एपीट्रैक ओपन एफिज़ प्लेटफॉर्म के लिए विकसित एक सॉफ्टवेयर प्लगइन है जो वास्तविक समय डेटा विज़ुअलाइज़ेशन और न्यूरोनल एक्शन पोटेंशिअल के बंद-लूप विद्युत थ्रेशोल्ड ट्रैकिंग को सक्षम बनाता है। हमने मानव सी-फाइबर नोसिसेप्टर और माउस सी-फाइबर और ए-फाइबर नोसिसेप्टर के लिए माइक्रोन्यूरोग्राफी में इसका सफलतापूर्वक उपयोग किया है।
नोसिसेप्टर प्राथमिक अभिवाही न्यूरॉन्स का एक वर्ग है जो संभावित हानिकारक हानिकारक उत्तेजनाओं का संकेत देता है। तीव्र और पुरानी दर्द की स्थिति में नोसिसेप्टर उत्तेजना में वृद्धि होती है। यह असामान्य चल रही गतिविधि या हानिकारक उत्तेजनाओं के लिए कम सक्रियण सीमा पैदा करता है। तंत्र-आधारित उपचारों के विकास और सत्यापन के लिए इस बढ़ी हुई उत्तेजना के कारण की पहचान करना आवश्यक है। सिंगल-न्यूरॉन इलेक्ट्रिकल थ्रेशोल्ड ट्रैकिंग नोसिसेप्टर उत्तेजना को निर्धारित कर सकती है। इसलिए, हमने इस तरह के माप की अनुमति देने और मनुष्यों और कृन्तकों में इसके उपयोग को प्रदर्शित करने के लिए एक आवेदन विकसित किया है। एपीट्रैक एक अस्थायी रास्टर प्लॉट का उपयोग करके वास्तविक समय डेटा विज़ुअलाइज़ेशन और एक्शन संभावित पहचान प्रदान करता है। एल्गोरिदम थ्रेशोल्ड क्रॉसिंग द्वारा एक्शन पोटेंशिअल का पता लगाते हैं और विद्युत उत्तेजना के बाद उनकी विलंबता की निगरानी करते हैं। प्लगइन तब नोसिसेप्टर्स की विद्युत सीमा का अनुमान लगाने के लिए एक अप-डाउन विधि का उपयोग करके विद्युत उत्तेजना आयाम को संशोधित करता है। सॉफ्टवेयर ओपन एफिसिस सिस्टम (वी 0.54) पर बनाया गया था और जेयूसीई ढांचे का उपयोग करके सी ++ में कोडित किया गया था। यह विंडोज, लिनक्स और मैक ऑपरेटिंग सिस्टम पर चलता है। ओपन-सोर्स कोड उपलब्ध है (https://github.com/ माइक्रोन्यूरोग्राफी / इलेक्ट्रोफिजियोलॉजिकल रिकॉर्डिंग को माउस त्वचा-तंत्रिका तैयारी दोनों में नोसिसेप्टर्स से लिया गया था, जिसमें सेफेनोस तंत्रिका में टीज फाइबर विधि का उपयोग किया गया था और स्वस्थ मानव स्वयंसेवकों में सतही पेरोनल तंत्रिका में माइक्रोन्यूरोग्राफी का उपयोग किया गया था। नोसिसेप्टर को थर्मल और यांत्रिक उत्तेजनाओं के लिए उनकी प्रतिक्रिया के साथ-साथ चालन वेग की गतिविधि-निर्भर धीमेपन की निगरानी करके वर्गीकृत किया गया था। सॉफ्टवेयर ने टेम्पोरल रैस्टर प्लॉट के माध्यम से कार्रवाई संभावित पहचान को सरल बनाकर प्रयोग की सुविधा प्रदान की। हम पहली बार विवो मानव माइक्रोन्यूरोग्राफी के दौरान और सी-फाइबर और ए-फाइबर के पूर्व विवो माउस इलेक्ट्रोफिजियोलॉजिकल रिकॉर्डिंग के दौरान एकल-न्यूरॉन एक्शन पोटेंशियल के रियल-टाइम क्लोज्ड-लूप इलेक्ट्रिकल थ्रेशोल्ड ट्रैकिंग का प्रदर्शन करते हैं। हम यह दिखाकर सिद्धांत का प्रमाण स्थापित करते हैं कि ग्रहणशील क्षेत्र को गर्म करके मानव गर्मी-संवेदनशील सी-फाइबर नोसिसेप्टर की विद्युत सीमा कम हो जाती है। यह प्लगइन एकल-न्यूरॉन एक्शन पोटेंशिअल की विद्युत थ्रेशोल्ड ट्रैकिंग को सक्षम बनाता है और नोसिसेप्टर उत्तेजना में परिवर्तन की मात्रा का ठहराव करने की अनुमति देता है।
नोसिसेप्टर परिधीय तंत्रिका तंत्र में प्राथमिक अभिवाही न्यूरॉन्स हैं जो अत्यधिक या संभावित ऊतक-हानिकारक घटनाओं से सक्रिय होते हैं और तीव्र दर्द1 में एक महत्वपूर्ण सुरक्षात्मक भूमिका निभाते हैं। पशु मॉडल, स्वस्थ मानव स्वयंसेवकों और रोगियों में सी-फाइबर और ए-फाइबर नोसिसेप्टर से इलेक्ट्रोफिजियोलॉजिकल रिकॉर्डिंग ने दर्दकी स्थिति 2,3,4,5,6,7 की एक विविध श्रृंखला में संवेदीकरण और असामान्य सहज गतिविधि का खुलासा किया है। रोगियों में नोसिसेप्टर उत्तेजना में इन परिवर्तनों को कम करने वाले तंत्र को समझना लक्षितचिकित्सीय हस्तक्षेप को सक्षम कर सकता है। हालांकि, सीधे नोसिसेप्टर उत्तेजना का आकलन करने के लिए कुछ उपकरण हैं, विशेष रूप से रोगियों9 में, लेकिन ऐसे उपकरणों की उपयोगिता की क्षमता अच्छी तरह से मान्यता प्राप्त है10,11.
