Modelowanie danych szybkiego skanowania woltamperometrii cyklicznej na podstawie elektrycznie stymulowanych danych neurotransmisji dopaminy przy użyciu QNsim1.0

Ogólnym celem tego oprogramowania jest oszacowanie kinetyki elektrycznie stymulowanej neurotransmisji dopaminy na podstawie eksperymentalnych danych z szybkiej woltamperometrii cyklicznej. Metoda ta może ułatwić projektowanie badań, aby pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania dotyczące neurotransmisji dopaminy, takie jak to, w jaki sposób elektrycznie wywołana neurotransmisja dopaminy prążkowia jest zmieniana przez leki i stany chorobowe. Główną zaletą tego oprogramowania jest to, że zapewnia przyjazną dla użytkownika platformę do modelowania eksperymentalnych danych woltamperometrycznych przy użyciu ilościowych ram neurobiologicznych.

W tej procedurze pobierz QNsim1.0. zip i rozpakuj go do żądanego katalogu. Następnie przygotuj dane stymulowanej odpowiedzi dopaminy do modelowania, organizując arkusz kalkulacyjny, w którym każda kolumna zawiera czasową odpowiedź dopaminy przekształconą na mikromolowe stężenie dopaminy i zapisz ten plik w tym samym katalogu, co pliki programu.

Następnie otwórz oprogramowanie do programowania, przejdź do katalogu QNsim1.0 w bieżącym oknie folderu i otwórz plik o nazwie Initialization.m. Następnie kliknij przycisk Uruchom, aby uruchomić ekran inicjalizacji. Aby rozpocząć nowy projekt, w sekcji Nowy projekt wpisz nazwę pliku arkusza kalkulacyjnego, który zawiera dane odpowiedzi dopaminy dla projektu, w polu tekstowym pliku danych dopaminy.

Ten arkusz kalkulacyjny zawiera trzy odpowiedzi z dwóch badań, jedną zebraną w prążkowiu grzbietowym, a drugą zebraną w jądrze półleżącym. Obok opcji Czas symulacji wprowadź punkty czasowe odpowiadające początkowi i końcowi zbierania danych w stosunku do rozpoczęcia stymulacji. W przypadku danych z próbki występują odpowiedzi z 5-sekundowym interwałem przed stymulacją i 35-sekundowym zbieraniem danych po rozpoczęciu stymulacji.

Następnie wprowadź liczbę odpowiedzi w każdym badaniu obok odpowiedniego pola tekstowego. Obok opcji Interwał próbkowania wprowadź interwał próbkowania danych eksperymentalnych w sekundach, który wynosił co 0,1 sekundy dla naszych danych. Następnie obok opcji Zapisz jako wskaż nazwę pliku, w tym typ pliku, w którym projekt ma zostać zapisany.

Kliknij przycisk Utwórz nowy projekt, aby uruchomić okno symulatora. Alternatywnie, aby kontynuować poprzedni projekt, w sekcji Kontynuuj poprzedni projekt w oknie inicjalizacji wprowadź nazwę pliku kropkowego poprzednio rozpoczętego projektu. Następnie kliknij Załaduj istniejący projekt, aby uruchomić okno symulatora.

W tej procedurze wybierz eksperymentalną odpowiedź dopaminową do symulacji, wprowadzając numer badania, numer odpowiedzi i czas trwania stymulacji w odpowiednich polach tekstowych. Naciśnij Enter lub kliknij przycisk Symuluj, aby rozpocząć proces symulacji, który tworzy trzy wykresy zawierające dane eksperymentalne, dane symulowane i dane symulowane, które nie uwzględniają uwalniania dopaminy po stymulacji. Aby modelować eksperymentalne odpowiedzi dopaminy, dostosuj parametry delta DAR, delta DAR tau i DAR w stanie ustalonym związane z uwalnianiem dopaminy, aby dopasować je do amplitudy stymulacji.

Następnie dostosuj VMAX, KM początkowe, delta KM, KM przegięcie. Następnie dostosuj parametry VMAX, KM initial, delta KM, KM flekstion i K związane z wychwytem zwrotnym dopaminy tak, aby w panelu A symulowane dane przybliżały kształt fazy narastania danych eksperymentalnych, a symulacja bez śladu uwalniania po stymulacji była mniejsza niż ślad danych eksperymentalnych dla wszystkich punktów czasowych po stymulacji. To podejście do modelowania jest iteracyjnym procesem dostosowywania parametrów modelu.

W związku z tym prawdopodobnie konieczna będzie modyfikacja parametrów uwalniania DA tak, aby pasowały do kształtu fazy narastania. Następnie dostosuj parametry XR, tau, R i M związane z uwalnianiem dopaminy po stymulacji tak, aby symulowane dane były zbliżone do danych eksperymentalnych na wykresie dopaminy w funkcji czasu. W celu walidacji dokładności parametrów symulacji kluczowe znaczenie ma ustalenie, że ten sam zestaw parametrów stymulowanego uwalniania i wychwytu zwrotnego może przybliżać odpowiedzi eksperymentalne na różne czasy trwania stymulacji z tego samego miejsca pobierania próbek.

Gdy zestaw parametrów dokładnie modeluje dane eksperymentalne, kliknij przycisk Zapisz parametry, co spowoduje zapisanie tego zestawu parametrów dla danej odpowiedzi na plik kropkowy dla projektu. W razie potrzeby załaduj wcześniej zapisane parametry dla określonej odpowiedzi, klikając przycisk Załaduj parametry. Upewnij się, że odpowiedni numer badania i numer odpowiedzi zostały wprowadzone w odpowiednich polach tekstowych.

Aby wyeksportować zapisane parametry, w polu tekstowym obok przycisku Eksportuj parametry wpisz nazwę pliku i kliknij przycisk Eksportuj parametry, aby wyeksportować plik tekstowy ze wszystkimi parametrami symulacji. Rozdziel komórki w programie Excel spacjami, aby wyświetlić te dane w formacie tabeli. Pokazany tutaj wykres po lewej i prawej stronie przedstawia symulacje w danych eksperymentalnych zebranych odpowiednio w prążkowiu grzbietowym i jądrze półleżącym.

Te dwa regiony na ogół wykazują różne kształty odpowiedzi z wklęsłymi wznoszącymi się kształtami w grzbietowym prążkowiu i wypukłymi wznoszącymi się kształtami w jądrze półleżącym. Chociaż istnieje zmienność kształtów i amplitud odpowiedzi, nawet w obrębie danego obszaru, oba kształty odpowiedzi można modelować z kilkoma zauważalnymi różnicami i parametryzacjami. Ogólnie rzecz biorąc, VMAX jest niższy, a przegięcie KM jest znacznie niższe w jądrze półleżącym, w porównaniu z prążkowiem grzbietowym.

Próbując wykonać tę procedurę, należy pamiętać o systematycznym podejściu, minimalizując szacunki parametrów uwalniania i wychwytu zwrotnego dopaminy oraz weryfikując parametry na wielu odpowiedziach eksperymentalnych z tego samego miejsca pobierania próbek. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak modelować stymulowane reakcje dopaminy, aby oszacować kinetykę stymulowanej elektrycznie neurotransmisji dopaminy w prążkowiu.