Name: modeling fast-scan cyclic voltammetry data from electrically stimulated dopamine neurotransmission data using qnsim1.0
Uploaded: 2017-06-05T12:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Modeling Fast-scan Cyclic Voltammetry Data from Electrically Stimulated Dopamine Neurotransmission Data Using QNsim1.0 at JoVE.com

Wij erkennen het UPMC Rehabilitation Institute voor het ondersteunen van dit werk.

1. Installatie, Data-voorbereiding en Launch QNsim1.0 <ol><li> Download &quot;QNsim1.0.zip&quot; (meegeleverd als aanvulling) en pak het uit naar een gewenste map. </li><li> Bereid gestimuleerde DA-responsgegevens voor modelleren met het softwareprogramma door een spreadsheet te organiseren waarin elke kolom een ​​temporele DA-reactie bevat die is omgezet in μ M DA concentraties. Sla dit (.xlsx) bestand op in dezelfde map als de programmabestanden. Opmerking: de spreadsheet kan meerdere reacties b...

<ol>
	<li>Taylor, I. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Kinetic+diversity+of+dopamine+transmission+in+the+dorsal+striatum.">Kinetic diversity of dopamine transmission in the dorsal striatum.</a> J Neurochem. 133 (4), 522-531 (2015).</li><li>Harun, R., Grassi, C. M., Munoz, M. J., Torres, G. E., Wagner, A. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neurobiological+model+of+stimulated+dopamine+neurotransmission+to+interpret+fast-scan+cyclic+voltammetry+data.">Neurobiological model of stimulated dopamine neurotransmission to interpret fast-scan cyclic voltammetry data.</a> Brain Res. 1599, 67-84 (2015).</li><li>Taylor, I. M., Jaquins-Gerstl, A., Sesack, S. R., Michael, A. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Domain-dependent+effects+of+DAT+inhibition+in+the+rat+dorsal+striatum.">Domain-dependent effects of DAT inhibition in the rat dorsal striatum.</a> Journal of neurochemistry. 122 (2), 283-294 (2012).</li><li>Garris, P. A., Ciolkowski, E. L., Wightman, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Heterogeneity+of+evoked+dopamine+overflow+within+the+striatal+and+striatoamygdaloid+regions.">Heterogeneity of evoked dopamine overflow within the striatal and striatoamygdaloid regions.</a> Neuroscience. 59 (2), 417-427 (1994).</li><li>May, L. J., Wightman, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Heterogeneity+of+stimulated+dopamine+overflow+within+rat+striatum+as+observed+with+in+vivo+voltammetry.">Heterogeneity of stimulated dopamine overflow within rat striatum as observed with in vivo voltammetry.</a> Brain Res. 487 (2), 311-320 (1989).</li><li>Harun, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fast-scan+cyclic+voltammetry+demonstrates+that+L-DOPA+produces+dose-dependent+regionally+selective,+bimodal+effects+on+striatal+dopamine+kinetics+in+vivo.">Fast-scan cyclic voltammetry demonstrates that L-DOPA produces dose-dependent regionally selective, bimodal effects on striatal dopamine kinetics in vivo.</a> J Neurochem. , (2015).</li><li>Jones, S. R., Garris, P. A., Wightman, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Different+effects+of+cocaine+and+nomifensine+on+dopamine+uptake+in+the+caudate-putamen+and+nucleus+accumbens.">Different effects of cocaine and nomifensine on dopamine uptake in the caudate-putamen and nucleus accumbens.</a> The Journal of pharmacology and experimental therapeutics. 274 (1), 396-403 (1995).</li><li>Budygin, E. A., John, C. E., Mateo, Y., Jones, S. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lack+of+cocaine+effect+on+dopamine+clearance+in+the+core+and+shell+of+the+nucleus+accumbens+of+dopamine+transporter+knock-out+mice.">Lack of cocaine effect on dopamine clearance in the core and shell of the nucleus accumbens of dopamine transporter knock-out mice.</a> J Neurosci. 22 (10), RC222 (2002).</li><li>Jones, S. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Loss+of+autoreceptor+functions+in+mice+lacking+the+dopamine+transporter.">Loss of autoreceptor functions in mice lacking the dopamine transporter.</a> Nat Neurosci. 2 (7), 649-655 (1999).</li><li>Wagner, A. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chronic+methylphenidate+treatment+enhances+striatal+dopamine+neurotransmission+after+experimental+traumatic+brain+injury.">Chronic methylphenidate treatment enhances striatal dopamine neurotransmission after experimental traumatic brain injury.</a> J Neurochem. 108 (4), 986-997 (2009).</li><li>Wagner, A. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlled+cortical+impact+injury+influences+methylphenidate-induced+changes+in+striatal+dopamine+neurotransmission.">Controlled cortical impact injury influences methylphenidate-induced changes in striatal dopamine neurotransmission.</a> J Neurochem. 110 (3), 801-810 (2009).</li><li>Wightman, R. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Real-time+characterization+of+dopamine+overflow+and+uptake+in+the+rat+striatum.">Real-time characterization of dopamine overflow and uptake in the rat striatum.</a> Neuroscience. 25 (2), 513-523 (1988).</li><li>Moquin, K. F., Michael, A. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tonic+autoinhibition+contributes+to+the+heterogeneity+of+evoked+dopamine+release+in+the+rat+striatum.">Tonic autoinhibition contributes to the heterogeneity of evoked dopamine release in the rat striatum.</a> J Neurochem. 110 (5), 1491-1501 (2009).</li><li>Pyott, S. J., Rosenmund, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effects+of+temperature+on+vesicular+supply+and+release+in+autaptic+cultures+of+rat+and+mouse+hippocampal+neurons.">The effects of temperature on vesicular supply and release in autaptic cultures of rat and mouse hippocampal neurons.</a> J Physiol. 539 (Pt 2), 523-535 (2002).</li><li>Atluri, P. P., Regehr, W. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Delayed+release+of+neurotransmitter+from+cerebellar+granule+cells.">Delayed release of neurotransmitter from cerebellar granule cells.</a> J Neurosci. 18 (20), 8214-8227 (1998).</li><li>Wang, S. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Role+of+vesicle+pools+in+action+potential+pattern-dependent+dopamine+overflow+in+rat+striatum+in+vivo.">Role of vesicle pools in action potential pattern-dependent dopamine overflow in rat striatum in vivo.</a> J Neurochem. 119 (2), 342-353 (2011).</li><li>Taschenberger, H., von Gersdorff, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fine-tuning+an+auditory+synapse+for+speed+and+fidelity:+developmental+changes+in+presynaptic+waveform,+EPSC+kinetics,+and+synaptic+plasticity.">Fine-tuning an auditory synapse for speed and fidelity: developmental changes in presynaptic waveform, EPSC kinetics, and synaptic plasticity.</a> J Neurosci. 20 (24), 9162-9173 (2000).</li><li>Goda, Y., Stevens, C. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Two+components+of+transmitter+release+at+a+central+synapse.">Two components of transmitter release at a central synapse.</a> Proc Nat Acad of Sci U S A. 91 (26), 12942-12946 (1994).</li><li>Yao, J., Gaffaney, J. D., Kwon, S. E., Chapman, E. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Doc2+is+a+Ca2++sensor+required+for+asynchronous+neurotransmitter+release.">Doc2 is a Ca2+ sensor required for asynchronous neurotransmitter release.</a> Cell. 147 (3), 666-677 (2011).</li><li>Hagler, D. J., Goda, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Properties+of+synchronous+and+asynchronous+release+during+pulse+train+depression+in+cultured+hippocampal+neurons.">Properties of synchronous and asynchronous release during pulse train depression in cultured hippocampal neurons.</a> J Neurophysiol. 85 (6), 2324-2334 (2001).</li><li>Ciliax, B. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+dopamine+transporter:+immunochemical+characterization+and+localization+in+brain.">The dopamine transporter: immunochemical characterization and localization in brain.</a> J Neurosci. 15 (3 Pt 1), 1714-1723 (1995).</li><li>Volz, T. J., Farnsworth, S. J., Rowley, S. D., Hanson, G. R., Fleckenstein, A. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Methylphenidate-induced+increases+in+vesicular+dopamine+sequestration+and+dopamine+release+in+the+striatum:+the+role+of+muscarinic+and+dopamine+D2+receptors.">Methylphenidate-induced increases in vesicular dopamine sequestration and dopamine release in the striatum: the role of muscarinic and dopamine D2 receptors.</a> J Pharm Exp Ther. 327 (1), 161-167 (2008).</li><li>Dresel, S. H., Kung, M. P., Plossl, K., Meegalla, S. K., Kung, H. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pharmacological+effects+of+dopaminergic+drugs+on+in+vivo+binding+of+[99mTc]TRODAT-1+to+the+central+dopamine+transporters+in+rats.">Pharmacological effects of dopaminergic drugs on in vivo binding of [99mTc]TRODAT-1 to the central dopamine transporters in rats.