Name: Met behulp van neuron spiking activiteit trigger gesloten-lus stimuli in neurofysiologische experimenten (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-11-12T11:00:00.000+00:00
Duration: 5 min 19 s
Description: Leer gesloten-lusstimulatie in neurofysiologische experimenten met ratten. Deze methode maakt real-time neurale activiteitstriggering mogelijk met MATLAB-code voor onderzoek naar causale herseninteracties.

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

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

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 typische operatie zal bestaan uit de volgende stappen.
<ol><li>Breng naar de operatiekamer een kooi met een rat om te worden geïmplanteerd met een siliconen sonde of elektrode array om neuronale activiteit op te nemen.</li>
	<li>Anesthetiseer de knaagdier met 2-2.5% Isofluraan en bevestig het hoofd in een stereotaxic frame. Zorg ervoor dat het dier bewusteloos is tijdens een operatie door een motorische reactie te observeren op milde tactiele stimuli25.</li>
	<li>Breng een oogzalf aan om droogheid tijdens de operatie te minimaliseren.</li>
	<li>Scheer het chirurgische gebied en Desinfecteer de huid met 2% chloorhexidine-oplossing en 70% isopropylalcohol.</li>
	<li>Injecteer lidocaïne (5 mg/kg) onder de hoofdhuid over het hersengebied waar de elektroden zullen worden geïmplanteerd.</li>
	<li>Maak een incisie van de hoofdhuid over het gebied van toekomstig implantaat, en gebruik een scalpel en wattenstaafje om het periosteum van de blootgestelde schedel25te wissen.</li>
	<li>Boor 4-8 gaten in de schedel voor implantatie van anker schroeven (~ 0,5 mm) als structurele ondersteuning voor het implantaat25. Bevestig de schroeven aan de schedel door ze in de gaten te plaatsen en ervoor te zorgen dat ze stevig op hun plaats worden gehouden.</li>
	<li>Boor de craniotomie op de gespecificeerde coördinaten, en inzet de Microdrive/sonde implantaat. Opmerking: het beschreven protocol voor stimulatie met gesloten lus zal werken voor elke hersenregio waarin de elektroden worden ingebracht.</li>
	<li>Bevestig de Microdrive/probe en elke vereiste elektrische interface aansluiting op de schedel met behulp van tandheelkundige acryl. De hoeveelheid tandheelkundige acrylaat moet voldoende zijn om het implantaat stevig te bevestigen, maar het mag niet in contact komen met het omringende zachte weefsel25.</li>
	<li>Na de operatie, nauwlettend toezicht op het dier totdat het voldoende bewustzijn om te handhaven borstbeen ligpositie25heeft herwonnen. Voor de daaropvolgende 3 dagen dien je subcutaan een pijnstiller (bijv. metacam, 1 mg/kg) en een antibioticum toe om infectie te voorkomen (bv. enrofloxacine, 10 mg/kg). Opmerking: dieren worden meestal overgelaten om een week vóór het testen of opnemen te herstellen van een operatie.</li>
</ol>2. software-installatie
Opmerking: dit is getest op Windows 10, 64 bits versie.
<ol><li>Software voor het verzamelen en verwerken van gegevens installeren.<ol>
<li>Installeer het systeem voor gegevensverzameling Cheetah 6,4 (https://neuralynx.com/software/category/sw-acquisition-control), dat bibliotheken bevat om te communiceren met het Cheetah-acquisitie systeem.</li>
		<li>Installeer SpikeSort3D (https://neuralynx.com/software/spikesort-3d) of een andere software die KlustaKwik27 gebruikt voor het sorteren van Spike. De online detectie software maakt gebruik van de cluster definities van de KlustaKwik-engine. Deze software kan op dezelfde computer worden uitgevoerd of kan worden uitgevoerd op afzonderlijke computers die zich op hetzelfde netwerk bevinden.</li>
