El examen de procesamiento de la red local usando multi-contacto laminar de grabación de electrodos

El objetivo general de este procedimiento es describir la metodología que nos permitirá examinar cómo las neuronas individuales y los potenciales de campo locales en diferentes capas corticales de la corteza visual primaria codifican la información sensorial. El procedimiento comienza con la descripción de la construcción del sistema de microimpulsión controlado por computadora y del uso de un electrodo laminar de múltiples contactos para la grabación en la corteza visual primaria.

El siguiente paso consiste en realizar un paradigma de potencial de respuesta evocada después de que el electrodo se haya avanzado hasta la región cerebral objetivo. A continuación, se utiliza el análisis de densidad de corriente fuente para identificar las capas corticales según la inversión de polaridad, acompañada por la configuración sincrónica de la fuente. El paso final del procedimiento es realizar la cartografía del campo receptivo y analizar las diferencias en la actividad neuronal en respuesta a la estimulación visual.

Finalmente, se pueden obtener resultados que muestran cambios específicos por capa en la codificación de la información sensorial. Hola, mi nombre es Sarah Eagleman y soy estudiante de posgrado en la Escuela de Medicina de la Universidad de Texas en Houston. La principal ventaja de esta técnica frente a métodos existentes como las matrices de múltiples electrodos es que la sonda U puede registrar la actividad neuronal a través de muchos milímetros de corteza simultáneamente en una sola penetración.

Hola, mi nombre es Brian Hansen. Soy estudiante de posgrado que trabaja en la Escuela de Medicina de la Universidad de Texas en Houston. Este método puede responder preguntas clave en el campo de la neurociencia, explorando si y cómo se procesa la información de manera específica por capas.

Para construir el ensamblaje del impulsor del electrodo, primero reúna las herramientas y piezas necesarias, incluyendo los tubos guía, el alambre guía, el Dremel completo, el juego de herramientas y piezas con nombre, y la sonda en U. Mida los tubos guía para que, cuando se sujeten al dispositivo de grabación, sean lo suficientemente largos como para reposar sobre la dura sin dañarla. A continuación, después de medir la profundidad de la cámara de grabación, corte los tubos guía a la longitud medida, aproximadamente de cinco a siete centímetros, mientras corta los tubos guía.

Intente asegurarse de que ningún fragmento de metal entre dentro del tubo. Utilice un alambre rígido más pequeño que el diámetro interno del tubo guía para retirar cualquier fragmento de metal dentro del tubo. A continuación, coloque la rejilla de nombres en la base de nombres.

Ajuste el tornillo de sujeción y el tornillo de la rejilla. Luego identifique la región de interés para la grabación y coloque las torres del microimpulsor sobre esa región. Después de identificar la región de interés, avance el tubo guía a través de la parte inferior de la rejilla hasta que se encuentre aproximadamente uno o dos milímetros fuera de la cámara con nombre.

A continuación, ensamble dos abrazaderas en cada torre del microposicionador NA. Un motor acciona la abrazadera superior, mientras que la abrazadera inferior puede estar fija en su lugar o suelta. La abrazadera superior se une al tubo de refuerzo de la sonda en forma de U.

Sujete la abrazadera inferior al tubo guía y aplique una pequeña cantidad de pegamento instantáneo para fijar el tubo guía en su lugar. Las dos abrazaderas proporcionan estabilidad y precisión al sistema. Alinee cuidadosamente la punta de la sonda en U con la parte superior del tubo guía y pase la sonda en U a través del tubo guía hasta que pueda asegurar la torre a la base principal.

Ajuste la posición de la torre con el tornillo de mariposa para que no haya tensión adicional sobre la sonda en U o el tubo guía. Coloque el sistema de nombre sobre la base del cilindro y conecte los cables del motor a las torres correspondientes. Si utiliza múltiples torres, use bridas de cable codificadas por colores para ayudar a distinguir entre los cables del motor y las torres; use el programa de software de nombre para comenzar a avanzar la sonda en U, ya sea estableciendo una posición objetivo que avance automáticamente la sonda en U hasta esa ubicación o haciendo clic sostenido en la interfaz del software de nombre, avance la sonda en U de modo que al menos 10 milímetros de la punta atraviesen el tubo guía más allá del extremo de la cámara de nombre.

