Summary
נושא מהותי להבנת המעגלים קליפת המוח היא כיצד רשתות בשכבות קורטיקליים שונים לקודד מידע חושי. כאן אנו מתארים טכניקות אלקטרו ניצול רב מגע אלקטרודות למינרית להקליט יחיד יחידות הפוטנציאלים בשדה המקומי ומנתח הנוכחי לזהות שכבות בקליפת המוח.
Abstract
שכבות בקליפת המוח הם מבנים בכל מקום ברחבי הניאוקורטקס 1-4 המורכבות של רשתות מקומיות חוזרות ביותר. בשנים האחרונות התקדמות משמעותית נעשתה להבנת ההבדלים במאפייני התגובה של נוירונים בקליפת המוח שכבות שונות 5-8, אך עדיין יש הרבה מאוד שמאל כדי ללמוד על האם וכיצד באוכלוסיות עצביות לקידוד מידע למינרית ספציפי אופן.
קיימים רב אלקטרודה מערך טכניקות, למרות אינפורמטיבי למדידת התגובות ברחבי מילימטרים רבים של שטח קליפת המוח על פני קליפת המוח, אינם מתאימים לגישה הנושא של מעגלים למינרית קליפת המוח. כאן, אנו מציגים את השיטה שלנו להקמת הקלטה נוירונים בודדים פוטנציאל בתחום מקומיות (LFPs) על פני שכבות של קליפת המוח החזותית העיקרית קליפת המוח (V1) ניצול אלקטרודות למינרית רב מגע (איור 1; Plextrode U-Probe, Plexon Inc).
השיטות כללו הן מכשיר הקלטה הבנייה, זיהוי שכבות בקליפת המוח, וזיהוי של שדות פתוחים של נוירונים בודדים. כדי לזהות שכבות בקליפת המוח, אנחנו מודדים את הפוטנציאל עורר תגובה (ERPs) של LFP זמן הסדרה באמצעות שדה מלא גירויים הבזיק. לאחר מכן, אנו מבצעים מקור הנוכחי (CSD) ניתוח צפיפות כדי לזהות את היפוך קוטביות מלווה תצורה כיור-מקור בבסיס השכבה 4 (הכיור נמצא בתוך שכבה 4, התייחס לאחר מכן כשכבת פרטנית 9-12). נוכחי מקור צפיפות שימושי משום שהוא מספק אינדקס של מיקום, כיוון, צפיפות זרם הטרנסממברני הנוכחי, מה שמאפשר לנו במדויק את מיקום האלקטרודות כדי להקליט מכל שכבות חדירה אחת 6, 11, 12.
Protocol
1. NAN בנייה Microdrive
אנו משתמשים U-Probe בשילוב עם המערכת הכונן אלקטרודה נאן. בניית מערכת זו דורשת 2-3 שעות אבל פעם נבנה היא פשוטה מאוד לשנות. אנחנו מתחילים ידי הרכבת מגדל NAN, הכוללת בסיס 4 ערוצים (איור 2 א), NAN קאמרית (איור 2b), רשת עם מרווח 1 מ"מ (איור 2 ג), 1-4 microdrives בורג (איור 2), 1 מדריך צינורות -4 (איור 2e, בקוטר 500 מיקרומטר ו לחתוך כ 5-7 ס"מ), ו 1-4 מגדלים Microdrive (תרשים 2F). לשם הפשטות, נתאר את התהליך לבניית מערכת NAN עם מגדל אחד ואחד U-Probe. לאחר כמה אימונים, הליך זה בדרך כלל לוקח 2-3 שעות אם כל החומרים זמינים.
- כדי לבנות את מכלול הכונן NAN אלקטרודה, הרכבה המדד הראשון את כל הכלים חתיכות תצטרך (צינורות מדריך למשל, חוט מדריך, להשלים סט dremil, כלים נאן חלקים U-בדיקה). מדוד את צינורות מדריך ולכן כאשר המצורפת למכשיר ההקלטה הם מספיק זמן כדי לנוח על גבי הדורה ללא פגיעה בו.
- כדי לבנות את מכלול הכונן NAN אלקטרודה, ראשית למדוד את העומק של החדר ההקלטה. לאחר מכן, חותכים את צינורות מדריך עם אורך נמדד כ 5-7 ס"מ. בזמן חיתוך צינורות מדריך, צריך לוודא שלא שברי מתכת להיכנס בתוך הצינור. השתמש חוט נוקשה קטן יותר מאשר קוטר הפנימי של הצינור מדריך להסיר כל שברי מתכת בתוך הצינור.