संपूर्ण तंत्रिका विद्युत थ्रेशोल्ड ट्रैकिंग काउपयोग मनुष्यों में अक्षीय उत्तेजना की जांच करने के लिए किया जा सकता है। हालांकि, बड़े, माइलिनेटेड, परिधीय न्यूरॉन्स संवेदी यौगिक कार्रवाई क्षमता के आयाम में असमान रूप से योगदान करते हैं, पूरे तंत्रिका विद्युत थ्रेशोल्ड ट्रैकिंग सी-फाइबर फ़ंक्शन11,13 के मूल्यांकन की अनुमति नहीं देता है। दरअसल, पिछले अध्ययन में, मधुमेह न्यूरोपैथी और कीमोथेरेपी-प्रेरित पॉलीन्यूरोपैथी के साथ पुरानी न्यूरोपैथिक दर्द समूहों में पूरे तंत्रिका विद्युत थ्रेशोल्ड ट्रैकिंग ने अक्षीय उत्तेजना11 में कोई अंतर नहीं दिखाया।
पिछले अध्ययन में, एकल-न्यूरॉन स्तर पर विद्युत थ्रेशोल्ड ट्रैकिंग का उपयोग एक्स विवो चूहे की त्वचा-तंत्रिका तैयारी14 में टीज-फाइबर रिकॉर्डिंग के दौरान सी-फाइबर नोसिसेप्टर की उत्तेजना की जांच करने के लिए किया गया था। लेखकों ने प्रदर्शित किया कि पोटेशियम एकाग्रता, अम्लीय स्थितियों और ब्रैडीकिनिन में वृद्धि हुई है, सभी ने सी-फाइबर नोसिसेप्टर उत्तेजना में वृद्धि की है, जैसा कि कार्रवाई संभावित पीढ़ी के लिए कम विद्युत सीमा द्वारा परिलक्षित होता है। इसके अलावा, गर्मी-संवेदनशील नोसिसेप्टर्स के ग्रहणशील क्षेत्र को गर्म करने से उनकी विद्युत सीमा कम हो गई, जबकि गर्मी-असंवेदनशील नोसिसेप्टर्स ने अपनी विद्युत सीमा14 में वृद्धि का प्रदर्शन किया। यह महत्वपूर्ण प्रमाण प्रदान करता है कि एकल-न्यूरॉन विद्युत थ्रेशोल्ड ट्रैकिंग संभव है और उपयोगिता हो सकती है, लेकिन वर्तमान में ऐसी जांच को सक्षम करने के लिए कोई सॉफ्टवेयर और / या हार्डवेयर समाधान उपलब्ध नहीं हैं, खासकर मानव अध्ययन के लिए।
मनुष्यों में, माइक्रोन्यूरोग्राफी सी-फाइबर15 के इलेक्ट्रोफिजियोलॉजिकल गुणों का सीधे आकलन करने के लिए एकमात्र उपलब्ध विधि है। इस दृष्टिकोण का उपयोग पुराने दर्द 2,3,4,5,6,7 वाले रोगियों में नोसिसेप्टर डिसफंक्शन का प्रदर्शन करने के लिए किया गया है। माइक्रोन्यूरोग्राफी एकल-न्यूरॉन एक्शन पोटेंशिअल का पता लगा सकती है; हालांकि, कम सिग्नल-टू-शोर अनुपात के कारण, शोधकर्ता सी-फाइबर गतिविधि16 को चिह्नित करने के लिए अंकन तकनीक का उपयोग करते हैं। अंकन तकनीक में, त्वचा में सी-फाइबर ग्रहणशील क्षेत्रों पर सुप्राथ्रेशोल्ड विद्युत उत्तेजना लागू की जाती है। यह विद्युत उत्तेजना एक क्रिया क्षमता उत्पन्न करती है जो एक निरंतर विलंबता पर होती है, जो सी-फाइबर के चालन वेग द्वारा निर्धारित की जाती है। सी-फाइबर गतिविधि-निर्भर धीमापन प्रदर्शित करते हैं, जिससे उनका चालन वेग कम हो जाता है और इसलिए, कार्रवाईसंभावित निर्वहन की अवधि के दौरान उनकी चालन विलंबता बढ़ जाती है। बेसल स्थितियों के तहत, सी-फाइबर आमतौर पर हानिकारक उत्तेजनाओं की अनुपस्थिति में कार्रवाई क्षमता उत्पन्न नहीं करते हैं, और इसलिए, कम आवृत्ति विद्युत उत्तेजना के जवाब में उनकी चालन विलंबता स्थिर है। यांत्रिक, तापीय या औषधीय उत्तेजनाएं, जो फायरिंग को जन्म देती हैं, गतिविधि-निर्भर धीमापन को प्रेरित करती हैं, जो सहवर्ती कम आवृत्ति विद्युत उत्तेजना द्वारा उत्पन्न कार्रवाई क्षमता की विलंबता को बढ़ाती हैं। यह कम सिग्नल-टू-शोर अनुपात के संदर्भ में लागू गैर-विद्युत उत्तेजनाओं के लिए प्रतिक्रियाओं की उद्देश्य