Name: Badanie przetwarzania sieci lokalnej za pomocą wielokontaktowego zapisu na elektrodach laminarnych (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2011-09-08T12:00:00.000+00:00
Duration: 13 min 40 s
Description: Poznaj metodę wielokontaktowego zapisu elektrofizjologicznego w korze wzrokowej za pomocą elektrod laminarnych. Technika ta umożliwia badanie aktywności neuronów i potencjałów lokalnych w różnych warstwach kory.

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

Dziękujemy Ye Wang za dyskusje oraz Sorin Pojoga za szkolenie behawioralne. Praca wspierana przez program NIH EUREKA, National Eye Institute, Pew Scholars Program, James S. McDonnell Foundation (V.D.) oraz grant NIH Vision Training Grant (B.J.H.).

<ol><li>Hubel, D. H., Wiesel, T. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Receptive+fields+and+functional+architecture+of+monkey+striate+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22J+Physiol%22%5BJournal%5D)">Receptive fields and functional architecture of monkey striate cortex.</a> J Physiol. 195, 215-243 (1968).</li>
<li>Mountcastle, V. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modality+and+topographic+properties+of+single+neurons+of+cat%27s+somatic+sensory+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Modality and topographic properties of single neurons of cat's somatic sensory cortex.</a> J Neurophysiol. 20, 408-434 (1957).</li>
<li>Nassi, J. J., Callaway, E. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Parallel+processing+strategies+of+the+primate+visual+system%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Rev+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Parallel processing strategies of the primate visual system.</a> Nat Rev Neurosci. 10, 360-372 (2009).</li>
<li>Ringach, D. L., Hawken, M. J., Shapley, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamics+of+orientation+tuning+in+macaque+primary+visual+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Dynamics of orientation tuning in macaque primary visual cortex.</a> Nature. 387, 281-284 (1997).</li>
<li>Martinez, L. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Receptive+field+structure+varies+with+layer+in+the+primary+visual+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Receptive field structure varies with layer in the primary visual cortex.</a> Nat Neurosci. 8, 372-379 (2005).</li>
<li>Lakatos, P., Karmos, G., Mehta, A. D., Ulbert, I., Schroeder, C. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Entrainment+of+neuronal+oscillations+as+a+mechanism+of+attentional+selection%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Entrainment of neuronal oscillations as a mechanism of attentional selection.</a> Science. 320, 110-113 (2008).</li>
<li>Sun, W., Dan, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Layer-specific+network+oscillation+and+spatiotemporal+receptive+field+in+the+visual+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22Proc+Natl+Acad+Sci+U+S+A%22%5BJournal%5D)">Layer-specific network oscillation and spatiotemporal receptive field in the visual cortex.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 106, 17986-17991 (2009).</li>
<li>Maier, A., Adams, G. K., Aura, C., Leopold, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Distinct+superficial+and+deep+laminar+domains+of+activity+in+the+visual+cortex+during+rest+and+stimulation%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Systems+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Distinct superficial and deep laminar domains of activity in the visual cortex during rest and stimulation.</a> Frontiers in Systems Neuroscience. 4, 12-12 (2010).</li>
<li>Mitzdorf, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Current+source-density+method+and+application+in+cat+cerebral+cortex%3A+investigation+of+evoked+potentials+and+EEG+phenomena%5BTitle%5D)+AND+%22Physiol+Rev%22%5BJournal%5D)">Current source-density method and application in cat cerebral cortex: investigation of evoked potentials and EEG phenomena.</a> Physiol Rev. 65, 37-100 (1985).</li>
