A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
وثمة مسألة أساسية في فهمنا للدوائر القشرية هي الطريقة الشبكات في مختلف الطبقات القشرية ترميز المعلومات الحسية. هنا ، نحن تصف التقنيات الكهربية باستخدام أقطاب متعددة الصفحي اتصال لسجل واحد وحدات والإمكانات المحلية والتحليلات الميدانية الحالية لتحديد الطبقات القشرية.
الطبقات القشرية هي هياكل في كل مكان في جميع أنحاء 1-4 المخية الحديثة التي تتكون من شبكات محلية المتكررة للغاية. في السنوات الأخيرة ، تم إحراز تقدم كبير في فهمنا للفروق في خصائص استجابة الخلايا العصبية في مختلف الطبقات القشرية 5-8 ، بعد ما زال هناك الكثير من اليسار إلى معرفة ما إذا كانت الخلايا العصبية وكيف السكان ترميز المعلومات في محددة ، الصفحي الطريقة.
القائمة مجموعة القطب متعددة التقنيات ، وعلى الرغم من المفيد لقياس ردود ملليمتر عبر العديد من مساحة القشرية على طول السطح القشري ، لم تعد ملائمة لمقاربة مسألة الدوائر الصفحي القشرية. هنا ، فإننا نقدم لدينا وسيلة لإنشاء وتسجيل الخلايا العصبية الفردية والإمكانات الميدانية المحلية (LFPs) عبر طبقات قشرية من القشرة البصرية الأولية (V1) باستخدام أقطاب متعددة الصفحي الاتصال (الشكل 1 ؛ Plextrode U - دقق ، Plexon المؤتمر الوطني العراقي).
وشملت أساليب البناء وتسجيل الجهاز ، وتحديد الطبقات القشرية ، وتحديد مجالات تقبلا من الخلايا العصبية الفردية. لتحديد الطبقات القشرية ، نقيس امكانات الاستجابة أثار (نظم تخطيط موارد المؤسسات) من أندية السلاسل الزمنية باستخدام كامل مجال المحفزات تومض. ثم نقوم الحالية المصدر الكثافة (CSD) تحليل لتحديد انعكاس القطبية يرافقه التكوين بالوعة المصدر في قاعدة طبقة 4 (مصدر داخل الطبقة 4 ، وأشار إلى أنه في وقت لاحق الطبقة الحبيبية 9-12). الكثافة الحالية المصدر مفيد لأنه يوفر فهرس الموقع ، والاتجاه ، وكثافة تدفق الحالية عبر الغشاء ، مما يسمح لنا الموقف بدقة أقطاب لتسجيل من جميع الطبقات في اختراق واحد 6 ، 11 ، 12.
1. NAN microdrive البناء
نستخدم U - دقق في تركيبة مع محرك NAN نظام القطب. بناء هذا النظام يتطلب 2-3 ساعات مرة واحدة ولكنها شيدت أنها بسيطة جدا لتعديل. نبدأ بتجميع البرج NAN ، والذي يتضمن قاعدة 4 - قناة (الشكل 2A) ، الغرفة NAN (الشكل 2B) ، الشبكة مع تباعد 1 ملم (الشكل 2C) ، microdrives المسمار 1-4 (الشكل 2D) ، 1 أنابيب دليل -4 (2E الشكل ، قطرها 500 ميكرون وخفض الطول إلى حوالي 5-7) و 1-4 ، وأبراج microdrive (الشكل 2F). عن البساطة ، وسنقوم بشرح الإجراء من أجل بناء نظام NAN مع واحد برج واحد تحت المسبار. بعد بعض التدريب ، وهذا الإجراء عادة ما يستغرق 2-3 ساعات إذا كانت كافة المواد المتاحة.
