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

Gostaríamos de agradecer aos nossos financiadores por seu apoio: Academia de Ciências Médicas (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.) e Biotechnology and Biological Sciences Research Council parceria de treinamento colaborativo doutorado com Eli Lilly (G.W.T.N.). Gostaríamos de estender nossos agradecimentos a todos os colaboradores para o desenvolvimento do APTrack. Também gostaríamos de agradecer aos nossos voluntários que participaram dos experimentos de microneurografia e aos nossos colaboradores do Envolvimento e Engajamento do Paciente e do Público por suas inestimáveis contribuições.

<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. 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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. 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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. 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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. 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G.W.T.N. é um Doutorando em Parceria de Treinamento Colaborativo BBSRC com a Universidade de Bristol e Eli Lilly and Company (BB/T508342/1). A.P.N. é um funcionário atual da Eli Lilly and Company e pode possuir ações nesta empresa.

APTrack é um plugin de software para uso com a plataforma Open Ephys. Escolhemos esta plataforma por ser de código aberto, flexível e barata de implementar. Sem incluir o custo do estimulador de corrente constante, todo o equipamento necessário para começar a usar o plugin poderia ser comprado por cerca de US $ 5.000 USD no momento da escrita. Esperamos que isso permita aos pesquisadores implementar o APTrack em seus estudos de eletrofisiologia de nervos periféricos com mais facilidade. Além disso, os pesquisadores podem modificar livremente o software para atender às suas necessidades experimentais. É importante ressaltar que essa ferramenta permitiu o rastreamento do limiar elétrico de nociceptores únicos de fibra C, pela primeira vez, em humanos.
Quanto maior a relação sinal-ruído, melhor os algoritmos conseguem identificar potenciais de ação. A relação sinal-ruído durante a microneurografia foi suficiente na maioria dos nossos registros, mas os usuários devem estar atentos ao risco de degradação do sinal ao longo do tempo. Isso é particularmente importante para protocolos experimentais mais longos, pois se a amplitude do potencial de ação rastreado cair abaixo do limiar de detecção, a amplitude de estimulação será aumentada erroneamente; Isso pode ser atenuado por experimentadores monitorando o plug-in e, em seguida, ajustando as configurações, se necessário. A relação sinal-ruído é melhorada com a filtragem passa-banda, mas transientes maiores ainda podem ser identificados erroneamente como potenciais de ação se chegarem durante a janela de tempo da caixa de pesquisa. O risco de identificar erroneamente o ruído transitório como um potencial de ação pode ser reduzido estreitando a janela de tempo durante a qual o plugin procura potenciais de ação e otimizando as configurações de limite. No entanto, ainda existem situações que podem ser encontradas que impedem o desempenho do plugin. A atividade espontânea pode causar dificuldades se potenciais de ação de maior amplitude estiverem dentro da janela da caixa de pesquisa do algoritmo, pois eles serão erroneamente identificados como o potencial de ação alvo. Além disso, a atividade espontânea no neurônio de interesse pode significar que a estimulação elétrica cai durante seu período refratário, causando falha na geração de um potencial de ação. Dificuldades no uso do software também podem surgir quando neurônios aferentes primários exibem flip-flop, em que ramos terminais alternados de um único neurônio são estimulados, fazendo com que o potencial de ação evocado tenha duas (ou mais) latências basais mutuamenteexclusivas 20. Durante gravações de neurônios exibindo flip-flop com altas relações sinal-ruído, realizamos com sucesso o rastreamento de latência e limiar elétrico aumentando a largura da caixa de pesquisa para encapsular todas as velocidades de condução potenciais que o neurônio exibia. No entanto, o limiar elétrico pode variar dependendo do ramo terminal do neurônio que está sendo excitado, o que é provavelmente em parte devido a diferenças na distância do local da estimulação elétrica para os terminais nociceptores alternativos. Trabalho adicional sobre o processo de identificação do potencial de ação para incluir, por exemplo, a correspondência de modelos é viável e poderia ser integrado a este software. Os plugins GUI para parada de banda ou filtragem de ruído adaptável também podem ser usados a montante do APTrack na cadeia de sinais, caso sejam desenvolvidos.
Consideramos o limiar elétrico determinado como sendo a corrente necessária para eliciar um potencial de ação em 50% das vezes, sobre um número definido pelo usuário de estímulos elétricos, tipicamente 2-10. A morfologia da estimulação elétrica é de 0,5 ms e pulsos positivos de onda quadrada. Isso não é o mesmo que determinar a reobase, uma medida comumente usada de excitabilidade neuronal. O plugin poderia ser adaptado para determinar a reobase. No entanto, buscamos uma medida mais simples, pois mudanças dinâmicas na excitabilidade, como aquelas hipotetizadas para ocorrer durante o aquecimento, teriam sido mais difíceis de quantificar com mudanças de reobase do que nossa estimativa de limiar elétrico.
