Name: Um dispositivo simples para Estimulador Evocando Ponto-como estímulos táteis: A Searchlight para LFP a Spike Transitions (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-03-25T13:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 34 s
Description: Aprenda a construir um dispositivo de estimulação sensorial de baixo custo para estudos eletrofisiológicos no córtex somatossensorial. Este método permite analisar a transição de potenciais de campo local para disparos neurais com precisão de milissegundos.

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Declaração de ética Para estudar como estímulos sensoriais são representados pela atividade neuronal, não há alternativa para o uso de animais eo uso de uma abordagem em vivo. Todos os animais foram tratados ao longo das Leis italianas e europeias sobre o tratamento de animais em Pesquisa Científica (Comitê Italiano de Bioética, o Decreto-Lei sobre o tratamento de animais em pesquisa, 27 de janeiro de 1992, n º 116). O Conselho Nacional de Pesquisa, onde os experimentos foram realizados, adere ao Comitê Internacional de Laboratório de Ciência Animal (ICLAS), em nome da Organização das Nações Unidas para a Educação, a Ciência ea Organizações Culturais (UNESCO), o Conselho de Organizações Internacionais de Ciências Médicas (CIOMS ) e da União Internacional de Ciências Biológicas (IUBS). Como tal, não há aprovação específica do protocolo foi necessário. A aprovação do Ministério da Saúde, é classificado como &quot;Biella 1, 3/2011&quot; nos arquivos do Comitê de Ética daUniversidade de Milão. 1. Preparação dos animais experimentais <ol><li> Escolha ratos machos aproximadamente 300-400 g em tamanho. </li><li> Anestesiar os ratos para a preparação experimental. <ol><li> Injectar por via intraperitoneal uma solução de barbitúrico (pentobarbital, 50 mg / kg por indução, 10 mg / kg para manutenção). </li><li> Verifique o nível de anestesia por baixo limiar e alto limiar estímulos mecânicos sobre uma pata garantindo que nenhum reflexo de retração ocorre. </li><li> Prepare a pele do crânio raspando a calota craniana com precisão e, em seguida, fazer uma incisão para expor a superfície craniana. </li><li> Canular a traqueia, por uma cânula traqueal (diâmetro interno de 2 mm, e diâmetro externo de 2,5 mm) fixando-o por ligação cirúrgica em torno da própria traqueia. </li><li> Lateralmente ao segmento traqueal expor a veia jugular e canular que a inserção de uma cânula (PE10), ligada a uma seringa de fixação por ligação cirúrgica em torno do navio. </li></ol></li><li> Monte o rato em um aparelho estereotáxico. <ol><li> Proteja corpo rato e coloque em uma posição supina. </li><li> Fixe a cabeça por barras de ouvido e bloquear o focinho. Coloque uma ou duas gotas de anestésico local (lidocaína) no ouvido do rato antes de colocar barras de ouvido. </li></ol></li><li> Regular a temperatura do bloco estereotáxico por uma almofada de aquecimento controlado electronicamente, mantendo a temperatura a 37,5 ° C. </li><li> Conecte o tubo traqueal ao aparelho de anestesia respiratório. <ol><li> Coloque o aparelho de anestesia respiratória em um acidente vascular cerebral / s entregar isoflurano (2,5% 0,4-0,8 L / min) e O 2 (0,15-0,2 L / min). </li></ol></li><li> Limpe cuidadosamente a calota craniana por um anti-séptico tópico iodopovidona. </li><li> Tomar um bisturi estéril e cortar longitudinalmente na linha média a partir da base da cabeça até o ângulo do osso occipital. <ol><li> Divaricate as fronteiras da ferida por um afastador e corrigi-los por dois pequenos fórceps cocker aplicado to das fronteiras da ferida. </li><li> Identificar o periósteo, apontando uma luz sobre um cofre de crânio observando a superfície translúcida. Raspe cuidadosamente o cofre osso remoção do periósteo e expondo a superfície óssea. </li><li> Fornecer hemostasia com uma ponta de algodão ou esponja cirúrgica sobre a superfície do osso se hemorragias focais aparecer sobre o osso. </li></ol></li><li> Com uma caneta de ponta fina, identificar o ponto bregma estereotáxica no ponto de intersecção das suturas mediosagittal e coronal. <ol><li> Sob o controlo do microscópio cirúrgico, identificar a área de estereotaxia (S1HL) sobrepondo o córtex somatossensorial contralateral à pata posterior utilizado na experiência (bregma, AP -0,5 a 1,2 mm, LL -2,3 a 2,5 mm). </li></ol></li><li> Com uma caneta de ponta fina desenhar o perímetro quadrado que delimita o buraco a ser perfurado. <ol><li> Fure a 9 mm 2 furo no quadrado azul previamente identificados remoção da telha do osso. </li><li> Limpe e absorver sangramentos osso potenciais. </li&gt; <li> Remova cuidadosamente a dura-máter e cobrir a superfície cortical com uma esponja cirúrgica embebido no líquido cefalorraquidiano artificial mantida em 37,5 º C. </li></ol></li><li> Corrigir a matriz eletrodo a um detentor conectado a um micromanipulador eletrônico. <ol><li> Conecte o chefe da matriz para o pré-amplificador por um microconector. </li><li> Dirija manualmente a matriz de eletrodo (sob controle de microscópio cirúrgico) até a superfície cortical (sem tocá-lo). </li><li> Ligue os amplificadores com sinal auditivo. </li><li> Dirija, pelo controle eletrônico, a matriz de eletrodo para tocar a superfície cortical até que o contato seja alcançado, sinalizado por um ruído mudança som claro. </li><li> Puxe para baixo a matriz de eletrodo por passos controlados eletronicamente (2 m / passo) até uma