2. U - دقق التعقيم
ويتم شراء القطب الصفحي أو Plextrode U - دقق من شركة Plexon ويتوفر بسعر دولار تقريبا 2000 -- 4000 دولار. السعر يعتمد على ثلاثة جوانب رئيسية هي : عدد من المواقع الاتصال ، وتكوين المواقع ، وقطر كل موقع. نحن تستخدم حاليا إصدار 16 قناة مع التكوين الخطي ويبلغ قطرها 25 ميكرومتر الاتصال. الأهم من ذلك ، له علاقة مباشرة سمك U - دقق في قطر للإتصال به. في تجاربنا ، فقد كنا دائما اتصالات قطر 25 ميكرون ، وهو ما يعادل سمك ميكرومتر 360. التكلفة الحالية لنموذج الإصدار لدينا ما يقرب من 3500 $ دولار. يو دقق تأتي معبأة في قضية الكهربائي والاسلاك مع البلوزات التأريض والرصاص من شراء الوقت لتسليم ما يقرب من 4-6 أسابيع.
3. دفع U - دقق في تسجيل
نظرا لأن قوة وسماكة الجافية متغير بدرجة كبيرة بين المواد الدراسية ، وقمنا بتنفيذ اجراءات عامة للنهوض U - برويمكن استخدام نظام microdrive NAN. الأهم من ذلك ، كل U - دقق يأتي مع تحليل مفصل لمقاومة كل الاتصالات والحارس العام للمسبار - U. استخدمنا الأقطاب الذين تراوحت الاتصالات ممانعات 0،3-0،5 MΩ. حاليا هناك اختبار مقاومة المتاحة للشراء من Plexon ولكن للأسف ، في الوقت التسجيلات لدينا هذا الجهاز لم تكن متوفرة. ونتيجة لذلك لم نتمكن من إجراء تحليل مفصل للمقاومة.
4. تحديد الهوية والتحقق من الطبقات القشرية
قمنا بتنفيذ إجراءات لتحديد الطبقات القشرية باستخدام أثار احتمال استجابة (ERP) والنموذج الحالي من مصدر وتحليل الكثافة (CSD). اعتمدنا على لجنة التنمية المستدامة لأنه يوفر فهرس الموقع ، والاتجاه ، وكثافة تدفق الحالية عبر الغشاء ، مما يسمح لنا الموقف بدقة أقطاب لتسجيل من جميع الطبقات في اختراق واحد. في الواقع ، لقد تضافرت تشارلز شرودر وزملائه قبل تسجيل الصفحي ، microlesion ، وإعادة البناء النسيجي للتحقق من فعالية أسلوب تخطيط موارد المؤسسات / لجنة التنمية المستدامة في تحديد وظيفي من طبقات قشرية في V1 12/09. وقد استخدمت أساليب أخرى باستخدام الذبذبات المتولدة تلقائيا إلى تحديد عمق القشرية مثل مغزل القشرية وأعلى / أسفل دول 13-15.
لهذا التحليل ، ونحن الاستفادة من الأدوات لiCSD MATLAB ، الذي يحسب لجنة التنمية المستدامة وفقا للمشتقات المكاني 2 من LFP السلاسل الزمنية عبر الاتصالات بالتساوي بين كل سطرين من U - دقق ( http://software.incf.org/ برامج / csdplotter / الوطن ) 9،10،16،17.
5. تحديد الخلايا العصبية الفردية وتقبلا رسم الخرائط الميدانية
لقد حققنا نجاحا كبيرا مع عزل وتسجيل واحد وحدات متعددة من دقق - U. على تسجيل عادة ، يمكننا أن نتوقع أن يكون جيدا 60-10 و 14-16 وحدات معزولة المحتملة حقل الإشارات المحلية. العثور على وحدة واحدة هو أيضا أكثر موثوقية مع دقق - U مقارنة مع الأقطاب واحد. حتى لو كان للمرء أن استخدام كافة الأجهزة اللازمة للمضي قدما على وجه التحديد 16 الأقطاب ، فإنها لن تكون قادرة على استكشاف السكان الشبكة بوصفها وظيفة من طبقات قشرية كما دقق على وجه التحديد مع يو. وأخيرا ، فإننا يمكن أن تسجل عادة مع نفس U - دقق في الاختراقات 30-40.
