Realtidselektro: Använda Closed-loop protokollen till Probe neurala Dynamics and Beyond

Under de senaste åren, har cellulära elektrofysiologi utvecklats från den traditionella öppen slinga paradigmet används i spänning och ström clamp-experiment till moderna med sluten slinga protokoll. Den mest kända slutna tekniken är kanske den dynamiska klämman ^6,7, vilket gjorde det möjligt för syntetiska injektion av artificiella spänningskänsliga jonkanaler att bestämma nervmembranspänningen ^8, den fördjupade studie av effekterna av icke-deterministiska flimmer på jonkanaler på neuronala svar dynamik ^9, liksom rekreation in vitro av realistiska i vivo- som synaptiska bakgrundsaktiviteten ^10.

Andra sluten slinga paradigm som har föreslagits innefattar den reaktiva klämman ^11, för att studera in vitro generation av självunderhållande ihållande aktivitet, och svaret klämma ^4,12, för att undersöka de cellulära mekanismerna bakom neuronala retbarhet.

INNEHÅLL "> Här beskriver vi ett kraftfullt ramverk som gör det möjligt att tillämpa en mängd slutna elektro protokoll i samband med hela celler patch clamp inspelningar utförs i akut hjärnan skivor. Vi visar hur du spelar in somatisk membranspänning med hjälp av patch clamp inspelningar i pyramidala nervceller från somatosensoriska cortex av juvenila råttor och tillämpa tre olika slutna protokoll med hjälp av LCG, ett kommando-line-baserad programvara verktygslåda utvecklats i laboratoriet för teoretisk neurobiologi och Neuroengineering.

I korthet, de beskrivna protokollen är först den automatiserade injektion av en serie strömtång stimulans vågformer, som är relevanta för karakterisering av ett stort antal aktiva och passiva membranegenskaper. Dessa har föreslagits att fånga elektro fenotypen av en cell i termer av dess svar egenskaper till en stereotyp rad stimulans vågformer. Känd som e-koden för en cell (t.ex. se & #160; ^13,14), är en sådan samling av elektriska svaren används av flera laboratorier att objektivt klassificera neuroner på grundval av deras elektriska egenskaper. Detta innefattar analys av den stationära input-output överförande förhållande (FI kurva) genom en innovativ teknik som innebär sluten slinga, i realtid kontroll över graden av bränning med hjälp av en proportionell-integral-derivata (PID) regulator , andra återskapande av realistiska in vivo -liknande bakgrund synaptisk aktivitet i de vitro-preparat ¹⁰ och för det tredje den konstgjorda anslutning i realtid av två samtidigt registreras pyramidala nervceller med hjälp av en virtuell GABAergic interneuronen, som simuleras av datorn.

Dessutom LCG implementerar den teknik som kallas aktiva elektroden Kompensation (AEC) ^15, som gör det möjligt att genomföra dynamiska klämprotokoll med användning av en enda elektrod. Detta gör det möjligt att kompensera oönskade effekter (enrtifacts) i inspelningen elektroden som uppstår när den används för att leverera intracellulära stimuli. Metoden är baserad på en icke-parametrisk beräkning av de ekvivalenta elektriska egenskaperna hos inspelningskretsen.

De tekniker och experimentella protokoll som beskrivs i detta dokument kan lätt tillämpas i konventionell öppen slinga spännings- och strömkläm experiment och kan utvidgas till andra preparat, såsom extracellulära ^4,16 eller intracellulära inspelningar in vivo ^17,18. Den noggranna monteringen av installationen för hela cell patch clamp elektrofysiologi är ett mycket viktigt steg för stabila, högkvalitativa inspelningar. I det följande antar vi att en sådan experimentuppställning är redan tillgänglig för försöks och fokusera vår uppmärksamhet på att beskriva användningen av LCG. Läsaren pekade på ^19-22 för ytterligare tips om optimering och felsökning.