Wizualny przewodnik po sortowaniu nagrań elektrofizjologicznych za pomocą "SpikeSorter"

Ogólnym celem tego filmu jest pokazanie elektrofizjologom, jak używać programu SpikeSorter do wykrywania i sortowania skoków w nagraniach zewnątrzkomórkowych z tkanki nerwowej wykonanej za pomocą układów mikroelektrod. Naszym celem było dostarczenie prostego rozwiązania tego zadania, jakim jest sortowanie spajków, za pomocą programu z przyjaznym dla użytkownika interfejsem. SpikeSorter może odczytywać pliki w różnych formatach i oferuje różnorodne strategie wstępnego przetwarzania i wykrywania zdarzeń, a także opcje sortowania i eksportu danych.

Implikacje tej techniki rozciągają się w kierunku analizy zachowań neuronalnych, badanych za pomocą nagrań zewnątrzkomórkowych z układami wieloelektrodowymi. Ogólnie rzecz biorąc, osoby, które dopiero zaczynają korzystać z tej metody, będą miały trudności ze względu na złożoność zadania oraz brak standardowej metodologii i obiektywnej walidacji. Po raz pierwszy pomysł na tę metodę zrodził się, gdy stanęliśmy przed problemem sortowania własnych nagrań, wykonanych na 54 kanałowych układach wieloelektrodowych i nie znaleźliśmy dostępnego rozwiązania.

Aby rozpocząć tę procedurę, otwórz program. Przejdź do pliku i otwórz, a następnie wybierz format pliku nagrania z listy rozwijanej w prawym dolnym rogu wynikowego okna dialogowego otwierania pliku. Następnie wybierz plik i kliknij przycisk Otwórz.

Kliknij przycisk OK po zakończeniu czytania. Sygnały nagrywania są teraz wyświetlane na wyświetlaczu przebiegu napięcia. Jeśli nagranie jest niefiltrowane i zawiera potencjał pola lokalnego, usuń je, klikając ikonę filtra na pasku narzędzi.

Wybierz górnoprzepustowy filtr Butterwortha, odpowiednią częstotliwość odcięcia i liczbę biegunów, a następnie naciśnij Zrób to.Naciśnij OK, a następnie gotowe, a następnie sprawdź przefiltrowany przebieg na wyświetlaczu. Sygnały napięciowe można sprawdzić, przytrzymując lewy przycisk myszy, a następnie przeciągając. Użyj kółka przewijania, aby powiększyć i ponownie pomniejszyć poszczególne funkcje.

Najedź kursorem myszy na określone punkty fali, aby wyświetlić odpowiednie wartości napięcia w lewym górnym rogu. Dwukrotne kliknięcie na oknie powoduje wyświetlenie okna dialogowego, które może być również wykorzystane do szybkiego zbadania dowolnej części nagrania oraz do zbadania określonych zdarzeń w kanałach lub klastrach, po zakończeniu wykrywania i sortowania zdarzeń. Następnie sprawdź, czy kanały mogą być uszkodzone i wymagają zamaskowania.

Kliknij ikonę sprawdzania kanałów i sprawdź wykres. Aby zamaskować odległy kanał, wybierz numer kanału lub wybierz go z listy problemów. Po zakończeniu zamknij okno dialogowe, a następnie kliknij przycisk tak po wyświetleniu monitu, aby zapisać wartości maski.

Zamaskowane kanały są wyszarzone na wyświetlaczu napięcia. W tej procedurze przejdź do sekcji Wykrywanie zdarzeń przed procesem, aby wyświetlić okno dialogowe wykrywania zdarzeń. Użyj suwaka w prawym górnym rogu, aby sprawdzić poziom szumów na poszczególnych kanałach.

