Summary
Ein grundlegendes Problem in unserem Verständnis der kortikalen Schaltung ist, wie Netzwerke in verschiedenen kortikalen Schichten kodieren sensorische Informationen. Hier beschreiben wir elektrophysiologische Techniken unter Verwendung von Multi-Contact-laminar Elektroden an Single-Einheiten und lokale Feld Potenziale und vorliegenden Analysen Datensatz kortikalen Schichten zu identifizieren.
Abstract
Kortikalen Schichten sind allgegenwärtig Strukturen im gesamten Neokortex 1-4, dass der hochgradig rezidivierendem lokalen Netzwerken bestehen. In den letzten Jahren wurden erhebliche Fortschritte in unserem Verständnis der Unterschiede wurden in Reaktion Eigenschaften von Neuronen in verschiedenen kortikalen Schichten 5-8 gemacht, aber es gibt noch viel zu links, ob und wie neuronale Populationen kodieren Informationen in einer Laminar-spezifischen lernen Art und Weise.
Bestehende Multi-Elektroden-Array-Techniken, obwohl informative zur Messung Antworten auf viele Millimeter der kortikalen Raum entlang der kortikalen Oberfläche, sind ungeeignet, um das Problem der laminaren kortikalen Schaltkreisen Ansatz. Hier präsentieren wir unsere Methode für den Aufbau und die Aufnahme einzelner Neurone und lokale Feld-Potentiale (LFPs) über kortikale Schichten der primären Sehrinde (V1) unter Verwendung von Multi-Contact-laminar Elektroden (Abbildung 1; Plextrode U-Probe, Plexon Inc).
Die Methoden enthalten sind Aufnahmegerät Konstruktion, die Identifizierung von kortikalen Schichten und die Identifizierung der rezeptiven Felder von einzelnen Neuronen. Zur Identifizierung kortikalen Schichten, messen wir die evozierte Potentiale (EKP) des LFP Zeitreihen mit Full-Field geflasht Reize. Wir führen Sie dann Strom-Quelle Dichte (CSD) Analyse auf die Umpolung von der sink-source-Konfiguration an der Basis der Schicht 4 (die Spüle ist in Schicht 4, nachfolgend als Körnerschicht 9-12 bezeichnet) ermittelt werden können. Current-Source-Dichte ist nützlich, weil es ein Indiz für die Lage, Richtung und Dichte der transmembrane Stromfluss sorgt, so dass wir genau zu positionieren Elektroden aus allen Schichten in einem einzigen Eindringen 6, 11, 12 aufzunehmen.
Protocol
1. NAN Microdrive Bau
Wir nutzen die U-Probe in Kombination mit dem NAN-Elektrode Antriebssystem. Der Aufbau dieses Systems erfordert 2-3 Stunden, aber einmal gebaut ist es sehr einfach zu modifizieren. Wir beginnen mit der Montage der NAN Turm, der ein 4-Kanal-Base (Abbildung 2a) umfasst, die NAN Kammer (Abb. 2b), das Gitter mit 1 mm Abstand (Abbildung 2c), 1-4 Schraube Microdrives (Abbildung 2d), 1 -4 Führungsrohre (Abbildung 2e, 500 Mikrometer Durchmesser und geschnitten, um ca. 5-7 cm) und 1-4 Microdrive Türme (Abbildung 2f). Der Einfachheit halber werden wir beschreiben, das Verfahren für den Bau des NAN-System mit einem Turm und einem U-Probe. Nach einigem Training, dieses Verfahren dauert in der Regel 2-3 Stunden, wenn alle Materialien vorhanden sind.
- Zur Konstruktion der NAN Elektrode Laufwerk, erste Maßnahme Montage alle Werkzeuge und Stücke, die Sie benötigen (zB Führungsrohre, Führungsdraht, komplette Drémil gesetzt, NAN Werkzeuge und Teile und die U-Sonde) wird. Messen Sie die Führungsrohre so, wenn sie das Aufnahmegerät angeschlossen sind lang genug, um auf der Dura ohne es zu beschädigen ruhen.
