Examinando Processamento Rede Local usando contato Multi-Gravação Eletrodo Laminar

O objetivo geral deste procedimento é descrever a metodologia que nos permitirá examinar como neurônios individuais e potenciais de campo locais em diferentes camadas corticais do córtex visual primário codificam informações sensoriais. O procedimento começa com a descrição da construção do sistema de microacionamento controlado por computador e do uso de um eletrodo laminar multicontato para a gravação no córtex visual primário.

O próximo passo é realizar um paradigma de potencial de resposta evocada após o eletrodo ter sido avançado até a região cerebral-alvo. Em seguida, é utilizada uma análise de densidade de fonte de corrente para identificar as camadas corticais com base na inversão de polaridade, acompanhada pela configuração da fonte sincronizada. O passo final do procedimento é realizar o mapeamento do campo receptivo e analisar as diferenças na atividade neural em resposta à estimulação visual.

Por fim, podem ser obtidos resultados que mostram alterações específicas por camada na codificação de informações sensoriais. Olá, meu nome é Sarah Eagleman e sou aluna de pós-graduação na Escola de Medicina da Universidade do Texas em Houston. A principal vantagem desta técnica em relação a métodos existentes, como matrizes multieletrodos, é que a sonda U pode registrar atividade neural ao longo de muitos milímetros de córtex simultaneamente em uma única penetração.

Olá, meu nome é Brian Hansen. Sou um estudante de pós-graduação que trabalha na Escola de Medicina da Universidade do Texas em Houston. Este método pode responder perguntas fundamentais na área de neurociência, investigando se e como a informação é processada de maneira específica por camadas.

Para montar o conjunto do eletrodo de nome, primeiro reúna as ferramentas e peças necessárias, incluindo os tubos-guia, o fio-guia, o Dremel completo, o conjunto de ferramentas e peças de nome e a sonda U. Meça os tubos-guia para que, ao serem fixados no dispositivo de gravação, tenham comprimento suficiente para repousar sobre a dura-máter sem danificá-la. Em seguida, após medir a profundidade da câmara de gravação, corte os tubos-guia ao comprimento medido, de cerca de cinco a sete centímetros, enquanto corta os tubos-guia.

Tente garantir que nenhum fragmento de metal entre no interior do tubo. Use um fio rígido com diâmetro menor que o diâmetro interno do tubo guia para remover quaisquer fragmentos de metal no interior do tubo. Em seguida, coloque a grade de nomes na base de nomes.

Afirme o parafuso do grampo e o parafuso da grade. Em seguida, identifique a região de registro de interesse e posicione as torres do microdrive sobre essa região. Após a identificação da região de interesse, avance o tubo-guia através da parte inferior da grade até que esteja cerca de um a dois milímetros fora da câmara nominal.

Em seguida, monte dois grampos em cada torre do microdrive NA. Um motor aciona o grampo superior, enquanto o grampo inferior pode ser fixo ou solto. O grampo superior é preso ao tubo de reforço da sonda em U.

Fixe o grampo inferior ao tubo-guia e aplique uma pequena quantidade de cola super resistente para fixar o tubo-guia no lugar. Os dois grampos conferem estabilidade e precisão ao sistema. Alinhe cuidadosamente a ponta da sonda em U com a extremidade superior do tubo-guia e passe a sonda em U através do tubo-guia até que você consiga fixar a torre à base principal.

Ajuste a posição da torre com o parafuso de fixação para que não haja tensão adicional sobre a sonda em U ou o tubo guia. Coloque o sistema de nomeação na base do cilindro e conecte os cabos do motor às torres correspondentes. Se estiver usando múltiplas torres, utilize abraçadeiras plásticas codificadas por cores para ajudar a distinguir entre os cabos do motor e as torres; use o programa de software de nomeação para começar a avançar a sonda em U, definindo uma posição-alvo que avança automaticamente a sonda em U até essa localização ou clicando e segurando na interface do software de nomeação, avance a sonda em U de modo que, no mínimo, 10 milímetros da ponta passem pelo tubo guia, além da extremidade da câmara de nomeação.

