Een visuele gids voor het sorteren van elektrofysiologische registraties met behulp van 'SpikeSorter'
February 10th, 2017
Het artikel laat zien hoe het programma SpikeSorter te gebruiken om spikes te detecteren en sorteren in extracellulaire opnames gemaakt met multi-elektrode arrays.
Het algemene doel van deze video is om elektrofysiologen te laten zien hoe ze het programma SpikeSorter kunnen gebruiken om spikes te detecteren en sorteren in extracellulaire opnamen van neurale weefsels gemaakt met micro-elektrodearrays. Ons doel was om een eenvoudige oplossing te bieden voor deze taak van spikesortering met behulp van een programma met een gebruiksvriendelijke interface. SpikeSorter kan bestanden in verschillende formaten lezen en biedt een verscheidenheid aan pre-processing en gebeurtenisdetectiestrategieën, naast sortering en gegevensexportopties.
De implicaties van deze techniek strekken zich uit naar de analyse van neurale gedragingen, bestudeerd door extracellulaire opnamen met multi-elektrodearrays. Over het algemeen zullen personen die nieuw zijn in deze methode worstelen vanwege de complexiteit van de taak en het gebrek aan standaardmethodologie en objectieve validatie. We hadden eerst het idee voor deze methode, toen we werden geconfronteerd met het probleem van het sorteren van onze eigen opnamen, gedaan met 54-kanaals multi-elektrodearrays en geen beschikbare oplossing vonden.
Om deze procedure te beginnen, opent u het programma. Ga naar bestand en openen, en selecteer vervolgens het opnamebestandsformaat uit de vervolgkeuzelijst, onderaan rechts van het resulterende open bestandsdialoogvenster. Selecteer vervolgens het bestand en klik op openen.
Klik op OK wanneer het lezen is voltooid. De opnamesignalen worden nu getoond in de spanningsgolfvormweergave. Als de opname ongefilterd is en het lokale veldpotentiaal bevat, verwijdert u deze door op het filterpictogram op de werkbalk te klikken.
Selecteer hoge doorlaat Butterworth-filter, een geschikte snijfrequentie en het aantal polen, en druk vervolgens op Doe het. Druk op OK, vervolgens op klaar, en inspecteer vervolgens de gefilterde golfvorm in de weergave. Spanningssignalen kunnen worden geïnspecteerd door de linkermuisknop ingedrukt te houden en vervolgens te slepen. Gebruik de scrollwiel om in te zoomen op bepaalde functies en weer uit te zoomen.
Hou de muis over specifieke golfvormpuntjes om de overeenkomstige spanningswaarden in de linkerbovenhoek weer te geven. Dubbelklikken op het venster, brengt een dialoogvenster op die ook kan worden gebruikt om elk deel van de opname snel te onderzoeken en om specifieke gebeurtenissen in kanalen of clusters te onderzoeken, nadat gebeurtenisdetectie en sortering zijn voltooid. Controleer vervolgens op kanalen die mogelijk defect zijn en moeten worden gemaskeerd.
Klik op het kanaalcontrole-pictogram en inspecteer de grafiek. Om een buitenliggend kanaal te maskeren, selecteert u het kanaalnummer of selecteert u het uit de probleemlijst. Wanneer u klaar bent, sluit u het dialoogvenster en klikt u op ja bij de prompt, om de maskerwaarden op te slaan.
Gemaskerde kanalen worden grijs weergegeven in de spanningsweergave. Ga in deze procedure naar pre-processing gebeurtenisdetectie om het gebeurtenisdetectie-dialoogvenster te openen. Gebruik de schuifregelaar rechtsboven om het ruisniveau op de specifieke kanalen te inspecteren.
Zorgvuldige inspectie van de spanningsweergave kan ook stille of ongewoon lawaaiige kanalen onthullen die moeten worden gemaskeerd. Kies variabele drempelstelling voor gebeurtenisdetectie. Het aanbevolen bereik van drempels is van 4,0 tot 6,0 keer ruis.
