A جهاز التحفيزية بسيطة لتستحضر نقطة اللمس مثل المحفزات: A كشاف لLFP إلى سبايك انتقالات
Summary
لتوضيح عملية الانتقال المعقدة من امكانات الحقل المحلي (LFPs) لالمسامير مشجعا مناسبة للضوء المحفزات الميكانيكية الطرفية بنيت. كتطبيق، وقد تم تحليل الأنشطة ارتفاعه المسجلة من القشرة الحسية الجسدية من خلال استراتيجية التحسين متعددة الهدف. أظهرت النتائج أن مشجعا المقترح كان قادرا على تقديم المنبهات اللمسية مع ميلي ثانية واحدة وتوضيحات ملليمتر.
Abstract
البحوث العصبية الحالي وذلك بهدف تطوير منهجيات للتحقيق في مسار الإشارة من الخلايا العصبية إلى الخلايا العصبية، وبالتحديد في الانتقال من المسامير لامكانات الحقل المحلي (LFPs) ومن LFPs إلى المسامير.
LFPs يكون الاعتماد معقدة على النشاط والارتفاع لا يزال يفهم علاقتها سيئة 1. ان توضيح هذه العلاقات إشارة تكون مفيدة لكلا التشخيص السريري (على سبيل المثال نماذج التحفيز العميق للدماغ تحفيز) ولفهم أعمق لاستراتيجيات الترميز العصبي في الظروف العادية والمرضية (مثل الصرع ومرض باركنسون، والألم المزمن). لهذا الهدف، يتعين على المرء أن حل المسائل التقنية المتعلقة بأجهزة التحفيز، والتحفيز نماذج التحليلات الحسابية. لذلك، تم تطوير جهاز التحفيز مصنوعة خصيصا من أجل تقديم المحفزات منظمة تنظيما جيدا في المكان والزمان الذي لا تتكبد في صدى الميكانيكية. في وقت لاحق،باعتبارها التمثيل، تم استخراج مجموعة من العلاقات LFP-ارتفاع موثوق بها.
وكان التحقيق في أداء الجهاز عن طريق التسجيلات خارج الخلية، بالاشتراك المسامير وردود LFP إلى محفزات تطبيقها، من الفئران القشرة الحسية الجسدية الأولية. ثم، عن طريق استراتيجية التحسين متعددة الهدف، وقدرت نموذج التنبؤية لحدوث ارتفاع على أساس LFPs.
تطبيق هذا النموذج يدل على أن الجهاز يناسب بشكل كاف لتقديم التحفيز عن طريق اللمس عالية التردد، متفوقا المحركات كهرضغطية مشترك. كدليل على فعالية الجهاز، وقدمت النتائج التالية: 1) توقيت وموثوقية ردود LFP المباراة بشكل جيد ردود السنبلة، 2) LFPs حساسة لتاريخ التحفيز والتقاط ليس فقط متوسط استجابة ولكن أيضا محاكمة لمحاكمة التقلبات في النشاط ارتفاع، وأخيرا 3) باستخدام إشارة LFP فمن الممكن لتقدير مجموعة سو النماذج التنبؤية التي التقاط جوانب مختلفة من النشاط ارتفاع.
Introduction
في سياق إشارة معالجة استجابة الدافع يوفر توصيف الأساسية للسلوك نظام الديناميكية.
على الرغم من أن الحافز الدافع المثالي هو عمليا لا يمكن تحقيقه، فمن الممكن الحصول على تقريب معقول من ذلك باستخدام عنصر المحرك الذي يولد التشريد عالية التردد. ويعرف هذا النوع من الضوء التحفيز عن طريق اللمس اهتزازي لاستهداف كل من الجلد العميقة (مثل الاستجابة السريعة، والتكيف بسرعة جسيمات باتشيني) 2 ومستقبلات سطحية (على سبيل المثال، عتبة منخفضة التكيف ببطء الهياكل القرصية ميركل) 2.
واتهم أجهزة التحفيز الحالية، المحركات كهرضغطية أساسا، مع عدد من السلبيات، وليس أقلها الأصداء والتشريد الصغيرة. للتغلب على هذه العيوب، يقترح تطبيق بديل من التحفيز مثل دفعة باستخدام تلميح اضعافها (تلميح الصبار ممهدة في حالتنا) عمودياشنت على مركز غشاء المتكلم مخروط متوسطة المدى. وهذا يوفر ميزة تشريد أكبر وأوسع طيف الترددات.
كان التطبيق الفعال لمثل هذا الجهاز لدراسة المشكلة العصبية ذات الصلة من المسامير LFPs إلى التبعية. بسبب الترابط الزماني خفية بين هذه الأحداث الكهربائية هناك حاجة إلى جهاز تنظيم ناعما لتقديم المحفزات الطرفية. كان المنبهات أن تكون سريعة وانتقائية مكانيا وقت ممكن من أجل الحد من "الضوضاء في الخلفية" وشحذ إشارات من الفائدة. لهذا الغرض، وجهاز التحفيز وبروتوكول تسليم التحفيز والأمثل معا للقيام بهذه المهمة. في هذه الورقة، ونحن تصف هذه التقنية وتقديم بعض النتائج ممثل.
وقد تم تصميم بروتوكول التحفيز على أساس العشوائية البقول تقرن والأمثل من أجل تجنب التعود. عرضت هذا البروتوكول الاستفادة من الزوج الكلاسيكيةإد البقول وقللت من إمكانية تأمين زائفة بين المحفزات ورشقات نارية دورية عفوية من نشاط الخلايا العصبية.
