SN y AGZ fueron apoyados por los fondos VIRTUALAB PON 01-01297.

Declaración de Ética Para el estudio de cómo los estímulos sensoriales están representados por la actividad neuronal no hay alternativa a la utilización de los animales y el uso de un enfoque in vivo. Todos los animales han sido tratados a lo largo de las leyes italianas y europeas sobre el tratamiento de animales en la investigación científica (Comité de Bioética italiano, el Decreto Ley sobre el tratamiento de los animales en la investigación, 27 de enero 1992, n º 116). El Consejo Superior de Investigaciones Científicas, donde se han realizado los experimentos, se adhiere al Comité Internacional de Ciencia Animal de Laboratorio (ICLAS) en nombre de las Naciones Unidas, la Ciencia y Organizaciones Culturales (UNESCO), el Consejo de Organizaciones Internacionales de Ciencias Médicas (CIOMS ) y la Unión Internacional de Ciencias Biológicas (IUBS). Como tal, no se requería la aprobación específica del protocolo. La aprobación de la Secretaría de Salud se clasifica como &quot;Biella 1, 3/2011&quot; en los archivos de la Comisión de Ética de laUniversidad de Milán. 1. Preparación de los animales de experimentación <ol><li> Seleccione ratas macho de aproximadamente 300-400 g de tamaño. </li><li> Anestesiar las ratas para la preparación experimental. <ol><li> Inyectar por vía intraperitoneal una solución barbitúrico (pentobarbital, 50 mg / kg para inducción, 10 mg / kg para el mantenimiento). </li><li> Compruebe el nivel de anestesia por bajo umbral y de alto umbral estímulos mecánicos sobre una pata asegurar que no se produce el reflejo de retracción. </li><li> Prepare la piel del cráneo por el afeitado de la bóveda craneal con precisión y luego hacer una incisión para exponer la superficie craneal. </li><li> Canular la tráquea, por una cánula traqueal (diámetro interior de 2 mm y un diámetro exterior de 2,5 mm) que se fijan por la ligadura quirúrgica alrededor de la propia tráquea. </li><li> Lateralmente al segmento traqueal exponer la vena yugular y canular que la inserción de una cánula (PE10) conectada a una jeringa que se fijan por la ligadura quirúrgica alrededor del vaso. </li></ol></li><li> Monte la rata en un aparato estereotáxico. <ol><li> Fije el cuerpo de la rata y el lugar en una posición supina. </li><li> Fijar la cabeza con barras de oído y bloquear el hocico. Ponga una o dos gotas de anestésico local (lidocaína) en el oído de la rata antes de colocar las barras de oído. </li></ol></li><li> Regular la temperatura de la almohadilla estereotáxica por un cojín de la calefacción con control electrónico, manteniendo la temperatura a 37,5 ° C. </li><li> Conecte el tubo traqueal para el aparato de anestesia respiratoria. <ol><li> Ajuste el dispositivo de anestesia respiratoria a 1 carrera / s entrega de isoflurano (2,5% 0,4-0,8 L / min) y O 2 (0.15-0.2 L / min). </li></ol></li><li> Limpie cuidadosamente la bóveda craneal por un antiséptico tópico de povidona yodada. </li><li> Tome un bisturí estéril y cortado longitudinalmente en la línea media de la base de la boca hasta el ángulo del hueso occipital. <ol><li> Divaricate de las fronteras de la herida por un retractor y fijarlos por dos pequeñas pinzas cocker aplicado to los bordes de la herida. </li><li> Identificar el periostio señalando una luz sobre una bóveda de cráneo observando la superficie translúcida. Rayar cuidadosamente la bóveda de extracción de huesos el periostio y la exposición de la superficie del hueso. </li><li> Proporcionar la hemostasia con una punta de algodón o una esponja quirúrgica sobre la superficie del hueso si hemorragias focales aparecen sobre el hueso. </li></ol></li><li> Con una pluma de punta fina, identificar el punto bregma estereotáctica en el punto de cruce de las suturas mediosagittal y coronal. <ol><li> Bajo el control microscopio quirúrgico, identificar el área estereotáctica (S1HL) que recubre la corteza somatosensorial contralateral a la pata posterior utilizado para el experimento (bregma, AP -0,5 a 1,2 mm, LL -2,3 a 2,5 mm). </li></ol></li><li> Con una pluma de punta fina dibujar el perímetro de la plaza que delimita el orificio a perforar. <ol><li> Perforar un agujero de 9 mm 2 en el cuadro azul identificado previamente la eliminación de las baldosas ósea. </li><li> Limpiar y absorber hemorragias óseas potenciales. </li&gt; <li> Retire cuidadosamente la duramadre y cubrir la superficie cortical con una esponja quirúrgica empapada en líquido cefalorraquídeo artificial mantenida a 37,5 ° C. </li></ol></li><li> Fijar la matriz de electrodos a un soporte conectado a un micromanipulador electrónico. <ol><li> Conecte el jefe de la matriz para el preamplificador por un microconector. </li><li> Unidad manualmente la matriz de electrodos (bajo control microscopio quirúrgico) hasta la superficie cortical (sin tocarlo). </li><li> Encienda los amplificadores con señal auditiva. </li><li> Conduce, por el control electrónico, se llega a la matriz de electrodos tocar la superficie cortical hasta que el contacto, señalado por un cambio de sonido del ruido claro. </li><li> Tire hacia abajo de la matriz de electrodos en pasos controlados electrónicamente (2 m / paso) hasta que se alcanza una profundidad de 350-400 m (capa cortical IV). </li><li> Compruebe la capacidad de respuesta de las neuronas por toques de luz en la pata posterior contralateral. </li><li>Ajuste la profundidad de unos pasos más hasta que se observe una respuesta clara