Badanie przetwarzania w lokalnych sieciach za pomocą rejestracji z zastosowaniem wielokontaktowych elektrod laminarnych

Podsumowanie

Fundamentalnym problemem w naszym rozumieniu obwodów korowych jest sposób, w jaki sieci w różnych warstwach kory kodują informacje sensoryczne. W niniejszej pracy opisujemy techniki elektrofizjologiczne z wykorzystaniem wielokontaktowych elektrod laminarnych do rejestracji pojedynczych jednostek oraz potencjałów polowych (LFP) i przedstawiamy analizy służące do identyfikacji warstw kory.

Streszczenie

Warstwy korowe są powszechnymi strukturami w całym neokorze^1-4, które składają się z silnie rekurencyjnych sieci lokalnych. W ostatnich latach dokonano znaczącego postępu w zrozumieniu różnic w właściwościach odpowiedzi neuronów w różnych warstwach korowych^5-8, jednak wciąż wiele pozostaje do odkrycia w kwestii tego, czy i w jaki sposób populacje neuronów kodują informacje w sposób specyficzny dla danej warstwy.

Istniejące techniki macierzy wieloelektrodowych, choć dostarczają cennych informacji przy pomiarze odpowiedzi w obszarze wielu milimetrów przestrzeni kory wzdłuż jej powierzchni, nie nadają się do badania kwestii lamelarnych obwodów korowych. Przedstawiamy tutaj naszą metodę konfiguracji i rejestracji pojedynczych neuronów oraz potencjałów polowych (LFPs) w warstwach kory pierwotnej kory wzrokowej (V1) z wykorzystaniem wielostykowych elektrod lamelarnych (Rysunek 1; Plextrode U-Probe, Plexon Inc).

Wykazane metody obejmują konstrukcję urządzenia rejestrującego, identyfikację warstw kory oraz identyfikację pól recepcyjnych poszczególnych neuronów. Aby zidentyfikować warstwy kory, mierzymy potencjały wywołane (ERPs) w szeregach czasowych LFP, stosując pełnopolowe bodźce błyskowe. Następnie przeprowadzamy analizę gęstości źródła prądu (CSD), aby zidentyfikować inwersję polaryzacji towarzyszącą konfiguracji zlewo-źródła (sink-source) u podstawy warstwy 4 (zlewo znajduje się wewnątrz warstwy 4, zwanej dalej warstwą ziarnistą^9-12). Gęstość źródła prądu jest użyteczna, ponieważ dostarcza wskaźnika lokalizacji, kierunku i gęstości przepływu prądu przez błony komórkowe, co pozwala nam na precyzyjne rozmieszczenie elektrod w celu rejestracji sygnałów ze wszystkich warstw podczas jednej penetracji^{6, 11, 12}.

Protokół

1. Konstrukcja mikronapędu NAN

U-Probe stosujemy w połączeniu z systemem napędu elektrod NAN. Budowa tego systemu zajmuje od 2 do 3 godzin, jednak po złożeniu jest on bardzo łatwy do modyfikacji. Rozpoczynamy od montażu wieży NAN, która składa się z podstawy 4-kanałowej (Rysunek 2a), komory NAN (Rysunek 2b), siatki z oczkami 1 mm (Rysunek 2c), 1-4 śrubowych mikronapędów (Rysunek 2d), 1-4 rurek prowadzących (Rysunek 2e, średnica 500 μm, przycięte do długości około 5-7 cm) oraz 1-4 wież mikronapędów (Rysunek 2f). Dla uproszczenia opiszemy procedurę budowy systemu NAN z jedną wieżą i jedną sondą U-Probe. Po przeszkoleniu procedura ta zajmuje zazwyczaj 2-3 godziny, pod warunkiem dostępności wszystkich materiałów.

