fase krijgt de gebruiker alle resterende dubbelzinnig cluster pairs (dwz die met overlap waarden in een bepaalde tussenliggende bereik) in de juiste volgorde en wordt gevraagd om te kiezen of a) om het paar samen te voegen, b) samen te voegen en resplit het paar, c) om het paar te verklaren verschillend te zijn (wat de betekenis van de overlappingswaarde overschrijven), of d) de verhouding tussen het paar als &quot;ambigu&quot; aangeeft dat de pieken in het paar waarschijnlijk goed gesorteerd. Verschillende instrumenten zijn bedoeld om deze besluiten, waaronder auto definiëren - en cross-correlograms en tijdreeksen percelen van spike hoogte en PC-waarden. Idealiter eind samenvoeging en splitsing stadium elke cluster moet onderscheiden van alle anderen,hetzij omdat het weinig of geen kanalen heeft evenals andere clusters of omdat de overlapping index lager is dan een bepaalde waarde. Deze waarde is de gebruiker te selecteren, maar is meestal 0,1. Clusters (eenheden) die deze test wordt gedefinieerd als &quot;stabiel&quot;, die niet (omdat de overlapping met één of meer andere clusters groter is dan de drempelwaarde) worden gedefinieerd als &quot;instabiele&quot;. In de praktijk de meeste eenheden uiteindelijk worden gedefinieerd als &quot;stabiel&quot; bij de finish sorteren nemen en de rest ofwel worden weggegooid of behandeld als mogelijk meerdere eenheden. software Requirements SpikeSorter is compatibel met 64-bits versies van Windows 7 en Windows 10, en is ook met succes onder Linux draaien met behulp van de Wine emulator. Gegevensbestanden zijn volledig in het geheugen geladen (snelheid) dus beschikbaar RAM behoeften voor het met de grootte van de opname (laat ongeveer 2 GB voor het programma zelf). elektrofysiologischal data bestanden groter dan 130 GB groot succes zijn gesorteerd in zowel Windows als Linux-omgevingen. Opties zijn toegankelijk via standaard Windows-menu&#39;s, een werkbalk en dialogen. De lay-out van items op het menu overeenkomt met ongeveer de volgorde van de operaties in het sorteren, te beginnen met het menu &#39;Bestand&#39; aan de linkerkant voor het invoeren van gegevens en het menu &#39;Export&#39; aan de rechterzijde waardoor export van gesorteerde gegevens. Toolbar knoppen bieden snelkoppelingen naar veelgebruikte menu-items. De Channel Configuration File Veel opname dataformaten niet kanaal locaties op te slaan. Echter, te weten deze essentieel voor spike sorteren. Kanalen kunnen ook worden genummerd op verschillende manieren door acquisitie software: SpikeSorter vereist dat kanalen worden genummerd, te beginnen met kanaal 1. Dus een bijkomende elektrode configuratiebestand moet worden gecreëerd die kanaalnummers kan opnieuw toewijzen aan de sequentiële regel te volgen, en store kanaal locties. Het kanaal configuratiebestand is een tekstbestand met een enkele rij van de tekst voor elk kanaal. De eerste regel van het bestand slaat een tekst naam van maximaal 16 tekens lang zijn, dat de elektrode identificeert. De cijfers in de volgende lijnen kunnen worden gescheiden door tabs, een komma of spaties. Er zijn vier getallen in elke rij verschaffen (in volgorde): het kanaalnummer in het bestand, het kanaalnummer waarop het gemapt moet worden (dat wil zeggen het nummer dat wordt gebruikt door SpikeSorter) en de x en y coördinaten van de kanaal, in microns. De x-coördinaat wordt normaal genomen loodrecht op de richting van de elektrode inbrengen en de y-coördinaat dienovereenkomstig zou diepte in het weefsel. Het configuratiebestand heeft in dezelfde map als de opname-bestand te plaatsen. Er is enige flexibiliteit in hoe het kan worden genoemd. Het programma zal eerst zoeken naar een bestand dat dezelfde naam heeft als de ruwe data bestand, maar met een .cfg extensie. Als dat bestand is niet gevonden, zal het zoeken naar het bestand &#39;electrode.cfg&#39;. Indien dat bestand weer wordt gevonden een foutmelding gegenereerd gebrek aan kanaalindeling informatie geven.