clavar. </li><li> Paralyze la rata por thriethiodide Galamina intravenosa (20 mg / kg / h). Use las dosis refractadas a través del experimento para mantener los niveles curarización (0,2 ml / 1 hora). </li></ol></li></ol> 2. Tratamiento de Señales <ol><li> Ajuste el filtro de paso de banda de software para [0,1 6000] Hz. <ol><li> Registrar las señales neuronales de la matriz de microelectrodos 8 canales muestreados a 32 kHz. </li></ol></li><li> Después de que termina la adquisición, exportar las señales grabadas en un formato binario adecuado para el procesamiento posterior. <ol><li> Realice el procedimiento de pico de clasificación por medio de la caja de herramientas Wave_clus 11. </li></ol></li></ol> 3. Fabricación y configuración del dispositivo de estimulación <ol><li> Montar un tallo de cactus (con punta roma) ortogonalmente a la superficie de un altavoz de rango medio pegar la base del tallo de la tapa. </li><li> Programe unmicrocontrolador para entregar pulsos de voltaje a un circuito controlador para el altavoz. <ol><li> Programar el microcontrolador para entregar dos pares de pulsos de corriente por segundo (ver Figura 1 C). </li></ol></li><li> Monte el altavoz y el microcontrolador mediante un L293D h-puente con componentes pasivos básicos (véase la Figura 1A). </li><li> Conectar el microcontrolador a una batería recargable 12 V. </li></ol> 4. Protocolo de Estimulación <ol><li> Pegue la cara dorsal de la pata trasera de un marco sólido, exponiendo la superficie volar y evitar torsiones articulares. </li><li> Coloque la punta del dispositivo de estimulación sobre la posición de las extremidades / pata deseado. </li><li> Encienda el dispositivo de estimulación. </li></ol> Desconectado pasos: 5. La evaluación de las respuestas de Spike <ol><li> Para cada neurona registrada, calcular la Información Mutua Shannon (MI) del estímulo evocado actividad del enriquecimiento (estímulo categoría es o bien 1, estímulo, o 0, ningún estímulo). <ol><li> Estimar la probabilidad de respuesta condicional p (r | s), donde s representa la categoría de estímulo y r representa el número de espigas emitidos dentro de una ventana de tiempo fijo. </li><li> Corrija el estimado MI utilizando el procedimiento descrito barajar 9. </li></ol></li></ol> 6. La evaluación de las respuestas del LFP <ol><li> Se filtra la señal grabada en la gama de frecuencias [0,1 100] Hz con el fin de obtener la señal de LFP </li><li> Calcular LFPSNR, una medida de la capacidad de respuesta del LFP, como se explica en la referencia 10. </li></ol> 7. Modelo de estimación <ol><li> Generar un modelo de la forma <img alt="" fo:content-width="2in" height="24" src="/files/ftp_upload/50941/50941eq1.jpg" width="155" /> donde las x argumentos representan tres características diferentes (LFP x 1 de la propia LFP, &lt;<html> em&gt; x 2 su derivado y x 3 la fase de Hilbert de su derivado) y F se expresa como sigue <img alt="" fo:content-width="2in" height="57" src="/files/ftp_upload/50941/50941eq2.jpg" width="187" /> los coeficientes G son los pesos de una combinación lineal y F es un operador que toma, ya sea el valor absoluto, la potencia o el valor original de cada x i. </li><li> Utilice el algoritmo NSGAII para estimar los parámetros del modelo y operadores usando los tres objetos siguientes: i) a nivel local, base del juicio a prueba, medida de ajuste <img alt="" fo:content-width="2in" height="40" src="/files/ftp_upload/50941/50941eq3.jpg" width="149" /> , Donde N y N sp r representan, respectivamente, los picos en general cuentan y la longitud del vector de respuesta; ii) una medida global de ajuste basado en el promedio de respuestaad/50941/50941eq4.jpg &quot;width =&quot; 205 &quot;/&gt; donde N resp representa la longitud de la respuesta media; iii) una medida de la complejidad del modelo (véase también) 10 <img alt="" fo:content-width="2in" height="23" src="/files/ftp_upload/50941/50941eq5.jpg" width="161" /> . </li></ol> 8. La confirmación histológica <ol><li> Sacrificar la rata. <ol><li> Al final de grabaciones experimentales, poner el animal bajo anestesia profunda gaseoso (isoflurano 2%, 4 L / min) y inyectar por vía intravenosa una sobredosis de barbitúricos (&gt; 50 mg / kg, pentobarbital). </li><li> Espere el arresto cardíaco. </li><li> Desmonte la rata del aparato estereotáxico </li></ol></li><li> Perfusión. <ol><li> Coloque la rata que pone sobre una rejilla en una palangana para recoger la sangre y los fluidos de la perfusión. </li><li> Abra el tórax mediante la disección del esternón separarse de las inserciones costales. </li><li> Bloquee el proceso xifoides esternal con una pinza cocker y cr vuelcoanially el esternón y divaricate las costillas sobre el corazón. </li><li> Identificar el ventrículo izquierdo y la aurícula derecha, coloque una aguja de punta embotada calibre nueve (conectado a la cánula de perfusión) en el ventrículo y abrir con tijeras finas quirúrgicos de la aurícula derecha. </li><li> Iniciar la perfusión con solución fría (4 ° C) heparinizada fisiológica (250 ml) seguido de la perfusión de una solución de formalina al 4% (250 ml). </li></ol></li><li> Extraer el cerebro contra el cráneo con la apertura de la bóveda craneal con unas pinzas adecuadas y colocar el cerebro en una solución de formalina al 10%. </li><li> Después de una semana, preparar los cortes histológicos por un microtomo (10 micras de espesor). </li><li> Teñir el cerebro secciones coronal y sagital con una solución de violeta de cresilo. </li></ol>

