न्यूरोफिजियोलॉजिकल प्रयोगों में बंद लूप उत्तेजनाओं को ट्रिगर करने के लिए न्यूरॉन स्पाइकिंग गतिविधि का उपयोग करना
Summary
यह प्रोटोकॉल यह दर्शाता है कि न्यूरोनल गतिविधि पैटर्न द्वारा ट्रिगर बंद-लूप उत्तेजना के लिए इलेक्ट्रोफिजियोलॉजिकल सिस्टम का उपयोग कैसे किया जाए। नमूना मैटलैब कोड जिसे विभिन्न उत्तेजना उपकरणों के लिए आसानी से संशोधित किया जा सकता है, भी प्रदान किया गया है।
Abstract
बंद लूप न्यूरोफिजियोलॉजिकल सिस्टम उत्तेजनाओं को ट्रिगर करने के लिए न्यूरोनल गतिविधि के पैटर्न का उपयोग करते हैं, जो बदले में मस्तिष्क की गतिविधि को प्रभावित करते हैं। इस तरह के बंद पाश सिस्टम पहले से ही नैदानिक अनुप्रयोगों में पाए जाते हैं, और बुनियादी मस्तिष्क अनुसंधान के लिए महत्वपूर्ण उपकरण हैं । एक विशेष रूप से दिलचस्प हालिया विकास ऑप्टोजेनेटिक्स के साथ बंद-लूप दृष्टिकोणों का एकीकरण है, जैसे कि न्यूरोनल गतिविधि के विशिष्ट पैटर्न चयनित न्यूरोनल समूहों की ऑप्टिकल उत्तेजना को ट्रिगर कर सकते हैं। हालांकि, बंद लूप प्रयोगों के लिए इलेक्ट्रोफिजियोलॉजिकल सिस्टम स्थापित करना मुश्किल हो सकता है। यहां सिंगल या मल्टीपल न्यूरॉन्स की एक्टिविटी के आधार पर उत्तेजनाओं को ट्रिगर करने के लिए रेडी-टू-अप्लाई मैलैब कोड दिया जाता है । इस नमूना कोड को व्यक्तिगत जरूरतों के आधार पर आसानी से संशोधित किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, यह दिखाता है कि ध्वनि उत्तेजनाओं को कैसे ट्रिगर किया जाए और पीसी सीरियल पोर्ट से जुड़े बाहरी डिवाइस को ट्रिगर करने के लिए इसे कैसे बदलें। प्रस्तुत प्रोटोकॉल पशु अध्ययन (तंत्रिका संबंधी) के लिए एक लोकप्रिय न्यूरोनल रिकॉर्डिंग प्रणाली के साथ काम करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। बंद पाश उत्तेजना के कार्यान्वयन एक जाग चूहे में प्रदर्शित किया जाता है।
Introduction
इस प्रोटोकॉल का लक्ष्य न्यूरोफिजियोलॉजिकल प्रयोगों में बंद-लूप उत्तेजना को कैसे लागू करना है, यह प्रदर्शित करना है। तंत्रिका विज्ञान में बंद लूप प्रयोगों के लिए विशिष्ट सेटअप में न्यूरोनल गतिविधि के ऑनलाइन रीडआउट के आधार पर उत्तेजनाओं को ट्रिगर करना शामिल है। यह, बदले में, मस्तिष्क गतिविधि में संशोधनों का कारण बनता है, इस प्रकार प्रतिक्रिया लूप1,2को बंद कर देता है। इस तरह के बंद लूप प्रयोग मानक ओपन-लूप सेटअप पर कई लाभ प्रदान करते हैं, खासकर जब ऑप्टोजेनेटिक्स के साथ संयुक्त होता है, जो शोधकर्ताओं को न्यूरॉन्स के एक विशिष्ट सबसेट को लक्षित करने की अनुमति देता है। उदाहरण के लिए, सिगल और विल्सन ने सूचना प्रसंस्करण3में थेटा दोलनों की भूमिका का अध्ययन करने के लिए बंद-लूप जोड़तोड़ का उपयोग किया। उन्होंने दिखादिया कि थेटा दोलनों के गिरते चरण पर हिप्पोकैम्पस न्यूरॉन्स को उत्तेजित करने से बढ़ते चरण पर एक ही उत्तेजना लागू करने की तुलना में व्यवहार पर अलग-अलग प्रभाव पड़ा। प्रीक्लीनिकल अध्ययनों में बंद-लूप प्रयोग भी तेजी से महत्वपूर्ण होते जा रहे हैं। उदाहरण के लिए, मिर्गी के कई अध्ययनों से पता चला है कि जब्ती की शुरुआत पर शुरू हुई न्यूरोनल उत्तेजनाबरामदगी 4,5,6की गंभीरता को कम करने के लिए एक प्रभावी दृष्टिकोण है। इसके अलावा, स्वचालित जब्ती का पता लगाने के लिए प्रणालियों और चिकित्सा7,8 के आकस्मिक वितरण मिर्गीरोगियों9,10,11,12में महत्वपूर्ण लाभ दिखाया । बंद-लूप पद्धतियों की तेजी से उन्नति के साथ एक और आवेदन क्षेत्र कॉर्टिकल मस्तिष्क-मशीन इंटरफेस के साथ न्यूरोप्रोस्थेटिक्स का नियंत्रण है। इसका कारण यह है कि कृत्रिम उपकरणों के उपयोगकर्ताओं को तात्कालिक प्रतिक्रिया प्रदान करने से सटीकता और क्षमता13में काफी सुधार होता है ।