Este software pode ser usado em experimentos com humanos e roedores. Isso é possível graças ao suporte flexível para os sistemas de estimulação elétrica. O software funcionará com qualquer estimulador que aceite uma tensão de comando analógico ou possa ser interligado manualmente com um motor de passo. Para a microneurografia, foi utilizado um estimulador de corrente constante marcado com CE, projetado para uso em pesquisas humanas e cuja estimulação foi controlada por um mostrador. Estimuladores que aceitam comandos analógicos de tensão podem ser barulhentos, pois não desconectam o circuito entre os estímulos, ou seja, qualquer zumbido ou ruído de 50/60 Hz na entrada analógica será transmitido para a gravação. Um estimulador que requer um sinal de gatilho TLL adicional para conectar o circuito, permitindo que um estímulo em uma corrente análoga à entrada de tensão analógica seja gerado, é ideal para uso com o plugin. Isso evita que o ruído seja transmitido para a gravação entre os estímulos.
O software utiliza um método simples up-down para estimar o limiar elétrico. Isso tem sido usado em testes psicofísicos há muitas décadas25. De acordo com o método up-down, o algoritmo de rastreamento do limiar elétrico para modular a amplitude da estimulação considera apenas a amplitude e a resposta da estimulação anterior no cálculo da amplitude da estimulação seguinte. Isso significa que a amplitude de estimulação oscilará em torno do limiar elétrico verdadeiro, produzindo uma taxa de disparo de 50%, supondo que o limiar seja estável. O tamanho mínimo de um incremento ou decremento é de 0,01 V; isso é equivalente a 0,01 mA supondo que o estimulador tenha uma relação de entrada/saída de 1 V:1 mA e resolução suficiente para conseguir mudanças de passo tão pequenas. O plugin atualizará a estimativa ao vivo do limiar elétrico do potencial de ação alvo toda vez que ele atingir uma taxa de disparo de 50% sobre um número definido pelo usuário de estímulos anteriores (2-10). Post hoc, recomenda-se o uso de uma média móvel da amplitude de estimulação nos últimos 2-10 estímulos para estimar o limiar elétrico, e deve-se notar que essa estimativa só será precisa quando a taxa de disparo for relativamente estável em 50%. Tanto nas estimativas ao vivo quanto nas post-hoc do limiar elétrico, há um equilíbrio entre resolução, confiabilidade e tempo a ser considerado. O uso de etapas menores de incremento e decremento aumentará a precisão da estimativa do limiar elétrico, mas aumentará o tempo necessário para encontrar o novo limiar elétrico inicialmente e após a perturbação. O cálculo do limiar elétrico sobre um maior número de estímulos prévios proporcionará melhor confiabilidade, mas aumentará o tempo necessário para se chegar a uma estimativa precisa.
O APTrack foi projetado para uso em registros de nervos periféricos, especificamente para rastrear os limiares elétricos das fibras C durante perturbações experimentais e patológicas durante períodos em que a latência do potencial de ação pode variar dependendo da atividade neuronal subjacente. Este método permitirá o exame não só da excitabilidade axonal, mas também dos potenciais geradores de nociceptores em voluntários e pacientes saudáveis. Antecipamos que outras áreas da eletrofisiologia podem adotar e adaptar esta ferramenta para uso em qualquer experimento que necessite do rastreamento do limiar elétrico de uma atividade bloqueada por estímulo. Por exemplo, isso poderia ser facilmente adaptado para estimulação optogenética com pulsos de luz acionados a partir do APTrack. O plugin é de código aberto e está disponível para pesquisadores sob uma licença GPLv3. Ele é construído sobre a plataforma Open Ephys, que é um sistema de aquisição de dados adaptável, de baixo custo e de código aberto. O plugin fornece ganchos adicionais para plugins downstream para extrair as informações potenciais de ação e fornecer interfaces de usuário adicionais ou paradigmas adaptativos. O plugin fornece uma interface de usuário simples para a visualização e acompanhamento de latência de potenciais de ação em tempo real. Ele também pode reproduzir dados anteriores e visualizá-los usando o gráfico raster temporal. Além disso, ele também pode executar o rastreamento de latência durante a reprodução de dados anteriores. Embora existam outros pacotes de software disponíveis para rastreamento de latência em tempo real, eles não são de código aberto e não podem executar o rastreamento de limiar elétrico26,27. O APTrack tem uma vantagem sobre os métodos tradicionais de identificação de potenciais de ação de latência constante a partir de traços de tensão, pois usa um gráfico raster temporal para a visualização dos dados. Além disso, nossas experiências de uso em experimentos com baixas relações sinal-ruído indicaram que o método de visualização de gráficos raster temporais permite a identificação de potenciais de ação de latência constante que podem ter sido perdidos.
O rastreamento do limiar do nervo total é um método amplamente utilizado para avaliar a excitabilidade axonal13. O rastreamento do limiar elétrico de um único neurônio em fibras C de roedores tem sido usado anteriormente para quantificar a excitabilidade do nociceptor14, e sua utilidade em humanos é reconhecida10,11; No entanto, até agora, isso não era possível. Nós fornecemos uma nova ferramenta de código aberto para medir diretamente a excitabilidade de um único nociceptor em estudos eletrofisiológicos de nervos periféricos de roedores e humanos. O APTrack permite o rastreamento de limiar elétrico em tempo real, de código aberto, de potenciais de ação de neurônio único em humanos, pela primeira vez. Prevemos que facilitará estudos translacionais de nociceptores entre roedores e humanos.

