Моделирование данных циклической вольтамперометрии с быстрым сканированием данных электроиммированных дофаминовых нейротрансмиссионных данных с использованием QNsim1.0

Общая цель этой программы состоит в том, чтобы оценить кинетику электрически стимулированной дофаминовой нейротрансмиссии по данным экспериментальной циклической вольтамперометрии быстрого сканирования. Этот метод может облегчить дизайн исследований, чтобы помочь ответить на ключевые вопросы о дофаминовой нейротрансмиссии, например, как электрически вызванная стриарная дофаминовая нейротрансмиссия изменяется под воздействием лекарств и болезненных состояний. Основное преимущество этого программного обеспечения заключается в том, что оно предоставляет удобную платформу для моделирования экспериментальных данных вольтамперометрии с использованием количественной нейробиологической структуры.

В этой процедуре загрузите QNsim1.0. zip и распакуйте его в нужный каталог. Затем подготовьте данные о стимулированном дофаминовом ответе для моделирования, организовав электронную таблицу, в которой каждый столбец содержит временную реакцию дофамина, преобразованную в микромолярную концентрацию дофамина, и сохраните этот файл в том же каталоге, что и файлы программы.

После этого откройте программное обеспечение, перейдите в каталог QNsim1.0 в окне текущей папки и откройте файл под названием Initialization.m. Затем нажмите «Выполнить», чтобы открыть экран инициализации. Чтобы начать новый проект, в разделе «Новый проект» введите имя файла электронной таблицы, содержащего данные о реакции дофамина для проекта, в текстовом поле файла данных о дофамине.

Эта таблица содержит три ответа из двух исследований, один из которых был собран в дорсальном полосатом теле, а другой — в прилежащем ядре. Рядом с параметром Simulation Time введите временные точки, соответствующие началу и окончанию сбора данных относительно начала стимуляции. Для данных выборки существуют ответы с 5-секундным интервалом предварительной стимуляции и 35 секундами сбора данных после начала стимуляции.

После этого введите количество ответов в каждом исследовании рядом с соответствующим текстовым полем. Рядом с параметром Интервал выборки введите интервал выборки экспериментальных данных в секундах, который составлял каждые 0,1 секунды для наших данных. Затем в поле «Сохранить как» укажите имя файла, в том числе тип файла, в котором будет сохранен проект.

Нажмите кнопку Создать новый проект, чтобы открыть окно симулятора. Кроме того, чтобы продолжить работу над предыдущим проектом, в разделе «Продолжить предыдущий проект» в окне инициализации введите имя файла dot mat ранее начатого проекта. После этого нажмите кнопку «Загрузить существующий проект», чтобы открыть окно симулятора.

В этой процедуре выберите экспериментальную реакцию дофамина для моделирования, введя номер исследования, номер реакции и продолжительность стимуляции в соответствующие текстовые поля. Нажмите клавишу Enter или нажмите кнопку «Симулировать», чтобы начать процесс моделирования, в ходе которого создаются три графика, содержащие экспериментальные данные, смоделированные данные и моделируемые данные, которые не учитывают выброс дофамина после стимуляции. Чтобы смоделировать экспериментальные реакции дофамина, отрегулируйте параметры дельта DAR, дельта DAR тау и DAR устойчивого состояния, связанные с высвобождением дофамина, в соответствии с амплитудой стимуляции.

Затем отрегулируйте перегиб VMAX, KM initial, delta KM, KM. Затем отрегулируйте параметры VMAX, KM initial, delta KM, KM inflection и K, связанные с возвратным захватом дофамина, таким образом, чтобы на панели A моделируемые данные приближались к форме восходящей фазы экспериментальных данных, а моделирование без следа высвобождения после стимуляции было меньше, чем следование экспериментальных данных для всех временных точек после стимуляции. Такой подход к моделированию представляет собой итерационный процесс корректировки параметров модели.

Таким образом, вероятно, потребуется изменить параметры выпуска DA в соответствии с формой восходящей фазы. Затем отрегулируйте параметры XR, tau R и M, связанные с высвобождением дофамина после стимуляции, таким образом, чтобы моделируемые данные приближались к экспериментальным данным на графике зависимости дофамина от времени. Для проверки точности параметров моделирования крайне важно убедиться в том, что один и тот же набор стимулируемых параметров высвобождения и обратного захвата может аппроксимировать экспериментальные реакции на различную продолжительность стимуляции из одного и того же места отбора проб.

После того как набор параметров точно смоделировал экспериментальные данные, нажмите кнопку «Сохранить параметры», после чего этот набор параметров для данного ответа будет сохранен в файле dot mat для проекта. При необходимости загрузите ранее сохраненные параметры для конкретного ответа, нажав кнопку Загрузить параметры. Убедитесь, что в соответствующие текстовые поля введены соответствующий номер исследования и номер ответа.

Чтобы экспортировать сохраненные параметры, в текстовом поле рядом с кнопкой «Экспорт параметров» введите имя файла и нажмите «Экспортировать параметры», чтобы экспортировать текстовый файл со всеми параметрами моделирования. Разделите ячейки в Excel пробелами, чтобы просмотреть эти данные в формате таблицы. Левый и правый графики, показанные здесь, отображают моделирование экспериментальных данных, собранных в дорсальном стриатуме и прилежащем ядре соответственно.

Эти две области, как правило, демонстрируют различную форму ответа с вогнутыми восходящими формами в дорсальном стриатуме и выпуклыми восходящими формами в прилежащем ядре. Несмотря на то, что формы и амплитуды отклика вариабельны, даже в пределах одной области, обе формы отклика могут быть смоделированы с некоторыми заметными различиями и параметризациями. Как правило, VMAX ниже, а перегиб KM намного ниже в прилежащем ядре, по сравнению с дорсальным стриатумом.

Пытаясь выполнить эту процедуру, важно помнить о систематичности вашего подхода, сводя к минимуму оценки параметров высвобождения и обратного захвата дофамина и проверяя параметры нескольких экспериментальных реакций из одного и того же места отбора проб. После просмотра этого видео у вас должно быть хорошее понимание того, как моделировать стимулируемые дофаминовые реакции, чтобы оценить кинетику электрически стимулированной дофаминовой нейротрансмиссии в стриатуме.