</a> Eur J Nucl Med. 25 (1), 31-39 (1998).</li><li>Near, J. A., Bigelow, J. C., Wightman, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+uptake+of+dopamine+in+rat+striatal+chopped+tissue+and+synaptosomes.">Comparison of uptake of dopamine in rat striatal chopped tissue and synaptosomes.</a> J Pharm Exp Ther. 245 (3), 921-927 (1988).</li><li>Michael, A. C., Ikeda, M., Justice, J. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamics+of+the+recovery+of+releasable+dopamine+following+electrical+stimulation+of+the+medial+forebrain+bundle.">Dynamics of the recovery of releasable dopamine following electrical stimulation of the medial forebrain bundle.</a> Neurosci Lett. 76 (1), 81-86 (1987).</li><li>Fierro, L., DiPolo, R., Llano, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intracellular+calcium+clearance+in+Purkinje+cell+somata+from+rat+cerebellar+slices.">Intracellular calcium clearance in Purkinje cell somata from rat cerebellar slices.</a> The Journal of physiology. 510 (Pt 2), 499-512 (1998).</li><li>Sandoval, V., Riddle, E. L., Hanson, G. R., Fleckenstein, A. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Methylphenidate+redistributes+vesicular+monoamine+transporter-2:+role+of+dopamine+receptors.">Methylphenidate redistributes vesicular monoamine transporter-2: role of dopamine receptors.</a> J Neurosci. 22 (19), 8705-8710 (2002).</li><li>Daws, L. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cocaine+increases+dopamine+uptake+and+cell+surface+expression+of+dopamine+transporters.">Cocaine increases dopamine uptake and cell surface expression of dopamine transporters.</a> Biochem Biophys Res Commun. 290 (5), 1545-1550 (2002).</li><li>Little, K. Y., Kirkman, J. A., Carroll, F. I., Clark, T. B., Duncan, G. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cocaine+use+increases+[3H]WIN+35428+binding+sites+in+human+striatum.">Cocaine use increases [3H]WIN 35428 binding sites in human striatum.</a> Brain Res. 628 (1-2), 17-25 (1993).</li><li>Ewing, A. G., Bigelow, J. C., Wightman, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+in+vivo+monitoring+of+dopamine+released+from+two+striatal+compartments+in+the+rat.">Direct in vivo monitoring of dopamine released from two striatal compartments in the rat.</a> Science. 221 (4606), 169-171 (1983).</li><li>Janezic, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Deficits+in+dopaminergic+transmission+precede+neuron+loss+and+dysfunction+in+a+new+Parkinson+model.">Deficits in dopaminergic transmission precede neuron loss and dysfunction in a new Parkinson model.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 110 (42), E4016-E4025 (2013).</li><li>Macdonald, P. A., Monchi, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Differential+effects+of+dopaminergic+therapies+on+dorsal+and+ventral+striatum+in+Parkinson's+disease:+implications+for+cognitive+function.">Differential effects of dopaminergic therapies on dorsal and ventral striatum in Parkinson's disease: implications for cognitive function.</a> Parkinsons Dis. 2011, 572743 (2011).</li><li>Kile, B. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimizing+the+Temporal+Resolution+of+Fast-Scan+Cyclic+Voltammetry.">Optimizing the Temporal Resolution of Fast-Scan Cyclic Voltammetry.</a> ACS Chem Neurosci. 3 (4), 285-292 (2012).</li><li>Venton, B. J., Troyer, K. P., Wightman, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Response+times+of+carbon+fiber+microelectrodes+to+dynamic+changes+in+catecholamine+concentration.">Response times of carbon fiber microelectrodes to dynamic changes in catecholamine concentration.</a> Anal Chem. 74 (3), 539-546 (2002).</li><li>May, L. J., Wightman, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Heterogeneity+of+stimulated+dopamine+overflow+within+rat+striatum+as+observed+with+in+vivo+voltammetry.">Heterogeneity of stimulated dopamine overflow within rat striatum as observed with in vivo voltammetry.</a> Brain research. 487 (2), 311-320 (1989).</li><li>Wu, Q., Reith, M. E., Wightman, R. M., Kawagoe, K. T., Garris, P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Determination+of+release+and+uptake+parameters+from+electrically+evoked+dopamine+dynamics+measured+by+real-time+voltammetry.">Determination of release and uptake parameters from electrically evoked dopamine dynamics measured by real-time voltammetry.</a> J Neurosci Methods. 112 (2), 119-133 (2001).</li></ol>