<table><tbody><tr><td>spikesorter.exe</td><td>N/A</td><td></td><td><a href="http://www.swindale.ecc.ubc.ca/SpikeSorter">http://www.swindale.ecc.ubc.ca/SpikeSorter</a></td></tr></tbody></table>

een visuele gids voor het sorteren van elektrofysiologische registraties met behulp van &#39;spikesorter&#39;

A Visual Guide to Sorting Electrophysiological Recordings Using 'SpikeSorter'

Er zijn weinig zelfstandige softwaretoepassingen beschikbaar voor het sorteren van spikes uit opnames gemaakt met multi-elektroden arrays. Idealiter zou een toepassing gebruiksvriendelijk moeten zijn met een grafische gebruikersinterface, in staat zijn om gegevensbestanden in verschillende formaten te lezen en gebruikers een flexibele set tools te bieden waarmee ze extracellulaire spanningsgolfvormen van verschillende eenheden kunnen detecteren en sorteren met een bepaalde mate van betrouwbaarheid. Eerder gepubliceerde methoden voor het sorteren van spikes zijn nu beschikbaar in een softwareprogramma, SpikeSorter, dat bedoeld is om elektrofysiologen een complete set tools te bieden voor het sorteren, beginnend bij het rauwe opgenomen gegevensbestand en eindigend met de export van gesorteerd spike-tijden. Procedures zijn geautomatiseerd voor zover dit momenteel mogelijk is. Het artikel legt het gebruik van het programma uit en illustreert dit. Een representatieve gegevensbestand wordt geopend, extracellulaire sporen worden gefilterd, gebeurtenissen worden gedetecteerd en vervolgens geclusterd. Een aantal problemen die vaak voorkomen tijdens het sorteren, worden geïllustreerd, waaronder de artefactuele oversplitsing van eenheden als gevolg van de neiging van sommige eenheden om spikes in paren te ontstaan waarbij de tweede spike aanzienlijk kleiner is dan de eerste, en oversplitsing veroorzaakt door langzame variatie in spike-hoogte in de loop van de tijd die in sommige eenheden wordt aangetroffen. De nauwkeurigheid van de prestaties van SpikeSorter is getest met surrogate grondwaarheidsgegevens en bleek vergelijkbaar te zijn met die van andere algoritmen in de huidige ontwikkeling.

Figuur 7 toont het display (verkregen door te gaan naar &#39;Beeld - Gesorteerd golfvormen&#39;) voor een typisch gesorteerde opname. De optie standaardweergave is gewoon om de golfvormen te tonen op het midden kanaal voor elke cluster. Een algemene ervaring is dat golfvormen een cluster paar op hetzelfde kanaal kijken identiek, maar wanneer het &quot;Vergelijk pairs dialoogvenster wordt gebruikt om de twee clusters onderzoeken zijn er verschillende clusters in de PC pro...

Het artikel laat zien hoe het programma SpikeSorter te gebruiken om spikes te detecteren en sorteren in extracellulaire opnames gemaakt met multi-elektrode arrays.

Een visuele gids voor het sorteren van elektrofysiologische registraties met behulp van &#39;SpikeSorter&#39;

Few stand-alone software applications are available for sorting spikes from recordings made with multi-electrode arrays. Ideally, an application should be ...