- בשלב הבא, במקום רשת NAN לבסיס נאן. הדקו את הבורג ואת הבורג מהדק לרשת. ברגע הבסיס לרשת מובטחות, לזהות את האזור הקלטה עניין לקדם את הצינור מדריך דרך התחתון של הרשת נאן.
- במעבר דרך צינור מדריך לרשת עד כ 1-2 מ"מ מחוץ לחדר נאן. לאחר צינורית מדריך נמצאת במיקום הרצוי, להתחיל בהרכבת Microdrive NAN מגדל.
- על כל Microdrive NAN מגדל ישנם שני מלחציים - המנוע שמניע את מהדק העליון, בעוד מהדק התחתונה יכול להיות קבוע או במקום או רופף. צרף את מהדק הצינור העליון כדי חיזוק Probe-U. צרף את מהדק הצינור התחתון מדריך להחיל כמות קטנה של דבק מגע כדי לאבטח את צינור מדריך במקום. מערכת זו היא גם יציבה יותר ומדויק יותר בשל שני מלחציים המחוברים לצינור חיזוק Probe-U.
- בזהירות ליישר את קצה Probe-U עם החלק העליון של הצינור מדריך ולהעביר את U-Probe דרך הצינור מדריך עד שתוכל להבטיח את מגדל לבסס את נאן. לשנות את מיקום המגדל עם ברג פרפר כך שאין מתח נוסף על U-Probe או צינור מדריך.
2. U-Probe עיקור
אלקטרודה למינרית או Plextrode U-Probe היא לרכוש Plexon Inc ו זמין במחיר של כ 2000 - $ 4000. המחיר תלוי בשלושה היבטים עיקריים: מספר האתרים המגע, בתצורה של אתרים, וקוטרו של כל אתר. כרגע אנחנו משתמשים בגירסת 16 ערוצים עם תצורה ליניארית בקוטר קשר של 25 מיקרומטר. חשוב לציין, עובי של U-Probe קשורה ישירות בקוטר קשר. בניסויים שלנו, יש לנו תמיד בקוטר 25 מיקרומטר אנשי קשר, אשר שווה בעובי 360 מיקרומטר. העלות הנוכחית של מודל הגרסה שלנו הוא כ 3500 $ דולר. U-Probe מגיע ארוז בתיק אלקטרודה עם המגשרים ואת חוט הארקה ואת עופרת זמן מרכישת למסירה הוא כ 4-6 שבועות.
- הנח את מערכת NAN על בסיס גליל לחבר את הכבלים מנוע למגדלים המקביל. אם אתה משתמש במספר המגדלים בצבעים קשרים zip משמשים כדי לסייע להבחין בין כבלים מנוע ומגדלים.
- באמצעות התוכנה NAN, להתחיל לקדם את U-Probe, או לקבוע עמדה המטרה באופן אוטומטי מקדם את U-Probe למיקום זה או על ידי לחיצה על "למטה" על ממשק תוכנה נאן. לקדם את U-Probe כך ב 10 מ"מ לפחות קצה היא דרך הצינור מדריך בעבר בסופו של החדר נאן.
- כדי לעקר את U-Probe, מקום פתרון MetriCide Dialdehyde הופעל במשך 20-30 דקות לפני חיבור הבסיס NAN לתא הקלטה מושתל. לאחר מכן, יש לשטוף את הבסיס U-Probe ו NAN עם מים סטריליים.
- אפס המיקומים תוכנה NAN ידי retracting U-Probe כך הטיפ הוא רק בתוך הצינור מדריך. בתוכנה NAN, לחץ על אפס את כל העמדות.
- הצמד את הבסיס NAN לתא הקלטה מושתל ולהדק את כל ארבעת הברגים. ואז, ליישר את הבסיס לפי סיכה כי היא בצד של החדר ההקלטה. הדקו את כל ארבעת הברגים וודא כי הבסיס NAN מחובר היטב אל חדר ההקלטה.
3. קידום U-Probe עבור הקלטה
בהתחשב בכך חוזק ועובי הדורה הוא משתנה מאוד בין הנושאים, יישמנו נוהל הכללית לקידום U-Proלהיות באמצעות מערכת Microdrive נאן. חשוב לציין, כל U-Probe מגיע עם ניתוח מפורט של כל עכבה את המגעים ואת ריינג הכולל Probe-U. השתמשנו אלקטרודות אשר הקשר עכבות נע 0.3-0.5 MΩ. נכון לעכשיו קיימת הבוחן עכבה זמינה לרכישה מ Plexon אך למרבה הצער, בזמן ההקלטות שלנו, המכשיר הזה לא היה זמין. כתוצאה מכך, לא הצלחנו לבצע ניתוח מפורט של עכבה.
