L'examen de transformation réseau local en utilisant l'enregistrement multi-contact d'électrode laminaire

L'objectif général de cette procédure est de décrire la méthodologie qui nous permettra d'examiner comment les neurones individuels et les potentiels de champ locaux dans différentes couches corticales du cortex visuel primaire codent l'information sensorielle. La procédure commence par la description de la conception du système d'entraînement micro-commandé par ordinateur et de l'utilisation d'une électrode laminaire multicontact pour l'enregistrement dans le cortex visuel primaire.

L'étape suivante consiste à réaliser un paradigme de potentiel de réponse évoquée une fois que l'électrode a été avancée jusqu'à la région cérébrale cible. Ensuite, une analyse de la densité de courant source est utilisée pour identifier les couches corticales selon l'inversion de polarité, accompagnée par la configuration source synchrone. La dernière étape de la procédure consiste à effectuer une cartographie du champ récepteur et à analyser les différences d'activité neuronale en réponse à une stimulation visuelle.

En fin de compte, on peut obtenir des résultats montrant des modifications spécifiques aux couches dans le codage de l'information sensorielle. Bonjour, je m'appelle Sarah Eagleman et je suis étudiante diplômée à la faculté de médecine de l'Université du Texas à Houston. Le principal avantage de cette technique par rapport aux méthodes existantes, telles que les réseaux d'électrodes multiples, réside dans le fait que la sonde en U peut enregistrer l'activité neuronale sur plusieurs millimètres de cortex simultanément lors d'une seule pénétration.

Bonjour, je m'appelle Brian Hansen. Je suis étudiant diplômé au sein de la faculté de médecine de l'Université du Texas à Houston. Cette méthode permet de répondre à des questions essentielles dans le domaine des neurosciences, en explorant si et comment l'information est traitée de manière spécifique aux couches corticales.

Pour construire l'ensemble de l'électrode mobile, assemblez d'abord les outils et pièces nécessaires, notamment les tubes de guidage, le fil guide, un Dremel complet, l'ensemble des outils et pièces nommés, ainsi que la sonde en U. Mesurez les tubes de guidage de manière à ce que, lorsqu'ils sont fixés au dispositif d'enregistrement, ils soient suffisamment longs pour reposer sur la dure-mère sans l'endommager. Ensuite, après avoir mesuré la profondeur de la chambre d'enregistrement, coupez les tubes de guidage à la longueur mesurée, soit environ cinq à sept centimètres, tout en coupant les tubes de guidage.

Veillez à ce qu'aucun fragment métallique n'entre à l'intérieur du tube. Utilisez un fil rigide de diamètre inférieur à celui du tube guide pour retirer tout fragment métallique présent à l'intérieur du tube. Ensuite, insérez la grille de noms dans la base de noms.

Serrer la vis de fixation et la vis de la grille. Ensuite, identifier la région d’enregistrement d’intérêt et positionner les tours du microdistributeur au-dessus de cette région. Une fois la région d’intérêt identifiée, faire avancer le tube guide à travers le bas de la grille jusqu’à ce qu’il dépasse d’environ un à deux millimètres de la chambre nasale.

Ensuite, assemblez deux pinces sur chaque tour du micro-entraînement NA. Un moteur actionne la pince supérieure, tandis que la pince inférieure peut être soit fixée en place, soit mobile. La pince supérieure est attachée au tube de renfort de la sonde en U.

Fixez le collier inférieur au tube guide et appliquez une petite quantité de colle cyanoacrylate pour maintenir le tube guide en place. Les deux colliers assurent la stabilité et la précision du système. Alignez soigneusement la pointe de la sonde en U avec le haut du tube guide, puis faites passer la sonde en U à travers le tube guide jusqu'à ce que vous puissiez fixer la tour à la base principale.

Réglez la position de la tour à l’aide de la vis moletée afin qu’il n’y ait aucune tension supplémentaire sur la sonde en U ou sur le tube guide. Placez le système nommé sur la base cylindrique et connectez les câbles du moteur aux tours correspondantes. Si vous utilisez plusieurs tours, des attaches de serrage codées par couleurs permettent de distinguer les câbles de moteur et les tours ; utilisez le programme logiciel nommé pour commencer à faire avancer la sonde en U, soit en définissant une position cible qui fait avancer automatiquement la sonde en U jusqu’à cet emplacement, soit en cliquant et en maintenant enfoncé sur l’interface du logiciel nommé, faites avancer la sonde en U de sorte qu’au minimum 10 millimètres de son extrémité traversent le tube guide au-delà de l’extrémité de la chambre nommée.