Os nociceptores são neurônios aferentes primários do sistema nervoso periférico que são ativados por eventos evidentes ou potencialmente lesivos aos tecidos e desempenham um papel protetor crítico na dor aguda1. Registros eletrofisiológicos de nociceptores de fibra C e Aδ em modelos animais, voluntários humanos saudáveis e pacientes têm revelado sensibilização e atividade espontânea anormal em diversas condições de dor 2,3,4,5,6,7. A compreensão dos mecanismos subjacentes a essas alterações na excitabilidade do nociceptor em pacientes poderia possibilitar intervenções terapêuticas direcionadas8. No entanto, existem poucos instrumentos para avaliar diretamente a excitabilidade do nociceptor, particularmente em pacientes9, mas o potencial para a utilidade de tais ferramentas é bem reconhecido10,11.
O rastreamento do limiar elétrico do nervo inteiro pode ser usado para examinar a excitabilidade axonal em humanos12. Entretanto, como neurônios periféricos grandes e mielinizados contribuem desproporcionalmente para a amplitude do potencial de ação do composto sensorial, o rastreamento do limiar elétrico do nervo inteiro não permite a avaliação da função das fibras C11,13. De fato, em um estudo anterior, o rastreamento do limiar elétrico do nervo total em coortes de dor neuropática crônica com neuropatia diabética e polineuropatia induzida por quimioterapia não mostrou diferenças na excitabilidade axonal11.
Em um estudo anterior, o rastreamento do limiar elétrico no nível de um único neurônio foi usado para examinar a excitabilidade de nociceptores de fibra C durante registros de fibras provocadas em uma preparação ex vivo pele-nervo de rato14. Os autores demonstraram que o aumento da concentração de potássio, as condições ácidas e a bradicinina aumentaram a excitabilidade do nociceptor da fibra C, refletido por um limiar elétrico reduzido para a geração do potencial de ação. Além disso, o aquecimento do campo receptivo dos nociceptores sensíveis ao calor reduziu seu limiar elétrico, enquanto os nociceptores insensíveis ao calor exibiram um aumento em seu limiar elétrico14. Isso fornece uma prova importante de que o rastreamento do limiar elétrico de um único neurônio é possível e pode ser útil, mas atualmente não há soluções de software e/ou hardware disponíveis para permitir tais investigações, particularmente para estudos em humanos.
Em humanos, a microneurografia é o único método disponível para avaliar diretamente as propriedades eletrofisiológicas das fibras C15. Essa abordagem tem sido utilizada para demonstrar disfunção nociceptora em pacientes com dor crônica 2,3,4,5,6,7. A microneurografia pode detectar potenciais de ação de um único neurônio; no entanto, devido à baixa relação sinal-ruído, os pesquisadores utilizam a técnica de marcação para caracterizar a atividade da fibra C16. Na técnica de marcação, a estimulação elétrica supralimiar é aplicada aos campos receptivos de fibra C na pele. Essa estimulação elétrica gera um potencial de ação que ocorre em latência constante, determinada pela velocidade de condução da fibra C. As fibras C apresentam lentificação dependente da atividade, em que sua velocidade de condução diminui e, portanto, sua latência de condução aumenta durante os períodos de descarga do potencial de ação17. Em condições basais, as fibras C normalmente não geram potenciais de ação na ausência de estímulos nocivos e, portanto, sua latência de condução em resposta à estimulação elétrica de baixa frequência é constante. Estímulos mecânicos, térmicos ou farmacológicos, que evocam disparo, induzem lentificação dependente da atividade, o que aumenta a latência dos potenciais de ação evocados pela estimulação elétrica de baixa frequência concomitante. Isso permite a identificação objetiva das respostas aos estímulos não elétricos aplicados no contexto de uma baixa relação sinal-ruído. Portanto, a lentificação dependente da atividade pode ser usada para caracterizar funcionalmente as fibras C16. De fato, diferentes classes funcionais de fibras C exibem padrões distintos de lentificação dependente da atividade nos paradigmas de estimulação elétrica que envolvem a variação da frequência de estimulação18,19. Essa variabilidade na latência dos potenciais de ação da fibra C representa um desafio para algoritmos projetados para monitorá-los.
A atividade contínua em um nociceptor leva ao aumento da variabilidade em sua latência durante a estimulação elétrica de baixa frequência, e isso é novamente devido à lentificação dependente da atividade. Essa variabilidade aumentada, ou jitter, é uma medida proxy quantificável da excitabilidade2. Outras causas de variabilidade na latência do potencial de ação incluem o flip-flop, em que ramos terminais alternados de um único neurônio são estimulados, o que faz com que o potencial de ação evocado tenha duas (ou mais) latências basais mutuamenteexclusivas 20. Finalmente, mudanças na temperatura dos ramos terminais de um neurônio periférico também causam mudanças na latência do potencial de ação de forma termodinâmica, com o aquecimento aumentando a velocidade de condução e o resfriamento diminuindo a velocidade de condução19. Assim, qualquer software que busque realizar o rastreamento do limiar elétrico em malha fechada de fibras C nociceptivas deve permitir mudanças na latência dos potenciais de ação evocados eletricamente.
Para atingir nosso objetivo de rastreamento de limiar elétrico entre espécies de nociceptores de fibra C, desenvolvemos o APTrack, um plugin de software de código aberto para a plataforma Open Ephys21, para permitir rastreamento de limiar elétrico em tempo real, de malha fechada, e rastreamento de latência. Fornecemos dados de prova de conceito demonstrando que o rastreamento do limiar elétrico do nociceptor de fibra C durante a microneurografia humana é possível. Além disso, mostramos que esta ferramenta pode ser utilizada em eletrofisiologia ex vivo de roedores, possibilitando estudos translacionais entre humanos e roedores. Aqui, descreveremos em detalhes como os pesquisadores podem implementar e usar essa ferramenta para auxiliar seu estudo da função e excitabilidade do nociceptor.

