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

Vi anerkjenner UPMC Rehabilitation Institute for å støtte dette arbeidet.

1. Installasjon, Dataforberedelse og Lansering av QNsim1.0 <ol><li> Last ned &quot;QNsim1.0.zip&quot; (leveres som et supplement) og trekk det ut til en ønsket katalog. </li><li> Klargjør stimulerte DA-responsdata for modellering med programvaren ved å organisere et regneark der hver kolonne inneholder et temporalt DA-svar konvertert til μM DA-konsentrasjoner. Lagre denne (.xlsx) filen til samme katalog som programfilene. Merk: Regnearket kan inneholde flere svar i et enkelt eksperiment eller flere studier ...

<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>

Bruken av FSCV for å studere in vivo- stimulert DA-neurotransmisjon oppsto i 1980-tallet og fortsetter fortsatt å være en rik kilde til in vivo nevrotransmisjonsdata med enestående romlig og tidsmessig oppløsning. Stimulerte DA-responser reflekterer en kompleks balanse mellom DA-frigivelse og gjenopptak som moduleres av de elektriske stimuleringene selv. QN-modellen inkorporerer prinsipper fra moderne neurotransmisjonsforskning for å modellere in vivo- stimulerte DA-neurotransmisjonsdata...

Dopamin (DA) nevrotransmisjon spiller en viktig rolle i ulike kognitive og atferdsfunksjoner, og dysfunksjonen er involvert i flere vanlige sykdommer og lidelser. Som sådan er det kritisk å utvikle nøyaktige metoder for kvantitativt å studere DA-neurotransmisjon in vivo for å evaluere hvordan DA-neurotransmisjon er endret i sammenheng med sykdomsmodeller og stofffarmakologi. Fast-scan cyclisk voltammetri (FSCV) tillater overvåking in vivo DA-neurotransmisjon med fin romlig og tidsmessig oppløsning. Mens det er mulig å overvåke fysiologisk DA-neurotransmisjon i våte, fritt oppførte dyr, kan den elektriske stimuleringen av stigende dopaminerge veier i bedøvede dyr produsere robuste DA-responser som er mottagelige for den forbedrede kinetiske analysen av DA-neurotransmisjon. Elektrisk stimulerte DA-responser gjenspeiler et dynamisk samspill mellom DA-utgivelse og gjenopptak, og tolkningerAv disse svarene har overveiende brukt en enkel modell av stimulert DA-neurotransmisjon kalt Michaelis-Menten (MM) -modellen 12 . MM-modellen består av 3 variabler for å beskrive DA-responser i form av en konstant DA-frigivelseshastighet og en konstant gjenopptakseffektivitet ( dvs. forholdet mellom DA-opptakshastigheten og ekstracellulære DA-konsentrasjoner), som beskrevet ved ligning 1 : <img alt="Ligning 1" src="/files/ftp_upload/55595/55595eq1.jpg" /> (DA-utgivelse) (DA gjenopptak) I ligning 1 er f frekvensen av stimulering; [DA] p er estimert DA konsentrasjon økning per stimuleringsimpuls; V max representerer estimert maksimal gjenopptakshastighet; Og K m er estimert MM-konstant, som teoretisk er ekvivalent med den ekstracellulære DA-konsentrasjonen som metter 50% DAT, noe som fører til en halv maksimal gjenopptakshastighet. Denne forskjellenAl likning kan integreres for å simulere eksperimentelle DA responser ved å estimere [DA] p , V max og K m parametrene. Selv om MM-modellen har tilrettelagt betydelige fremskritt i forståelsen av DA-neurotransmisjonskinetikk i ulike eksperimentelle sammenhenger, gjør MM-modellen enkle grunnleggende forutsetninger som begrenser anvendelighet ved modellering DA-responser fremkalt av suprafysiologiske stimuleringer 2 , 13 . For eksempel kan MM-modellen kun tilnærme DA-responsformer dersom de stiger på en konveks måte, men den kan ikke regne med de gradvise (konkave) stigende responsene som finnes i dorsale striatalregioner 12 . Således tar MM-modellantakningene ikke nøyaktig inn i de dynamiske frigjørings- og gjenopptaksprosessene for stimulert DA-neurotransmisjon. Å modellere stimulerte DA responser i henhold til en realistisk kvantDet rammende rammeprogrammet, den kvantitative neurobiologiske rammen (QN), ble utviklet basert på prinsipper for stimulert nevrotransmisjonskinetikk fra komplementær forskning og eksperiment 2 . Ulike linjer for neurotransmisjonsforskning viser at (1) stimulert frigivelse av neurotransmitter er en dynamisk prosess som faller i hastighet i løpet av stimulering 14 , (2) frigivelsen fortsetter i post-stimuleringsfasen med bifasisk henfallskinetikk 15 og (3) DA Reuptake effektivitet er gradvis hemmet i løpet av selve stimuleringen 2 , 16 . Disse tre konseptene tjener som grunnlaget for QN-rammen, og de tre ligningene består av 12 parametere som beskriver dynamikken til DA-utgivelsen og gjenopptaket ( Tabell 1 ). QN-rammen kan nøye simulere heterogene eksperimentelle DA-responstyper, så vel som pReduserte effekter av eksperimentelle manipulasjoner av stimuleringsparametere og legemiddeladministrasjon 2 , 6 . Selv om det er nødvendig med ytterligere forskning for å avgrense datamodelleringsmetoden, kan fremtidige eksperimenter i stor grad dra nytte av denne nevrologisk grunnlagsmodelleringsmetoden, noe som i betydelig grad bidrar til påvirkninger trukket fra det stimulerte DA-neurotransmisjonsparadigmet. <img alt="Tabell 1" src="/files/ftp_upload/55595/55595tbl1.jpg" /> Tabell 1: Modelleringsligninger og parametere . <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55595/55595tbl1large.jpg" target="_blank">Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.</a> Denne opplæringen beskriver hvordan man modellerer stimulerte DA-responsdata for å estimere DA-frigivelse og gjenopptakskinetikk ved hjelp av QNsim 1.0. Den faktiske eksperimentelle datainnsamlingen og prOcessing er ikke beskrevet her og krever bare tidsmessige DA konsentrasjonsdata. Den teoretiske støtten og grunnlaget for QN-rammen har blitt beskrevet i stor grad tidligere 2 , men et praktisk perspektiv på å anvende QN-rammen på modell DA-responsdata er beskrevet nedenfor. QN-rammen modellerer det dynamiske samspillet mellom: 1) dynamisk DA-frigivelse, 2) DA-gjenopptak, og 3) effektene av suprafysiologiske stimuleringer på disse prosessene for å trekke ut meningsfylt kinetisk informasjon fra DA-responsdata. QN-rammen passer best for modellering av FSCV-data som er oppnådd ved hjelp av svært suprafysiologiske stimuleringer av lang varighet ( f.eks. 60 Hz, 10 s stimuleringer), som gir robuste DA-responser som er mottagelige for kinetisk analyse. Etter nøyaktig modellering av de underliggende utgivelses- og gjenopptaksprosessene, kan modellparametrene brukes til å simulere en DA-respons som skal tilnærme formen til exPerimental DA respons. Ligningene i QN-rammen beskriver hastighetene for DA-frigivelse og gjenopptak i løpet av de stimulerte DA-responsene. QN-rammen beskriver den stimulerte DA-frigivelseshastigheten som en funksjon av tid fra starten av stimulering (t- stimulering ), når DA-frigivelsesraten eksponentielt avtar i løpet av stimuleringen. Dette er i samsvar med uttømmelsen av et lett frigjørbart basseng, med en tilsatt stabil-DA-frigivelseshastighet (DARss) for å ta hensyn til vesikkelpåfylling, ligner andre rapporter ( ligning 2 ) 14 , 17 . <img alt="Ligning 2" src="/files/ftp_upload/55595/55595eq2.jpg" /> Manipulasjoner som øker DA-utgivelseshastigheten, for eksempel økning av A DAR, Δ DAR τ eller DARss, fører til økte responsamplituder på DA versus tidstegninger. Hver parameTer bidrar forskjellig til DA-responsformer. Økende DARss og Δ DAR τ gjør begge stigende faser av svar mer lineære (mindre konvekse). Reduserende Δ DAR τ fremmer konveksitet, som styres av størrelsen på Δ DAR. Basert på modelleringserfaring er DARss generelt mindre enn 1/5 av Δ DAR; Dermed er Δ DAR frigjøringsparameteren som primært bestemmer den samlede responsamplituden til en DA-respons. Post-stimulerings-DA-frigivelseshastigheten er modellert av ligning 3 som en fortsettelse av den stimulerte DA-frigivelseshastigheten fra slutten