Name: a simple stimulatory device for evoking point-like tactile stimuli: a searchlight for lfp to spike transitions
Uploaded: 2014-03-25T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about A Simple Stimulatory Device for Evoking Point-like Tactile Stimuli: A Searchlight for LFP to Spike Transitions at JoVE.com

SN og AGZ blev støttet af PON 01-01297 VIRTUALAB midler.

Etisk Statement At studere, hvordan sensoriske stimuli er repræsenteret ved neuronal aktivitet er der ikke noget alternativ til anvendelse af dyr og anvendelse af en in vivo metode. Alle dyr er blevet behandlet langs de italienske og europæiske love om behandling af dyr i Videnskabelig Forskning (italiensk bioetiske udvalg, lovdekret om behandlingen af ​​dyr i forskning, 27 Jan 1992, nr. 116). National Research Council, hvor forsøgene er blevet udført, overholder Den Internatio...

<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>

Dette arbejde først fremlagt en ny, enkel og billig anordning, som bevirker at levere hurtige og rumligt punkt-lignende sensoriske stimuli. Derefter en randomiseret parret puls stimulation protokol og et sæt af beregningsmæssige analyser blev valideret. Det overordnede mål var at skabe en ramme for vurdering af LFP-spike relationer i elektrofysiologiske optagelser under taktil stimulation. Enheden, protokollen og den analytiske tilgang har bidraget i fællesskab til resultatet, nemlig de...

I forbindelse med signalbehandling impulssvaret giver en grundlæggende karakterisering af opførslen af ​​et dynamisk system. Selv om den ideelle impuls stimulus er næsten ikke muligt, er det muligt at opnå en rimelig tilnærmelse af det ved hjælp af en aktuator element, der genererer højfrekvente forskydninger. Denne form for lys taktil-vibrerende stimulation er kendt for at målrette både dyb huden (fx hurtigt at reagere, hurtig tilpasning Pacinian blodlegemer) 2 og overfladiske receptorer (fx lav tærskel langsomt tilpasser Merkel skiveformede strukturer) 2.. Aktuelle stimulation enheder, primært piezoelektriske aktuatorer, er anklaget for en række ulemper, ikke mindst resonanser og små forskydninger. For at overvinde disse mangler, er en alternativ implementering af impuls-lignende stimulering foreslået ved hjælp af en stump spids (en kaktus glattet spids i vores tilfælde) lodretmonteret på membranen centrum af en mid-range højttaler kegle. Dette giver den fordel, at større forskydninger og bredere frekvensspektrum. En effektiv anvendelse af en sådan anordning var studiet af relevante neurofysiologiske problem for storformatprintere til spikes afhængighed. På grund af den subtile tidsmæssig sammenhæng mellem disse elektriske begivenheder et fint reguleret enhed var nødvendig for at levere perifere stimuli. De stimuli skulle være så hurtig og rumligt selektivt som muligt for at reducere den &quot;baggrundsstøj&quot;, og skærpe de signaler af interesse. Til dette formål blev stimulering enheden og stimulus levering protokollen i fællesskab optimeret til opgaven. I dette papir, beskriver vi teknikken og præsentere nogle repræsentative resultater. En stimulering protokol baseret på randomiserede parrede impulser er udformet og optimeret for at undgå tilvænning. Denne protokol tilbudt fordel af klassisk pared impulser og reduceret muligheden for falsk låsning mellem stimuli og spontane periodiske byger af neuronal aktivitet. Ved at bruge dette randomiserede parret puls var det muligt at opnå hurtige og pålidelige LFP og spike svarene og at fange den særlige træk ved disse reaktioner i forbindelse med afhængighed af både storformatprintere og pigge på stimulation historie. Faktisk fra de rå LFP svar, et sæt af tre LFP funktioner (LFP selv, LFP første afledte og fase af den første afledede) stærkt korrelerer med den gennemsnitlige spike respons, blev også udvundet. Er blevet foreslået par metoder til at passe modeller, der forudsiger pigge fra storformatprintere 3,4. I almindelighed et kritisk punkt af modellen tilpasningsprocessen, også almindelig forudsigelse spike begivenhed fra stimulus signalet udgøres af et passende valg af den objektive funktion at maksimere / minimere. Mens en række af objektive funktioner har været foreslåd (fx korrelation og sammenhæng) 5. ingen af disse i fællesskab indfanger hele kompleksiteten af spike svar. Derfor indføres en ny ramme baseret på multi-objektiv optimering. Vi viser, at ved at bruge de foreslåede udtænkt, og denne beregningsmæssige rammer er det muligt at estimere et sæt af prognosemodeller baseret på stærk LFP at spike relationer.