profundidade de 350-400 mM é alcançado (camada cortical IV). </li><li> Verificar a capacidade de resposta dos neurônios por leves toques na pata posterior contralateral. </li><li>Ajuste a profundidade de algumas novas medidas até que uma resposta clara spiking é observado. </li><li> Paralisar o rato por thriethiodide Galamina intravenosa (20 mg / kg / hr). Use doses refratadas ao longo da experiência para manter os níveis de curarização (0,2 ml / 1 hr). </li></ol></li></ol> 2. Tratamento de Sinais <ol><li> Defina o filtro de banda software para [0,1 6000] Hz. <ol><li> Anote os sinais neuronais da matriz de microeletrodos 8 canais amostrados a 32 kHz. </li></ol></li><li> Após a aquisição termina, exportar os sinais gravados em um formato binário adequado para pós-processamento. <ol><li> Execute o procedimento de pico de classificação por meio da caixa de ferramentas Wave_clus 11. </li></ol></li></ol> 3. Fabricação e configuração do dispositivo de estimulação <ol><li> Montar uma haste cactus (com ponta embotada) ortogonal à superfície de um alto-falante mid-range colagem base talo para a tampa. </li><li> Programa umamicrocontrolador para fornecer pulsos de voltagem a um circuito de driver para o alto-falante. <ol><li> Programar o microcontrolador para entregar dois pulsos pareadas de corrente por segundo (Figura 1C). </li></ol></li><li> Monte o alto-falante e do microcontrolador por meio de um L293D h-ponte com componentes passivos básicos (ver Figura 1A). </li><li> Ligue o microcontrolador para uma bateria recarregável 12 V. </li></ol> 4. Estimulação Protocolo <ol><li> Cole o aspecto dorsal do hind-pata de uma estrutura sólida, expondo a superfície volar e evitando torções articulares. </li><li> Coloque a ponta do dispositivo de estimulação para o cargo de membro / pata desejado. </li><li> Ligar o aparelho de estimulação. </li></ol> Desconectado etapas: 5. Avaliação das respostas de Spike <ol><li> Para cada neurônio gravado, calcular a informação mútua Shannon (MI) do estímulo evocado atividade spiking (estímulo category é 1, estímulo, ou 0, sem estímulo). <ol><li> Estimar a probabilidade condicional resposta p (r | s) onde s representa a categoria estímulo e r representa o número de pontos emitidos dentro de uma janela de tempo fixo. </li><li> Corrigir a estimativa MI usando o procedimento descrito baralhar 9. </li></ol></li></ol> 6. Avaliação das respostas LFP <ol><li> Filtrar o sinal gravado no intervalo de frequência [0,1 100] Hz, a fim de obter o sinal LFP </li><li> Computar LFPSNR, uma medida da capacidade de resposta LFP, como explicado na referência 10. </li></ol> 7. Modelo de estimativa <ol><li> Gerar um modelo da forma <img alt="" fo:content-width="2in" height="24" src="/files/ftp_upload/50941/50941eq1.jpg" width="155" /> onde os argumentos x representam três características diferentes (LFP x 1 o próprio LFP, &lt;<html> in&gt; 2 x o seu derivado e x 3 a fase de Hilbert de um seu derivado) e F é expressa como se segue <img alt="" fo:content-width="2in" height="57" src="/files/ftp_upload/50941/50941eq2.jpg" width="187" /> os coeficientes de g são pesos de uma combinação linear e f é um operador que leva tanto o valor absoluto, o poder ou o valor original de cada x i. </li><li> Use o algoritmo NSGAII para estimar os parâmetros e operadores de modelo usando os três objetos seguintes: i) um local, de tentativa de contra-relógio base, medida de ajuste <img alt="" fo:content-width="2in" height="40" src="/files/ftp_upload/50941/50941eq3.jpg" width="149" /> , Em que N e N sp r representam, respectivamente, os picos de contagem geral e o comprimento do vector de resposta; ii) uma medida global de ajuste com base na resposta média&quot;largura =&quot; ad/50941/50941eq4.jpg 205 &quot;/&gt; em que N representa respectivamente o comprimento da resposta média, iii) uma medida de complexidade do modelo (ver também) 10 <img alt="" fo:content-width="2in" height="23" src="/files/ftp_upload/50941/50941eq5.jpg" width="161" /> . </li></ol> 8. A confirmação histológica <ol><li> Sacrifique o rato. <ol><li> No final de gravações experimentais, colocar o animal sob anestesia profunda gasoso (isoflurano a 2%, 4 L / min) e administrar por via intravenosa uma overdose de barbitúrico (&gt; 50 mg / kg, com pentobarbital). </li><li> Espere a parada cardíaca. </li><li> Desmontar o rato a partir do aparelho estereotáxico </li></ol></li><li> Perfusão. <ol><li> Coloque o rato que coloca sobre uma grade em uma bacia para recolher o sangue e fluidos de perfusão. </li><li> Abra o tórax dissecando o esterno separando as inserções das costelas. </li><li> Bloquear o processo xifóide do esterno com uma pinça cocker e derrubando cranially do esterno e das costelas divaricate sobre o coração. </li><li> Identificar o ventrículo esquerdo e do átrio direito, coloque um calibre nove embotada ponta de agulha (conectado à cânula de perfusão) para o ventrículo e abrir com uma tesoura fina cirúrgicos no átrio direito. </li><li> Iniciar a perfusão com frio (4 ° C) solução fisiológico heparinizado (250 ml) seguido pela perfusão de uma solução de formalina a 4% (250 ml). </li></ol></li><li> Extraia o cérebro do crânio, abrindo a caixa craniana com uma pinça adequada e colocar o cérebro em uma solução de formol a 10%. </li><li> Depois de uma semana, preparar os cortes histológicos por um micrótomo (10 mM de espessura). </li><li> Mancha as seções coronal e sagital do cérebro com solução cresil violeta. </li></ol>

