Name: using neuron spiking activity to trigger closed-loop stimuli in neurophysiological experiments
Uploaded: 2019-11-12T11:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Using Neuron Spiking Activity to Trigger Closed-Loop Stimuli in Neurophysiological Experiments at JoVE.com

تم دعم هذا العمل من قبل NSERC المنح ديسكفري لل و AG.

وقد أجريت جميع الإجراءات الموصوفة هنا ببموجب بروتوكول للبحوث الحيوانية وافقت عليه لجنه رعاية الماشية التابعة لجامعه ليثبريدج.
1-الجراحة
ملاحظه: وقد عرضت إجراءات الجراحة المستخدمة لزرع تحقيقات للتسجيلات الفسيولوجية العصبية في منشورات أخرى24،<...

<ol>
	<li>Grosenick, L., Marshel, J. H., Deisseroth, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Closed-loop+and+activity-guided+optogenetic+control.">Closed-loop and activity-guided optogenetic control.</a> Neuron. 86 (1), 106-139 (2015).</li><li>Armstrong, C., Krook-Magnuson, E., Oijala, M., Soltesz, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Closed-loop+optogenetic+intervention+in+mice.">Closed-loop optogenetic intervention in mice.</a> Nature Protocols. 8 (8), 1475-1493 (2013).</li><li>Siegle, J. H., Wilson, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enhancement+of+encoding+and+retrieval+functions+through+theta+phase-specific+manipulation+of+hippocampus.">Enhancement of encoding and retrieval functions through theta phase-specific manipulation of hippocampus.</a> Elife. 3, 03061 (2014).</li><li>Paz, J. T., 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=Closed-loop+optogenetic+control+of+thalamus+as+a+tool+for+interrupting+seizures+after+cortical+injury.">Closed-loop optogenetic control of thalamus as a tool for interrupting seizures after cortical injury.</a> Nature neuroscience. 16 (1), 64-70 (2013).</li><li>Krook-Magnuson, E., Armstrong, C., Oijala, M., Soltesz, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On-demand+optogenetic+control+of+spontaneous+seizures+in+temporal+lobe+epilepsy.">On-demand optogenetic control of spontaneous seizures in temporal lobe epilepsy.</a> Nature Communications. 4, 1376 (2013).</li><li>Ber&#233;nyi, A., Belluscio, M., Mao, D., Buzs&#225;ki, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Closed-loop+control+of+epilepsy+by+transcranial+electrical+stimulation.">Closed-loop control of epilepsy by transcranial electrical stimulation.</a> Science. 337 (6095), 735-737 (2012).</li><li>Peters, T. E., Bhavaraju, N. C., Frei, M. G., Osorio, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Network+system+for+automated+seizure+detection+and+contingent+delivery+of+therapy.">Network system for automated seizure detection and contingent delivery of therapy.</a> Journal of Clinical Neurophysiology. 18 (6), 545-549 (2001).</li><li>Fountas, K. N., Smith, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Operative Neuromodulation. , 357-362 (2007).</li><li>Heck, C. N., 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=Two-year+seizure+reduction+in+adults+with+medically+intractable+partial+onset+epilepsy+treated+with+responsive+neurostimulation:+final+results+of+the+RNS+System+Pivotal+trial.">Two-year seizure reduction in adults with medically intractable partial onset epilepsy treated with responsive neurostimulation: final results of the RNS System Pivotal trial.</a> Epilepsia. 55 (3), 432-441 (2014).</li><li>Osorio, I., 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=Automated+seizure+abatement+in+humans+using+electrical+stimulation.">Automated seizure abatement in humans using electrical stimulation.</a> Annals of Neurology. 57 (2), 258-268 (2005).</li><li>Sun, F. T., Morrell, M. J., Wharen, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Responsive+cortical+stimulation+for+the+treatment+of+epilepsy.">Responsive cortical stimulation for the treatment of epilepsy.</a> Neurotherapeutics. 5 (1), 68-74 (2008).