		<li>Installeer het NetComDevelopmentPackage (https://github.com/leomol/cheetah-interface/blob/master/NetComDevelopmentPackage_v3.1.0), dat ook kan worden gedownload van https://neuralynx.com/software/netcom-development-package.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Installeer MATLAB (https://www.mathworks.com/downloads/; code is getest op MATLAB versie R2018a). Zorg ervoor dat MATLAB is ingeschakeld in de Windows Firewall. Normaalgesproken komt er tijdens de eerste verbinding een pop-up tevoorschijn.<ol>
<li>Meld u aan bij een MATLAB-account. Kies de licentie. Kies de versie. Kies het besturingssysteem.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Download de volgende bibliotheek voor online gebeurtenisactivering van: https://github.com/leomol/cheetah-interface en Extraheer bestanden naar de map ' Documents/MATLAB ' van de computer. Een kopie van de code wordt verstrekt in de begeleidende aanvullende materialen.</li>
</ol>3. initiële gegevensverwerving
<ol><li>Start het verzamelen van gegevens met Cheetah software.</li>
	<li>Neem een paar minuten stekelige gegevens op om sjabloon golfvormen te vullen.</li>
	<li>Stop de gegevensverzameling en voer Spike-sortering uit op de vastgelegde gegevens.<ol>
<li>Open SpikeSort3D, klik op bestand | Menu | Laad het Spike-bestanden selecteer een Spike-bestand uit de map met opgenomen gegevens.</li>
		<li>Klik op het menu cluster en vervolgens auto cluster met behulp van klustakwik, het verlaten van de standaardinstellingen en klik op uitvoeren.</li>
	</ol>
</li>
</ol>4. experiment met gesloten kringloop
<ol><li>Hervat het verzamelen van gegevens in cheetah.</li>
	<li>Open MATLAB.<ol>
<li>Open Closedloop. m en klik op uitvoeren. U ook in het opdrachtvenster van MATLAB ClosedLoop () uitvoeren. Zorg ervoor dat ClosedLoop. m zich op het MATLAB-pad bevindt. Als de gebruiker een aangepaste functie wil gebruiken om op elke trigger te bellen, voert u ClosedLoop ('-callback ', customFunction) uit in plaats daarvan, waarbij customFunction een handle is voor die functie.</li>
		<li>Laad de Spike-informatie die is gedefinieerd op de eerste opname door te klikken op laden, bladeren naar de map opnemen en een van de stekelige-gegevensbestanden (. NTT,. NSE) te selecteren.</li>
		<li>Selecteer een of meerdere neuronen die stimulatie zullen activeren door op het selectievakje onder de getekende golfvormen te klikken.</li>
		<li>Definieer het minimum aantal neuronen dat stimulatie zal activeren door een geheel getal te typen in het tekstvak "min Matches" ; en definieer het tijdvenster waarin pieken die overeenkomen met verschillende golfvormen als co-actief worden beschouwd door een getal in het tekstvak "venster" te typen.</li>
		<li>Klik op verzenden om te starten. Dit zal beginnen online triggering van gebeurtenissen (tonen als standaard) op basis van stekelige activiteit van geselecteerde neuronen.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol><li>Grosenick, L., Marshel, J. H., Deisseroth, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Closed-loop+and+activity-guided+optogenetic+control%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">Closed-loop and activity-guided optogenetic control.</a> Neuron. 86 (1), 106-139 (2015).</li>
<li>Armstrong, C., Krook-Magnuson, E., Oijala, M., Soltesz, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Closed-loop+optogenetic+intervention+in+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Protocols%22%5BJournal%5D)">Closed-loop optogenetic intervention in mice.</a> Nature Protocols. 8 (8), 1475-1493 (2013).</li>
<li>Siegle, J. H., Wilson, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enhancement+of+encoding+and+retrieval+functions+through+theta+phase-specific+manipulation+of+hippocampus%5BTitle%5D)+AND+%22Elife%22%5BJournal%5D)">Enhancement of encoding and retrieval functions through theta phase-specific manipulation of hippocampus.</a> Elife. 3, 03061(2014).</li>