Het gebruik van FSCV om in vivo gestimuleerde DA neurotransmissie te studeren is ontstaan ​​in de jaren tachtig en blijft nog steeds een rijke bron van in vivo neurotransmissiegegevens met een ongeëvenaarde ruimtelijke en temporale resolutie. Gestimuleerde DA-reacties weerspiegelen een complexe balans van DA-vrijlating en heropname die door de elektrische stimulaties zelf worden gemoduleerd. Het QN-model bevat principes van hedendaagse neurotransmissieonderzoek om in vivo gestimuleerde DA...

Dopamine (DA) neurotransmissie speelt een essentiële rol in verschillende cognitieve en gedragsfuncties, en zijn disfunctie is betrokken bij verschillende gemeenschappelijke aandoeningen en aandoeningen. Als zodanig is het van cruciaal belang om nauwkeurige methoden te ontwikkelen om kwantitatief DA neurotransmissie in vivo te bestuderen om te beoordelen hoe DA-neurotransmissie verandert in de contexten van ziektebeeldmodellen en farmacologie. Snelle-scan cyclische voltammetrie (FSCV) maakt het mogelijk om in vivo DA neurotransmissie te monitoren met een fijne ruimtelijke en temporale resolutie. Hoewel het mogelijk is fysiologische DA neurotransmissie te bewaken bij wakker, vrijgedragen dieren, kan de elektrische stimulatie van oplopende dopaminergische pathes bij verdovende dieren robuuste DA-reacties produceren die geschikt zijn voor de verbeterde kinetische analyse van DA-neurotransmissie. Elektrisch gestimuleerde DA reacties weerspiegelen een dynamische wisselwerking van DA release en heropname en interpretatiesVan deze reacties hebben voornamelijk gebruik gemaakt van een simpel model van gestimuleerde DA neurotransmissie genaamd het Michaelis-Menten (MM) model 12 . Het MM-model bestaat uit 3 variabelen om DA-reacties te beschrijven in termen van een constante DA-vrijgegeven snelheid en een constante opname-efficiëntie ( dat wil zeggen de relatie tussen de DA-opname-snelheid en extracellulaire DA-concentraties) zoals beschreven in vergelijking 1 : <img alt="Vergelijking 1" src="/files/ftp_upload/55595/55595eq1.jpg" /> (DA release) (DA reuptake) In vergelijking 1 is f de frequentie van stimulatie; [DA] p is de geschatte DA-concentratieverhoging per stimuleringsimpuls; V max vertegenwoordigt de geschatte maximale heropname snelheid; En K m is de geschatte MM-constante, die theoretisch gelijkwaardig is aan de extracellulaire DA-concentratie die 50% DAT verzadigt, wat leidt tot een halve maximale reuptake-snelheid. Dit onderscheidAl vergelijking kan geïntegreerd worden om experimentele DA reacties te simuleren door de [DA] p , V max en K m parameters te schatten. Hoewel het MM-model aanzienlijke vooruitgang heeft geboekt bij het begrijpen van DA-neurotransmissiekinetiek in verschillende experimentele contexten, maakt het MM-model simplistische fundamentele aannames die de toepasbaarheid ervan beperken bij het modelleren van DA-reacties die worden opgewekt door suprafysiologische stimulaties 2 , 13 . Zo kan het MM-model alleen DA-responsvormen aanpassen als ze op een convexe manier stijgen, maar het kan niet rekening houden met de geleidelijke (concave) stijgende responsen die in dorsale striatale regio&#39;s 12 gevonden worden . Zo nemen de MM-modelaanvattingen de dynamische vrijlating- en heropnameprocessen van gestimuleerde DA-neurotransmissie niet nauwkeurig vast. Om gestimuleerde DA responsen te modelleren volgens een realistische kwantiteitItatief kader werd het kwantitatieve neurobiologische (QN) kader ontwikkeld op basis van principes van gestimuleerde neurotransmissie kinetiek afgeleid van complementair onderzoek en experiment 2 . Verschillende lijnen van neurotransmissie onderzoek tonen aan dat (1) gestimuleerde neurotransmitter vrijlating een dynamisch proces is dat in snelheid tijdens de stimulatie afneemt 14 , (2) de vrijlating gaat door in de post-stimulatie fase met bifasische vervalkinetiek 15 en (3) DA Reuptake efficiency wordt progressief geremd tijdens de duur van de stimulatie zelf 2 , 16 . Deze drie concepten dienen als de basis van het QN-kader en de drie vergelijkingen die bestaan ​​uit 12 parameters die de dynamiek van DA-release en heropname beschrijven ( tabel 1 ). Het QN-kader kan nauwkeurig simuleren op heterogene experimentele DA respons types, evenals de pGeredigeerde effecten van experimentele manipulaties van stimulatieparameters en geneesmiddeladministratie 2 , 6 . Hoewel verder onderzoek nodig is om de data-modelleringsbenadering te verfijnen, kunnen toekomstige experimenten sterk profiteren van deze neurobiologisch georiënteerde modelleringsbenadering, die aanzienlijk bijdraagt ​​aan de afleidingen getrokken uit het gestimuleerde DA-neurotransmissieparadigma. <img alt="tafel 1" src="/files/ftp_upload/55595/55595tbl1.jpg" /> Tabel 1: Modelleringsvergelijkingen en parameters . <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55595/55595tbl1large.jpg" target="_blank">Klik hier om een ​​grotere versie van deze figuur te bekijken.</a> Deze handleiding beschrijft hoe u gestimuleerde DA-responsgegevens kunt modelleren om DA-vrijlating en reuptake kinetics te berekenen met behulp van QNsim 1.0. De feitelijke experimentele dataverzameling en prOcessing is hier niet beschreven en vereist alleen tijdelijke DA concentratie data. De theoretische ondersteuning en fundamenten van het QN-kader zijn al eerder beschreven 2 , maar een praktisch perspectief op het toepassen van het QN-kader op model DA-responsgegevens wordt hieronder beschreven. Het QN-kader vormt de dynamische wisselwerking tussen: 1) dynamische DA-vrijlating, 2) DA-heropname en 3) de effecten van suprafysiologische stimulaties op deze processen om zinvolle kinetische informatie uit DA-responsgegevens te extraheren. Het QN-kader is het best geschikt voor het modelleren van FSCV-gegevens die zijn verkregen met behulp van zeer suprafysiologische stimulaties van lange duur ( bijv. 60 Hz, 10 s stimulaties), die robuuste DA-reacties produceren die geschikt zijn voor de kinetische analyse. Na de nauwkeurige modellering van de onderliggende vrijlating- en heropnameprocessen kunnen de modelparameters worden gebruikt om een ​​DA-respons te simuleren die de vorm van de exPerimentale