Dokładna kontrola wyświetlacza napięcia może również ujawnić ciche lub niezwykle hałaśliwe kanały, które należy zamaskować. Wybierz zmienne progi wykrywania zdarzeń. Zalecany zakres progów wynosi od 4,0 do 6,0 razy szum

Wybierz 4.5. Wybierz metodę wykrywania dynamicznego filtra wielofazowego z listy rozwijanej. Ustaw okno tak, aby było mniej więcej o połowę mniejsze od szerokości typowego przebiegu szczytowego, z wartościami w zakresie od 0,15 do 0,5 milisekundy.

Następnie wybierz metodę wyrównywania, wybierając opcję, która najlepiej identyfikuje pojedynczą, czasowo zlokalizowaną cechę sortowanych spajków. Pozostaw inne opcje z wartościami domyślnymi i naciśnij Start. Naciśnij Gotowe, aby wyjść z okna dialogowego.

Okno przebiegu napięcia pokazuje wykryte zdarzenia w kolorze szarym na przypisanym im kanale środkowym. Parametry wykrywania zdarzeń można dostosować na podstawie wyników widocznych w tym momencie. Na przykład wykrywanie zdarzeń może zostać ponownie uruchomione z niższym progiem wykrywania, aby wykryć więcej zdarzeń.

Następny krok nie jest zwykle wykonywany przed rutynowym sortowaniem, ale jest przydatny podczas sortowania po raz pierwszy lub w przypadku napotkania nieznanych danych. Przejdź do sortowania, konwertuj kanały na klastry, aby utworzyć pojedynczy klaster dla każdego niezamaskowanego kanału elektrody, zakładając, że każdy kanał ma przypisane jakieś zdarzenia. Sprawdź te klastry, przechodząc do przeglądania, wyświetlania, czyszczenia i dzielenia klastrów, aby wyświetlić kolejne okno dialogowe.

Użyj elementu sterującego pokrętłem, aby wybrać klaster, który ma być wyświetlany. Wybierz klaster, który ma co najmniej dwa odrębne podklastry, a następnie naciśnij przycisk wyrównania, aby zmienić czas każdego zdarzenia, tak aby lepiej dopasować go do kształtu szablonu. Następnie naciśnij przycisk Autosplit, aby pogrupować zdarzenia na podstawie rozkładu głównych składników.

Następnie kliknij pola wyboru, aby sprawdzić przebiegi w podklastrach. Użyj suwaka, aby sprawdzić odpowiednie przebiegi. W ramach ćwiczenia użyj jednego z małych przycisków podziału, aby utworzyć nowy klaster i zbadać go.

Zwróć uwagę, że czerwony klaster teraz wyraźniej odsłania dwie podgromady, po tym jak zielony zostanie oddzielony. Sortowanie może być kontynuowane ręcznie w ten sposób, ale lepiej jest użyć szybszej procedury automatycznego sortowania. Naciśnij Gotowe i przejdź do Sortuj, Autosortowanie.

Pozostaw zaznaczoną opcję pomiń wykrywanie zdarzeń, jeśli wykrywanie zdarzeń zostało już wykonane, tak jak tutaj. Jeśli ta opcja nie jest zaznaczona, wykrywanie zdarzeń będzie uruchamiane automatycznie, przy użyciu wartości parametrów i wyborów odziedziczonych z okna dialogowego wykrywania zdarzeń. W poniższym panelu grupowania wybierz okno czasowe wystarczająco duże, aby pomieścić cały przebieg spajka, poprzedzający i następujący po punkcie wyrównania.

Następnie wybierz opcję wyrównania, która ma być używana podczas grupowania, i wybierz minimalny rozmiar klastra. Zdecyduj o liczbie wymiarów w przestrzeni komputera, które będą używane do grupowania, a inne opcje pozostaw w ustawieniach domyślnych. Następnie naciśnij Start, aby rozpocząć automatyczne sortowanie.

Po zakończeniu automatycznego sortowania naciśnij przycisk Next, aby przejść do etapu ręcznego scalania i dzielenia, a następnie naciśnij przycisk Rozpocznij. W nowym oknie dialogowym pary klastrów, które nie są wyraźnie podobne lub różne, będą prezentowane w sekwencji. Dla każdej prezentowanej pary użyj przycisków, aby wybrać, czy połączyć parę, scalić i ponownie podzielić, aby oznaczyć parę jako odrębną lub jako niejednoznaczną, jeśli nie jest jasne, jaka jest najlepsza decyzja.