पहचान की अनुमति देता है। इसलिए, गतिविधि-निर्भर धीमापन का उपयोग कार्यात्मक रूप से सी-फाइबर16 को चिह्नित करने के लिए किया जा सकता है। दरअसल, सी-फाइबर के विभिन्न कार्यात्मक वर्ग विद्युत उत्तेजना प्रतिमानों में गतिविधि-निर्भर धीमेपन के विशिष्ट पैटर्न प्रदर्शित करते हैं जिसमें उत्तेजना आवृत्ति18,19 को बदलना शामिल है। सी-फाइबर एक्शन पोटेंशिअल की विलंबता में यह परिवर्तनशीलता उनकी निगरानी के लिए डिज़ाइन किए गए एल्गोरिदम के लिए एक चुनौती प्रस्तुत करती है।
एक नोसिसेप्टर में चल रही गतिविधि कम आवृत्ति विद्युत उत्तेजना के दौरान इसकी विलंबता में बढ़ी हुई परिवर्तनशीलता की ओर ले जाती है, और यह फिर से गतिविधि-निर्भर धीमापन के कारण होती है। यह बढ़ी हुई परिवर्तनशीलता, या घबराहट, उत्तेजना का एक मात्रात्मक प्रॉक्सी मापहै। कार्रवाई संभावित विलंबता में परिवर्तनशीलता के आगे के कारणों में फ्लिप-फ्लॉप शामिल है, जहां एक एकल न्यूरॉन की वैकल्पिक टर्मिनल शाखाएं उत्तेजित होती हैं, जिसके कारण उत्पन्न कार्रवाई क्षमता में दो (या अधिक) बेसलाइन लेटेंसी होती हैं जो पारस्परिक रूप से अनन्यहोती हैं। अंत में, परिधीय न्यूरॉन की टर्मिनल शाखाओं के तापमान में परिवर्तन भी थर्मोडायनामिक तरीके से कार्रवाई संभावित विलंबता परिवर्तन का कारण बनता है, वार्मिंग के साथ चालन वेग बढ़ जाता है और शीतलन चालन वेगको धीमा कर देता है। इस प्रकार, नोसिसेप्टिव सी-फाइबर के बंद-लूप विद्युत थ्रेशोल्ड ट्रैकिंग करने की मांग करने वाले किसी भी सॉफ्टवेयर को विद्युत रूप से उत्पन्न कार्रवाई क्षमता में विलंबता में परिवर्तन की अनुमति देनी चाहिए।
सी-फाइबर नोसिसेप्टर्स के क्रॉस-प्रजाति विद्युत थ्रेशोल्ड ट्रैकिंग के हमारे लक्ष्य को प्राप्त करने के लिए, हमने वास्तविक समय, बंद-लूप, विद्युत थ्रेशोल्ड ट्रैकिंग और विलंबता ट्रैकिंग को सक्षम करने के लिए ओपन एफिज़ प्लेटफॉर्म21 के लिए एक ओपन-सोर्स सॉफ्टवेयर प्लगइन एपीट्रैक विकसित किया। हम प्रूफ-ऑफ-कॉन्सेप्ट डेटा प्रदान करते हैं जो दर्शाता है कि मानव माइक्रोन्यूरोग्राफी के दौरान सी-फाइबर नोसिसेप्टर इलेक्ट्रिकल थ्रेशोल्ड ट्रैकिंग संभव है। इसके अलावा, हम दिखाते हैं कि इस उपकरण का उपयोग कृंतक पूर्व विवो टीज़-फाइबर इलेक्ट्रोफिजियोलॉजी में किया जा सकता है, इस प्रकार मनुष्यों और कृन्तकों के बीच अनुवाद संबंधी अध्ययन को सक्षम किया जा सकता है। यहां, हम विस्तार से वर्णन करेंगे कि शोधकर्ता नोसिसेप्टर फ़ंक्शन और उत्तेजना के अपने अध्ययन में सहायता के लिए इस उपकरण को कैसे कार्यान्वित और उपयोग कर सकते हैं।
APTrack ओपन Ephys प्लेटफ़ॉर्म के साथ उपयोग के लिए एक सॉफ्टवेयर प्लगइन है। हमने इस मंच को चुना है क्योंकि यह ओपन-सोर्स, लचीला और लागू करने के लिए सस्ता है। निरंतर वर्तमान उत्तेजक की लागत को शामिल नहीं करते हुए, प्लगइन का उपयोग शुरू करने के लिए आवश्यक सभी उपकरण लेखन के समय लगभग $ 5,000 अमरीकी डालर के लिए खरीदे जा सकते हैं। हमें उम्मीद है कि यह शोधकर्ताओं को अपने परिधीय तंत्रिका इलेक्ट्रोफिजियोलॉजी अध्ययनों में एपीट्रैक को अधिक आसानी से लागू करने में सक्षम करेगा। इसके अलावा, शोधकर्ता अपनी प्रयोगात्मक आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए सॉफ्टवेयर को स्वतंत्र रूप से संशोधित कर सकते हैं। महत्वपूर्ण रूप से, इस उपकरण ने मनुष्यों में पहली बार एकल सी-फाइबर नोसिसेप्टर की विद्युत थ्रेशोल्ड ट्रैकिंग की अनुमति दी है।