DA respons. De vergelijkingen van het QN-kader beschrijven de snelheid van DA-vrijlating en heropname in de loop van de gestimuleerde DA-reacties. Het QN-kader beschrijft de gestimuleerde DA-vrijgavepercentage als functie van de tijd vanaf het begin van de stimulatie (t- stimulatie ), wanneer de DA-vrijgegeven snelheid exponentieel afneemt tijdens de stimulatie. Dit is in overeenstemming met de uitputting van een gemakkelijk losgelaten pool, met een toegevoegde steady state DA-afgiftepercentage (DARss) om rekening te houden met vesicle-aanvulling, vergelijkbaar met andere rapporten (vergelijking 2 ) 14 , 17 . <img alt="Vergelijking 2" src="/files/ftp_upload/55595/55595eq2.jpg" /> Manipulaties die de DA-uitzettingssnelheid verhogen, zoals het verhogen van Δ DAR, Δ DAR τ of DARss, leiden tot verhoogde responsversterkingen op DA versus tijdstippen. Elke parameTer draagt ​​bij aan de DA responsieve vormen. Verhogen van DARss en Δ DAR τ maken beide de stijgende fase van de reacties lineair (minder convex). Afnemende Δ DAR τ bevordert de convexiteit, die wordt geregeld door de grootte van Δ DAR. Op basis van modelervaring is DARss meestal minder dan 1/5 van Δ DAR; Daardoor is Δ DAR de vrijlating parameter die in hoofdzaak de totale respons amplitude van een DA reactie bepaalt. De post-stimulatie DA-vrijgavepercentage wordt gemodelleerd door Equation 3 als een voortzetting van de gestimuleerde DA-vrijgavepercentage vanaf het einde van de stimulatie (DAR ES ) als functie van de tijd na stimulatie (t post ). De post-stimulatie DA-afgiftegraad volgt een bifasisch vervalpatroon, zoals eerder beschreven 15 , met een snelle exponentiële afbraakfase en een verlengde lineaire vervalfase tot model twee caLcium-afhankelijke neurotransmitter vrijgegeven processen. <img alt="Vergelijking 4" src="/files/ftp_upload/55595/55595eq4.jpg" /> (Snelle exponentiële verval) (langdurig lineair verval) Het is momenteel niet mogelijk om te bepalen hoeveel post-stimulatie DA-vrijlating plaatsvindt. Deze beperking kan worden aangepakt door systematisch te minimaliseren schattingen van post-stimulatie DA-vrijlating en validatie van modelparameters over een reeks experimentele DA-reacties die zijn verzameld uit dezelfde opname-site met behulp van verschillende stimulatie-duurzaamheden. Deze minimalisering stelt gebruikers in staat om conservatieve schattingen van vrijlating en heropname te maken. Omdat elektrische stimulaties leiden tot de calciumopbouw die post-stimulatie-neurotransmittervrijheid bevordert, beïnvloedt de duur van de stimulatie de post-stimulatie neurotransMitter vrijgave parameters 18 , 19 . Gebaseerd op modelleringservaring bleek dat toen de stimulatiewijdte toeneemt, verhoogt τ R en X R afneemt, in overeenstemming met de verwachte effecten van een grotere calciumopbouw 20 . Vergelijking 4 beschrijft de DA-opname-opname als verlenging van het MM-kader en bevat een dynamische Km term, die tijdens stimulatie toeneemt om een ​​progressief dalende heropname-efficiëntie te modelleren die wordt veroorzaakt door de suprafysiologische stimulaties 2 , 16 . De Km na stimulatie wordt constant gehouden bij de Km waarde aan het einde van de stimulatie (K mES ). <img alt="Vergelijking 5" src="/files/ftp_upload/55595/55595eq5.jpg" /> waar, <img alT = &quot;Vergelijking 6&quot; src = &quot;/ files / ftp_upload / 55595 / 55595eq6.jpg&quot; /&gt; (Tijdens stimulatie) (na stimulatie) Gestimuleerde DA-reacties, vooral van ventrale striatale gebieden, zijn vaak ongevoelig voor veranderingen in de initiële Km- waarde (K mi ), waardoor een K mi- waarde problematisch wordt gedefinieerd. Zo, zoals het oorspronkelijke MM kader, wordt K mi benaderd bij 0,1-0,4 μM voor DA-reacties die worden verzameld uit controle-onbehandelde dieren 12 . De Δ K m term bepaalt de mate van reuptake efficiency change tijdens stimulatie, die uit onze ervaring ongeveer 20 is81; M in de loop van een stimulatie van 60 Hz, 10 s. De k- en K- minf- waarden bepalen hoe K m over de tijd verandert, en het verhogen van een van deze termen bevordert de concaviteit van de opkomende fase. V max is de maximale heropname-tarief die mede betrekking heeft op de lokale DA-transportdichtheid, die een ventromediale naar dorsolaterale verloop 21 vertoont. Bijgevolg zijn V max- waarden in de dorsale striatum (D-Str) over het algemeen groter dan 30 μM / s, maar in het algemeen minder dan 30 μM / s in de ventrale gebieden, zoals de nucleus accumbens (NAc) 6 . De bovenstaande algemene richtlijnen kunnen helpen bij het modelleren van experimentele DA-responsgegevens, maar het genereren van een simulatie die het experimentele DA-reactie overeenkomt, vereist dat het modelparameters iteratief wordt aangepast. De nauwkeurigheid van de modelparameters kan worden verbeterd door het verkrijgen van DA-reacties op suprafysiologische stimulaties die ervoor zorgenEa robuuste substraat voor simulatie, alsmede door het verkrijgen en modelleren van meerdere DA-reacties op stimulaties van wisselende duurzaamheden op dezelfde opnameplaats ( bijv. Stimulaties van 60 Hz, 5 en 10 s) om de nauwkeurigheid van de parameters te valideren ( Zie de voorbeeldgegevens). Om te demonstreren is een dataset opgenomen in het softwarepakket met regiospecifieke gestimuleerde DA-reacties die zijn verzameld in de nucleus accumbens en dorsale striatum, voor en na een farmacologische uitdaging die al gemodelleerd was met behulp van het QN-kader. Bovendien zullen gebruikers vinden dat deze methodologie ook kan worden toegepast om de kinetiek van DA neurotransmissie in verschillende ziektecontexten en farmacologische manipulaties te karakteriseren.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="750">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">MATLAB R2016a for Mac&#160;</td>
			<td style="width:99px;">Mathworks</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:317px;"></td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">QNsim1.0</td>
			<td style="width:99px;">In house software package</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Software to model FSCV data using the QN framework</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

