Wykorzystanie aktywności neuronów do wyzwalania bodźców w pętli zamkniętej w eksperymentach neurofizjologicznych

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

doi:10.3791/59812

Method Article

Wykorzystanie aktywności neuronów do wyzwalania bodźców w pętli zamkniętej w eksperymentach neurofizjologicznych

DOI:

10.3791/59812

⸱

November 12th, 2019

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

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

Summary

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

Ten protokół pokazuje, jak używać systemu elektrofizjologicznego do stymulacji w pętli zamkniętej wywołanej wzorcami aktywności neuronalnej. Dostępny jest również przykładowy kod Matlab, który można łatwo modyfikować dla różnych urządzeń stymulacyjnych.

Abstract

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

Systemy neurofizjologiczne o zamkniętej pętli wykorzystują wzorce aktywności neuronalnej do wyzwalania bodźców, które z kolei wpływają na aktywność mózgu. Takie systemy zamkniętej pętli są już stosowane w zastosowaniach klinicznych i są ważnymi narzędziami do podstawowych badań mózgu. Szczególnie interesującym niedawnym osiągnięciem jest integracja podejść opartych na pętli zamkniętej z optogenetyką, dzięki czemu określone wzorce aktywności neuronalnej mogą wyzwalać stymulację optyczną wybranych grup neuronów. Jednak stworzenie systemu elektrofizjologicznego do eksperymentów w pętli zamkniętej może być trudne. W tym przypadku dostarczany jest gotowy do zastosowania kod Matlab do wyzwalania bodźców na podstawie aktywności jednego lub wielu neuronów. Ten przykładowy kod można łatwo modyfikować w zależności od indywidualnych potrzeb. Na przykład pokazuje, jak wyzwalać bodźce dźwiękowe i jak je zmienić, aby wyzwolić urządzenie zewnętrzne podłączone do portu szeregowego komputera. Prezentowany protokół przeznaczony jest do współpracy z popularnym systemem rejestracji neuronalnej do badań na zwierzętach (Neuralynx). Implementacja stymulacji w pętli zamkniętej została zademonstrowana u obudzonego szczura.

Introduction

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

Celem tego protokołu jest pokazanie, jak zastosować stymulację w pętli zamkniętej w eksperymentach neurofizjologicznych. Typowa konfiguracja eksperymentów w pętli zamkniętej w neurobiologii polega na wyzwalaniu bodźców na podstawie internetowego odczytu aktywności neuronalnej. To z kolei powoduje modyfikacje w aktywności mózgu, zamykając w ten sposób pętlę sprzężenia zwrotnego¹^,². Takie eksperymenty w pętli zamkniętej zapewniają wiele korzyści w porównaniu ze standardowymi konfiguracjami w pętli otwartej, zwłaszcza w połączeniu z optogenetyką, która pozwala naukowcom celować w określony podzbiór neuronów. Na p....

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

Protocol

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

Wszystkie opisane tutaj procedury zostały przeprowadzone zgodnie z Protokołem Badań na Zwierzętach zatwierdzonym przez Komitet ds. Opieki nad Zwierzętami Uniwersytetu w Lethbridge.

1. Chirurgia

UWAGA: Procedury chirurgiczne używane do wszczepiania sond do zapisów neurofizjologicznych zostały przedstawione w innych publikacjach²⁴^,²⁵^,²⁶. Dokładne szczegóły operacji stymulacji w pętli zamkniętej zależą od rodzaju użytych sond rejestrujących i obszarów mózgu, na które jest cel. Jednak w większości przypadków typowa operacja bę....

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

Results

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

Szczury norweskie Fisher-Brown, urodzone i wychowane na miejscu, były przyzwyczajone do kontaktu z nimi przez dwa tygodnie przed eksperymentem. Dysk nagrywający został wszczepiony chirurgicznie, podobnie jak metody opisane wcześniej²⁸^,²⁹^,³⁰^,³¹^,³²^,³³^,³⁴. Sygnały neuronalne zarejestrowano z cz.......

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

Discussion

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

Opisany tutaj protokół pokazuje, jak wykorzystać standardowy system rejestracji neurofizjologicznej do przeprowadzenia stymulacji w pętli zamkniętej. Protokół ten pozwala neuronaukowcom z ograniczoną wiedzą w dziedzinie informatyki na szybkie wdrażanie różnorodnych eksperymentów w pętli zamkniętej przy niewielkich kosztach. Takie eksperymenty są często konieczne do zbadania interakcji przyczynowych w mózgu.

Po przygotowaniu zwierzęcia i zainstalowaniu oprogramowania (kroki 1 i 2), eksperyment .......

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

Disclosures

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

Autorzy nie mają żadnego konfliktu interesów związanego z tą pracą.

Acknowledgements

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

Ta praca była wspierana przez granty NSERC Discovery dla AL i AG.

....

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

Materials

List of materials used in this article
Name	Company	Catalog Number	Comments
Baytril	Bayer, Mississauga, CA	DIN 02169428	antybiotyk; 50 mg/ml
Cheetah 6.4	NeuraLynx, Tucson, AZ	6.4.0.beta	Interfejsy programowe do akwizycji danych
Cyfrowy Lynx 4SX	NeuraLynx, Tucson, AZ	Sprzęt nagrywający	4SX
Nadajnik sceny czołowej	TBSI	B10-3163-GK	przesyła sygnał neuronowy do odbiornika
Isoflurane	Fresenius Kabi, Toronto, CA	DIN 02237518	znieczulenie wziewne
Jet Denture Powder & Liqud	Lang Dental, Wheeling, US	1230	akryl dentystyczny
Lacri-Lube	Allergan, Markham, CA	DIN 00210889	maść do oczu
Lido-2	Rafter 8, Calgary	DIN 00654639	znieczulenia miejscowego; 20 mg/ml
Matlab	Mathworks	R2018b	oprogramowanie do przetwarzania sygnałów i wyzwalania zdarzeń zewnętrznych
Metacam	Boehringer, Ingelheim, DE	DIN 02240463	przeciwbólowy; 5 mg/ml
Netcom	NeuraLynx	v1	Interfejs programowania aplikacji (API), który komunikuje się z sondą Cheetah
Silicone	Wszczepione urządzenie	Cambridge Neurotech	ASSY-156-DBC2
SpikeSort 3D	NeuraLynx, Tucson, AZ	Narzędzia do klasyfikacji przebiegów skokowych	SS3D
do komórek Bezprzewodowy odbiornik radiowy	TBSI	911-1062-00	przesyła sygnał neuronowy do Digital Lynx

References

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

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

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

Reprints and Permissions

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

Request Permission

Wykorzystanie aktywności neuronów do wyzwalania bodźców w pętli zamkniętej w eksperymentach neurofizjologicznych

In This Article

Summary

Abstract

Introduction

Protocol

Results

Discussion

Disclosures

Acknowledgements

Materials

References

Reprints and Permissions

Tags

Related Articles