Stérilisez la sonde en U en la plaçant dans une solution d’aldéhyde activée côté metro pendant 20 à 30 minutes avant d’attacher la base nommée à la chambre d’enregistrement implantée. Ensuite, rincez la sonde en U et la base nommée avec de l’eau stérile zéro. Localisez les logiciels nommés en retirant la sonde en U de manière à ce que la pointe se trouve juste à l’intérieur du tube guide dans les logiciels nommés.

Cliquez sur zéro pour toutes les positions. Fixez la base nommée à la chambre d'enregistrement implantée et serrez les quatre vis. Ensuite, alignez la base selon une broche située sur le côté de la chambre d'enregistrement.

Serrer à nouveau les quatre vis et s'assurer que la base du nom est solidement fixée à la chambre d'enregistrement. Pour préparer l'avancée de l'enregistrement, la sonde U est mise à la terre et considérée comme flottante selon les instructions de mise à la terre et de référence. Ceci est réalisé en plaçant le cavalier relié au fil.

Sur les connecteurs inférieurs, les plateaux sont fixés au connecteur de la sonde en U, puis les câbles de l'amplificateur sont branchés et mis à la terre. La sonde en U est d'abord avancée d'environ un à deux millimètres de manière rapide et vigoureuse. Réglez le paramètre de vitesse entre 0,1 et 0,2 millimètre par seconde, et le pas de profondeur entre 0,2 et 0,3 millimètre.

Ces valeurs garantissent que la sonde en U peut perforer la dure-mère proprement et constituent une première étape importante de l'enregistrement. Une fois traversée la dure-mère, réduire la vitesse à 0,50 à 0,1 millimètre par seconde et diminuer le pas de profondeur à 0,5 à 0,1 millimètre. L'objectif est de faire avancer la sonde en U de manière aussi régulière et lente que possible afin qu'aucun tissu ne soit endommagé.

Un des signes indiquant que la sonde est entrée dans le cerveau est un changement de l'amplitude du PCL accompagné d'une réduction du niveau de bruit afin de vérifier que l'électrode traverse toutes les couches corticales, mesurez la variation d'amplitude en réponse à un stimulus de flash blanc plein champ. Les variations de l'amplitude du PCL au fil du temps constituent la base de l'analyse du potentiel de réponse évoquée. Cette analyse fournit les éléments nécessaires à l'identification des couches corticales pour identifier les couches corticales.

Enregistrer le potentiel de réponse évoquée pendant une tâche de fixation passive, tout en exposant le sujet à un écran noir couvrant tout le champ visuel qui passe au blanc pendant 100 millisecondes, puis revient au noir. Cette séquence constitue un essai, répété 200 fois. Le plex sur le processeur d'acquisition multicanal enregistre directement tous les signaux continus sur l'ordinateur d'enregistrement via une carte PCI National Instruments.

Une fois les données enregistrées, commencez le traitement des signaux pour l'analyse de la densité de source courante. Utilisez la correction logicielle FP align fournie par Plexon pour corriger les retards temporels dans les signaux de potentiel local induits par les filtres des étages de tête et des cartes de préamplification. À ce stade, les données sont transférées vers MATLAB à l'aide de Neuro Explorer.

Chaque canal de PCL est filtré à l'aide de filtres passe-haut et passe-bas standards avec des fréquences de coupure de 0,5 hertz et 100 hertz. Une fois que chaque contact d'électrode a été filtré, identifier chaque essai et faire la moyenne sur les essais afin d'obtenir la série temporelle moyenne de PCL pour chaque contact d'électrode, puis organiser chaque contact en une matrice avec l'amplitude de PCL en fonction du temps, exécuter la boîte à outils ICSD dans MATLAB en tapant CSD plotter dans l'espace de travail. Étant donné que la fréquence d'échantillonnage des données continues est de un kilohertz, régler le paramètre DT à un milliseconde.

Ensuite, réglez la valeur de conductivité corticale à 0,4 siemens par mètre, ce qui correspond approximativement à la densité de source de courant en unités de nanoampères par millimètre cube, et modifiez la position des électrodes sous forme d'un vecteur de 0,1 par pas de 0,1 jusqu'à 1,6, ce qui représente le nombre total de contacts. Une fois tous les paramètres saisis, cliquez sur exécuter ceci. Affichez le profil de DSC dans l'interface du traceur de DSC et collez-le dans une nouvelle figure.

