Het onderzoeken van Lokaal netwerk met behulp van Multi-Processing contact opnemen Laminar Electrode

Het algemene doel van deze procedure is om de methodologie te beschrijven waarmee we kunnen onderzoeken hoe individuele neuronen en lokale veldpotentialen in verschillende corticale lagen van de primaire visuele cortex sensorische informatie coderen. De procedure begint met een beschrijving van de constructie van het computergestuurde micro-drive-systeem en het gebruik van een multicontact laminaire elektrode voor de registratie in de primaire visuele cortex.

De volgende stap is het uitvoeren van een paradigma voor opgeroepen respons-potentialen nadat de elektrode naar het doeltarget in de hersenen is voortgebracht. Vervolgens wordt een analyse van de huidige bronconcentratie gebruikt om de corticale lagen te identificeren op basis van de polariteitsomkering, vergezeld door de sync-bronconfiguratie. De laatste stap van de procedure is het uitvoeren van receptive field mapping en het analyseren van de verschillen in neurale activiteit als reactie op visuele stimulatie.

Uiteindelijk kunnen resultaten worden behaald die laagspecifieke veranderingen in de codering van sensorische informatie aantonen. Hallo, mijn naam is Sarah Eagleman en ik ben een promovendus aan de University of Texas Medical School in Houston. Het belangrijkste voordeel van deze techniek ten opzichte van bestaande methoden, zoals multi-elektrodenarrays, is dat de U-probe neurale activiteit over vele millimeters van de cortex gelijktijdig kan registreren in één enkele penetratie.

Hoi, mijn naam is Brian Hansen. Ik ben een promovendus aan de University of Texas Medical School in Houston. Deze methode kan belangrijke vragen in het veld van de neurowetenschappen beantwoorden door te onderzoeken of en hoe informatie op een laminaire specifieke manier wordt verwerkt.

Om eerst de aandrijfunit van de naamselektrode te construeren, verzamelt u de benodigde instrumenten en onderdelen, waaronder de geleidingsbuizen, de geleidingsdraad, een complete Dremel, een set naamstelsels en onderdelen, en de U-sonde. Meet de geleidingsbuizen zodanig dat ze, wanneer ze aan het opnameapparaat zijn bevestigd, lang genoeg zijn om op de dura te rusten zonder deze te beschadigen. Meet vervolgens de diepte van de opnamekamer en snijd de geleidingsbuizen op de gemeten lengte van ongeveer vijf tot zeven centimeter.

Zorg ervoor dat er geen metaalfragmenten in de buis terechtkomen. Gebruik een stijve draad die kleiner is dan de binnendiameter van de geleidingsbuis om eventuele metaalfragmenten uit de buis te verwijderen. Plaats vervolgens het naamrooster in de naamvoet.

Draai de klemvijs en de rastervijs aan. Identificeer vervolgens het opnamegebied van interesse en positioneer de micro-aansturingstorens boven dat gebied. Nadat het gebied van interesse is geïdentificeerd, wordt de geleidingsbuis door de onderkant van het raster geschoven totdat deze ongeveer één tot twee millimeter buiten de naamkamer bevindt.

Stel vervolgens twee klemmen samen op elke NA-micro-aandrijvertoren. Een motor drijft de bovenste klem aan, terwijl de onderste klem ofwel vastgezet of losgelaten kan worden. De bovenste klem is bevestigd aan de verstevigingsbuis van de U-sonde.

Bevestig de onderste klem aan de geleidingsbuis en breng een kleine hoeveelheid secondelijm aan om de geleidingsbuis op zijn plaats te fixeren. De twee klemmen zorgen voor stabiliteit en precisie van het systeem. Lijn de punt van de U-probe zorgvuldig uit met de bovenkant van de geleidingsbuis en schuif de U-probe door de geleidingsbuis totdat de toren aan de hoofdbasis kan worden bevestigd.

Stel de positie van de toren af met de duimschroef, zodat er geen extra spanning op de U-probe of de geleidingsbuis komt te staan. Plaats het name-systeem op de cilinderbasis en verbind de motorkabels met de overeenkomstige torens. Indien er meerdere torens worden gebruikt, worden kleurgecodeerde kabelbinders gebruikt om onderscheid te maken tussen de motorkabels en de torens. Gebruik het name-softwareprogramma om de U-probe naar voren te laten bewegen, hetzij door een doelpositie in te stellen waardoor de U-probe automatisch naar die locatie beweegt, of door op de interface van de name-software te klikken. Beweeg de U-probe zodanig dat er minimaal 10 millimeters van de tip door de geleidingsbuis voorbij het uiteinde van de name-kamer steekt.