<li>Mitzdorf, U., Singer, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Excitatory+synaptic+ensemble+properties+in+the+visual+cortex+of+the+macaque+monkey%3A+a+current+source+density+analysis+of+electrically+evoked+potentials%5BTitle%5D)+AND+%22J+Comp+Neurol%22%5BJournal%5D)">Excitatory synaptic ensemble properties in the visual cortex of the macaque monkey: a current source density analysis of electrically evoked potentials.</a> J Comp Neurol. 187, 71-83 (1979).</li>
<li>Schroeder, C. E., Mehta, A. D., Givre, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+spatiotemporal+profile+of+visual+system+activation+revealed+by+current+source+density+analysis+in+the+awake+macaque%5BTitle%5D)+AND+%22Cereb+Cortex%22%5BJournal%5D)">A spatiotemporal profile of visual system activation revealed by current source density analysis in the awake macaque.</a> Cereb Cortex. 8, 575-592 (1998).</li>
<li>Schroeder, C. E., Tenke, C. E., Givre, S. J., Arezzo, J. C., Vaughan, H. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Striate+cortical+contribution+to+the+surface-recorded+pattern-reversal+VEP+in+the+alert+monkey%5BTitle%5D)+AND+%22Vision+Res%22%5BJournal%5D)">Striate cortical contribution to the surface-recorded pattern-reversal VEP in the alert monkey.</a> Vision Res. 31, 1143-1157 (1991).</li>
<li>Amzica, F., Steriade, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cellular+substrates+and+laminar+profile+of+sleep+K-complex%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Cellular substrates and laminar profile of sleep K-complex.</a> Neuroscience. 82, 671-686 (1998).</li>
<li>Kandel, A., Buzsaki, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cellular-synaptic+generation+of+sleep+spindles%2C+spike-and-wave+discharges%2C+and+evoked+thalamocortical+responses+in+the+neocortex+of+the+rat%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Cellular-synaptic generation of sleep spindles, spike-and-wave discharges, and evoked thalamocortical responses in the neocortex of the rat.</a> J Neurosci. 17, 6783-6797 (1997).</li>
<li>Sakata, S., Harris, K. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Laminar+structure+of+spontaneous+and+sensory-evoked+population+activity+in+auditory+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">Laminar structure of spontaneous and sensory-evoked population activity in auditory cortex.</a> Neuron. 64, 404-418 (2009).</li>
<li>Nicholson, C., Freeman, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Theory+of+current+source-density+analysis+and+determination+of+conductivity+tensor+for+anuran+cerebellum%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Theory of current source-density analysis and determination of conductivity tensor for anuran cerebellum.</a> J Neurophysiol. 38, 356-368 (1975).</li>
<li>Pettersen, K. H., Devor, A., Ulbert, I., Dale, A. M., Einevoll, G. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Current-source+density+estimation+based+on+inversion+of+electrostatic+forward+solution%3A+effects+of+finite+extent+of+neuronal+activity+and+conductivity+discontinuities%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci+Methods%22%5BJournal%5D)">Current-source density estimation based on inversion of electrostatic forward solution: effects of finite extent of neuronal activity and conductivity discontinuities.</a> J Neurosci Methods. 154, 116-133 (2006).</li>
<li>Vaknin, G., DiScenna, P. G., Teyler, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+method+for+calculating+current+source+density+%28CSD%29+analysis+without+resorting+to+recording+sites+outside+the+sampling+volume%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci+Methods%22%5BJournal%5D)">A method for calculating current source density (CSD) analysis without resorting to recording sites outside the sampling volume.</a> J Neurosci Methods. 24, 131-135 (1988).</li>
</ol>