1. Aby skonstruować zespół napędowy elektrod NAN, należy najpierw przygotować wszystkie niezbędne narzędzia i elementy (np. rurki prowadzące, drut prowadzący, kompletny zestaw dremil, narzędzia i części NAN oraz sondę U-probe). Odmierz rurki prowadzące tak, aby po zamocowaniu do urządzenia rejestrującego były wystarczająco długie, by spoczywać na oponie twardej, nie uszkadzając jej.
2. Aby skonstruować zespół napędowy elektrod NAN, zmierz najpierw głębokość komory rejestracyjnej. Następnie utnij rurki prowadzące na zmierzoną długość około 5-7 cm. Podczas cięcia rurek prowadzących należy upewnić się, że do wnętrza rurki nie dostały się żadne opiłki metalu. Użyj sztywnego drutu o średnicy mniejszej niż średnica wewnętrzna rurki prowadzącej, aby usunąć wszelkie opiłki metalu z wnętrza rurki.
3. Następnie umieść siatkę NAN w podstawie NAN. Dokręć śrubę zaciskową i śrubę siatki. Po zabezpieczeniu podstawy i siatki określ interesujący obszar rejestracji i wprowadź rurkę prowadzącą przez dno siatki NAN.
4. Przesuń rurkę prowadzącą przez siatkę, aż znajdzie się ona około 1-2 mm poza komorą NAN. Gdy rurka prowadząca znajdzie się w pożądanej pozycji, rozpocznij montaż wieży mikronapędu NAN.
5. W każdej wieży mikronapędu NAN znajdują się dwa zaciski – silnik napędza zacisk górny, natomiast zacisk dolny może być albo unieruchomiony, albo luźny. Przymocuj zacisk górny do rurki wzmacniającej sondy U-Probe. Przymocuj zacisk dolny do rurki prowadzącej i nałóż niewielką ilość superkleju, aby unieruchomić rurkę prowadzącą na miejscu. System ten jest bardziej stabilny i precyzyjny dzięki dwóm zaciskom przymocowanym do rurki wzmacniającej sondy U-Probe.
6. Ostrozną dopasuj końcówkę sondy U-Probe do górnej części rurki prowadzącej i wprowadź sondę U-Probe przez rurkę prowadzącą, aż będziesz w stanie przymocować wieżę do podstawy NAN. Dostosuj pozycję wieży za pomocą śruby rzymskiej, tak aby nie powstawało dodatkowe napięcie na sondzie U-Probe lub rurce prowadzącej.

2. Sterylizacja sondy U-Probe

Elektrodę laminarną lub Plextrode U-Probe zakupiono w firmie Plexon Inc., a jej cena wynosi około 2000-4000 $. Cena zależy od trzech głównych aspektów: liczby punktów styku, konfiguracji punktów oraz średnicy każdego z nich. Obecnie korzystamy z wersji 16-kanałowej o konfiguracji liniowej i średnicy styku 25 μm. Co ważne, grubość U-Probe jest bezpośrednio powiązana ze średnicą styku. W naszych eksperymentach zawsze stosowaliśmy styki o średnicy 25 μm, co odpowiada grubości 360 μm. Aktualny koszt modelu w naszej wersji wynosi około 3500 $. U-Probe jest dostarczany w etui na elektrody wraz z zworkami i przewodem uziemiającym, a czas oczekiwania od zakupu do dostawy wynosi około 4-6 tygodni.

1. Umieść system NAN na podstawie cylindrycznej i podłącz kable silnika do odpowiednich wież. W przypadku użycia wielu wież zastosowano kolorowe opaski zaciskowe, aby ułatwić rozróżnienie kabli silników i wież.
2. Używając programu oprogramowania NAN, rozpocznij wysuwanie sondy U-Probe, ustawiając pozycję docelową, która automatycznie przesunie sondę U-Probe w to miejsce, lub klikając „Down” w interfejsie oprogramowania NAN. Wysuń sondę U-Probe tak, aby co najmniej 10 mm końcówki znajdowało się w rurce prowadzącej za końcem komory NAN.
3. Aby wysterylizować sondę U-Probe, umieść ją w roztworze MetriCide Activated Dialdehyde na 20-30 minut przed przymocowaniem podstawy NAN do wszczepionej komory rejestrującej. Następnie wypłucz sondę U-Probe i podstawę NAN sterylną wodą.
4. Wyzeruj pozycje w oprogramowaniu NAN, cofając sondę U-Probe tak, aby końcówka znajdowała się tuż wewnątrz rurki prowadzącej. W oprogramowaniu NAN kliknij opcję zerowania wszystkich pozycji.
5. Przymocuj podstawę NAN do wszczepionej komory rejestrującej i dokręć wszystkie cztery śruby. Następnie wyrównaj podstawę zgodnie z pinem znajdującym się z boku komory rejestrującej. Dokręć wszystkie cztery śruby i upewnij się, że podstawa NAN jest bezpiecznie przymocowana do komory rejestrującej.