<ol><li>Pesaran, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Uncovering+the+Mysterious+Origins+of+Local+Field+Potentials%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">Uncovering the Mysterious Origins of Local Field Potentials.</a> Neuron. 61 (1-2), (2009).</li>
<li>Delmas, P., Hao, J., Rodat-Despoix, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Molecular+Mechanisms+of+Mechanotrasduction+in+Mammalian+Sensory+Neurons%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Rev.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Molecular Mechanisms of Mechanotrasduction in Mammalian Sensory Neurons.</a> Nat. Rev. Neurosci. 12, 139-153 (2011).</li>
<li>Rasch, M. J., Gretton, A., Murayama, Y., Maass, W., Logothetis, N. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Inferring+spike+trains+from+local+field+potentials%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurophys%22%5BJournal%5D)">Inferring spike trains from local field potentials.</a> J. Neurophys. 99 (3), 1461-1476 (2008).</li>
<li>Galindo-Leon, E. E., Liu, R. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Predicting+stimulus-locked+single+unit+spiking+from+cortical+local+field+potentials%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Comput.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Predicting stimulus-locked single unit spiking from cortical local field potentials.</a> J. Comput. Neurosci. 29 (3), 581-597 (2010).</li>
<li>Theunissen, F. E., David, S. V., Singh, N. C., Hsu, A., Vinje, W. E., Gallant, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Estimating+spatio-temporal+receptive+fields+of+auditory+and+visual+neurons+from+their+responses+to+natural+stimuli%5BTitle%5D)+AND+%22Network%22%5BJournal%5D)">Estimating spatio-temporal receptive fields of auditory and visual neurons from their responses to natural stimuli.</a> Network. 12 (3), 289 (2001).</li>
<li>Victor, J. D., Purpura, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Metric-space+analysis+of+spike+trains%3A+theory%2C+algorithms%2C+and+application%5BTitle%5D)+AND+%22Network%22%5BJournal%5D)">Metric-space analysis of spike trains: theory, algorithms, and application.</a> Network. 8, 127-164 (1997).</li>
<li>Foffani, G., Chapin, J. K., Moxon, K. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Computational+Role+of+Large+Receptive+Fields+in+the+Primary+Somatosensory+Cortex%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Computational Role of Large Receptive Fields in the Primary Somatosensory Cortex.</a> J. Neurophysiol. 100 (1), 268-280 (2008).</li>
<li>Microcontroller website. , Duemilanove, Italy. Available: 
 