<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

Nociceptores são uma classe de neurônios aferentes primários que sinalizam estímulos nocivos potencialmente nocivos. Um aumento na excitabilidade do nociceptor ocorre em condições de dor aguda e crônica. Isso produz atividade contínua anormal ou limiares de ativação reduzidos para estímulos nocivos. A identificação da causa desse aumento da excitabilidade é necessária para o desenvolvimento e validação de tratamentos baseados em mecanismos. O rastreamento do limiar elétrico de um único neurônio pode quantificar a excitabilidade do nociceptor. Por isso, desenvolvemos um aplicativo para permitir tais medições e demonstrar seu uso em humanos e roedores. O APTrack fornece visualização de dados em tempo real e identificação do potencial de ação usando um gráfico raster temporal. Algoritmos detectam potenciais de ação por cruzamento de limiares e monitoram sua latência após estimulação elétrica. O plugin então modula a amplitude da estimulação elétrica usando um método up-down para estimar o limiar elétrico dos nociceptores. O software foi construído sobre o sistema Open Ephys (V0.54) e codificado em C++ usando o framework JUCE. Ele roda em sistemas operacionais Windows, Linux e Mac. O código fonte aberto está disponível (<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/ Microneurography/APTrack</a>). Os registros eletrofisiológicos foram obtidos de nociceptores em uma preparação pele-nervo de camundongo usando o método de fibras provocadas no nervo safeno e em voluntários humanos saudáveis usando microneurografia no nervo fibular superficial. Os nociceptores foram classificados pela resposta a estímulos térmicos e mecânicos, bem como pelo monitoramento da lentificação da velocidade de condução dependente da atividade. O software facilitou o experimento simplificando a identificação do potencial de ação através do gráfico raster temporal. Demonstramos o rastreamento do limiar elétrico em malha fechada em tempo real de potenciais de ação de um único neurônio durante a microneurografia humana in vivo, pela primeira vez, e durante registros eletrofisiológicos ex vivo de fibras C e Aδ em camundongos. Estabelecemos uma prova de princípio mostrando que o limiar elétrico de um nociceptor humano sensível ao calor da fibra C é reduzido pelo aquecimento do campo receptivo. Este plugin permite o rastreamento do limiar elétrico de potenciais de ação de um único neurônio e permite a quantificação de mudanças na excitabilidade do nociceptor.