- Zur Konstruktion der NAN Elektrode Laufwerk, erste Maßnahme die Tiefe der Aufnahme Kammer. Dann schneiden Sie die Führungsrohre mit der gemessenen Länge von ca. 5-7 cm. Beim Schneiden der Führungsrohre, muss man sicherstellen, dass keine Metallteile in das Innere der Röhre gelangen. Verwenden Sie einen steifen Draht kleiner als der Innendurchmesser des Führungsrohres keine Metallteile in das Innere der Röhre zu entfernen.
- Als nächstes legen Sie die NAN Gitter in die NAN Basis. Ziehen Sie die Klemmschraube und Grid-Schraube. Sobald die Basis-und Grid-gesichert sind, identifizieren die Aufnahme Region von Interesse und vorab das Führungsrohr durch den Boden des NAN Netz.
- Pass das Führungsrohr durch das Gitter, bis sie etwa 1-2 mm außerhalb der NAN Kammer ist. Sobald das Führungsrohr ist an der gewünschten Position, beginnt die Montage der NAN Microdrive Turm.
- Auf jeder NAN Microdrive Turm befinden sich zwei Klammern - ein Motor treibt die obere Klemme, während die untere Klammer kann entweder anstelle oder lose befestigt werden. Bringen Sie die obere Klammer, die Verstärkung Röhre der U-Probe. Befestigen Sie die untere Klemme an dem Führungsrohr und eine kleine Menge Sekundenkleber auf das Führungsrohr in Platz zu sichern. Dieses System ist sowohl stabiler und präziser durch die beiden Klammern, die auf die Verstärkung Röhre der U-Probe angebracht werden.
- Richten Sie die Spitze des U-Probe mit der Spitze des Führungsrohr und übergeben Sie die U-Probe durch das Führungsrohr, bis Sie den Turm der NAN Basis sichern können. Passen Sie den Turm Position mit der Rändelschraube so, dass es keine zusätzliche Spannung auf der U-Probe oder Führungsrohr.
2. U-Probe Sterilisation
Die laminare Elektrode oder Plextrode U-Probe wird aus Plexon Inc. erworben und ist zu einem Preis von etwa $ 2000 zur Verfügung - 4000 $. Der Preis richtet sich im Wesentlichen auf drei Aspekte: die Zahl der Kontaktstellen, die Konfiguration von Websites und der Durchmesser der einzelnen Websites. Wir sind derzeit mit dem 16-Kanal-Version mit einer linearen Anordnung und ein Kontakt-Durchmesser von 25 um. Wichtig ist, dass die Dicke der U-Probe direkt in den Kontakt Durchmesser zusammen. In unseren Experimenten haben wir immer 25 Mikrometer Durchmesser Kontakte, die gleich ein 360 mu m Dicke verwendet wird. Die gegenwärtigen Kosten für unsere Version Modell ist ungefähr $ 3500 Dollar. Die U-Probe kommt verpackt in einer Elektrode Fall mit Jumper und Erdungskabel und die Vorlaufzeit vom Einkauf bis zur Auslieferung beträgt ca. 4-6 Wochen.
- Legen Sie die NAN-System auf dem Zylinderfuß und verbinden Sie die Motorkabel an den entsprechenden Türmen. Bei Verwendung mehrerer Türme farbkodierten Kabelbinder verwendet werden, um zu unterscheiden zwischen Motorkabel und Türme.
- Mit dem NAN-Software-Programm, beginnen Weiterentwicklung der U-Probe, entweder eine Zielposition, die automatisch Fortschritte der U-Probe zu diesem Ort oder durch das Anklicken von 'Down' auf dem NAN-Software-Schnittstelle. Schieben Sie die U-Probe, so dass mindestens 10 mm von der Spitze ist durch das Führungsrohr über das Ende der NAN Kammer.
- Um sterilisieren U-Probe, in MetriCide Activated Dialdehyd-Lösung für 20-30 Minuten vor dem Anbringen der NAN Ausgangspunkt, um die implantierten Aufnahme Kammer. Danach spülen Sie die U-Probe und NAN Basis mit sterilem Wasser.