3. Przesuwanie sondy U-Probe w celu rozpoczęcia rejestracji

Biorąc pod uwagę, że wytrzymałość i grubość opony twardej są bardzo zróżnicowane pomiędzy osobnikami, wdrożyliśmy ogólną procedurę wprowadzania sondy U-Probe przy użyciu systemu mikronapędu NAN. Co istotne, każda sonda U-Probe jest dostarczana z szczegółową analizą impedancji każdego kontaktu oraz całkowitym zakresem dla danej sondy U-Probe. Użyliśmy elektrod, których impedancje kontaktów mieściły się w zakresie 0,3-0,5 MΩ. Obecnie w sprzedaży dostępny jest tester impedancji firmy Plexon, jednak niestety w czasie naszych pomiarów urządzenie to nie było dostępne. W rezultacie nie byliśmy w stanie przeprowadzić szczegółowej analizy impedancji.

1. Sonda U-Probe pozostaje w pozycji swobodnej (posiada jeden zworkowy przewód przymocowany do dolnych złączy). Przedwzmacniacze są zamocowane do złącza sondy U-Probe, a kable wzmacniacza są podłączone i uziemione.
2. Wstępne wprowadzenie sondy na głębokość około 1-2 mm powinno być szybkie i zdecydowane. Należy ustawić parametr prędkości w zakresie 0,1 - 0,2 mm/sec oraz krok głębokości na 0,2 - 0,3 mm. Wartości te zapewnią, że sonda U-Probe przebije oponę twardą w sposób czysty, co stanowi istotny pierwszy krok w procesie rejestracji.
3. Po przebiciu opony twardej należy zmniejszyć prędkość do 0,050 - 0,1 mm/sec i zredukować krok głębokości do 0,05 - 0,1 mm. Celem jest wprowadzanie sondy U-Probe tak płynnie i powoli, jak to możliwe, aby nie uszkodzić tkanki. Jednym z wskaźników wprowadzenia sondy do mózgu jest zmiana amplitudy LFP połączona z obniżeniem poziomu szumów (Tekst na ekranie: lokalny potencjał polowy).
4. Aby zweryfikować, czy elektroda obejmuje wszystkie warstwy kory, należy zmierzyć zmianę amplitudy w odpowiedzi na bodziec w postaci pełnopolowego błysku białego światła. Zmiany amplitudy LFP w czasie stanowią podstawę analizy potencjałów wywołanych. Analiza ta umożliwia identyfikację warstw kory.

4. Identyfikacja i weryfikacja warstw kory

Wdrożyliśmy procedurę identyfikacji warstw kory mózgu z wykorzystaniem paradygmatu potencjałów wywołanych (ERP) oraz analizy gęstości źródeł prądu (CSD). Oparliśmy się na analizie CSD, ponieważ dostarcza ona wskaźnika lokalizacji, kierunku i gęstości przepływu prądu przez błony komórkowe, co pozwala nam na precyzyjne rozmieszczenie elektrod w celu rejestracji sygnałów ze wszystkich warstw podczas jednej penetracji. W rzeczywistości Charles Schroeder i współpracownicy połączyli wcześniej rejestrację laminarną, mikrolesję i rekonstrukcję histologiczną, aby potwierdzić skuteczność metody ERP/CSD w funkcjonalnej identyfikacji warstw kory w V1^9-12. Do identyfikacji głębokości kory stosowano również inne metody wykorzystujące oscylacje generowane spontanicznie, takie jak wrzeciona korowe oraz stany up/down^13-15.

Do tej analizy wykorzystujemy zestaw narzędzi iCSD dla programu MATLAB, który oblicza CSD na podstawie drugiej pochodnej przestrzennej szeregów czasowych LFP zarejestrowanych przez równomiernie rozmieszczone kontakty sondy U-Probe (http://software.incf.org/software/csdplotter/home)^9,10,16,17.

