Esaminando l'elaborazione locale di rete che utilizza multi-contatto laminare elettrodi di registrazione

L'obiettivo generale di questa procedura è descrivere la metodologia che ci permetterà di esaminare come i singoli neuroni e i potenziali di campo locali in diversi strati corticali della corteccia visiva primaria codificano le informazioni sensoriali. La procedura inizia descrivendo la costruzione del sistema micro-drive controllato da computer e l'uso di un elettrodo laminare multi-contatto per la registrazione nella corteccia visiva primaria.

Il passo successivo consiste nell'eseguire un paradigma di potenziale risposta evocata dopo che l'elettrodo è stato avanzato nella regione cerebrale bersaglio. Successivamente, si utilizza l'analisi della densità della corrente sorgente per identificare i livelli corticali in base all'inversione di polarità, accompagnata dalla configurazione sincrona della sorgente. L'ultimo passo della procedura consiste nel mappare il campo recettivo e analizzare le differenze nell'attività neuronale in risposta alla stimolazione visiva.

In definitiva, si possono ottenere risultati che mostrano cambiamenti specifici per strato nella codifica delle informazioni sensoriali. Ciao, mi chiamo Sarah Eagleman e sono una studentessa laureata presso la scuola di medicina dell'Università del Texas a Houston. Il vantaggio principale di questa tecnica rispetto ai metodi esistenti, come le matrici di microelettrodi, è che la sonda U può registrare l'attività neurale su molti millimetri di corteccia simultaneamente con una singola penetrazione.

Ciao, mi chiamo Brian Hansen. Sono uno studente laureato che lavora presso la Scuola di Medicina dell'Università del Texas a Houston. Questo metodo può rispondere a domande fondamentali nel campo delle neuroscienze, esplorando se e in che modo le informazioni vengono elaborate in maniera specifica per strato.

Per costruire innanzitutto l'assiemaggio del drive per l'elettrodo, assemblare gli strumenti e i pezzi necessari, inclusi i tubi guida, il filo guida, un Dremel completo, il set di strumenti e componenti per il nome, e la sonda U. Misurare i tubi guida in modo che, una volta fissati al dispositivo di registrazione, siano abbastanza lunghi da appoggiarsi sulla dura senza danneggiarla. Successivamente, dopo aver misurato la profondità della camera di registrazione, tagliare i tubi guida alla lunghezza misurata, pari a circa cinque-sette centimetri, durante il taglio dei tubi guida.

Cercare di evitare che frammenti metallici entrino all'interno del tubo. Utilizzare un filo rigido di diametro inferiore a quello interno del tubo guida per rimuovere eventuali frammenti metallici presenti all'interno del tubo. Successivamente, inserire la griglia dei nomi nella base per i nomi.

Serrare la vite della pinza e la vite della griglia. Quindi identificare la regione di registrazione di interesse e posizionare le torrette della micromarca su tale regione. Dopo aver identificato la regione di interesse, avanzare il tubo guida attraverso la parte inferiore della griglia fino a quando non si trova circa uno o due millimetri al di fuori della camera del nome.

Successivamente, montare due morsetti su ciascuna torre del microdrive NA. Un motore aziona il morsetto superiore, mentre il morsetto inferiore può essere fissato in posizione o lasciato libero. Il morsetto superiore è collegato al tubo di rinforzo della sonda U.

Collegare il morsetto inferiore al tubo guida e applicare una piccola quantità di colla cianoacrilica per fissare il tubo guida in posizione. I due morsetti forniscono stabilità e precisione al sistema. Allineare con attenzione la punta della sonda a U con la sommità del tubo guida e far passare la sonda a U attraverso il tubo guida fino a quando non si riesce a fissare la torre alla base principale.

Regolare la posizione della torre con la vite a testa zigrinata in modo che non vi sia tensione aggiuntiva sulla sonda U o sul tubo guida. Posizionare il sistema nome sulla base del cilindro e collegare i cavi del motore alle torri corrispondenti. Se si utilizzano più torri, si possono usare fascette chiudicavo codificate a colori per distinguere tra i cavi del motore e le torri; utilizzare il programma software nome per iniziare ad avanzare la sonda U, impostando una posizione target che sposta automaticamente la sonda U fino a quella posizione oppure cliccando sull'interfaccia del software nome, avanzare la sonda U in modo che almeno 10 millimetri della punta siano all'interno del tubo guida oltre l'estremità della camera nome.

