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

Эта работа была поддержана nsERC Discovery гранты для AL и AG.

Все описанные здесь процедуры были выполнены в соответствии с Протоколом исследований в отношении животных, утвержденным Комитетом по защите животных Университета Летбриджа.
1. Хирургия
ПРИМЕЧАНИЕ: Хирургия процедуры, используемые для имплантации зондов ...

<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>

В описанном здесь протоколе показано, как использовать стандартную нейрофизиологическую систему записи для выполнения стимуляции замкнутого цикла. Этот протокол позволяет нейробиологам с ограниченным опытом в области компьютерных наук быстро внедрять различные эксперименты с замк...

Цель юга в этом протоколе – продемонстрировать, как внедрить замкнутую петлю стимуляции в нейрофизиологических экспериментах. Типичная установка для экспериментов с замкнутым циклом в неврологии включает в себя запуск стимулов на основе онлайн считывания нейронной активности. Это, в свою очередь, вызывает изменения в активности мозга, тем самым закрывая цикл обратной связи1,2. Такие эксперименты с замкнутым циклом дают несколько преимуществ по сравнению со стандартными открытыми установками, особенно в сочетании с оптогенетикой, что позволяет исследователям ориентироваться на определенный подмножество нейронов. Например, Сигл и Уилсон использовали манипуляции с замкнутым циклом для изучения роли тета-колебаний в обработке информации3. Они продемонстрировали, что стимулирование гиппокампа нейронов на падающей фазе тета колебаний было различное влияние на поведение, чем применение той же стимуляции на восходящей фазе. Эксперименты с замкнутыми петлями также приобретают все большее значение в доклинических исследованиях. Например, несколько исследований эпилепсии показали, что стимуляция нейронов, вызванная при судорогами, является эффективным подходом к снижению тяжести судорог4,5,6. Кроме того, системы автоматического обнаружения изъятий и условной доставки терапии7,8 показали значительные преимущества у больных эпилепсией9,10,11,12. Еще одной областью применения с быстрым продвижением методологий замкнутого цикла является контроль нейропротезирования с корковыми интерфейсами мозга и машины. Это потому, что предоставление мгновенной обратной связи с пользователями протезов устройств значительно повышает точность и возможность13.
В последние годы несколько лабораторий разработали пользовательские системы для одновременной электрической записи нейронной активности и доставки стимулов в замкнутой системе14,15,16,17,18. Хотя многие из этих установк имеют впечатляющие характеристики, не всегда легко реализовать их в других лабораториях. Это связано с тем, что системы часто требуют от опытных специалистов собрать необходимую электронику и другие необходимые аппаратные и программные компоненты.
Таким образом, для того, чтобы облегчить принятие замкнутого цикла экспериментов в неврологии исследований, в этой статье содержится протокол и код Matlab для преобразования открытой петли электрофизиологической записи установки19,20,21,22 в замкнутой петли системы2,6,23. Этот протокол предназначен для работы с цифровым оборудованием для записи Lynx, популярной лабораторной системой для нейронных записей популяций. Типичный эксперимент состоит из следующих: 1) Запись 5-20 минут пикирования данных; 2) Спайк сортировки для создания нейрональных шаблонов; 3) Использование этих шаблонов для выполнения онлайн-обнаружения моделей нейронной активности; и 4) стимулирование триггеров или экспериментальные события при обнаружении установленных пользователем закономерностей.

<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

Нейрофизиологические системы замкнутого цикла используют модели нейронной активности для вызвать стимулы, которые, в свою очередь, влияют на активность мозга. Такие системы замкнутого цикла уже встречаются в клинических приложениях и являются важными инструментами для фундаментальных исследований мозга. Особенно интересным в последнее время является интеграция подходов замкнутого цикла с оптогенетикой, так что специфические модели нейронной активности могут вызвать оптическую стимуляцию отдельных нейронных групп. Однако создание электрофизиологической системы для экспериментов с замкнутым циклом может быть затруднено. Здесь для запуска стимулов предусмотрен готовый к применению код Matlab, основанный на активности одиночных или множественных нейронов. Этот пример кода может быть легко изменен в зависимости от индивидуальных потребностей. Например, он показывает, как вызвать звуковые стимулы и как изменить его, чтобы вызвать внешнее устройство, подключенное к серийному порту ПК. Представленный протокол предназначен для работы с популярной нейрональной системой записи для исследований на животных (Neuralynx). Внедрение замкнутого цикла стимуляции демонстрируется бодрствующим крысой.

Крысы Фишер-Браун Норвегия, родившиеся и выросвшие на месте, привыкли к обработке в течение двух недель до начала эксперимента. Запись диск был хирургически имплантирован, как методы, описанные ранее28,29,30,31,<sup cla...

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

Этот протокол демонстрирует, как использовать электрофизиологическую систему для стимуляции замкнутого цикла, вызванной нейронной активностью. Также предоставляется пример кода Matlab, который можно легко модифицировать для различных устройств стимуляции.