Nie zadeklarowano żadnych konfliktów interesów.

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...

<table><tbody><tr><td>System mikronapędów NAN</td><td>NAN Instruments</td><td>NAN-S4</td><td>Rysunek 2. Do użytkowania U-Probe wymagane są specjalne zaciski. Wszystkie wymienione elementy z wyjątkiem U-Probe są dostarczane przez NAN Instruments.</td></tr><tr><td>Śrubowe mikronapędy</td><td>MIT Machine shop</td><td></td><td>Odpowiednim będzie każdy element zdolny do zamocowania rurki prowadzącej do siatki NAN.</td></tr><tr><td>Stalowe rurki prowadzące</td><td>Small Parts, Inc.</td><td>B00137QHNS (1) lub B00137QHO2 (5)</td><td>Mają one długość 60 i są przycinane na wymiar w laboratorium za pomocą wiertarki ręcznej Dremel</td></tr><tr><td>Plexon U-Probe</td><td>Plexon</td><td>PLX-UP-16-25ED-100-SE-360-25T-500</td><td>Patrz specyfikacje U-Probe dostępne na stronie &lt;a href="http://www.plexon.com"&gt;www.plexon.com&lt;/a&gt; Patrz również Rysunek 1.</td></tr><tr><td colspan="4">&lt;strong&gt;Tabela 1.&lt;/strong&gt; Sprzęt.</td></tr><tr><td>Oprogramowanie NAN</td><td><a href="http://www.naninstruments.com/DesignConcept.htm" target="_blank"><img src="/img/new_window.png"> NAN Instruments</a></td><td></td><td>Interfejs komputerowy wymaga dodatkowego portu szeregowego w celu obsłużenia systemu Plexon oraz sprzętu NAN</td></tr><tr><td>Programy Offline Sorter, FPAlign, PlexUtil, MATLAB</td><td><a href="http://www.plexon.com/downloads.html#Software" target="_blank"><img src="/img/new_window.png"> Plexon</a></td><td></td><td>W sekcji &amp;rsquo;Installation Packages&amp;rsquo;</td></tr><tr><td>Neur&amp;#8211;xplorer</td><td><a href="http://www.neuroexplorer.com/" target="_blank"><img src="/img/new_window.png"> NeuroExplorer</a></td><td></td><td>W sekcji &amp;rsquo;Resources&amp;rsquo;</td></tr><tr><td>CSDplotter wersja 0.1.1</td><td><a href="http://arken.umb.no/%7Eklaspe/user_guide.pdf" target="_blank"><img src="/img/new_window.png"> Klas H. Petterson</a></td><td></td><td></td></tr><tr><td colspan="4">&lt;strong&gt;Tabela 2.&lt;/strong&gt; Oprogramowanie.</td></tr></tbody></table>