- Zero the NAN Software Standorten durch Zurückziehen des U-Probe, so dass die Spitze gerade innerhalb des Führungsrohr ist. In der NAN-Software auf Null allen Positionen.
- Bringen Sie die NAN Ausgangspunkt, um die implantierten Aufnahme Kammer und ziehen Sie alle vier Schrauben. Richten Sie dann die Basis nach einem Stift, der auf der Seite der Aufnahme Kammer ist. Alle vier Schrauben und stellen Sie sicher, dass die NAN Basis fest mit der Aufnahme Kammer angebracht.
3. Advancing the U-Probe für die Aufzeichnung
Da die Festigkeit und Dicke der Dura sehr variabel zwischen Subjekten ist, haben wir ein allgemeines Verfahren für die Förderung des U-Pro implementiertwerden mit dem NAN Microdrive-System. Wichtig ist, kommt jeder U-Probe mit einer detaillierten Analyse der einzelnen Kontakte Impedanz und die gesamte Ranger für die U-Probe. Wir verwendeten Elektroden, deren Kontakte Impedanzen reichten von 0,3 bis 0,5 MOhm. Derzeit gibt es eine Impedanz-Tester für den Kauf von Plexon aber leider zur Zeit unserer Aufnahmen dieses Gerät nicht verfügbar war. Als Ergebnis haben wir nicht in der Lage, eine detaillierte Analyse der Impedanz führen.
- Die U-Probe ist nach links schwimmende (hat einen Draht-Attached-Jumper auf der Unterseite Anschlüsse). Headstages sind die U-Probe-Stecker gesichert und die Verstärker-Kabel angeschlossen und geerdet.
- Die erste Weiterentwicklung von ca. 1-2 mm sollte sowohl schnell und stark. Stellen Sie die Geschwindigkeit Parameter im Bereich von 0,1 bis 0,2 mm / sec und die Tiefe Schritt, um 0,2 bis 0,3 mm. Diese Werte werden sicherstellen, dass die U-Probe in der Lage, Punktion der Dura sauber ist und ein wichtiger erster Schritt in die Aufnahme.
- Einmal durch die Dura, reduzieren Sie die Geschwindigkeit bis 0,050 -0,1 mm / sec und reduzieren die Tiefe Schritt, um 0,05 bis 0,1 mm. Das Ziel ist es, die U-Probe so glatt und langsam wie möglich, so dass kein Gewebe beschädigt ist Voraus. Eines der Anzeichen dafür, dass die Sonde im Gehirn eingegeben hat, ist eine Änderung in der Amplitude des LFP durch eine Reduzierung des Geräuschpegels (Text-Overlay: lokale Feld potentiellen) begleitet.
- Um sicherzustellen, dass die Elektrode quer durch alle kortikalen Schichten, messen Sie die Änderung der Amplitude in Reaktion auf die Full-Field-weißen Blitz Reiz. Die Veränderungen in der LFP Amplitude über die Zeit zu Grunde liegen die evozierte Potential-Analyse. Diese Analyse liefert die Grundlage für die Ermittlung kortikalen Schichten.
4. Identifikation und Verifikation der kortikalen Schichten
Wir haben ein Verfahren zur Identifizierung kortikalen Schichten mit einem evozierte Potential (ERP)-Paradigma und Strom-Source-Dichte (CSD) Analyse durchgeführt. Wir verließen uns auf die CSD, weil es ein Indiz für die Lage, Richtung und Dichte der transmembrane Stromfluss sorgt, so dass wir genau zu positionieren Elektroden aus allen Schichten in einem einzigen Eindringen aufzunehmen. In der Tat haben Charles Schroeder und seine Kollegen zuvor laminaren Aufnahme microlesion und histologischen Rekonstruktion, um die Wirksamkeit der ERP / CSD-Methode in die funktionale Identifizierung der kortikalen Schichten in V1 9-12 Validierung kombiniert. Andere Methoden mit den spontan erzeugten Schwingungen wurden verwendet, um kortikale Tiefe wie kortikale Spindeln und up / down Staaten 13-15 identifizieren.