Использование Нейрон Spiking деятельности триггера закрытой петли стимулы в нейрофизиологических экспериментов

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

Эта стандартная нейрофизиологическая система записи может быть использована для выполнения стимуляции замкнутой петли, которая полезна для изучения причинно-следственных взаимодействий в головном мозге. Этот протокол позволяет нейробиологам с ограниченным опытом в области компьютерных наук быстро внедрять различные эксперименты замкнутого цикла с небольшими затратами. Эксперименты с замкнутой петлей становятся все более важными для фундаментальных наук и исследований.Например, многочисленные исследования эпилепсии показали, что нейрон стимуляции триггера на начало захвата является эффективным подходом к снижению тяжести судорог. Для облегчения внедрения замкнутых экспериментов в исследованиях в области неврологии этот протокол содержит код MATLAB для преобразования электрофизиологической системы открытого цикла в систему замкнутого цикла. Эта реализация стимуляции замкнутого цикла продемонстрирована у бодрствующим крыс.Для установки системы получения данных Cheetah 6.4 откройте веб-страницу для программного обеспечения, которое включает библиотеки для взаимодействия с системой приобретения Cheetah, и установите SpikeSort-3D. Установите пакет разработки NetCom. Воляйся в учетную запись MATLAB, чтобы выбрать правильную лицензию, версию и операционную систему.Затем загрузите библиотеку для запуска онлайн-событий, как указано, и извлеките файлы в папку MATLAB. Для сбора данных откройте программное обеспечение Cheetah и замелите данные пики для заполнения волновых форм шаблона. Через несколько минут прекратите сбор данных и выполните SpikeSort на записанных данных.Далее откройте SpikeSort3-D и нажмите меню файла и загрузите файл шипа, чтобы выбрать файл шипа из папки с записанными данными. Затем нажмите кластерное меню, автокластер с помощью KlustaKwik и запустите. Для выполнения эксперимента замкнутого цикла, возобновить сбор данных в Cheetah, и открыть MATLAB.Открыть ЗакрытыйLoop. M и нажмите запустить. Кроме того, выполните замкнутый цикл в командном окне.Просмотрите папку записи и выберите один из пики файлов данных для загрузки информации о всплеске, определенной в первоначальной записи. Нажмите соответствующие чек-боксы под построен волнообразных форм, чтобы выбрать один или несколько нейронов, которые будут вызывать стимуляцию. Определите минимальное количество нейронов, которые будут вызывать стимуляцию, введя integer в поле текста мин совпадает с текстовым окном и определить время, в котором шипы, соответствующие различным волновым формам считаются коактивными, введя номер в окно текстового окна.Затем нажмите отправить, чтобы начать онлайн инициирование событий на основе пиковой активности выбранных нейронов. В этом репрезентативном эксперименте крыса отдыхала на цветочном горшке, который был знакомым местом отдыха во время перерывов в поведенческих экспериментах. Здесь можно наблюдать представитель одновременного запуска записывающего программного обеспечения и программы MATLAB, которая отображает шиповые волновые формы, приобретенные в режиме реального времени.При обнаружении пиков из предопределенных триггерных кластеров формы волн отображаются с помощью смелой линии тире в окне фигуры MATLAB, вызывая тон и обеспечивая систему замкнутого цикла. На этом рисунке показана репрезентативная гистограмма, иллюстрирующая задержки между временем генерации искусственного всплеска и временем индуцирования срабатывуемого сигнала. После подготовки животного и установки программного обеспечения, замкнутый цикл эксперимента состоит из двух основных этапов, первоначального сбора данных и стимуляции замкнутого цикла, во время которого шипы вызывают внешние раздражители.Этот протокол также позволяет лечить стимулы на основе активности нескольких нейронов, что имеет важное значение для решения вопросов об обработке информации в головном мозге. Преимущества этого решения MATLAB являются его низкая стоимость и гибкость в определении моделей активности, чтобы вызвать стимулы, которые могут помочь в расследовании различных нейронаучных вопросов.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

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

Экспериментальная платформа по изучению обратной связью Выполнение Брейн-машинных интерфейсов

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-единицы Запись методы для характеристики нейронной активности в Locust (<em&gt; Schistocerca Americana</em&gt;) Обонятельные схемы

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

Нервно-мышечном соединении: Synapse размер измерение, фрагментации и изменения в синаптической белка плотности с использованием конфокальной флуоресцентной микроскопии

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

В режиме реального времени электрофизиологии: Использование замкнутой протоколы к Probe нейронов динамики и 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

Замкнутые нервно-роботов экспериментов, чтобы проверить Вычислительные Свойства нейронных сетей

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

Иммуногистохимический Визуализация гиппокампа активности нейронов После пространственного обучения в мышиной модели нарушениями развития нервной

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

Использование однозначных сенсиллы запись для обнаружения обоняния нейронных ответов постельных клопов в 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

Нейрон макрофагального Сопредседатель культур для активации макрофагов, секретирующих молекулярные факторы с Neurite результатом деятельности

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

Полу количественное определение плотности дофаминергических нейронов в Чернии субстанции моделей грызунов с использованием автоматизированного анализа изображений

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 Кальциевая визуализация реакции ганглионных нейронов мыши на вкусовые стимулы

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