</li><li>Fountas, K. N., 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=Implantation+of+a+closed-loop+stimulation+in+the+management+of+medically+refractory+focal+epilepsy.">Implantation of a closed-loop stimulation in the management of medically refractory focal epilepsy.</a> Stereotactic and Functional Neurosurgery. 83 (4), 153-158 (2005).</li><li>Abbott, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neuroprosthetics:+In+search+of+the+sixth+sense.">Neuroprosthetics: In search of the sixth sense.</a> Nature. 442, (2006).</li><li>Venkatraman, S., Elkabany, K., Long, J. D., Yao, Y., Carmena, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+system+for+neural+recording+and+closed-loop+intracortical+microstimulation+in+awake+rodents.">A system for neural recording and closed-loop intracortical microstimulation in awake rodents.</a> IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 56 (1), 15-22 (2009).</li><li>Nguyen, T. K. T., 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=Closed-loop+optical+neural+stimulation+based+on+a+32-channel+low-noise+recording+system+with+online+spike+sorting.">Closed-loop optical neural stimulation based on a 32-channel low-noise recording system with online spike sorting.</a> Journal of Neural Engineering. 11 (4), 046005 (2014).</li><li>Laxpati, N. G., 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+in+vivo+optogenetic+neuromodulation+and+multielectrode+electrophysiologic+recording+with+NeuroRighter.">Real-time in vivo optogenetic neuromodulation and multielectrode electrophysiologic recording with NeuroRighter.</a> Frontiers in Neuroengineering. 7, 40 (2014).</li><li>Su, Y., 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=A+wireless+32-channel+implantable+bidirectional+brain+machine+interface.">A wireless 32-channel implantable bidirectional brain machine interface.</a> Sensors. 16 (10), 1582 (2016).</li><li>Ciliberti, D., Kloosterman, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Falcon:+a+highly+flexible+open-source+software+for+closed-loop+neuroscience.">Falcon: a highly flexible open-source software for closed-loop neuroscience.</a> Journal of Neural Engineering. 14 (4), 045004 (2017).</li><li>Luczak, A., Bartho, P., Harris, K. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gating+of+sensory+input+by+spontaneous+cortical+activity.">Gating of sensory input by spontaneous cortical activity.</a> The Journal of Neuroscience. 33 (4), 1684-1695 (2013).</li><li>Luczak, A., Barth&#243;, P., Harris, K. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spontaneous+events+outline+the+realm+of+possible+sensory+responses+in+neocortical+populations.">Spontaneous events outline the realm of possible sensory responses in neocortical populations.</a> Neuron. 62 (3), 413-425 (2009).</li><li>Schjetnan, A. G., Luczak, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recording+Large-scale+Neuronal+Ensembles+with+Silicon+Probes+in+the+Anesthetized+Rat.">Recording Large-scale Neuronal Ensembles with Silicon Probes in the Anesthetized Rat.</a> Journal of Visualized Experiments. (56), (2011).</li><li>Bermudez Contreras, E. 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=Formation+and+reverberation+of+sequential+neural+activity+patterns+evoked+by+sensory+stimulation+are+enhanced+during+cortical+desynchronization.">Formation and reverberation of sequential neural activity patterns evoked by sensory stimulation are enhanced during cortical desynchronization.</a> Neuron. 79 (3), 555-566 (2013).</li><li>Girardeau, G., Benchenane, K., Wiener, S. I., Buzs&#225;ki, G., Zugaro, M. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Selective+suppression+of+hippocampal+ripples+impairs+spatial+memory.">Selective suppression of hippocampal ripples impairs spatial memory.</a> Nature Neuroscience. 12 (10), 1222-1223 (2009).