1. Aby zidentyfikować warstwy kory, zmierz potencjał odpowiedzi wywołanej podczas zadania pasywnej fiksacji, eksponując badanego na pełnoekranowy czarny ekran, który błyska na biało przez 100 ms, a następnie powraca do czerni. Ta sekwencja stanowi 1 próbę, która jest powtarzana 200 razy.
2. Procesor akwizycji wielokanałowej Plexon zapisuje wszystkie ciągłe sygnały danych bezpośrednio na komputerze rejestrującym za pomocą karty PCI National Instruments. Po zapisaniu danych rozpocznij przetwarzanie sygnałów w celu analizy gęstości źródła prądu.
3. Użyj oprogramowania korekcyjnego FPAlign dostarczonego przez Plexon, aby skorygować opóźnienia czasowe w sygnałach LFP wywołane przez filtry w stopkach głowicowych i płytach przedwzmacniających.
4. Na tym etapie dane są przesyłane do programu MATLAB za pomocą Neuroexplorer. Każdy kanał LFP jest filtrowany przy użyciu standardowych filtrów górno- i dolnoprzepustowych z częstotliwościami odcięcia 0,5 Hz i 100 Hz. Po przefiltrowaniu każdego kontaktu elektrody zidentyfikuj każdą próbę i oblicz średnią z prób, aby uzyskać średnią szeregi czasowe LFP dla każdego kontaktu elektrody. Następnie uporządkuj każdy kontakt w macierzy z amplitudą LFP jako funkcją czasu.
5. Uruchom zestaw narzędzi iCSD (Tekst nakładki: current-source density) w programie MATLAB, wpisując CSDplotter w obszarze roboczym. Biorąc pod uwagę, że częstotliwość próbkowania danych ciągłych wynosi 1 kHz, ustaw parametr dt na 1 ms. Następnie ustaw wartość przewodności kory na 0,4 S/m (co przybliża gęstość źródła prądu w jednostkach nanoamperów na milimetr sześcienny) i zmień pozycję elektrody jako wektor [0.1:0.1:1.6], aby odzwierciedlić liczbę kontaktów. Po wprowadzeniu wszystkich parametrów kliknij „Run This”.
6. Wyświetl profil CSD w interfejsie CSDplotter i wklej go do nowej figury. Do wykreślenia profilu warstw można użyć powszechnych funkcji w MATLAB, takich jak imagesc, a do reprezentacji danych CSD i porównywania identyfikacji warstw między godzinami i sesjami można zastosować różne algorytmy wygładzania i procedury normalizacji.
7. Aby zidentyfikować inwersję polaryzacji towarzyszącą konfiguracji pochłaniacz-źródło (sink-source) u podstawy warstwy 4, najpierw zweryfikuj obecność głównego pochłaniacza w warstwie ziarnistej, korzystając z laminarnego profilu CSD. Zlokalizuj ujemną polaryzację wywołaną przez pochłaniacz na wykresie CSD. Następnie oblicz środek masy pochłaniacza ziarnistego.
8. Z analizy uzyskuje się centroid składający się z numeru kontaktu i czasu, w którym pochłaniacz był największy. Kontakt z centroidem pochłaniacza służy jako punkt odniesienia warstwy ziarnistej przy 0 μm. Przeanalizuj wszystkie kontakty powyżej i poniżej punktu odniesienia i pogrupuj je w jedną z trzech możliwych warstw: nadziarnistą, ziarnistą i podziarnistą.
9. Zwaliduj pochłaniacz ziarnisty poprzez przetasowanie pozycji elektrod, pozostawiając domenę czasową bez zmian. Po przetasowaniu macierzy CSD ponownie wykonaj analizę centroidu. Przetasowanie kontaktów elektrod jako funkcji głębokości kory powinno zniszczyć jakąkolwiek specyfikę laminarną.

5. Identyfikacja pojedynczych neuronów i mapowanie pola recepcyjnego

Osiągnęliśmy duży sukces w izolowaniu i rejestrowaniu wielu pojedynczych jednostek za pomocą U-Probe. Podczas typowej rejestracji można spodziewać się uzyskania 6-10 dobrze izolowanych jednostek oraz 14-16 sygnałów lokalnego potencjału polowego. Wykrywanie pojedynczych jednostek jest również bardziej niezawodne przy użyciu U-Probe w porównaniu z pojedynczymi elektrodami. Nawet przy zastosowaniu całego niezbędnego sprzętu do precyzyjnego posuwania 16 elektrod, nie byłoby możliwe badanie populacji sieci w zależności od warstw kory tak precyzyjnie, jak w przypadku U-Probe. Wreszcie, zazwyczaj możemy przeprowadzać rejestrację za pomocą tej samej sondy U-Probe przez 30-40 penetracji.

