신경 생리학적 실험에서 신경 스파이크 활동을 사용하여 폐쇄 루프 자극을 트리거합니다.
Summary
이 프로토콜은 신경 활동 패턴에 의해 트리거된 폐쇄 루프 자극을 위한 전기 생리학 시스템을 사용하는 방법을 보여줍니다. 상이한 자극 장치에 대해 용이하게 수정할 수 있는 샘플 Matlab 코드도 제공된다.
Abstract
폐쇄 루프 신경 생리학 시스템은 신경 활동의 패턴을 사용하여 자극을 유발하며, 이는 뇌 활동에 영향을 미칩니다. 이러한 폐쇄 루프 시스템은 이미 임상 응용 프로그램에서 발견되며 기본적인 뇌 연구를위한 중요한 도구입니다. 특히 흥미로운 최근 개발은 광유전학과 폐쇄 루프 접근법의 통합, 즉 신경 활동의 특정 패턴이 선택된 신경 그룹의 광학 자극을 유발할 수 있다는 것이다. 그러나 폐쇄 루프 실험을 위한 전기 생리학 시스템을 설정하는 것은 어려울 수 있습니다. 여기서, 단일 또는 다중 뉴런의 활성에 기초하여 자극을 트리거링하기 위한 즉시 적용형 Matlab 코드가 제공된다. 이 샘플 코드는 개별 요구에 따라 쉽게 수정할 수 있습니다. 예를 들어, 사운드 자극을 트리거하는 방법과 PC 직렬 포트에 연결된 외부 장치를 트리거하도록 변경하는 방법을 보여줍니다. 제시된 프로토콜은 동물 연구를 위한 인기 있는 뉴런 기록 시스템(Neuralynx)과 함께 작동하도록 설계되었습니다. 폐쇄 루프 자극의 구현은 깨어있는 쥐에서 입증된다.
Introduction
이 프로토콜의 목표는 신경 생리학적 실험에서 폐쇄 루프 자극을 구현하는 방법을 입증하는 것입니다. 신경 과학에 있는 폐쇄 루프 실험을 위한 일반적인 설치는 신경 활동의 온라인 판독에 근거를 둔 자극을 시작 하 관련. 이것은 차례로 뇌 활동의 수정을 일으켜 피드백 루프1,2를닫습니다. 이러한 폐쇄 루프 실험은 표준 오픈 루프 설정에 걸쳐 여러 이점을 제공, 특히 광유전학과 결합 할 때, 이는 연구원이 뉴런의 특정 하위 집합을 대상으로 할 수 있습니다. 예를 들어, Siegle과 Wilson은 폐쇄 루프 조작을 사용하여 정보 처리에서 세타 진동의 역할을연구했습니다 3. 그(것)들은 세타 진동의 떨어지는 단계에 해마 뉴런을 자극하는 것은 상승 단계에 동일 자극을 적용하는 것보다 행동에 다른 효력이 있었다는 것을 설명했습니다. 폐쇄 루프 실험은 또한 전임상 연구에서 점점 더 중요해지고 있습니다. 예를 들면, 다중 간질 연구 결과는 포착 개시에 시작되는 신경 자극이 포착의 엄격을 감소시키는 효과적인 접근이다는 것을 보여주었습니다4,5,6. 더욱이, 자동 발작 검출 및치료7,8의 우발적 전달을 위한 시스템은 간질 환자9,10,11,12에서상당한 이점을 보였다. 폐쇄 루프 방법론의 급속한 발전과 또 다른 응용 영역은 피질 뇌 – 기계 인터페이스와 신경 보철물의 제어입니다. 이는 보철 장치의 사용자에게 즉각적인 피드백을 제공하면 정확도및기능(13)이크게 향상되기 때문입니다.
최근 몇 년 동안, 몇몇 실험실은 폐쇄 루프 시스템14,15,16,17,18에서신경 활성 및 자극의 전달의 동시 전기 적 기록을위한 사용자 정의 시스템을 개발했다. 이러한 설정중 상당수는 인상적인 특성을 가지고 있지만 다른 랩에서 구현하는 것이 항상 쉬운 것은 아닙니다. 이는 시스템이 종종 숙련된 기술자에게 필요한 전자 장치 및 기타 필요한 하드웨어 및 소프트웨어 구성 요소를 조립하도록 요구하기 때문입니다.
따라서, 신경과학 연구에서 폐쇄루프 실험의 채택을 용이하게 하기 위해, 이 논문은 개방루프 전기생리학적 기록 설정19,20,21,22를 폐쇄루프 시스템2,6,23으로변환하는 프로토콜 및 Matlab 코드를 제공한다. 이 프로토콜은 디지털 살쾡이 기록 하드웨어와 함께 작동하도록 설계되었습니다, 신경 인구 기록을위한 인기있는 실험실 시스템. 일반적인 실험은 다음과 같은 것으로 구성됩니다: 1) 5-20분 의 스파이크 데이터 기록; 2) 스파이크 정렬은 뉴런 템플릿을 만들 수 있습니다; 3) 신경 활동 패턴의 온라인 탐지를 수행하기 위해 이러한 템플릿을 사용하여; 및 4) 사용자가 지정한 패턴이 감지될 때 자극 또는 실험 이벤트를 트리거링합니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
여기서 설명된 프로토콜은, 표준 신경생리학적 기록 시스템을 사용하여 폐쇄 루프 자극을 수행하는 방법을 보여준다. 이 프로토콜을 사용하면 컴퓨터 과학에 대한 전문 지식이 부족한 신경 과학자들이 적은 비용으로 다양한 폐쇄 루프 실험을 신속하게 구현할 수 있습니다. 이러한 실험은 종종 뇌의 인과 적 상호 작용을 연구하는 데 필요합니다.
동물을 준비하고 소프트웨어?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 작품은 AL 및 AG에 NSERC 디스커버리 보조금에 의해 지원되었다.
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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