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 וAGZ נתמכו על ידי קרנות VIRTUALAB PON 01-01,297.

הצהרה אתית כדי ללמוד כיצד גירויים חושיים מיוצגים על ידי פעילות עצבית אין חלופה לשימוש בבעלי החיים והשימוש בvivo בגישה. טופלו כל החיות יחד החוקים איטלקים ואירופיים בטיפול בבעלי חיים במחקר המדעי (הוועדה אתית איטלקית, צו חוק על הט?...

<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>

עבודה זו ראשית הציגה מכשיר חדש, פשוט ועלות נמוכה המאפשר לספק גירויים חושיים כמו נקודה במהירות ומרחבית. ואז באופן אקראי פרוטוקול לזווג דופק גירוי ומערכת של ניתוחים חישוביים אומתו. המטרה הכוללת הייתה להקים מסגרת להערכת יחסי LFP-ספייק בקלטות אלקטרו במהלך גירוי חוש המישו...

בהקשר של עיבוד אותות בתגובת הדחף מספק אפיון בסיסי של ההתנהגות של מערכות דינמיות. למרות שגירוי הדחף האידיאלי הוא כמעט לא בר השגה, זה אפשרי להשיג קירוב סביר של אותו באמצעות אלמנט מפעיל שיוצר התקות בתדירות גבוהה. סוג זה של גירוי חוש המישוש-רטט אור ידוע למקד שני העור העמוק (למשל במהירות להגיב, במהירות התאמת כדוריות Pacinian) 2 וקולטנים שטחיים (למשל עם סף נמוך הסתגלות לאט מבני discoid מרקל) 2. מכשירים הנוכחיים גירוי, ומפעילים בעיקר פיזואלקטריים, מואשמים במספר החסרונות, לא תהודות לפחות והתקות קטנות. כדי להתגבר על פגמים אלה, יישום חלופה של גירוי כמו דחף מוצע באמצעות קצה קהה (טיפ קקטוס החליק במקרה שלנו) בצורה אנכיתרכוב על מרכז הקרום של חרוט רמקול באמצע טווח. זה מספק את היתרון של התקות גדולות יותר וספקטרום תדרים רחב יותר. יישום אפקטיבי של מכשיר כזה היה המחקר של הבעיה נוירופיזיולוגיות הרלוונטית של LFPs לקוצי תלות. בגלל הקשר החזק של הזמן הדק בין אירועים החשמליים אלה מכשיר מוסדר היטב היה נחוץ לאספקת גירויים היקפיים. הגירויים היינו צריכים להיות מהיר וכמרחבית סלקטיבית ככל האפשר על מנת להקטין את &quot;רעש הרקע&quot; ולחדד את האותות של עניין. לצורך כך, מכשיר הגירוי והפרוטוקול המסירה הגירוי היו מותאם במשותף למשימה. במאמר זה, אנו מתארים את הטכניקה ולהציג כמה תוצאות נציג. פרוטוקול גירוי על בסיס אקראי לזווג פולסים תוכנן ומותאם על מנת למנוע התרגלות. פרוטוקול זה הציע את היתרון של זוג קלאסיed קטניות והקטינו את האפשרות של נעילה מזויפת בין גירויים והתפרצויות תקופתיות ספונטניות של פעילות עצבית. באמצעות זה אקראי דופק לזווג אותו ניתן היה להשיג את תגובות LFP וספייק מהירות ואמינות וכדי ללכוד את התכונה המיוחדת של תגובות אלה הקשורים לתלות של שני LFPs וקוצים על ההיסטוריה הגירוי. ואכן, מתגובות LFP גלם, קבוצה של שלוש תכונות LFP (LFP עצמו, LFP ראשון נגזר ושלב של הנגזרת הראשונה) בחריפות מקשרות עם תגובת ספייק ממוצע, גם היו שחולצה. שיטות אחדות הוצעו כדי שיתאימו למודלים שמנבאים קוצים מLFPs 3,4. באופן כללי נקודה של תהליך התאמת המודל קריטי, משותף גם לניבוי של אירוע ספייק מן אות הגירוי, הוא היווה ידי הבחירה המתאימה של פונקצית המטרה למקסם / למזער. בעוד מגוון רחב של פונקציות מטרה היה להציעד (מתאם לדוגמא ולכידות) אף אחד 5 מאלה במשותף לוכד את כל המורכבות של תגובות ספייק. בהתאם לכך, מסגרת רומן מבוססת על אופטימיזציה רב אובייקטיבית הוא הציג. אנו מראים כי על ידי שימוש בהציע המציא ומסגרת חישובית זה ניתן להעריך סט של מודלים חיזוי המבוסס על LFP החזק ספייק מערכות יחסים.