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

Examining Local Network Processing using Multi-contact Laminar Electrode Recording

Warstwy korowe są powszechnymi strukturami w całym neokorze1-4, które składają się z silnie rekurencyjnych sieci lokalnych. W ostatnich latach dokonano znaczącego postępu w zrozumieniu różnic w właściwościach odpowiedzi neuronów w różnych warstwach korowych5-8, 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 ziarnistą9-12). 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 penetracji6, 11, 12.

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.

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

Warstwy korowe są powszechnymi strukturami występującymi w całym neokorze1-4, które składają się z silnie rekurencyjnych sieci lokalnych. W ostatnich latach dokonano znaczącego postępu...

Ogólnym celem tej procedury jest opisanie metodologii, która pozwoli nam zbadać, w jaki sposób poszczególne neurony i lokalne potencjały polowe w różnych warstwach kory pierwotnej kory wzrokowej kodują informacje sensoryczne. Procedura rozpoczyna się od opisu konstrukcji sterowanego komputerowo systemu mikroprzesuwu oraz zastosowania wielopunktowej elektrody laminarnej do rejestracji w pierwotnej korze wzrokowej.Kolejnym krokiem jest przeprowadzenie paradygmatu potencjałów wywołanych po wprowadzeniu elektrody do docelowego obszaru mózgu. Następnie stosuje się analizę gęstości źródła prądu w celu zidentyfikowania warstw korowych na podstawie odwrócenia polaryzacji, przy jednoczesnym uwzględnieniu konfiguracji źródła synchronizacji. Ostatnim etapem procedury jest mapowanie pola recepcyjnego oraz analiza różnic w aktywności neuronalnej w odpowiedzi na stymulację wzrokową.Ostatecznie można uzyskać wyniki wykazujące specyficzne dla warstw zmiany w kodowaniu informacji sensorycznych. Cześć, nazywam się Sarah Eagleman i jestem doktorantką w University of Texas Medical School w Houston. Główną zaletą tej techniki w stosunku do istniejących metod, takich jak macierze wieloelektrodowe, jest to, że sonda U może rejestrować aktywność neuronalną w obrębie wielu milimetrów kory jednocześnie podczas pojedynczej penetracji.Witam, nazywam się Brian Hansen. Jestem studentem studiów doktoranckich na University of Texas Medical School w Houston. Metoda ta pozwala odpowiedzieć na kluczowe pytania z zakresu neuronauki, badając, czy i w jaki sposób informacje są przetwarzane w sposób specyficzny dla poszczególnych warstw.Aby skonstruować zespół napędowy elektrody, najpierw przygotuj niezbędne narzędzia i elementy, w tym prowadnice, drut prowadzący, kompletny zestaw Dremel, zestaw narzędzi i części oraz sondę U. Zmierz prowadnice w taki sposób, aby po zamocowaniu do urządzenia rejestrującego były one wystarczająco długie, by spoczywać na twardziWithout uszkadzania jej. Następnie, po zmierzeniu głębokości komory rejestracyjnej, przytnij prowadnice do zmierzonej długości wynoszącej około pięciu do siedmiu centymetrów.Należy upewnić się, że do wnętrza rurki nie dostały się żadne odłamki metalu. Do usunięcia ewentualnych odłamków metalu z wnętrza rurki należy użyć sztywnego drutu o średnicy mniejszej niż średnica wewnętrzna rurki prowadzącej. Następnie należy umieścić siatkę z imieniem w podstawie na imiona.Dokręć śrubę zaciskową oraz śrubę siatki. Następnie wyznacz obszar zainteresowania (ROI) do rejestracji i ustaw wieże mikronapędu nad tym obszarem. Po wyznaczeniu obszaru zainteresowania, przesuń rurkę prowadzącą przez dół siatki, aż znajdzie się ona około jeden do dwóch milimetrów poza komorą pomiarową.Następnie zamontuj dwa zaciski na każdej wieży mikronapędu NA. Silnik napędza górny zacisk, natomiast dolny zacisk może być albo unieruchomiony, albo luźny. Górny zacisk jest przymocowany do rurki wzmacniającej sondy U.Przymocuj dolny zacisk do rurki prowadzącej i nałóż niewielką ilość superkleju, aby unieruchomić rurkę w miejscu. Dwa zaciski zapewniają stabilność i precyzję systemu. Ostrożnie wyrównaj końcówkę sondy w kształcie litery U z górną krawędzią rurki prowadzącej i przesuń sondę przez rurkę, aż będzie można przymocować wieżę do głównej podstawy.Dostosuj pozycję wieży za pomocą śruby kciukowej tak, aby nie powstawało dodatkowe napięcie na sondzie U lub rurce prowadzącej. Umieść system name na podstawie cylindra i podłącz kable silnika do odpowiednich wież. W przypadku korzystania z wielu wież, kolorowe opaski zaciskowe służą