1. Aby znaleźć pola recepcyjne, należy rozpocząć od zaprezentowania bodźca korelacji odwrotnej na monitorze w miejscach, w których potencjalnie znajdują się pola recepcyjne. Bodziec składa się z czterech siatek orientacyjnych o kątach 0, 45, 90 i 135 stopni.
2. Przeprowadź analizę skupień map częstotliwości wyładowań, aby zlokalizować pole recepcyjne. Najpierw oblicz miejsca maksymalnej częstotliwości wyładowań oraz ich centroid dla każdego opóźnienia czasowego. Następnie oblicz odległości między centroidem a tymi miejscami maksymalnej częstotliwości wyładowań. Wyznacz mapy częstotliwości wyładowań dla każdej lokalizacji przestrzennej dla opóźnień przewodzenia w zakresie 40 – 120 ms w odstępach 5 ms dla każdego neuronu niezależnie.
3. Wyznacz całkowitą odległość między centroidem a otaczającymi go punktami maksymalnej częstotliwości wyładowań dla wszystkich opóźnień czasowych. Pole recepcyjne znajduje się przy takim opóźnieniu czasowym, które minimalizuje tę odległość.
4. Po znalezieniu pola recepcyjnego dla każdej komórki, zaprezentuj bodziec korelacji odwrotnej większy niż wszystkie lokalizacje pól recepcyjnych, obejmujący wszystkie pola recepcyjne w zarejestrowanej populacji. Wykres częstotliwości wyładowań w czasie rzeczywistym może posłużyć do sprawdzenia, czy poprawnie zidentyfikowano lokalizacje pól recepcyjnych.
5. Na koniec usuń pojedyncze jednostki, których odpowiedzi zmieniają się gwałtownie, i zachowaj do dalszej analizy tylko jednostki o stabilnych częstotliwościach wyładowań. Dodatkowo wybierz miejsca rejestracji z najlepszym stosunkiem sygnału do szumu.

6. Reprezentatywne wyniki: Rejestracje pojedynczych jednostek i LFP w warstwach kory pierwotnej kory wzrokowej

Jednym z najważniejszych etapów analizy z wykorzystaniem elektrod laminarnych jest niezawodna identyfikacja warstw kory oraz weryfikacja tej identyfikacji na przestrzeni wielu godzin i sesji. W związku z tym zmierzyliśmy potencjały wywołane (ERP) dla LFP w obrębie kontaktów laminarnych w odpowiedzi na pełnowolne bodźce błyskowe (Rysunek 3a). Rysunek 3b przedstawia przykład rodzaju informacji, które należy uzyskać w celu obliczenia gęstości źródła prądu (CSD) do identyfikacji warstw kory. Następnie zastosowaliśmy analizę CSD szeregów czasowych LFP, aby zidentyfikować inwersję polaryzacji towarzyszącą konfiguracji źródło-ujście (sink-source) u podstawy warstwy 4. Rysunek 4a ilustruje analizę CSD w lokalizacji warstw kory w zależności od głębokości kory i czasu – pozycja warstw supragranularnych (SG), granularnych (G) i infragranularnych (IG) pozostawała stabilna nawet cztery godziny po rozpoczęciu sesji pomiarowej. Rysunek 4b zawiera ślady CSD reprezentujące średnią z kontaktów przypisanych do danej warstwy – w tym przykładzie w warstwie granularnej następuje wyraźny spadek amplitudy CSD w ok. 50 ms. Analiza ta służyła jako odniesienie do przypisania kontaktów elektrod powyżej i poniżej warstwy granularnej odpowiednio do warstw supragranularnych i infragranularnych (kontakt z największym centrum masy ujścia służył jako punkt odniesienia warstwy granularnej przy 0 μm).

Kolejną krytyczną analizą z wykorzystaniem elektrody laminarnej jest dokładna identyfikacja i lokalizacja pola recepcyjnego neuronów. Procedura ta jest niezbędna do odpowiedniego rozmieszczenia bodźca w celu wywołania najsilniejszej odpowiedzi neuronów. Rysunek 5a przedstawia przykład dwóch wykresów pól recepcyjnych neuronów w pierwotnej korze wzrokowej (V1). Początek tych wykresów stanowi punkt fiksacji, który jest małym białym kółkiem wyświetlanym centralnie na czarnym ekranie komputera. Kolor na tych wykresach reprezentuje częstotliwość wyładowań każdego neuronu w odpowiedzi na dynamiczny bodziec korelacji odwrotnej. Wykorzystujemy te informacje do rozmieszczenia bodźca w konkretnym eksperymencie (np. kratki sinusoidalnej). Prezentowane bodźce są większe niż średnia wielkość pola recepcyjnego, aby objąć lokalizacje pól recepcyjnych wszystkich jednocześnie rejestrowanych neuronów.