Het algemene doel van deze video is om elektrofysiologen te laten zien hoe zij het programma SpikeSorter kunnen gebruiken om spikes te detecteren en te sorteren in extracellulaire opnames van neuraal weefsel, gemaakt met micro-elektrodearrays. Ons doel was om een eenvoudige oplossing te bieden voor deze taak van spike-sortering door middel van een programma met een gebruiksvriendelijke interface. SpikeSorter kan bestanden in verschillende formaten lezen en biedt diverse strategieën voor voorbewerking en eventdetectie, naast opties voor sortering en data-export.De implicaties van deze techniek strekken zich uit tot de analyse van neurale gedragingen, bestudeerd via extracellulaire opnames met multi-elektrode-arrays. Over het algemeen zullen personen die nieuw zijn met deze methode moeite hebben vanwege de complexiteit van de taak en het gebrek aan standaardmethodologie en objectieve validatie. We kwamen voor het eerst op het idee voor deze methode toen we geconfronteerd werden met het probleem van het sorteren van onze eigen opnames, uitgevoerd met 54-kanaals multi-elektrode-arrays, en geen beschikbare oplossing konden vinden.Open het programma om deze procedure te starten. Ga naar bestand en open, en selecteer vervolgens het bestandsformaat van de opname uit de vervolgkeuzelijst rechtsonder in het dialoogvenster voor het openen van bestanden. Selecteer daarna het bestand en klik op open.Klik op OK zodra het uitlezen is voltooid. De registratiesignalen worden nu weergegeven in de weergave van de spanningsvorm. Als de registratie ongefilterd is en het lokale veldpotentiaal bevat, verwijder deze dan door op het filtericoon in de werkbalk te klikken.Selecteer een Butterworth hoogdoorlaatfilter, een geschikte afkapfrequentie en het aantal polen, en klik vervolgens op Do It. Klik op OK, daarna op done, en inspecteer vervolgens de gefilterde golfvorm in het display. Spanningssignalen kunnen worden geïnspecteerd door de linkermuisknop ingedrukt te houden en vervolgens te slepen. Gebruik het scrollwiel om in te zoomen op specifieke kenmerken en weer uit te zoomen.Beweeg de muis over specifieke punten van de golfvorm om de bijbehorende spanningswaarden in de linkerbovenhoek weer te geven. Door dubbel te klikken op het venster wordt een dialoogvenster geopend dat ook kan worden gebruikt om snel elk deel van de opname te inspecteren en om specifieke gebeurtenissen in kanalen of clusters te onderzoeken, zodra de gebeurtenisdetectie en sortering zijn voltooid. Controleer vervolgens op kanalen die mogelijk defect zijn en gemaskeerd moeten worden.Klik op het pictogram voor de kanaalcontrole en inspecteer de grafiek. Om een uitbijtend kanaal te maskeren, selecteert u het kanaalnummer of selecteert u dit uit de probleemlijst. Sluit na voltooiing het dialoogvenster en klik vervolgens op ja bij de melding om de maskerwaarden op te slaan.Gemaskeerde kanalen zijn grijs weergegeven in de spanningsweergave. Ga in deze procedure naar pre-process event detection om het dialoogvenster voor eventdetectie te openen. Gebruik de schuifregelaar rechtsboven om het ruisniveau op de specifieke kanalen te inspecteren.Zorgvuldige inspectie van het spanningsdisplay kan bovendien stille of ongebruikelijk ruizige kanalen onthullen die gemaskeerd moeten worden. Kies voor variabele drempelwaarde-instelling voor eventdetectie. Het aanbevolen bereik voor de drempelwaarden is 4,0 tot 6,0 maal de ruis.Selecteer 4.5. Kies de dynamische multifasische filterdetectiemethode uit de vervolgkeuzelijst. Stel