 <a target="_blank" href="http://arduino.cc">http://arduino.cc</a> (2014).</li>
<li>Panzeri, S., Senatore, R., Montemurro, M. A., Petersen, R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Correcting+for+the+sampling+bias+problem+in+spike+train+information+measures%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Correcting for the sampling bias problem in spike train information measures.</a> J. Neurophysiol. 98, 1064-1072 (2007).</li>
<li>Storchi, R., Zippo, A. G., Caramenti, G. C., Valente, M., Biella, G. E. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Predicting+Spike+Occurrence+and+Neuronal+Responsiveness+from+LFPs+in+Primary+Somatosensory+Cortex%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+ONE%22%5BJournal%5D)">Predicting Spike Occurrence and Neuronal Responsiveness from LFPs in Primary Somatosensory Cortex.</a> PLoS ONE. 7 (5), (2012).</li>
<li>Quiroga, R. Q., Nadasdy, Z., Ben-Shaul, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Unsupervised+Spike+Detection+and+Sorting+with+Wavelets+and+Superparamagnetic+Clustering%5BTitle%5D)+AND+%22Neural+Comput%22%5BJournal%5D)">Unsupervised Spike Detection and Sorting with Wavelets and Superparamagnetic Clustering.</a> Neural Comput. 16, 1661-1687 (2004).</li>
<li>Deb, K., Agrawal, A., Pratab, A., Meyarivan, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+fast+elitist+non-dominated+sorting+genetic+algorithm+for+multi-objective+optimization%3A+NSGA-II+IEEE%5BTitle%5D)+AND+%22Trans.+Evol.+Comput%22%5BJournal%5D)">A fast elitist non-dominated sorting genetic algorithm for multi-objective optimization: NSGA-II IEEE.</a> Trans. Evol. Comput. 6 (2), 181-197 (2000).</li>
</ol>

Os autores declaram não haver interesses financeiros concorrentes.

Este trabalho, em primeiro lugar apresentou uma nova, simples e de baixo custo dispositivo que permite entregar os estímulos sensoriais de ponto como rápidos e espacialmente. Em seguida, um par protocolo randomizado estimulação de pulso e um conjunto de análises computacionais foram validados. O objetivo geral foi o de estabelecer um quadro para a estimativa das relações LFP-pico em registros eletrofisiológicos durante a estimulação tátil. O dispositivo, o protocolo ea abordagem analítica co...