6. نتائج ممثل : تسجيلات من وحدات واحد وعبر طبقات قشرية LFPs من القشرة البصرية الأولية
واحدة من أهم الخطوات في التحليل باستخدام أقطاب الصفحي غير موثوق لتحديد الطبقات القشرية والتحقق من ذلك عبر تحديد ساعات طويلة وجلسات العمل. وبالتالي ، فإننا قياس إمكانات الاستجابة أثار (نظم تخطيط موارد المؤسسات) من LFPs عبر اتصالات الصفحي استجابة لحافز كامل الحقل بعلامة (الشكل 3A). الرقم 3B مثالا لنوع المعلومات التي يحتاج المرء للحصول على لحساب الكثافة الحالية المصدر (CSD) للتعرف على الطبقات القشرية. ثم نحن العاملين في تحليل لجنة التنمية المستدامة للأندية السلاسل الزمنية لتحديد انعكاس القطبية يرافقه التكوين بالوعة المصدر في قاعدة طبقة 4. ويوضح الشكل 4A تحليل لجنة التنمية المستدامة في توطين الطبقات القشرية القشرية عبر عمق بوصفها وظيفة من الزمن -- موقف supragranular (سان جرمان) والحبيبية (G) وinfragranular (IG) طبقات ظلت مستقرة حتى بعد أربع ساعات من تسجيل الدورة بدأت. الشكل 4B تحتوي على آثار لجنة التنمية المستدامة التي تمثل في المتوسط من هذه الاتصالات المخصصة لطبقة معينة -- في هذا المثال ، وطبقة حبيبية يخضع لانخفاض واضح في السعة لجنة التنمية المستدامة في ~ 50 مللي. خدم هذا التحليل كمرجع لتعيين الأسماء الكهربائي فوق وتحت الطبقة الحبيبية للطبقات supragranular وinfragranular ، على التوالي (في اتصال مع أكبر المصارف في الوسط الشامل بمثابة مرجع الطبقة الحبيبية في 0 ميكرون).
تحليل آخر الحرجة باستخدام القطب الصفحي هو تحديد بدقة وتوطين مجال الخلايا العصبية "تقبلا. هذا الإجراء أمرا حيويا لتحديد المواقع وحافزا لتوليد استجابة أقوى من الخلايا العصبية. 5A الرقم هو مثال على قطعتي أرض الميدان تقبلا من الخلايا العصبية في كورت البصرية الأوليةالسابقين (V1). أصل هذه المؤامرات هو نقطة التثبيت ، وهي دائرة صغيرة بيضاء مركزيا عرض على شاشة الكمبيوتر السوداء. اللون في هذه الأراضي يمثل معدل اطلاق كل عصبون استجابة لتحفيز ديناميكية العلاقة العكسية. نحن نستخدم هذه المعلومات لوضع الحوافز لإجراء تجربة معينة (مثل شرط لا الموجة صريف). المحفزات التي يتم تقديمها تكون أكبر من حجم الحقل تقبلا المتوسط في النظام ليشمل المواقع الميدانية تقبلا لجميع الخلايا العصبية سجلت في نفس الوقت.
بعد أن نحدد الطبقات القشرية وموقف التحفيز في الموقع الميداني تقبلا الأمثل ، لا يمكننا المضي قدما في البروتوكول التجريبي الذي نقدم محفزات بصرية مختلفة في حين أن الحيوان يؤدي إما تثبيت أو المهام التمييز. بعد التجربة ، ونحن لدينا تصاعد أداء التحليل الموجي لعزل وحدة واحدة كنا قادرين على تسجيل نفس القناة. هذا الإجراء غالبا ما يستغرق بعض الوقت لإتقان ويجري باستمرار تحسين كما يتم إجراء تحليل جديد البرامج والتقنيات المتاحة. 5B الرقم هو مثال على نوع من الإخراج قد يتوقعه المرء بعد استخدام فارز Plexon للاتصال. باستخدام هذا البرنامج ، بمعزل عن وحدة واحدة تتم من خلال الفحص البصري. ويتم تحديد مجموعات متميزة على أساس وزن المكونات الرئيسية الأولى والثانية ، عرض السنبلة ، الوادي ، وخصائص الذروة.