</li><li>Schjetnan, A. G. P., Luczak, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recording+large-scale+neuronal+ensembles+with+silicon+probes+in+the+anesthetized+rat.">Recording large-scale neuronal ensembles with silicon probes in the anesthetized rat.</a> Journal of Visualized Experiments. (56), (2011).</li><li>Vandecasteele, 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=Large-scale+recording+of+neurons+by+movable+silicon+probes+in+behaving+rodents.">Large-scale recording of neurons by movable silicon probes in behaving rodents.</a> Journal of Visualized Experiments. (61), e3568 (2012).</li><li>Sariev, A., 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=Implantation+of+Chronic+Silicon+Probes+and+Recording+of+Hippocampal+Place+Cells+in+an+Enriched+Treadmill+Apparatus.">Implantation of Chronic Silicon Probes and Recording of Hippocampal Place Cells in an Enriched Treadmill Apparatus.</a> Journal of Visualized Experiments. (128), e56438 (2017).</li><li>Harris, K. D., Henze, D. A., Csicsvari, J., Hirase, H., Buzs&#225;ki, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Accuracy+of+tetrode+spike+separation+as+determined+by+simultaneous+intracellular+and+extracellular+measurements.">Accuracy of tetrode spike separation as determined by simultaneous intracellular and extracellular measurements.</a> Journal of Neurophysiology. 84 (1), 401-414 (2000).</li><li>Jiang, Z., 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=TaiNi:+Maximizing+research+output+whilst+improving+animals'+welfare+in+neurophysiology+experiments.">TaiNi: Maximizing research output whilst improving animals' welfare in neurophysiology experiments.</a> Scientific Reports. 7 (1), 8086 (2017).</li><li>Gao, Z., 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=A+cortico-cerebellar+loop+for+motor+planning.">A cortico-cerebellar loop for motor planning.</a> Nature. 563 (7729), 113 (2018).</li><li>Neumann, A. 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=Involvement+of+fast-spiking+cells+in+ictal+sequences+during+spontaneous+seizures+in+rats+with+chronic+temporal+lobe+epilepsy.">Involvement of fast-spiking cells in ictal sequences during spontaneous seizures in rats with chronic temporal lobe epilepsy.</a> Brain. 140 (9), 2355-2369 (2017).</li><li>Gothard, K. M., Skaggs, W. E., Moore, K. M., McNaughton, B. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Binding+of+hippocampal+CA1+neural+activity+to+multiple+reference+frames+in+a+landmark-based+navigation+task.">Binding of hippocampal CA1 neural activity to multiple reference frames in a landmark-based navigation task.</a> Journal of Neuroscience. 16 (2), 823-835 (1996).</li><li>McNaughton, B. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Google Patents. , (1999).</li><li>Wilber, A. A., 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=Cortical+connectivity+maps+reveal+anatomically+distinct+areas+in+the+parietal+cortex+of+the+rat.">Cortical connectivity maps reveal anatomically distinct areas in the parietal cortex of the rat.</a> Frontiers in Neural Circuits. 8, 146 (2015).</li><li>Mashhoori, A., Hashemnia, S., McNaughton, B. L., Euston, D. R., Gruber, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rat+anterior+cingulate+cortex+recalls+features+of+remote+reward+locations+after+disfavoured+reinforcements.">Rat anterior cingulate cortex recalls features of remote reward locations after disfavoured reinforcements.</a> Elife. 7, 29793 (2018).</li><li>Luczak, A., McNaughton, B. L., Harris, K. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Packet-based+communication+in+the+cortex.">Packet-based communication in the cortex.</a> Nature Reviews Neuroscience. , (2015).</li><li>Luczak, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Analysis and Modeling of Coordinated Multi-neuronal Activity. , 163-182 (2015).</li></ol>