<ol>
	<li>Pesaran, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Uncovering+the+Mysterious+Origins+of+Local+Field+Potentials.">Uncovering the Mysterious Origins of Local Field Potentials.</a> Neuron. 61 (1-2), (2009).</li><li>Delmas, P., Hao, J., Rodat-Despoix, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+Mechanisms+of+Mechanotrasduction+in+Mammalian+Sensory+Neurons.">Molecular Mechanisms of Mechanotrasduction in Mammalian Sensory Neurons.</a> Nat. Rev. Neurosci. 12, 139-153 (2011).</li><li>Rasch, M. J., Gretton, A., Murayama, Y., Maass, W., Logothetis, N. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Inferring+spike+trains+from+local+field+potentials.">Inferring spike trains from local field potentials.</a> J. Neurophys. 99 (3), 1461-1476 (2008).</li><li>Galindo-Leon, E. E., Liu, R. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Predicting+stimulus-locked+single+unit+spiking+from+cortical+local+field+potentials.">Predicting stimulus-locked single unit spiking from cortical local field potentials.</a> J. Comput. Neurosci. 29 (3), 581-597 (2010).</li><li>Theunissen, F. E., David, S. V., Singh, N. C., Hsu, A., Vinje, W. E., Gallant, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Estimating+spatio-temporal+receptive+fields+of+auditory+and+visual+neurons+from+their+responses+to+natural+stimuli.">Estimating spatio-temporal receptive fields of auditory and visual neurons from their responses to natural stimuli.</a> Network. 12 (3), 289 (2001).</li><li>Victor, J. D., Purpura, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Metric-space+analysis+of+spike+trains:+theory,+algorithms,+and+application.">Metric-space analysis of spike trains: theory, algorithms, and application.</a> Network. 8, 127-164 (1997).</li><li>Foffani, G., Chapin, J. K., Moxon, K. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Computational+Role+of+Large+Receptive+Fields+in+the+Primary+Somatosensory+Cortex.">Computational Role of Large Receptive Fields in the Primary Somatosensory Cortex.</a> J. Neurophysiol. 100 (1), 268-280 (2008).</li><li>Panzeri, S., Senatore, R., Montemurro, M. A., Petersen, R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Correcting+for+the+sampling+bias+problem+in+spike+train+information+measures.">Correcting for the sampling bias problem in spike train information measures.</a> J. Neurophysiol. 98, 1064-1072 (2007).</li><li>Storchi, R., Zippo, A. G., Caramenti, G. C., Valente, M., Biella, G. E. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Predicting+Spike+Occurrence+and+Neuronal+Responsiveness+from+LFPs+in+Primary+Somatosensory+Cortex.">Predicting Spike Occurrence and Neuronal Responsiveness from LFPs in Primary Somatosensory Cortex.</a> PLoS ONE. 7 (5), (2012).</li><li>Quiroga, R. Q., Nadasdy, Z., Ben-Shaul, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Unsupervised+Spike+Detection+and+Sorting+with+Wavelets+and+Superparamagnetic+Clustering.">Unsupervised Spike Detection and Sorting with Wavelets and Superparamagnetic Clustering.</a> Neural Comput. 16, 1661-1687 (2004).</li><li>Deb, K., Agrawal, A., Pratab, A., Meyarivan, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+fast+elitist+non-dominated+sorting+genetic+algorithm+for+multi-objective+optimization:+NSGA-II+IEEE.">A fast elitist non-dominated sorting genetic algorithm for multi-objective optimization: NSGA-II IEEE.</a> Trans. Evol. Comput. 6 (2), 181-197 (2000).</li></ol>

Los autores declaran no tener intereses financieros en competencia.

Este trabajo presenta en primer lugar una nueva, simple y de bajo costo dispositivo permite ofrecer estímulos sensoriales rápidas y espacialmente puntuales. A continuación, un emparejado protocolo de estimulación de impulsos aleatorios y un conjunto de análisis computacional fueron validados. El objetivo general es establecer un marco para la estimación de las relaciones LFP-pico en los registros electrofisiológicos durante la estimulación táctil. El dispositivo, el protocolo y el e...