Esterilize a sonda em U colocando-a em solução de aldeído ativado do lado metro por 20 a 30 minutos antes de fixar a base do nome na câmara de gravação implantada. Em seguida, enxágue a sonda em U e a base do nome com água estéril zero. Posicione o software do nome retraindo a sonda em U de modo que a ponta fique logo dentro do tubo guia no software do nome.

Clique em zerar todas as posições. Fixe a base com o nome na câmara de gravação implantada e aperte os quatro parafusos. Em seguida, alinhe a base de acordo com um pino localizado na lateral da câmara de gravação.

Ajuste novamente os quatro parafusos e certifique-se de que a base do nome está firmemente presa à câmara de gravação. Para se preparar para avançar o registro, a sonda U é aterrada e considerada flutuante de acordo com as instruções de aterramento e referência. Isso é realizado colocando o fio do conector preso.

Nas etapas iniciais dos conectores inferiores, as cabeças são fixadas ao conector da sonda em U, e então os cabos do amplificador são conectados e aterrados. A sonda em U é inicialmente avançada cerca de um a dois milímetros de forma rápida e firme. Ajuste o parâmetro de velocidade na faixa de 0,1 a 0,2 milímetros por segundo e o passo de profundidade em 0,2 a 0,3 milímetros.

Esses valores garantem que a sonda em U seja capaz de perfurar a dura de forma limpa e representa um importante primeiro passo no registro. Após atravessar a dura, reduza a velocidade para 0,50 a 0,1 milímetros por segundo e diminua o passo de profundidade para 0,5 a 0,1 milímetros. O objetivo é avançar a sonda em U de maneira tão suave e lenta quanto possível, de modo que nenhum tecido seja danificado.

Uma das indicações de que a sonda entrou no cérebro é uma alteração na amplitude do potencial de campo local acompanhada pela redução do nível de ruído, para verificar que o eletrodo atravessa todas as camadas corticais, meça a mudança na amplitude em resposta ao estímulo de flash branco em campo total. As alterações na amplitude do potencial de campo local ao longo do tempo fundamentam a análise do potencial evocado. Essa análise fornece a base para identificar as camadas corticais e determinar as camadas corticais.

Meça o potencial de resposta evocada durante uma tarefa de fixação passiva enquanto expõe o sujeito a uma tela preta em campo total que pisca branca por 100 milissegundos e depois retorna ao preto. Essa sequência constitui um ensaio, que é repetido 200 vezes. O plex no processador de aquisição multicanal salva todos os sinais contínuos diretamente no computador de gravação por meio de uma placa PCI da National Instruments.

Após os dados serem salvos, inicie o processamento dos sinais para análise de densidade de fonte atual. Utilize a correção de software FP align fornecida pela Plexon para corrigir os atrasos temporais nos sinais de LFP induzidos pelos filtros nas etapas de cabeçote e nas placas de pré-amplificação. Neste momento, os dados são transferidos para o MATLAB com o neuro explorer.

Cada canal de PCL é filtrado utilizando filtros padrão passa-alta e passa-baixa com frequências de corte de 0,5 hertz e 100 hertz. Após cada contato do eletrodo ter sido filtrado, identifique cada ensaio e faça a média entre os ensaios para obter a série temporal média de PCL para cada contato do eletrodo; em seguida, organize cada contato em uma matriz com a amplitude de PCL como função do tempo, execute a toolbox ICSD no MATLAB digitando CSD plotter no ambiente de trabalho. Considerando que a frequência de amostragem dos dados contínuos é de um quilohertz, defina o parâmetro DT como um milissegundo.

Em seguida, defina o valor da condutividade cortical como 0,4 siemens por metro, o que aproxima a densidade da fonte de corrente em unidades de nanoampères por milímetro cúbico, e altere a posição dos eletrodos como um vetor de 0,1 com incrementos de 0,1 até 1,6, que é o número total de contatos. Quando todos os parâmetros tiverem sido inseridos, clique em executar isto. Visualize o perfil de DSC na interface do plotador de DSC e cole-o em uma nova figura.

Funções comuns no MATLAB, como SC de imagem, podem ser usadas para traçar o perfil da camada, e vários algoritmos de suavização e rotinas de normalização podem ser aplicados para representar os dados de DSC e comparar a identificação das camadas entre horas e sessões. Para identificar a inversão de polaridade acompanhada pela configuração fonte-sumidouro na base da camada quatro, primeiro verifique a presença de um sumidouro primário na camada granular. Usando o perfil laminar de DSC, localize a polaridade negativa impulsionada pelo sumidouro no gráfico de DSC.