<li>Paz, J. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Closed-loop+optogenetic+control+of+thalamus+as+a+tool+for+interrupting+seizures+after+cortical+injury%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+neuroscience%22%5BJournal%5D)">Closed-loop optogenetic control of thalamus as a tool for interrupting seizures after cortical injury.</a> Nature neuroscience. 16 (1), 64-70 (2013).</li>
<li>Krook-Magnuson, E., Armstrong, C., Oijala, M., Soltesz, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On-demand+optogenetic+control+of+spontaneous+seizures+in+temporal+lobe+epilepsy%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">On-demand optogenetic control of spontaneous seizures in temporal lobe epilepsy.</a> Nature Communications. 4, 1376(2013).</li>
<li>Berényi, A., Belluscio, M., Mao, D., Buzsáki, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Closed-loop+control+of+epilepsy+by+transcranial+electrical+stimulation%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Closed-loop control of epilepsy by transcranial electrical stimulation.</a> Science. 337 (6095), 735-737 (2012).</li>
<li>Peters, T. E., Bhavaraju, N. C., Frei, M. G., Osorio, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Network+system+for+automated+seizure+detection+and+contingent+delivery+of+therapy%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Clinical+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Network system for automated seizure detection and contingent delivery of therapy.</a> Journal of Clinical Neurophysiology. 18 (6), 545-549 (2001).</li>
<li>Fountas, K. N., Smith, J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aFountas%2C+KN+%22Operative+Neuromodulation%22">Operative Neuromodulation</a>. , Springer. 357-362 (2007).</li>
<li>Heck, C. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Two-year+seizure+reduction+in+adults+with+medically+intractable+partial+onset+epilepsy+treated+with+responsive+neurostimulation%3A+final+results+of+the+RNS+System+Pivotal+trial%5BTitle%5D)+AND+%22Epilepsia%22%5BJournal%5D)">Two-year seizure reduction in adults with medically intractable partial onset epilepsy treated with responsive neurostimulation: final results of the RNS System Pivotal trial.</a> Epilepsia. 55 (3), 432-441 (2014).</li>
<li>Osorio, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Automated+seizure+abatement+in+humans+using+electrical+stimulation%5BTitle%5D)+AND+%22Annals+of+Neurology%22%5BJournal%5D)">Automated seizure abatement in humans using electrical stimulation.</a> Annals of Neurology. 57 (2), 258-268 (2005).</li>
<li>Sun, F. T., Morrell, M. J., Wharen, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Responsive+cortical+stimulation+for+the+treatment+of+epilepsy%5BTitle%5D)+AND+%22Neurotherapeutics%22%5BJournal%5D)">Responsive cortical stimulation for the treatment of epilepsy.</a> Neurotherapeutics. 5 (1), 68-74 (2008).</li>
<li>Fountas, K. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Implantation+of+a+closed-loop+stimulation+in+the+management+of+medically+refractory+focal+epilepsy%5BTitle%5D)+AND+%22Stereotactic+and+Functional+Neurosurgery%22%5BJournal%5D)">Implantation of a closed-loop stimulation in the management of medically refractory focal epilepsy.</a> Stereotactic and Functional Neurosurgery. 83 (4), 153-158 (2005).</li>
<li>Abbott, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neuroprosthetics%3A+In+search+of+the+sixth+sense%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Neuroprosthetics: In search of the sixth sense.</a> Nature. 442, (2006).</li>
<li>Venkatraman, S., Elkabany, K., Long, J. D., Yao, Y., Carmena, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+system+for+neural+recording+and+closed-loop+intracortical+microstimulation+in+awake+rodents%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Transactions+on+Biomedical+Engineering%22%5BJournal%5D)">A system for neural recording and closed-loop intracortical microstimulation in awake rodents.</a> IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 56 (1), 15-22 (2009).</li>