En el contexto de la señal de procesamiento de la respuesta de impulso proporciona una caracterización fundamental del comportamiento de un sistema dinámico. Aunque el estímulo impulso ideal no es prácticamente factible, es posible obtener una aproximación razonable de la misma mediante el uso de un elemento actuador que genera desplazamientos de alta frecuencia. Este tipo de luz de estimulación táctil-vibratoria se sabe que centrarse tanto en lo profundo de la piel (por ejemplo, la respuesta rápida, la adaptación rápida corpúsculos de Pacini) 2 y los receptores superficiales (por ejemplo, bajo umbral de adaptación lenta estructuras discoidales Merkel) 2. Dispositivos de estimulación actuales, actuadores piezoeléctricos principalmente, están acusados ​​de una serie de inconvenientes, no por ello menos resonancias y pequeños desplazamientos. Para superar estas deficiencias, una implementación alternativa de estimulación de impulso-como se propone mediante el uso de una punta roma (una punta de cactus suavizado en nuestro caso) en posición verticalmontado en el centro de la membrana de un cono del altavoz de gama media. Esto proporciona la ventaja de desplazamientos más grandes y más amplio espectro de frecuencias. Una aplicación eficaz de un dispositivo de este tipo era el estudio del problema neurofisiológico correspondiente de la LFPs a los picos de dependencia. Debido a la asociación temporal sutil entre estos eventos eléctricos se necesita un dispositivo regulado finamente para la entrega de los estímulos periféricos. Los estímulos tenían que ser tan rápido y espacialmente selectiva como sea posible con el fin de reducir el &quot;ruido de fondo&quot; y afilar las señales de interés. Para este propósito, el dispositivo de estimulación y el protocolo de entrega de estímulo fueron optimizados de forma conjunta para la tarea. En este trabajo se describe la técnica y se presentan algunos resultados representativos. Un protocolo de estimulación basado en-pares de pulsos aleatorios ha sido diseñado y optimizado con el fin de evitar la habituación. Este protocolo ofrece la ventaja de la pareja clásicaed pulsos y la reducción de la posibilidad de bloqueo espuria entre los estímulos y las explosiones periódicas espontáneas de la actividad neuronal. Al utilizar este aleatorizados a dos pulsos se pudo obtener respuestas LFP y pico rápidos y fiables y para capturar la característica especial de estas respuestas relacionadas con la dependencia de ambos LFPs y picos en la historia de la estimulación. De hecho, a partir de las respuestas del LFP primas, un conjunto de tres LFP características (la propia LFP, la LFP primera derivada y la fase de la primera derivada) correlacionar fuertemente con la respuesta promedio pico, también se extrajo. Se han propuesto algunos métodos para ajustar los modelos que predicen los picos de LFPs 3,4. En general un punto crítico del proceso de ajuste del modelo, común también a la predicción de eventos pico de la señal de estímulo, lo constituye la elección adecuada de la función objetivo de maximizar / minimizar. Si bien una serie de funciones objetivo ha sido propuestad (por ejemplo, la correlación y coherencia) 5 ninguno de ellos capta de forma conjunta toda la complejidad de las respuestas pico. De acuerdo con ello, se introduce un nuevo marco basado en la optimización multi-objetivo. Se demuestra que mediante el uso de la propuesta ideada y este marco computacional es posible estimar un conjunto de modelos de predicción basado en LFP fuerte para clavar las relaciones.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1204">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:313px;">Microstepper</td>
			<td style="width:348px;">AB Transvertex (Stockholm, Sweden)</td>
			<td style="width:119px;"> </td>
			<td style="width:424px;">The microstepper used to pull down the electrode matrix</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:313px;">32 channels Cheetah System</td>
			<td style="width:348px;">Neuralynx (MT, USA)</td>
			<td style="width:119px;"> </td>
			<td>The electrophysiological recording system</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">L293D h-bridge</td>
			<td style="width:348px;">RS Components (Cinisello Balsamo, Italy)</td>
			<td style="width:119px;"> </td>
			<td>The bridge used to connect the microcontroller to the speaker</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">H21A3 Optical Interrupter Switch</td>
			<td style="width:348px;">Fairchild Semiconductor Corporation (San Jose, California)</td>
			<td style="width:119px;"> </td>
			<td>The phototransistor used to estabilish the tip displacement</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:313px;">Arduino Uno</td>
			<td style="width:348px;">Arduino (Duemilanove, Italy)</td>
			<td style="width:119px;"> </td>
			<td>The microcontroller used to deliver current pulse to the speaker</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:313px;">Microelectrode Matrices GB1</td>
			<td style="width:348px;">FHC</td>
			<td style="width:119px;"> </td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:313px;">Isoflurane</td>
			<td style="width:348px;">Rhodia Organique Fine Ltd.</td>
			<td style="width:119px;"> </td>
			<td>The anaestetic used to prepare animals</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:313px;">Stereotaxic apparatus</td>
			<td style="width:348px;">Narishighe (Tokyo, Japan)</td>
			<td style="width:119px;"> </td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:313px;">Sprague-Dawley male rats</td>
			<td style="width:348px;">Charles River (Calco, LC, Italy)</td>
			<td style="width:119px;"> </td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:313px;">Gallamine thriethiodide</td>
			<td style="width:348px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;"> </td>
			<td>The compound used to curarize the animals</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:313px;">Cresyl violet</td>
			<td style="width:348px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;"> </td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:313px;">Topical antiseptics (Betadine 10%)</td>
			<td style="width:348px;">Meda Pharma (Milanm Italy)</td>
			<td style="width:119px;"> </td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:313px;">Heparine</td>
			<td style="width:348px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;"> </td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:313px;">Formaldehyde</td>
			<td style="width:348px;">Carlo Erba Reagents (Pomigliano Milanese, Milan, Italy)</td>
			<td style="width:119px;"> </td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a simple stimulatory device for evoking point-like tactile stimuli: a searchlight for lfp to spike transitions