Für diese Analyse nutzen wir die ICSD Toolbox für MATLAB, die den CSD berechnet nach der 2. räumlichen Ableitung der LFP Zeitreihen über die gleichmäßig verteilten Kontakte der U-Probe ( http://software.incf.org/ Software / csdplotter / home ) 9,10,16,17.
- Zur Identifizierung der kortikalen Schichten, messen Sie die evozierte Potential während einer passiven Fixierung Aufgabe, gleichzeitig jedoch das Thema zu einem Full-Field-schwarzen Bildschirm, weiße Blitze für 100 ms, und kehrt dann in schwarz. Diese Sequenz stellt 1-Studie, die 200 Mal wiederholt wird.
- Die Plexon Multichannel Acquisition Processor speichert alle kontinuierlichen Daten-Signale direkt um die Aufnahme zu Computer über eine National Instruments PCI-Karte. Nachdem die Daten gespeichert, beginnt die Verarbeitung der Signale für die Strom-Source-Dichte-Analyse.
- Verwenden Sie die Software-Korrektur FPAlign durch Plexon bereitgestellt, um die zeitlichen Verzögerungen in den LFP-Signale durch den Filter in den headstages und die Vorverstärkung Boards induzierte korrigieren.
- An dieser Stelle werden an MATLAB mit Neuroexplorer übertragen. Jeder LFP-Kanal wird gefiltert unter Verwendung von Standard Hoch-und Tiefpassfilter mit Grenzfrequenzen von 0,5 Hz und 100 Hz. Nach jedem Elektrodenkontakt gefiltert worden ist, zu identifizieren jeden Versuch und durchschnittlich über Studien zur mittleren LFP Zeitreihen für jede Elektrode Kontakt zu erhalten. Dann organisieren jeden Kontakt in eine Matrix mit LFP Amplitude als Funktion der Zeit.
- Führen Sie die ICSD (Text-Overlay: current-Source-Dichte) Toolbox in MATLAB durch Eingabe CSDplotter in den Arbeitsbereich. Da die Abtastfrequenz der Continuous Data 1 kHz ist, stellen Sie die dt-Parameter auf 1 ms. Als nächstes legen Sie die kortikale Leitwert von 0,4 S / m (dies kommt der Stromquelle Dichte in Einheiten von Nanoampere pro Kubikmillimeter) und ändern Sie die Elektrode ihre Position als ein Vektor von [0.1:0.1:1.6], um die Anzahl der Kontakte zu reflektieren. Wenn alle Parameter eingefügt wurden klicken Sie auf 'Run This ".
- Sehen Sie sich die CSD-Profil in der CSDplotter Schnittstelle und fügen Sie sie in eine neue Figur. Gemeinsame Funktionen in MATLAB wie imagesc kann die Schicht Profil Grundstück werden und verschiedene Glättungsalgorithmen und Normalisierung Routinen können für die Darstellung der CSD-Daten und den Vergleich der Schicht Identifikation über Stunden aufgetragen werdenund Sitzungen.
- So identifizieren Sie die Verpolung der sink-source-Konfiguration an der Basis der Schicht 4 begleitet, zuerst, ob das Vorhandensein eines primären Spüle in der Körnerschicht mit der laminaren CSD-Profil. Suchen Sie die Spüle angetrieben negative Polarität in der CSD Grundstück. Dann berechnen Sie die Center-of-mass der granularen sinken.
- Ein Schwerpunkt ist aus der Analyse aus der Telefonnummer und die Uhrzeit, das Waschbecken war größter erhalten. Der Kontakt mit der Spüle Schwerpunkt bildet die Körnerschicht Referenz bei 0 um. Analysieren Sie alle Kontakte oberhalb und unterhalb der Referenz-und gruppieren Sie sie in eine von drei möglichen Lagen: supragranular, körnig, und infragranular.
- Überprüfen Sie die granulare sinken durch das Mischen der Elektrodenpositionen Verlassen des zeitlichen Bereich unverändert. Nach dem Mischen der CSD-Matrix, berechnen den Schwerpunkt Analyse wieder. Shuffling Elektrode Kontakte als Funktion der kortikalen Tiefe sollte vernichten laminar Spezifität.