het venster zo in dat het ongeveer de helft van de breedte van een typische spike-golfvorm bedraagt, met waarden in het bereik van 0,15 tot 0,5 milliseconden.Select daarna de uitlijningsmethode door de optie te kiezen die een enkel, temporeel gelokaliseerd kenmerk van de te sorteren spikes het beste identificeert. Laat de overige opties op hun standaardwaarden staan en klik op Start. Klik op Done om het dialoogvenster te sluiten.Het venster van de spanningsgolfvorm toont de gedetecteerde gebeurtenissen in het grijs op hun toegewezen centrale kanaal. De parameters voor gebeurtenisdetectie kunnen worden aangepast op basis van de resultaten die op dit punt zichtbaar zijn. De gebeurtenisdetectie kan bijvoorbeeld opnieuw worden uitgevoerd met een lagere detectiedrempel om meer gebeurtenissen te detecteren.De volgende stap wordt normaalgesproken niet uitgevoerd vóór de routinesortering, maar het is nuttig om dit te doen bij een eerste sortering of wanneer men onbekende gegevens tegenkomt. Ga naar 'sort', 'convert channels to clusters', om een enkel cluster te creëren voor elk ongemaskerd elektrodekanaal, ervan uitgaande dat er aan elk kanaal enkele events zijn toegewezen. Bekijk deze clusters door naar 'review', 'view', 'clean and split clusters' te gaan om een ander dialoogvenster te openen.Gebruik de draaiknop om het cluster te selecteren dat moet worden bekeken. Selecteer een cluster met twee of meer duidelijke subclusters en druk vervolgens op de knop voor heruitlijning om het tijdstip van elk event te wijzigen, zodat deze beter aansluit bij de vorm van het sjabloon. Druk daarna op Autosplit om de events te clusteren op basis van de distributie van de hoofdcomponenten.Klik vervolgens op de selectievakjes om de golfvormen in de subclusters te bekijken. Gebruik de schuifregelaar om de overeenkomstige golfvormen te onderzoeken. Gebruik als oefening een van de kleine splitsingsknoppen om een nieuw cluster aan te maken en dit te bestuderen.Let op hoe de rode cluster nu twee subclusters duidelijker onthult, nadat de groene cluster is afgesplitst. Sorteren kan op deze manier handmatig worden voortgezet, maar het is raadzaam om de snellere Autosort-procedure te gebruiken. Druk op Done en ga naar Sort, Autosort.Laat de optie 'overslaan van eventdetectie' aangevinkt als de eventdetectie al is uitgevoerd, zoals hier. Als dit niet is aangevinkt, wordt de eventdetectie automatisch uitgevoerd, waarbij gebruik wordt gemaakt van parametervalauren en keuzes die zijn overgenomen uit het dialoogvenster voor eventdetectie. Selecteer in het onderstaande clusteringpaneel een tijdsvenster dat groot genoeg is om de volledige spike-golfvorm te bevatten, zowel voorafgaand aan als volgend op het uitlijningspunt.Select vervolgens een realigment-optie om tijdens het clusteren te gebruiken en kies een minimale clustergrootte. Bepaal het aantal dimensies in de PC-ruimte dat voor het clusteren zal worden gebruikt en laat de overige opties op hun standaardinstellingen staan. Druk daarna op Start om Autosort te beginnen.Nadat Autosort is voltooid, klikt u op volgende om naar de fase van handmatig geleide samenvoeging en splitsing te gaan en klikt u vervolgens op begin. In het nieuwe dialoogvenster worden clusterparen die niet duidelijk gelijkaardig of verschillend zijn, opeenvolgend gepresenteerd. Gebruik voor elk gepresenteerd paar de knoppen om te kiezen of u het paar wilt samenvoegen, wilt samenvoegen en opnieuw wilt splitsen, of het paar als verschillend wilt