Investigación neurofisiológica actual tiene el objetivo de desarrollar metodologías para investigar la ruta de señal de neurona a neurona, es decir, en las transiciones de los picos a los potenciales de campo locales (LFPS) y desde LFPs a los picos. LFPs tienen una compleja dependencia actividad pico y su relación aún es poco conocido 1. El esclarecimiento de estas relaciones de señal sería de gran ayuda tanto para el diagnóstico clínico (por ejemplo, los paradigmas de estimulación para la estimulación cerebral profunda) y para una comprensión más profunda de las estrategias de codificación neural en condiciones normales y patológicas (por ejemplo, epilepsia, enfermedad de Parkinson, dolor crónico). Para ello, hay que resolver los problemas técnicos relacionados con los dispositivos de estimulación, los paradigmas de estimulación y análisis computacional. Por lo tanto, un dispositivo de estimulación medida fue desarrollado con el fin de ofrecer estímulos bien regulados en el espacio y el tiempo, que no incurren en resonancia mecánica. Posteriormente,como un ejemplo, se extrajo un conjunto de relaciones LFP-pico fiables. El rendimiento del dispositivo fue investigado por las grabaciones extracelulares, los picos de forma conjunta y respuestas LFP a los estímulos aplicados, de la rata corteza somatosensorial primaria. Entonces, por medio de una estrategia de optimización multi-objetivo, se estimó un modelo predictivo para la ocurrencia pico basado en LFPs. La aplicación de este paradigma muestra que el dispositivo se adapta adecuadamente para ofrecer una alta frecuencia de estimulación táctil, superando actuadores piezoeléctricos comunes. Como una prueba de la eficacia del dispositivo, se presentaron los siguientes resultados: 1) el momento y la confiabilidad de las respuestas LFP también coinciden con las respuestas de pico, 2) LFPs son sensibles a la estimulación de la historia y capturar no sólo el promedio de respuesta, sino también la -juicio-a juicio fluctuaciones en la actividad pico y, por último, 3) mediante el uso de la LFP señalan que es posible estimar un rango of modelos predictivos que captan los diferentes aspectos de la actividad pico.

Características de excursiones Consejo Para la caracterización de las propiedades dinámicas del dispositivo de estimulación de propuesta, una serie de experimentos se establecieron. Se utilizó un dispositivo específico que consiste en un arseniuro de galio Diodo emisor infrarrojos junto con un fototransistor de silicio para evaluar el desplazamiento de su punta, la duración del desplazamiento y los posibles retrasos de desplazamiento. Por medio de este conmutador interruptor óptico colo...

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A Simple Stimulatory Device for Evoking Point-like Tactile Stimuli: A Searchlight for LFP to Spike Transitions

Para dilucidar la compleja transición de potenciales de campo locales (LFPS) a los picos de un estimulador adecuado para estímulos periféricos mecánicos ligeros fue construido. Como una aplicación, las actividades Rematar grabados desde la corteza somatosensorial se analizaron mediante una estrategia de optimización multi-objetivo. Los resultados demostraron que el estimulador propuesto fue capaz de entregar estímulos táctiles con milisegundo y milímetros precisiones.

Un dispositivo estimulador simple para Evocando Point-como estímulos táctiles: A Searchlight para LFP a Spike Transiciones

Current neurophysiological research has the aim to develop methodologies to investigate the signal route from neuron to neuron, namely in the transitions ...

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Video: A Simple Stimulatory Device for Evoking Point-like Tactile Stimuli: A Searchlight for LFP to Spike Transitions

A Simple Composite Phenotype Scoring System for Evaluating Mouse Models of Cerebellar Ataxia

We describe a protocol for the rapid and sensitive quantification of disease severity in mouse models of cerebella ataxia. It is derived from previously published phenotype assessments in several disease models, including spinocerebellar ataxias, Huntington s disease and spinobulbar muscular atrophy. Measures include hind limb clasping, ledge test, gait and kyphosis. Each measure is recorded on a scale of 0-3, with a combined total of 0-12 for all four measures. The results effectively discriminate between affected and non-affected individuals, while also quantifying the temporal progression of neurodegenerative disease phenotypes. Measures may be analyzed individually or combined into a composite phenotype score for greater statistical power. The ideal combination of the four described measures will depend upon the disorder in question. We present an example of the protocol used to assess disease severity in a transgenic mouse model of spinocerebellar ataxia type 7 (SCA7).
Albert R. La Spada and Gwenn A. Garden contributed to this manuscript equally.

We describe a protocol for the rapid and sensitive quantification of disease severity in mouse models of cerebellar ataxia. Measures include hind limb clasping, ledge test, gait and kyphosis. This protocol effectively discriminates between affected and non-affected individuals, and detects the progression of affected individuals over time.

