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

Bu çalışma AL ve AG'ye verilen NSERC Discovery bağışları ile desteklenmiştir.

Burada açıklanan tüm prosedürler Lethbridge Üniversitesi Hayvan Refahı Komitesi tarafından onaylanan bir Hayvan Araştırma Protokolü altında gerçekleştirilmiştir.
1. Cerrahi
NOT: Nörofizyolojik kayıtlar için probların implanta edilmesinde kullanılan cerrahi prosedürler diğer yayınlarda sunulmuştur24,25,26. Kapalı döngü stimülasyon için yapılan amel...

<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>

Burada açıklanan protokol, kapalı döngü stimülasyon gerçekleştirmek için standart bir nörofizyolojik kayıt sisteminin nasıl kullanılacağını göstermektedir. Bu protokol, bilgisayar biliminde sınırlı uzmanlığa sahip nörologların çok az maliyetle çeşitli kapalı döngü deneylerini hızla uygulamalarını sağlar. Bu tür deneyler genellikle beyinde nedensel etkileşimleri incelemek için gereklidir.
Bir hayvan hazırlayıp yazılımı yükledikten sonra (Adımlar 1 & 2...

Bu protokolün amacı nörofizyolojik deneylerde kapalı döngü stimülasyonun nasıl uygulanacağını göstermektir. Nörobilimde kapalı döngü deneyleri için tipik kurulum nöronal aktivitenin online okuma dayalı uyaranları tetikleme içerir. Bu, sırayla, beyin aktivitesinde değişikliklere neden olur, böylece geribildirim döngü kapanış1,2. Bu tür kapalı döngü deneyleri standart açık döngü kurulumları üzerinde birden fazla fayda sağlar, özellikle optogenetik ile birlikte, hangi araştırmacılar nöronların belirli bir alt kümesi hedef sağlar. Örneğin, Siegle ve Wilson bilgi işleme3teta salınımlarının rolünü incelemek için kapalı döngü manipülasyonları kullanılır. Onlar teta salınımlarının düşen faz ı sajal hipokampal nöronlar uyarıcı yükselen faz üzerinde aynı stimülasyon uygulayarak daha davranış üzerinde farklı etkileri olduğunu gösterdi. Kapalı döngü deneyleri de klinik öncesi çalışmalarda giderek daha önemli hale gelmektedir. Örneğin, birden fazla epilepsi çalışmaları nöbet başlangıcında tetiklenen nöronal stimülasyon nöbet şiddetini azaltmak için etkili bir yaklaşım olduğunu göstermiştir4,5,6. Ayrıca, otomatik nöbet algılama sistemleri ve tedavi şartlı teslim7,8 epilepsi hastalarında önemli faydalar gösterdi9,10,11,12. Kapalı döngü metodolojilerinin hızlı bir şekilde ilerlemesi ile bir diğer uygulama alanı kortikal beyin-makine arayüzleri ile nöroprotez kontrolüdür. Bunun nedeni, protez cihazların kullanıcılarına anlık geri bildirim sağlanmasının doğruluğu ve yeteneğini önemli ölçüde artırmasıdır13.
Son yıllarda, çeşitli laboratuvarlar nöronal aktivite ve bir kapalıdöngü sistemi14,15,16,17,18uyaranların teslim eşzamanlı elektrik kayıt için özel sistemler geliştirdik. Bu kurulumların çoğu etkileyici özelliklere sahip olsa da, bunları diğer laboratuvarlarda uygulamak her zaman kolay değildir. Bunun nedeni, sistemlerin genellikle gerekli elektronik ve diğer gerekli donanım ve yazılım bileşenlerini bir araya getirmek için deneyimli teknisyenler istemesidir.
Bu nedenle, nörolojik araştırmalarda kapalı döngü deneylerin benimsenmesini kolaylaştırmak için, bu kağıt bir açık döngü elektrofizyolojik kayıt kurulumu dönüştürmek için bir protokol ve Matlab kodu sağlar19,20,21,22 kapalı döngü sistemi2,6,23. Bu protokol, nöronal nüfus kayıtları için popüler bir laboratuvar sistemi olan Digital Lynx kayıt donanımı ile çalışmak üzere tasarlanmıştır. Tipik bir deney aşağıdakilerden oluşur: 1) 5-20 dakikalık spiking veri kaydı; 2) Spike sıralama nöronal şablonlar oluşturmak için; 3) Nöral aktivite kalıplarının çevrimiçi algılamasını gerçekleştirmek için bu şablonları kullanmak; ve 4) Kullanıcı tarafından belirtilen desenler tespit edildiğinde uyarıcı veya deneysel olayları tetikleme.