- U-Probe נשאר מרחף (יש אחד תיל המחובר מגשר על המחברים למטה). Headstages מובטחות למחבר U-Probe ואת כבלי המגבר מחוברים לקרקע.
- התקדמות ראשונית של כ 1-2 מ"מ צריך להיות גם מהיר וחזק. הגדר את פרמטר מהירות בטווח של 0.1-0.2 מ"מ / sec ואת הצעד עומק 0.2-0.3 מ"מ. ערכים אלה תבטיח כי U-Probe מסוגל לנקב את הדורה נקייה היא צעד ראשון חשוב ההקלטה.
- לאחר דרך הדורה, להפחית את המהירות ל -0.1 0.050 מ"מ / sec ולהפחית את הצעד עומק 0.05-0.1 מ"מ. המטרה היא לקדם את U-Probe כפי חלקה ככל האפשר איטי כזה לא רקמה פגומה. אחת האינדיקציות כי החללית נכנסה המוח הוא שינוי משרעת של LFP מלווה בירידה ברמת רעש (שכבת טקסט: פוטנציאל בתחום מקומיות).
- כדי לוודא כי האלקטרודה הוא פורש את כל השכבות קורטיקליים, מודדים את השתנות האמפליטודה בתגובה לגירוי מלא בתחום הבזק לבן. השינויים משרעת LFP לאורך זמן בבסיס הפוטנציאל עורר ניתוח התגובה. ניתוח זה מספק את הבסיס לזיהוי שכבות בקליפת המוח.
4. זיהוי ואימות של שכבות קליפת המוח
יישמנו נוהל לזהות שכבות בקליפת המוח באמצעות פוטנציאל עורר תגובה (ERP) ואת הפרדיגמה הנוכחית מקור (CSD) ניתוח צפיפות. הסתמכנו על CSD מכיוון שהוא מספק אינדקס של מיקום, כיוון, צפיפות זרם הטרנסממברני הנוכחי, מה שמאפשר לנו במדויק את מיקום האלקטרודות כדי להקליט מכל שכבות חדירה אחת. ואכן, צ'רלס שרדר ועמיתיו בשילוב בעבר הקלטה למינרית, microlesion, ושיקום היסטולוגית כדי לאמת את האפקטיביות של שיטת ה-ERP / CSD בזיהוי תפקודית של קליפת המוח שכבות ב V1 9-12. שיטות אחרות באמצעות תנודות שנוצר באופן ספונטני שימשו לזהות עומק קליפת המוח כגון spindles הקורטיקליים למעלה / למטה קובע 13-15.
עבור ניתוח זה, אנו מנצלים את ארגז הכלים iCSD עבור MATLAB, אשר מחשב את CSD לפי נגזרת המרחבי של 2 LFP זמן סדרה על פני הקשרים שווה ברווח של U-Probe ( http://software.incf.org/ תוכנה / csdplotter / home ) 9,10,16,17.
- כדי לזהות את שכבות בקליפת המוח, למדוד את פוטנציאל בתגובה עורר במהלך משימה קיבעון פסיבי תוך חשיפת הנושא על מסך מלא בשדה שחור גלי לבן 100 ms, ולאחר מכן חוזר שחור. רצף זה מהווה 1 משפט אשר חוזרת על עצמה 200 פעמים.
- רב Plexon מעבד רכישת שומרת את כל האותות רציפה על נתונים ישירות למחשב הקלטה דרך לוח מכשירים PCI הלאומי. לאחר הנתונים נשמר, להתחיל עיבוד אותות לניתוח הנוכחי מקור צפיפות.
- השתמש תיקון תוכנה FPAlign מסופק על ידי Plexon לתקן בזמן העיכוב LFP את האותות המושרה על ידי מסננים headstages ואת לוחות הגברה מראש.
- בשלב זה נתונים מועבר MATLAB עם Neuroexplorer. כל ערוץ LFP מסונן באמצעות תקן מסננים לעבור גבוה ונמוך עם תדרים הפסקת של 0.5 הרץ ו 100 הרץ. לאחר כל מגע אלקטרודה סוננה, לזהות כל ניסוי הממוצע על פני ניסויים כדי לקבל את LFP מתכוון זמן סדרה עבור כל איש קשר אלקטרודה. ואז, לארגן כל קשר לתוך המטריצה עם משרעת LFP כפונקציה של הזמן.