av stimulering (DAR ES ) som en funksjon av tiden etter stimulering (t post ). Post-stimulering DA frigjøringshastigheten følger et bifasisk henfallsmønster, som tidligere beskrevet 15 , med en rask eksponensiell forfallsfase og en forlenget lineær forfallsfase til modell to caLcium-avhengige nevrotransmitterfrigjøringsprosesser. <img alt="Ligning 4" src="/files/ftp_upload/55595/55595eq4.jpg" /> (Rask eksponensiell forfall) (langvarig lineær forfall) Det er for øyeblikket ikke mulig å avgjøre hvor mye poststimulering DA utgivelse skjer. Denne begrensningen kan behandles ved systematisk minimering av estimater for poststimulering DA-frigivelse og validering av modellparametere over et sett av eksperimentelle DA-responser samlet inn fra det samme opptakssted ved bruk av varierende stimuleringsvarigheter. Denne minimeringen tillater brukere å lage konservative estimater for utgivelse og gjenopptak. Fordi elektriske stimuleringer fører til kalsiumakkumulering som fremmer frigivelse etter stimulering av neurotransmitter, påvirker stimuleringsvarigheten poststimuleringsneurotransmitterenMitterfrigivelsesparametere 18 , 19 . Basert på modelleringserfaring ble det funnet at når stimuleringsvarigheten øker, øker τ R og X R reduseres, i samsvar med forventede effekter av større kalsiumakkumulering 20 . Ligning 4 beskriver DA-gjenopptakshastigheten som en forlengelse av MM-rammen og inkorporerer en dynamisk Km-term, som øker under stimulering for å modellere en gradvis avtagende gjenopptakseffektivitet forårsaket av de suprafysiologiske stimulansene 2 , 16 . Km etter stimulering holdes konstant ved Km-verdien ved slutten av stimuleringen (K mES ). <img alt="Ligning 5" src="/files/ftp_upload/55595/55595eq5.jpg" /> hvor, <img alT = &quot;ligning 6&quot; src = &quot;/ files / ftp_upload / 55595 / 55595eq6.jpg&quot; /&gt; (Under stimulering) (Etter stimulering) Stimulerte DA-responser, spesielt fra ventrale striatalregioner, er ofte ufølsomme for endringer i den innledende Km-verdien (K mi ), noe som gjør definisjonen av en K mi- verdi problematisk. Således, som den opprinnelige MM-rammen, er K mi tilnærmet ved 0,1-0,4 μM for DA-responser samlet inn fra kontrollbehandlede dyr 12 . A k m- siktet bestemmer omfanget av gjenopptakseffektivitetsendring under stimulering, som fra vår erfaring er om lag 2081; M i løpet av en 60 Hz, 10 s stimulering. K- og K- minf- verdiene bestemmer hvordan K m endrer seg over tid, og økning av disse vilkårene fremmer konkaviteten til stigningsfasen. V max er den maksimale gjenopptakshastigheten som delvis vedrører lokal DA transportør tetthet, som utviser en ventromedial til dorsolateral gradient 21 . Følgelig er V max- verdier i dorsalstriatumet (D-Str) generelt større enn 30 μM / s, men generelt mindre enn 30 μM / s i de ventrale områdene, slik som nucleus accumbens (NAc) 6 . De generelle retningslinjene ovenfor kan hjelpe til med modellering av eksperimentelle DA-responsdata, men generering av en simulering som tilnærmer eksperimentell DA-respons krever iterativt justering av modellparametere. Nøyaktigheten av modellparametrene kan forbedres ved å oppnå DA-responser på suprafysiologiske stimuleringer som girEa robust substrat for simulering, samt ved å skaffe og modellere flere DA-responser på stimuleringer av varierende varighet på samme opptakssted ( f.eks. 60 Hz, 5 s og 10 s stimuleringer) for å validere nøyaktigheten av parametrene ( Se eksempeldataene). For å demonstrere er et datasett inkludert i programvarepakken som inneholder regispecifikke, stimulerte DA-responser samlet inn i nukleobatteriet og dorsalstriatum før og etter en farmakologisk utfordring som allerede var modellert ved hjelp av QN-rammen. I tillegg vil brukerne finne at denne metoden også kan brukes til å karakterisere kinetikken til DA-neurotransmisjon i ulike sykdomskontekster og farmakologiske manipulasjoner.