<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

Kapalı döngü nörofizyolojik sistemler uyaranları tetiklemek için nöronal aktivite kalıpları kullanırlar, bu da beyin aktivitesini etkiler. Bu tür kapalı döngü sistemleri zaten klinik uygulamalarda bulunan ve temel beyin araştırmaları için önemli araçlardır. Özellikle ilginç bir son gelişme optogenetik ile kapalı döngü yaklaşımların entegrasyonu, nöronal aktivite belirli desenler seçilen nöronal grupların optik stimülasyon tetikleyebilir gibi. Ancak, kapalı döngü deneyleri için bir elektrofizyolojik sistem kurmak zor olabilir. Burada, tek veya birden fazla nöronların aktivitesine dayalı uyaranları tetiklemek için uygulamaya hazır bir Matlab kodu sağlanır. Bu örnek kod, bireysel ihtiyaçlar temel alınca kolayca değiştirilebilir. Örneğin, ses uyaranlarının nasıl tetiklenir ve pc seri bağlantı noktasına bağlı harici bir aygıtı tetiklemek için nasıl değiştirileceği gösterilmektedir. Sunulan protokol hayvan çalışmaları (Neuralynx) için popüler bir nöronal kayıt sistemi ile çalışmak üzere tasarlanmıştır. Kapalı döngü stimülasyon uygulaması uyanık bir sıçanda gösterilmiştir.

Fisher-Brown Norveç fareleri sahada doğup büyümüş, deneyden önce iki hafta boyunca kullanıma alışkındı. Bir kayıt sürücü cerrahi implante edildi, daha önce açıklanan yöntemlere benzer28,29,30,31,32,33,34. Nöronal sinyaller 32 kHz dijital bir satın alma sistemi ile kayde...

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

Bu protokol, nöronal aktivite paternlerinin tetiklediği kapalı döngü stimülasyonları için elektrofizyolojik sistemin nasıl kullanılacağını göstermektedir. Farklı stimülasyon cihazları için kolayca değiştirilebilen örnek Matlab kodu da sağlanır.

Nörofizyolojik Deneylerde Kapalı Döngü Uyaranlarını Tetiklemek Için Nöron Spiking Aktivitesinin Kullanılması