Sterilizzare la sonda U posizionandola in una soluzione di aldeide attivata per 20-30 minuti prima di collegare la base del nome alla camera di registrazione impiantata. Successivamente, risciacquare la sonda U e la base del nome con acqua sterile zero. Le posizioni del software del nome vengono determinate ritraendo la sonda U in modo che la punta si trovi appena all'interno del tubo guida nel software del nome.

Fare clic su zero per tutte le posizioni. Applicare la base del nome sulla camera di registrazione impiantata e serrare tutte e quattro le viti. Quindi allineare la base in base a un perno situato sul lato della camera di registrazione.

Serrare nuovamente tutte e quattro le viti ed assicurarsi che la base del nome sia fissata in modo sicuro alla camera di registrazione. Per prepararsi all'avanzamento della registrazione, la sonda U è messa a terra ed è considerata galleggiante secondo le istruzioni relative alla messa a terra e al riferimento. Questo si ottiene posizionando il ponticello con il filo collegato.

Sui connettori inferiori, le fasi della testa sono fissate al connettore della sonda a U, quindi i cavi dell'amplificatore vengono collegati e messi a terra. La sonda a U viene inizialmente avanzata di circa uno a due millimetri in modo rapido e deciso. Impostare il parametro di velocità nell'intervallo da 0,1 a 0,2 millimetri al secondo e il passo di profondità da 0,2 a 0,3 millimetri.

Questi valori garantiscono che la sonda U sia in grado di perforare la dura in modo netto ed è un passaggio fondamentale per la registrazione. Una volta superata la dura, ridurre la velocità a 0,50-0,1 millimetri al secondo e diminuire l'incremento di profondità a 0,5-0,1 millimetri. L'obiettivo è avanzare la sonda U nel modo più uniforme e lento possibile, in modo da non danneggiare alcun tessuto.

Uno degli indicatori dell'ingresso della sonda nel cervello è un cambiamento nell'ampiezza del potenziale di campo locale accompagnato da una riduzione del livello di rumore; per verificare che l'elettrodo attraversi tutti gli strati corticali, misurare la variazione di ampiezza in risposta allo stimolo di lampo bianco su campo completo. Le variazioni dell'ampiezza del potenziale di campo locale nel tempo costituiscono l'analisi del potenziale evocato. Questa analisi fornisce la base per l'identificazione degli strati corticali.

Misurare il potenziale di risposta evocata durante un compito di fissazione passiva, esponendo il soggetto a uno schermo nero a campo intero che lampeggia in bianco per 100 millisecondi e quindi torna al nero. Questa sequenza costituisce un singolo trial, ripetuto 200 volte. Il plex sul processore di acquisizione multicanale salva direttamente tutti i segnali continui sul computer di registrazione attraverso una scheda PCI National Instruments.

Dopo aver salvato i dati, iniziare l'elaborazione dei segnali per l'analisi della densità della sorgente di corrente. Utilizzare la correzione software FP align fornita da Plexon per correggere i ritardi temporali nei segnali di potenziale di campo locale indotti dai filtri negli stadi di testa e nelle schede di preamplificazione. A questo punto, i dati vengono trasferiti a MATLAB mediante Neuro Explorer.

Ogni canale LFP viene filtrato utilizzando filtri passa-alto e passa-basso standard con frequenze di taglio di 0,5 hertz e 100 hertz. Dopo aver filtrato ogni contatto dell'elettrodo, identificare ogni prova e mediare attraverso le prove per ottenere la serie temporale media del LFP per ogni contatto dell'elettrodo, quindi organizzare ogni contatto in una matrice con l'ampiezza del LFP in funzione del tempo, eseguire la toolbox ICSD in MATLAB digitando CSD plotter nell'area di lavoro. Poiché la frequenza di campionamento dei dati continui è di un kilohertz, impostare il parametro DT a un millisecondo.

Successivamente, impostare il valore della conducibilità corticale a 0,4 Siemens per metro, che approssima la densità della sorgente di corrente in unità di nanoampere per millimetro cubo, e modificare la posizione degli elettrodi come un vettore di 0,1 con un passo di 0,1 fino a 1,6, che corrisponde al numero totale di contatti. Dopo aver inserito tutti i parametri, fare clic su esegui questo. Visualizzare il profilo CSD nell'interfaccia del plottaggio CSD e incollarlo in una nuova figura.

Funzioni comuni in MATLAB come SC dell'immagine possono essere utilizzate per tracciare il profilo del livello e vari algoritmi di smoothing e procedure di normalizzazione possono essere applicati per rappresentare i dati CSD e confrontare l'identificazione dei livelli tra diverse ore e sessioni. Per identificare l'inversione di polarità accompagnata dalla configurazione sink-source alla base del livello quattro, verificare innanzitutto la presenza di un sink primario nel livello granulare. Utilizzando il profilo CSD laminare, individuare la polarità negativa guidata dal sink nel grafico CSD.