Um exemplo representativo do software que trabalha para controlar um experimento é mostrado na Figura 7. Ele ajusta iterativamente a amplitude de estimulação usando um método ascendente para baixo para encontrar efetivamente o limiar elétrico de nociceptores únicos. Pela primeira vez, demonstramos a viabilidade do rastreamento do limiar elétrico de um único neurônio em tempo real em humanos durante a microneurografia (Figura 7A). Além disso, mostramos o rastreamento do limiar elétrico em uma fibra Aδ de camundongo (Figura 7B). A identificação de potenciais de ação por cruzamento de limiares, como utilizado aqui, é suficiente para rastrear limiares elétricos ao longo do tempo. Recomendamos que os usuários tomem medidas para minimizar o ruído elétrico durante suas gravações, como o uso de uma gaiola de Faraday e filtros passa-banda para melhorar a relação sinal-ruído.
Para demonstrar que o rastreamento do limiar elétrico pode ser usado como uma medida de mudanças na excitabilidade do nociceptor em humanos, o rastreamento do limiar elétrico durante um paradigma de aquecimento escalonado foi realizado (Figura 8). O aumento da temperatura dos terminais nociceptores diminuiu a corrente de estimulação elétrica necessária para eliciar um potencial de ação, refletindo um aumento na excitabilidade do nociceptor (Figura 8C). Isso provavelmente foi causado pela geração de potenciais receptores pelos canais iônicos sensíveis ao calor expressos no nociceptor de fibra C14. No degrau de temperatura mais alta, 44 °C, foram eliciados, potenciais de ação evocados termicamente (Figura 8A, estímulo número 86-96). Isso causa um aumento no limiar elétrico, pois o nociceptor pode estar em um estado refratário após a descarga de alta frequência. Como esperado, a latência do potencial de ação rastreado diminuiu com o aumento da temperatura. Acredita-se que isso ocorra devido a um efeito termodinâmico na maquinaria de condução, que aumenta a velocidade de condução da fibra C. Essa fibra C também pode estar exibindo flip-flop (Figura 8B, estímulo número 47-54), o que pode resultar no aumento errôneo da amplitude da estimulação elétrica seguinte se o potencial de ação estiver fora da janela de busca do algoritmo.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64898/64898fig01.jpg"> Figura 1: Esquema da configuração do equipamento e conexões de cabos necessários para o rastreamento de limiar elétrico nociceptor com APTrack em roedores e humanos. Observe os dois métodos diferentes de controles de amplitude de estimulação: um motor de passo para estimuladores ajustados manualmente em nossa configuração humana e um PulsePal para estimuladores controlados por tensão de entrada em nossa configuração de roedores. (1) Um PC (Windows, Mac ou Linux) executando o plugin para a plataforma Open Ephys. (2) Um motor de passo que opera o dial de amplitude de estimulação no DS7. (3) Um estimulador de corrente constante aprovado para uso em humanos; aqui usamos um DS7. (4) Um optoisolador USB 3.0, que isola o participante humano do PC (opcional, necessário apenas para pesquisa em humanos). (5) Gerador de Pulsos PulsePal V2, que gera timestamps TTL (canal de saída 2) e passos de tensão correspondentes à amplitude de estimulação solicitada (canal de saída 1). (6) Um estimulador de corrente constante para uso em animais; aqui, usamos um DS4. (7) Uma fonte de alimentação CC para o sistema (fonte de alimentação CC utilizada para a configuração dos roedores e fonte de alimentação CC da bateria utilizada para a configuração humana). (8) Um conselho de aquisição. (9) Uma placa de E/S para conectar os cabos coaxiais BNC que transportam os sinais a serem registrados, como as saídas do termopar e os marcadores TTL. (10) A preparação pele-nervo de camundongo submetida a registros eletrofisiológicos nociceptores. (11) Participante humano submetido a microneurografia com registro de fibras C no nervo fibular superficial. (12) Um headstage Intan RHD2216 para aquisição e digitalização das gravações. (13) Uma placa adaptadora de eléctrodos Intan, à qual os eléctrodos de gravação estão ligados e que permite que o sinal seja passado para a sede RHD2216. (14) Um sistema de estimulação térmica que pode produzir a temperatura através de uma conexão coaxial BNC. (15) Um pedal de botão/pedal alimentado por bateria de 3,3 V que é usado para marcar os eventos de estimulação mecânica e aplicações de medicamentos. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64898/64898fig01large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64898/64898fig02.jpg"> Figura 2: Cadeia de sinais do modelo. A seta vermelha aponta para o botão para ativar a entrada ADC da placa de E/S. A seta amarela indica o menu suspenso para selecionar o formato de arquivo Open Ephys. A seta verde indica os botões Reproduzir e Gravar. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64898/64898fig02large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64898/64898fig03.jpg"> Figura 3: Interface gráfica do usuário. A GUI consiste em quatro componentes principais. (1) Painel Temporal Raster Plot (verde) para visualização dos dados e das configurações associadas ao controle do gráfico. Uma resposta de latência constante mostrando lentificação gradual dependente da atividade é indicada pela seta verde. (2) Painel de controle de estimulação (amarelo) para definição dos parâmetros de amplitude de estimulação e carregamento dos scripts paradigmáticos de estimulação. (3) Multi-Unit Tracking Table (azul) para adicionar os potenciais de ação para rastrear e ativar a latência e o rastreamento do limiar elétrico. (4) Menu de opções para selecionar os estilos de cores e o canal de entrada para os dados e gatilhos TTL. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64898/64898fig03large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64898/64898fig04.jpg"> Figura 4: Facilitação da identificação de potenciais de ação de latência constante através da visualização de dados em tempo real em um gráfico raster temporal utilizando APTrack. Este é um exemplo de alta relação sinal-ruído. Os dados apresentados no gráfico raster temporal são de um registro de fibra C humana do nervo fibular superficial durante a microneurografia. Voltage Trace é o plugin LFP Viewer semelhante ao osciloscópio dentro do Open Ephys. A Interface do Usuário do APTrack é a interface gráfica do usuário do plugin. O potencial de ação rastreado é indicado por setas verdes, e o controle deslizante circular na borda do gráfico raster temporal é para controlar a posição da caixa de pesquisa, onde os algoritmos procurarão eventos de cruzamento de limiar. O artefato de estimulação elétrica é marcado em azul no traço de tensão. A amplitude de estimulação do comando de tensão analógica é indicada em vermelho; Note que isso pode não ser o mesmo que a amplitude da corrente de estimulação, dependendo do fator de escala definido no estimulador. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64898/64898fig04large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64898/64898fig05.jpg"> Figura 5: Representação gráfica do algoritmo de rastreamento de latência. Em termos simples, se um potencial de ação for detectado pelo cruzamento do limite, a caixa de pesquisa ajustará sua posição para centralizar-se no momento da tensão de pico. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64898/64898fig05large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64898/64898fig06.jpg"> Figura 6: Representação gráfica do algoritmo de rastreamento de limiar elétrico. Em termos simples, se um potencial de ação for detectado pelo cruzamento do limiar, a amplitude da estimulação será diminuída pela taxa de decremento. Se nenhum potencial de ação for detectado, a amplitude de estimulação será aumentada pela taxa de incremento. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64898/64898fig06large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64898/64898fig07.jpg"> Figura 7: Rastreamento automatizado do limiar elétrico dos potenciais de ação de um único neurônio a uma frequência de estimulação de 0,25 Hz . (A) Traços sequenciais de uma fibra C humana do nervo fibular superficial durante um experimento de microneurografia. (B) Traços sequenciais de uma fibra Aδ de camundongo do nervo safeno durante o preparo pele-nervo provocaram eletrofisiologia da fibra. Os traços foram coloridos de vermelho quando um potencial de ação foi identificado, resultando em uma diminuição na amplitude do estímulo. O algoritmo do software efetivamente encontra a amplitude de estímulo necessária para uma probabilidade de 50% de disparo. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64898/64898fig07large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64898/64898fig08.jpg"> Figura 8: Rastreamento do limiar elétrico na frequência de estimulação de 0,25 Hz durante a estimulação térmica de um nociceptor humano de fibra C. O eixo y codifica o número de estimulação desde o início do paradigma. (A) Traço de tensão por 4.000 ms após estimulação elétrica, com eventos de cruzamento de limiar marcados em vermelho. (B) Traço de tensão de A ampliado em torno do potencial de ação rastreado. Os vestígios foram coloridos de vermelho quando o potencial de ação rastreado foi detectado. A linha azul vertical é a latência da linha de base da unidade rastreada. (C) Corrente de estimulação comandada pelo APTrack. A linha azul vertical é o limiar elétrico basal. (D) Campo receptivo TCS-II temperatura da sonda termoestimulante. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64898/64898fig08large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td>Composto</td>
			<td>Concentração</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>Gluconato de Sódio</td>
			<td>9,64 mM</td>
		</tr><tr><td>Sacarose</td>
			<td>7,6 mM</td>
		</tr><tr><td>Glicose</td>
			<td>5,55 mM</td>
		</tr></tbody></table>Tabela 1: Conteúdo do líquido intersticial sintético para o preparo pele-nervo de camundongos23.