<li>Nguyen, T. K. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Closed-loop+optical+neural+stimulation+based+on+a+32-channel+low-noise+recording+system+with+online+spike+sorting%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neural+Engineering%22%5BJournal%5D)">Closed-loop optical neural stimulation based on a 32-channel low-noise recording system with online spike sorting.</a> Journal of Neural Engineering. 11 (4), 046005(2014).</li>
<li>Laxpati, N. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Real-time+in+vivo+optogenetic+neuromodulation+and+multielectrode+electrophysiologic+recording+with+NeuroRighter%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Neuroengineering%22%5BJournal%5D)">Real-time in vivo optogenetic neuromodulation and multielectrode electrophysiologic recording with NeuroRighter.</a> Frontiers in Neuroengineering. 7, 40(2014).</li>
<li>Su, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+wireless+32-channel+implantable+bidirectional+brain+machine+interface%5BTitle%5D)+AND+%22Sensors%22%5BJournal%5D)">A wireless 32-channel implantable bidirectional brain machine interface.</a> Sensors. 16 (10), 1582(2016).</li>
<li>Ciliberti, D., Kloosterman, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Falcon%3A+a+highly+flexible+open-source+software+for+closed-loop+neuroscience%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neural+Engineering%22%5BJournal%5D)">Falcon: a highly flexible open-source software for closed-loop neuroscience.</a> Journal of Neural Engineering. 14 (4), 045004(2017).</li>
<li>Luczak, A., Bartho, P., Harris, K. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Gating+of+sensory+input+by+spontaneous+cortical+activity%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Gating of sensory input by spontaneous cortical activity.</a> The Journal of Neuroscience. 33 (4), 1684-1695 (2013).</li>
<li>Luczak, A., Barthó, P., Harris, K. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spontaneous+events+outline+the+realm+of+possible+sensory+responses+in+neocortical+populations%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">Spontaneous events outline the realm of possible sensory responses in neocortical populations.</a> Neuron. 62 (3), 413-425 (2009).</li>
<li>Schjetnan, A. G., 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+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">Recording Large-scale Neuronal Ensembles with Silicon Probes in the Anesthetized Rat.</a> Journal of Visualized Experiments. (56), (2011).</li>
<li>Bermudez Contreras, E. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Formation+and+reverberation+of+sequential+neural+activity+patterns+evoked+by+sensory+stimulation+are+enhanced+during+cortical+desynchronization%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">Formation and reverberation of sequential neural activity patterns evoked by sensory stimulation are enhanced during cortical desynchronization.</a> Neuron. 79 (3), 555-566 (2013).</li>
<li>Girardeau, G., Benchenane, K., Wiener, S. I., Buzsáki, G., Zugaro, M. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Selective+suppression+of+hippocampal+ripples+impairs+spatial+memory%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Selective suppression of hippocampal ripples impairs spatial memory.</a> Nature Neuroscience. 12 (10), 1222-1223 (2009).</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+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">Recording large-scale neuronal ensembles with silicon probes in the anesthetized rat.</a> Journal of Visualized Experiments. (56), (2011).</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+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">Large-scale recording of neurons by movable silicon probes in behaving rodents.</a> Journal of Visualized Experiments. (61), e3568(2012).</li>