A simple fenotipo compuesto el sistema de puntaje para la evaluación de modelos de ratón de Ataxia cerebelosa

We describe a protocol for the rapid and sensitive quantification of disease severity in mouse models of cerebella ataxia. It is derived from previously ...

Investigación

Neurociencias

The Vermicelli and Capellini Handling Tests: Simple quantitative measures of dexterous forepaw function in rats and mice

Previous characterizations of rodent eating behavior have revealed that they use coordinated forepaw movements to manipulate food pieces. We have extended upon this work to develop a simple quantitative measure of forepaw dexterity that is sensitive to lateralized impairments and age-dependent changes. Rodents learn skillful forepaw and digit movements to manage thin pasta pieces, which they eagerly consume. We have previously described methods for quantifying vermicelli handling in rats and showed that the measures are very sensitive to forelimb impairments resulting from unilateral ischemic lesions, middle cerebral artery occlusions and unilateral striatal dopamine depletion [Allred, R.P., Adkins, D.L., Woodlee, M.T., Husbands, L.C., Maldonado M.A., Kane, J.R., Schallert, T. &amp; Jones, T.A. The Vermicelli Handling Test: a simple quantitative measure of dexterous forepaw function in rats. J. Neurosci. Methods 170, 229-244 (2008)]. Here we present a more detailed protocol for this test in rats and compare it with a newly developed version for mice, the Capellini Handling Test. Rats and mice are videotaped while handling short lengths of uncooked vermicelli or capellini pasta, respectively, with a camera positioned to optimize the view of paw movements. Slow motion video playback allows for the identification of forepaw adjustments, defined as any distinct removal and replacement of the paw, or of any number of digits, on the pasta piece after eating commences. Forepaw adjustments per piece are averaged over trials per each testing session. Repeated testing permits sensitive quantitative analysis of changes in forepaw dexterity over time. Protocols for pre-testing habituation and handling practice, as well as procedures for characterizing atypical handling patterns, are described. Because rats and mice perform the pasta handling tests slightly differently, species-specific differences in administration and scoring of these tests are highlighted. All animal use was in accordance with protocols approved by the University of Texas at Austin Animal Care and Use Committee.

The Vermicelli and Capellini Handling Tests of forepaw dexterity take advantage of the natural inclination of rodents to manipulate food items using skillful forepaw and digit movements. Animals are videotaped while handling short strands of uncooked dry pasta. Slow motion video playback allows for the quantification of forepaw adjustments.

El grano y Pruebas de Manejo de Capellini: Simple medidas cuantitativas de la función de las patas delanteras diestro en ratas y ratones

Previous characterizations of rodent eating behavior have revealed that they use coordinated forepaw movements to manipulate food pieces. We have extended ...

The NeuroStar TMS Device: Conducting the FDA Approved Protocol for Treatment of Depression

The Neuronetics NeuroStar Transcranial Magnetic Stimulation (TMS) System is a class II medical device that produces brief duration, pulsed magnetic fields. These rapidly alternating fields induce electrical currents within localized, targeted regions of the cortex which are associated with various physiological and functional brain changes.1,2,3
In 2007, O'Reardon et al., utilizing the NeuroStar device, published the results of an industry-sponsored, multisite, randomized, sham-stimulation controlled clinical trial in which 301 patients with major depression, who had previously failed to respond to at least one adequate antidepressant treatment trial, underwent either active or sham TMS over the left dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC). The patients, who were medication-free at the time of the study, received TMS five times per week over 4-6 weeks.4
The results demonstrated that a sub-population of patients (those who were relatively less resistant to medication, having failed not more than two good pharmacologic trials) showed a statistically significant improvement on the Montgomery-Asberg Depression Scale (MADRS), the Hamilton Depression Rating Scale (HAMD), and various other outcome measures. In October 2008, supported by these and other similar results5,6,7, Neuronetics obtained the first and only Food and Drug Administration (FDA) approval for the clinical treatment of a specific form of medication-refractory depression using a TMS Therapy device (FDA approval K061053).
In this paper, we will explore the specified FDA approved NeuroStar depression treatment protocol (to be administered only under prescription and by a licensed medical profession in either an in- or outpatient setting).

In this article, we examine the methodology and considerations relevant to the FDA approved depression treatment protocol using the Neuronetics NeuroStar TMS device.

El dispositivo de TMS NeuroStar: Realización de la FDA aprobó el Protocolo para el tratamiento de la depresión

The Neuronetics NeuroStar Transcranial Magnetic Stimulation (TMS) System is a class II medical device that produces brief duration, pulsed magnetic ...

A Simple Way to Measure Ethanol Sensitivity in Flies

Low doses of ethanol cause flies to become hyperactive, while high doses are sedating. The sensitivity to ethanol-induced sedation of a given fly strain is correlated with that strain s ethanol preference, and therefore sedation is a highly relevant measure to study the genetics of alcohol responses and drinking. We demonstrate a simple way to expose flies to ethanol and measure its intoxicating effects. The assay we describe can determine acute sensitivity, as well as ethanol tolerance induced by repeat exposure. It does not require a technically involved setup, and can therefore be applied in any laboratory with basic fly culture tools.