No contexto do sinal de processamento da resposta de impulso proporciona uma caracterização fundamental do comportamento de um sistema dinâmico. Embora o estímulo impulso ideal não é praticamente possível, é possível obter uma aproximação razoável de que através da utilização de um elemento actuador que gera deslocamentos de alta frequência. Este tipo de estimulação tátil-vibratória luz é conhecido por alvo tanto de pele profunda (por exemplo, de resposta rápida, rápida adaptação corpúsculos de Pacini) 2 e receptores superficiais (por exemplo, baixo limiar lentamente adaptando Merkel estruturas discóides) 2. Aparelhos de estimulação atuais, atuadores piezoelétricos principalmente, são acusados ​​de uma série de inconvenientes, não menos importante, ressonâncias e pequenos deslocamentos. Para superar essas falhas, uma implementação alternativa de estimulação impulso-como é proposto, usando uma ponta embotada (uma dica cactus suavizada no nosso caso) verticalmentemontado sobre o centro da membrana de um alto-falante de cone de gama média. Isto proporciona a vantagem de deslocamentos maiores e mais amplo espectro de frequências. Uma aplicação eficaz de um tal dispositivo é o estudo do problema neurofisiológicos relevante do LFPs a picos de dependência. Por causa da associação temporal sutil entre esses eventos elétricos era necessário um dispositivo finamente reguladas para a entrega de estímulos periféricos. Os estímulos teve que ser mais rápido e espacialmente selectiva quanto possível, a fim de reduzir o &quot;ruído de fundo&quot; e aguçar os sinais de interesse. Para esta finalidade, o dispositivo de estimulação e o protocolo de entrega de estímulo foram optimizados em conjunto para a tarefa. Neste trabalho, descrevemos a técnica e apresentar alguns resultados representativos. Um protocolo de estimulação com base em pulsos-aleatória pareada foi projetado e otimizado, a fim de evitar a habituação. Este protocolo oferece a vantagem de par clássicoed pulsos e reduziu a possibilidade de bloqueio espúria entre estímulos e explosões periódicas espontâneas de atividade neuronal. Ao utilizar este randomizados pulso emparelhado foi possível obter LFP e Spike respostas rápidas e confiáveis ​​e para capturar a característica especial dessas respostas relacionadas com a dependência de ambos os LFPs e picos sobre a história estimulação. Com efeito, a partir das respostas LFP-primas, um conjunto de três LFP apresenta (a própria LFP LFP primeira derivada e fase da primeira derivada) fortemente correlacionando-se com a resposta média de pico, também foi extraído. Poucos métodos têm sido propostos para ajustar modelos que prevêem picos de LFPs 3,4. Em geral, um ponto crítico do processo de montagem do modelo, comum também para a previsão de eventos de pico do sinal de estímulo, é constituída pela escolha apropriada da função objetivo para maximizar / minimizar. Enquanto uma série de funções objetivo foi propord (por exemplo, correlação e coerência) 5 nenhum deles capta em conjunto toda a complexidade das respostas spike. Assim, é introduzido um quadro romance baseado em otimização multi-objetivo. Mostramos que, usando a proposta concebida e este quadro computacional, é possível estimar um conjunto de modelos de previsão com base em forte LFP a espiga relacionamentos.

<table><tbody><tr><td>Microstepper</td><td>AB Transvertex (Estocolmo, Suécia)</td><td></td><td>O microstepper usado para puxar para baixo a matriz de eletrodos</td></tr><tr><td>Cheetah System</td><td>Neuralynx de 32 canais (MT, EUA)</td><td></td><td>O sistema de registro eletrofisiológico</td></tr><tr><td>L293D h-bridge</td><td>RS Components (Cinisello Balsamo, Itália)</td><td></td><td>A ponte usada para conectar o microcontrolador ao alto-falante</td></tr><tr><td>H21A3 Optical Interrupter Switch</td><td>Fairchild Semiconductor Corporation (San Jose, Califórnia)</td><td></td><td>O fototransistor usado para estabilizar o deslocamento da ponta</td></tr><tr><td>Arduino Uno</td><td>Arduino (Duemilanove, Itália)</td><td></td><td>O microcontrolador usado para fornecer pulso de corrente ao alto-falante</td></tr><tr><td>Microeletrodo Matrices GB1</td><td>FHC</td><td></td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Isoflurano</td><td>Rhodia Organique Fine Ltd.</td><td></td><td>O anestésico usado para preparar animais</td></tr><tr><td>Aparelho estereotáxico</td><td>Narishighe (Tóquio, Japão)</td><td></td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Ratos machos Sprague-Dawley</td><td>Charles River (Calco, LC, Itália)</td><td></td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Trietiodeto de gallamina</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td>O composto usado para curarizar os animais Violeta</td></tr><tr><td>Cresyl</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Anti-sépticos tópicos (Betadine 10%)</td><td>Meda Pharma (Milão, Itália)</td><td></td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Heparina</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Reagentes de Formaldeído</td><td>Carlo Erba (Pomigliano Milanese, Milão, Itália)</td><td></td><td>&nbsp;</td></tr></tbody></table>

um dispositivo simples para estimulador evocando ponto-como estímulos táteis: a searchlight para lfp a spike transitions

A Simple Stimulatory Device for Evoking Point-like Tactile Stimuli: A Searchlight for LFP to Spike Transitions