modeling fast-scan cyclic voltammetry data from electrically stimulated dopamine neurotransmission data using qnsim1.0

Centrale dopaminerge (DAergic) pathways hebben een belangrijke rol in een breed scala van functies, zoals aandacht, motivatie en beweging. Dopamine (DA) is betrokken bij ziektes en aandoeningen, met inbegrip van de aandachtsfactor bij de hyperactiviteit, de ziekte van Parkinson en traumatisch hersenletsel. Dus, neurotransmissie DA en de methodes om het te bestuderen, zijn van intens wetenschappelijk belang. In vivo snelle scan cyclische voltammetrie (FSCV) is een methode die het mogelijk maakt om DA concentratie veranderingen selectief te controleren met een fijne temporale en ruimtelijke resolutie. Deze techniek wordt vaak gebruikt in combinatie met elektrische stimulaties van oplopende DAergic pathways om de impulsstroom van dopamine neurotransmissie te beheersen. Hoewel het gestimuleerde DA-neurotransmissieparadigma robuuste DA-reacties kan produceren met duidelijke morfologieën, waardoor ze vatbaar zijn voor de kinetische analyse, is er nog veel debat over hoe de reacties kunnen worden geïnterpreteerd in termen van hun DA-release en clearanCe componenten. Om dit probleem aan te pakken, is een kwantitatief neurobiologisch (QN) kader van gestimuleerde DA-neurotransmissie onlangs ontwikkeld om de dynamiek van DA-vrijlating en -heropname realistisch te modelleren in de loop van een gestimuleerde DA-reactie. De basis van dit model is gebaseerd op experimentele data van gestimuleerde DA neurotransmissie en op de principes van neurotransmissie die uit verschillende onderzoekslijnen worden aangenomen. Het QN model implementeert 12 parameters gerelateerd aan gestimuleerde DA release en reuptake dynamics om model DA reacties te modelleren. Dit werk beschrijft hoe DA-reacties kunnen worden gesimuleerd met behulp van QNsim1.0 en ook details van principes die zijn geïmplementeerd om systematisch veranderingen te zien in de gestimuleerde dopamine release en reuptake dynamics.