5. Identifizierung von einzelnen Neuronen und rezeptiven Feld-Mapping
Wir hatten großen Erfolg mit Isolierung und Aufnahme mehrerer Einzelgeräte aus dem U-Probe. Auf einem in der Regel der Aufnahme können wir erwarten, zu 6-10 gut isolierte Einheiten und 14-16 lokale Feld potenzieller Signale haben. Finding einzelnen Einheiten ist auch zuverlässiger mit der U-Probe im Vergleich zu Single-Elektroden. Selbst wenn man all die notwendige Hardware zu verwenden, um genau vorher 16 Elektroden wurden, würden sie nicht in der Lage sein Netzwerk Populationen in Abhängigkeit von der kortikalen Schichten so präzise wie mit der U-Probe zu erkunden. Schließlich haben wir in der Regel mit den gleichen U-Probe für 30-40 Durchdringungen aufzunehmen.
- Um rezeptiven Felder, durch die Vorlage eines Reverse Korrelation Reiz auf dem Monitor, wo rezeptiven Feldern potenziell befinden beginnen. Der Reiz besteht aus vier Orientierung Gitter bei 0, 45, 90 und 135 Grad umfasst.
- Führen Clusteranalyse der Feuerrate Karten zum rezeptiven Feld zu finden. Zuerst berechnen maximale Feuerrate Standorten und deren Schwerpunkt für jede Zeitverzögerung. Dann berechnen Sie die Entfernung zwischen dem Schwerpunkt und diese maximale Feuerrate Standorten. Compute Karten Feuerungsraten bei jeder räumlichen Lage für die Leitung Verzögerungen zwischen 40 bis 120 ms bei 5 ms Intervallen für jedes Neuron unabhängig.
- Hier finden Sie die gesamte Entfernung zwischen dem Schwerpunkt und die umliegenden maximale Feuerrate Punkte überhaupt Zeitverzögerungen. Die rezeptiven Feld ist die Zeit, die diese Distanz minimiert.
- Einmal im rezeptiven Feld gefunden wird für jede Zelle, präsentieren eine umgekehrte Korrelation Stimulus größer als alle rezeptiven Feld Standorten überlappend alle rezeptiven Felder in der aufgezeichneten Bevölkerung. A real-time Feuerrate Grundstück kann verwendet werden, um festzustellen, ob die richtige rezeptiven Feld Standorten wurden identifiziert werden.
- Schließlich entfernen einzigen Einheiten, die abrupt ändern ihre Antworten und nur zu halten Einheiten mit stabilen Feuerungsraten zur weiteren Analyse. Darüber hinaus wählen die Aufnahme Standorte mit den besten Signal-Rausch-Verhältnis.
6. Repräsentative Ergebnisse: Aufnahmen der einzelnen Einheiten und LFPs über kortikale Schichten aus primären visuellen Kortex
Einer der wichtigsten Schritte in der Analyse mit dem laminaren Elektroden ist, um zuverlässig zu identifizieren kortikalen Schichten und überprüfen Sie diese Identifikation über viele Stunden und Sitzungen. So haben wir den evozierte Potentiale (EKP) des LFPs über laminar Kontakte in Reaktion auf einen Full-Field geflasht Reiz (Abbildung 3a). Abb. 3b zeigt ein Beispiel für die Art der Informationen, die man braucht, um zu erhalten, um den aktuellen Source-Dichte (CSD), die kortikalen Schichten identifizieren zu berechnen. Wir haben dann die CSD Analyse der LFP Zeitreihen eingesetzt, um die Umpolung von der sink-source-Konfiguration an der Basis der Schicht 4 ermittelt werden können. Abbildung 4a zeigt die CSD-Analyse bei der Lokalisierung von kortikalen Schichten über kortikale Tiefe als Funktion der Zeit - die Position der supragranular (SG), blieb granulare (G) und infragranular (IG)-Schichten auch vier Stunden nach der Aufnahme-Session begann stabil. Abbildung 4b enthält CSD Spuren, dass die durchschnittliche dieser Kontakte, die einem bestimmten Layer darstellen - in diesem Beispiel erfährt der Körnerschicht eine deutliche Abnahme der CSD Amplitude bei ~ 50 ms. Diese Analyse diente als Referenz an die Elektrode Kontakte oberhalb und unterhalb der Körnerschicht zuweisen supragranular und infragranular Schichten (bzw. den Kontakt mit dem größten Spülcenter-of-Masse als die Körnerschicht Referenz bei 0 um served).