Steriliseer de U-probe door deze 20 tot 30 minuten in een metro side geactiveerde aldehydeloplossing te plaatsen vóór het bevestigen van de name-basis aan de geïmplanteerde registratiekamer. Spoel daarna de U-probe en de name-basis af met steriel water nul. De name-software locaties worden bepaald door de U-probe terug te trekken zodat de punt zich net binnen de geleidingsbuis in de name-software bevindt.

Klik op 'zero all positions'. Bevestig de naamplaat aan de geïmplanteerde registratiekamer en draai alle vier de schroeven vast. Richt de plaat vervolgens uit aan de hand van een pen aan de zijkant van de registratiekamer.

Draai alle vier de schroeven opnieuw vast en zorg ervoor dat de naamplaat stevig aan de registratiekamer is bevestigd. Ter voorbereiding op de verdere registratie wordt de U-sonde geaard en als zwevend beschouwd volgens de instructies voor aarding en referentie. Dit wordt bereikt door de verbonden draad te plaatsen.

Op de onderste connectoren worden de headstages bevestigd aan de U-probe-connector, waarna de versterkerkabels worden aangesloten en geaard. De U-probe wordt initieel snel en krachtig ongeveer één tot twee millimeter naar voren bewogen. Stel de snelheidsparameter in op een bereik van 0,1 tot 0,2 mm/s en de dieptestap op 0,2 tot 0,3 mm.

Deze waarden zorgen ervoor dat de U-probe de dura schoon kan doorprikken en vormen een belangrijke eerste stap bij de registratie. Zodra de dura is gepenetreerd, wordt de snelheid verlaagd naar 0,50 tot 0,1 millimeter per seconde en de stapdiepte verlaagd naar 0,5 tot 0,1 millimeter. Het doel is om de U-probe zo soepel en langzaam mogelijk te laten vorderen, zodat er geen weefsel beschadigd raakt.

Een van de aanwijzingen dat de probe het brein is binnengegaan, is een verandering in de amplitude van de LFP, gepaard gaande met een afname van het ruisniveau; om te verifiëren dat de elektrode alle corticale lagen beslaat, wordt de verandering in amplitude gemeten in reactie op een full-field white flash-stimulus. De veranderingen in de LFP-amplitude over de tijd vormen de basis voor de analyse van het geëvoceerde responspotentiaal. Deze analyse biedt de grondslag voor het identificeren van de corticale lagen.

Meet het opgeroepen responspotentiaal tijdens een passieve fixatietaak terwijl het subject wordt blootgesteld aan een volledig zwart scherm dat gedurende 100 milliseconden wit flitst en daarna weer zwart wordt. Deze sequentie vormt één trial, die 200 keer wordt herhaald. De plex op de multichannel acquisition processor slaat alle continue datasignalen direct op de opnamecomputer op via een National Instruments PCI-bord.

Nadat de gegevens zijn opgeslagen, begint de verwerking van de signalen voor de analyse van de stroombrondichtheid. Gebruik de door Plex verstrekte softwarecorrectie FP align om de tijdsvertragingen in de LFP-signalen te corrigeren die zijn veroorzaakt door de filters in de kopstages en de voorversterkerkaarten. Op dit punt worden de gegevens met neuro explorer overgebracht naar MATLAB.

Elk LFP-kanaal wordt gefilterd met standaard hoog- en laagdoorlaatfilters met afsnijfrequenties van 0,5 hertz en 100 hertz. Nadat elk elektrodecontact is gefilterd, wordt elke trial geïdentificeerd en wordt er over de trials gemiddeld om de gemiddelde LFP-tijdreeks voor elk elektrodecontact te verkrijgen. Organiseer vervolgens elk contact in een matrix met de LFP-amplitude als functie van de tijd en start de ICSD-toolbox in MATLAB door CSD plotter in de workspace te typen. Aangezien de bemonsteringsfrequentie van de continue gegevens één kilohertz is, wordt de DT-parameter ingesteld op één milliseconde.

Stel vervolgens de waarde voor de corticale geleidbaarheid in op 0,4 Siemens per meter, wat de huidige bronintensiteit benadert in eenheden van nano peers per kubieke millimeter, en wijzig de positie van de elektroden als een vector van 0,1 met een stap van 0,1 tot 1,6, wat het totale aantal contacten is. Wanneer alle parameters zijn ingevoerd, klikt u op run this. Bekijk het CSD-profiel in de CSD-plotterinterface en plak dit in een nieuwe figuur.

Algemene functies in MATLAB, zoals image SC, kunnen worden gebruikt om het laagprofiel te plotten, en diverse gladmakingsalgoritmen en normalisatieroutines kunnen worden toegepast voor het representeren van de CSD-gegevens en het vergelijken van de laagidentificatie over uren en sessies heen. Om eerst de polariteitsomkering te identificeren die gepaard gaat met de sink-source-configuratie aan de basis van laag vier, moet de aanwezigheid van een primaire sink in de granulaire laag worden geverifieerd. Lokaliseer met behulp van het laminaire CSD-profiel de door de sink gedreven negatieve polariteit in de CSD-plot.