Po zidentyfikowaniu warstw kory i ustawieniu bodźca w optymalnym położeniu pola recepcyjnego możemy przejść do protokołu eksperymentalnego, w którym prezentujemy różne bodźce wzrokowe, podczas gdy zwierzę wykonuje zadania fiksacyjne lub dyskryminacyjne. Po zakończeniu eksperymentu przeprowadzamy analizę kształtu potencjałów czynnościowych (spike-waveform analysis), aby wyizolować pojedyncze jednostki (single-units), które udało nam się zarejestrować na tym samym kanale. Opanowanie tej procedury często wymaga czasu i jest ona stale udoskonalana wraz z udostępnianiem nowego oprogramowania i technik analitycznych. Rysunek 5b przedstawia przykład wyników, jakich można oczekiwać po zastosowaniu programu Offline Sorter firmy Plexon. Przy użyciu tego oprogramowania izolacja pojedynczych jednostek odbywa się poprzez inspekcję wizualną. Wyraźne klastry są identyfikowane na podstawie wag pierwszej i drugiej głównej składowej, szerokości impulsu oraz właściwości dolin i szczytów.

Rycina 1. Wielokontaktowe elektrody laminarne Wykorzystując wielokontaktowe elektrody laminarne, rejestrowaliśmy jednocześnie aktywność impulsową z izolowanych pojedynczych neuronów oraz jednostki LFP w warstwach korowych V1. Każda sonda U-Probe składa się z 16 równomiernie rozmieszczonych (100 μm) kontaktów elektrodowych na całkowitej długości 1,6 mm. Każdy kontakt elektrodowy ma średnicę 25 μm i jest wykonany z platyny i irydu.

Rysunek 2. Konstrukcja siatki NAN System mikronapędu NAN zapewnia większą stabilność i precyzję w porównaniu do klasycznego mikronapędu śrubowego. Każda grupa elektrod jest manipulowana niezależnie w płaszczyznach XY, w zakresie roboczym zdefiniowanym przez użytkownika. Każda grupa elektrod jest manipulowana niezależnie w kierunku Z w zdefiniowanej przez użytkownika głębokości roboczej (do 100 mm), z regulowanym zakresem prędkości od 0,001 mm/sec do 0,5 mm/sec oraz wysoką rozdzielczością wynoszącą 1 mikrometr. (a) baza 4-kanałowa, (b) komora NAN, (c) siatka z odstępami 1 mm, (d) mikronapędy śrubowe 1-4, (e) rurki prowadzące 1-4 (średnica 500 μm i docięte do ok. 5-7 cm), (f) wieże mikronapędów 1-4 oraz (g) kompletny system NAN i podstawa cylindryczna.

Rysunek 3. Paradygmat potencjałów wywołanych i szeregi czasowe LFP (a) W celu identyfikacji warstw kory mierzono potencjały wywołane (ERP) podczas zadania pasywnej fiksacji, podczas którego małpy były eksponowane na pełno-polowy czarny ekran, który błyskał na biało (~1Hz) przez 100 ms, a następnie powracał do koloru czarnego. (b) Odpowiedzi LFP zarejestrowane za pomocą laminarnej sondy U-Probe zostały przetworzone w celu uzyskania zapisów ERP dla każdego kontaktu. Warstwę ziarnistą określano we wszystkich sesjach poprzez zlokalizowanie inwersji amplitudy odpowiedzi napędzanej przez tzw. sink w zapisach ERP oraz poprzez obecność inwersji polarności towarzyszącej konfiguracji sink-source u podstawy warstwy 4. Przerywana ramka wskazuje czas trwania okresu, w którym wystąpiła inwersja.

Rycina 4. Identyfikacja warstw za pomocą analizy gęstości źródła prądu (a) Do analizy gęstości źródła prądu (opartej na 2^giej pochodnej przestrzennej szeregów czasowych LFP) wykorzystano identyfikację odwrócenia polaryzacji towarzyszącego konfiguracji ujście-źródło u podstawy warstwy ziarnistej. Oceńiono, jak stabilna jest identyfikacja warstw kory w czasie (od lewej do prawej). W tych przykładach ujście prądu (kolor niebieski) reprezentuje warstwę ziarnistą i obejmuje obszar ok. 400 μm. (b) Ślady CSD pod każdym wykresem przedstawiają średnie CSD dla kontaktów przypisanych do danej warstwy. Pozwoliło to na określenie dokładnego czasu wystąpienia początkowego ujścia (w tych przykładach ok. 50-60 ms). Obwiednie śladów CSD reprezentują odchylenie standardowe, a czarne paski wskazują czas trwania bodźca błyskowego (100 ms).

