Badanie przetwarzania sieci lokalnej za pomocą wielokontaktowego zapisu na elektrodach laminarnych

Ogólnym celem tej procedury jest opisanie metodologii, która pozwoli nam zbadać, w jaki sposób poszczególne neurony i lokalne potencjały pola w różnych warstwach korowych pierwszorzędowej kory wzrokowej. W kodzie informacja sensoryczna. Procedura rozpoczyna się od opisania budowy sterowanego komputerowo układu mikronapędu oraz zastosowania wielokontaktowej elektrody laminarnej do zapisu w pierwszorzędowej korze wzrokowej.

Następnym krokiem jest wykonanie paradygmatu wywołanego potencjału odpowiedzi po przesunięciu elektrody do docelowego obszaru mózgu. Następnie stosuje się analizę gęstości źródła prądu do identyfikacji warstw korowych zgodnie z odwróceniem polaryzacji, której towarzyszy konfiguracja źródła synchronizacji. Ostatnim krokiem procedury jest wykonanie mapowania pola recepcyjnego i analiza różnic w aktywności neuronalnej w odpowiedzi na stymulację wzrokową.

Ostatecznie można uzyskać wyniki, które pokazują specyficzne dla warstwy zmiany w kodowaniu informacji sensorycznych. Cześć, nazywam się Sarah Eagleman i jestem studentką studiów podyplomowych w Szkole Medycznej Uniwersytetu Teksańskiego w Houston. Główną przewagą tej techniki nad istniejącymi metodami, takimi jak matryce wieloelektrodowe, jest to, że sonda U może rejestrować aktywność neuronalną w wielu milimetrach kory mózgowej jednocześnie podczas jednej penetracji.

Cześć, nazywam się Brian Hansen. Jestem doktorantem pracującym w Szkole Medycznej Uniwersytetu Teksańskiego w Houston. Metoda ta może odpowiedzieć na kluczowe pytania w dziedzinie neurobiologii, badając, czy i w jaki sposób informacje są przetwarzane w specyficzny sposób laminarny.

Aby skonstruować zespół napędu elektrody nazwowej, najpierw zmontuj niezbędne narzędzia i elementy, w tym rurki prowadzące, drut doprowadzający, kompletny Dremel, zestaw narzędzi i części o nazwie oraz sondę U. Zmierz rurki prowadzące tak, aby po podłączeniu do urządzenia rejestrującego były wystarczająco długie, aby spoczywać na oponie twardej bez jej uszkodzenia. Następnie, po zmierzeniu głębokości komory nagrywającej, należy przyciąć rurki prowadzące do zmierzonej długości około pięciu do siedmiu centymetrów, jednocześnie przecinając rurki prowadzące.

Staraj się, aby żadne metalowe odłamki nie dostały się do wnętrza rurki. Użyj sztywnego drutu mniejszego niż wewnętrzna średnica rury prowadzącej, aby usunąć wszelkie metalowe fragmenty wewnątrz rury. Następnie umieść siatkę nazw w bazie nazw.

Dokręć zaciskową i siatki. Następnie zidentyfikuj obszar nagrywania zainteresowania i umieść wieże mikronapędów nad tym obszarem. Po zidentyfikowaniu obszaru zainteresowania przesuń rurkę prowadzącą przez spód siatki, aż znajdzie się około jednego do dwóch milimetrów poza komorą nazwy.

Następnie zamontuj dwa zaciski na każdej wieży mikrodysku NA. Silnik napędza górny zacisk, podczas gdy dolny zacisk może być zamocowany na miejscu lub poluzowany. Górny zacisk jest przymocowany do rurki wzmacniającej sondy U.

Przymocuj dolny clamp do rurki prowadzącej i nałóż niewielką ilość super kleju, aby zabezpieczyć rurkę prowadzącą na miejscu. Dwa zaciski zapewniają stabilność i precyzję systemu. Ostrożnie wyrównaj końcówkę sondy U z górną częścią rury prowadzącej i przełóż sondę U przez rurkę prowadzącą, aż będzie można przymocować wieżę do głównej podstawy.

Wyreguluj pozycję wieży za pomocą skrzydełkowej, aby nie było dodatkowego napięcia na sondzie U lub rurze prowadzącej. Umieść system nazw na podstawie cylindra i podłącz silnika do odpowiednich wież. W przypadku korzystania z wielu wież stosuje się opaski zaciskowe oznaczone kolorami, aby pomóc odróżnić silnikowe od wież, użyj programu do nazywania, aby rozpocząć przesuwanie sondy U, ustawiając pozycję docelową, która automatycznie przesuwa sondę U do tej lokalizacji, lub klikając w dół interfejs oprogramowania do nazwy, przesuń sondę U tak, aby co najmniej 10 milimetrów końcówki przechodziło przez rurkę prowadzącą poza koniec Nazwa Chamber.