Investigação neurofisiológica atual tem o objetivo de desenvolver metodologias para investigar a rota do sinal de neurônio para neurônio, ou seja, nas transições de picos para locais de Campo Potenciais (LFPs) e de LFPs de spikes. LFPs têm uma dependência complexa sobre a atividade de pico e sua relação ainda é pouco compreendida 1. A elucidação dessas relações sinal seria útil tanto para o diagnóstico clínico (por exemplo, paradigmas de estimulação para Estimulação Cerebral Profunda) e para uma compreensão mais profunda das estratégias de codificação neural em condições normais e patológicas (por exemplo, epilepsia, doença de Parkinson, dor crônica). Para tal, é preciso resolver questões técnicas relacionadas a dispositivos de estimulação, paradigmas de estimulação e análises computacionais. Portanto, um dispositivo de estimulação feito sob medida foi desenvolvido a fim de entregar estímulos bem regulados no espaço e no tempo que não incorrem em ressonância mecânica. Subsequentemente,como uma exemplificação, um conjunto de relações LFP-pico de confiança foi extraído. O desempenho do dispositivo foi investigada por gravações extracelular, spikes conjunta e respostas LFP aos estímulos, a partir do rato córtex somatosensorial primário. Em seguida, por meio de uma estratégia de otimização multi-objetivo, foi estimado um modelo preditivo para a ocorrência de pico com base em LFPs. A aplicação deste paradigma mostra que o dispositivo está devidamente adaptado para oferecer alta estimulação tátil freqüência, superando atuadores piezoelétricos comuns. Como uma prova da eficácia do dispositivo, os seguintes resultados foram apresentados: 1) o tempo e a fiabilidade das respostas LFP bem corresponder as respostas pico, 2) LFPs são sensíveis à história estimulação e capturar não só a resposta média, mas também o teste-a-teste flutuações na actividade de pico e, finalmente, 3), utilizando o sinal LFP é possível estimar uma gama of modelos preditivos que capturam diferentes aspectos da atividade do ponto.

Características de excursão Dica Para caracterizar as propriedades dinâmicas do dispositivo de estimulação proposto, uma série de experimentos foram instalados. Um dispositivo específico que consiste em um arsenieto de gálio díodo emissor de infravermelhos acoplado a um fototransistor de silício foi utilizado para avaliar o deslocamento da ponta, a duração do deslocamento e as possíveis atrasos de deslocamento. Por meio deste interruptor interruptor óptico, foi colocado na ponta do estimulador ...

Para elucidar o complexo de transição locais Campo Potenciais (LFPs) para picos um estimulador adequado para estímulos periféricos mecânicos leves foi construído. Como uma aplicação, as atividades spiking gravados a partir de córtex somatosensorial foram analisados ​​por uma estratégia de otimização multi-objetivo. Os resultados demonstraram que o estimulador proposto foi capaz de entregar estímulos táteis com milissegundo e precisões milimétricas.

Um dispositivo simples para Estimulador Evocando Ponto-como estímulos táteis: A Searchlight para LFP a Spike Transitions

Current neurophysiological research has the aim to develop methodologies to investigate the signal route from neuron to neuron, namely in the transitions ...