सिग्नल-टू-शोर अनुपात जितना अधिक होगा, एल्गोरिदम उतना ही बेहतर कार्रवाई क्षमता की पहचान कर सकते हैं। माइक्रोन्यूरोग्राफी के दौरान सिग्नल-टू-शोर अनुपात हमारी अधिकांश रिकॉर्डिंग में पर्याप्त था, लेकिन उपयोगकर्ताओं को समय के साथ सिग्नल क्षरण के जोखिम के प्रति सतर्क रहना चाहिए। यह लंबे प्रयोगात्मक प्रोटोकॉल के लिए विशेष रूप से महत्वपूर्ण है, क्योंकि यदि ट्रैक की गई कार्रवाई क्षमता का आयाम पहचान सीमा से नीचे गिर जाता है, तो उत्तेजना आयाम गलती से बढ़ जाएगा; प्लगइन की निगरानी करने वाले प्रयोगकर्ताओं द्वारा इसे कम किया जा सकता है और फिर यदि आवश्यक हो तो सेटिंग्स को समायोजित किया जा सकता है। बैंडपास फ़िल्टरिंग के साथ सिग्नल-टू-शोर अनुपात में सुधार होता है, लेकिन बड़े क्षणिकों को अभी भी खोज बॉक्स टाइम विंडो के दौरान पहुंचने पर एक्शन पोटेंशिअल के रूप में गलत पहचाना जा सकता है। एक क्रिया क्षमता के रूप में क्षणिक शोर की गलत पहचान करने के जोखिम को समय विंडो को संकीर्ण करके कम किया जा सकता है जिसके दौरान प्लगइन कार्रवाई क्षमता की खोज करता है और थ्रेशोल्ड सेटिंग्स को अनुकूलित करता है। हालांकि, अभी भी ऐसी स्थितियां हैं जो प्लगइन के प्रदर्शन में बाधा डाल सकती हैं। सहज गतिविधि कठिनाइयों का कारण बन सकती है यदि बड़े-आयाम कार्रवाई क्षमता एल्गोरिथ्म की खोज बॉक्स विंडो के भीतर आती है, क्योंकि उन्हें लक्ष्य कार्रवाई क्षमता के रूप में गलत पहचाना जाएगा। इसके अतिरिक्त, रुचि के न्यूरॉन में सहज गतिविधि का मतलब यह हो सकता है कि विद्युत उत्तेजना अपनी दुर्दम्य अवधि के दौरान गिरती है, जिससे कार्रवाई क्षमता उत्पन्न करने में विफलता होती है। सॉफ्टवेयर का उपयोग करने में कठिनाइयां तब भी उत्पन्न हो सकती हैं जब प्राथमिक अभिवाही न्यूरॉन्स फ्लिप-फ्लॉप प्रदर्शित करते हैं, जिससे एकल न्यूरॉन की वैकल्पिक टर्मिनल शाखाएं उत्तेजित होती हैं, इस प्रकार उत्पन्न क्रिया क्षमता में दो (या अधिक) बेसलाइन लेटेंसी होती हैं जो पारस्परिक रूप से अनन्यहोती हैं। उच्च सिग्नल-टू-शोर अनुपात के साथ फ्लिप-फ्लॉप का प्रदर्शन करने वाले न्यूरॉन्स से रिकॉर्डिंग के दौरान, हमने न्यूरॉन द्वारा प्रदर्शित सभी संभावित चालन वेगों को समाहित करने के लिए खोज बॉक्स की चौड़ाई बढ़ाकर विलंबता और विद्युत थ्रेशोल्ड ट्रैकिंग का सफलतापूर्वक प्रदर्शन किया। हालांकि, विद्युत सीमा न्यूरॉन की टर्मिनल शाखा के आधार पर भिन्न हो सकती है जो उत्तेजित हो रही है, जो विद्युत उत्तेजना की साइट से वैकल्पिक नोसिसेप्टर टर्मिनलों तक की दूरी में अंतर के कारण होने की संभावना है। उदाहरण के लिए, टेम्पलेट मिलान को शामिल करने के लिए कार्रवाई संभावित पहचान प्रक्रिया पर अतिरिक्त काम संभव है और इसे इस सॉफ़्टवेयर में एकीकृत किया जा सकता है। बैंड-स्टॉप या अनुकूली शोर निस्पंदन के लिए जीयूआई प्लगइन्स का उपयोग सिग्नल श्रृंखला में एपीट्रैक के अपस्ट्रीम में भी किया जा सकता है।