do rozróżnienia kabli silników i wież; użyj programu komputerowego name, aby rozpocząć wysuwanie sondy U, albo ustawiając pozycję docelową, która automatycznie przesuwa sondę U do tego miejsca, albo klikając w dół w interfejsie oprogramowania name; wysuń sondę U tak, aby co najmniej 10 mm jej końcówki znajdowało się w rurce prowadzącej poza końcem komory name.Sterylizuj sondę U, umieszczając ją w roztworze aktywowanego aldehydu metro side na 20 do 30 minut przed przymocowaniem podstawy name do wszczepionej komory rejestracyjnej. Następnie przepłucz sondę U oraz podstawę name sterylną wodą zero. Skalibruj położenie w oprogramowaniu name, cofając sondę U tak, aby jej końcówka znajdowała się tuż wewnątrz rurki prowadzącej w oprogramowaniu name.Kliknij zero dla wszystkich pozycji. Przymocuj podstawę imienną do wszczepionej komory rejestracyjnej i dokręć wszystkie cztery śruby. Następnie wyrównaj podstawę zgodnie z pinu znajdującym się po boku komory rejestracyjnej.Ponownie dokręć wszystkie cztery śruby i upewnij się, że podstawa z nazwą jest stabilnie przymocowana do komory rejestracyjnej. Aby przygotować się do zaawansowanej rejestracji, sonda U zostaje uziemiona i uznana za pływającą zgodnie z instrukcjami dotyczącymi uziemienia i referencji. Osiąga się to poprzez umieszczenie zworki z dołączonym przewodem.W dolnych złączach przedwzmacniacze są mocowane do złącza sondy U, a następnie podłączane są i uziemniane kable wzmacniacza. Sonda U jest początkowo wprowadzana na głębokość około jednego do dwóch milimetrów w sposób szybki i zdecydowany. Następnie należy ustawić parametr prędkości w zakresie od 0,1 do 0,2 mm/s oraz krok głębokości od 0,2 do 0,3 mm.Wartości te zapewniają, że sonda U jest w stanie precyzyjnie przebić oponę twardą, co stanowi istotny pierwszy krok podczas rejestracji. Po przebiciu opony twardej należy zmniejszyć prędkość do 0,50–0,1 milimetra na sekundę oraz zmniejszyć krok głębokości do 0,5–0,1 milimetra. Celem jest tak płynne i powolne wprowadzanie sondy U, aby nie uszkodzić tkanki.Jednym z wskaźników wprowadzenia sondy do mózgu jest zmiana amplitudy LFP połączona z redukcją poziomu szumów; 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 mózgowej.Zmierz potencjał odpowiedzi wywołanej podczas zadania pasywnej fiksacji, wystawiając badanego na pełno-polowy czarny ekran, który błyska na biało przez 100 milisekund, a następnie wraca do koloru czarnego. Ta sekwencja stanowi jedną próbę, która jest powtarzana 200 razy. Procesor wielokanałowej akwizycji danych Plex zapisuje wszystkie ciągłe sygnały danych bezpośrednio na komputerze rejestrującym za pomocą karty PCI National Instruments.Po zapisaniu danych należy rozpocząć przetwarzanie sygnałów w celu analizy gęstości prądu źródłowego. Należy użyć oprogramowania do korekcji FP align dostarczonego przez firmę Plex, aby skorygować opóźnienia czasowe w sygnałach LFP wywołane przez filtry w etapach głowicowych i płytach przedwzmacniaczy. Na tym etapie dane są przenoszone do programu MATLAB za pomocą narzędzia neuro explorer.Każdy kanał LFP jest filtrowany przy użyciu standardowych filtrów górnoprzepustowych i dolnoprzepustowych o częstotliwościach odcięcia 0.5 hertz i 100 hertz. Po przefiltrowaniu każdego kontaktu elektrody należy zidentyfikować każdą próbę i obliczyć średnią z prób, aby uzyskać średnią szeregi czasowe LFP dla każdego kontaktu elektrody, a następnie uporządkować każdy kontakt w macierzy z amplitudą LFP jako funkcją czasu i uruchomić narzędzia ICSD w programie MATLAB, wpisując CSD plotter w obszarze roboczym. Biorąc pod uwagę, że częstotliwość próbkowania danych ciągłych wynosi one kilohertz, należy ustawić parametr DT na one millisecond.Następnie ustaw wartość przewodności kory na 0,4 Siemens per meter, co odpowiada gęstości źródła prądu w jednostkach nano peers per cubic millimeter, a następnie zmień pozycję elektrod jako wektor od 0,1 w krokach o 0,1 do 1,6, co stanowi całkowitą liczbę kontaktów. Po wprowadzeniu wszystkich parametrów kliknij run this. Wyświetl profil CSD w interfejsie CSD plotter i wklej go do nowej figury.W powszechnie stosowane funkcje programu MATLAB, takie jak image SC, mogą zostać wykorzystane do wykreślenia profilu warstw, a różnorodne algorytmy wygładzania i procedury normalizacji mogą zostać zastosowane do reprezentacji danych CSD oraz porównania identyfikacji warstw pomiędzy różnymi godzinami i sesjami. Aby zidentyfikować odwrócenie