البروتوكول الموصوف هنا ، يوضح كيفيه استخدام نظام تسجيل نيوروفيسيولوجي قياسي لاجراء تنشيط الحلقة المغلقة. هذا البروتوكول يسمح أعصاب مع خبره محدوده في علوم الكمبيوتر لتنفيذ سريع مجموعه متنوعة من التجارب حلقه مغلقه مع القليل من التكلفة. وغالبا ما تكون هذه التجارب ضرورية لدراسة التفاعلات ا?...

والهدف من هذا البروتوكول هو شرح كيفيه تنفيذ التحفيز حلقه مغلقه في التجارب الفسيولوجية العصبية. الاعداد النموذجي للتجارب حلقه مغلقه في علوم الأعصاب ينطوي علي أثاره المحفزات استنادا إلى قراءات علي الإنترنت من نشاط الخلايا العصبية. هذا ، بدوره ، يسبب التعديلات في نشاط الدماغ ، التالي إغلاق حلقه التغذية المرتدة1،2. هذه التجارب حلقه مغلقه توفر فوائد متعددة علي الاجهزه القياسية حلقه مفتوحة ، وخاصه عندما يقترن optogenetics ، الذي يسمح للباحثين لاستهداف مجموعه فرعيه معينه من الخلايا العصبية. علي سبيل المثال ، استخدم سيج وويلسون التلاعبات حلقه مغلقه لدراسة دور التذبذبات ثيتا في معالجه المعلومات3. اظهروا ان تحفيز الخلايا العصبية هيبوكامبال علي المرحلة المتساقطة من التذبذب ثيتا له تاثيرات مختلفه علي السلوك من تطبيق نفس التحفيز علي المرحلة الصاعدة. كما أصبحت التجارب المغلقة ذات اهميه متزايدة في الدراسات قبل السريرية. علي سبيل المثال, وقد أظهرت دراسات الصرع متعددة ان تحفيز الخلايا العصبية الناجمة عن بداية المضبوطات هو نهج فعال للحد من شده المضبوطات4,5,6. وعلاوة علي ذلك ، أظهرت نظم الكشف الألى عن المضبوطات وتسليم الوحدة للعلاج7،8 فوائد كبيره في مرضي الصرع9،10،11،12. مجال تطبيق آخر مع التقدم السريع من منهجيات حلقه مغلقه هو السيطرة علي الأطراف العصبية مع الدماغ القشرية-واجات الجهاز. وذلك لان توفير التغذية المرتدة لحظيه لمستخدمي الاجهزه التعويضية يحسن بشكل كبير من الدقة والقدرة13.
في السنوات الاخيره ، وقد وضعت عده مختبرات نظم مخصصه للتسجيل الكهربائي في وقت واحد من نشاط الخلايا العصبية وتسليم المحفزات في نظام مغلق حلقه14،15،16،17،18. علي الرغم من ان العديد من هذه الاجهزه لها خصائص مثيره للإعجاب ، فانه ليس من السهل دائما لتنفيذها في مختبرات أخرى. وذلك لان الانظمه غالبا ما تطلب من الفنيين ذوي الخبرة لتجميع الكترونيات المطلوبة وغيرها من مكونات الاجهزه والبرمجيات الضرورية.
ولذلك ، من أجل تسهيل اعتماد التجارب حلقه مغلقه في بحوث علوم الأعصاب ، وتوفر هذه الورقة بروتوكول ورمز matlab لتحويل حلقه مفتوحة الكهربائية تسجيل الاعداد19،20،21،22 في حلقه مغلقه نظام2،6،23. تم تصميم هذا البروتوكول للعمل مع الاجهزه الرقمية لينكس تسجيل ، وهو نظام مختبر شعبيه لتسجيلات السكان العصبية. وتتالف التجربة النموذجية مما يلي: 1) تسجيل 5-20 دقيقه من البيانات الشائكة; 2) الفرز سبايك لإنشاء قوالب الخلايا العصبية ؛ 3) استخدام هذه القوالب لأداء الكشف عن أنماط النشاط العصبي علي الإنترنت ؛ و 4) تحريك التحفيز أو الاحداث التجريبية عندما يتم الكشف عن الأنماط المحددة من قبل المستخدم.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Baytril</td>
			<td>Bayer, Mississauga, CA</td>
			<td>DIN 02169428</td>
			<td>antibiotic; 50 mg/mL</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cheetah 6.4</td>
			<td>NeuraLynx, Tucson, AZ</td>
			<td>6.4.0.beta</td>
			<td>Software interfaces for data acquisition&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Digital Lynx 4SX</td>
			<td>NeuraLynx, Tucson, AZ</td>
			<td>4SX</td>
			<td>recording equipment</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Headstage transmitter</td>
			<td>TBSI</td>
			<td>B10-3163-GK</td>
			<td>transmits the neural signal to the receiver</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isoflurane</td>
			<td>Fresenius Kabi, Toronto, CA</td>
			<td>DIN 02237518</td>
			<td>inhalation anesthetic</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Jet Denture Powder &#38; Liqud</td>
			<td>Lang Dental, Wheeling, US</td>
			<td>1230</td>
			<td>dental acrylic</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lacri-Lube</td>
			<td>Allergan, Markham, CA</td>
			<td>DIN 00210889</td>
			<td>eye ointment</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lido-2</td>
			<td>Rafter 8, Calgary</td>
			<td>DIN 00654639</td>
			<td>local anesthetic; 20 mg/mL</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Matlab</td>
			<td>Mathworks</td>
			<td>R2018b</td>
			<td>software for signal processing and triggering external events</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Metacam</td>
			<td>Boehringer, Ingelheim, DE</td>
			<td>DIN 02240463</td>
			<td>analgesic; 5 mg/mL</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Netcom</td>
			<td>NeuraLynx</td>
			<td>v1</td>
			<td>Application Programming Interface (API) that communicates with Cheetah</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silicone probe</td>
			<td>Cambridge Neurotech</td>
			<td>ASSY-156-DBC2</td>
			<td>implanted device</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SpikeSort 3D&#160;</td>
			<td>NeuraLynx, Tucson, AZ</td>
			<td>SS3D</td>
			<td>spike waveform-to-cell classification tools</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Wireless Radio Receiver</td>
			<td>TBSI</td>
			<td>911-1062-00</td>
			<td>transmits the neural signal to the Digital Lynx</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