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

APTrack é um plugin de software desenvolvido para a plataforma Open Ephys que permite a visualização de dados em tempo real e o rastreamento do limiar elétrico em malha fechada de potenciais de ação neuronais. Nós usamos isso com sucesso em microneurografia para nociceptores de fibra C humana e nociceptores de fibra C e fibra Aδ de camundongo.

Rastreamento de limiar elétrico de circuito fechado em tempo fechado de código aberto para pesquisa translacional da dor

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

Essa ferramenta pode ser usada para investigar diferentes mecanismos de sensibilização ao nociceptor, e é essa sensibilização que pode conduzir algumas formas de dor crônica. O rastreamento automatizado de limiares elétricos fornece uma medida confiável, on-line e em tempo real da excitabilidade do nociceptor. Como tal, esta medida fornece uma importante ponte translacional, permitindo que as medições sejam feitas tanto em humanos como em animais.Da mesma forma, permitindo que patologias e tratamentos eficazes sejam avaliados. No futuro, o AP Track poderá ser usado em pacientes com dor crônica para confirmar se um agente terapêutico está normalizando a excitabilidade de seus nociceptores sensibilizados. Isso representaria um biomarcador crucial de eficácia.Antecipamos que nosso kit de ferramentas de código aberto, AP Track, será útil para eletrofisiologistas que estudam estímulos de loop temporal de diferentes magnitudes. Por exemplo, também achamos que será útil para estudar optogenética. Gerenciar um experimento e um software simultaneamente é desafiador no início, então recomendo que os usuários carreguem dados pré-gravados no AP Track para se familiarizarem com seu uso antes de tentar um experimento.Nós fornecemos dados de demonstração. Para começar, conecte a placa de aquisição ao computador usando o cabo fornecido pelo fabricante e ligue-os. Em seguida, conecte a placa de E/S à importação analógica na placa de aquisição e conecte um Intan RHD Recording Headstage à placa de aquisição usando um cabo de Interface Periférica Serial.Em seguida, conecte o Pulse Pal ao computador. Divida o sinal do canal de saída do Pulse Pal um usando um Divisor BNC T e, em seguida, conecte-o à entrada do estimulador de corrente constante e à placa de E/S, para que o comando de tensão analógica possa ser gravado. Conecte o canal de saída dois do Pulse Pal à placa IO para gravar os marcadores de eventos TTL de estimulação.Para montar com um estimulador de corrente constante controlado por discagem, ligue um estimulador de corrente constante e conecte a placa de controle do motor de passo ao motor de passo usando o cabo fornecido pelo fabricante e o suporte magnético. Conecte a placa de controle ao computador diretamente usando qualquer cabo USB-A para USB micro B padrão. Conecte a placa de controle e o motor de passo a um suporte de montagem personalizado e ajuste o seletor de amplitude de estimulação no estimulador de corrente constante para zero miliamperes.Em seguida, conecte um adaptador de barril personalizado ao barril do motor de passo. Conecte o motor de passo e o aparelho de montagem personalizado ao mostrador de amplitude de estimulação no estimulador de corrente constante usando o adaptador de barril e ligue-o. Abra a GUI do AP Track e estabeleça um registro eletrofisiológico estável do nervo periférico.Identifique o campo receptivo na pele e posicione o eletrodo estimulador lá. No menu Opções, selecione Canal de gatilho e escolha o canal ADC que contém o marcador TTL de estimulação elétrica do canal de saída dois do Pulse Pal. Em seguida, selecione o canal de dados e escolha o canal que contém os dados eletrofisiológicos.Clique em Conectar para conectar o AP Track ao Pulse Pal e ao aparelho do motor de passo. Isso pode demorar um pouco. Uma vez conectada, a placa de controle do motor de passo se ajustará para a posição zero.No painel de controle de estimulação, defina as amplitudes mínima e máxima iniciais de estimulação usando o controle deslizante. Certifique-se de que a estimulação atual esteja definida acima de zero, para que os marcadores TTL sejam gerados. Clique em F para carregar um arquivo contendo as instruções de estimulação e, em seguida, clique na seta para a direita para iniciar o paradigma de estimulação carregado.O gráfico raster temporal começará a ser atualizado com a resposta à estimulação elétrica, com cada nova resposta de estimulação sendo exibida como uma nova coluna à direita. Para detectar com êxito os potenciais de ação de um único neurônio, vá para o painel de gráfico raster temporal e ajuste os valores de limite de imagem baixo, detecção e alto. Com limites de imagem adequados definidos, os eventos de cruzamento de limite detectados pelos algoritmos serão codificados em verde.Sistematicamente, mova o eletrodo estimulante ao redor da área da pele inervada pelo nervo. Monitore o gráfico raster temporal para três eventos de cruzamento de limiar que aparecem em uma linha na mesma latência enquanto o eletrodo está na mesma posição de estimulação. Isso indica a identificação de um potencial de ação neuronal periférico de latência constante.Depois de identificar o potencial de ação de neurônio único no gráfico de raster temporal, mova o controle deslizante linear cinza no lado direito do gráfico para ajustar a posição da caixa de pesquisa. Em seguida, ajuste a caixa de pesquisa com o controle deslizante giratório para uma largura apropriada. Reduza a