Bereken vervolgens het zwaartepunt van de granulaire sink. Uit de analyse wordt een OID verkregen die bestaat uit het contactnummer en het tijdstip waarop de sync het grootst was. Het contact met de syn Centro dient als referentie voor de granulaire laag op nul micrometer.

Analyseer alle contacten boven en onder de referentie en groepeer deze in een van de drie mogelijke lagen. Supra-, granulaire en infra-granulaire contacten valideren de granulaire sink door de elektrodeposities te husselen, waarbij het tijdsdomein ongewijzigd blijft. Na het husselen berekent de CSD-matrix de OID-analyse.

Opnieuw zou het willekeurig husselen van het elektrodecontact als functie van de corticale diepte elke laminaire specificiteit moeten vernietigen. Om receptieve velden te vinden, begint men met het presenteren van een reverse-correlatiestimulus op de monitor waar de receptieve velden zich mogelijk bevinden. De stimulus bestaat uit vier oriëntatiegradaties bij 45 0 90 en 135 graden.

Voer een clusteranalyse uit op de vuursnelheidskaarten om het receptieve veld te lokaliseren. Bereken eerst de locaties van de maximale vuursnelheid en hun centroïde voor elke tijdvertraging. Bereken vervolgens de afstanden tussen de Centro en deze locaties van de maximale vuursnelheid.

Bereken voor elk neuron onafhankelijk mappen van de vuursnelheden op elke ruimtelijke locatie voor geleidingsvertragingen tussen 40 en 120 milliseconden met intervallen van vijf milliseconden. Bepaal de totale afstand tussen de OID en de omringende punten met de maximale vuursnelheid bij alle tijdsvertragingen. Het receptieve veld bevindt zich bij de tijdsvertraging die deze afstand minimaliseert.

Zodra er voor elke cel een receptief veld is gevonden, wordt een reverse correlation-stimulus gepresenteerd die groter is dan alle locaties van de receptieve velden en die alle receptieve velden in de geregistreerde populatie overlapt. Een real-time plot van de vuursnelheid kan worden gebruikt om te bepalen of de juiste locaties van de receptieve velden zijn geïdentificeerd. Sorteer tot slot de spike-golfvormen met behulp van het offline sorteerprogramma van Plexon, dat golfvormclustering implementeert op basis van parameters zoals de hoofdcomponenten van de spike, breedte en eigenschappen van dalen en pieken.

Zorg ervoor dat signaaleenheden die abrupte veranderingen in responsen vertonen worden verwijderd en behoud alleen eenheden met stabiele vuursnelheden voor de hier getoonde verdere analyse. Als voorbeeld om de CSD-analyse bij het lokaliseren van corticale lagen over de corticale diepte als functie van de tijd te illustreren: de positie van de supergranulaire, granulaire en infragranulaire lagen blijft stabiel, zelfs vier uur nadat de opnamesessie is begonnen. De CSD-sporen representeren het gemiddelde van de contacten die aan een specifieke laag zijn toegewezen.

In dit voorbeeld vertoont de granulaire laag een duidelijke afname in CSD-amplitude bij ongeveer 50 milliseconden. Een andere kritische analyse bij het gebruik van de laminaire elektrode is het nauwkeurig identificeren en lokaliseren van het receptieve veld van de neuronen. De oorsprong van deze plots is het fixatiepunt, een kleine witte cirkel die centraal op een zwart computerscherm wordt weergegeven.

De kleur in deze plots representeert de vuursnelheid van elk neuron als reactie op een dynamische reverse correlation stimulus. Deze figuur toont twee voorbeelden van spike-golfvormen die op hetzelfde kanaal zijn geïsoleerd. De clusteranalyse is uitgevoerd met behulp van principal component analysis en spike-golfvormkenmerken.

De gemiddelde spike-wave-vormen zijn weergegeven met een doorgetrokken lijn. Standaarddeviaties zijn weergegeven met een stippellijn. Bij het uitvoeren van deze procedures is het belangrijk om te onthouden dat de elektrode voorzichtig moet worden voortgeduwd en dat er voldoende tijd moet worden gegeven zodat de hersenen na het voortduwen voldoende kunnen stabiliseren.

We beginnen doorgaans met opnemen ongeveer 30 tot 45 minuten na de laatste advance bij het volgen van deze procedure. Andere spectrale technieken, zoals LFP-vermogen en spike-veld-synchronisatie, kunnen worden gebruikt om de netwerkstructuur binnen en tussen corticale lagen te bestuderen.