Rycina 5. Sortowanie impulsów i mapowanie pola recepcyjnego (a) W pierwszej kolejności oblicza się wartość odpowiadającą połowie stopnia wizualnego i podwaja ją. Następnie bodźce do korelacji odwróconej są prezentowane w fragmentach na monitorze CRT, składając się z siatek zorientowanych pod kątami 0, 45, 90 i 135 stopni. Częstotliwości wyładowań dla każdego neuronu są obliczane niezależnie w odstępach 5 ms w czasie od 40 do 120 ms po prezentacji bodźca dla każdej lokalizacji przestrzennej. Oblicza się maksymalne częstotliwości wyładowań, a następnie centroid dla każdego opóźnienia czasowego. Następnie, dla każdego opóźnienia, oblicza się odległość między centroidem a sąsiednimi lokalizacjami częstotliwości wyładowań. Opóźnienie czasowe z minimalną odległością zostaje wybrane jako pole recepcyjne. (b) Właściwości kształtu fali impulsu, takie jak wysokość piku, głębokość doliny, czas od piku do doliny, czas wystąpienia piku lub doliny itp., są analizowane przy użyciu oprogramowania do sortowania offline (Plexon). Impulsy są sortowane na podstawie podobnych właściwości, aż do momentu, gdy przebiegi z jednego neuronu zostaną zgrupowane bez nakładania się na przebiegi z innego neuronu.

Rycina 6. Profil przetasowanego CSD. Ta sama konwencja co na Ryc. 3a, jednak zastosowano procedurę przetasowania, która losowo kompiluje nową macierz CSD z wymieszanymi lokalizacjami kontaktów. Analiza ta służy do lepszej walidacji ziarnistego odpływu (granular sink) poprzez przetasowanie pozycji elektrod przy zachowaniu niezmienionej domeny czasowej. Z tych przykładów przedstawionych w czasie wynika, że przetasowanie kontaktów elektrod w funkcji głębokości kory niszczy jakąkolwiek specyficzność lamelarną.

Dyskusja

Rejestracje wielojednostkowe stały się standardem w analizie sposobu, w jaki sieci neuronalne w korze kodują informacje o bodźcach. Biorąc pod uwagę niedawne postępy w technologii elektrod, zastosowanie elektrod laminarnych umożliwia bezprecedensową charakterystykę lokalnych obwodów korowych. Chociaż rejestracje wieloelektrodowe dostarczają użytecznych informacji na temat dynamiki populacji neuronalnych, wiele elektrod laminarnych zapewnia większą rozdzielczość i więcej informacji o dokładnej lokalizacji neuronów. Poniew...

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule

Nazwa	Firma	Numer katalogowy	Komentarze
System mikronapędów NAN	NAN Instruments	NAN-S4	Rysunek 2. Do użytkowania U-Probe wymagane są specjalne zaciski. Wszystkie wymienione elementy z wyjątkiem U-Probe są dostarczane przez NAN Instruments.
Śrubowe mikronapędy	MIT Machine shop		Odpowiednim będzie każdy element zdolny do zamocowania rurki prowadzącej do siatki NAN.
Stalowe rurki prowadzące	Small Parts, Inc.	B00137QHNS (1) lub B00137QHO2 (5)	Mają one długość 60 i są przycinane na wymiar w laboratorium za pomocą wiertarki ręcznej Dremel
Plexon U-Probe	Plexon	PLX-UP-16-25ED-100-SE-360-25T-500	Patrz specyfikacje U-Probe dostępne na stronie www.plexon.com Patrz również Rysunek 1.
Tabela 1. Sprzęt.
Oprogramowanie NAN	NAN Instruments		Interfejs komputerowy wymaga dodatkowego portu szeregowego w celu obsłużenia systemu Plexon oraz sprzętu NAN
Programy Offline Sorter, FPAlign, PlexUtil, MATLAB	Plexon		W sekcji ’Installation Packages’
Neur–xplorer	NeuroExplorer		W sekcji ’Resources’
CSDplotter wersja 0.1.1	Klas H. Petterson
Tabela 2. Oprogramowanie.