Ein weiterer kritischer Analyse mit dem laminaren Elektrode genau zu identifizieren und zu lokalisieren die Neuronen 'rezeptiven Feld. Dieses Verfahren ist von entscheidender Bedeutung für die Positionierung der Anreiz für die robusteste Reaktion der Neurone zu generieren. 5a ist ein Beispiel für zwei rezeptiven Feld Grundstücke von Neuronen im primären visuellen cortex (V1). Der Ursprung dieser Grundstücke ist der Fixationspunkt, der einen kleinen weißen Kreis zentral auf einem schwarzen Bildschirm angezeigt wird. Die Farbe in diesen Parzellen stellt die Feuerrate von jedem Neuron in Reaktion auf eine dynamische umgekehrter Korrelation Reiz. Wir verwenden diese Informationen, um die Anreize für ein bestimmtes Experiment (z. B. eine Sinus-Gitter) Position. Stimuli, die präsentiert werden sind größer als die durchschnittliche rezeptiven Feld Größe, um rezeptiven Feld Standorte aller gleichzeitig aufgenommen Neuronen umfassen.
Nachdem wir kortikalen Schichten zu identifizieren und die Position der Reiz in der optimalen rezeptiven Feld Ort können wir auf die experimentelle Protokoll, in dem wir derzeit verschiedene visuelle Reize vor, während das Tier führt über Fixierung oder Diskriminierung Aufgaben. Nach dem Experiment, führen wir unsere spike-Wellenform-Analyse, um die Single-Einheiten konnten wir den gleichen Kanal aufzeichnen zu isolieren. Dieser Vorgang dauert oft einige Zeit zu beherrschen und wird ständig verbessert, als neue Analyse-Software und-techniken zur Verfügung gestellt werden. Abbildung 5b ist ein Beispiel für die Art der Ausgabe der Reihe nach mit Plexon Offline Sorter erwarten. Mit dieser Software Einheit Isolation wird durch visuelle Inspektion durchgeführt. Ausgeprägte Cluster sind bezogen auf das Gewicht der ersten und zweiten Hauptkomponenten, spike Breite, das Tal und Gipfel Eigenschaften identifiziert.
Abbildung 1. Multi-Contact-Laminar-Elektroden mit Multi-Contact-laminar Elektroden verzeichneten wir gleichzeitig spiking Aktivität von isolierten einzelnen Neuronen und LFP-Einheiten über kortikale Schichten von V1. Jedes U-Probe besteht aus 16 gleichen Abstand (100 um) Elektrode Kontakte überspannt mit einer Gesamtlänge von 1,6 mm. Jede Elektrode Kontakt ist 25 mu m im Durchmesser und besteht aus Platin-Iridium besteht.
Abbildung 2. NAN Gitterkonstruktion Die NAN Microdrive-System sorgt für zusätzliche Stabilität und Präzision über die klassische Schraube angetrieben Microdrive. Jede Gruppe von Elektroden ist unabhängig in der XY-Ebenen manipuliert, in einem benutzerdefinierten Arbeitsbereich. Jede Gruppe von Elektroden ist unabhängig in Z-Richtung innerhalb einer benutzerdefinierten Arbeitstiefe (bis zu 100 mm) und variablen Drehzahlbereich von 0.001 mm / sec bis 0,5 mm / sec und einer hohen Auflösung von 1 Mikrometer manipuliert (a) 4. - Rinnensohle, (b) die NAN Kammer, (c) das Raster mit 1 mm Abstand (d) 1-4 Schrauben Microdrives, (e) 1-4 Führungsrohre (500 Mikrometer Durchmesser und geschnitten, um ca. 5-7 cm) , (f) 1-4 Microdrive Türme und (g) das ausgefüllte NAN und Zylinderfuß.