<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

Sentrale dopaminerge (DAergic) veier har en viktig rolle i et bredt spekter av funksjoner, som oppmerksomhet, motivasjon og bevegelse. Dopamin (DA) er involvert i sykdommer og lidelser, inkludert oppmerksomhetsunderskudds hyperaktivitetsforstyrrelse, Parkinsons sykdom og traumatisk hjerneskade. Dermed er DA-neurotransmisjon og metodene for å studere den av intens vitenskapelig interesse. In-vivo hurtig-skanning syklisk voltammetri (FSCV) er en metode som gjør det mulig å selektivt overvåke DA konsentrasjonsendringer med fin temporal og romlig oppløsning. Denne teknikken brukes ofte i forbindelse med elektriske stimuleringer av stigende DAergiske veier for å kontrollere impulsstrømmen av dopamin nevrotransmisjon. Selv om det stimulerte DA-neurotransmisjonsparadigmet kan produsere robuste DA-responser med klare morfologier, noe som gjør dem akseptable for kinetisk analyse, er det fortsatt mye debatt om hvordan man kan tolke svarene i forhold til deres DA-frigivelse og clearanCe komponenter. For å løse denne bekymringen, ble et kvantitativt neurobiologisk (QN) rammeverk for stimulert DA-neurotransmisjon nylig utviklet for å realistisk modellere dynamikken til DA-utgivelse og gjenopptakelse i løpet av et stimulert DA-respons. Grunnlaget for denne modellen er basert på eksperimentelle data fra stimulert DA-neurotransmisjon og på prinsipper for nevrotransmisjon vedtatt fra ulike forskningslinjer. QN-modellen implementerer 12 parametere relatert til stimulert DA-utgivelse og gjenopptaksdynamikk til modell DA-responser. Dette arbeidet beskriver hvordan man simulerer DA-responser ved hjelp av QNsim1.0 og også detaljerte prinsipper som er implementert for systematisk å skille endringer i den stimulerte dopaminfrigivelsen og gjenopptaksdynamikken.

Inkludert med programvaren er prøve DA-neurotransmisjonsdata oppnådd fra rotte dorsalstriatum (Studie 1) og kjernen accumbens (Study 2) som er kompilert i &quot;Sample.xlsx.&quot; Regnearket inneholder DA-konsentrasjonsdataene for baseline responsene på 60 Hz, 10 s og 5 s stimuleringer og et svar på en 60 Hz, 5 s stimulering 35 min etter administrering av DA transport inhibitor methylphenidate (MPH) (10 mg / Kg, ip). De stimulerte DA-responsdataene er organisert i kolonner, som vist i figur 3</s...

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

Hurtig-skannesyklisk voltammetri kan overvåke in vivo dopamin nevrotransmisjon i sammenheng med narkotika, sykdom og andre eksperimentelle manipulasjoner. Dette arbeidet beskriver implementeringen av QNsim1.0, en programvare for å modellisere elektrisk stimulerte dopaminresponser i henhold til den kvantitative neurobiologiske modellen for å kvantifisere estimater for dopaminfrigivelse og gjenopptaksdynamikk.

Modellering Fast-scan-syklusvoltammetridata fra elektrostimulert data for dopamin-neurotransmisjon ved bruk av 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

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

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

Presynaptiske Dopamin Dynamics i striatale banene Brain Slices med Fast-scan Syklisk Voltammetry

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

Spenning administratorinnstilling, Syklisk Voltammetry, og elektrisk impedans spektroskopi for Neural 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

Trekke Visual fremkalt respons fra EEG data registrert Under fMRI-guidet transkranial magnetisk stimulering

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

Analysere Synaptic Modulation av<em&gt; Drosophila melanogaster</em&gt; Fotoreseptorer etter eksponering for Langvarig lys

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

Analysere nevrale aktivitet og Connectivity benytter intrakranielt EEG Data med SPM programvare

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 innsamling og analyse i hjernestammen fremkalt respons Audiometri i mus

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

Datamaskin-basert Multitaper Spektrogram program for Elektroencefalografiske data

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

Kombinert infusjon og stimulering med hurtigskanning av syklisk voltammetri (CIS-FSCV) for å vurdere ventral tegmental områdereseptorregulering av fasisk dopamin

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