- הפעל את (שכבת טקסט: מקור זרם צפיפות) iCSD ארגז הכלים MATLAB ידי הקלדת CSDplotter בסביבת העבודה. בהתחשב בכך תדר הדגימה נתונים רציפה הוא 1 kHz, להגדיר את פרמטר dt עד 1 מילי. לאחר מכן, לקבוע את ערך המוליכות אל קליפת המוח 0.4 S / M (זה אומדן של צפיפות מקור זרם ביחידות של nanoamperes לכל מילימטר מעוקב) ולשנות את עמדת אלקטרודה כמו וקטור של [0.1:0.1:1.6] על מנת לשקף את מספר אנשי הקשר. כאשר כל הפרמטרים היה מוכנס לחץ על 'הפעלה זו ".
- ראיית פרופיל CSD בממשק CSDplotter ולהדביק אותו אל דמות חדשה. פונקציות נפוצות כגון MATLAB imagesc ניתן להשתמש העלילה פרופיל שכבה, אלגוריתמים החלקה שונות שגרות נורמליזציה ניתן ליישם לייצג את הנתונים CSD ומשווה את הזיהוי שכבת פני שעותהפעלות.
- כדי לזהות את היפוך קוטביות מלווה תצורה כיור-מקור בבסיס שכבה 4, ראשית, לוודא את נוכחותו של כיור העיקרי בשכבת גרגרי באמצעות פרופיל CSD למינרית. אתר את הכיור מונע קוטביות שלילית בחלקה CSD. ואז, לחשב את מרכז-of-המונית של הכיור פרטנית.
- Centroid מתקבל מהניתוח המורכב ממספר קשר והשעה בהם הכיור היה הגדול ביותר. הקשר עם centroid הכיור משמש התייחסות פרטנית שכבת ב 0 מיקרומטר. נתח את כל אנשי הקשר מעל ומתחת הפניה וקבוצת אותם לאחת משלוש שכבות אפשריות: supragranular, פרטנית, ו infragranular.
- אמת את הכיור פרטנית על ידי גרירת רגליים עמדות אלקטרודה לעזוב את תחום הזמני ללא שינוי. לאחר דשדוש המטריצה CSD, לחשב את ניתוח centroid שוב. טורף הקשר האלקטרודה כפונקציה של עומק קליפת המוח צריך להרוס כל סגוליות למינרית.
5. זיהוי של נוירונים בודדים מיפוי שדה פתוח
היו לנו הצלחה גדולה עם בידוד הקלטה יחידות יחיד מרובים Probe-U. על הקלטה בדרך כלל, אנו יכולים לצפות לקבל 6-10 היטב מבודד יחידות 14-16 מקומי פוטנציאל אותות בתחום. מציאת יחידות יחיד הוא גם אמין יותר עם Probe-U לעומת אלקטרודות אחת. גם אם היו להשתמש כל החומרה הדרושה כדי לקדם בדיוק 16 אלקטרודות, הם לא יוכלו לחקור אוכלוסיות רשת כפונקציה של שכבות קליפת המוח באופן מדויק ככל עם Probe-U. לבסוף, אנו בדרך כלל יכול להקליט עם אותו U-Probe עבור חדירות 30-40.
- כדי למצוא שדות פתוחים, להתחיל ע"י הצגת גירוי קורלציה הפוכה על צג שבו שדות פתוחים ממוקמים פוטנציאלי. גירוי מורכב מארבע gratings אוריינטציה ב 0, 45, 90, ו - 135 מעלות.
- ביצוע ניתוח אשכול של מפות קצב הירי כדי לאתר את השדה פתוח. ראשית, לחשב מקסימום מקומות קצב הירי שלהם centroid לעיכוב בכל פעם. ואז, לחשב את המרחקים בין centroid ואת קצב הירי המקסימלי במקומות אלה. Compute מפות של ירי שיעורי במיקום כל מרחבי עבור עיכובים הולכה בין 40-120 ms ב 5 ms במרווחים של נוירון אחד באופן עצמאי.
- מצא את המרחק הכולל בין centroid ואת הסובבים הירי המקסימלי נקודות דרג כלל זמן לעיכובים. שדה פתוח הוא על העיכוב זמן זה ממזער את המרחק.
- לאחר שדה פתוח נמצא עבור כל תא, נוכח גירוי קורלציה הפוכה גדול יותר מאשר כל המיקומים בשדה פתוח חופפים כל שדות פתוחים באוכלוסייה מוקלט. בזמן אמת קצב העלילה ירי יכול לשמש כדי לקבוע אם במקומות הנכונים בשדה פתוח זוהו.
- לבסוף, להסיר יחידות יחיד אשר בפתאומיות לשנות את התגובות שלהם ורק לשמור על יחידות עם שיעורי ירי יציב לניתוח נוסף. בנוסף, לבחור אתרים הקלטה עם יחס אות לרעש הטוב ביותר.
