点状の触覚刺激を思い起こさせるための簡単な刺激性デバイス：トランジションスパイクLFP用サーチライト
Summary
光力学的末梢刺激に適した刺激をスパイクするために局所電場電位（LFPは）から複雑な移行を解明するためには、建設された。アプリケーションとして、体性感覚皮質から記録されたスパイク活動は多目的最適化戦略により分析した。結果は、提案刺激装置は、ミリ波·ミリの精度で触覚刺激を提供することができたことを証明した。
Abstract
現在の神経生理学的研究では、スパイクから局所電場電位（LFPは）までとのLFPからスパイクまで、すなわち遷移で、神経細胞への神経細胞からの信号経路を調査するための方法論の開発を目指しています。
LFPは、スパイク活性に対する複雑な依存性を有し、それらの関係はまだよく理解されている1。これらの信号の関係の解明は臨床診断（脳深部刺激用などの刺激パラダイム）のための正常および病理学的状態（ 例えば 、てんかん、パーキンソン病、慢性疼痛）の神経コーディング戦略をより深く理解するために、両方の参考になる。この目的のために、人は刺激装置、刺激パラダイムとコンピュータ分析に関連する技術的な問題を解決することがあります。そのため、カスタムメイドの刺激装置は、機械的な共振で発生しないだけでなく、空間と時間で調節刺激を提供するために開発されました。その後、例示のように、信頼性のLFPスパイク関係のセットを抽出した。
デバイスの性能は、共同で、ラット一次体性感覚皮質から、適用される刺激に対する応答をスパイクとLFP、細胞外記録を調べた。その後、多目的最適化戦略によって、のLFPに基づいて、スパイク発生の予測モデルを推定した。
このパラダイムの適用は、装置が適切に共通の圧電アクチュエータを上回る高周波触覚刺激を送達するために適していることを示している。デバイスの有効性を証明するものとして、以下の結果が発表されました：1）LFP応答のタイミングと信頼性は、十分にスパイク応答を一致させる、2）のLFPは、刺激の歴史に敏感なだけでなく、平均応答をキャプチャするだけでなく、スパイク活性の試行間の変動と、最後に、3）LFP信号を用いることにより、範囲をoを推定することが可能であるFスパイク活動のさまざまな側面をキャプチャ予測モデル。
Introduction
信号の文脈では、インパルス応答を処理する力学系の挙動の基本的な特徴づけを提供します。
理想的なインパルス刺激が実際に達成可能ではないが、高周波変位を発生するアクチュエータ要素を使用してそれの合理的な近似値を得ることができる。光触覚振動刺激このタイプの両方の深い皮膚（ 例えば 、高速で応答する高速なパチニ小体を適応）2及び表在性受容体（ 例えば低閾値を徐々にメルケル円盤状の構造体を適応させる）2を対象とすることが知られている。
電流刺激装置、主として圧電アクチュエータは、多くの欠点ではなく、少なくとも共鳴と小さな変位で充電される。これらの欠陥を克服するために、インパルス状の刺激の代替的な実装は、垂直に鈍い先端部（ここではサボテン平滑化チップ）を用いて提案されているミッドレンジスピーカーコーンの膜中央に搭載された。これは、より大きな変位およびより広い周波数スペクトルの利点を提供する。
このような装置の効果的な適用は、依存関係をスパイクするのLFPの関連神経生理学的問題の研究であった。細かく調整されたデバイスは、周辺刺激を提供するために必要とし、これらの電気的事象間の微妙な時間的関連性のために。刺激は、「バックグラウンドノイズ」を低減し、目的の信号をシャープにするために、できるだけ迅速かつ空間的に選択しなければならなかった。この目的のために、刺激装置、および刺激配信プロトコルが共同タスクのために最適化した。本論文では、テクニックを説明し、いくつかの代表的な結果を提示する。
無作為化の対のパルスに基づいて刺激プロトコルは慣れを回避するために設計され、最適化されている。このプロトコルは、古典的なペアの利点を提供パルスをエドと刺激と神経活動の自発的な定期的なバースト間のスプリアス、ロックの可能性を減少させた。
使用してこれは、高速で信頼性の高いLFPとスパイク応答を得るために、刺激の歴史上の両方のLFPとスパイクの依存性に関連したこれらの応答の特別な機能を取り込むことができたペアリングパルスを無作為化。実際、生のLFPの応答から、3 LFPのセットが強く、平均スパイク応答と相関（LFP自体、一次導関数のLFPは、一次導関数と位相）を備えていますが、また、抽出した。
いくつかのメソッドは、LFPは3,4からのスパイクを予測するモデルに合うように提案されている。一般的に、一般的なものはまた、刺激信号からスパイク事象の予測を、最小化/最大化する目的関数を適切に選択することにより、モデルフィッティングプロセスの重要な点で構成されている。目的関数の範囲が提案されてきたがこれらのD（ 例えば相関とコヒーレンス）5はいずれも共同でスパイク応答の全体の複雑さを捉えていない。従って、多目的最適化に基づく新規なフレームワークが導入される。提案考案し、この計算のフレームワークは、それが関係をスパイク強いLFPに基づく予測モデルのセットを推定することが可能であるを使用していることを示しています。
Protocol
Representative Results
Discussion
この作品は、第一に、迅速かつ空間的に点状の感覚刺激を提供することが可能新しい、シンプルで低コストのデバイスを発表した。そして、ランダム化されたペアのパルス刺激プロトコルとコンピュータ分析のセットが検証されました。全体的な目的は、触覚刺激の間電気生理学的記録におけるLFPスパイク関係を推定するための枠組みを確立することであった。
デバイ?…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
SNとAGZは、PON 01から01297 VIRTUALAB資金によってサポートされていました。
Materials
| Microstepper | AB Transvertex (Stockholm, Sweden) | The microstepper used to pull down the electrode matrix | |
| 32 channels Cheetah System | Neuralynx (MT, USA) | The electrophysiological recording system | |
| L293D h-bridge | RS Components (Cinisello Balsamo, Italy) | The bridge used to connect the microcontroller to the speaker | |
| H21A3 Optical Interrupter Switch | Fairchild Semiconductor Corporation (San Jose, California) | The phototransistor used to estabilish the tip displacement | |
| Arduino Uno | Arduino (Duemilanove, Italy) | The microcontroller used to deliver current pulse to the speaker | |
| Microelectrode Matrices GB1 | FHC | ||
| Isoflurane | Rhodia Organique Fine Ltd. | The anaestetic used to prepare animals | |
| Stereotaxic apparatus | Narishighe (Tokyo, Japan) | ||
| Sprague-Dawley male rats | Charles River (Calco, LC, Italy) | ||
| Gallamine thriethiodide | Sigma-Aldrich | The compound used to curarize the animals | |
| Cresyl violet | Sigma-Aldrich | ||
| Topical antiseptics (Betadine 10%) | Meda Pharma (Milanm Italy) | ||
| Heparine | Sigma-Aldrich | ||
| Formaldehyde | Carlo Erba Reagents (Pomigliano Milanese, Milan, Italy) |
Referenzen
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