markeren, of als ambigu als het onduidelijk is wat de beste beslissing is.Klik op de selectievakjes om een grafiek weer te geven van respectievelijk de piekhoogte van de spike, de eerste of tweede hoofdcomponent tegenover de tijd, of auto- en crosscorrelatiehistogrammen. Deze kunnen helpen bij het nemen van beslissingen. Hier zien we een voorbeeld van een beslissing om te fuseren.Vervolgens volgt een beslissing over het samenvoegen en splitsen. Als de optie voor samenvoegen en splitsen geen duidelijk scheidbare clusters kan vinden, gebruik dan de schuifregelaar in het dialoogvenster om handmatig een clusteringparameter te variëren en een splitsing te vinden die bevredigend oogt. Als dit niet kan worden bereikt, gebruik dan de knop voor herstel om terug te keren naar de oorspronkelijke staat van de twee clusters.Wanneer u klaar bent, drukt u op split zoals getoond. Ga nu naar review, post-processing. Gebruik de knop voor alignment cleaning om gebeurtenissen uit de clusters te verwijderen die slecht overeenkomen met hun clustersjabloon.Gebruik vervolgens de knop voor herclustering om niet-geclusterde gebeurtenissen opnieuw toe te wijzen aan specifieke templates op basis van de matchwaarde. De teruggewonnen gebeurtenissen worden gemarkeerd als een subcluster van elk parentcluster en kunnen worden geïnspecteerd via de dialoog voor het bekijken, opschonen en splitsen van clusters. Deze gebeurtenissen blijven in het cluster en worden als zodanig geëxporteerd, tenzij ze worden verwijderd.Keer vervolgens terug naar het dialoogvenster voor postprocessing. Gebruik de verwijderknop en het bijbehorende spincontrol-element om de clusters met een signaal-ruisverhouding lager dan de geselecteerde drempelwaarde te verwijderen. Gebruik daarna de sorteerknop om de clusters opnieuw te nummeren op basis van een gekozen criterium.Deze figuur toont het display, verkregen door naar 'view', 'sorted waveforms' te gaan voor de opname die zojuist is gesorteerd. De algemene ervaring is dat golfvormen voor een clusterpaar op hetzelfde kanaal identiek lijken, maar de dialoogvenster 'compare pairs' toont desondanks verschillende clusters in de PC-projectie. Beslissingen over het samenvoegen na de voorgaande fasen van het sorteren worden soms gesuggereerd door amplitude-tijdplots en cross-correlograms.Dit illustreert een samengevoegingsbeslissing op basis van de aanwezigheid van een sterke asymmetrische kruiscorrelatie bij korte tijdsintervallen, gekoppeld aan een duidelijke relatie tussen de waarden van de eerste hoofdcomponent van de twee eenheden, hier weergegeven op de verticale as. Deze figuur toont een geval waarin vergelijkbaar bewijs voor samenvoeging ontbreekt. Het kruiscorrelogram is niet sterk asymmetrisch en de autocorrelograms verschillen van elkaar.Hoewel de golfvormen vergelijkbaar zijn, zouden de twee eenheden waarschijnlijk niet samengevoegd moeten worden vanwege het verschil in de distributies van de hoofdcomponenten. Deze figuur toont een geval waarin de golfvormen vergelijkbaar zijn en de waarden van de eerste hoofdcomponent van twee eenheden in elkaar overgaan wanneer de ene stopt met vuren en de andere begint. In dit geval lijkt de beslissing om samen te voegen eenvoudig.We hopen dat deze korte introductie van SpikeSorter nuttig is geweest. We zijn van plan het programma verder te ontwikkelen en nieuwe functies toe te voegen waar deze nuttig kunnen zijn. Met dit doel voor ogen verwelkomen we bugrapporten, constructieve feedback en suggesties voor verbetering.