6. נציג תוצאות: הקלטות של יחידות יחיד LFPs ברחבי שכבות של קליפת המוח החזותית העיקרית בקליפת
אחד הצעדים החשובים ביותר בניתוח באמצעות אלקטרודות למינרית היא אמינה לזהות שכבות הקורטיקליים לאמת את הזיהוי על פני שעות הפעלות רבות. לפיכך, מדדנו הפוטנציאלים עורר תגובה (ERPs) של LFPs ברחבי הקשר למינרית כתגובה לגירוי מלא בשדה הבזיק (איור 3a). איור 3b מספק דוגמה של סוג של מידע אחד צריך לקבל על מנת לחשב את צפיפות זרם מקור (CSD) כדי לזהות את שכבות בקליפת המוח. העסקנו אז ניתוח CSD של LFP זמן סדרה כדי לזהות את היפוך קוטביות מלווה תצורה כיור-מקור בבסיס שכבה 4. איור 4 א ממחישה את ניתוח CSD ב localizing שכבות עומק על פני קליפת המוח קליפת המוח כפונקציה של הזמן - עמדת supragranular (SG), גרגרי (G) infragranular (IG) שכבות נשאר יציב גם אחרי ארבע שעות הקלטה התחיל. איור 4 ב מכיל עקבות CSD המייצגים את הממוצע של אנשי הקשר שהוקצו שכבה מסוימת - בדוגמה זו, שכבת גרגרי עובר ירידה ברורה CSD משרעת ב ~ 50 מילישניות. ניתוח זה שימש כנקודת התייחסות להקצות מגעים אלקטרודה מעל ומתחת לשכבת פרטנית לשכבות supragranular ו infragranular, בהתאמה (הקשר עם הכיור הגדול של מרכז מסה שימש התייחסות פרטנית שכבת ב 0 מיקרומטר).
עוד ניתוח ביקורתי באמצעות אלקטרודה למינרית היא לזהות במדויק בתרגום בשדה פתוח של נוירונים. הליך זה הוא חיוני עבור מיקום הגירוי על מנת ליצור את התגובה החזקה ביותר מן הנוירונים. ציור 5a דוגמה של שני מגרשים בשטח פתוח של נוירונים החזותית העיקרית קורטלשעבר (V1). מקורו של חלקות אלה היא נקודת קיבעון, שהיא עיגול לבן קטן מוצג מרכזי על מסך המחשב שחור. הצבע בחלקות אלה מייצג את קצב ירי של נוירון אחד כתגובה לגירוי קורלציה הפוכה דינמי. אנו משתמשים במידע זה כדי למקם את הגירוי לניסוי מסוים (לדוגמא גל סינוס צורמת). הגירויים מוצגים גדולים יותר מאשר גודל השדה הממוצע פתוח כדי להקיף מקומות בשדה פתוח של כל הנוירונים נרשם בו זמנית.
אחרי שאנחנו מזהים שכבות בקליפת המוח ואת המיקום הגירוי במיקום השדה האופטימלי פתוח, אנחנו יכולים להמשיך פרוטוקול הניסוי שבו אנו מציגים גירויים חזותיים שונים בעוד החיה מבצעת או קיבעון או משימות אפליה. לאחר הניסוי, אנו מבצעים ניתוח ספייק-waveform שלנו כדי לבודד את אחת היחידות הצלחנו להקליט באותו ערוץ. הליך זה לוקח בדרך כלל זמן אב הוא כל הזמן השתפר תוכנת ניתוח חדש וטכניקות זמינים. איור 5b הוא דוגמה לסוג הפלט שניתן היה לצפות לאחר שימוש של סדרן מנותק Plexon. שימוש זה, תוכנה יחידה אחת הבידוד מבוצע באמצעות בדיקה ויזואלית. באשכולות נפרדים מזוהים לפי המשקל של המרכיבים העיקריים הראשון והשני, רוחב ספייק, עמק, ומאפיינים שיא.
באיור 1. קשר רב אלקטרודות למינרית באמצעות אלקטרודות למינרית רב מגע, הקלטנו בו זמנית spiking פעילות נוירונים בודדים מן מבודד יחידות LFP ברחבי שכבות בקליפת המוח של V1. כל U-Probe כוללת 16 אנשי קשר אלקטרודה ברווחים שווים (100 מיקרומטר) פורש אורך כולל של 1.6 מ"מ. כל קשר אלקטרודה הוא 25 מיקרומטר בקוטר מורכב אירידיום ופלטינה.