Sterilice la sonda en U colocándola en solución de aldehído activado durante 20 a 30 minutos antes de sujetar la base del nombre a la cámara de registro implantada. Después de eso, enjuague la sonda en U y la base del nombre con agua estéril cero. Las ubicaciones del software del nombre se determinan retractando la sonda en U de modo que la punta quede justo dentro del tubo guía en el software del nombre.

Haga clic en cero para todas las posiciones. Sujete la base del nombre a la cámara de grabación implantada y apriete los cuatro tornillos. Luego, alinee la base según un pasador que se encuentra en el lateral de la cámara de grabación.

Ajuste nuevamente los cuatro tornillos y asegúrese de que la base del nombre esté firmemente fijada a la cámara de registro. Para prepararse para avanzar el registro, la sonda U se conecta a tierra y se considera flotante según las instrucciones de conexión a tierra y referencia. Esto se logra colocando el puente conectado al cable.

En las etapas de los conectores inferiores, las cabezas se fijan al conector de la sonda en U, y luego se conectan y conectan a tierra los cables del amplificador. Inicialmente, la sonda en U se avanza aproximadamente de uno a dos milímetros de manera rápida y firme. Establezca el parámetro de velocidad en un rango de 0,1 a 0,2 milímetros por segundo, y el paso de profundidad en 0,2 a 0,3 milímetros.

Estos valores aseguran que la sonda en U pueda atravesar limpiamente la duramadre y representan un primer paso importante en el registro. Una vez atravesada la duramadre, reduzca la velocidad a 0,50 a 0,1 milímetros por segundo y disminuya el paso de profundidad a 0,5 a 0,1 milímetros. El objetivo es avanzar la sonda en U de la manera más suave y lenta posible para que ningún tejido resulte dañado.

Una de las indicaciones de que la sonda ha entrado en el cerebro es un cambio en la amplitud del potencial de campo local acompañado por una reducción en el nivel de ruido, para verificar que el electrodo abarca todas las capas corticales, mida el cambio en la amplitud en respuesta al estímulo de destello blanco de campo completo. Los cambios en la amplitud del potencial de campo local a lo largo del tiempo sustentan el análisis del potencial evocado. Este análisis proporciona la base para identificar las capas corticales y determinar así las capas corticales.

Mida el potencial de respuesta evocada durante una tarea de fijación pasiva mientras expone al sujeto a una pantalla negra de campo completo que parpadea en blanco durante 100 milisegundos y luego vuelve a negro. Esta secuencia constituye un ensayo, que se repite 200 veces. El plex en el procesador de adquisición multicanal guarda todas las señales de datos continuas directamente en la computadora de grabación a través de una tarjeta PCI de National Instruments.

Después de guardar los datos, comience a procesar las señales para el análisis de densidad de fuente de corriente. Utilice la corrección de software FP align proporcionada por Plex on para corregir los retrasos temporales en las señales de LFP inducidos por los filtros en las etapas de cabezal y las placas de preamplificación. En este punto, los datos se transfieren a MATLAB con neuro explorer.

Cada canal de PCL se filtra utilizando filtros estándar pasaaltos y pasabajos con frecuencias de corte de 0,5 hercios y 100 hercios. Después de filtrar cada contacto del electrodo, identifique cada ensayo y promedie a través de los ensayos para obtener la serie temporal media de PCL para cada contacto del electrodo; luego organice cada contacto en una matriz con la amplitud de PCL como función del tiempo, ejecute la caja de herramientas ICSD en MATLAB escribiendo CSD plotter en el espacio de trabajo. Dado que la frecuencia de muestreo de los datos continuos es un kilohercio, configure el parámetro DT en un milisegundo.

A continuación, establezca el valor de conductividad cortical en 0,4 siemens por metro, lo que aproxima la densidad de la fuente de corriente en unidades de nanoamperios por milímetro cúbico, y cambie la posición de los electrodos como un vector de 0,1 en pasos de 0,1 hasta 1,6, que es el número total de contactos. Cuando se hayan ingresado todos los parámetros, haga clic en ejecutar esto. Visualice el perfil de CSD en la interfaz del trazador de CSD y péguelo en una nueva figura.

Funciones comunes en MATLAB, como image SC, pueden utilizarse para trazar el perfil de la capa, y se pueden aplicar diversos algoritmos de suavizado y rutinas de normalización para representar los datos de DCC y comparar la identificación de capas entre horas y sesiones. Para identificar la inversión de polaridad acompañada por la configuración sumidero-fuente en la base de la capa cuatro, primero verifique la presencia de un sumidero primario en la capa granular. Utilizando el perfil laminar de DCC, localice la polaridad negativa impulsada por el sumidero en la gráfica de DCC.