largura da caixa de pesquisa.Para começar a rastrear o potencial de ação direcionado, clique no sinal de mais abaixo da tabela de rastreamento de várias unidades. Uma nova linha será adicionada à tabela contendo os detalhes do potencial de ação alvo, incluindo o local de latência, a porcentagem de disparos sobre dois a 10 estímulos e a amplitude de pico detectada. O algoritmo de rastreamento de latência será executado automaticamente nele a cada estimulação elétrica subsequente.Marque a caixa de pico de faixa na tabela para mover a caixa de pesquisa para a posição apropriada para esse potencial de ação específico. Calcular a velocidade de condução do neurônio periférico dividindo a distância entre os locais de estimulação e registro pela latência apresentada na tabela. Para realizar o rastreamento do limiar elétrico, ajuste as taxas de incremento e decremento no painel de controle de estimulação para a taxa desejada.Mantenha esses valores iguais. Certifique-se de que a frequência de estimulação esteja ajustada para uma taxa adequada, tipicamente 0,25 a 0,5 Hertz. Ajustar manualmente a amplitude de estimulação aproximadamente ao limiar elétrico do neurônio.Em seguida, marque a caixa de limite de faixa na tabela de rastreamento de várias unidades, que iniciará o algoritmo de rastreamento de limite elétrico. Na tabela de rastreamento de várias unidades, monitore a taxa de disparo. Uma taxa de disparo de 50% indica que o limiar elétrico aproximado foi determinado e o valor limite será atualizado.Finalmente, aplique uma manipulação experimental no campo receptivo e continue rastreando o limiar elétrico. Isso quantificará as mudanças na excitabilidade do neurônio periférico. Os traços sequenciais de uma fibra C humana do nervo perene superficial durante um experimento de microneurografia e os traços sequenciais de uma fibra A-delta de camundongo do nervo safeno durante a preparação pele-nervo provocada eletrofisiologia da fibra são mostrados nesta figura.Os traços foram coloridos de vermelho quando um potencial de ação foi identificado, resultando em uma diminuição na amplitude do estímulo. O algoritmo do software efetivamente encontra a amplitude de estímulo necessária para uma probabilidade de 50% de disparo. O rastreamento do limiar elétrico a uma frequência de estimulação de 0,25 Hertz durante a estimulação térmica de um nociceptor de fibra C humana é apresentado nesta figura.O eixo y codifica o número de estimulação desde o início do paradigma. Os traços de tensão por 4.000 milissegundos após a estimulação elétrica com os eventos de cruzamento do limiar são marcados em vermelho. O traço de tensão ampliado em torno do potencial de ação rastreado é mostrado aqui.A linha azul vertical é a latência da linha de base da unidade rastreada. A corrente de estimulação comandada pelo AP Track é mostrada nesta figura. A linha azul vertical é o limiar elétrico basal.O campo receptivo TCS-II de temperatura da sonda termoestimulante é apresentado aqui. À medida que o campo receptivo dessa fibra C sensível ao calor é aquecido pelo estimulador térmico, o limiar elétrico diminui. A escolha dos valores apropriados para a largura da caixa de pesquisa e o limite de detecção é importante, pois eles melhoram significativamente o desempenho do AP Track, reduzindo o impacto do ruído elétrico.Quantificar o impacto dos agentes terapêuticos na hiperexcitabilidade em nociceptores pode nos ajudar a entender melhor os mecanismos subjacentes à dor crônica. Esperamos que outros pesquisadores utilizem esta ferramenta disponível gratuitamente para melhor compreender a biologia nociceptiva e as mudanças que ocorreram durante a sensibilização aos nociceptores.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

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

Uma Plataforma Experimental para Estudo de Desempenho de circuito fechado de interfaces cérebro-máquina

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

Neurociência

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

Gravação Humanos eletrocorticográfica (ECOG) Sinais para pesquisa neurocientífica e mapeamento em tempo real Funcional Cortical

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

Construir um Robotic estereotáxica Instrumento Open-source

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

Eletrofisiologia em tempo real: Usando protocolos de circuito fechado para sondar Neuronal Dynamics and Beyond

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

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

De circuito fechado experiências neuro-robótico para testar as propriedades computacionais da Neuronal Networks

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

Um protocolo para a administração do real-time fMRI treinamento de Neurofeedback

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

Projeção de vídeo em tempo real em uma ressonância magnética para a caracterização de correlações neurais associados com terapia de espelho para dor do membro fantasma

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

Usando a atividade de spiking do neurônio para provocar estímulos do Closed-Loop em experiências neurophysiological

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

Mapeamento cerebral por fMRI em tempo real em animais

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

Testes convencionais e de estimulação magnética transcraniana convencional e de rastreamento de limiares para operação sozinho

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