איור 2. NAN רשת מערכת הבנייה NAN Microdrive מספק יציבות ודיוק נוסף על Microdrive את הבורג מונחה הקלאסית. כל קבוצה של אלקטרודות הוא לטפל באופן עצמאי המטוסים XY, בתוך המשתמש מוגדר טווח עבודה. כל קבוצה של אלקטרודות הוא לטפל באופן עצמאי בתוך המשתמש מוגדר לעבוד עומק (עד 100 מ"מ) טווח מהירות משתנה מ 0.001mm / sec עד 0.5 מ"מ / sec ו ברזולוציה גבוהה של מיקרומטר 1 בכיוון Z (א) 4. - ערוץ הבסיס, (ב) תא NAN, (ג) את הרשת עם מרווח 1 מ"מ, (ד) 1-4 microdrives בורג, (ה) 1-4 צינורות מדריך (500 מיקרומטר קוטר חתך של כ 5-7 ס"מ) , (ו) 04/01 מגדלי Microdrive ו - (ז) המערכת הושלמה נאן בסיס צילינדר.
איור 3. הפרדיגמה עורר תגובה פוטנציאליים הזמן LFP סדרה (א) כדי לזהות שכבות בקליפת המוח, מדדנו את הפוטנציאל עורר תגובה (ERP) במהלך משימה קיבעון פסיבי בעוד הקופים נחשפו מסך מלא בשדה שחור לבן הבזיק (~ 1Hz) עבור 100 ms, ולאחר מכן חזר שחור. (ב) תגובות LFP מוקלט עם למינרית U-Probe עובדו להשיג עקבות ERP עבור כל איש קשר. שכבת גרגרי נקבע בפגישות כל ידי איתור היפוך כיור מונחה ב משרעת התגובה ב עקבות ERP, ועל ידי נוכחות היפוך הקוטביות מלווה תצורה כיור-מקור בבסיס השכבה 4. תיבת מנוקד מציין את העיתוי של תקופת זמן, כאשר היפוך התרחש.
איור 4. זיהוי באמצעות שכבת הנוכחי מקור ניתוח צפיפות (א) ניתוח נוכחי מקור צפיפות (מבוסס על נגזרות 2 nd המרחבית של LFP זמן בסדרה) שימש כדי לזהות את היפוך קוטביות מלווה תצורה כיור מקור בבסיס של גרגרי שכבה. החוקרים העריכו כיצד יציב זיהוי של שכבות בקליפת המוח נשמרת לאורך זמן (משמאל לימין). בכל הדוגמאות האלה, את הכיור הנוכחי (כחול) מייצג את שכבת גרגרי והוא משתרע ~ 400 מיקרומטר. (ב) עקבות CSD להלן כל חלקה לייצג את CSD הממוצע של אנשי הקשר שהוקצו שכבת נתון. זה מאפשר לנו לקבוע את העיתוי המדויק של הכיור הראשונית (אלה דוגמאות ~ 50-60 מילישניות. CSD מעטפות עקבות מייצגים סטיית תקן וברים שחור לציין את משך הגירוי הבזיק (100 מילישניות).
איור 5. מיון ספייק מיפוי שדה פתוח (א) ראשית, חצי תואר חזותי מחושב הוכפל. ואז, גירויים קורלציה הפוכה מוצגים טלאים על צג CRT גonsisting של gratings אוריינטציה ברמות 0, 45, 90 ו - 135. שיעורי ירי של נוירון אחד מחושבים באופן עצמאי ב 5 ms במרווחים בין 40-120 מילישניות לאחר גירויים מוצגים עבור כל מיקום מרחבי. שיעורי הירי המקסימלי מחושבים ואז centroid לעיכוב בכל פעם. ואז, כל עיכוב המרחק בין מקומות centroid וסמוך קצב ירי מחושב. העיכוב זמן עם המרחק המינימלי הוא נבחר לשדה פתוח. (ב) ספייק נכסים waveform כגון גובה שיא, עומק העמק, שיא לעת העמק, בזמן של שיא או עמק, וכו 'מנותחות באמצעות תוכנית לפורום תוכנה מיון ( Plexon). Spikes ממוינים לפי מאפיינים דומים עד גל של נוירון אחד מקובצים ללא חפיפה של אחר.