Inbegrepen bij het softwareprogramma zijn sample DA neurotransmissie data verkregen uit de rat dorsale striatum (Study 1) en de nucleus accumbens (Study 2) die zijn samengesteld in &quot;Sample.xlsx.&quot; De spreadsheet bevat de DA-concentratiedata van de baseline responses op 60 Hz, 10 s en 5 s stimulaties en een reactie op een 60 Hz, 5 s stimulatie 35 min na de toediening van de DA transportremmer methylphenidaat (MPH) (10 mg / Kg, ip). De gestimuleerde DA-responsgegevens worden georganiseerd in kolommen, zoals getoo...

Watch this Scientific Journal Video about Modeling Fast-scan Cyclic Voltammetry Data from Electrically Stimulated Dopamine Neurotransmission Data Using QNsim1.0 at JoVE.com

Modeling Fast-scan Cyclic Voltammetry Data from Electrically Stimulated Dopamine Neurotransmission Data Using QNsim1.0

Snelle-scan cyclische voltammetrie kan in vivo dopamine neurotransmissie in de context van drugs, ziekte en andere experimentele manipulaties monitoren. Dit werk beschrijft de implementatie van QNsim1.0, een software voor het modelleren van elektrisch gestimuleerde dopamine responsen volgens het kwantitatieve neurobiologische model om schattingen van dopamine release en reuptake dynamics te kwantificeren.