O objetivo geral deste procedimento é propor um dispositivo sensorial estimulatório personalizado eficaz e de baixo custo para estimulações rápidas do tipo ponto. Isso é alcançado primeiramente configurando o dispositivo de estimulação. O segundo passo é preparar o animal para os registros eletrofisiológicos, abrindo uma janela óssea sobre a área somatossensorial primária para permitir o posicionamento da matriz multieletrodo.O terceiro passo do procedimento é posicionar o dispositivo de estimulação sobre regiões da pata previamente identificadas como responsivas. O passo final é encontrar as melhores respostas espontâneas e estimuladas de potenciais de campo locais (LFP) e descargas de potenciais de ação. Em última análise, as respostas de descargas e de LFP serão avaliadas por algoritmos ad hoc.A principal vantagem da nossa técnica em relação às técnicas existentes, como estimuladores bioelétricos, é que nosso dispositivo é capaz de produzir estímulos muito rápidos e semelhantes a pontos nas áreas de interesse. Este método pode ajudar a responder questões fundamentais em neurofisiologia, como a transição entre potenciais locais do final e picos, e vice-versa. A demonstração do preparo do animal para a estimulação do polo será feita por Saini, uma estudante de doutorado do meu laboratório; a montagem técnica do dispositivo será demonstrada pelo Dr. Antonio Zippo, com a ajuda de um assistente meu no laboratório.Neste programa de procedimento, um microcontrolador para fornecer dois pulsos de corrente emparelhados a cada segundo, organize o microcontrolador, a placa de prototipagem, o alto-falante de médio alcance, o circuito de acionamento e o adesivo sobre uma mesa. Em seguida, fixe uma ponta romba, caule de cacto ortogonalmente à superfície de um alto-falante de médio alcance. Monte o alto-falante e o microcontrolador por meio de uma ponte L 293 DH com componentes passivos básicos.Em seguida, conecte o microcontrolador a uma bateria recarregável de 12 volts para a cirurgia estereotáxica. Após anestesiar a rata por injeção intraperitoneal com solução de barbitúrico montada em um aparelho estereotáxico, fixe a cabeça com as hastes auriculares e o bocal. Em seguida, mantenha a temperatura do suporte estereotáxico em 37,5 graus Celsius por meio de um aquecedor controlado eletronicamente.Em seguida, limpe cuidadosamente a cavidade craniana com a iodo-povidona. Faça uma incisão antisséptica tópica ao longo da linha média, desde a base do focinho até o osso occipital, e fixe a pele com um retrator e duas pequenas pinças tipo coquer. Agora, identifique o periósteo e remova-o da superfície óssea com uma ponta fina.Marque com caneta a região bgma no ponto de cruzamento das suturas sagital mediana e coronal. Em seguida, sob o microscópio cirúrgico, identifique o território somatossensorial da pata traseira, que recobre o córtex somatossensorial contralateral à pata traseira posterior utilizada no experimento. Utilize uma caneta de ponta fina para desenhar um quadrado delimitando o orifício a ser perfurado.Em seguida, faça um furo de nove milímetros quadrados no quadrado previamente marcado. Remova a lâmina óssea e retire cuidadosamente a dura-máter. Cubra a superfície cortical com uma esponja cirúrgica embebida em fluido cerebroespinhal artificial a 37,5 graus Celsius.Em seguida, fixe a matriz de eletrodos em um suporte conectado a um micromanipulador eletrônico. Conecte a cabeça da matriz ao pré-amplificador por meio de um conector micro. Sob o microscópio cirúrgico, abaixe manualmente a matriz de eletrodos até a superfície cortical sem tocá-la.Em seguida, ligue os amplificadores de áudio e continue a baixar a matriz de eletrodos até que toque a superfície cortical, o que será indicado por um ruído claro. Posteriormente, abaixe a matriz de eletrodos em passos controlados eletronicamente de dois mícrons por passo até atingir a camada cortical quatro a uma profundidade de 350 a 400 mícrons. Em seguida, verifique a resposta dos neurônios mediante leves toques na pata posterior contralateral.Ajuste a profundidade em mais alguns passos até que uma resposta clara de disparo seja observada. Configure o filtro passa-banda do software para 1,0 a 6.000 hertz e a taxa de amostragem para 32 kilohertz e inicie a gravação do sinal neuronal. Após cinco minutos de gravação, encerre o experimento e exporte os dados gravados em formato binário para pós-processamento.Realize o procedimento de separação de sinais por meio do toolbox wave_+. Neste procedimento, fixe a face dorsal da pata traseira a uma estrutura rígida, expondo a superfície LAR e evitando torções articulares. Em seguida, posicione a ponta do dispositivo de estimulação na posição desejada da pata P e ligue o dispositivo de estimulação.Após este procedimento, os pesquisadores podem estudar o processamento de informações em estímulos somáticos lentos e rápidos. Após o desenvolvimento deste dispositivo, pesquisadores e clínicos poderão analisar e compreender as diferenças e os cálculos neurais e na elaboração de sinais de estímulos leves, tanto em indivíduos normais quanto em.

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JoVE Journal

Neuroscience

Neurociência

Digital micromirror dispositivos (DMD) pode gerar padrões complexos em tempo e espaço com o qual o controle da excitabilidade neuronal. Questões relevantes para a concepção, construção e operação de sistemas de DMD são discutidos. Tal sistema permitiu a demonstração de não-linear integração entre distal pontos de ramificação dendrítica.

Padronizada fotoestimulação com dispositivos Digital Micromirror para Investigar Integração dendríticas em pontos Branch

Adulto-nascido neurônios expressando ChR2 pode ser manipulado em preparações fatia eletrofisiológicos, a fim de examinar sua contribuição para a função olfativa de circuitos neurais.