Abbildung 3. Evozierte Reaktion Potenzial Paradigma und LFP Zeitreihen (a) Um kortikalen Schichten zu identifizieren, messen wir die evozierte Potential (ERP) während einer passiven Fixierung Aufgabe, während Affen zu einem Full-Field-schwarzen Bildschirm, der weiß (~ 1 Hz) für 100 geflasht ausgesetzt waren ms, und dann zu schwarzen Zahlen zurückgekehrt. (b) Die LFP Antworten mit den laminaren U-Probe aufgezeichnet verarbeitet wurden, um ERP Spuren für jeden Kontakt zu erhalten. Das körnige Schicht wurde in allen Sitzungen der Suche nach einem Waschbecken-driven Inversion in der Amplitude der Reaktion in das ERP-Spuren, und durch die Anwesenheit der Umpolung von der sink-source-Konfiguration an der Basis der Schicht 4 begleitet bestimmt. Die gepunktete Box zeigt das Timing der Zeit, wenn die Inversion eingetreten ist.
Abbildung 4. Layer-Identification mit Strom-Source-Dichte-Analyse (a) Strom-Source-Dichte-Analyse (basierend auf den 2 nd räumliche Ableitung der LFP Zeitreihen) wurde verwendet, um die Umpolung von der sink-source-Konfiguration auf der Basis der Begleitung zu identifizieren Körnerschicht. Wir untersuchten, wie stabil die Identifizierung von kortikalen Schichten im Laufe der Zeit beibehalten wird (von links nach rechts). In diesen Beispielen ist die Stromsenke (blau) der Körnerschicht und erstreckt sich über ~ 400 um. (B) Der CSD Spuren unterhalb jeder Parzelle stellen die durchschnittlichen CSD dieser Kontakte, die einem bestimmten Schicht. Dies erlaubte uns, den genauen Zeitpunkt der ersten Senke (in diesen Beispielen ~ 50-60 ms. CSD Spur Umschläge repräsentieren die Standardabweichung und schwarzen Balken zeigen die Dauer der geflasht Reiz (100 ms). Ermitteln
Abbildung 5. Spike Sortier-und rezeptiven Feld-Mapping (a) Zunächst wird eine halbe visuelle Grad berechnet und verdoppelt. Dann werden umgekehrter Korrelation Reize in Flecken auf einem CRT-Monitor c präsentiertonsisting orientierter Gitter bei 0, 45, 90 und 135 Grad. Firing Tarife für jedes Neuron unabhängig voneinander bei 5 ms Intervalle zwischen 40 bis 120 ms berechnet nach Anregungen für jede räumliche Lage werden vorgestellt. Die maximale Brenntemperatur Preise sind berechnet und dann den Schwerpunkt für jede Zeitverzögerung. Dann, auf jede Verzögerung der Abstand zwischen dem Schwerpunkt und der angrenzenden Feuerrate Standorten berechnet. Die zeitliche Verzögerung mit dem minimalen Abstand als das rezeptive Feld gewählt. (B) Spike Wellenform Eigenschaften wie Peakhöhe, Taltiefe, peak to valley, Zeit der Gipfel oder Tal, etc. analysiert werden mit einer Offline-Sortierung Software-Programms ( Plexon). Spikes sind auf ähnliche Eigenschaften sortiert, bis Wellenformen von einem Neuron ohne Überlappung von einem anderen konzentriert sind.
Abbildung 6. Shuffled CSD-Profil. Same Konvention wie in Abb. 3a, aber wir führten eine schlurfenden Verfahren, das zufällig aus einer neuen CSD-Matrix mit den Kontaktstellen gemischt. Diese Analyse wird verwendet, um eine bessere Validierung des körnigen sinken durch das Mischen der Elektrodenpositionen Verlassen des zeitlichen Bereich unverändert. Aus diesen Beispielen im Laufe der Zeit angezeigt, das Mischen der Elektrode Kontakte als Funktion der kortikalen Tiefe zerstören alle laminar Spezifität.