a-visual-guide-to-sorting-electrophysiological-recordings-using

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Neurowetenschap

Een fundamenteel probleem in ons begrip van corticale circuit is hoe netwerken in verschillende corticale lagen coderen zintuiglijke informatie. We beschrijven hier elektrofysiologische technieken gebruik te maken van multi-contact laminaire elektroden voor single-eenheden en lokale veld mogelijkheden en de huidige analyses opnemen corticale lagen te identificeren.

Het onderzoeken van Lokaal netwerk met behulp van Multi-Processing contact opnemen Laminar Electrode

This video demonstrates the recording of spontaneous and stimulation-dependent neural activity from primary murine spiral ganglion neuron (SGN) cultures on a multielectrode array (MEA). It involves washing and preparing the MEA, recording spontaneous neural activity, and applying controlled electrical stimuli to identify stimulation-dependent neuronal activity.

Analyzing Neural Activity in Primary Murine Spiral Ganglion Neurons Using Multielectrode Arrays

This video demonstrates the detailed procedure for preparing an anesthetized rat for electrophysiological recordings of brain activity from multiple sites. The scalp is dissected to access the skull, and holes are drilled at precise locations to install and secure electrodes. Tungsten microwire electrodes are then inserted into the targeted location to record the data.

In Vivo Electrophysiological Recordings of Brain Activities from Multiple Sites in Rats

Implanteren georganiseerde arrays van microwires voor gebruik in een enkele eenheid elektrofysiologische opnames presenteert een aantal technische uitdagingen. Methoden voor het uitvoeren van deze techniek en de apparatuur die nodig zijn beschreven. Ook is het nuttig gebruik van de georganiseerde Microwire arrays op te nemen van verschillende neurale subregio's met een hoge ruimtelijke selectiviteit besproken.

Een procedure voor het implanteren van georganiseerde Arrays van microwires voor Single-unit Opnamen in Awake, Gedragen Dieren

Muisneuronale cellen die op multi-elektrode arrays worden gekweekt, tonen een toename van de respons na elektrische stimulatie. Dit protocol demonstreert hoe u neuronen kunt cultiveren, hoe u activiteiten opneemt en hoe u een protocol kunt opstellen om de netwerken op te leiden om te reageren op stimuleringspatronen.

Tijdafhankelijke toename in het netwerkrespons bij de stimulatie van neuronale celculturen op micro-elektrode arrays

Dit protocol heeft tot doel om aan te tonen hoe te in vitro micro-elektrode-arrays combineren met microfluidic apparaten voor het bestuderen van de actiepotentiaal transmissie in neuronale culturen. Data-analyse, namelijk de opsporing en karakterisering van teeltmateriaal van de actie potentieel, is uitgevoerd met behulp van een nieuwe geavanceerde, nog gebruikersvriendelijk en vrij beschikbaar zijn, computationele gereedschap.

Interfacing Microfluidics met micro-elektrode Arrays voor het bestuderen van de neuronale communicatie- en axonale signaal vermeerdering

Het huidige protocol demonstreert een eenvoudige methode voor het traceren van ventrale tegmentale gebied (VTA) glutamaatprojecties naar de hippocampus. Fotostimulatie van VTA-glutamaatneuronen werd gecombineerd met CA1-opname om aan te tonen hoe VTA-glutamaatterminals ca1-putatieve piramidale vuursnelheid in vivo moduleren.

Gecombineerde In Vivo anatomische en functionele tracing van Ventral Tegmental Area Glutamate Terminals in de Hippocampus

Het gecombineerde gebruik van micro-elektrode array-technologie en 4-aminopyridine-geïnduceerde chemische stimulatie voor het onderzoeken van nociceptieve activiteit op netwerkniveau in de dorsale hoorn van het ruggenmerg wordt geschetst.

Netwerkactiviteit opnemen in spinale nociceptieve circuits met behulp van micro-elektrodearrays

Het protocol beschrijft de methodologie van extracellulaire opname in de motorische cortex (MC) om extracellulaire elektrofysiologische eigenschappen te onthullen bij vrij bewegende bewuste muizen, evenals de gegevensanalyse van lokale veldpotentialen (LFP's) en spikes, wat nuttig is voor het evalueren van de neurale activiteit van het netwerk die ten grondslag ligt aan interessant gedrag.

Meerkanaals extracellulaire opname in vrij bewegende muizen

Op maat gemaakte micro-drives maken het mogelijk om corticale opnameplaatsen op submillimeters te richten met lineaire siliciumarrays.

Elektrofysiologie van laminaire corticale activiteit in het zijdeaapje

Leer SpikeSorter gebruiken voor het detecteren en sorteren van spikes in extracellulaire registraties van neuronaal weefsel. Deze methode vereenvoudigt elektrofysiologische data-analyse voor beginnende en ervaren onderzoekers.

Een visuele gids voor het sorteren van elektrofysiologische registraties met behulp van 'SpikeSorter'

Meer video's verkennen