A simple assay to measure the sedating effects of ethanol on Drosophila flies, based on the loss of righting reflex, is described.

Una manera sencilla de medir la sensibilidad de etanol en las moscas

Low doses of ethanol cause flies to become hyperactive, while high doses are sedating. The sensitivity to ethanol-induced sedation of a given fly strain ...

Ex utero Electroporation and Whole Hemisphere Explants: A Simple Experimental Method for Studies of Early Cortical Development

Cortical development involves complex interactions between neurons and non-neuronal elements including precursor cells, blood vessels, meninges and associated extracellular matrix. Because they provide a suitable organotypic environment, cortical slice explants are often used to investigate those interactions that control neuronal differentiation and development. Although beneficial, the slice explant model can suffer from drawbacks including aberrant cellular lamination and migration. Here we report a whole cerebral hemisphere explant system for studies of early cortical development that is easier to prepare than cortical slices and shows consistent organotypic migration and lamination. In this model system, early lamination and migration patterns proceed normally for a period of two days in vitro, including the period of preplate splitting, during which prospective cortical layer six forms. We then developed an ex utero electroporation (EUEP) approach that achieves ~80% success in targeting GFP expression to neurons developing in the dorsal medial cortex.
The whole hemisphere explant model makes early cortical development accessible for electroporation, pharmacological intervention and live imaging approaches. This method avoids the survival surgery required of in utero electroporation (IUEP) approaches while improving both transfection and areal targeting consistency. This method will facilitate experimental studies of neuronal proliferation, migration and differentiation.

Ex utero Electroporation and Whole Hemisphere Explants: A Simple Experimental Method for Studies of Early Cortical Development

This protocol describes an improved explant procedure that involves ex utero electroporation, dissection and culture of entire cerebral hemispheres from the embryonic mouse. The preparation facilitates pharmacological studies and assays of gene function during early cortical development.

Ex utero electroporación y explantes enteros hemisferio: un método simple Experimental de Estudios del Desarrollo Cortical Temprana

Cortical development involves complex interactions between neurons and non-neuronal elements including precursor cells, blood vessels, meninges and ...

Visualizing the Effects of a Positive Early Experience, Tactile Stimulation, on Dendritic Morphology and Synaptic Connectivity with Golgi-Cox Staining

To generate longer-term changes in behavior, experiences must be producing stable changes in neuronal morphology and synaptic connectivity. Tactile stimulation is a positive early experience that mimics maternal licking and grooming in the rat. Exposing rat pups to this positive experience can be completed easily and cost-effectively by using highly accessible materials such as a household duster. Using a cross-litter design, pups are either stroked or left undisturbed, for 15 min, three times per day throughout the perinatal period. To measure the neuroplastic changes related to this positive early experience, Golgi-Cox staining of brain tissue is utilized. Owing to the fact that Golgi-Cox impregnation stains a discrete number of neurons rather than all of the cells, staining of the rodent brain with Golgi-Cox solution permits the visualization of entire neuronal elements, including the cell body, dendrites, axons, and dendritic spines. The staining procedure is carried out over several days and requires that the researcher pay close attention to detail. However, once staining is completed, the entire brain has been impregnated and can be preserved indefinitely for ongoing analysis. Therefore, Golgi-Cox staining is a valuable resource for studying experience-dependent plasticity.

This paper describes the procedures for tactile stimulation of rat pups and subsequent Golgi-Cox staining of neuronal morphology. Tactile stimulation is a positive experience that is administered in the perinatal period by stroking pups with a household duster. Golgi-cox staining is a reliable procedure permitting the visualization of entire neurons.

Visualización de los Efectos de una experiencia inicial positiva, Estímulo Táctil, sobre dendríticas morfología sináptica y la conectividad con Golgi-Cox tinción

To generate longer-term changes in behavior, experiences must be producing stable changes in neuronal morphology and synaptic connectivity. Tactile ...

A Simple Behavioral Assay for Testing Visual Function in Xenopus laevis

Measurement of the visual function in the tadpoles of the frog, Xenopus laevis, allows screening for blindness in live animals. The optokinetic response is a vision-based, reflexive behavior that has been observed in all vertebrates tested. Tadpole eyes are small so the tail flip response was used as alternative measure, which requires a trained technician to record the subtle response. We developed an alternative behavior assay based on the fact that tadpoles prefer to swim on the white side of a tank when placed in a tank with both black and white sides. The assay presented here is an inexpensive, simple alternative that creates a response that is easily measured. The setup consists of a tripod, webcam and nested testing tanks, readily available in most Xenopus laboratories. This article includes a movie showing the behavior of tadpoles, before and after severing the optic nerve. In order to test the function of one eye, we also include representative results of a tadpole in which each eye underwent retinal axotomy on consecutive days. Future studies could develop an automated version of this assay for testing the vision of many tadpoles at once.

A Simple Behavioral Assay for Testing Visual Function in Xenopus laevis

Xenopus laevis tadpoles prefer swimming on the white side of a black/white tank. This behavior is guided by their vision. Based on this behavior, we present a simple assay to test the visual function of tadpoles.

Un ensayo de comportamiento simple para Pruebas de función visual en<em&gt; Xenopus laevis</em

Measurement of the visual function in the tadpoles of the frog, Xenopus laevis, allows screening for blindness in live animals. The optokinetic response ...