<li>Sariev, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Implantation+of+Chronic+Silicon+Probes+and+Recording+of+Hippocampal+Place+Cells+in+an+Enriched+Treadmill+Apparatus%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">Implantation of Chronic Silicon Probes and Recording of Hippocampal Place Cells in an Enriched Treadmill Apparatus.</a> Journal of Visualized Experiments. (128), e56438(2017).</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+%22Journal+of+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Accuracy of tetrode spike separation as determined by simultaneous intracellular and extracellular measurements.</a> Journal of Neurophysiology. 84 (1), 401-414 (2000).</li>
<li>Jiang, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((TaiNi%3A+Maximizing+research+output+whilst+improving+animals%27+welfare+in+neurophysiology+experiments%5BTitle%5D)+AND+%22Scientific+Reports%22%5BJournal%5D)">TaiNi: Maximizing research output whilst improving animals' welfare in neurophysiology experiments.</a> Scientific Reports. 7 (1), 8086(2017).</li>
<li>Gao, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+cortico-cerebellar+loop+for+motor+planning%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">A cortico-cerebellar loop for motor planning.</a> Nature. 563 (7729), 113(2018).</li>
<li>Neumann, A. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Involvement+of+fast-spiking+cells+in+ictal+sequences+during+spontaneous+seizures+in+rats+with+chronic+temporal+lobe+epilepsy%5BTitle%5D)+AND+%22Brain%22%5BJournal%5D)">Involvement of fast-spiking cells in ictal sequences during spontaneous seizures in rats with chronic temporal lobe epilepsy.</a> Brain. 140 (9), 2355-2369 (2017).</li>
<li>Gothard, K. M., Skaggs, W. E., Moore, K. M., McNaughton, B. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Binding+of+hippocampal+CA1+neural+activity+to+multiple+reference+frames+in+a+landmark-based+navigation+task%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Binding of hippocampal CA1 neural activity to multiple reference frames in a landmark-based navigation task.</a> Journal of Neuroscience. 16 (2), 823-835 (1996).</li>
<li>McNaughton, B. L. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aMcNaughton%2C+BL+%22Google+Patents%22">Google Patents</a>. , (1999).</li>
<li>Wilber, A. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cortical+connectivity+maps+reveal+anatomically+distinct+areas+in+the+parietal+cortex+of+the+rat%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Neural+Circuits%22%5BJournal%5D)">Cortical connectivity maps reveal anatomically distinct areas in the parietal cortex of the rat.</a> Frontiers in Neural Circuits. 8, 146(2015).</li>
<li>Mashhoori, A., Hashemnia, S., McNaughton, B. L., Euston, D. R., Gruber, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rat+anterior+cingulate+cortex+recalls+features+of+remote+reward+locations+after+disfavoured+reinforcements%5BTitle%5D)+AND+%22Elife%22%5BJournal%5D)">Rat anterior cingulate cortex recalls features of remote reward locations after disfavoured reinforcements.</a> Elife. 7, 29793(2018).</li>
<li>Luczak, A., McNaughton, B. L., Harris, K. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Packet-based+communication+in+the+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Reviews+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Packet-based communication in the cortex.</a> Nature Reviews Neuroscience. , (2015).</li>
<li>Luczak, A. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aLuczak%2C+A+%22Analysis+and+Modeling+of+Coordinated+Multi-neuronal+Activity%22">Analysis and Modeling of Coordinated Multi-neuronal Activity</a>. , Springer. 163-182 (2015).</li>
</ol>