हाल के वर्षों में, कई प्रयोगशालाओं ने न्यूरोनल गतिविधि की एक साथ विद्युत रिकॉर्डिंग और एक बंद लूपप्रणाली14,15,16,17,18में उत्तेजनाओं की डिलीवरी के लिए कस्टम सिस्टम विकसित किए हैं। यद्यपि उन सेटअप में से कई की प्रभावशाली विशेषताएं हैं, लेकिन उन्हें अन्य प्रयोगशालाओं में लागू करना हमेशा आसान नहीं होता है। इसका कारण यह है कि सिस्टम अक्सर अनुभवी तकनीशियनों की मांग करने के लिए आवश्यक इलेक्ट्रॉनिक्स और अंय आवश्यक हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर घटकों को इकट्ठा ।
इसलिए, तंत्रिका विज्ञान अनुसंधान में बंद-लूप प्रयोगों को अपनाने की सुविधा प्रदान करने के लिए, यह पेपर एक ओपन-लूप इलेक्ट्रोफिजियोलॉजिकल रिकॉर्डिंग सेटअप19,20,21,22 को बंद-लूप सिस्टम2,6,23में बदलने के लिए एक प्रोटोकॉल और मैटलैब कोड प्रदान करता है। यह प्रोटोकॉल डिजिटल लिक्स रिकॉर्डिंग हार्डवेयर, न्यूरोनल जनसंख्या रिकॉर्डिंग के लिए एक लोकप्रिय प्रयोगशाला प्रणाली के साथ काम करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। एक विशिष्ट प्रयोग में निम्नलिखित होते हैं: 1) रिकॉर्डिंग 5-20 मिनट का डेटा; 2) न्यूरोनल टेम्पलेट्स बनाने के लिए स्पाइक छंटाई; 3) तंत्रिका गतिविधि पैटर्न का ऑनलाइन पता लगाने के लिए इन टेम्पलेट्स का उपयोग करना; और 4) उपयोगकर्ता-निर्दिष्ट पैटर्न का पता चलने पर उत्तेजना या प्रयोगात्मक घटनाओं को ट्रिगर करना।
Protocol
Representative Results
Discussion
यहां वर्णित प्रोटोकॉल, बंद-लूप उत्तेजना करने के लिए एक मानक न्यूरोफिजियोलॉजिकल रिकॉर्डिंग सिस्टम का उपयोग करने का तरीका दिखाता है। यह प्रोटोकॉल कंप्यूटर विज्ञान में सीमित विशेषज्ञता वाले न्यूरोसा?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस काम को एएल और एजी को एनएसईआरसी डिस्कवरी ग्रांट द्वारा समर्थित किया गया था।
Materials
| Baytril | Bayer, Mississauga, CA | DIN 02169428 | antibiotic; 50 mg/mL |
| Cheetah 6.4 | NeuraLynx, Tucson, AZ | 6.4.0.beta | Software interfaces for data acquisition |
| Digital Lynx 4SX | NeuraLynx, Tucson, AZ | 4SX | recording equipment |
| Headstage transmitter | TBSI | B10-3163-GK | transmits the neural signal to the receiver |
| Isoflurane | Fresenius Kabi, Toronto, CA | DIN 02237518 | inhalation anesthetic |
| Jet Denture Powder & Liqud | Lang Dental, Wheeling, US | 1230 | dental acrylic |
| Lacri-Lube | Allergan, Markham, CA | DIN 00210889 | eye ointment |
| Lido-2 | Rafter 8, Calgary | DIN 00654639 | local anesthetic; 20 mg/mL |
| Matlab | Mathworks | R2018b | software for signal processing and triggering external events |
| Metacam | Boehringer, Ingelheim, DE | DIN 02240463 | analgesic; 5 mg/mL |
| Netcom | NeuraLynx | v1 | Application Programming Interface (API) that communicates with Cheetah |
| Silicone probe | Cambridge Neurotech | ASSY-156-DBC2 | implanted device |
| SpikeSort 3D | NeuraLynx, Tucson, AZ | SS3D | spike waveform-to-cell classification tools |
| Wireless Radio Receiver | TBSI | 911-1062-00 | transmits the neural signal to the Digital Lynx |
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