A Simple Alternative to Stereotactic Injection for Brain Specific Knockdown of miRNA

MicroRNAs (miRNAs) are key regulators of gene expression. In the brain, vital processes like neurodevelopment and neuronal functions depend on the correct expression of microRNAs. Perturbation of microRNAs in the brain can be used to model neurodegenerative diseases by modulating neuronal cell death. Currently, stereotactic injection is used to deliver miRNA knockdown agents to specific location in the brain. Here, we discuss strategies to design antagomirs against miRNA with locked nucleotide modifications (LNA). Subsequently describe a method for brain specific delivery of antagomirs, uniformly across different regions of the brain. This method is simple and widely applicable since it overcomes the surgery, associated injury and limitation of local delivery in stereotactic injections. We prepared a complex of neurotropic, cell-penetrating peptide Rabies Virus Glycoprotein (RVG) with antagomir against miRNA-29 and injected through tail vein, to specifically deliver in the brain. The antagomir design incorporated features that allow specific targeting of the miRNA and formation of non-covalent complexes with the peptide. The knock-down of the miRNA in neuronal cells, resulted in apoptotic cell death and associated behavioural defects. Thus, the method can be used for acute models of neuro-degeneration through the perturbation of miRNAs.

MicroRNAs play crucial roles in the brain and are potential targets for modeling neuro-degeneration. However, perturbing miRNA levels is challenging due to the short length of miRNA and inaccessibility of the brain tissue. This video presents a method for antagomir design and brain specific delivery using a neuropeptide in mice.

Una alternativa sencilla para inyección estereotáctica para el Cerebro Derribo específico de miARN

MicroRNAs (miRNAs) are key regulators of gene expression.  In the brain, vital processes like neurodevelopment and neuronal functions depend on the ...

A Simple Flight Mill for the Study of Tethered Flight in Insects

Flight in insects can be long-range migratory flights, intermediate-range dispersal flights, or short-range host-seeking flights. Previous studies have shown that flight mills are valuable tools for the experimental study of insect flight behavior, allowing researchers to examine how factors such as age, host plants, or population source can influence an insects' propensity to disperse. Flight mills allow researchers to measure components of flight such as speed and distance flown. Lack of detailed information about how to build such a device can make their construction appear to be prohibitively complex. We present a simple and relatively inexpensive flight mill for the study of tethered flight in insects. Experimental insects can be tethered with non-toxic adhesives and revolve around an axis by means of a very low friction magnetic bearing. The mill is designed for the study of flight in controlled conditions as it can be used inside an incubator or environmental chamber. The strongest points are the very simple electronic circuitry, the design that allows sixteen insects to fly simultaneously allowing the collection and analysis of a large number of samples in a short time and the potential to use the device in a very limited workspace. This design is extremely flexible, and we have adjusted the mill to accommodate different species of insects of various sizes.

Flight in insects is influenced by a number of factors and the propensity to disperse is an important variable in understanding insect ecology and biological control strategies. We describe the construction and use of a simple, relatively inexpensive, and flexible flight mill for measuring parameters of tethered flight in insects.

Un simple molino de Vuelo para el Estudio de Atado en vuelo Insectos

Flight in insects can be long-range migratory flights, intermediate-range dispersal flights, or short-range host-seeking flights. Previous studies have ...

A Simple Approach to Induce Experimental Autoimmune Neuritis in C57BL/6 Mice for Functional and Neuropathological Assessments

Experimental autoimmune neuritis (EAN) is a well-appreciated experimental model of autoimmune peripheral demyelinating diseases. EAN disease is induced by immunizing mice with neurogenic peptides to direct an inflammatory attack toward components of the peripheral nervous system (PNS). Recent advances have enabled the induction of EAN in the relatively resistant C57BL/6 mouse line using myelin protein zero (P0)106-125 or P0180-199 peptides delivered in adjuvant combined with the injection of pertussis toxin. The ability to induce EAN in the C57BL/6 strain allows for the use of the numerous genetic tools that exist on this mouse background, and thus allows the sophisticated study of disease pathogenesis and interrogation of the mechanistic action of novel therapeutics in combination with transgenic approaches. In this study, we demonstrate a simple approach to successfully induce EAN using the P0180-199 peptide in C57BL/6 mice. We also outline a protocol for the assessment of functional deficits that occur in this model, accompanied by an array of neuropathological features. Thus, this model is a powerful experimental model to study the pathogenesis of human peripheral demyelinating neuropathies, and to determine the efficacy of potential therapies that aim to promote myelin repair and protect against nerve damage in autoimmune neuritis.

This report outlines a simple approach to successfully induce experimental autoimmune neuritis (EAN) using the myelin protein zero (P0)180-199 peptide in combination with Freund&#39;s complete adjuvant and pertussis toxin. We present a sophisticated paradigm capable of accurately assessing the extent of functional deficits and neuropathology that occur in this EAN.

Un enfoque Simple para inducir Neuritis Autoinmune Experimental en ratones C57BL/6 para las evaluaciones funcionales y Neuropathological

Experimental autoimmune neuritis (EAN) is a well-appreciated experimental model of autoimmune peripheral demyelinating diseases. EAN disease is induced by ...