الشكل 1. الصفحي أقطاب متعددة الأقطاب الكهربائية عن طريق الاتصال الصفحي متعددة الأسماء ، سجلنا في وقت واحد التشويك نشاط الخلايا العصبية الفردية المعزولة من وحدات LFP عبر طبقات قشرية من V1. كل U - دقق يتكون من 16 اتصالات الكهربائي على فترات متساوية (100 ميكرون) تمتد بطول اجمالي يبلغ 1.6 ملم. كل اتصال القطب هو 25 ميكرومتر في القطر ، وتتكون من الايريديوم البلاتين.
الشكل 2. NAN بناء شبكة نظام microdrive NAN توفر الاستقرار والدقة واضاف خلال microdrive المسمار يحركها الكلاسيكية. يتلاعب مستقل لكل مجموعة من الأقطاب الكهربائية في الطائرات XY ، ضمن نطاق عمل يحددها المستخدم. يتلاعب مستقل لكل مجموعة من الأقطاب الكهربائية في الاتجاه داخل Z مستخدم تعريف العمل العمق (حتى 100 ملم) ومتغيرة السرعة تتراوح من 0.001mm / ثانية إلى 0.5 مم / ثانية ، ودقة عالية من 1 ميكرومتر (أ) 4 -- القناة الأساسية ، (ب) غرفة NAN ، (ج) على الشبكة مع تباعد 1 ملم ، (د) microdrives المسمار 1-4 ، (ه) دليل أنابيب 1-4 (قطرها 500 ميكرون وخفض الطول إلى حوالي 5-7) و (و) أبراج microdrive 1-4 و (ز) نظام NAN المنجزة وقاعدة الاسطوانة.
الشكل 3. قمنا بقياس أثار نموذج الاستجابة المحتملة والسلاسل الزمنية LFP (أ) تحديد الطبقات القشرية ، وأثار احتمال الاستجابة (ERP) خلال مهمة تثبيت السلبي بينما تعرضت القردة على شاشة كاملة حقل السوداء التي تومض بيضاء (~ 1Hz) لمدة 100 مللي ، ثم عاد إلى الأسود (ب) تم تجهيزها وسجلت ردود LFP مع دقق - U الصفحي للحصول على آثار لتخطيط موارد المؤسسات لكل جهة اتصال. تم تحديد الطبقة الحبيبية في جميع الدورات العثور على عكس المصارف يحركها في مدى الاستجابة في آثار تخطيط موارد المؤسسات ، وبسبب وجود انعكاس القطبية يرافقه التكوين بالوعة المصدر في قاعدة طبقة 4. مربع منقط يشير إلى أن توقيت فترة من الزمن عندما وقع انقلاب.
الشكل 4. وقد استخدم تحديد الهوية باستخدام طبقة الحالية المصدر تحليل الكثافة (أ) تحليل الكثافة الحالية المصدر (على أساس الثانية المتفرعة 2 المكاني للأندية السلاسل الزمنية) لتحديد انعكاس القطبية يرافقه التكوين بالوعة المصدر في قاعدة الطبقة الحبيبية. قمنا بتقييم مدى استقرار المحافظة على الهوية من طبقات قشرية على مر الزمن (من اليسار إلى اليمين). في هذه الأمثلة ، وبالوعة الحالية (الأزرق) يمثل الطبقة الحبيبية ويمتد ~ 400 ميكرون (ب) لجنة التنمية المستدامة آثار أسفل كل قطعة تمثل لجنة التنمية المستدامة في المتوسط من هذه الاتصالات المخصصة لطبقة معينة. هذا يسمح لنا لتحديد التوقيت الدقيق لموضع الأولي (في هذه الأمثلة ~ 50-60 مللي. CSD المغلفات تتبع تمثل الانحراف المعياري وأشرطة سوداء تشير إلى مدة التحفيز تومض (100 مللي ثانية).