Auteurs hebben geen belangenconflict met betrekking tot dit werk.

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...

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 lus1,2wordtgesloten. 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 kunnen targeten. Zo gebruikten Siegle en Wilson closed-loop manipulaties om de rol van theta-oscillaties in informatieverwerking3te bestuderen. Ze toonden aan dat het stimuleren van hippocampal neuronen op de dalende fase van theta-oscillaties verschillende effecten had op het gedrag dan het toepassen van dezelfde stimulatie op de stijgende fase. Ook in preklinische studies worden closed-loop experimenten steeds belangrijker. Bijvoorbeeld, meerdere epilepsie studies hebben aangetoond dat neuronale stimulatie geactiveerd op het begin van een aanval een effectieve benadering is om de ernst van de aanvallen4,5,6te verminderen. Bovendienvertoonden systemen voor automatische epileptische detectie en de voorwaardelijke afgifte van therapie0,7significante voordelen bij epilepsiepatiënten9,10,11,12. Een ander toepassingsgebied met snelle vooruitgang van gesloten-lus methodologieën is de controle van neuro protheses met corticale hersenen – machine-interfaces. Dit is omdat het verstrekken van onmiddellijke feedback aan gebruikers van prothetische apparaten de nauwkeurigheid en capaciteit13aanzienlijk verbetert.
In de afgelopen jaren, verschillende laboratoria hebben aangepaste systemen ontwikkeld voor de gelijktijdige elektrische registratie van neuronale activiteit en levering van stimuli in een gesloten-lus systeem14,15,16,17,18. Hoewel veel van deze opstellingen indrukwekkende kenmerken hebben, is het niet altijd gemakkelijk om ze in andere laboratoria te implementeren. Dit komt doordat de systemen vaak ervaren technici vragen om de vereiste elektronica en andere noodzakelijke hardware-en softwarecomponenten in elkaar te zetten.
Daarom, om de aanneming van closed-loop experimenten in neurowetenschappelijk onderzoek te vergemakkelijken, biedt dit papier een protocol en MATLAB-code om een open-loop elektrofysiologische opname-instelling19,20,21,22 om te zetten in een gesloten-loop systeem2,6,23. Dit protocol is ontworpen om te werken met de digitale lynx Recording Hardware, een populaire laboratoriumsysteem voor neuronale bevolkings opnames. Een typisch experiment bestaat uit de volgende: 1) het opnemen van 5-20 minuten van het stekelige van gegevens; 2) Spike sortering om neuronale templates te maken; 3) met behulp van deze templates om online detectie van neurale activiteit patronen uit te voeren; en 4) triggering stimulatie of experimentele gebeurtenissen wanneer door de gebruiker opgegeven patronen worden gedetecteerd.

```html
<table><tbody><tr><td>Baytril</td><td>Bayer, Mississauga, CA</td><td>DIN 02169428</td><td>antibioticum; 50 mg/mL</td></tr><tr><td>Cheetah 6.4</td><td>NeuraLynx, Tucson, AZ</td><td>6.4.0.beta</td><td>Software interfaces voor data acquisitie&nbsp;</td></tr><tr><td>Digital Lynx 4SX</td><td>NeuraLynx, Tucson, AZ</td><td>4SX</td><td>opnameapparatuur</td></tr><tr><td>Headstage transmitter</td><td>TBSI</td><td>B10-3163-GK</td><td>draagt het neurale signaal over naar de ontvanger</td></tr><tr><td>Isofluraan</td><td>Fresenius Kabi, Toronto, CA</td><td>DIN 02237518</td><td>inhalatieanestheticum</td></tr><tr><td>Jet Denture Powder & Liquid</td><td>Lang Dental, Wheeling, US</td><td>1230</td><td>tandheelkundig acryl</td></tr><tr><td>Lacri-Lube</td><td>Allergan, Markham, CA</td><td>DIN 00210889</td><td>oogzalf</td></tr><tr><td>Lido-2</td><td>Rafter 8, Calgary</td><td>DIN 00654639</td><td>lokaal verdovingsmiddel; 20 mg/mL</td></tr><tr><td>Matlab</td><td>Mathworks</td><td>R2018b</td><td>software voor signaalverwerking en het activeren van externe gebeurtenissen</td></tr><tr><td>Metacam</td><td>Boehringer, Ingelheim, DE</td><td>DIN 02240463</td><td>pijnstiller; 5 mg/mL</td></tr><tr><td>Netcom</td><td>NeuraLynx</td><td>v1</td><td>Application Programming Interface (API) die communiceert met Cheetah</td></tr><tr><td>Silicone probe</td><td>Cambridge Neurotech</td><td>ASSY-156-DBC2</td><td>geïmplanteerd apparaat</td></tr><tr><td>SpikeSort 3D&nbsp;</td><td>NeuraLynx, Tucson, AZ</td><td>SS3D</td><td>spike-golfvorm-naar-cel classificatie tools</td></tr><tr><td>Wireless Radio Receiver</td><td>TBSI</td><td>911-1062-00</td><td>draagt het neurale signaal over naar de Digital Lynx</td></tr></tbody></table>
```

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

Using Neuron Spiking Activity to Trigger Closed-Loop Stimuli in Neurophysiological Experiments

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.

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...

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.

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

Closed-loop neurophysiological systems use patterns of neuronal activity to trigger stimuli, which in turn affect brain activity. Such closed-loop systems ...