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Discussion
Multi-unit-Aufnahmen sind zum Standard geworden für die Analyse, wie neuronale Netzwerke im Kortex Stimulus Informationen zu kodieren. Angesichts der jüngsten Fortschritte in der Elektroden-Technologie, ermöglicht die Implementierung von laminar Elektroden eine beispiellose Charakterisierung von lokalen kortikalen Schaltkreisen. Obwohl Multi-Elektroden-Aufnahmen nützliche Informationen über neuronale Populationsdynamik bieten, können mehrere Laminar Elektroden eine höhere Auflösung und mehr Informationen über die spezifische Lage der Neuronen. Da die Hirnrinde in Schichten mit anatomisch unterschiedliche Ein-und Ausgänge organisiert wird, stellt sich die Frage, wie sensorische Informationen ist disparat in diesen Schichten verarbeitet.
Wir haben eine neue Aufzeichnungsverfahren nutzen Multi-Contact-laminar Elektroden auf lokale Netzwerk-Aktivität als Funktion der kortikalen Schicht in der primären Sehrinde (V1)-Eintrag vorgestellt. Wichtig ist, haben wir auch ein Verfahren zur Analyse des lokalen Feldes Potential während einer evozierte Paradigma kortikalen Schichten zu identifizieren umgesetzt. Wir haben auch detaillierte Ergebnisse aus rezeptiven Feld-Mapping Verfahren und spike-Wellenform-Analyse zur Verfügung gestellt.
Wir erkennen an, dass laminare Elektroden nicht ohne Einschränkungen, vor allem die Stabilität der Aufnahme. Wir beraten die mit dieser Technik, geduldig vor der Elektrode und damit eine ausreichende Menge an Zeit für das Gehirn nach Fortschritt zufrieden (wir normalerweise Rekord 45 Minuten bis 1 Stunde nach der letzten Voraus). Während dieser Zeit werden wir laufen zahlreiche Auge-Kalibrierung, empfänglich Mapping, und evozierte-Response-Potenzial Paradigmen.
Wir konnten unsere Aufnahmen mit einem Führungsrohr, die die Basis des NAN mit einer Schraube fixiert ist Microdrive zu verbessern. Wir haben auch die Standard-U-Probe-Design durch die Reduzierung der Spitzenwinkel von 30 bis 25 Grad geändert. Als Ergebnis wurde die U-Probe schärfere so für eine glattere Penetration durch die Dura. Es ist mit stumpfer Elektrodenspitze Gewebeschäden möglich und Blutungen auftreten können. Blutungen können Abdeckung der Elektrode Kontakte und verhindern, dass saubere Einheit Isolation. Wir haben diese Theorie der Aufnahme mit den beiden 30 und 25 Grad Spitze Winkel und in der Lage sind, mehr Einheiten über Durchdringungen zu lösen getestet und auch die Lebensdauer der U-Probe.
Wie bereits erwähnt haben wir vorher in der Regel mehr am Anfang und schnell zu verlangsamen, wenn wir durch die Dura bestanden haben. Wir glauben, dass dieses Verfahren in Kombination mit dem schärferen Spitzenwinkel hat uns zu einem nur wenige Labore in der Lage, einzelne Einheit Aktivität unter Verwendung des U-Probe zu lösen. Unsere Einheit Tätigkeit und der Stabilität der Aufnahme ist direkt an der Länge der Zeit, dass wir damit das Gehirn nach U-Probe Fortschritt zufrieden zusammen.
Diese Technologie wird nur dann weiter wachsen, da mehr Labors diese Techniken nutzen werden. Derzeit ist die Konzeption und Umsetzung von chronisch implantierbaren Arrays im Gange und wird am ehesten ersetzen Multi-Elektroden-Gitter. Darüber hinaus sind Arrays mit Elektroden mit mehreren Kontakten auf ihren Wellen (im Wesentlichen mehrere U-Sonden) werden parallel entwickelt.
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Disclosures
Keine Interessenskonflikte erklärt.
Acknowledgments
Wir danken Ye Wang für Diskussionen und Sorin Pojoga für Verhaltenstraining. Unterstützt durch die NIH EUREKA-Programm, das National Eye Institute, die Pew Scholars Program, die James S. McDonnell Foundation (VD), und ein NIH Vision Training Grant (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
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