Kliknij pola wyboru, aby wyświetlić wykres wysokości piku spajka lub pierwszej lub drugiej składowej głównej w funkcji czasu lub histogramów korelacji automatycznej i krzyżowej. Mogą one pomóc w podjęciu decyzji. Tutaj widzimy przykład decyzji o scaleniu.

Następnie następuje decyzja o połączeniu i podziale. Jeśli opcja scalania i dzielenia nie może znaleźć wyraźnie rozdzielalnych klastrów, użyj suwaka w wyświetlonym oknie dialogowym, aby ręcznie zmienić parametr grupowania i znaleźć podział, który wygląda zadowalająco. Jeśli nie można tego osiągnąć, użyj przycisku przywracania, aby powrócić do pierwotnego stanu dwóch klastrów.

Po zakończeniu naciśnij podziel, jak pokazano. Teraz przejdź do recenzji, przetwarzania końcowego. Użyj przycisku czyszczenia wyrównania, aby usunąć zdarzenia z klastrów, które są nieprawidłowo dopasowane do ich szablonu klastra.

Następnie użyj przycisku ponownego grupowania, aby ponownie przypisać zdarzenia nieklastrowane do określonych szablonów na podstawie wartości dopasowania. Odzyskane zdarzenia są oznaczone jako podklaster każdego klastra nadrzędnego i można je sprawdzić przy użyciu okna dialogowego wyświetlania, czyszczenia i dzielenia klastrów. Te zdarzenia pozostaną w klastrze i zostaną wyeksportowane jako takie, chyba że zostaną usunięte.

Następnie wróć do okna dialogowego przetwarzania końcowego. Użyj przycisku usuwania i znajdującego się obok niego elementu sterującego wirowania, aby usunąć klastry, których stosunek sygnału do szumu jest mniejszy niż wybrany próg. Następnie użyj przycisku sortowania, aby przenumerować klastry zgodnie z wybranym kryterium.

Ten rysunek przedstawia wyświetlanie, uzyskane przez przejście do view, posortowanych przebiegów dla nagrania, które zostało właśnie posortowane. Powszechnym doświadczeniem jest to, że przebiegi dla pary klastrów na tym samym kanale wyglądają identycznie, ale mimo to okno dialogowe porównywania par pokazuje różne klastry w projekcji PC. Decyzje o scalaniu po poprzednich etapach sortowania są czasami sugerowane przez wykresy amplitudowo-czasowe i korelogramy krzyżowe.

Ilustruje to decyzję o połączeniu opartą na obecności silnej asymetrycznej, krzyżowej korelacji w krótkich odstępach czasu, w połączeniu z wyraźną relacją między pierwszymi wartościami głównych składowych dwóch jednostek, pokazanych tutaj na osi pionowej. Rysunek ten przedstawia przypadek, w którym brakuje podobnych dowodów na łączenie. Korelogram krzyżowy nie jest silnie asymetryczny, a autokorelogramy są różne.

Chociaż kształty fal są podobne, te dwie jednostki prawdopodobnie nie powinny być łączone ze względu na różnicę w rozkładach głównych składników. Ten rysunek przedstawia przypadek, w którym kształty fal są podobne, a pierwsze wartości składowych głównych dwóch jednostek mieszają się, gdy jedna z nich przestaje działać, a druga zaczyna. W tym przypadku decyzja o połączeniu wydaje się prosta.

Mamy nadzieję, że to krótkie wprowadzenie do SpikeSortera było przydatne. Planujemy nadal rozwijać program i dodawać nowe funkcje tam, gdzie mogą być przydatne. W tym celu czekamy na zgłoszenia błędów, konstruktywne opinie i sugestie dotyczące ulepszeń.