الشكل 5. ارتفاع الفرز وتقبلا رسم الخرائط الميدانية (أ) أولا ، ويتم احتساب نصف درجة البصرية والضعف. بعد ذلك ، يتم تقديم محفزات العلاقة العكسية في بقع على شاشة CRT جonsisting من حواجز شبكية موجهة بدرجات 0 ، 45 ، 90 و 135. وتحسب معدلات اطلاق النار لمدة كل عصبون مستقل على فترات 5 مللي ثانية بين 40-120 مللي ثانية بعد تعرض محفزات لكل موقع المكانية. تحسب المعدلات القصوى اطلاق النار وبعد ذلك النقطه الوسطى لكل تأخير الوقت. ثم ، في كل تأخير يحسب المسافة بين مواقع النقطه الوسطى والمناطق المتاخمة معدل اطلاق النار. يتم اختيار تأخير الوقت مع الحد الأدنى للمسافة كحقل تقبلا (ب) ويتم تحليل خصائص سبايك الموجي مثل ارتفاع الذروة ، وعمق الوادي ، وادي الذروة إلى الوقت ، وقت الذروة أو الوادي ، وما إلى ذلك باستخدام برامج الفرز حاليا برنامج ( Plexon). يتم فرز التموج استنادا إلى خصائص مماثلة حتى يتم متفاوت الطول الموجي من عصبون دون تداخل من آخر.
الشكل 6. تعديلا لجنة التنمية المستدامة الجانبي. الاتفاقية نفسها كما في الشكل 3A لكن أجرينا إجراء خلط أن يجمع بشكل عشوائي جديد CSD مصفوفة مع مواقع الاتصال مختلطة. ويستخدم هذا التحليل للتحقق من صحة أفضل مصدر الحبيبية بواسطة خلط المواقف القطب تاركا المجال الزماني دون تغيير. من هذه الأمثلة المعروضة على مر الزمن ، خلط الأسماء الكهربائي كدالة للعمق القشرية يدمر أي خصوصية الصفحي.
أصبحت متعددة الوحدات القياسية لتحليل تسجيلات كيفية الشبكات العصبية في القشرة ترميز المعلومات التحفيز. في ضوء التطورات الأخيرة في تكنولوجيا الكهربائي ، وتنفيذ أقطاب الصفحي تمكن وصفا غير مسبوق من الدوائر المحلية القشرية. على الرغم من تعدد القطب التسجيلات تقدم معلوم?...
الإعلان عن أي تضارب في المصالح.
وانغ يي ونحن نشكر للمناقشات وPojoga سورين لتدريب السلوكية. بدعم من برنامج EUREKA المعاهد الوطنية للصحة ، والمعهد الوطني للعيون ، وبرنامج علماء بيو ، جيمس س. ماكدونيل مؤسسة (VD) ، والمعاهد الوطنية للصحة الرؤية التدريب غرانت (BJH).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
اسم المعدات | شركة | فهرس العدد | تعليقات |
نان نظام microdrive | نان الآلات | NAN - S4 | الشكل 2. وهناك حاجة لاستخدام مشابك مخصصة للشباب تحت التحقيق. وتقدم كل شيء المذكورة مع استثناء من U - دقق في الصكوك NAN. |
المسمار microdrives | معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا آلة متجر | وينبغي أن كل ما هو قادر على تأمين أنبوب دليل الشبكة NAN يكون مناسبا. | |
أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ دليل | قطع صغيرة | B00137QHNS (1) أو B00137QHO2 (5) | هذه هي 60 في الطويلة وخفض لحجم في المختبر باستخدام الحفر ناحية DREMEL |
Plexon U - دقق | Plexon ، المؤتمر الوطني العراقي | PLX - UP - 16 - 25ED - 100 - SE - 360 - 25T - 500 | انظر U - دقق المواصفات المتوفرة في www.plexon.com انظر أيضا الشكل 1. |
الجدول 1. الأجهزة.
اسم البرنامج | شركة | الموقع | تعليقات |
NAN البرمجيات | NAN | http://www.naninstruments.com/DesignConcept.htm | الكمبيوتر واجهة يتطلب منفذ تسلسلي إضافية لاستيعاب النظام والأجهزة Plexon NAN |
فارز حاليا ، FPAlign ، PlexUtil ، برامج MATLAB | Plexon | # برامج http://www.plexon.com/downloads.html | تحت عنوان "حزم التثبيت" |
NeuroExplorer | NeuroExplorer | http://www.neuroexplorer.com/ | تحت عنوان "الموارد" |
CSDplotter النسخة 0.1.1 | كلاس H. بيترسون | http://arken.umb.no/ ~ klaspe / user_guide.pdf |
الجدول 2. البرمجيات.
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved