Name: open-source real-time closed-loop electrical threshold tracking for translational pain research
Uploaded: 2023-04-21T14:30:00
Duration: 10 min 28 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Open-Source Real-Time Closed-Loop Electrical Threshold Tracking for Translational Pain Research at JoVE.com

Wir bedanken uns bei unseren Geldgebern für ihre Unterstützung: Academy of Medical Sciences (J.P.D., A.E.P.), Versus Arthritis (J.P.D., A.E.P.), Jean Golding Institute Seedcorn Grant (J.P.D., A.E.P., G.W., A.C.S., M.M.P.) und Biotechnology and Biological Sciences Research Council kooperative Ausbildungspartnerschaft Doktorandenschaft mit Eli Lilly (G.W.T.N.). Wir bedanken uns bei allen, die an der Entwicklung von APTrack mitgewirkt haben. Wir möchten uns auch bei unseren Freiwilligen bedanken, die an den Mikroneurographie-Experimenten teilgenommen haben, und bei unseren Mitarbeitern für Patienten- und Öffentlichkeitsbeteiligung und -engagement für ihre unschätzbaren Beiträge.

<ol>
	<li>Dubin, A. E., Patapoutian, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nociceptors:+The+sensors+of+the+pain+pathway.">Nociceptors: The sensors of the pain pathway.</a> Journal of Clinical Investigation. 120 (11), 3760-3772 (2010).</li><li>Serra, 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=Microneurographic+identification+of+spontaneous+activity+in+C-nociceptors+in+neuropathic+pain+states+in+humans+and+rats.">Microneurographic identification of spontaneous activity in C-nociceptors in neuropathic pain states in humans and rats.</a> Pain. 153 (1), 42-55 (2012).</li><li>Serra, 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=Hyperexcitable+C+nociceptors+in+fibromyalgia.">Hyperexcitable C nociceptors in fibromyalgia.</a> Annals of Neurology. 75 (2), 196-208 (2014).</li><li>Namer, B., 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=Specific+changes+in+conduction+velocity+recovery+cycles+of+single+nociceptors+in+a+patient+with+erythromelalgia+with+the+I848T+gain-of-function+mutation+of+Nav1.7.">Specific changes in conduction velocity recovery cycles of single nociceptors in a patient with erythromelalgia with the I848T gain-of-function mutation of Nav1.7.</a> Pain. 156 (9), 1637-1646 (2015).</li><li>Kleggetveit, I. P., 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=High+spontaneous+activity+of+C-nociceptors+in+painful+polyneuropathy.">High spontaneous activity of C-nociceptors in painful polyneuropathy.</a> Pain. 153 (10), 2040-2047 (2012).</li><li>Orstavik, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Abnormal+function+of+C-fibers+in+patients+with+diabetic+neuropathy.">Abnormal function of C-fibers in patients with diabetic neuropathy.</a> Journal of Neuroscience. 26 (44), 11287-11294 (2006).</li><li>Orstavik, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pathological+C-fibres+in+patients+with+a+chronic+painful+condition.">Pathological C-fibres in patients with a chronic painful condition.</a> Brain. 126, 567-578 (2003).</li><li>Raja, S. N., Ringkamp, M., Guan, Y., Campbell, J. N., John, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bonica+Award+Lecture:+Peripheral+neuronal+hyperexcitability:+The+&amp;#34;low-hanging&amp;#34;+target+for+safe+therapeutic+strategies+in+neuropathic+pain.">Bonica Award Lecture: Peripheral neuronal hyperexcitability: The &amp;#34;low-hanging&amp;#34; target for safe therapeutic strategies in neuropathic pain.</a> Pain. 161, S14-S26 (2020).</li><li>Middleton, S. 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=Studying+human+nociceptors:+From+fundamentals+to+clinic.">Studying human nociceptors: From fundamentals to clinic.</a> Brain. 144 (5), 1312-1335 (2021).</li><li>Marshall, A., Alam, U., Themistocleous, A., Calcutt, N., Marshall, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Novel+and+emerging+electrophysiological+biomarkers+of+diabetic+neuropathy+and+painful+diabetic+neuropathy.">Novel and emerging electrophysiological biomarkers of diabetic neuropathy and painful diabetic neuropathy.</a> Clinical Therapeutics. 43 (9), 1441-1456 (2021).</li><li>Themistocleous, A. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Axonal+excitability+does+not+differ+between+painful+and+painless+diabetic+or+chemotherapy-induced+distal+symmetrical+polyneuropathy+in+a+multicenter+observational+study.">Axonal excitability does not differ between painful and painless diabetic or chemotherapy-induced distal symmetrical polyneuropathy in a multicenter observational study.</a> Annals of Neurology. 91 (4), 506-520 (2022).</li><li>Bostock, H., Cikurel, K., Burke, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Threshold+tracking+techniques+in+the+study+of+human+peripheral+nerve.">Threshold tracking techniques in the study of human peripheral nerve.</a> Muscle Nerve. 21 (2), 137-158 (1998).</li><li>Kiernan, M. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+of+axonal+excitability:+Consensus+guidelines.">Measurement of axonal excitability: Consensus guidelines.</a> Clinical Neurophysiology. 131 (1), 308-323 (2020).</li><li>Sauer, S. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Can+receptor+potentials+be+detected+with+threshold+tracking+in+rat+cutaneous+nociceptive+terminals.">Can receptor potentials be detected with threshold tracking in rat cutaneous nociceptive terminals.</a> Journal of Neurophysiology. 94 (1), 219-225 (2005).</li><li>Vallbo, A. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microneurography:+How+it+started+and+how+it+works.">Microneurography: How it started and how it works.</a> Journal of Neurophysiology. 120 (3), 1415-1427 (2018).</li><li>Torebjork, H., Hallin, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+new+method+for+classification+of+C-unit+activity+in+intact+human+skin+nerves.">A new method for classification of C-unit activity in intact human skin nerves.</a> Advances in Pain Research and Therapy. 1, 29-34 (1976).</li><li>Brown, G. L., Holmes, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effects+of+activity+on+mammalian+nerve+fibres+of+low+conduction+velocity.">The effects of activity on mammalian nerve fibres of low conduction velocity.</a> Proceedings of the Royal Society of London. Series B: Biological Sciences. 144 (918), 1-14 (1956).</li><li>Obreja, O., 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=Patterns+of+activity-dependent+conduction+velocity+changes+differentiate+classes+of+unmyelinated+mechano-insensitive+afferents+including+cold+nociceptors,+in+pig+and+in+human.">Patterns of activity-dependent conduction velocity changes differentiate classes of unmyelinated mechano-insensitive afferents including cold nociceptors, in pig and in human.</a> Pain. 148 (1), 59-69 (2010).</li><li>Serra, J., Campero, M., Ochoa, J., Bostock, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Activity-dependent+slowing+of+conduction+differentiates+functional+subtypes+of+C+fibres+innervating+human+skin.">Activity-dependent slowing of conduction differentiates functional subtypes of C fibres innervating human skin.</a> Journal of Physiology. 515, 799-811 (1999).</li><li>Weidner, C., Schmidt, R., Schmelz, M., Torebjork, H. E., Handwerker, H. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Action+potential+conduction+in+the+terminal+arborisation+of+nociceptive+C-fibre+afferents.">Action potential conduction in the terminal arborisation of nociceptive C-fibre afferents.</a> Journal of Physiology. 547, 931-940 (2003).</li><li>Siegle, J. H., 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=Open+Ephys:+An+open-source,+plugin-based+platform+for+multichannel+electrophysiology.">Open Ephys: An open-source, plugin-based platform for multichannel electrophysiology.</a> Journal of Neural Engineering. 14 (4), 045003 (2017).</li><li>Sanders, J. I., Kepecs, 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+low-cost+programmable+pulse+generator+for+physiology+and+behavior.">A low-cost programmable pulse generator for physiology and behavior.</a> Frontiers in Neuroengineering. 7, 43 (2014).</li><li>Zimmermann, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Phenotyping+sensory+nerve+endings+in+vitro+in+the+mouse.">Phenotyping sensory nerve endings in vitro in the mouse.</a> Nature Protocols. 4 (2), 174-196 (2009).</li><li>Dunham, J. P., Sales, A. C., Pickering, A. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrasound-guided,+open-source+microneurography:+Approaches+to+improve+recordings+from+peripheral+nerves+in+man.">Ultrasound-guided, open-source microneurography: Approaches to improve recordings from peripheral nerves in man.</a> Clinical Neurophysiology. 129 (11), 2475-2481 (2018).</li><li>Levitt, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transformed+up-down+methods+in+psychoacoustics.">Transformed up-down methods in psychoacoustics.</a> Journal of the Acoustical Society of America. 49 (2), 467 (1971).</li><li>Turnquist, B., RichardWebster, B., Namer, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Automated+detection+of+latency+tracks+in+microneurography+recordings+using+track+correlation.">Automated detection of latency tracks in microneurography recordings using track correlation.</a> Journal of Neuroscience Methods. 262, 133-141 (2016).</li><li>Kiernan, M. C., Burke, D., Andersen, K. V., Bostock, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multiple+measures+of+axonal+excitability:+A+new+approach+in+clinical+testing.">Multiple measures of axonal excitability: A new approach in clinical testing.</a> Muscle Nerve. 23 (3), 399-409 (2000).</li></ol>

G.W.T.N. ist ein BBSRC Collaborative Training Partnership Doctoral Studentship mit der University of Bristol und Eli Lilly and Company (BB/T508342/1). A.P.N. ist ein derzeitiger Mitarbeiter von Eli Lilly and Company und besitzt möglicherweise Aktien dieses Unternehmens.

APTrack ist ein Software-Plugin für die Verwendung mit der Open Ephys-Plattform. Wir haben uns für diese Plattform entschieden, da sie quelloffen, flexibel und kostengünstig zu implementieren ist. Ohne die Kosten für den Konstantstromstimulator könnten alle Geräte, die für die Verwendung des Plugins erforderlich sind, zum Zeitpunkt des Schreibens für etwa 5.000 USD erworben werden. Wir hoffen, dass dies die Forscher in die Lage versetzen wird, APTrack einfacher in ihre peripheren Nervenelektrophysiologie-Studien zu integrieren. Darüber hinaus können Forscher die Software frei modifizieren, um sie an ihre experimentellen Bedürfnisse anzupassen. Wichtig ist, dass dieses Werkzeug zum ersten Mal die Verfolgung des elektrischen Schwellenwerts einzelner C-Faser-Nozizeptoren beim Menschen ermöglicht hat.
Je höher das Signal-Rausch-Verhältnis, desto besser können die Algorithmen Aktionspotentiale erkennen. Das Signal-Rausch-Verhältnis während der Mikroneurographie war bei den meisten unserer Aufnahmen ausreichend, aber die Benutzer müssen sich des Risikos einer Signalverschlechterung im Laufe der Zeit bewusst sein. Dies ist besonders wichtig für längere experimentelle Protokolle, denn wenn die Amplitude des verfolgten Aktionspotentials unter die Nachweisschwelle fällt, wird die Stimulationsamplitude fälschlicherweise erhöht; Dies kann dadurch gemildert werden, dass Experimentatoren das Plugin überwachen und dann bei Bedarf die Einstellungen anpassen. Das Signal-Rausch-Verhältnis wird durch Bandpassfilterung verbessert, aber größere Transienten können immer noch fälschlicherweise als Aktionspotentiale identifiziert werden, wenn sie während des Zeitfensters des Suchfelds eintreffen. Das Risiko, transientes Rauschen fälschlicherweise als Aktionspotential zu identifizieren, kann durch die Verengung des Zeitfensters, in dem das Plugin nach Aktionspotentialen sucht, und durch die Optimierung der Schwellwerteinstellungen verringert werden. Es gibt jedoch immer noch Situationen, in denen die Leistung des Plugins beeinträchtigt wird. Spontane Aktivität kann zu Schwierigkeiten führen, wenn Aktionspotentiale mit größerer Amplitude in das Suchfeld des Algorithmus fallen, da sie fälschlicherweise als Zielaktionspotenzial identifiziert werden. Darüber hinaus kann spontane Aktivität in dem interessierenden Neuron bedeuten, dass die elektrische Stimulation während ihrer Refraktärphase abnimmt, was dazu führt, dass kein Aktionspotential erzeugt wird. Schwierigkeiten bei der Verwendung der Software können auch auftreten, wenn primäre afferente Neuronen ein Flip-Flop aufweisen, bei dem abwechselnde terminale Zweige eines einzelnen Neurons stimuliert werden, wodurch das evozierte Aktionspotential zwei (oder mehr) Basislatenzen aufweist, die sich gegenseitig ausschließen20. Während der Aufnahmen von Neuronen, die ein Flip-Flop mit hohen Signal-Rausch-Verhältnissen aufwiesen, führten wir erfolgreich eine Latenz- und elektrische Schwellenwertverfolgung durch, indem wir die Breite des Suchfelds erhöhten, um alle potenziellen Leitungsgeschwindigkeiten des Neurons zu kapseln. Die elektrische Schwelle kann jedoch je nach Endast des erregten Neurons variieren, was wahrscheinlich zum Teil auf Unterschiede in der Entfernung vom Ort der elektrischen Stimulation zu den alternativen Nozizeptorenterminals zurückzuführen ist. Zusätzliche Arbeiten am Prozess der Identifizierung von Aktionspotenzialen, z. B. um den Vorlagenabgleich einzubeziehen, sind machbar und könnten in diese Software integriert werden. Die GUI-Plugins für Band-Stop oder adaptive Rauschfilterung könnten auch vor APTrack in der Signalkette verwendet werden, falls sie entwickelt werden.
Wir betrachten die elektrische Schwelle als den Strom, der erforderlich ist, um ein Aktionspotential in 50% der Fälle über eine benutzerdefinierte Anzahl von elektrischen Reizen auszulösen, typischerweise 2-10. Die Morphologie der elektrischen Stimulation beträgt 0,5 ms und positive Rechteckimpulse. Dies ist nicht dasselbe wie die Bestimmung der Rheobase, einem häufig verwendeten Maß für die neuronale Erregbarkeit. Das Plugin könnte angepasst werden, um die Rheobase zu bestimmen. Wir verfolgten jedoch eine einfachere Messung, da dynamische Änderungen der Erregbarkeit, wie sie während der Erwärmung auftreten, mit Rheobasenänderungen schwieriger zu quantifizieren gewesen wären als unsere elektrische Schwellenwertschätzung.
Diese Software kann sowohl in Experimenten am Menschen als auch an Nagetieren eingesetzt werden. Möglich wird dies durch eine flexible Unterstützung der elektrischen Stimulationssysteme. Die Software funktioniert mit jedem Stimulator, der eine analoge Befehlsspannung akzeptiert oder manuell mit einem Schrittmotor verbunden werden kann. Für die Mikroneurographie haben wir es mit einem CE-gekennzeichneten Konstantstromstimulator verwendet, der für den Einsatz in der Humanforschung entwickelt wurde und dessen Stimulation über einen Drehregler gesteuert wurde. Stimulatoren, die analoge Spannungsbefehle akzeptieren, können verrauscht sein, da sie den Stromkreis zwischen den Stimuli nicht unterbrechen, was bedeutet, dass jedes Brummen oder Rauschen von 50/60 Hz am analogen Eingang auf die Aufnahme übertragen wird. Ein Stimulator, der ein zusätzliches TLL-Triggersignal benötigt, um die Schaltung anzuschließen, wodurch ein Stimulus mit einem Strom erzeugt werden kann, der dem analogen Spannungseingang entspricht, ist ideal für die Verwendung mit dem Plugin. Dadurch wird verhindert, dass das Rauschen zwischen den Reizen auf die Aufzeichnung übertragen wird.
Die Software verwendet eine einfache Auf-Ab-Methode, um den elektrischen Schwellenwert zu schätzen. Dies wird seit vielen Jahrzehnten in psychophysikalischen Tests verwendet25. In Übereinstimmung mit der Auf-Ab-Methode berücksichtigt der elektrische Schwellenwertverfolgungsalgorithmus zur Modulation der Stimulationsamplitude nur die Amplitude und die Reaktion der vorherigen Stimulation bei der Berechnung der Amplitude der nächsten Stimulation. Dies bedeutet, dass die Stimulationsamplitude um die wahre elektrische Schwelle oszilliert und somit eine Feuerrate von 50 % erzeugt, vorausgesetzt, die Schwelle ist stabil. Die Mindestgröße eines Inkrements oder Dekrements beträgt 0,01 V. Dies entspricht 0,01 mA, vorausgesetzt, der Stimulator hat ein Eingangs-Ausgangs-Verhältnis von 1 V:1 mA und eine ausreichende Auflösung, um so kleine Sprungänderungen zu erzielen. Das Plugin aktualisiert die Live-Schätzung des elektrischen Schwellenwerts des Zielaktionspotentials jedes Mal, wenn es eine Feuerrate von 50 % über eine benutzerdefinierte Anzahl von vorherigen Stimuli (2-10) erreicht. Im Nachhinein empfehlen wir, einen gleitenden Durchschnitt der Stimulationsamplitude über die letzten 2-10 Stimuli zu verwenden, um den elektrischen Schwellenwert zu schätzen, und es sollte beachtet werden, dass diese Schätzung nur dann genau ist, wenn die Feuerrate relativ stabil bei 50% liegt. Sowohl bei den Live- als auch bei den Post-hoc-Schätzungen des elektrischen Schwellenwerts gibt es ein Gleichgewicht zwischen Auflösung, Zuverlässigkeit und Zeit, das berücksichtigt werden muss. Die Verwendung kleinerer Inkrement- und Dekrementschritte erhöht die Genauigkeit der elektrischen Schwellenwertschätzung, verlängert jedoch die Zeit, die benötigt wird, um den neuen elektrischen Schwellenwert anfänglich und nach einer Störung zu finden. Die Berechnung des elektrischen Schwellenwerts über eine größere Anzahl früherer Stimuli bietet eine bessere Zuverlässigkeit, verlängert jedoch die Zeit, die erforderlich ist, um eine genaue Schätzung zu erreichen.
APTrack wurde für den Einsatz in peripheren Nervenableitungen entwickelt, insbesondere um die elektrischen Schwellenwerte von C-Fasern während experimenteller und pathologischer Störungen über Zeiträume zu verfolgen, in denen die Latenz des Aktionspotentials je nach zugrunde liegender neuronaler Aktivität variieren kann. Diese Methode wird es ermöglichen, nicht nur die axonale Erregbarkeit, sondern auch das Potenzial des Nozizeptorgenerators bei gesunden Probanden und Patienten zu untersuchen. Wir gehen davon aus, dass andere Bereiche der Elektrophysiologie dieses Werkzeug für den Einsatz in jedem Experiment übernehmen und anpassen werden, das die Verfolgung des elektrischen Schwellenwerts einer stimulusgebundenen Aktivität erfordert. Dies könnte zum Beispiel genauso gut für die optogenetische Stimulation mit Lichtimpulsen angepasst werden, die von APTrack angetrieben werden. Das Plugin ist Open Source und steht Forschern unter einer GPLv3-Lizenz zur Verfügung. Es basiert auf der Open Ephys-Plattform, einem anpassungsfähigen, kostengünstigen Open-Source-Datenerfassungssystem. Das Plugin bietet zusätzliche Hooks für nachgelagerte Plugins, um die Informationen zum Aktionspotenzial zu extrahieren und zusätzliche Benutzeroberflächen oder adaptive Paradigmen bereitzustellen. Das Plugin bietet eine einfache Benutzeroberfläche für die Visualisierung und Latenzverfolgung von Aktionspotentialen in Echtzeit. Es kann auch vorherige Daten wiedergeben und mithilfe des zeitlichen Rasterdiagramms visualisieren. Darüber hinaus kann es auch eine Latenzverfolgung während der Wiedergabe früherer Daten durchführen. Es gibt zwar andere Softwarepakete für die Echtzeit-Latenzverfolgung, diese sind jedoch nicht quelloffen und können keine elektrische Schwellenwertverfolgung durchführen26,27. APTrack hat einen Vorteil gegenüber herkömmlichen Methoden zur Identifizierung von Aktionspotentialen mit konstanter Latenz aus Spannungskurven, da es ein zeitliches Rasterdiagramm für die Datenvisualisierung verwendet. Darüber hinaus haben unsere Erfahrungen mit dem Einsatz in Experimenten mit niedrigen Signal-Rausch-Verhältnissen gezeigt, dass die Methode der zeitlichen Rasterplot-Visualisierung die Identifizierung von Aktionspotentialen mit konstanter Latenz ermöglicht, die sonst möglicherweise übersehen worden wären.
Die Verfolgung der Ganznervenschwelle ist eine weit verbreitete Methode zur Beurteilung der axonalen Erregbarkeit13. Die Verfolgung des elektrischen Schwellenwerts einzelner Neuronen in C-Fasern von Nagetieren wurde bereits früher verwendet, um die Erregbarkeit von Nozizeptoren zu quantifizieren14, und ihr Nutzen beim Menschen ist anerkannt10,11; Bisher war dies jedoch nicht möglich. Wir stellen ein neuartiges Open-Source-Tool zur direkten Messung der Erregbarkeit einzelner Nozizeptoren sowohl in elektrophysiologischen Studien an Nagetieren als auch an menschlichen peripheren Nerven zur Verfügung. APTrack ermöglicht zum ersten Mal die Echtzeit-Verfolgung von elektrischen Schwellenwerten in Echtzeit von Aktionspotentialen einzelner Neuronen beim Menschen. Wir gehen davon aus, dass es translationale Studien von Nozizeptoren zwischen Nagetieren und Menschen erleichtern wird.

Nozizeptoren sind primäre afferente Neuronen im peripheren Nervensystem, die durch offensichtliche oder potenziell gewebeschädigende Ereignisse aktiviert werden und bei akuten Schmerzen eine entscheidende schützende Rolle spielen1. Elektrophysiologische Ableitungen von C-Faser- und Aδ-Faser-Nozizeptoren in Tiermodellen, gesunden Probanden und Patienten haben eine Sensibilisierung und abnorme spontane Aktivität bei einer Vielzahl von Schmerzzuständen gezeigt 2,3,4,5,6,7. Das Verständnis der Mechanismen, die diesen Veränderungen der Nozizeptor-Erregbarkeit bei Patienten zugrunde liegen, könnte gezielte therapeutische Interventionen ermöglichen8. Es gibt jedoch nur wenige Instrumente, um die Erregbarkeit von Nozizeptoren direkt zu beurteilen, insbesondere bei Patienten9, aber das Potenzial für den Nutzen solcher Instrumente ist allgemein anerkannt10,11.
Die Verfolgung des elektrischen Schwellenwerts des gesamten Nervs kann verwendet werden, um die axonale Erregbarkeit beim Menschen zu untersuchen12. Da jedoch große, myelinisierte, periphere Neurone überproportional zur Amplitude des sensorischen Aktionspotentials beitragen, erlaubt das Tracking des gesamten Nervs nicht die Beurteilung der C-Faser-Funktion11,13. In einer früheren Studie zeigte die Verfolgung des elektrischen Schwellenwerts des gesamten Nervensystems in chronischen neuropathischen Schmerzkohorten mit diabetischer Neuropathie und Chemotherapie-induzierter Polyneuropathie keine Unterschiede in der axonalen Erregbarkeit11.
In einer vorangegangenen Studie wurde die elektrische Schwellenwertverfolgung auf Einzelneuronenebene verwendet, um die Erregbarkeit von C-Faser-Nozizeptoren während der Ableitung von geneckten Fasern in einem ex vivo Haut-Nerven-Präparat der Ratte zu untersuchen14. Die Autoren zeigten, dass eine erhöhte Kaliumkonzentration, saure Bedingungen und Bradykinin die Erregbarkeit der C-Faser-Nozizeptoren erhöhten, was sich in einer reduzierten elektrischen Schwelle für die Erzeugung von Aktionspotentialen widerspiegelt. Darüber hinaus verringerte die Erwärmung des rezeptiven Feldes der wärmeempfindlichen Nozizeptoren ihre elektrische Schwelle, während wärmeunempfindliche Nozizeptoren eine Erhöhung ihrer elektrischen Schwelleaufwiesen 14. Dies ist ein wichtiger Beweis dafür, dass die Verfolgung des elektrischen Schwellenwerts einzelner Neuronen möglich ist und von Nutzen sein kann, aber es gibt derzeit keine Software- und/oder Hardwarelösungen, um solche Untersuchungen zu ermöglichen, insbesondere für Studien am Menschen.
Beim Menschen ist die Mikroneurographie die einzige verfügbare Methode, um die elektrophysiologischen Eigenschaften von C-Fasern direkt zu beurteilen15. Dieser Ansatz wurde verwendet, um eine Nozizeptor-Dysfunktion bei Patienten mit chronischen Schmerzen zu demonstrieren 2,3,4,5,6,7. Die Mikroneurographie kann Aktionspotentiale einzelner Neuronen erkennen. Aufgrund des geringen Signal-Rausch-Verhältnisses verwenden die Forscher die Markierungstechnik jedoch, um die C-Faser-Aktivität zu charakterisieren16. Bei der Markierungstechnik wird eine überschwellige elektrische Stimulation auf C-Faser-rezeptive Felder in der Haut angewendet. Diese elektrische Stimulation erzeugt ein Aktionspotential, das mit einer konstanten Latenz auftritt, die durch die Leitungsgeschwindigkeit der C-Faser bestimmt wird. C-Fasern weisen eine aktivitätsabhängige Verlangsamung auf, wodurch sich ihre Leitungsgeschwindigkeit verringert und daher ihre Leitungslatenz während der Perioden der Aktionspotentialentladung zunimmt17. Unter basalen Bedingungen erzeugen C-Fasern normalerweise keine Aktionspotentiale, wenn keine schädlichen Reize vorhanden sind, und daher ist ihre Leitungslatenz als Reaktion auf niederfrequente elektrische Stimulation konstant. Mechanische, thermische oder pharmakologische Reize, die Feuer hervorrufen, induzieren eine aktivitätsabhängige Verlangsamung, die die Latenz der Aktionspotentiale erhöht, die durch die gleichzeitige niederfrequente elektrische Stimulation hervorgerufen werden. Dies ermöglicht die objektive Identifizierung von Reaktionen auf die applizierten nicht-elektrischen Reize im Rahmen eines niedrigen Signal-Rausch-Verhältnisses. Daher kann die aktivitätsabhängige Verlangsamung zur funktionellen Charakterisierung von C-Fasernverwendet werden 16. In der Tat zeigen verschiedene funktionelle Klassen von C-Fasern unterschiedliche Muster der aktivitätsabhängigen Verlangsamung in elektrischen Stimulationsparadigmen, die eine Variation der Stimulationsfrequenz beinhalten18,19. Diese Variabilität in der Latenz von C-Faser-Aktionspotentialen stellt eine Herausforderung für Algorithmen dar, die sie überwachen sollen.
Die anhaltende Aktivität in einem Nozizeptor führt zu einer erhöhten Variabilität in seiner Latenz während der niederfrequenten elektrischen Stimulation, was wiederum auf eine aktivitätsabhängige Verlangsamung zurückzuführen ist. Diese erhöhte Variabilität oder Jitter ist ein quantifizierbares Proxy-Maß für die Erregbarkeit2. Weitere Ursachen für die Variabilität der Latenz des Aktionspotentials sind Flip-Flop, bei dem abwechselnde terminale Zweige eines einzelnen Neurons stimuliert werden, was dazu führt, dass das evozierte Aktionspotenzial zwei (oder mehr) Basislatenzen aufweist, die sich gegenseitig ausschließen20. Schließlich verursachen Änderungen der Temperatur der Endäste eines peripheren Neurons auch thermodynamische Änderungen der Latenz des Aktionspotentials, wobei die Erwärmung die Leitungsgeschwindigkeit erhöht und die Abkühlung die Leitungsgeschwindigkeit verlangsamt19. Daher muss jede Software, die eine Closed-Loop-Verfolgung des elektrischen Schwellenwerts von nozizeptiven C-Fasern durchführen will, Änderungen der Latenz in elektrisch evozierten Aktionspotentialen berücksichtigen.
Um unser Ziel der speziesübergreifenden Verfolgung des elektrischen Schwellenwerts von C-Faser-Nozizeptoren zu erreichen, haben wir APTrack entwickelt, ein Open-Source-Software-Plugin für die Open Ephys-Plattform21, das Echtzeit-Closed-Loop-Tracking von elektrischen Schwellenwerten und Latenz-Tracking ermöglicht. Wir stellen Proof-of-Concept-Daten zur Verfügung, die zeigen, dass die Verfolgung des elektrischen Schwellenwerts von C-Faser-Nozizeptoren während der humanen Mikroneurographie möglich ist. Darüber hinaus zeigen wir, dass dieses Werkzeug in der Ex-vivo-Elektrophysiologie von Nagetieren eingesetzt werden kann, was translationale Studien zwischen Menschen und Nagetieren ermöglicht. Hier werden wir im Detail beschreiben, wie Forscher dieses Werkzeug implementieren und nutzen können, um ihre Untersuchung der Nozizeptorfunktion und Erregbarkeit zu unterstützen.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>12V DC Power Supply&#160;</td>
			<td>NA</td>
			<td>NA</td>
			<td>To power uStepper S-lite. Required for dial-controlled stimulators.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>36 Pin Electrode Adapter Board</td>
			<td>Intan Technology</td>
			<td>C3410</td>
			<td>APTrack Dependency. For connecting electrode input to headstage. $255 USD as of March 2021.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>APTrack Plugin</td>
			<td>NA</td>
			<td>NA</td>
			<td>https://github.com/Microneurography/APTrack</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bipolar Ag/AgCl Recording Electrode</td>
			<td>Custom</td>
			<td>NA</td>
			<td>Recording electrode for the skin-nerve preparation. Or equivalent.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bipolar Concentric Stimulating Electrode</td>
			<td>World Precision Instruments</td>
			<td>SNE-100</td>
			<td>For electrical stimulation in the mouse skin-nerve preparation. Or equivalent.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bipolar Transcutaneous Stimulating Electrode</td>
			<td>Custom</td>
			<td>NA</td>
			<td>For transcutaneous electrical stimulation while searching for single-neuron action potentials during microneurography.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BNC T Splitter (1+)</td>
			<td>NA</td>
			<td>NA</td>
			<td>APTrack Dependency. Any standard BNC T splitter.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BNC to BNC cables (3+)</td>
			<td>NA</td>
			<td>NA</td>
			<td>APTrack Dependency. Any standard BNC cables.&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>C6H11NaO7</td>
			<td>Merck</td>
			<td>S2054</td>
			<td>Skin-nerve preparation synthetic interstitial fluid constituent. Or equivalent.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CaCl2</td>
			<td>Merck</td>
			<td>C5670</td>
			<td>Skin-nerve preparation synthetic interstitial fluid constituent. Or equivalent.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Digitimer DS4 Constant Current Stimulator</td>
			<td>Digitimer</td>
			<td>DS4</td>
			<td>Constant current stiulator for animal research. &#163;1,695 GBP as of September 2022.&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Digitimer DS7 Constant Current Stimulator</td>
			<td>Digitimer</td>
			<td>DS7A</td>
			<td>Constant current stiulator for human research. &#163;3,400 GBP as of September 2022.&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electroaccupuncture Classic Plus Stimulating Electrodes</td>
			<td>Harmony Medical</td>
			<td>NA</td>
			<td>For fixed position intradermal electrical stimulation of the dorsal aspect of the foot during human microneurography.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glucose</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>G/0450/60</td>
			<td>Skin-nerve preparation synthetic interstitial fluid constituent. Or equivalent.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HDMI Cable</td>
			<td>NA</td>
			<td>NA</td>
			<td>APTrack Dependency. Any standard passive HMDI cable. To connect OE I/O Board to OE Acquisition Board.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>KCl</td>
			<td>Merck</td>
			<td>P9541</td>
			<td>Skin-nerve preparation synthetic interstitial fluid constituent. Or equivalent.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MgSO4</td>
			<td>Acros Organics</td>
			<td>213115000</td>
			<td>Skin-nerve preparation synthetic interstitial fluid constituent. Or equivalent.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mineral Oil</td>
			<td>Merck</td>
			<td>330779</td>
			<td>Electrical insulation for nerve recordings in th skin-nerve preparation. Or equivalent.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NaCl</td>
			<td>Merck</td>
			<td>S9888</td>
			<td>Skin-nerve preparation synthetic interstitial fluid constituent. Or equivalent.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NaHCO3</td>
			<td>Merck</td>
			<td>S6014</td>
			<td>Skin-nerve preparation synthetic interstitial fluid constituent. Or equivalent.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NaHCO3</td>
			<td>Merck</td>
			<td>S0751</td>
			<td>Skin-nerve preparation synthetic interstitial fluid constituent. Or equivalent.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Open Ephys Acquisition Board</td>
			<td>Open Ephys</td>
			<td>NA</td>
			<td>APTrack Dependency. Includes USB cable to connect to computer and mains socket power supply. &#8364;2,955 EUR as of September 2022.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Open Ephys Graphical User Interface</td>
			<td>Open Ephys</td>
			<td>NA</td>
			<td>https://github.com/open-ephys/plugin-GUI</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Open Ephys I/O Board</td>
			<td>Open Ephys</td>
			<td>NA</td>
			<td>APTrack Dependency. For ADC voltage inputs via BNC cables. &#8364;12.5 EUR without connectors, &#8364;85 EUR with connectors as of September 2022.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PulsePal V2</td>
			<td>Sanworks</td>
			<td>1102</td>
			<td>APTrack Dependency. Open-source DAC and train generator. $725 USD pre-assembled as of September 2022. Approx. $275 USD for self-assembly.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>RHD 6ft SPI Cable</td>
			<td>Intan Technology</td>
			<td>C3206</td>
			<td>APTrack Dependency. For connecting headstage to OE Acquisition Board. $295 USD as of March 2021</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>RHD2216 16ch Bipolar Headstage</td>
			<td>Intan Technology</td>
			<td>C3313</td>
			<td>APTrack Dependency. For data acquisition and digitization. $725 USD as of March 2021. Or equivalent RHD2000 series headstage.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sucrose</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>S/8560/60</td>
			<td>Skin-nerve preparation synthetic interstitial fluid constituent. Or equivalent.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TCS-II Thermal Stimulator</td>
			<td>QST.Lab</td>
			<td>NA</td>
			<td>For thermal stimualtion of nociceptor receptive fields during human microneurography.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tungsten Microelectrode Pair (Active + Reference)</td>
			<td>FHC</td>
			<td>30085</td>
			<td>For microneurography recordings. 35mm.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultrasound Scanner iQ+&#160;</td>
			<td>Butterfly Network</td>
			<td>NA</td>
			<td>For ultrasound-guided electrode insertion during microneurography.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>USB 3.0 5kV RMS Isolation</td>
			<td>Inota Technology</td>
			<td>7055-D</td>
			<td>For isolating human microneuroography participant from computer. &#8364;459 EUR as of September 2022.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>USB-A to micro USB-B cable (2)</td>
			<td>NA</td>
			<td>NA</td>
			<td>APTrack Dependency. To connect computer to PulsePal and to uStepper S-lite if using stepper-stimulator interfacing.&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>uStepper S-lite + NEMA17 motor</td>
			<td>uStepper</td>
			<td>NA</td>
			<td>To interface with stimulators via a control dial. &#8364;50 EUR as of September 2022.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Von Frey Filaments</td>
			<td>Ugo Basile</td>
			<td>37450-275</td>
			<td>For mechanical stimulation of receptive fields during sensory phenotyping of nociceptors.</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

open-source real-time closed-loop electrical threshold tracking for translational pain research

Nozizeptoren sind eine Klasse von primären afferenten Neuronen, die potenziell schädliche schädliche Reize signalisieren. Eine Zunahme der Nozizeptorerregbarkeit tritt bei akuten und chronischen Schmerzzuständen auf. Dies führt zu abnormaler Daueraktivität oder reduzierten Aktivierungsschwellen für schädliche Reize. Die Identifizierung der Ursache für diese erhöhte Erregbarkeit ist für die Entwicklung und Validierung mechanismusbasierter Behandlungen erforderlich. Die Verfolgung des elektrischen Schwellenwerts einzelner Neuronen kann die Erregbarkeit von Nozizeptoren quantifizieren. Daher haben wir eine Anwendung entwickelt, um solche Messungen zu ermöglichen und ihre Anwendung bei Menschen und Nagetieren zu demonstrieren. APTrack bietet Echtzeit-Datenvisualisierung und Identifizierung von Aktionspotenzialen mithilfe eines zeitlichen Rasterdiagramms. Algorithmen detektieren Aktionspotentiale durch Schwellenüberschreiten und überwachen deren Latenz nach elektrischer Stimulation. Das Plugin moduliert dann die elektrische Stimulationsamplitude mit einer Auf-Ab-Methode, um die elektrische Schwelle der Nozizeptoren abzuschätzen. Die Software wurde auf dem Open Ephys-System (V0.54) aufgebaut und in C++ unter Verwendung des JUCE-Frameworks programmiert. Es läuft auf Windows-, Linux- und Mac-Betriebssystemen. Der Open-Source-Code ist verfügbar (<a data-saferedirecturl="https://www.google.com/url?q=https://github.com/Microneurography/APTrack&source=gmail&ust=1680789829274000&usg=AOvVaw0nMk9J_EI2jUn8SlmC5JJm" href="https://github.com/Microneurography/APTrack" target="_blank">https://github.com/ Mikroneurographie/APTrack</a>). Die elektrophysiologischen Ableitungen wurden von Nozizeptoren sowohl in einer Haut-Nerven-Präparation der Maus mit der Teased-Fiber-Methode im Nervus saphenus als auch bei gesunden Probanden mittels Mikroneurographie im oberflächlichen Nervus peroneus entnommen. Nozizeptoren wurden nach ihrer Reaktion auf thermische und mechanische Reize sowie durch die Beobachtung der aktivitätsabhängigen Verlangsamung der Leitungsgeschwindigkeit klassifiziert. Die Software erleichterte das Experiment, indem sie die Identifizierung des Aktionspotentials durch das zeitliche Rasterdiagramm vereinfachte. Wir demonstrieren zum ersten Mal die Echtzeit-Verfolgung des elektrischen Schwellenwerts von Einzelneuronen-Aktionspotentialen während der in vivo humanen Mikroneurographie und während der ex vivo elektrophysiologischen Ableitung von C-Fasern und Aδ-Fasern an Mäusen. Wir erbringen den Grundsatzbeweis, indem wir zeigen, dass die elektrische Schwelle eines humanen wärmeempfindlichen C-Faser-Nozizeptors durch Erhitzen des rezeptiven Feldes gesenkt wird. Dieses Plugin ermöglicht die Verfolgung des elektrischen Schwellenwerts von Aktionspotentialen einzelner Neuronen und ermöglicht die Quantifizierung von Änderungen der Nozizeptor-Erregbarkeit.

Ein repräsentatives Beispiel für die Software, die zur Steuerung eines Experiments arbeitet, ist in Abbildung 7 dargestellt. Es passt die Stimulationsamplitude iterativ mit einer Auf-Ab-Methode an, um die elektrische Schwelle einzelner Nozizeptoren effektiv zu finden. Zum ersten Mal demonstrieren wir die Machbarkeit der Echtzeit-Verfolgung des elektrischen Schwellenwerts einzelner Neuronen beim Menschen während der Mikroneurographie (Abbildung 7A). Zusätzlich zeigen wir die Verfolgung des elektrischen Schwellenwerts in einer Aδ-Faser der Maus (Abbildung 7B). Die Identifizierung von Aktionspotentialen durch Schwellenüberschreitung, wie sie hier verwendet wird, reicht aus, um elektrische Schwellenwerte über die Zeit zu verfolgen. Wir empfehlen Benutzern, Maßnahmen zu ergreifen, um das elektrische Rauschen während ihrer Aufnahmen zu minimieren, z. B. durch die Verwendung eines Faradayschen Käfigs und Bandpassfilter, um das Signal-Rausch-Verhältnis zu verbessern.
Um zu zeigen, dass die Verfolgung des elektrischen Schwellenwerts als Maß für Veränderungen der Erregbarkeit des Nozizeptors beim Menschen verwendet werden kann, wurde die Verfolgung des elektrischen Schwellenwerts während eines abgestuften Heizparadigmas durchgeführt (Abbildung 8). Die Erhöhung der Temperatur der Nozizeptorterminals verringerte den elektrischen Stimulationsstrom, der erforderlich ist, um ein Aktionspotential auszulösen, was eine Erhöhung der Erregbarkeit der Nozizeptoren widerspiegelt (Abbildung 8C). Dies wurde wahrscheinlich durch die Erzeugung von Rezeptorpotentialen durch die wärmeempfindlichen Ionenkanäle verursacht, die im C-Faser-Nozizeptor14 exprimiert werden. Bei der höchsten Temperaturstufe, 44 °C, wurden thermisch evozierte Aktionspotentiale hervorgerufen (Abbildung 8A, Stimuluszahl 86-96). Dies führt zu einer Erhöhung der elektrischen Schwelle, da sich der Nozizeptor nach einer hochfrequenten Entladung in einem refraktären Zustand befinden kann. Erwartungsgemäß nahm die Latenz des verfolgten Aktionspotentials mit steigender Temperatur ab. Es wird angenommen, dass dies auf einen thermodynamischen Effekt auf die Leitungsmaschinerie zurückzuführen ist, der die Leitungsgeschwindigkeit der C-Faser erhöht. Diese C-Faser kann auch ein Flip-Flop aufweisen (Abbildung 8B, Stimulusnummer 47-54), was dazu führen kann, dass die folgende elektrische Stimulation fälschlicherweise in der Amplitude erhöht wird, wenn das Aktionspotential außerhalb des Suchfensters des Algorithmus liegt.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64898/64898fig01.jpg"> Abbildung 1: Schematische Darstellung des Geräteaufbaus und der Kabelverbindungen, die für die Verfolgung des elektrischen Schwellenwerts des Nozizeptors mit APTrack bei Nagetieren und Menschen erforderlich sind. Beachten Sie die zwei verschiedenen Methoden zur Steuerung der Stimulationsamplitude: einen Schrittmotor für manuell eingestellte Stimulatoren in unserem menschlichen Setup und einen PulsePal für eingangsspannungsgesteuerte Stimulatoren in unserem Nagetier-Setup. (1) Ein PC (Windows, Mac oder Linux), auf dem das Plugin für die Open Ephys-Plattform ausgeführt wird. (2) Ein Schrittmotor, der den Stimulationsamplitudenregler des DS7 betätigt. (3) Ein Konstantstromstimulator, der für die Anwendung beim Menschen zugelassen ist; hier haben wir einen DS7 verwendet. (4) Ein USB 3.0-Optoisolator, der den menschlichen Teilnehmer vom PC isoliert (optional, nur für die Forschung am Menschen erforderlich). (5) Ein PulsePal V2 Impulsgenerator, der TTL-Zeitstempel (Ausgangskanal 2) und Spannungsschritte erzeugt, die der angeforderten Stimulationsamplitude (Ausgangskanal 1) entsprechen. (6) Konstantstromstimulator zur Anwendung bei Tieren; hier haben wir einen DS4 verwendet. (7) Ein DC-Netzteil für das System (DC-Netzteil für das Nagetier-Setup und Batterie-DC-Netzteil für das menschliche Setup). (8) Ein Akquisitionsausschuss. (9) Eine I/O-Karte zum Anschließen der BNC-Koaxialkabel, die die aufzuzeichnenden Signale übertragen, wie z. B. die Thermoelementausgänge und TTL-Marker. (10) Das Haut-Nerven-Präparat der Maus erfährt elektrophysiologische Nozizeptor-Ableitungen. (11) Ein menschlicher Teilnehmer, der sich einer mikroneurographischen Aufzeichnung von C-Fasern im oberflächlichen Nervus peroneus unterzieht. (12) Ein Intan RHD2216 Headstage für die Erfassung und Digitalisierung der Aufnahmen. (13) Eine Intan-Elektroden-Adapterplatine, an die die Aufnahmeelektroden angeschlossen sind und die es ermöglicht, das Signal an die RHD2216-Kopfstufe weiterzuleiten. (14) Ein Wärmestimulationssystem, das die Temperatur über eine BNC-Koaxialverbindung ausgeben kann. (15) Ein batteriebetriebenes 3,3-V-Tasten-/Fußpedal, das zur Kennzeichnung der mechanischen Stimulationsereignisse und Arzneimittelanwendungen verwendet wird. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64898/64898fig01large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64898/64898fig02.jpg"> Abbildung 2: Template-Signalkette. Der rote Pfeil zeigt auf die Schaltfläche zum Aktivieren des ADC-Eingangs von der I/O-Karte. Der gelbe Pfeil zeigt das Dropdown-Menü zur Auswahl des Open Ephys-Dateiformats an. Der grüne Pfeil zeigt die Tasten "Wiedergabe" und "Aufnahme" an. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64898/64898fig02large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64898/64898fig03.jpg"> Abbildung 3: Grafische Benutzeroberfläche. Die GUI besteht aus vier Hauptkomponenten. (1) Zeitlicher Raster-Plot-Bereich (grün) für die Datenvisualisierung und die Einstellungen, die mit der Steuerung des Diagramms verbunden sind. Eine konstante Latenzantwort, die eine allmähliche aktivitätsabhängige Verlangsamung anzeigt, wird durch den grünen Pfeil angezeigt. (2) Stimulations-Bedienfeld (gelb) zum Einstellen der Stimulationsamplitudenparameter und zum Laden der Stimulationsparadigma-Skripte. (3) Multi-Unit Tracking Table (blau) zum Addieren der Aktionspotentiale für das Tracking und Aktivieren des Latenz- und elektrischen Schwellenwert-Trackings. (4) Optionsmenü zur Auswahl der Farbstile und des Eingangskanals für die Daten- und TTL-Trigger. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64898/64898fig03large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64898/64898fig04.jpg"> Abbildung 4: Erleichterung der Identifizierung von Aktionspotentialen mit konstanter Latenz durch Echtzeit-Datenvisualisierung auf einem zeitlichen Rasterplot mit APTrack. Dies ist ein Beispiel für ein hohes Signal-Rausch-Verhältnis. Die im zeitlichen Rasterdiagramm dargestellten Daten stammen aus einer menschlichen C-Faser-Aufzeichnung des oberflächlichen Nervus peroneus während der Mikroneurographie. Voltage Trace ist das oszilloskopartige LFP-Viewer-Plugin in Open Ephys. Die APTrack-Benutzeroberfläche ist die grafische Benutzeroberfläche des Plugins. Das verfolgte Aktionspotenzial wird durch grüne Pfeile angezeigt, und der kreisförmige Schieberegler am Rand des zeitlichen Rasterdiagramms dient zur Steuerung der Position des Suchfelds, an dem die Algorithmen nach Ereignissen suchen, die Schwellenwerte überschreiten. Das Artefakt der elektrischen Stimulation ist auf der Spannungskurve blau markiert. Die Stimulationsamplitude des analogen Spannungsbefehls wird rot angezeigt; Beachten Sie, dass dies möglicherweise nicht mit der Amplitude des Stimulationsstroms identisch ist, abhängig von dem am Stimulator eingestellten Skalierungsfaktor. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64898/64898fig04large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64898/64898fig05.jpg"> Abbildung 5: Grafische Darstellung des Latenz-Tracking-Algorithmus. Einfach ausgedrückt: Wenn ein Aktionspotential durch Überschreiten des Schwellenwerts erkannt wird, passt das Suchfeld seine Position so an, dass es sich zum Zeitpunkt der Spitzenspannung zentriert. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64898/64898fig05large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64898/64898fig06.jpg"> Abbildung 6: Grafische Darstellung des Algorithmus zur Verfolgung des elektrischen Schwellenwerts. Einfach ausgedrückt: Wenn ein Aktionspotential durch Schwellenüberschreiten erkannt wird, wird die Stimulationsamplitude um die Dekrementrate verringert. Wenn kein Aktionspotential erkannt wird, wird die Stimulationsamplitude um die Inkrementrate erhöht. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64898/64898fig06large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64898/64898fig07.jpg"> Abbildung 7: Automatisiertes elektrisches Schwellenwert-Tracking von Einzelneuronen-Aktionspotentialen bei einer Stimulationsfrequenz von 0,25 Hz . (A) Sequenzielle Spuren einer menschlichen C-Faser des Nervus peroneus oberflächlich während eines Mikroneurographie-Experiments. (B) Sequenzielle Spuren einer Maus-Aδ-Faser des Nervus saphena während der Haut-Nerven-Präparation der gereizten Faserelektrophysiologie. Die Spuren wurden rot eingefärbt, wenn ein Aktionspotential identifiziert wurde, was zu einer Abnahme der Reizamplitude führte. Der Softwarealgorithmus ermittelt effektiv die Stimulusamplitude, die für eine 50%ige Wahrscheinlichkeit des Auslösens erforderlich ist. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64898/64898fig07large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64898/64898fig08.jpg"> Abbildung 8: Elektrische Schwellenwertverfolgung bei einer Stimulationsfrequenz von 0,25 Hz während der thermischen Stimulation eines humanen C-Faser-Nozizeptors. Die y-Achse kodiert die Stimulationszahl vom Anfang des Paradigmas an. (A) Spannungsverlauf für 4.000 ms nach elektrischer Stimulation, wobei Schwellenwertüberschreitungen rot markiert sind. (B) Spannungskurve von A vergrößert um das verfolgte Aktionspotential. Die Spuren waren rot eingefärbt, als das verfolgte Aktionspotential detektiert wurde. Die vertikale blaue Linie ist die Basislatenz der verfolgten Einheit. (C) Stimulationsstrom, der von APTrack befehligt wird. Die vertikale blaue Linie ist der elektrische Schwellenwert der Basislinie. (D) Temperatur des empfänglichen Feldes TCS-II mit thermischer Stimulationssonde. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64898/64898fig08large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.</a>
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td>Verbindung</td>
			<td>Konzentration</td>
		</tr><tr><td>NaCl</td>
			<td>107.8 mM</td>
		</tr><tr><td>NaHCO3</td>
			<td>26.2 mM</td>
		</tr><tr><td>Kcl</td>
			<td>3,5 mM</td>
		</tr><tr><td>NaH2PO4</td>
			<td>1.67 mM</td>
		</tr><tr><td>CaCl2</td>
			<td>1.53 mM</td>
		</tr><tr><td>MgSO4</td>
			<td>0.69 mM</td>
		</tr><tr><td>Natriumgluconat</td>
			<td>9.64 mM</td>
		</tr><tr><td>Saccharose</td>
			<td>7,6 mM</td>
		</tr><tr><td>Traubenzucker</td>
			<td>5.55 mM</td>
		</tr></tbody></table>Tabelle 1: Inhalt der synthetischen interstitiellen Flüssigkeit für die Haut-Nerven-Präparation der Maus23.

Watch this Scientific Journal Video about Open-Source Real-Time Closed-Loop Electrical Threshold Tracking for Translational Pain Research at JoVE.com

Open-Source Real-Time Closed-Loop Electrical Threshold Tracking for Translational Pain Research

APTrack ist ein Software-Plugin, das für die Open Ephys-Plattform entwickelt wurde und die Echtzeit-Datenvisualisierung und das Closed-Loop-Tracking neuronaler Aktionspotentiale ermöglicht. Wir haben dies erfolgreich in der Mikroneurographie für menschliche C-Faser-Nozizeptoren und C-Faser- und Aδ-Faser-Nozizeptoren der Maus eingesetzt.

Open-Source-Echtzeit-Closed-Loop-Tracking des elektrischen Schwellenwerts für die translationale Schmerzforschung

Nociceptors are a class of primary afferent neurons that signal potentially harmful noxious stimuli. An increase in nociceptor excitability occurs in ...

Dieses Werkzeug kann verwendet werden, um verschiedene Mechanismen der Nozizeptorsensibilisierung zu untersuchen, und es ist diese Sensibilisierung, die einige Formen chronischer Schmerzen verursachen kann. Die automatische Verfolgung des elektrischen Schwellenwerts bietet eine zuverlässige Online-Messung der Erregbarkeit des Nozizeptors in Echtzeit. Damit stellt diese Maßnahme eine wichtige Translationsbrücke dar, die Messungen sowohl am Menschen als auch am Tier ermöglicht.Auf die gleiche Weise können wirksame Pathologien und Behandlungen bewertet werden. In Zukunft könnte AP Track bei chronischen Schmerzpatienten eingesetzt werden, um zu bestätigen, ob ein Therapeutikum die Erregbarkeit ihrer sensibilisierten Nozizeptoren normalisiert. Dies wäre ein entscheidender Biomarker für die Wirksamkeit.Wir gehen davon aus, dass unser Open-Source-Toolkit AP Track für Elektrophysiologen nützlich sein wird, die Zeitschleifenreize unterschiedlicher Größenordnung untersuchen. Wir glauben zum Beispiel auch, dass es für die Untersuchung der Optogenetik nützlich sein wird. Die gleichzeitige Verwaltung eines Experiments und einer Software ist anfangs eine Herausforderung, daher empfehle ich Benutzern, vorab aufgezeichnete Daten in AP Track zu laden, um sich mit der Verwendung vertraut zu machen, bevor sie ein Experiment versuchen.Wir haben Demodaten zur Verfügung gestellt. Schließen Sie zunächst die Erfassungskarte mit dem vom Hersteller gelieferten Kabel an den Computer an und schalten Sie sie ein. Verbinden Sie dann die IO-Karte mit dem analogen Import auf der Erfassungskarte und verbinden Sie eine Intan RHD-Aufnahme-Headstage mit einem seriellen Peripherieschnittstellenkabel mit der Erfassungskarte.Schließen Sie als Nächstes den Pulse Pal an den Computer an. Teilen Sie das Signal des Pulse Pal-Ausgangskanals mit einem BNC-T-Splitter auf und verbinden Sie es dann mit dem Eingang des Konstantstromstimulators und der IO-Platine, damit der analoge Spannungsbefehl aufgezeichnet werden kann. Verbinden Sie den zweiten Pulse Pal-Ausgangskanal mit der IO-Platine, um die TTL-Ereignismarker der Stimulation aufzuzeichnen.Für die Montage mit einem wählgesteuerten Konstantstromstimulator schalten Sie einen Konstantstromstimulator ein und verbinden Sie die Schrittmotorsteuerplatine mit dem vom Hersteller gelieferten Kabel und der Magnethalterung mit dem Schrittmotor. Schließen Sie die Steuerplatine mit einem beliebigen Standard-USB-A-auf-USB-Micro-B-Kabel direkt an den Computer an. Verbinden Sie die Steuerplatine und den Schrittmotor mit einer benutzerdefinierten Montagehalterung und stellen Sie den Regler für die Stimulationsamplitude am Konstantstromstimulator auf null Milliampere.Schließen Sie dann einen benutzerdefinierten Laufadapter an den Schrittmotorzylinder an. Befestigen Sie den Schrittmotor und die spezielle Halterung mit dem Tonnenadapter an der Stimulationsamplitudenskala des Konstantstromstimulators und schalten Sie sie ein. Öffnen Sie die AP Track-GUI und erstellen Sie eine stabile elektrophysiologische Aufzeichnung des peripheren Nervs.Identifizieren Sie das rezeptive Feld auf der Haut und positionieren Sie dort die Stimulationselektrode. Wählen Sie im Menü "Optionen" die Option "Trigger-Kanal" und wählen Sie den ADC-Kanal, der den TTL-Marker für die elektrische Stimulation enthält, aus dem zweiten Pulse Pal-Ausgangskanal aus. Wählen Sie dann den Datenkanal aus und wählen Sie den Kanal aus, der die elektrophysiologischen Daten enthält.Klicken Sie auf Verbinden, um die AP-Spur mit dem Pulse Pal und dem Schrittmotorgerät zu verbinden. Dies kann einen Moment dauern. Nach dem Anschließen stellt sich die Schrittmotor-Steuerplatine auf Position Null.Definieren Sie in der Stimulationssteuerung mit dem Schieberegler die anfänglichen minimalen und maximalen Stimulationsamplituden. Stellen Sie sicher, dass die aktuelle Stimulation über Null eingestellt ist, damit TTL-Marker erzeugt werden. Klicken Sie auf F, um eine Datei mit den Stimulationsanweisungen zu laden, und klicken Sie dann auf den Pfeil nach rechts, um das geladene Stimulationsparadigma zu starten.Das zeitliche Raster-Diagramm wird mit der Reaktion auf die elektrische Stimulation aktualisiert, wobei jede neue Stimulationsantwort als neue Spalte auf der rechten Seite angezeigt wird. Um die Aktionspotentiale der einzelnen Neuronen erfolgreich zu erkennen, wechseln Sie zum Zeit-Raster-Plot, und passen Sie die Bildschwellenwerte "Niedrig", "Erkennung" und "Hoch" an. Wenn geeignete Bildschwellenwerte eingestellt sind, werden die von den Algorithmen erkannten Schwellenüberschreitungsereignisse grün kodiert.Bewegen Sie die stimulierende Elektrode systematisch um den vom Nerv innervierten Hautbereich. Überwachen Sie das zeitliche Raster-Diagramm auf drei Schwellenwertüberschreitungsereignisse, die nacheinander mit derselben Latenz auftreten, während sich die Elektrode in derselben Stimulationsposition befindet. Dies deutet auf die Identifizierung eines peripheren Neuronenaktionspotentials mit konstanter Latenz hin.Nachdem Sie das Aktionspotenzial eines einzelnen Neurons im zeitlichen Raster-Diagramm identifiziert haben, verschieben Sie den grauen linearen Schieberegler auf der rechten Seite des Diagramms, um die Position des Suchfelds anzupassen. Stellen Sie dann das Suchfeld mit dem Drehregler auf eine entsprechende Breite ein. Verringern Sie die Breite des Suchfelds.Um mit der Verfolgung des angestrebten Aktionspotenzials zu beginnen, klicken Sie auf das Pluszeichen unter der Multi-Unit-Tracking-Tabelle. Der Tabelle wird eine neue Zeile hinzugefügt, die die Details des Zielaktionspotenzials enthält, einschließlich der Latenzposition, des Prozentsatzes, der über zwei bis 10 Stimuli ausgelöst wird, und der erkannten Spitzenamplitude. Der Latenz-Tracking-Algorithmus wird bei jeder nachfolgenden elektrischen Stimulation automatisch ausgeführt.Aktivieren Sie das Kontrollkästchen "Spurspitze" in der Tabelle, um das Suchfeld an die entsprechende Position für das jeweilige Aktionspotenzial zu verschieben. Berechnen Sie die Leitungsgeschwindigkeit des peripheren Neurons, indem Sie den Abstand zwischen dem Stimulations- und dem Aufzeichnungsort durch die in der Tabelle angezeigte Latenz dividieren. Um die Verfolgung des elektrischen Schwellenwerts durchzuführen, stellen Sie die Inkrement- und Dekrementraten im Stimulationsbedienfeld auf die gewünschte Rate ein.Halten Sie diese Werte gleich. Stellen Sie sicher, dass die Stimulationsfrequenz auf eine geeignete Frequenz eingestellt ist, typischerweise 0,25 bis 0,5 Hertz. Passen Sie die Stimulationsamplitude manuell annähernd an die elektrische Schwelle des Neurons an.Aktivieren Sie dann das Kontrollkästchen Track-Schwellenwert in der Multi-Unit-Tracking-Tabelle, wodurch der Algorithmus für die Verfolgung des elektrischen Schwellenwerts initiiert wird. Überwachen Sie in der Multi-Unit-Tracking-Tabelle die Schussrate. Eine Feuerrate von 50 % gibt an, dass der ungefähre elektrische Schwellenwert ermittelt wurde und der Schwellenwert aktualisiert wird.Wenden Sie schließlich eine experimentelle Manipulation auf das rezeptive Feld an und verfolgen Sie die elektrische Schwelle weiter. Dadurch werden Veränderungen in der Erregbarkeit der peripheren Neuronen quantifiziert. In dieser Abbildung sind die sequenziellen Spuren einer humanen C-Faser des oberflächlichen Staudennervs während eines Mikroneurographie-Experiments und die sequentiellen Spuren einer Maus-A-Delta-Faser des Nervus saphenus während der Haut-Nerven-Präparation der geneckten Faserelektrophysiologie dargestellt.Die Spuren wurden rot eingefärbt, wenn ein Aktionspotential identifiziert wurde, was zu einer Abnahme der Reizamplitude führte. Der Softwarealgorithmus ermittelt effektiv die Stimulusamplitude, die für eine 50%ige Feuerwahrscheinlichkeit erforderlich ist. Die elektrische Schwellenwertverfolgung bei einer Stimulationsfrequenz von 0,25 Hertz während der thermischen Stimulation eines humanen C-Faser-Nozizeptors ist in dieser Abbildung dargestellt.Die y-Achse kodiert die Stimulationszahl vom Anfang des Paradigmas an. Die Spannungskurven für 4.000 Millisekunden nach der elektrischen Stimulation mit den Schwellenüberschreitungsereignissen sind rot markiert. Die Spannungskurve, die um das verfolgte Aktionspotential herum vergrößert wurde, ist hier dargestellt.Die vertikale blaue Linie ist die Basislatenz der verfolgten Einheit. Der von AP Track gesteuerte Stimulationsstrom ist in dieser Abbildung dargestellt. Die vertikale blaue Linie ist der elektrische Schwellenwert der Basislinie.Das rezeptive Feld TCS-II Wärmestimulationssondentemperatur wird hier vorgestellt. Wenn das rezeptive Feld dieser wärmeempfindlichen C-Faser durch den thermischen Stimulator erwärmt wird, sinkt die elektrische Schwelle. Die Auswahl der geeigneten Werte für die Breite des Suchfelds und den Erkennungsschwellenwert ist wichtig, da sie die Leistung von AP Track erheblich verbessern, indem sie die Auswirkungen von elektrischem Rauschen reduzieren.Die Quantifizierung des Einflusses von Therapeutika auf die Übererregbarkeit von Nozizeptoren könnte uns helfen, die Mechanismen, die chronischen Schmerzen zugrunde liegen, besser zu verstehen. Wir hoffen, dass andere Forscher dieses frei verfügbare Werkzeug nutzen werden, um die nozizeptive Biologie und die Veränderungen, die während der Nozizeptorsensibilisierung aufgetreten sind, besser zu verstehen.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

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

Eine experimentelle Plattform für die Closed-Loop-Performance von Brain-Machine Interfaces Study

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

Forschung

Neurowissenschaften

Recording Human Electrocorticographic (ECoG) Signals for Neuroscientific Research and Real-time Functional Cortical Mapping

Recording Human Electrocorticographic ECoG Signals for Neuroscientific Research and Real-time Functional Cortical Mapping

Aufnahme Menschliche Electrocorticographic (ECoG) Signale für neurowissenschaftliche Forschung und Real-time Funktionelle kortikale Mapping

Neuroimaging studies of human cognitive, sensory, and motor processes are usually based on noninvasive techniques such as electroencephalography (EEG), ...

Building An Open-source Robotic Stereotaxic Instrument

Der Aufbau einer Open-Source Robotic stereotaktischen Instrument

This protocol includes the designs and software necessary to upgrade an existing stereotaxic instrument to a robotic (CNC) stereotaxic instrument for ...

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

Echtzeit-Elektrophysiologie: Mit Closed-loop Protokolle Probe neuronaler Dynamik und darüber hinaus

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

Closed-loop Neuro-Roboter-Experimente zur Computational Eigenschaften Neuronale Netze Testen

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

A Protocol for the Administration of Real-Time fMRI Neurofeedback Training

Ein Protokoll für die Verwaltung von Real-Time-fMRT Neurofeedback Training

Neurologic disorders are characterized by abnormal cellular-, molecular-, and circuit-level functions in the brain. New methods to induce and control ...

Real-time Video Projection in an MRI for Characterization of Neural Correlates Associated with Mirror Therapy for Phantom Limb Pain

Echtzeit-Video-Projektion in einem MRI zur Charakterisierung der neuronalen Korrelate im Zusammenhang mit Spiegel-Therapie für Phantomschmerzen

Mirror therapy (MT) has been proposed as an effective rehabilitative strategy to alleviate pain symptoms in amputees with phantom limb pain (PLP). ...

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

Verwenden von Neuron Spiking Activity zum Auslösen von Closed-Loop Stimuli in neurophysiologischen Experimenten

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

Real-Time fMRI Brain Mapping in Animals

Echtzeit-fMRT-Kartierung des Gehirns bei Tieren

Dynamic fMRI responses vary largely according to the physiological conditions of animals either under anesthesia or in awake states. We developed a ...

Conventional and Threshold-Tracking Transcranial Magnetic Stimulation Tests for Single-handed Operation

Konventionelle und Threshold-Tracking Transkranielle Magnetstimulationstests für die Einhandbedienung

Most single-pulse transcranial magnetic stimulation (TMS) parameters (e.g., motor threshold, stimulus-response function, cortical silent period) are used ...