Des fonctions courantes de MATLAB telles que image SC peuvent être utilisées pour tracer le profil des couches, et divers algorithmes de lissage ainsi que des procédures de normalisation peuvent être appliqués pour représenter les données de DSC et comparer l'identification des couches entre différentes heures et séances. Pour identifier l'inversion de polarité accompagnée de la configuration puits-source à la base de la couche quatre, vérifiez d'abord la présence d'un puits principal dans la couche granulaire. À l'aide du profil laminé de DSC, localisez la polarité négative induite par le puits sur le tracé de DSC.

Ensuite, calculez le centre de masse du puits granulaire. Un OID est obtenu à partir de l'analyse, composé du nombre de contacts et du moment où la synchronisation était maximale. Le contact avec le syn Centro sert de référence pour la couche granulaire à zéro micromètre.

Analysez tous les contacts situés au-dessus et au-dessous de la référence et regroupez-les en une des trois couches possibles. Les couches supra-granulaire, granulaire et infra-granulaire valident le puits granulaire en permutant les positions des électrodes, tout en laissant inchangé le domaine temporel. Après permutation, la matrice CSD effectue l'analyse OID.

Encore une fois, le mélange aléatoire des contacts d'électrodes en fonction de la profondeur corticale devrait détruire toute spécificité laminée. Pour localiser les champs récepteurs, commencez par présenter un stimulus de corrélation inverse sur l'écran à l'endroit où les champs récepteurs sont susceptibles de se trouver. Le stimulus est composé de quatre gradations d'orientation à 45, 0, 90 et 135 degrés.

Effectuez une analyse de regroupement sur les cartes de fréquence de décharge pour localiser le champ récepteur. Calculez d'abord les positions de fréquence de décharge maximale et leur centroïde pour chaque délai temporel. Ensuite, calculez les distances entre le Centro et ces positions de fréquence de décharge maximale.

Calculez les cartes des fréquences de décharge à chaque emplacement spatial pour des retards de conduction compris entre 40 et 120 millisecondes, par intervalles de cinq millisecondes, pour chaque neurone indépendamment. Déterminez la distance totale entre l'OID et les points environnants de fréquence maximale de décharge à tous les retards temporels. Le champ récepteur se situe au retard temporel qui minimise cette distance.

Une fois qu'un champ récepteur a été trouvé pour chaque cellule, présenter un stimulus de corrélation inverse plus grand que tous les emplacements des champs récepteurs, recouvrant l'ensemble des champs récepteurs de la population enregistrée. Un tracé en temps réel de la fréquence de décharge peut être utilisé pour déterminer si les emplacements corrects des champs récepteurs ont été identifiés. Enfin, trier les formes d'onde des potentiels d'action à l'aide du programme de tri hors ligne de Plexon, qui met en œuvre un regroupement des formes d'onde selon des paramètres tels que les composantes principales, la largeur de l'onde, ainsi que les caractéristiques des creux et des pics.

Veillez à supprimer les unités de signal présentant des réponses qui changent brusquement et à ne conserver que les unités ayant des fréquences de décharge stables pour l'analyse ultérieure présentée ici. À titre d'exemple illustrant l'analyse CSD dans la localisation des couches corticales en fonction de la profondeur corticale au fil du temps, la position des couches supragranulaires, granulaires et infragranulaires reste stable, même quatre heures après le début de la session d'enregistrement. Les tracés CSD représentent la moyenne des contacts attribués à une couche donnée.

Dans cet exemple, la couche granulaire subit une diminution nette de l'amplitude de la CSD vers 50 millisecondes. Une autre analyse essentielle lors de l'utilisation de l'électrode laminaire consiste à identifier et localiser avec précision le champ récepteur des neurones. L'origine de ces tracés correspond au point de fixation, qui est un petit cercle blanc affiché au centre d'un écran d'ordinateur noir.

La couleur dans ces graphiques représente la fréquence de décharge de chaque neurone en réponse à un stimulus de corrélation réciproque dynamique. Cette figure présente deux exemples de formes d'onde de potentiels d'action isolées sur le même canal. L'analyse de regroupement a été réalisée à l'aide de l'analyse en composantes principales et des caractéristiques des formes d'onde des potentiels d'action.

Les formes d'onde moyennes des potentiels sont indiquées par une ligne continue. Les écarts types sont indiqués par une ligne en pointillés. Lors de la réalisation de ces procédures, il est important de se rappeler d'avancer prudemment et de laisser suffisamment de temps au cerveau pour se stabiliser pleinement après chaque avancement.

Nous commençons généralement l'enregistrement environ 30 à 45 minutes après le dernier déplacement, en suivant cette procédure. D'autres techniques spectrales telles que la puissance des potentiels de champ local (LFP) et la synchronisation entre potentiels d'action et champs locaux peuvent être utilisées pour étudier la structure du réseau au sein et entre les couches corticales.