using neuron spiking activity to trigger closed-loop stimuli in neurophysiological experiments

نظم العصبية حلقه مغلقه استخدام أنماط النشاط العصبية لتحفيز المحفزات ، والتي بدورها تؤثر علي نشاط الدماغ. وهذه النظم المغلقة موجودة بالفعل في التطبيقات السريرية ، وهي أدوات هامه للبحوث الاساسيه في المخ. ومن التطورات الحديثة المثيرة للاهتمام بشكل خاص دمج نهج الحلقات المغلقة مع optogenetics ، بحيث يمكن للأنماط المحددة للنشاط العصبي ان تؤدي إلى تحفيز بصري لمجموعات عصبيه مختاره. ومع ذلك ، قد يكون من الصعب إنشاء نظام إلكتروفيزيولوجي لتجارب الحلقات المغلقة. هنا ، يتم توفير رمز Matlab جاهزه للتطبيق لأثاره المحفزات علي أساس نشاط واحد أو الخلايا العصبية المتعددة. يمكن تعديل نموذج التعليمه البرمجية هذا بسهوله استنادا إلى الاحتياجات الفردية. علي سبيل المثال ، فانه يظهر كيفيه تشغيل محفزات الصوت وكيفيه تغييره لتشغيل جهاز خارجي متصل بمنفذ تسلسلي للكمبيوتر. تم تصميم البروتوكول المعروض للعمل مع نظام تسجيل الخلايا العصبية شعبيه للدراسات الحيوانية (نيوالينيكس). ويتجلى تنفيذ التحفيز حلقه مغلقه في الفئران مستيقظا.

فيشر براون النرويج الفئران التي ولدت وترعرعت في الموقع وتعود إلى التعامل معها لمده أسبوعين قبل التجربة. تم زرع محرك التسجيل جراحيا ، علي غرار الأساليب الموصوفة سابقا28،29،30،31،32،33<su...

Watch this Scientific Journal Video about Using Neuron Spiking Activity to Trigger Closed-Loop Stimuli in Neurophysiological Experiments at JoVE.com

Using Neuron Spiking Activity to Trigger Closed-Loop Stimuli in Neurophysiological Experiments

يوضح هذا البروتوكول كيفيه استخدام نظام إلكتروفيزيولوجي لتحفيز الحلقة المغلقة التي تسببها أنماط نشاط الخلايا العصبية. كما يتم توفير نموذج التعليمات البرمجية Matlab التي يمكن تعديلها بسهوله لأجهزه التحفيز المختلفة.

استخدام العصبية النشاط Spiking لتحريك المحفزات حلقه مغلقه في التجارب الفسيولوجية العصبية

Closed-loop neurophysiological systems use patterns of neuronal activity to trigger stimuli, which in turn affect brain activity. Such closed-loop systems ...