Wysterylizuj sondę U, umieszczając ją w aktywowanym roztworze aldehydu po stronie metra na 20 do 30 minut przed przymocowaniem bazy nazwy do wszczepionej komory nagraniowej. Następnie przepłucz sondę U i nazwę podstawy sterylną wodą zero. Nazwij lokalizacje oprogramowania, cofając sondę U, tak aby końcówka znajdowała się tuż wewnątrz rurki prowadzącej w oprogramowaniu do nazwy.

Kliknij zero wszystkich pozycji. Przymocuj bazę z nazwą do wszczepionej komory nagraniowej i dokręć wszystkie cztery. Następnie wyrównaj podstawę zgodnie z kołkiem, który znajduje się z boku komory nagrywania.

Ponownie dokręć wszystkie cztery i upewnij się, że podstawa znamionowa jest bezpiecznie przymocowana do komory nagrywania. Aby przygotować się do zaawansowanego nagrywania, sonda U jest uziemiona i uważana za pływającą zgodnie z instrukcjami uziemienia i odniesienia. Odbywa się to poprzez umieszczenie zworki dołączonej do drutu.

Na dolnych złączach stopnie głowicy są przymocowane do złącza sondy U, a następnie wzmacniacza są podłączane i uziemiane. Sonda U jest początkowo wysuwana o około jeden do dwóch milimetrów w szybki i mocny sposób. Ustaw parametr prędkości w zakresie od 0,1 do 0,2 milimetra na sekundę, a krok głębokości na 0,2 do 0,3 milimetra.

Wartości te zapewniają, że sonda U jest w stanie czysto przebić oponę twardą i jest ważnym pierwszym krokiem w nagrywaniu. Po przejściu przez oponę twardą zmniejsz prędkość do 0,50 do 0,1 milimetra na sekundę i zmniejsz krok głębokości do 0,5 do 0,1 milimetra. Celem jest przesuwanie sondy U tak płynnie i powoli, jak to możliwe, tak aby żadna tkanka nie została uszkodzona.

Jedną z oznak tego, że sonda dostała się do mózgu, jest zmiana amplitudy LFP, której towarzyszy zmniejszenie poziomu szumu, aby sprawdzić, czy elektroda obejmuje wszystkie warstwy korowe, zmierzyć zmianę amplitudy w odpowiedzi na bodźce białego błysku w pełnym polu. Zmiany amplitudy LFP w czasie leżą u podstaw analizy wywołanego potencjału odpowiedzi. Analiza ta stanowi podstawę do identyfikacji warstw korowych w celu identyfikacji warstw korowych.

Zmierz wywołany potencjał odpowiedzi podczas zadania pasywnej fiksacji, wystawiając obiekt na działanie czarnego ekranu pełnego pola, który na biało przez 100 milisekund, a następnie powraca do czerni. Sekwencja ta stanowi jedną próbę, która jest powtarzana 200 razy. Plex na wielokanałowym procesorze akwizycji zapisuje wszystkie ciągłe sygnały danych bezpośrednio do komputera rejestrującego za pośrednictwem krajowej płyty PCI Instruments.

Po zapisaniu danych rozpocznij przetwarzanie sygnałów do bieżącej analizy gęstości źródła. Użyj korekcji programowej FP align dostarczonej przez Plex on, aby skorygować opóźnienia czasowe w sygnałach LFP indukowane przez filtry w stopniach głowicy i płytkach przed amplifikacją. W tym momencie dane są przesyłane do MATLABa za pomocą neuro explorera.

Każdy kanał LFP jest filtrowany za pomocą standardowych filtrów górno- i dolnoprzepustowych o częstotliwościach odcięcia 0,5 Hz i 100 Hz. Po przefiltrowaniu każdego styku elektrody zidentyfikuj każdą próbę i średnią z prób, aby uzyskać średni szereg czasowy LFP dla każdego styku elektrody, a następnie uporządkuj każdy styk w macierz z amplitudą LFP w funkcji czasu, uruchom zestaw narzędzi ICSD w MATLAB, wpisując ploter CSD w przestrzeni roboczej. Biorąc pod uwagę, że częstotliwość próbkowania danych ciągłych wynosi jeden kiloherc, ustaw parametr ID na jedną milisekundę.

Następnie ustaw wartość przewodności korowej na 0,4 Siemensa na metr, co przybliża gęstość źródła prądu w jednostkach nano peerów na milimetr sześcienny i zmień położenie elektrod jako wektor 0,1 o krok od 0,1 do 1,6, co jest całkowitą liczbą kontaktów. Po wstawieniu wszystkich parametrów kliknij przycisk Uruchom to. Wyświetl profil CSD w interfejsie plotera CSD i wklej go do nowego rysunku.

