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

Dette arbejde blev støttet af NSERC Discovery Grants til AL og AG.

Alle procedurer, der er beskrevet her, blev udført under en dyre forskningsprotokol godkendt af University of Lethbridge dyrevelfærds udvalget.
1. kirurgi
Bemærk: de kirurgiske indgreb, som anvendes til implantat sonder til neuro fysiologiske optagelser, er blevet præsenteret i andre publikationer24,25,26. De nøjagtige oplysninger om operationen for lukket-loop stimulati...

<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>

Den protokol, der er beskrevet her, viser, hvordan man bruger et standard neurofysiologisk optagelses system til at udføre closed-loop stimulation. Denne protokol giver neuroforskere med begrænset ekspertise inden for datalogi til hurtigt at gennemføre en række lukkede-loop eksperimenter med små omkostninger. Sådanne eksperimenter er ofte nødvendige for at studere kausale interaktioner i hjernen.
Efter klargøring af et dyr og installering af softwaren (trin 1 & 2) består forsøget med...

Målet med denne protokol er at demonstrere, hvordan man implementerer closed-loop stimulation i neurofysiologiske eksperimenter. Den typiske opsætning for closed-loop eksperimenter i neurovidenskab involverer udløsende stimuli baseret på online udaflæsning af neuronal aktivitet. Dette, til gengæld, forårsager ændringer i hjernens aktivitet, således at lukke feedback loop1,2. Sådanne lukkede-loop eksperimenter giver flere fordele i forhold til standard Open-Loop opsætninger, især når det kombineres med optogenetics, som giver forskerne mulighed for at målrette en bestemt delmængde af neuroner. For eksempel brugte Siegle og Wilson lukkede manipulationer til at studere Theta-svingningerne i informationsbehandling3. De viste, at stimulere hippocampus neuroner på den faldende fase af Theta oscillationer havde forskellige virkninger på adfærd end at anvende den samme stimulation på den stigende fase. Eksperimenter med lukkede kredsløb bliver også stadig vigtigere i prækliniske studier. For eksempel, flere epilepsi undersøgelser har vist, at neuronal stimulation udløst på beslaglæggelse debut er en effektiv tilgang til at reducere sværhedsgraden af anfald4,5,6. Desuden viste systemer til automatiseret beslaglæggelse påvisning og betinget levering af behandling7,8 betydelige fordele i epilepsipatienter9,10,11,12. Et andet applikationsområde med hurtig fremrykning af lukkede kredsløb er kontrol af neuroproteser med kortikale hjerne-maskingrænseflader. Dette skyldes, at give øjeblikkelig feedback til brugere af proteser enheder betydeligt forbedrer nøjagtighed og kapacitet13.
I de seneste år har flere laboratorier udviklet brugerdefinerede systemer til samtidig elektrisk registrering af neuronal aktivitet og levering af stimuli i et lukket loop system14,15,16,17,18. Selv om mange af disse opsætninger har imponerende egenskaber, er det ikke altid let at implementere dem i andre laboratorier. Dette skyldes, at systemerne ofte kræver erfarne teknikere til at samle den påkrævede elektronik og andre nødvendige hardware-og softwarekomponenter.
Derfor, for at lette vedtagelsen af closed-loop eksperimenter i neurovidenskabelig forskning, dette papir indeholder en protokol og MATLAB kode til at konvertere en Open-Loop elektrofysiologisk optagelse setup19,20,21,22 i en lukket loop system2,6,23. Denne protokol er designet til at arbejde med den digitale Lynx Recording hardware, et populært laboratorium system for neuronal befolkning optagelser. Et typisk eksperiment består af følgende: 1) optagelse 5-20 minutter af spiking data; 2) Spike sortering at skabe neuronal skabeloner; 3) ved hjælp af disse skabeloner til at udføre online påvisning af neurale aktivitetsmønstre; og 4) udløser stimulation eller eksperimentelle begivenheder, når bruger-specificerede mønstre detekteres.

<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

Closed-loop neurofysiologiske systemer bruger mønstre af neuronal aktivitet til at udløse stimuli, som igen påvirker hjernens aktivitet. Sådanne lukkede kredsløb er allerede fundet i kliniske applikationer, og er vigtige værktøjer til grundlæggende hjerneforskning. En særlig interessant nylig udvikling er integrationen af lukkede kredsløb tilgange med optogenetik, således at specifikke mønstre af neuronal aktivitet kan udløse optisk stimulering af udvalgte neuronal grupper. Det kan dog være vanskeligt at oprette et elektrofysiologisk system til eksperimenter med lukkede kredsløb. Her, en klar-til-anvendelse MATLAB kode er fastsat for at udløse stimuli baseret på aktiviteten af enkelt eller flere neuroner. Dette eksempelkode kan nemt ændres baseret på individuelle behov. For eksempel, det viser, hvordan man udløse lyd stimuli og hvordan du ændrer det til at udløse en ekstern enhed tilsluttet en PC seriel port. Den præsenterede protokol er designet til at arbejde med en populær neuronal optagelse system til dyreforsøg (Neuralynx). Gennemførelsen af closed-loop stimulation er demonstreret i en vågen rotte.

Fisher-Brown Norge rotter født og opvokset på stedet blev vant til håndtering i to uger før forsøget. Et optagelses drev blev kirurgisk implanteret, svarende til metoder beskrevet tidligere28,29,30,31,32,33,34. De neuronal signaler blev indspillet på 32 kHz med en digital erhvervelse s...

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

Denne protokol demonstrerer, hvordan man bruger et elektrofysiologisk system til lukket loop stimulation udløst af neuronal aktivitetsmønstre. Prøve MATLAB kode, der let kan ændres for forskellige stimulation enheder er også forudsat.

Brug neuron spiking aktivitet til at udløse lukkede loop stimuli i neurofysiologiske eksperimenter

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

Denne standard neurofysiologiske optagelse system kan bruges til at udføre en lukket kredsløb stimulation, som er nyttig til at studere kausale interaktioner i hjernen. Denne protokol giver neuroforskere med kun begrænset ekspertise inden for datalogi til hurtigt at gennemføre en række lukkede kredsløb eksperimenter med få omkostninger. Closed-loop eksperimenter har becaming stadig vigtigere for grundforskning og forskning.For eksempel, flere epilepsi undersøgelser har vist, at neuron stimulation udløse på beslaglæggelse debut er en effektiv tilgang til at reducere sværhedsgraden af anfald. For at lette vedtagelsen af lukkede kredsløb eksperimenter i neurovidenskab forskning, denne protokol giver MATLAB kode til at konvertere en open-loop elektrofysiologisk optagelse system i et lukket kredsløb system. Denne gennemførelse af lukket kredsløb stimulation er påvist i en vågen rotte.Hvis du vil installere Cheetah 6.4 Data Acquisition System, skal du åbne websiden for den software, der omfatter biblioteker til at interagere med Cheetah opkøb system, og installere SpikeSort-3D. Installer NetCom-udviklingspakken. Log på en MATLAB-konto for at vælge den korrekte licens, version og operativsystem.Download derefter biblioteket til onlinehændelse, der udløses som angivet, og udpak filerne til mappen MATLAB. For dataindsamling, åbne Cheetah software og registrere spiking data til at udfylde skabelonen bølgeformer. Efter et par minutter skal du stoppe dataindsamlingen og udføre en SpikeSort på de registrerede data.Åbn derefter SpikeSort3-D, og klik på filmenuen, og indlæs spidsfil For at vælge en spike-fil fra mappen med de registrerede data. Klik derefter på klyngemenu, autokludering ved hjælp af KlustaKwik, og kør. Hvis du vil udføre et eksperiment med lukket kredsløb, skal du genoptage dataindsamlingen i Cheetah og åbne MATLAB.Åbn Lukketloop. M, og klik på kør. Du kan også udføre lukket sløjfe i kommandovinduet.Gå til optagelsesmappen, og vælg en af de spikingdatafiler for at indlæse de spike-oplysninger, der er defineret i den første optagelse. Klik på de relevante afkrydsningsfelter under de afbildede bølgeformer for at vælge en eller flere neuroner, der vil udløse stimulering. Definer det mindste antal neuroner, der vil udløse stimulering ved at indtaste et heltal i tekstboksen min matches, og definer det tidsvindue, hvor de pigge, der matcher de forskellige bølgeformer, betragtes som coactive ved at indtaste et tal i vinduestekstfeltet.Klik derefter på Send for at begynde onlineudløsningen af hændelser baseret på de valgte neuroners spikingaktivitet. I dette repræsentative eksperiment, var rotten hvilede på en urtepotte, som var et velkendt hvilested i pauser i adfærdsmæssige eksperimenter. Her kan en repræsentativ samtidig kørsel af optagelsessoftwaren og MATLAB-programmet, der viser spike waveforms erhvervet i realtid, observeres.Når der registreres pigge fra foruddefinerede udløserklynger, vises bølgeformerne med en fed streg i MATLAB-figurvinduet, der udløser en tone og giver et lukket kredsløb. I dette tal vises et repræsentativt histogram, der illustrerer forsinkelserne mellem tidspunktet for generering af en kunstig stigning og tidspunktet for at fremkalde et udløst signal. Efter at have forberedt et dyr, og installere softwaren, det lukkede kredsløb eksperiment består af to hovedfaser, den første dataindsamling og lukket kredsløb stimulation, hvor pigge udløse eksterne stimuli.Denne protokol giver også mulighed for behandling af en stimuli baseret på aktiviteten af flere neuroner, som er vigtigt for at behandle spørgsmål om informationsbehandling i hjernen. Fordelene ved denne MATLAB løsning er dens lave omkostninger og fleksibilitet i at definere de aktivitetsmønstre til at udløse stimuli, som kan hjælpe med at undersøge en række neurovidenskabelige spørgsmål.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

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

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

Multi-unit Optagelse metoder til karakterisering af neurale aktivitet i Locust (<em&gt; Schistocerca Americana</em&gt;) Lugtesansen Circuits

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

Den neuromuskulære forbindelse: Måling Synapse Størrelse, fragmentering og ændringer i Synaptic Protein Density Brug Konfokal Fluorescens mikroskopi

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

Real-time Elektrofysiologi: Brug lukkede kredsløb protokoller til Probe Neuronal Dynamics og Beyond

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

Lukket kredsløb Neuro-robot Eksperimenter til Test Computational egenskaber neuronale netværk

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

Immunhistokemisk Visualisering af Hippocampal Neuron aktivitet efter Spatial Læring i en musemodel af forstyrrelser i nervesystemets udvikling

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

Brug Single Sensillum Optagelse til Detect olfaktoriske Neuron Responses af seng Bugs til Semiochemicals

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

Neuron-makrofag Co kulturer at aktivere makrofager secernerende molekylære faktorer med Neurite udvækst aktivitet

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

Semi-kvantitativ bestemmelse af dopaminergisk neurontæthed i Substantia Nigra af gnavermodeller ved hjælp af automatiseret billedanalyse

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

In vivo Calcium Imaging af Mus Geniculate Ganglion Neuron Svar på Smag Stimuli

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