<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

יש מחקר נוירופיזיולוגיות הנוכחי במטרה לפתח שיטות כדי לחקור את מסלול אותות מתא העצב לתא עצב, כלומר במעברים מקוצים לפוטנציאל בתחום מקומי (LFPs) ומLFPs לקוצים. יש לי LFPs תלות מורכבת על פעילות ספייק והקשר שלהם עדיין הבין 1 גרוע. הבהרה של יחסי אות אלה תהיה מועילה הן לאבחון קליני (למשל פרדיגמות גירוי לגירוי המוח עמוק) ולהבנה עמוקה יותר של אסטרטגיות קידוד עצביות בתנאים נורמלים ופתולוגיים (למשל אפילפסיה, מחלת פרקינסון, כאב כרוני). למטרה זו, יש לפתור בעיות טכניות הקשורות למכשירי גירוי, פרדיגמות גירוי וניתוחים חישובית. לכן, מכשיר גירוי מחוייט פותח על מנת לספק גירויים מוסדרים היטב במרחב ובזמן שאינו כרוך בתהודה מכאנית. בהמשך לכך,כהדגמה, קבוצה של יחסי LFP-ספייק אמינים הייתה שחולצה. הביצועים של המכשיר נחקרו על ידי הקלטות תאיים, במשותף קוצים ותגובות LFP לגירויים המוחלים, מהקליפה החושית העיקרית החולדה. לאחר מכן, באמצעות אסטרטגיית אופטימיזציה רב אובייקטיבית, מודל חיזוי להתרחשות ספייק מבוססים על LFPs נאמד. היישום של פרדיגמה זו מראה כי המכשיר מתאים במידה מספקת כדי לספק גירוי חוש המישוש בתדירות גבוה, יעלה בביצועי מפעילים פיזואלקטריים משותפים. כהוכחה ליעילותו של המכשיר, את התוצאות הבאות הוצגו: 1) העיתוי והאמינות של תגובות LFP גם להתאים את תגובות ספייק, 2) LFPs רגיש להיסטוריה הגירוי וללכוד את התגובה הממוצעת לא רק, אלא גם תנודות משפט למשפט בפעילות ספייק, ולבסוף, 3) על ידי השימוש בLFP לאותת זה ניתן להעריך o מגווןו מודלים חזוי כי ללכוד היבטים שונים של פעילות ספייק.

תכונות טיול עצה כדי לאפיין את התכונות הדינמיות של מכשיר הגירוי המוצע, סדרת הניסויים שהקימה. התקן ספציפי אשר מורכב גליום ארסניד אינפרא אדום דיודה בשילוב עם טרנזיסטור סיליקון שימש להערכת עקירת הקצה, משך העקירה ועקירת עיכובים האפשרי...

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

על מנת להבהיר את המעבר המורכב מפוטנציאלים מקומיים שדה (LFPs) לקוצי ממריץ מתאים לגירויים היקפיים מכאניים אור נבנה. כיישום, פעילות spiking נרשמה מקליפה החושית נותחו על ידי אסטרטגיית אופטימיזציה רב אובייקטיבית. התוצאות הראו כי ממריץ המוצע היה מסוגל לספק גירויי מישושם בדיוק של האלפית שני והמילימטר.

מכשיר פשוט גירוי ללעורר כמו נקודת מגע גירויים: זרקור לLFP לספייק מעברים

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

ניקוד פשוט Composite הפנוטיפ מערכת להערכת מודלים של עכבר אטקסיה cerebellar

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

אטריה ו בדיקות Capellini טיפול: מדדים כמותיים פשוט פונקציה של מיומנות בכפו אצל חולדות ועכברים

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

התקן TMS NeuroStar: ניהול ה-FDA פרוטוקול מאושר לטיפול דיכאון

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

דרך פשוטה למדוד את רגישות אתנול זבובים

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

לשעבר הרחם electroporation וexplants חצי כדור שלם: שיטה ניסיונית פשוטה למחקרים בהתפתחות קליפת מוח הקדומה

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

לדמיין את ההשפעות של ניסיון מוקדם חיובי, מישוש גירוי, על דנדריטים מורפולוגיה וSynaptic קישוריות עם Golgi-קוקס מכתים

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

Assay התנהגות פשוט לפונקציה של Visual בדיקה ב<em&gt; Laevis Xenopus</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

חלופה פשוטה להזרקת stereotactic למציאה ספציפית המוח של מירנה

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

טיסת מיל פשוט לחקר Tethered הטיסה בחרקים

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

גישה פשוטה כדי לגרום לדלקת בעצה חיסון ניסיוני בעכברים C57BL/6 עבור הערכות Neuropathological פונקציונלי

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