Typowe funkcje w MATLAB, takie jak obraz SC, mogą być używane do wykreślania profilu warstwy, a różne algorytmy wygładzania i procedury normalizacji mogą być stosowane do reprezentowania danych CSD i porównywania identyfikacji warstwy w godzinach i sesjach. Aby zidentyfikować odwrócenie polaryzacji, któremu towarzyszy konfiguracja źródła ujścia u podstawy warstwy czwartej, najpierw sprawdź obecność pierwotnego zlewu w warstwie ziarnistej. Korzystając z laminarnego profilu CSD, zlokalizuj ujemną polaryzację sterowaną przez zlew na wykresie CSD.

Następnie oblicz środek masy granulowanego zlewu. Identyfikator OID uzyskuje się z analizy składającej się z numeru kontaktowego i czasu, w którym synchronizacja była największa. Kontakt z syn Centro służy jako odniesienie warstwy ziarnistej przy zeru mikrometrów.

Przeanalizuj wszystkie kontakty powyżej i poniżej referencji i pogrupuj je w jedną z trzech możliwych warstw. Supra, granular, granular i infra granular weryfikują ziarnisty radiator, tasując pozycje elektrod, pozostawiając niezmienioną domenę czasową. Po przetasowaniu macierz CSD oblicza analizę OID.

Ponownie, tasowanie kontaktu elektrody w funkcji głębokości kory mózgowej powinno zniszczyć wszelką specyficzność laminarną. Aby znaleźć pola recepcyjne, zacznij od przedstawienia na monitorze bodźca odwrotnej korelacji, w którym potencjalnie znajdują się pola recepcyjne. Bodziec składa się z czterech stopni orientacji pod kątem 45, 0, 90 i 135 stopni.

Wykonaj analizę skupień na mapach szybkości wypalania, aby zlokalizować pole recepcyjne. Najpierw oblicz lokalizacje maksymalnej szybkostrzelności i ich środek ciężkości dla każdego opóźnienia czasowego. Następnie oblicz odległości między Centro a tymi miejscami o maksymalnej szybkostrzelności.

Obliczaj mapy szybkości wyzwalania w każdym miejscu przestrzennym dla opóźnień przewodzenia od 40 do 120 milisekund w odstępach pięciu milisekund dla każdego neuronu niezależnie. Znajdź całkowitą odległość między OID a otaczającymi go punktami maksymalnej szybkostrzelności przy wszystkich opóźnieniach czasowych. Pole recepcyjne znajduje się w opóźnieniu czasowym, które minimalizuje tę odległość.

Po znalezieniu pola recepcyjnego dla każdej komórki przedstaw bodziec odwrotnej korelacji Większy niż wszystkie lokalizacje pola recepcyjnego nakładające się na wszystkie pola recepcyjne w zarejestrowanej populacji. Wykres szybkości strzelania w czasie rzeczywistym może być wykorzystany do określenia, czy zidentyfikowano prawidłowe lokalizacje pola recepcyjnego. Na koniec posortuj formy fal szczytowych za pomocą programu sortowania offline plex on, który implementuje grupowanie przebiegów w oparciu o parametry, takie jak główne składniki: skok, szerokość doliny i właściwości szczytu.

Pamiętaj, aby usunąć jednostki sygnałowe, które gwałtownie zmieniają reakcje, i zachować tylko jednostki o stabilnej szybkostrzelności do dalszej analizy, którą pokazano tutaj. Przykładem ilustrującym analizę CSD jest lokalizacja warstw korowych w poprzek głębokości kory mózgowej w funkcji czasu, położenie warstw superziarnistych, ziarnistych i infraziarnistych pozostaje stabilne nawet cztery godziny po rozpoczęciu sesji nagraniowej. Ślady CSD reprezentują średnią tych kontaktów, które są przypisane do danej warstwy.

W tym przykładzie warstwa ziarnista ulega wyraźnemu spadkowi amplitudy CSD po około 50 milisekundach. Inną krytyczną analizą podczas korzystania z elektrody laminarnej jest dokładna identyfikacja i lokalizacja pola recepcyjnego neuronów. Początkiem tych wykresów jest punkt fiksacji, który jest małym białym okręgiem wyświetlanym centralnie na czarnym ekranie komputera.

Kolor na tych wykresach reprezentuje szybkość wypalania każdego neuronu w odpowiedzi na dynamiczny bodziec odwrotnej korelacji. Ten rysunek przedstawia dwa przykłady form fal szczytowych izolowanych na tym samym kanale. Analizę skupień przeprowadzono przy użyciu analizy składowych głównych i charakterystyki przebiegów szczytowych.

Średnie formy fal szczytowych są pokazane w linii ciągłej. Odchylenia standardowe są pokazane w linii przerywanej. Próbując tych procedur, ważne jest, aby pamiętać o ostrożnym posuwaniu się naprzód i pozostawieniu wystarczająco dużo czasu, aby mózg wystarczająco się uspokoił po postępie.

Zazwyczaj zaczynamy nagrywać około 30 do 45 minut po ostatnim postępie Zgodnie z tą procedurą. Inne techniki spektralne, takie jak LFP Power i synchronizacja Spike Field, mogą być wykorzystywane do badania struktury sieci w warstwach korowych i pomiędzy nimi.