איור 6. דשדשו CSD פרופיל. מוסכמה זהה באיור 3a אבל ביצענו הליך דשדוש כי הידור אקראי חדש CSD מטריצה עם המיקומים קשר מעורבת. ניתוח זה משמש יותר לאמת את הכיור פרטנית על ידי גרירת רגליים עמדות אלקטרודה לעזוב את תחום הזמני ללא שינוי. מתוך דוגמאות אלה מוצגת לאורך זמן, דשדוש המגעים האלקטרודה כפונקציה של עומק קליפת המוח והורס כל סגוליות למינרית.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Multi-יחידת הקלטות הפכו להיות סטנדרט לניתוח איך רשתות עצביות בקליפת המוח לקודד מידע גירוי. לאור הפיתוחים האחרונים בטכנולוגיית אלקטרודה, יישום אלקטרודות למינרית מאפשר אפיון חסר תקדים של מעגלים בקליפת המוח המקומי. למרות ריבוי אלקטרודה הקלטות מציעים מידע שימושי על הדינמיקה באוכלוסייה עצביים, אלקטרודות למינרית מרובים לאפשר ברזולוציה גדולה יותר מידע נוסף על המיקום הספציפי של נוירונים. מאז הקורטקס מאורגן שכבות עם תשומות ותפוקות שונים מבחינה אנטומית, זה מעלה את השאלה עד כמה המידע החושי מעובד שונים זה בשכבות אלו.
הצגנו שיטה הקלטה חדשני המנצל אלקטרודות למינרית רב מגע להקליט פעילות הרשת המקומית כפונקציה של שכבה בתוך קליפת המוח החזותית העיקרית הקורטקס (V1). חשוב לציין, יישמנו גם שיטה לניתוח פוטנציאל השדה המקומי במהלך הפרדיגמה תגובה עורר לזהות שכבות בקליפת המוח. יש לנו גם סיפקה תוצאות מפורטות מן פתוחים מיפוי הליכים שדה ספייק-waveform ניתוח.
אנחנו מכירים בכך אלקטרודות למינרית אינם ללא מגבלות, בעיקר על יציבות ההקלטה. אנו מייעצים אלה שימוש בטכניקה זו כדי לקדם את האלקטרודה בסבלנות ולאפשר כמות מספקת של זמן המוח להתיישב אחרי התקדמות (אנחנו בדרך כלל שיא 45 דקות עד שעה 1 אחרי לקדם את האחרון). במהלך תקופה זו אנו יפעל רבים העין כיול, מיפוי פתוח, והוא עורר תגובה פרדיגמות פוטנציאליים.
הצלחנו לשפר את הקלטות שלנו באמצעות צינור מדריך, שהוא קבוע לבסיס של NAN Microdrive עם בורג. שינינו גם את העיצוב הסטנדרטי U-Probe ידי הקטנת הזווית טיפ 30-25 מעלות. כתוצאה מכך, היה U-Probe חדות המאפשרת חדירה חלקה דרך הדורה. זה אפשרי עם פגיעה בוטה קצה האלקטרודה רקמות הדימום עלול להתרחש. דימום יכול לכסות את המגעים אלקטרודה ומונעים בידוד יחידת נקי. בדקנו את זה הקלטה התיאוריה עם שני 30 ו 25 טיפ מעלות והם מסוגלים לפתור יחידות יותר על חדירות ואפילו להאריך את החיים של U-Probe.
כפי שצוין לעיל אנו בדרך כלל מראש יותר בתחילת ובמהירות להאט פעם עברנו דרך הדורה. אנו מאמינים כי הליך זה בשילוב עם זווית קצה חד הוביל אותנו להיות אחד מעבדות כמה שתוכל לפתור פעילות יחידה אחת באמצעות U-Probe. פעילות יחידה אחת שלנו ואת היציבות הכוללת של ההקלטה קשור ישירות למשך הזמן שאנו מאפשרים למוח להתיישב אחרי התקדמות U-Probe.
טכנולוגיה זו ימשיכו לפרוח כמו מעבדות יותר יהיה לנצל את הטכניקות האלו. נכון לעכשיו, תכנון וביצוע של מערכי מושתלת כרוניים מתנהלת ויהיה ככל הנראה להחליף אלקטרודה מרובת רשתות. בנוסף, המכיל מערכי אלקטרודות עם אנשי קשר מרובים לאורך פירים שלהם (מספר בעיקרו U-בדיקות) מפותחים במקביל.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
אין ניגודי אינטרסים הכריז.