Selecteer 4,5. Kies de dynamische multifasische filterdetectiemethode uit de vervolgkeuzelijst. Stel het venster in op ongeveer de helft van de breedte van een typische spike-golfvorm, met de waarden in het bereik van 0,15 tot 0,5 milliseconden.
Selecteer vervolgens de uitlijnmethode door de optie te kiezen die het beste een enkele, tijdelijk gelokaliseerde functie van de spikes identificeert die worden gesorteerd. Laat andere opties op hun standaardwaarden en druk op Start. Druk op Klaar om het dialoogvenster te verlaten.
Het spanningsgolfvormvenster toont de gedetecteerde gebeurtenissen in grijs op hun toegewezen centrumkanaal. Gebeurtenisdetectieparameters kunnen worden aangepast op basis van de resultaten die op dit punt worden gezien. Bijvoorbeeld, gebeurtenisdetectie kan opnieuw worden uitgevoerd met een lagere detectiedrempel, om meer gebeurtenissen te detecteren.
De volgende stap wordt normaal gesproken niet uitgevoerd vóór routinesortering, maar het is handig om dit te doen bij het sorteren voor de eerste keer, of wanneer onbekende gegevens worden geconfronteerd. Ga naar sorteren, kanalen converteren naar clusters, om een enkele cluster voor elke ongemasekte elektrodekanaal te maken, ervan uitgaande dat aan elk kanaal enkele gebeurtenissen zijn toegewezen. Onderzoek deze clusters door te gaan naar beoordelen, bekijken, schoonmaken en splitsen clusters om een ander dialoogvenster te openen.
Gebruik de spincontrole om de te bekijken cluster te selecteren. Selecteer een cluster dat twee of meer verschillende subclusters heeft, en druk vervolgens op de knop heruitlijnen om de tijd van elke gebeurtenis te wijzigen, zodat deze beter past bij de vorm van de sjabloon. Druk vervolgens op Autosplit om de gebeurtenissen te clusteren op basis van de verdeling van de hoofdcomponenten.
Klik vervolgens op de selectievakjes om de golfvormen in de subclusters te bekijken. Gebruik de schuifcontrole om de bijbehorende golfvormen te bekijken. Als oefening, gebruik een van de kleine splitknoppen om een nieuwe cluster te maken en deze te bekijken.
Merk op hoe de rode cluster nu twee subclusters duidelijker onthult, nadat de groene is afgesplitst. Sorteren zou handmatig op deze manier kunnen worden voortgezet, maar het is bij voorkeur om de snellere Autosort-procedure te gebruiken. Druk op Klaar en ga naar Sorteren, Autosort.
Laat de optie voor het overslaan van gebeurtenisdetectie geselecteerd als gebeurtenisdetectie al is uitgevoerd, zoals hier. Als het niet is gecontroleerd, wordt gebeurtenisdetectie automatisch uitgevoerd, met behulp van parameterwaarden en keuzes die zijn overgenomen uit het gebeurtenisdetectie-dialoogvenster. Selecteer in het clusterpaneel hieronder een tijdsvenster dat groot genoeg is om de volledige spike-golfvorm te bevatten, voorafgaand aan en volgend op het uitlijnpunt.
Selecteer vervolgens een heruitlijningsopt
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Overzicht
Dit artikel demonstreert het gebruik van SpikeSorter, een programma dat is ontworpen voor elektrofysiologen om spikes in extracellulaire opnamen uit zenuwweefsel te detecteren en sorteren. De gebruiksvriendelijke interface en verschillende pre-processing opties maken het toegankelijk voor degenen die nieuw zijn in spike sorting.
Belangrijke Studie Componenten
Wetenschapsgebied
- Elektrofysiologie
- Neurowetenschap
- Gegevensanalyse
Achtergrond
- Spike sorting is een complexe taak waarmee elektrofysiologen vaak worden geconfronteerd.