Dit standaard neurofysiologische opnamesysteem kan worden gebruikt om een closed-loop stimulatie uit te voeren die nuttig is voor het bestuderen van causale interacties in de hersenen. Dit protocol maakt het mogelijk neurowetenschappers met slechts beperkte expertise in de informatica om snel een verscheidenheid van closed-loop experimenten met weinig kosten uit te voeren. Closed-loop experimenten zijn steeds belangrijker voor de fundamentele wetenschap en onderzoek.Bijvoorbeeld, meerdere epilepsie studies hebben aangetoond dat neuron stimulatie trigger bij het begin van de aanval is een effectieve aanpak om de ernst van aanvallen te verminderen. Om de adoptie van kringloopexperimenten in neurowetenschappelijk onderzoek te vergemakkelijken, biedt dit protocol MATLAB-code om een open-loop elektrofysiologisch opnamesysteem om te zetten in een gesloten-lussysteem. Deze implementatie van closed-loop stimulatie wordt aangetoond in een wakkere rat.Als u het Cheetah 6.4 Data Acquisition System wilt installeren, opent u de webpagina voor de software met bibliotheken om te communiceren met het Cheetah-aankoopsysteem en installeert u SpikeSort-3D. Installeer het NetCom Development Package. Log in op een MATLAB-account om de juiste licentie, versie en besturingssysteem te selecteren.Download vervolgens de bibliotheek voor het activeren van een online evenement zoals aangegeven en haal de bestanden uit naar de MATLAB-map documenten. Open voor gegevensverwerving de Cheetah-software en neem spiking-gegevens op om de sjabloongolfvormen te vullen. Na een paar minuten stopt u de gegevensverwerving en voert u een SpikeSort uit op de opgenomen gegevens.Open vervolgens SpikeSort3-D en klik op het menu Bestand en laad spike-bestand Om een spike-bestand uit de map met de opgenomen gegevens te selecteren. Klik vervolgens op het clustermenu, autocluster met KlustaKwik en voer deze uit. Als u een kringloopexperiment wilt uitvoeren, hervat u de gegevensverwerving in Cheetah en opent u MATLAB.Open ClosedLoop. M en klik op uitvoeren. U ook gesloten lus uitvoeren in het opdrachtvenster.Blader naar de opnamemap en selecteer een van de spiking-gegevensbestanden om de piekinformatie te laden die in de eerste opname is gedefinieerd. Klik op de juiste selectievakjes onder de uitgezet golfvormen om een of meerdere neuronen te selecteren die stimulatie zullen activeren. Definieer het minimumaantal neuronen dat stimulatie zal activeren door een geheel getal in het tekstvak min-overeenkomsten in te voeren en definieer het tijdvenster waarin de pieken die overeenkomen met de verschillende golfvormen als coactief worden beschouwd door een getal in het tekstvak van het venster in te voeren.Klik vervolgens op verzenden om te beginnen met het online activeren van gebeurtenissen op basis van de stekelactiviteit van de geselecteerde neuronen. In dit representatieve experiment rustte de rat op een bloempot die tijdens pauzes in de gedragsexperimenten een vertrouwde rustplaats was. Hier kan een representatieve gelijktijdige werking van de opnamesoftware en het MATLAB-programma worden waargenomen die in realtime verworven spikegolfvormen weergeeft.Wanneer pieken van vooraf gedefinieerde triggeringclusters worden gedetecteerd, worden de golfvormen weergegeven met een opvallende streepjeslijn in het MATLAB-cijfervenster dat een toon activeert en een gesloten-lussysteem biedt. In deze figuur wordt een representatief histogram weergegeven dat de vertragingen illustreert tussen het genereren van een kunstmatige piek en het tijdstip van het opwekken van een geactiveerd signaal. Na het voorbereiden van een dier en het installeren van de software, bestaat het closed-loop experiment uit twee hoofdfasen, de initiële gegevensverwerving en de closed-loop stimulatie waarbij spikes externe stimuli activeren.Dit protocol maakt het ook mogelijk de behandeling van een stimuli op basis van de activiteit van meerdere neuronen die belangrijk is voor het aanpakken van vragen over informatieverwerking in de hersenen. De voordelen van deze MATLAB-oplossing zijn de lage kosten en flexibiliteit bij het definiëren van de activiteitspatronen om stimuli te activeren die kunnen helpen bij het onderzoeken van een verscheidenheid aan neurowetenschappelijke vragen.

using-neuron-spiking-activity-to-trigger-closed-loop-stimuli

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Neurowetenschap

We maken gebruik van een closed-loop fly-machine-interface aan algemene principes te onderzoeken in neuronale controle.

Een experimenteel platform op de Closed-loop prestaties van Brain-machine-interfaces Study

Volwassen geboren neuronen die ChR2 kunnen worden gemanipuleerd in slice elektrofysiologische voorbereidingen om hun bijdrage aan de functie van olfactorische neurale circuits te onderzoeken.

Met behulp van betaalbare LED-arrays voor Photo-stimulatie van neuronen

Inzicht in de functie van de gewervelde centrale zenuwstelsel heeft opnames van vele neuronen omdat corticale functie ontstaat op het niveau van populaties van neuronen. Hier hebben we een optische methode om suprathreshold neurale activiteit op te nemen met single-cell en single-spike resolutie te beschrijven, dithered random-access scanning. Deze methode neemt somatische fluorescentie calcium signalen van tot 100 neuronen met een hoge temporele resolutie. Een maximum-likelihood-algoritme...