يمكن استخدام نظام التسجيل العصبي الفسيولوجي القياسي هذا لإجراء تحفيز الحلقة المغلقة وهو مفيد لدراسة التفاعلات السببية في الدماغ. يسمح هذا البروتوكول لعلماء الأعصاب ذوي الخبرة المحدودة فقط في علوم الكمبيوتر بتنفيذ مجموعة متنوعة من التجارب المغلقة بسرعة بتكلفة قليلة. وقد أصبحت تجارب الحلقة المغلقة تتزايد أهمية العلوم الأساسية والبحوث.على سبيل المثال، أظهرت دراسات الصرع المتعددة أن محفز الخلايا العصبية على بداية النوبات هو نهج فعال للحد من شدة النوبات. لتسهيل اعتماد تجارب الحلقة المغلقة في أبحاث علم الأعصاب ، يوفر هذا البروتوكول رمز MATLAB لتحويل نظام تسجيل كهربائي فيزيولوجيا مفتوح إلى نظام حلقة مغلقة. هذا تطبيق من يغلق حلقة يوضّى تحفيز في فأرة يقظة.لتثبيت نظام الحصول على البيانات الفهد 6.4، افتح صفحة الويب للبرنامج الذي يتضمن المكتبات للتفاعل مع نظام الاستحواذ الفهد، وتثبيت SpikeSort-3D. تثبيت حزمة تطوير NetCom. قم بتسجيل الدخول إلى حساب MATLAB لتحديد الترخيص الصحيح والإصدار ونظام التشغيل.ثم، تحميل المكتبة لحدث على الانترنت اثار كما هو مبين واستخراج الملفات إلى مجلد MATLAB الوثائق. للحصول على البيانات، افتح برنامج الفهد وسجل البيانات العالية لملء الأشكال الموجية للقالب. بعد بضع دقائق، إيقاف الحصول على البيانات وتنفيذ SpikeSort على البيانات المسجلة.بعد ذلك، افتح SpikeSort3-D وانقر فوق قائمة الملفات وتحميل ملف الارتفاع لتحديد ملف ارتفاع من المجلد مع البيانات المسجلة. ثم انقر فوق قائمة الكتلة، autocluster باستخدام كلوستاكويك، وتشغيل. لإجراء تجربة حلقة مغلقة، استئناف الحصول على البيانات في الفهد، وفتح MATLAB.فتح "الـ"بلت" M وانقر فوق تشغيل. بدلاً من ذلك، تنفيذ حلقة مغلقة في إطار الأوامر.استعرض للوصول إلى مجلد التسجيل وحدد أحد ملفات البيانات الشائكة لتحميل معلومات الارتفاع المعرفة في التسجيل الأولي. انقر فوق خانات الاختيار المناسبة تحت الطول الموجي المرسوم لتحديد خلية عصبية واحدة أو متعددة من شأنها أن تؤدي التحفيز. تحديد الحد الأدنى لعدد الخلايا العصبية التي من شأنها أن تؤدي التحفيز عن طريق إدخال عدد صحيح في مربع النص يطابق دقيقة وتحديد الإطار الزمني الذي تعتبر المسامير مطابقة أشكال موجية مختلفة coactive عن طريق إدخال رقم في مربع النص نافذة.ثم، انقر فوق إرسال لبدء تشغيل الأحداث عبر الإنترنت استناداً إلى النشاط ارتفاع الخلايا العصبية المحددة. في هذه التجربة التمثيلية ، كان يستريح الجرذ على وعاء زهور كان مكانًا مألوفًا للراحة أثناء فترات الراحة في التجارب السلوكية. هنا ، يمكن ملاحظة ممثل في وقت واحد تشغيل برنامج التسجيل وبرنامج MATLAB الذي يعرض الطول الموجي الارتفاع المكتسبة في الوقت الحقيقي.عندما يتم الكشف عن المسامير من الكتل الزناد المعرفة مسبقا، يتم عرض الطول الموجي مع خط اندفاعة جريئة في إطار الشكل MATLAB مما يؤدي إلى لهجة وتوفير نظام حلقة مغلقة. في هذا الشكل، يتم عرض رسم بياني تمثيلي يوضح التأخيرات بين وقت توليد ارتفاع اصطناعي ووقت الحث على إشارة مستحثة. بعد إعداد حيوان، وتثبيت البرنامج، تتكون تجربة الحلقة المغلقة من مرحلتين رئيسيتين، هما الحصول على البيانات الأولية وتحفيز الحلقة المغلقة التي تؤدي الطفرات خلالها إلى تحفيزات خارجية.هذا البروتوكول يسمح أيضا لعلاج منبهات على أساس نشاط الخلايا العصبية المتعددة وهو أمر مهم لمعالجة الأسئلة حول معالجة المعلومات في الدماغ. مزايا هذا الحل MATLAB هي انخفاض تكلفتها ومرونتها في تحديد أنماط النشاط لتحريك المحفزات التي يمكن أن تساعد في التحقيق في مجموعة متنوعة من الأسئلة العصبية العلمية.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

An Experimental Platform to Study the Closed-loop Performance of Brain-machine Interfaces

على منهاج تجريبي لدراسة الأداء حلقة مغلقة من الدماغ والآلة واجهات

The non-stationary nature and variability of neuronal signals is a fundamental problem in brain-machine interfacing. We developed a brain-machine ...