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

Bu standart nörofizyolojik kayıt sistemi beyinde nedensel etkileşimleri incelemek için yararlı bir kapalı döngü stimülasyon gerçekleştirmek için kullanılabilir. Bu protokol, bilgisayar biliminde sadece sınırlı uzmanlığı olan nörologların çok az maliyetle çeşitli kapalı döngü deneylerini hızla uygulamalarını sağlar. Kapalı döngü deneyleri temel bilim ve araştırma için giderek daha önemli becaming var.Örneğin, birden fazla epilepsi çalışmaları nöbet başlangıcında nöron stimülasyonu tetiktetik nöbet şiddetini azaltmak için etkili bir yaklaşım olduğunu göstermiştir. Nörolojik araştırmalarda kapalı döngü deneylerinin benimsenmesini kolaylaştırmak için, bu protokol MATLAB kodunun açık döngüelektrofizyolojik kayıt sistemini kapalı döngü sistemine dönüştürmesini sağlar. Kapalı döngü stimülasyon bu uygulama uyanık bir sıçan da gösterilmiştir.Cheetah 6.4 Veri Toplama Sistemi'ni yüklemek için, çita satın alma sistemiyle etkileşimkurmak için kütüphaneleri içeren yazılımın web sayfasını açın ve SpikeSort-3D'yi yükleyin. NetCom Geliştirme Paketini yükleyin. Doğru lisansı, sürümü ve işletim sistemini seçmek için MATLAB hesabına giriş yapın.Ardından, belirtildiği gibi çevrimiçi olay tetikleyiciiçin kitaplığı indirin ve dosyaları MATLAB klasörüne ayıklayın. Veri toplama için Çita yazılımını açın ve şablon dalga formlarını doldurmak için spiking verilerini kaydedin. Birkaç dakika sonra, veri toplamayı durdurun ve kaydedilen verilerüzerinde bir SpikeSort gerçekleştirin.Ardından, SpikeSort3-D'yi açın ve dosya menüsünü tıklatın ve kaydedilen verileri içeren klasörden bir başak dosyası seçmek için başak dosyasını yükleyin. Ardından küme menüsüne, KlustaKwik'i kullanarak otomatik kümeye tıklayın ve çalıştırın. Kapalı döngü denemesi gerçekleştirmek için Çita'da veri toplamaya devam edin ve MATLAB'ı açın.ClosedLoop'u açın. M ve tıklayın çalıştır. Alternatif olarak, komut penceresinde kapalı döngü yürütün.Kayıt klasörüne göz atın ve ilk kayıtta tanımlanan ani bilgileri yüklemek için spiking veri dosyalarından birini seçin. Uyarımı tetikleyecek bir veya birden fazla nöronu seçmek için çizilen dalga formlarının altındaki uygun onay kutularını tıklatın. Min eşleşen metin kutusuna bir tamsayı girerek uyarımı tetikleyecek minimum nöron sayısını tanımlayın ve pencere metin kutusuna bir numara girerek farklı dalga formlarına uyan ani artışların eş zamanlı olarak kabul edildiği zaman penceresini tanımlayın.Ardından, seçilen nöronların spiking aktivitesine dayalı olayların çevrimiçi tetikleme başlatmak için gönder'i tıklatın. Bu temsili deneyde, sıçan davranışsal deneylerde molalar sırasında tanıdık bir dinlenme yeri olan bir saksı üzerinde dinlenmiş oldu. Burada kayıt yazılımının ve gerçek zamanlı olarak edinilen ani dalga formlarını görüntüleyen MATLAB programının eşzamanlı olarak çalıştırıldığı gözlemlenebilir.Önceden tanımlanmış tetikleme kümelerinden ani artışlar algılandığında, dalga formları MATLAB şekil penceresinde bir sesi tetikleyen ve kapalı döngü sistemi sağlayan kalın bir çizgi ile görüntülenir. Bu şekilde, yapay bir başak üretme zamanı ile tetiklenen sinyalin indüklenme zamanı arasındaki gecikmeleri gösteren temsili bir histogram gösterilmiştir. Bir hayvan hazırlandıktan ve yazılımı yükledikten sonra, kapalı döngü deneyi iki ana aşamadan oluşur: ilk veri toplama ve sivri sırasında kapalı döngü stimülasyon dış uyaranları tetikler.Bu protokol aynı zamanda beyinde bilgi işleme ile ilgili soruları ele almak için önemli olan birden fazla nöronların aktivitesine dayalı bir uyaranların tedavisinde izin verir. Bu MATLAB çözümünün avantajları, çeşitli nörobilimsel soruların araştırılmasına yardımcı olabilecek uyaranları tetiklemek için aktivite kalıplarını tanımlamada düşük maliyet ve esnekliğidir.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

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

Beyin-makine Arayüzler Kapalı döngü Performans Çalışması için Deneysel Bir Platform

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

Locust Sinir Aktivitesi Karakterize Multi-ünite Kayıt Yöntemleri (<em&gt; Schistocerca Americana</em&gt;) Olfaktör Devreler

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

Nöromusküler Kavşak: Ölçme Synapse Boyut, Konfokal Floresan Mikroskobu kullanılarak sinaptik Protein Yoğunluk Parçalanma ve Değişiklikler

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

Gerçek zamanlı Elektrofizyoloji: Probe Nöronal Dynamics ve Ötesi Kapalı çevrim Protokolleri Kullanma

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

Kapalı döngü Nöro-robotik Deneyler Nöronal Ağları Hesaplamalı Properties Test

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

Nörogelişimsel Bozukluklar Fare Modeli Mekansal Öğrenme ardından Hipokampal Nöron Faaliyet immünohistokimyasal Görselleştirme

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

Semiokimyasallar için yatak hataların Koku Nöron Cevapları Algılama Tek Sensillum Kaydı Kullanma

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

Nöron-makrofaj ortak kültürler moleküler faktörler Neurite çıkıntı aktivitesiyle salgılayan makrofajlar etkinleştirmek için

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

Otomatik Görüntü Analizi Kullanılarak Kemirgen Modellerinin Substantia Nigra'sında Dopaminerjik Nöron Yoğunluğunun Yarı Nicel Belirlenmesi

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

Tadı Uyaranlara Fare Genikül Ganglion Nöron Yanıtlarının In vivo Kalsiyum Görüntülemesi

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