Luego calcule el centro de masas del sumidero granular. Se obtiene un OID a partir del análisis, que consiste en el número de contacto y el momento en que la sincronización fue máxima. El contacto con el syn Centro sirve como referencia de la capa granular en cero micrómetros.

Analice todos los contactos por encima y por debajo del contacto de referencia y agrúpelos en una de las tres capas posibles. Supra, granular, granular e infra granular validan el sumidero granular barajando las posiciones de los electrodos, dejando el dominio temporal sin cambios. Después de barajar, la matriz CSD calcula el análisis OID.

Nuevamente, mezclar el contacto del electrodo en función de la profundidad cortical debería destruir cualquier especificidad laminar. Para encontrar los campos receptivos, comience presentando un estímulo de correlación inversa en el monitor donde potencialmente se localizan los campos receptivos. El estímulo se compone de cuatro gradaciones de orientación en 45, 0, 90 y 135 grados.

Realice un análisis de agrupamiento en los mapas de tasas de disparo para localizar el campo receptivo. Primero, calcule las ubicaciones de la tasa máxima de disparo y su centroide para cada retardo temporal. Luego, calcule las distancias entre el Centro y estas ubicaciones de tasa máxima de disparo.

Calcule mapas de tasas de disparo en cada ubicación espacial para retrasos de conducción entre 40 y 120 milisegundos, con intervalos de cinco milisegundos, para cada neurona independientemente. Encuentre la distancia total entre el OID y los puntos circundantes de tasa máxima de disparo en todos los retrasos temporales. El campo receptivo se encuentra en el retraso temporal que minimiza dicha distancia.

Una vez que se ha encontrado un campo receptivo para cada célula, presente un estímulo de correlación inversa más grande que todas las ubicaciones de los campos receptivos, superponiendo todos los campos receptivos en la población registrada. Puede utilizarse una gráfica en tiempo real de la frecuencia de disparos para determinar si se han identificado correctamente las ubicaciones de los campos receptivos. Por último, clasifique las formas de onda de los potenciales de acción mediante el programa clasificador fuera de línea de Plexon, que implementa la agrupación de formas de onda basada en parámetros como los componentes principales del potencial de acción, el ancho, y las propiedades del valle y del pico.

Asegúrese de eliminar las unidades de señal que presentan cambios bruscos en las respuestas y conserve únicamente las unidades con tasas de disparo estables para el análisis posterior que se muestra aquí. Un ejemplo para ilustrar el análisis de CSD en la localización de capas corticales a lo largo de la profundidad cortical en función del tiempo, muestra que la posición de las capas supragranulares, granulares e infragranulares permanece estable incluso cuatro horas después de iniciada la sesión de registro. Las trazas de CSD representan el promedio de los contactos asignados a una capa determinada.

En este ejemplo, la capa granular experimenta una disminución clara en la amplitud del CSD a aproximadamente 50 milisegundos. Otro análisis fundamental al utilizar el electrodo laminar consiste en identificar y localizar con precisión el campo receptivo de las neuronas. El origen de estos gráficos es el punto de fijación, que es un pequeño círculo blanco mostrado en el centro de una pantalla de ordenador negra.

El color en estos gráficos representa la frecuencia de disparo de cada neurona en respuesta a un estímulo de correlación inversa dinámica. Esta figura muestra dos ejemplos de formas de onda de potenciales de acción aisladas en el mismo canal. Se realizó un análisis de agrupamiento mediante el uso del análisis de componentes principales y las características de la forma de onda del potencial de acción.

Las formas de onda promedio de los picos se muestran con línea continua. Las desviaciones estándar se muestran con línea discontinua. Al realizar estos procedimientos, es importante recordar avanzar con cuidado y permitir suficiente tiempo para que el cerebro se asiente adecuadamente después del avance.

Normalmente comenzamos la grabación aproximadamente entre 30 y 45 minutos después del último avance siguiendo este procedimiento. Otras técnicas espectrales, como la potencia de potenciales de campo locales y la sincronización entre potenciales de acción y campo, pueden utilizarse para estudiar la estructura de la red dentro y entre las capas corticales.