Multi-unit Recording Methods to Characterize Neural Activity in the Locust (Schistocerca Americana) Olfactory Circuits

Multi-unit Recording Methods to Characterize Neural Activity in the Locust Schistocerca Americana Olfactory Circuits

طرق تسجيل متعددة الوحدات لوصف النشاط العصبي في الجراد (<em&gt; الجراد الصحراوي أمريكانا</em&gt;) الدوائر الشم

Detection and interpretation of olfactory cues are critical for the survival  of many organisms. Remarkably, species across phyla have strikingly similar ...

The Neuromuscular Junction: Measuring Synapse Size, Fragmentation and Changes in Synaptic Protein Density Using Confocal Fluorescence Microscopy

على الموصل العصبي العضلي: قياس المشبك الحجم، التغييرات تجزئة ومتشابك الكثافة البروتين عن طريق متحد البؤر مضان المجهر

The neuromuscular junction (NMJ) is the large, cholinergic relay synapse through which mammalian motor neurons control voluntary muscle contraction. ...

Real-time Electrophysiology: Using Closed-loop Protocols to Probe Neuronal Dynamics and Beyond

في الوقت الحقيقي الكهربية: استخدام البروتوكولات ذات الحلقات المغلقة للتحقيق العصبية حيوية وما بعدها

Experimental neuroscience is witnessing an increased interest in the development and application of novel and often complex, closed-loop protocols, where ...

Closed-loop Neuro-robotic Experiments to Test Computational Properties of Neuronal Networks

حلقة مغلقة العصبية الروبوتية تجارب لاختبار خصائص الحاسوبية من الشبكات العصبية

Information coding in the Central Nervous System (CNS) remains unexplored. There is mounting evidence that, even at a very low level, the representation ...

Immunohistochemical Visualization of Hippocampal Neuron Activity After Spatial Learning in a Mouse Model of Neurodevelopmental Disorders

التصور المناعى من الحصين العصبية آخر بعد المكانية التعلم في نموذج الفأر من الاضطرابات العصبية النمائية

Induction of phosphorylated extracellular-regulated kinase (pERK) is a reliable molecular readout of learning-dependent neuronal activation. Here, we ...

Using Single Sensillum Recording to Detect Olfactory Neuron Responses of Bed Bugs to Semiochemicals

باستخدام Sensillum واحدة تسجيل لكشف الردود الشم العصبية من بق الفراش لSemiochemicals

The insect olfactory system plays an important role in detecting semiochemicals in the environment. In particular, the antennal sensilla which house ...

Neuron-Macrophage Co-cultures to Activate Macrophages Secreting Molecular Factors with Neurite Outgrowth Activity

بلعم العصبية الثقافات المشارك لتفعيل الضامة إفراز العوامل الجزيئية مع نشاط ثمرة نورت

There is strong evidence that macrophages can participate in the regeneration or repair of injured nervous system. Here, we describe a protocol in which ...

Semi-Quantitative Determination of Dopaminergic Neuron Density in the Substantia Nigra of Rodent Models using Automated Image Analysis

تحديد شبه كمي لكثافة الخلايا العصبية الدوبامين في Substantia Nigra من نماذج القوارض باستخدام تحليل الصورة الآلي

Estimation of the number of dopaminergic neurons in the substantia nigra is a key method in pre-clinical Parkinson's disease research. Currently, unbiased ...

In vivo Calcium Imaging of Mouse Geniculate Ganglion Neuron Responses to Taste Stimuli

في تصوير الكالسيوم في الجسم الحي من الماوس Geniculate استجابات الخلايا العصبية العقدية لتذوق المحفزات

Within the last ten years, advances in genetically encoded calcium indicators (GECIs) have promoted a revolution in in vivo functional imaging. Using ...