हम विद्युत दहलीज को विद्युत उत्तेजनाओं की उपयोगकर्ता-परिभाषित संख्या पर 50% समय की कार्रवाई क्षमता प्राप्त करने के लिए आवश्यक वर्तमान मानते हैं, आमतौर पर 2-10। विद्युत उत्तेजना की आकृति विज्ञान 0.5 एमएस और सकारात्मक, वर्ग तरंग दालें हैं। यह रिओबेस का निर्धारण करने के समान नहीं है, जो आमतौर पर न्यूरोनल उत्तेजना का एक उपाय है। रिओबेस निर्धारित करने के लिए प्लगइन को अनुकूलित किया जा सकता है। हालांकि, हमने एक सरल उपाय का पीछा किया, क्योंकि उत्तेजना में गतिशील परिवर्तन, जैसे कि हीटिंग के दौरान होने वाले परिकल्पित, हमारे विद्युत थ्रेशोल्ड अनुमान की तुलना में रिओबेस परिवर्तनों के साथ मात्रा निर्धारित करना अधिक कठिन होगा।
इस सॉफ्टवेयर का उपयोग मानव और कृंतक दोनों प्रयोगों में किया जा सकता है। यह विद्युत उत्तेजना प्रणालियों के लिए लचीले समर्थन से संभव हो गया है। सॉफ्टवेयर किसी भी उत्तेजक के साथ काम करेगा जो एनालॉग कमांड वोल्टेज को स्वीकार करता है या मैन्युअल रूप से स्टेपर मोटर के साथ इंटरफेस किया जा सकता है। माइक्रोन्यूरोग्राफी के लिए, हमने इसे सीई-चिह्नित निरंतर वर्तमान उत्तेजक के साथ इस्तेमाल किया जो मानव अनुसंधान में उपयोग के लिए डिज़ाइन किया गया था और इसकी उत्तेजना को डायल द्वारा नियंत्रित किया गया था। एनालॉग वोल्टेज कमांड को स्वीकार करने वाले उत्तेजक शोर हो सकते हैं क्योंकि वे उत्तेजनाओं के बीच सर्किट को डिस्कनेक्ट नहीं करते हैं, जिसका अर्थ है कि एनालॉग इनपुट पर कोई भी 50/60 हर्ट्ज ह्यूम या शोर रिकॉर्डिंग में प्रेषित किया जाएगा। एक उत्तेजक जिसे सर्किट को जोड़ने के लिए एक अतिरिक्त टीएलएल ट्रिगर सिग्नल की आवश्यकता होती है, जिससे एनालॉग वोल्टेज इनपुट के अनुरूप करंट पर उत्तेजना उत्पन्न होती है, प्लगइन के साथ उपयोग के लिए आदर्श है। यह शोर को उत्तेजनाओं के बीच रिकॉर्डिंग में प्रेषित होने से रोकता है।
सॉफ्टवेयर विद्युत सीमा का अनुमान लगाने के लिए एक सरल अप-डाउन विधि का उपयोग करता है। इसका उपयोगकई दशकों से मनोचिकित्सा परीक्षणों में किया गया है। अप-डाउन विधि के अनुरूप, उत्तेजना आयाम को संशोधित करने के लिए विद्युत थ्रेशोल्ड ट्रैकिंग एल्गोरिदम केवल अगली उत्तेजना के आयाम की गणना करते समय पिछले उत्तेजना के आयाम और प्रतिक्रिया पर विचार करता है। इसका मतलब यह है कि उत्तेजना आयाम वास्तविक विद्युत सीमा के चारों ओर घूमेगा, इस प्रकार 50% फायरिंग दर का उत्पादन करेगा, यह मानते हुए कि दहलीज स्थिर है। वेतन वृद्धि या ह्रास का न्यूनतम आकार 0.01 वी है; यह 0.01 एमए के बराबर है, यह मानते हुए कि उत्तेजक में 1 वी: 1 एमए इनपुट-टू-आउटपुट अनुपात है और इस छोटे से चरण परिवर्तन को प्राप्त करने के लिए पर्याप्त रिज़ॉल्यूशन है। प्लगइन हर बार लक्ष्य कार्रवाई क्षमता की विद्युत सीमा के लाइव अनुमान को अपडेट करेगा जब यह पिछले उत्तेजनाओं (2-10) की उपयोगकर्ता-परिभाषित संख्या पर 50% फायरिंग दर तक पहुंच ता है। पोस्ट हॉक, हम विद्युत सीमा का अनुमान लगाने के लिए पिछले 2-10 उत्तेजनाओं में उत्तेजना आयाम के रोलिंग औसत का उपयोग करने की सलाह देते हैं, और यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि यह अनुमान केवल तभी सटीक होगा जब फायरिंग दर 50% पर अपेक्षाकृत स्थिर हो। विद्युत दहलीज के लाइव और पोस्ट-हॉक दोनों अनुमानों में, संकल्प, विश्वसनीयता और विचार करने के लिए समय का संतुलन है। छोटी वृद्धि और ह्रास चरणों का उपयोग करने से विद्युत थ्रेशोल्ड अनुमान की सटीकता में वृद्धि होगी, लेकिन शुरू में नई विद्युत सीमा को खोजने और गड़बड़ी के बाद लगने वाले समय में वृद्धि होगी। पिछली उत्तेजनाओं की अधिक संख्या पर विद्युत सीमा की गणना बेहतर विश्वसनीयता प्रदान करेगी लेकिन एक सटीक अनुमान तक पहुंचने के लिए आवश्यक समय में वृद्धि होगी।