Optische registratie van suprathreshold neurale activiteit met single-cell en single-spike resolutie

This video demonstrates the operation of closed-loop stimulation in a rat with a surgically implanted device to record neural activity. Neuronal signals are first recorded and analyzed. Template waveforms are then uploaded, and parameters are defined to trigger closed-loop stimulation.

Triggering a Closed-Loop Stimulation by Neuron Spiking Activity

De recente ontwikkeling van de neurowetenschappen tools die genetica en optica combineren, aangeduid als "optogenetics", stelt de controle over neurale circuit activiteit met een ongekend niveau van ruimtelijke en temporele resolutie. Hier bieden wij een protocol voor de integratie in vivo opnemen met optogenetic manipulatie van genetisch gedefinieerde subsets van de prefrontale cortex en subicular piramidale neuronen.

Een methode voor High Fidelity optogenetic controle van individuele piramidale neuronen<em&gt; In vivo</em

Om de complexe overgang van locale veldpotentialen (LFP's) toe te lichten om een ​​geschikte stimulator spikes voor lichte mechanische perifere stimuli werd gebouwd. Als een applicatie, werden de stekelige activiteiten opgenomen van somatosensorische cortex geanalyseerd door een multi-objective optimalisatie strategie. De resultaten toonden aan dat de voorgestelde stimulator kon tactiele stimuli leveren met milliseconde en millimeter precisie.

Een eenvoudige Stimulerende Inrichting voor Roepen Point-achtige Tactile Stimuli: Een Zoeklicht voor LFP te Transitions Spike

Gesloten-lus protocollen worden steeds gebruikelijker in de moderne elektrofysiologie. We presenteren een eenvoudige, veelzijdige en goedkope manier om complexe elektrofysiologische protocollen uit te voeren in corticale piramidale neuronen in vitro, met behulp van een desktopcomputer en een digitale acquisitiekaart.

Real-time Electrofysiologie: Met behulp van Closed-loop protocollen bij Probe Neuronale Dynamics and Beyond

In dit artikel wordt een experimenteel kader gepresenteerd om gesloten-lusexperimenten uit te voeren, waarin informatieverwerking (d.w.z., codering en decodering) en het leren van neuronale assemblages worden bestudeerd tijdens de continue interactie met een robotachtig lichaam.

Closed-loop Neuro-robot Experimenten om Test computationele eigenschappen van neuronale netwerken

Deze procedure voert langdurige in vivo intracellulaire recordings uit één neuronen in fysiologisch relevante cerebrale staten en na volledige afschaffing van lopende elektrische activiteiten, waardoor een isoelektrisch hersentoestand. De fysiologische constanten van het dier worden zorgvuldig gecontroleerd tijdens de overgang naar de kunstmatige comateuze toestand.

Inductie van een iso-elektrisch Brain staat om de impact van endogene synaptische activiteit op neuronale Exciteerbaarheid Onderzoek<em&gt; In Vivo</em

We presenteren methoden voor de constructie van elektroden om gelijktijdig extracellulaire neurale activiteit op te nemen en meerdere neuroactieve stoffen in de buurt van de opnameplaatsen bij wakkere muizen vrij te geven. Deze techniek maakt de gedetailleerde analyse van veronderstelde lokale synaptische input naar de belangrijke neuron mogelijk.

Extracellulaire van neuronale activiteit Gecombineerd met Microiontophoretic Toepassing van neuroactive stoffen in Awake Muizen

We presenteren een methode voor de flexibele chemische en multimodale stimulatie en registratie van gelijktijdige neurale activiteit van veel Caenorhabditis elegans-wormen . Deze methode maakt gebruik van microfluïdica, open-source hardware en software en gecontroleerde geautomatiseerde gegevensanalyse om de meting van neuronale verschijnselen zoals aanpassing, temporele remming en stimulusoverspraak mogelijk te maken.

Geautomatiseerde multimodale stimulatie en gelijktijdige neuronale opname van meerdere kleine organismen

Leer gesloten-lusstimulatie in neurofysiologische experimenten met ratten. Deze methode maakt real-time neurale activiteitstriggering mogelijk met MATLAB-code voor onderzoek naar causale herseninteracties.

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

Meer video's verkennen