Modellering Snel-scannen Cyclische Voltammetrie Gegevens van Elektrisch Gestimuleerde Dopamine Neurotransmissie Gegevens Met behulp van QNsim1.0

Central dopaminergic (DAergic) pathways have an important role in a wide range of functions, such as attention, motivation, and movement. Dopamine (DA) is ...

Research

JoVE Journal

Neuroscience

High Density Event-related Potential  Data Acquisition in Cognitive Neuroscience

High Density Event-gerelateerde Mogelijke data-acquisitie in Cognitive Neuroscience

Functional magnetic resonance imaging (fMRI) is currently the standard method of evaluating brain function in the field of Cognitive Neuroscience, in part ...

Basics of Multivariate Analysis in Neuroimaging Data

Basis van Multivariate Analyse in Neuroimaging gegevens

Multivariate analysis techniques for neuroimaging data have recently received increasing attention as they have many attractive features that cannot be ...

Presynaptic Dopamine Dynamics in Striatal Brain Slices with Fast-scan Cyclic Voltammetry

Presynaptische Dopamine Dynamiek in het striatum Brain Plakjes met Fast-scan cyclische voltammetrie

Extensive research has focused on the neurotransmitter dopamine because of its importance in the mechanism of action of drugs of abuse (e.g. cocaine and ...

Voltage Biasing, Cyclic Voltammetry, &amp; Electrical Impedance Spectroscopy for Neural Interfaces

Voltage Biasing, Cyclic Voltammetry, & Electrical Impedance Spectroscopy for Neural Interfaces

Voltage Biasing, cyclische voltammetrie, en elektrische Impedantie Spectroscopie voor neurale interfaces

Electrical impedance spectroscopy (EIS) and cyclic voltammetry (CV) measure properties of the electrode-tissue interface without additional invasive ...

Extracting Visual Evoked Potentials from EEG Data Recorded During fMRI-guided Transcranial Magnetic Stimulation

Extraheren Visual evoked potentials van EEG-gegevens opgenomen tijdens fMRI-geleide transcraniële magnetische stimulatie

Transcranial Magnetic Stimulation (TMS) is an effective method for establishing a causal link between a cortical area and cognitive/neurophysiological ...

Analyzing Synaptic Modulation of Drosophila melanogaster Photoreceptors after Exposure to Prolonged Light

Analyzing Synaptic Modulation of Drosophila melanogaster Photoreceptors after Exposure to Prolonged Light

Het analyseren van Synaptic Modulatie van<em&gt; Drosophila melanogaster</em&gt; Fotoreceptoren na blootstelling aan Langdurige Light

The nervous system has the remarkable ability to adapt and respond to various stimuli. This neural adjustment is largely achieved through plasticity at ...

Analyzing Neural Activity and Connectivity Using Intracranial EEG Data with SPM Software

Analyseren van neurale activiteit en connectiviteit intracraniële EEG-gegevens gebruiken met SPM Software

Measuring neural activity and connectivity associated with cognitive functions at high spatial and temporal resolutions is an important goal in cognitive ...

Data Acquisition and Analysis In Brainstem Evoked Response Audiometry In Mice

Data-acquisitie en analyse in hersenstam evoked respons-Audiometrie bij muizen

Brainstem evoked response audiometry (BERA) is of central relevance in the clinical neurophysiology. As other evoked potential (EP) techniques, such as ...

Computer-based Multitaper Spectrogram Program for Electroencephalographic Data

Computergebaseerd Multitaper Spectrogram programma voor Elektroencephalografische gegevens

Current web resources provide limited, user friendly tools to compute spectrograms for visualizing and quantifying electroencephalographic (EEG) data. ...

Combined Infusion and Stimulation with Fast-Scan Cyclic Voltammetry (CIS-FSCV) to Assess Ventral Tegmental Area Receptor Regulation of Phasic Dopamine

Combined Infusion and Stimulation with Fast-Scan Cyclic Voltammetry CIS-FSCV to Assess Ventral Tegmental Area Receptor Regulation of Phasic Dopamine

Gecombineerde infusie en stimulatie met Fast-Scan cyclische voltammetrie (CIS-FSCV) om ventrale tegmentale gebiedsreceptorregulatie van fasische dopamine te beoordelen

Phasic dopamine (DA) release from the ventral tegmental area (VTA) to the nucleus accumbens plays a pivotal role in reward processing and reinforcement ...