polaryzacji towarzyszące konfiguracji źródło-ujście u podstawy warstwy czwartej, należy najpierw zweryfikować obecność głównego ujścia w warstwie ziarnistej. Korzystając z laminarnego profilu CSD, należy zlokalizować ujemną polaryzację wywołaną przez ujście na wykresie CSD.Następnie oblicz środek masy zapadnięcia granularnego. Z analizy uzyskuje się OID, który składa się z liczby kontaktów oraz czasu, w którym zapadnięcie było największe. Kontakt ze środkiem Centro służy jako punkt odniesienia warstwy granularnej przy zero mikrometrach.Przeanalizuj wszystkie kontakty powyżej i poniżej punktu odniesienia i podziel je na jedną z trzech możliwych warstw. Warstwy supra-ziarnista, ziarnista i infra-ziarnista walidują ujście ziarniste poprzez przetasowanie pozycji elektrod, pozostawiając domenę czasową bez zmian. Po przetasowaniu macierz CSD służy do obliczenia analizy OID.Ponownie, przemieszanie kontaktów elektrod w funkcji głębokości kory powinno znieść jakąkolwiek specyfikę laminarną. Aby zlokalizować pola recepcyjne, należy rozpocząć od prezentacji bodźca korelacji odwrotnej na monitorze w miejscu, w którym potencjalnie znajdują się pola recepcyjne. Bodziec składa się z czterech stopni orientacji: 45, 0, 90 i 135 stopni.Przeprowadź analizę skupień na mapach częstotliwości wyładowań, aby zlokalizować pole recepcyjne. Najpierw oblicz położenia maksymalnej częstotliwości wyładowań oraz ich centroid dla każdego opóźnienia czasowego. Następnie oblicz odległości między Centro a tymi położeniami maksymalnej częstotliwości wyładowań.Oblicz mapy częstotliwości wyładowań dla każdej lokalizacji przestrzennej dla opóźnień przewodzenia od 40 do 120 milisekund w odstępach pięciu milisekund niezależnie dla każdego neuronu. Wyznacz całkowitą odległość między OID a otaczającymi punktami maksymalnej częstotliwości wyładowań dla wszystkich opóźnień czasowych. Pole recepcyjne znajduje się przy opóźnieniu czasowym, które minimalizuje tę odległość.Po zlokalizowaniu pola recepcyjnego dla każdej komórki, należy zastosować bodziec korelacji odwrotnej większy niż wszystkie lokalizacje pól recepcyjnych, obejmujący wszystkie pola recepcyjne w rejestrowanej populacji. Do określenia, czy poprawnie zidentyfikowano lokalizacje pól recepcyjnych, można wykorzystać wykres częstości wyładowań w czasie rzeczywistym. Na koniec należy przeprowadzić sortowanie kształtów potencjałów czynnościowych za pomocą programu offline sorter firmy plexon, który implementuje klasteryzację kształtów fal na podstawie parametrów takich jak główne składowe impulsu, szerokość doliny i właściwości szczytu.Należy usunąć jednostki sygnałowe, w których odpowiedzi gwałtownie się zmieniają, i zachować do dalszej analizy przedstawionej tutaj jedynie jednostki o stabilnych częstotliwościach wyładowań. Jako przykład ilustrujący analizę CSD w lokalizacji warstw kory w zależności od głębokości kory i czasu, pozycja warstw supergranularnych, granularnych i infragranularnych pozostaje stabilna nawet cztery godziny po rozpoczęciu sesji rejestracyjnej. Ślady CSD reprezentują średnią z kontaktów przypisanych do danej warstwy.W tym przykładzie w warstwie ziarnistej następuje wyraźny spadek amplitudy CSD w około 50 milisekundach. Kolejnym krytycznym aspektem analizy przy użyciu elektrody laminarnej jest dokładna identyfikacja i lokalizacja pola recepcyjnego neuronów. Punktem odniesienia dla tych wykresów jest punkt fiksacji, który stanowi małe białe koło wyświetlane centralnie na czarnym ekranie komputera.Kolor na tych wykresach reprezentuje częstotliwość wyładowań każdego neuronu w odpowiedzi na dynamiczny bodziec korelacji odwróconej. Rysunek ten przedstawia dwa przykłady kształtów fal impulsowych wyizolowanych na tym samym kanale. Analiza skupień została przeprowadzona z wykorzystaniem analizy głównych składowych oraz charakterystyki kształtu fali impulsowej.Średnie kształty fal iglica-fala są przedstawione linią ciągłą. Odchylenia standardowe są przedstawione linią przerywaną. Podczas wykonywania tych procedur należy pamiętać o ostrożnym posuwaniu elektrody oraz zapewnieniu wystarczającej ilości czasu na ustabilizowanie się mózgu po posuwie.Nagrywanie rozpoczynamy zazwyczaj około 30 do 45 minut po ostatnim posunięciu, zgodnie z opisaną procedurą. Do badania struktury sieci w obrębie i pomiędzy warstwami korowymi można wykorzystać inne techniki spektralne, takie jak moc LFP oraz synchronizacja impulsowo-polowa.