باستخدام هذه العشوائية نبض إقران كان من الممكن الحصول على LFP وارتفاع استجابات سريعة وموثوق بها وللقبض على ميزة خاصة لهذه الاستجابات تتعلق اعتماد كلا LFPs والمسامير عن تاريخ التحفيز. في الواقع، من ردود LFP الخام، مجموعة من ثلاثة LFP يضم (LFP على نفسها، وLFP الأولى المشتقة والمشتقة المرحلة الأولى) ربط بشدة مع متوسط استجابة السنبلة، تم استخراج أيضا.
لقد تم اقتراح عدد قليل من الطرق لتناسب النماذج التي تتنبأ المسامير من LFPs 3،4. عموما نقطة حرجة من عملية تركيب النموذج، مشتركة أيضا في التنبؤ الحدث من ارتفاع إشارة التحفيز، مكونة من الاختيار المناسب للدالة الهدف تعظيم / تقليل. بينما كان مجموعة من الوظائف الهدف اقتراحد (على سبيل المثال الارتباط والتماسك) 5 أيا من هذه يلتقط بالاشتراك تعقيد كاملة من الردود ارتفاع. وفقا لذلك، وقدم إطارا رواية تقوم على التحسين متعددة الهدف. وتبين لنا أن باستخدام المقترحة وضعت وهذا الإطار الحسابية فمن الممكن لتقدير مجموعة من النماذج التنبؤية على أساس LFP قوية لارتفاع العلاقات.
Protocol
Representative Results
Discussion
قدم هذا العمل أولا على الجهاز الجديد، بسيطة ومنخفضة التكلفة لتقديم المحفزات تمكين سريعة ومكانيا مثل النقطة الحسية. ثم تم التحقق من صحة العشوائية تقرن نبض بروتوكول التحفيز ومجموعة من التحليلات الحسابية. كان الهدف العام لإنشاء إطار لتقدير العلاقات LFP-ارتفاع في التسجي…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وتم دعم SN وAGZ من الأموال VIRTUALAB PON 01-01297.
Materials
| Microstepper | AB Transvertex (Stockholm, Sweden) | The microstepper used to pull down the electrode matrix | |
| 32 channels Cheetah System | Neuralynx (MT, USA) | The electrophysiological recording system | |
| L293D h-bridge | RS Components (Cinisello Balsamo, Italy) | The bridge used to connect the microcontroller to the speaker | |
| H21A3 Optical Interrupter Switch | Fairchild Semiconductor Corporation (San Jose, California) | The phototransistor used to estabilish the tip displacement | |
| Arduino Uno | Arduino (Duemilanove, Italy) | The microcontroller used to deliver current pulse to the speaker | |
| Microelectrode Matrices GB1 | FHC | ||
| Isoflurane | Rhodia Organique Fine Ltd. | The anaestetic used to prepare animals | |
| Stereotaxic apparatus | Narishighe (Tokyo, Japan) | ||
| Sprague-Dawley male rats | Charles River (Calco, LC, Italy) | ||
| Gallamine thriethiodide | Sigma-Aldrich | The compound used to curarize the animals | |
| Cresyl violet | Sigma-Aldrich | ||
| Topical antiseptics (Betadine 10%) | Meda Pharma (Milanm Italy) | ||
| Heparine | Sigma-Aldrich | ||
| Formaldehyde | Carlo Erba Reagents (Pomigliano Milanese, Milan, Italy) |
References
- Pesaran, B. Uncovering the Mysterious Origins of Local Field Potentials. Neuron. 61 (1-2), (2009).
- Delmas, P., Hao, J., Rodat-Despoix, L. Molecular Mechanisms of Mechanotrasduction in Mammalian Sensory Neurons. Nat. Rev. Neurosci. 12, 139-153 (2011).
- Rasch, M. J., Gretton, A., Murayama, Y., Maass, W., Logothetis, N. K. Inferring spike trains from local field potentials. J. Neurophys. 99 (3), 1461-1476 (2008).
- Galindo-Leon, E. E., Liu, R. C. Predicting stimulus-locked single unit spiking from cortical local field potentials. J. Comput. Neurosci. 29 (3), 581-597 (2010).
- Theunissen, F. E., David, S. V., Singh, N. C., Hsu, A., Vinje, W. E., Gallant, J. L. Estimating spatio-temporal receptive fields of auditory and visual neurons from their responses to natural stimuli. Network. 12 (3), 289 (2001).
- Victor, J. D., Purpura, K. Metric-space analysis of spike trains: theory, algorithms, and application. Network. 8, 127-164 (1997).
- Foffani, G., Chapin, J. K., Moxon, K. A. Computational Role of Large Receptive Fields in the Primary Somatosensory Cortex. J. Neurophysiol. 100 (1), 268-280 (2008).
- Panzeri, S., Senatore, R., Montemurro, M. A., Petersen, R. S. Correcting for the sampling bias problem in spike train information measures. J. Neurophysiol. 98, 1064-1072 (2007).
- Storchi, R., Zippo, A. G., Caramenti, G. C., Valente, M., Biella, G. E. M. Predicting Spike Occurrence and Neuronal Responsiveness from LFPs in Primary Somatosensory Cortex. PLoS ONE. 7 (5), (2012).
- Quiroga, R. Q., Nadasdy, Z., Ben-Shaul, Y. Unsupervised Spike Detection and Sorting with Wavelets and Superparamagnetic Clustering. Neural Comput. 16, 1661-1687 (2004).
- Deb, K., Agrawal, A., Pratab, A., Meyarivan, T. A fast elitist non-dominated sorting genetic algorithm for multi-objective optimization: NSGA-II IEEE. Trans. Evol. Comput. 6 (2), 181-197 (2000).