<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

Aktuel neurofysiologisk forskning har til formål at udvikle metoder til at undersøge signal rute fra neuron til neuron, nemlig i overgange fra spikes til Lokal feltpotentialer (storformatprintere) og fra storformatprintere til spikes. Storformatprintere har en kompleks afhængighed spike aktivitet og deres relation er stadig dårligt forstået 1.. Belysning af disse signal relationer ville være nyttigt for både klinisk diagnostik (f.eks stimulation paradigmer for Deep Brain Stimulation), og for en dybere forståelse af neurale kodning strategier i normale og patologiske tilstande (fx epilepsi, Parkinsons sygdom, kronisk smerte). Til dette formål, man har til at løse tekniske problemer relateret til stimulation enheder, stimulering paradigmer og beregningsmæssige analyser. Derfor er en custom-made stimulation enhed blev udviklet med henblik på at levere stimuli godt reguleret i tid og rum, som ikke skal afholde i mekanisk resonans. Efterfølgendesom en eksemplificering blev et sæt af pålidelige LFP-spike relationer udvundet. Udførelsen af ​​enheden blev undersøgt ved ekstracellulære optagelser fællesskab spikes og LFP reaktioner på de anvendte stimuli, fra rotte Primary Somatosensoriske cortex. Så ved hjælp af en multi-objektiv optimering strategi blev en prædiktiv model for spike forekomst baseret på storformatprintere anslået. Anvendelsen af ​​dette paradigme viser, at enheden er tilstrækkeligt egnet til at levere høj frekvens taktil stimulation, udkonkurrerer almindelige piezoelektriske aktuatorer. Som et bevis på effekten af ​​enheden, blev følgende resultater præsenteres: 1) timingen og pålideligheden af ​​LFP reaktioner godt matche spike reaktioner, 2) storformatprintere er følsomme over for stimulation historie og fange ikke blot det gennemsnitlige svar, men også den trial-til-forsøg udsving i spike-aktivitet, og endelig 3) ved hjælp af LFP signal, er det muligt at estimere en række of prognosemodeller, der indfanger forskellige aspekter af spike aktivitet.

Tip udflugt funktioner At karakterisere de dynamiske egenskaber af den foreslåede stimulerende anordning blev en række eksperimenter oprettet. En særlig anordning, som består af en galliumarsenid infrarød emitting diode kombineret med en silicium phototransistor blev anvendt til at vurdere spids forskydning, varighed forskydning og eventuelle forsinkelser fortrængningsmaskinerne. Ved hjælp af denne optiske INTERRUPTER switch placeret vi stimulatoren tip på kanten af ​​emitting diode...

Watch this Scientific Journal Video about A Simple Stimulatory Device for Evoking Point-like Tactile Stimuli: A Searchlight for LFP to Spike Transitions at JoVE.com

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

For at belyse den komplekse overgang fra lokale feltpotentialer (storformatprintere) at spikes en egnet stimulator for lette mekaniske perifere stimuli blev bygget. Som en anvendelse blev saette aktiviteter, der registreres fra somatosensoriske cortex analyseret af en multi-objektiv optimering strategi. Resultaterne viste, at den foreslåede stimulator var i stand til at levere taktile stimuli med millisekund og millimeter præciseringer.

En simpel Stimulerende Anordning til Fremmane Punkt-lignende Tactile Stimuli: En Søgelys til LFP til Spike Transitions

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

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Electrical Engineering

Neuroscience

Unit 1

Linear Time- Invariant Systems

SCIENTISTS IN ACTION

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 ...

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 ...

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 ...

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 ...

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

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

Ex utero Elektroporation og Whole halvkugle Eksplantater: A Simple eksperimentel metode til Studier af tidlig Cortical Development

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

Visualisere Virkninger af en positiv tidlige oplevelse, taktil stimulation, om Dendritiske morfologi og Synaptic Connectivity med Golgi-Cox Farvning

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

A Simple Behavioral Assay for Testing Visual Function in Xenopus laevis

En simpel Behavioral Assay for Testing Visual Funktion i<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

En simpel alternativ til Stereotaktisk Injection til Brain Specifik Knockdown af miRNA

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

A Simple Flight Mølle for Studiet af Tøjret Flight i Insekter

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

En enkel metode til at fremkalde eksperimentelle Autoimmune Neuritis i C57BL/6 mus for funktionelle og neuropatologiske vurderinger

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