एपीट्रैक को परिधीय तंत्रिका रिकॉर्डिंग में उपयोग के लिए डिज़ाइन किया गया था, विशेष रूप से प्रयोगात्मक और पैथोलॉजिकल गड़बड़ी के दौरान सी-फाइबर की विद्युत थ्रेसहोल्ड को ट्रैक करने के लिए जहां कार्रवाई संभावित विलंबता अंतर्निहित न्यूरोनल गतिविधि के आधार पर भिन्न हो सकती है। यह विधि न केवल अक्षीय उत्तेजना की जांच को सक्षम करेगी, बल्कि स्वस्थ स्वयंसेवकों और रोगियों में नोसिसेप्टर जनरेटर क्षमता की भी जांच करेगी। हम उम्मीद करते हैं कि इलेक्ट्रोफिजियोलॉजी के अन्य क्षेत्र किसी भी प्रयोग में उपयोग के लिए इस उपकरण को अपना सकते हैं और अनुकूलित कर सकते हैं जिसके लिए उत्तेजना-लॉक गतिविधि की विद्युत थ्रेशोल्ड ट्रैकिंग की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, इसे आसानी से एपीट्रैक से संचालित हल्की दालों के साथ ऑप्टोजेनेटिक उत्तेजना के लिए अनुकूलित किया जा सकता है। प्लगइन ओपन-सोर्स है और GPLv3 लाइसेंस के तहत शोधकर्ताओं के लिए उपलब्ध है। यह ओपन एफिज़ प्लेटफॉर्म पर बनाया गया है, जो एक अनुकूलनीय, कम लागत वाला, ओपन-सोर्स डेटा अधिग्रहण प्रणाली है। प्लगइन कार्रवाई संभावित जानकारी निकालने और अतिरिक्त उपयोगकर्ता इंटरफेस या अनुकूलनप्रतिमान प्रदान करने के लिए डाउनस्ट्रीम प्लगइन्स के लिए अतिरिक्त हुक प्रदान करता है। प्लगइन वास्तविक समय में एक्शन पोटेंशिअल के विज़ुअलाइज़ेशन और लेटेंसी ट्रैकिंग के लिए एक सरल उपयोगकर्ता इंटरफ़ेस प्रदान करता है। यह पिछले डेटा को वापस भी चला सकता है और अस्थायी रास्टर प्लॉट का उपयोग करके उन्हें कल्पना कर सकता है। इसके अलावा, यह पिछले डेटा के प्लेबैक के दौरान विलंबता ट्रैकिंग भी कर सकता है। जबकि वास्तविक समय विलंबता ट्रैकिंग के लिए अन्य सॉफ़्टवेयर पैकेज उपलब्ध हैं, वे ओपन-सोर्स नहीं हैं और विद्युत थ्रेशोल्ड ट्रैकिंग26,27 नहीं कर सकते हैं। एपीट्रैक को वोल्टेज निशान से निरंतर विलंबता कार्रवाई क्षमता की पहचान करने के पारंपरिक तरीकों पर एक फायदा है क्योंकि यह डेटा विज़ुअलाइज़ेशन के लिए एक अस्थायी रास्टर प्लॉट का उपयोग करता है। इसके अलावा, कम सिग्नल-टू-शोर अनुपात के साथ प्रयोगों में इसका उपयोग करने के हमारे अनुभवों ने संकेत दिया है कि टेम्पोरल रैस्टर प्लॉट विज़ुअलाइज़ेशन विधि निरंतर विलंबता कार्रवाई क्षमता की पहचान करने की अनुमति देती है जो अन्यथा छूट गई हो सकती है।
होल-नर्व थ्रेशोल्ड ट्रैकिंग अक्षीय उत्तेजनाका आकलन करने के लिए एक व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली विधि है। कृंतक सी-फाइबर में एकल-न्यूरॉन विद्युत थ्रेशोल्ड ट्रैकिंग का उपयोग पहले नोसिसेप्टर उत्तेजना14 को निर्धारित करने के लिए किया गया है, और मनुष्यों में इसकी उपयोगिता10,11 मान्यता प्राप्त है; हालांकि, अब तक, यह संभव नहीं था। हम कृंतक और मानव परिधीय तंत्रिका इलेक्ट्रोफिजियोलॉजिकल अध्ययन दोनों में एकल नोसिसेप्टर उत्तेजना को सीधे मापने के लिए एक नया, ओपन-सोर्स टूल प्रदान करते हैं। एपीट्रैक पहली बार मनुष्यों में एकल-न्यूरॉन एक्शन पोटेंशिअल के वास्तविक समय, ओपन-सोर्स, इलेक्ट्रिकल थ्रेशोल्ड ट्रैकिंग को सक्षम बनाता है। हम उम्मीद करते हैं कि यह कृन्तकों और मनुष्यों के बीच नोसिसेप्टर्स के ट्रांसलेशनल अध्ययन की सुविधा प्रदान करेगा।