Acknowledgments
אנו מודים יה וואנג לדיונים סורין Pojoga להכשרה התנהגותית. נתמך על ידי תוכנית EUREKA-NIH, המכון הלאומי עין, תוכנית חוקרים Pew, ס ג'יימס מקדונל קרן (VD), ו-NIH חזון הדרכה גרנט (BJH).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Nan microdrive system | NAN Instruments | NAN-S4 | Figure 2. Custom clamps are needed to use the U-Probe. Everything mentioned with exception of the U-Probe is provided by NAN instruments. |
| Screw microdrives | MIT Machine shop | Anything that is able to secure a guide tube to the NAN grid should be appropriate. | |
| Stainless Steel Guide Tubes | Small Parts, Inc. | B00137QHNS (1) or B00137QHO2 (5) | These are 60 in long and cut to size in the laboratory using a Dremel hand drill |
| Plexon U-Probe | Plexon | PLX-UP-16-25ED-100-SE-360-25T-500 | See U-Probe specifications available at www.plexon.com Also see Figure 1. |
| Table 1. Hardware. | |||
| NAN software |  NAN Instruments |
Computer interface requires an additional serial port to accommodate the Plexon system and the NAN hardware | |
| Offline Sorter, FPAlign, PlexUtil, MATLAB programs | Plexon |
Under ’Installation Packages’ | |
| Neur–xplorer | NeuroExplorer |
Under ’Resources’ | |
| CSDplotter Version 0.1.1 | Klas H. Petterson |
||
| Table 2. Software. | |||
References
- Hubel, D. H., Wiesel, T. N. Receptive fields and functional architecture of monkey striate cortex. J Physiol. 195, 215-243 (1968).
- Mountcastle, V. B. Modality and topographic properties of single neurons of cat's somatic sensory cortex. J Neurophysiol. 20, 408-434 (1957).
- Nassi, J. J., Callaway, E. M. Parallel processing strategies of the primate visual system. Nat Rev Neurosci. 10, 360-372 (2009).
- Ringach, D. L., Hawken, M. J., Shapley, R. Dynamics of orientation tuning in macaque primary visual cortex. Nature. 387, 281-284 (1997).
- Martinez, L. M. Receptive field structure varies with layer in the primary visual cortex. Nat Neurosci. 8, 372-379 (2005).
- Lakatos, P., Karmos, G., Mehta, A. D., Ulbert, I., Schroeder, C. E. Entrainment of neuronal oscillations as a mechanism of attentional selection. Science. 320, 110-113 (2008).
- Sun, W., Dan, Y. Layer-specific network oscillation and spatiotemporal receptive field in the visual cortex. Proc Natl Acad Sci U S A. 106, 17986-17991 (2009).
- Maier, A., Adams, G. K., Aura, C., Leopold, D. A. Distinct superficial and deep laminar domains of activity in the visual cortex during rest and stimulation. Frontiers in Systems Neuroscience. 4, 12-12 (2010).
- Mitzdorf, U. Current source-density method and application in cat cerebral cortex: investigation of evoked potentials and EEG phenomena. Physiol Rev. 65, 37-100 (1985).
- Mitzdorf, U., Singer, W. Excitatory synaptic ensemble properties in the visual cortex of the macaque monkey: a current source density analysis of electrically evoked potentials. J Comp Neurol. 187, 71-83 (1979).
- Schroeder, C. E., Mehta, A. D., Givre, S. J. A spatiotemporal profile of visual system activation revealed by current source density analysis in the awake macaque. Cereb Cortex. 8, 575-592 (1998).
- Schroeder, C. E., Tenke, C. E., Givre, S. J., Arezzo, J. C., Vaughan, H. G. Striate cortical contribution to the surface-recorded pattern-reversal VEP in the alert monkey. Vision Res. 31, 1143-1157 (1991).
- Amzica, F., Steriade, M. Cellular substrates and laminar profile of sleep K-complex. Neuroscience. 82, 671-686 (1998).
- Kandel, A., Buzsaki, G. Cellular-synaptic generation of sleep spindles, spike-and-wave discharges, and evoked thalamocortical responses in the neocortex of the rat. J Neurosci. 17, 6783-6797 (1997).
- Sakata, S., Harris, K. D. Laminar structure of spontaneous and sensory-evoked population activity in auditory cortex. Neuron. 64, 404-418 (2009).
- Nicholson, C., Freeman, J. A. Theory of current source-density analysis and determination of conductivity tensor for anuran cerebellum. J Neurophysiol. 38, 356-368 (1975).
- Pettersen, K. H., Devor, A., Ulbert, I., Dale, A. M., Einevoll, G. T. Current-source density estimation based on inversion of electrostatic forward solution: effects of finite extent of neuronal activity and conductivity discontinuities. J Neurosci Methods. 154, 116-133 (2006).
- Vaknin, G., DiScenna, P. G., Teyler, T. J. A method for calculating current source density (CSD) analysis without resorting to recording sites outside the sampling volume. J Neurosci Methods. 24, 131-135 (1988).