- Multi-elektrode arrays worden gebruikt om neurale activiteit op te nemen.
- Standaard methodologieën voor spike sorting ontbreken.
- Bestaande oplossingen beantwoorden mogelijk niet aan specifieke behoeften van onderzoekers.
Doel van het Onderzoek
- Om een eenvoudige oplossing voor spike sorting te bieden.
- Om de toegankelijkheid voor personen die nieuw zijn met de methode te verbeteren.
- Om de analyse van neurale gedragingen te vergemakkelijken.
Gebruikte Methoden
- Gebruik van SpikeSorter software.
- Lezen van bestanden in verschillende formaten.
- Implementatie van pre-processing en gebeurtenisdetectie strategieën.
- Sorteren en exporteren van gegevens voor verdere analyse.
Belangrijkste Resultaten
- SpikeSorter detecteert en sorteert spikes effectief uit opnamen.
- Het programma vereenvoudigt het spike sorting proces.
- Gebruikers kunnen gemakkelijk door de interface navigeren.
- Gegevensexportopties verbeteren de mogelijkheden voor verdere analyse.
Conclusies
- SpikeSorter gaat de uitdagingen van spike sorting aan.
- De software is nuttig voor zowel beginnende als ervaren onderzoekers.
- Het draagt bij aan het begrip van neurale gedragingen door verbeterde gegevensanalyse.
Veelgestelde Vragen
Executive Industry Relevance
Reliable spike sorting from multi-electrode array recordings is critical for early-stage neuroscience drug discovery, enabling accurate interpretation of neural activity and circuit function. SpikeSorter provides a standardized, user-friendly workflow for extracting quantitative neural signals, supporting robust target validation and mechanistic de-risking. This capability enhances predictive confidence at key inflection points in neuropharma R&D pipelines.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables objective detection and sorting of extracellular voltage waveforms for functional target interrogation.
- Supports biological de-risking by providing reproducible identification of neural unit activity.
- Facilitates portfolio triage by delivering quantitative spike timing data for hypothesis testing.
Screening & Assay Development
- Prepares validated neural activity datasets for downstream screening and compound evaluation workflows.
- Standardizes event detection and clustering, improving reproducibility and assay comparability.
- Delivers exportable, quantitative spike time outputs for integration into high-content screening platforms.
Translational & Preclinical Research
- Aligns neural activity measurements with disease-relevant models when used in translational neuroscience studies.
- Maintains continuity from early discovery through preclinical validation by supporting consistent data processing.
- Reduces mechanistic ambiguity in neural circuit analysis, informing risk-adjusted advancement decisions.
Pipeline & Workflow Integration
SpikeSorter fits within the discovery-to-preclinical continuum, bridging raw electrophysiological data acquisition and quantitative analytics for lead identification and mechanistic studies.
- Discovery Biology: Provides robust hypothesis testing and pathway clarification through objective spike sorting.
- Screening: Delivers reproducible, quantitative outputs suitable for assay development and compound screening.
- Analytics: Enables statistical comparison of neural activity across experimental conditions and timepoints.
- Translational Research: Supports alignment of neural readouts with disease models when relevant.
- Enterprise Reuse: Offers a reusable, standardized workflow for neural data processing across projects.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in neural target validation.
- Operational Value: Standardizes spike sorting, improving reproducibility and scalability across studies.
- Strategic Value: Enables better go/no-go decisions and capital efficiency by providing reliable neural data.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization and advancement of neuroscience assets.
Implementation Considerations
- Requires expertise in electrophysiology and neural data interpretation.
- Needs compatible multi-electrode array instrumentation and data formats.
- Demands cross-team standardization of event detection and clustering parameters.
- May require adaptation for different neural tissue types or recording conditions.
- Performance is comparable to other current algorithms but depends on data quality and parameter selection.