The authors have nothing to disclose.
हम अपने फंडर्स को उनके समर्थन के लिए धन्यवाद देना चाहते हैं: एकेडमी ऑफ मेडिकल साइंसेज (जेपीडी, एईपी), बनाम गठिया (जेपीडी, एईपी), जीन गोल्डिंग इंस्टीट्यूट सीडकॉर्न ग्रांट (जेपीडी, एईपी, जीडब्ल्यू, एसीएस, एमएमपी), और जैव प्रौद्योगिकी और जैविक विज्ञान अनुसंधान परिषद सहयोगी प्रशिक्षण साझेदारी डॉक्टरेट छात्र के साथ एली लिली (जीडब्ल्यूटी)। हम APrack के विकास में सभी योगदानकर्ताओं को धन्यवाद देना चाहते हैं। हम अपने स्वयंसेवकों को भी धन्यवाद देना चाहते हैं जिन्होंने माइक्रोन्यूरोग्राफी प्रयोगों में भाग लिया और हमारे रोगी और सार्वजनिक भागीदारी और सगाई सहयोगियों को उनके अमूल्य योगदान के लिए धन्यवाद देना चाहते हैं।
12V DC Power Supply | NA | NA | To power uStepper S-lite. Required for dial-controlled stimulators. |
36 Pin Electrode Adapter Board | Intan Technology | C3410 | APTrack Dependency. For connecting electrode input to headstage. $255 USD as of March 2021. |
APTrack Plugin | NA | NA | https://github.com/Microneurography/APTrack |
Bipolar Ag/AgCl Recording Electrode | Custom | NA | Recording electrode for the skin-nerve preparation. Or equivalent. |
Bipolar Concentric Stimulating Electrode | World Precision Instruments | SNE-100 | For electrical stimulation in the mouse skin-nerve preparation. Or equivalent. |
Bipolar Transcutaneous Stimulating Electrode | Custom | NA | For transcutaneous electrical stimulation while searching for single-neuron action potentials during microneurography. |
BNC T Splitter (1+) | NA | NA | APTrack Dependency. Any standard BNC T splitter. |
BNC to BNC cables (3+) | NA | NA | APTrack Dependency. Any standard BNC cables. |
C6H11NaO7 | Merck | S2054 | Skin-nerve preparation synthetic interstitial fluid constituent. Or equivalent. |
CaCl2 | Merck | C5670 | Skin-nerve preparation synthetic interstitial fluid constituent. Or equivalent. |
Digitimer DS4 Constant Current Stimulator | Digitimer | DS4 | Constant current stiulator for animal research. £1,695 GBP as of September 2022. |
Digitimer DS7 Constant Current Stimulator | Digitimer | DS7A | Constant current stiulator for human research. £3,400 GBP as of September 2022. |
Electroaccupuncture Classic Plus Stimulating Electrodes | Harmony Medical | NA | For fixed position intradermal electrical stimulation of the dorsal aspect of the foot during human microneurography. |
Glucose | Fisher Scientific | G/0450/60 | Skin-nerve preparation synthetic interstitial fluid constituent. Or equivalent. |