Em seguida, calcule o centro de massa do sumidouro granular. Um OID é obtido pela análise, composto pelo número de contatos e pelo instante em que a sincronização foi máxima. O contato com o syn Centro serve como referência da camada granular em zero micrômetros.

Analise todos os contatos acima e abaixo do referencial e agrupe-os em uma das três camadas possíveis. Supra, granular, granular e infra granular validam o sumidouro granular ao embaralhar as posições dos eletrodos, mantendo o domínio temporal inalterado. Após o embaralhamento, a matriz CSD realiza a análise OID.

Novamente, embaralhar o contato do eletrodo em função da profundidade cortical deveria destruir qualquer especificidade laminar. Para encontrar campos receptivos, comece apresentando um estímulo de correlação reversa no monitor onde os campos receptivos potencialmente estão localizados. O estímulo é composto por quatro graduações de orientação em 45, 0, 90 e 135 graus.

Realize uma análise de agrupamento nos mapas de taxa de disparo para localizar o campo receptivo. Primeiro, calcule as localizações da taxa máxima de disparo e seu centróide para cada atraso temporal. Em seguida, calcule as distâncias entre o Centro e essas localizações de taxa máxima de disparo.

Compute os mapas de taxas de disparo em cada localização espacial para atrasos de condução entre 40 e 120 milissegundos em intervalos de cinco milissegundos para cada neurônio independentemente. Encontre a distância total entre o OID e os pontos circundantes de taxa máxima de disparo em todos os atrasos temporais. O campo receptivo está no atraso temporal que minimiza essa distância.

Uma vez identificado um campo receptivo para cada célula, apresente um estímulo de correlação reversa maior do que todas as localizações dos campos receptivos, cobrindo todos os campos receptivos na população gravada. Um gráfico em tempo real da taxa de disparos pode ser usado para determinar se as localizações corretas dos campos receptivos foram identificadas. Por fim, classifique as formas de onda dos potenciais de ação utilizando o programa classificador off-line do Plexon, que implementa agrupamento de formas de onda com base em parâmetros como componentes principais, largura do pico, e propriedades do vale e do pico do potencial de ação.

Certifique-se de remover unidades de sinal que apresentem mudanças abruptas nas respostas e mantenha apenas unidades com taxas de disparo estáveis para a análise adicional mostrada aqui. Um exemplo para ilustrar a análise de CSD na localização de camadas corticais ao longo da profundidade cortical em função do tempo, mostra que a posição das camadas supra-granulares, granulares e infra-granulares permanece estável mesmo quatro horas após o início da sessão de gravação. Os traçados de CSD representam a média dos contatos atribuídos a uma camada específica.

Neste exemplo, a camada granular apresenta uma clara diminuição na amplitude da CSD por volta de 50 milissegundos. Outra análise fundamental ao utilizar o eletrodo laminar é identificar e localizar com precisão o campo receptivo dos neurônios. A origem desses gráficos é o ponto de fixação, que é um pequeno círculo branco exibido no centro de uma tela de computador preta.

A cor nestes gráficos representa a taxa de disparo de cada neurônio em resposta a um estímulo de correlação reversa dinâmica. Esta figura representa dois exemplos de formas de onda de potenciais de ação isolados no mesmo canal. A análise de agrupamento foi realizada utilizando análise de componentes principais e características das formas de onda dos potenciais de ação.

As formas médias das ondas de pico são mostradas em linha sólida. Os desvios padrão são mostrados em linha tracejada. Ao realizar estes procedimentos, é importante lembrar-se de avançar cuidadosamente e de permitir tempo suficiente para que o cérebro se estabilize adequadamente após cada avanço.

Nós normalmente iniciamos a gravação cerca de 30 a 45 minutos após o último avanço seguindo este procedimento. Outras técnicas espectrais, como a Potência de LFP e a Sincronização entre Campo de Espigões, podem ser usadas para estudar a estrutura da rede dentro e entre as camadas corticais.