Acessível usando Arrays LED para Foto Estimulação de Neurônios

Um procedimento é descrito para manipular a actividade de neurónios piramidais corticais cerebrais optogenetically enquanto o electroencefalograma, electromiograma, e concentração do lactato cerebral são monitorados. Gravações experimentais são realizados em ratinhos de cabo-cativos, enquanto eles sofrem espontâneas do sono / vigília ciclos. Optogenética equipamento é montado no nosso laboratório, o equipamento de gravação encontra-se comercialmente disponível.

Eletroencefalografia simultânea, em tempo real de medição da concentração de lactato e Manipulação optogenética da atividade neuronal do córtex cerebral de roedores

Fonte: Zhao, Z. et al. Um método invasivo para a ativação do giro dentado do camundongo por estimulação de alta frequência. J. Vis. Exp. (2018)Este vídeo demonstra o protocolo para fornecer estimulação cerebral profunda de alta frequência a um giro dentado do hipocampo de camundongo, detalhando seus efeitos na ativação neuronal, plasticidade sináptica e neurogênese.

Estimulação de alta frequência para aumentar a ativação neuronal e a neurogênese no giro dentado de camundongo

Este vídeo demonstra a operação de estimulação em circuito fechado em um rato com um dispositivo implantado cirurgicamente para registrar a atividade neural. Os sinais neuronais são primeiro registrados e analisados. As formas de onda do modelo são então carregadas e os parâmetros são definidos para acionar a estimulação de circuito fechado.

Desencadeando uma estimulação de circuito fechado pela atividade de pico de neurônios

Este vídeo demonstra o procedimento para estudar a eficiência sináptica no córtex entorrinal lateral (LEC) estimulando optogeneticamente os axônios do córtex pré-frontal medial (mPFC) e registrando as respostas dos neurônios piramidais no LEC. Este método combina gravações de patch-clamp com ativação sináptica por estimulação de luz para estudar a plasticidade sináptica.

Estimulação optogenética e registro eletrofisiológico de eventos sinápticos em fatias de cérebro de rato

Descrevemos um método para caracterizar a topografia funcional e as propriedades sinápticas dos circuitos do prosencéfalo usando uma abordagem optogenética para fotoestimular populações neuronais in vitro.

Fotoestimulação de varredura a laser de circuitos de prosencéfalo optogeneticamente direcionados

Apresentamos um protocolo para avaliar o equilíbrio entre liberação de glutamato e liberação em sinapses glutamatergicas corticostriatais únicas em fatias agudas de camundongos adultos. Este protocolo usa o sensor fluorescente iGluu para detecção de glutamato, uma câmera sCMOS para aquisição de sinal e um dispositivo para iluminação a laser focal.

Indicadores únicos de sinapse de liberação de glutamato e absorção em fatias cerebrais agudas de ratos normais e huntington

Aqui apresentamos um protocolo descrevendo a transdução viral de regiões cerebrais discretas com construtos optogenéticos para permitir a caracterização eletrofisiológica específica da sinapse em cortes cerebrais agudos de roedores.

Ex Vivo Interrogação Optogenética da Transmissão Sináptica de Longo Alcance e Plasticidade do Córtex Pré-frontal Medial para o Córtex Entorrinal Lateral

A amígdala desempenha um papel fundamental na epilepsia do lobo temporal, que se origina e se propaga a partir dessa estrutura. Este artigo fornece uma descrição detalhada da fabricação de eletrodos cerebrais profundos com funções de gravação e estimulação. Introduz um modelo de epilepsia do lobo temporal medial originária da amígdala.

Usando um eletrodo bipolar para criar um modelo de rato com epilepsia do lobo temporal por acendimento elétrico da amígdala

Apresentamos um método para a estimulação química flexível e multimodal e registro da atividade neural simultânea de muitos vermes Caenorhabditis elegans . Esse método usa microfluídica, hardware e software de código aberto e análise automatizada supervisionada de dados para permitir a medição de fenômenos neuronais como adaptação, inibição temporal e crosstalk de estímulos.

Estimulação Multimodal Automatizada e Gravação Neuronal Simultânea de Múltiplos Pequenos Organismos

Aprenda a construir um dispositivo de estimulação sensorial de baixo custo para estudos eletrofisiológicos no córtex somatossensorial. Este método permite analisar a transição de potenciais de campo local para disparos neurais com precisão de milissegundos.

Um dispositivo simples para Estimulador Evocando Ponto-como estímulos táteis: A Searchlight para LFP a Spike Transitions

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