HDMI Cable | NA | NA | APTrack Dependency. Any standard passive HMDI cable. To connect OE I/O Board to OE Acquisition Board. |
KCl | Merck | P9541 | Skin-nerve preparation synthetic interstitial fluid constituent. Or equivalent. |
MgSO4 | Acros Organics | 213115000 | Skin-nerve preparation synthetic interstitial fluid constituent. Or equivalent. |
Mineral Oil | Merck | 330779 | Electrical insulation for nerve recordings in th skin-nerve preparation. Or equivalent. |
NaCl | Merck | S9888 | Skin-nerve preparation synthetic interstitial fluid constituent. Or equivalent. |
NaHCO3 | Merck | S6014 | Skin-nerve preparation synthetic interstitial fluid constituent. Or equivalent. |
NaHCO3 | Merck | S0751 | Skin-nerve preparation synthetic interstitial fluid constituent. Or equivalent. |
Open Ephys Acquisition Board | Open Ephys | NA | APTrack Dependency. Includes USB cable to connect to computer and mains socket power supply. €2,955 EUR as of September 2022. |
Open Ephys Graphical User Interface | Open Ephys | NA | https://github.com/open-ephys/plugin-GUI |
Open Ephys I/O Board | Open Ephys | NA | APTrack Dependency. For ADC voltage inputs via BNC cables. €12.5 EUR without connectors, €85 EUR with connectors as of September 2022. |
PulsePal V2 | Sanworks | 1102 | APTrack Dependency. Open-source DAC and train generator. $725 USD pre-assembled as of September 2022. Approx. $275 USD for self-assembly. |
RHD 6ft SPI Cable | Intan Technology | C3206 | APTrack Dependency. For connecting headstage to OE Acquisition Board. $295 USD as of March 2021 |
RHD2216 16ch Bipolar Headstage | Intan Technology | C3313 | APTrack Dependency. For data acquisition and digitization. $725 USD as of March 2021. Or equivalent RHD2000 series headstage. |
Sucrose | Fisher Scientific | S/8560/60 | Skin-nerve preparation synthetic interstitial fluid constituent. Or equivalent. |
TCS-II Thermal Stimulator | QST.Lab | NA | For thermal stimualtion of nociceptor receptive fields during human microneurography. |
Tungsten Microelectrode Pair (Active + Reference) | FHC | 30085 | For microneurography recordings. 35mm. |
Ultrasound Scanner iQ+ | Butterfly Network | NA | For ultrasound-guided electrode insertion during microneurography. |
USB 3.0 5kV RMS Isolation | Inota Technology | 7055-D | For isolating human microneuroography participant from computer. €459 EUR as of September 2022. |
USB-A to micro USB-B cable (2) | NA | NA | APTrack Dependency. To connect computer to PulsePal and to uStepper S-lite if using stepper-stimulator interfacing. |
uStepper S-lite + NEMA17 motor | uStepper | NA | To interface with stimulators via a control dial. €50 EUR as of September 2022. |
Von Frey Filaments | Ugo Basile | 37450-275 | For mechanical stimulation of receptive fields during sensory phenotyping of nociceptors. |