examining-local-network-processing-using-multi-contact-laminar

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Neuronauka

Badanie przetwarzania w lokalnej sieci przy użyciu wielootoczeniawego rejestrowania laminami elektrod

Pokazujemy różne warianty techniki wewnątrzkomórkowego zapisu wielojednostkowego, aby scharakteryzować reakcje wywołane zapachem w pierwszych trzech etapach szlaku węchowego bezkręgowców. Techniki te można łatwo zaadaptować do badania aktywności zespołu również w innych systemach neuronowych.

Wielojednostkowe metody rejestracji w celu scharakteryzowania aktywności neuronalnej w obwodach węchowych szarańczy (Schistocerca americana)

Wieloelektrodowe nagrania patch-clamp stanowią skomplikowane zadanie. Pokazujemy tutaj, w jaki sposób, poprzez automatyzację wielu etapów eksperymentu, można przyspieszyć proces prowadzący do jakościowej poprawy wydajności i liczby nagrań.

Wspomagany komputerowo wieloelektrodowy system krosówek

Różne powłoki elektrod wpływają na wydajność rejestracji neuronowej poprzez zmiany właściwości elektrochemicznych, chemicznych i mechanicznych. Porównanie elektrod in vitro jest stosunkowo proste, jednak porównanie odpowiedzi in vivo jest zwykle skomplikowane ze względu na różnice w odległości między elektrodami a neuronami oraz między zwierzętami. Ten artykuł zawiera solidną metodę porównywania elektrod do rejestracji neuronowej.

Metoda systematycznej oceny elektrochemicznej i elektrofizjologicznej elektrod rejestrujących działanie neuronów

Protokoły zamkniętej pętli stają się coraz bardziej powszechne we współczesnej elektrofizjologii. Przedstawiamy prosty, wszechstronny i niedrogi sposób wykonywania złożonych protokołów elektrofizjologicznych w korowych neuronach piramidowych in vitro, przy użyciu komputera stacjonarnego i cyfrowej płytki akwizycyjnej.

Elektrofizjologia w czasie rzeczywistym: wykorzystanie protokołów zamkniętej pętli do badania dynamiki neuronów i nie tylko

Przedstawiono prostą i nowatorską technikę rejestrowania wyładowań doprowadzających z powodu mechanicznej stymulacji lancetowatych końcówek końcówek palisadowych, unerwiających mysie, skóry uszu, mieszków włosowych.

Połączony zapis mechanicznie stymulowanego wydzielania aferentnego i znakowania zakończeń nerwowych w lancetowatych zakończeniach mieszków włosowych myszy

Ten protokół opisuje prostą metodę jednoczesnego rejestrowania kolokalizowanej elektroencefalografii (EEG) i wielolaminarnego potencjału pola lokalnego u znieczulonego szczura. Wykazano, że otwór w czaszce wywiercony w czaszce w celu wprowadzenia mikroelektrody powoduje znikome zniekształcenia sygnału EEG.

Jednoczesna rejestracja kolokalizowanej elektroencefalografii i lokalnego potencjału pola u gryzoni

Ten protokół ma na celu pokazanie, jak połączyć układy mikroelektrod in vitro z urządzeniami mikroprzepływowymi do badania transmisji potencjału czynnościowego w kulturach neuronalnych. Analiza danych, a mianowicie wykrywanie i charakteryzacja rozchodzących się potencjałów czynnościowych, odbywa się za pomocą nowego, zaawansowanego, a jednocześnie przyjaznego dla użytkownika i ogólnodostępnego narzędzia obliczeniowego.

Łączenie mikrofluidyki z układami mikroelektrod do badania komunikacji neuronalnej i propagacji sygnałów aksonalnych

Przedstawiono połączone użycie technologii matryc mikroelektrod i stymulacji chemicznej indukowanej 4-aminopirydyną do badania aktywności nocyceptywnej na poziomie sieci w rogu grzbietowym rdzenia kręgowego.

Rejestrowanie aktywności sieci w obwodach nocyceptywnych rdzenia kręgowego za pomocą układów mikroelektrod

Obecny protokół opisuje konstrukcję specjalnie wykonanych układów mikroelektrod do rejestrowania lokalnych potencjałów pola in vivo z wielu struktur mózgu jednocześnie.

Budowa mikroelektrod potencjału lokalnego pola do nagrań in vivo z wielu struktur mózgu jednocześnie

Specjalnie zbudowane mikronapędy umożliwiają submilimetrowe celowanie w miejsca zapisu kory mózgowej za pomocą liniowych układów krzemowych.

Elektrofizjologia aktywności kory laminarnej u marmozety zwyczajnej

Tutaj prezentujemy dwa protokoły do rejestracji mikro-elektrokortykografii o wysokiej gęstości (μEcoG) u szczurów i myszy, w tym metody chirurgiczne, implantacyjne i rejestracyjne. Zapisy μECoG są wykonywane w połączeniu z zapisem laminarnej politrody w korze słuchowej szczura lub z optogenetycznym manipulowaniem aktywnością neuronalną w korze somatosensorycznej myszy.

Wieloskalowe badania przetwarzania kory mózgowej poprzez integrację politrod laminarnych i optogenetyki z mikroelektrokortykografią u gryzoni

Poznaj metodę wielokontaktowego zapisu elektrofizjologicznego w korze wzrokowej za pomocą elektrod laminarnych. Technika ta umożliwia badanie aktywności neuronów i potencjałów lokalnych w różnych warstwach kory.

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

Przeglądaj więcej filmów