Quindi calcolare il centro di massa del pozzo granulare. Viene ottenuto un OID dall'analisi, composto dal numero di contatto e dal momento temporale in cui la sincronizzazione era massima. Il contatto con il syn Centro funge da riferimento dello strato granulare a zero micrometri.

Analizzare tutti i contatti al di sopra e al di sotto del riferimento e raggrupparli in uno dei tre possibili strati. Supra, granulare, granulare e infra-granulare convalidano il sink granulare mescolando le posizioni degli elettrodi, lasciando invariato il dominio temporale. Dopo il mescolamento, la matrice CSD esegue l'analisi OID.

Anche in questo caso, mischiare i contatti degli elettrodi in funzione della profondità corticale dovrebbe annullare qualsiasi specificità laminare. Per individuare i campi recettivi, iniziare presentando uno stimolo di correlazione inversa sul monitor nella zona in cui i campi recettivi potrebbero essere localizzati. Lo stimolo è composto da quattro gradazioni di orientamento a 45, 0, 90 e 135 gradi.

Eseguire un'analisi di clustering sulle mappe del tasso di scarica per localizzare il campo recettivo. Innanzitutto, calcolare le posizioni del tasso di scarica massimo e il loro baricentro per ogni ritardo temporale. Successivamente, calcolare le distanze tra il Centro e queste posizioni di tasso di scarica massimo.

Calcola le mappe delle frequenze di scarica in ogni posizione spaziale per ritardi di conduzione compresi tra 40 e 120 millisecondi, con intervalli di cinque millisecondi, per ciascun neurone in modo indipendente. Trova la distanza totale tra l'OID e i punti circostanti di frequenza massima di scarica per tutti i ritardi temporali. Il campo recettivo corrisponde al ritardo temporale che minimizza tale distanza.

Una volta individuato un campo recettivo per ogni cellula, presentare uno stimolo di correlazione inversa di dimensioni superiori a tutti i punti dei campi recettivi, in modo da sovrapporre tutti i campi recettivi della popolazione registrata. Un grafico in tempo reale della frequenza di scarica può essere utilizzato per determinare se i punti corretti dei campi recettivi sono stati identificati. Infine, classificare le forme d'onda degli impulsi utilizzando il programma di ordinamento offline Plexon, che implementa il raggruppamento delle forme d'onda in base a parametri quali le componenti principali dell'impulso, la larghezza, le proprietà dei minimi e dei massimi.

Assicurarsi di rimuovere le unità di segnale che presentano cambiamenti improvvisi nelle risposte e conservare solo quelle con frequenze di scarica stabili per l'ulteriore analisi qui mostrata. Un esempio per illustrare l'analisi CSD nel localizzare i livelli corticali lungo la profondità corticale in funzione del tempo: la posizione dei livelli sovragranulari, granulari e infragranulari rimane stabile anche quattro ore dopo l'inizio della sessione di registrazione. I tracciati CSD rappresentano la media di quei contatti assegnati a un determinato strato.

In questo esempio, lo strato granulare mostra una chiara riduzione dell'ampiezza del CSD intorno ai 50 millisecondi. Un'altra analisi fondamentale nell'uso dell'elettrodo laminare consiste nell'identificare e localizzare con precisione il campo recettivo dei neuroni. L'origine di questi grafici è il punto di fissazione, rappresentato da un piccolo cerchio bianco visualizzato al centro di uno schermo nero del computer.

Il colore in questi grafici rappresenta la frequenza di scarica di ciascun neurone in risposta a uno stimolo di correlazione inversa dinamica. Questa figura mostra due esempi di forme d'onda degli impulsi isolati sullo stesso canale. L'analisi dei cluster è stata eseguita utilizzando l'analisi delle componenti principali e le caratteristiche della forma d'onda degli impulsi.

Le forme d'onda medie dei picchi sono mostrate con una linea continua. Le deviazioni standard sono mostrate con una linea tratteggiata. Durante l'esecuzione di queste procedure, è importante ricordare di avanzare con attenzione e di lasciare un tempo sufficiente affinché il cervello si stabilizzi adeguatamente dopo ogni avanzamento.

Di solito iniziamo la registrazione circa 30-45 minuti dopo l'ultimo avanzamento seguendo questa procedura. Altre tecniche spettrali, come la potenza del potenziale di campo locale (LFP) e la sincronizzazione tra impulsi e campo, possono essere utilizzate per studiare la struttura della rete all'interno e tra i diversi strati corticali.