מעקב סף חשמלי בלולאה סגורה בקוד פתוח בזמן אמת לחקר כאב תרגומי
Summary
APTrack הוא תוסף תוכנה שפותח עבור פלטפורמת Open Ephys המאפשר הדמיית נתונים בזמן אמת ומעקב סף חשמלי בלולאה סגורה אחר פוטנציאלי פעולה עצביים. השתמשנו בזה בהצלחה במיקרונוירוגרפיה עבור nociceptors סיבי C אנושיים ועכבר C-fiber ו Aδ-fiber nociceptors.
Abstract
Nociceptors הם קבוצה של נוירונים afferent ראשוני המאותתים על גירויים מזיקים פוטנציאליים. עלייה ברגישות nociceptor מתרחשת במצבי כאב חריפים וכרוניים. זה מייצר פעילות מתמשכת חריגה או ספי הפעלה מופחתים לגירויים מזיקים. זיהוי הגורם לרגישות מוגברת זו נדרש לפיתוח ותיקוף של טיפולים מבוססי מנגנון. מעקב סף חשמלי של נוירון יחיד יכול לכמת את ההתרגשות של nociceptor. לכן, פיתחנו אפליקציה המאפשרת מדידות כאלה ומדגימה את השימוש בה בבני אדם ובמכרסמים. APTrack מספק תצוגה חזותית של נתונים בזמן אמת וזיהוי פוטנציאל פעולה באמצעות התוויית רסטר זמנית. אלגוריתמים מזהים פוטנציאלי פעולה על ידי חציית סף ומנטרים את זמן ההשהיה שלהם לאחר גירוי חשמלי. לאחר מכן התוסף מווסת את משרעת הגירוי החשמלי באמצעות שיטה מעלה-מטה כדי להעריך את הסף החשמלי של הנוציצפטורים. התוכנה נבנתה על מערכת Open Ephys (V0.54) וקודדה בשפת C++ באמצעות מסגרת JUCE. הוא פועל על מערכות ההפעלה Windows, Linux ו- Mac. הקוד הפתוח זמין (https://github.com/ Microneurography/APTrack). הרישומים האלקטרופיזיולוגיים נלקחו מנוציצפטורים הן בתכשיר עור-עצב של עכבר בשיטת הסיבים המתגרים בעצב הספנוס והן במתנדבים אנושיים בריאים המשתמשים במיקרונוירוגרפיה בעצב הפרוניאלי השטחי. Nociceptors סווגו על ידי התגובה שלהם לגירויים תרמיים ומכניים, כמו גם על ידי ניטור האטה תלוית פעילות של מהירות ההולכה. התוכנה הקלה על הניסוי על ידי פישוט זיהוי פוטנציאל הפעולה באמצעות עלילת הרסטר הזמני. אנו מדגימים מעקב סף חשמלי בלולאה סגורה בזמן אמת אחר פוטנציאלי פעולה של נוירון יחיד במהלך מיקרו-נוירוגרפיה אנושית in vivo, בפעם הראשונה, ובמהלך הקלטות אלקטרופיזיולוגיות של עכברי ex vivo של סיבי C וסיבי Aδ. אנו מבססים הוכחה עקרונית על ידי כך שאנו מראים כי הסף החשמלי של נציצפטור סיבי C הרגיש לחום אנושי מופחת על ידי חימום שדה הקלט. תוסף זה מאפשר מעקב סף חשמלי של פוטנציאלי פעולה של נוירון יחיד ומאפשר לכמת שינויים בעוררות nociceptor.
Introduction
Nociceptors הם נוירונים afferent ראשוני במערכת העצבים ההיקפית המופעלים על ידי אירועים גלויים או פוטנציאליים מזיקים לרקמות וממלאים תפקיד מגן קריטי בכאב חריף1. רישומים אלקטרופיזיולוגיים של Nociceptors סיבי C ו- Aδ-fiber במודלים של בעלי חיים, מתנדבים אנושיים בריאים וחולים חשפו רגישות ופעילות ספונטנית חריגה במגוון רחב של מצבי כאב 2,3,4,5,6,7. הבנת המנגנונים העומדים בבסיס שינויים אלה ברגישות nociceptor בחולים יכולה לאפשר התערבויות טיפוליות ממוקדות8. עם זאת, ישנם מעט כלים להעריך את רגישות nociceptor ישירות, במיוחד בחולים9, אבל הפוטנציאל עבור התועלת של כלים כאלה מוכר היטב10,11.
ניתן להשתמש במעקב אחר סף חשמלי של עצב שלם כדי לבחון עוררות אקסונלית בבני אדם12. עם זאת, מכיוון שנוירונים היקפיים גדולים, מיאליניים, תורמים באופן לא פרופורציונלי למשרעת פוטנציאל הפעולה של התרכובת התחושית, מעקב אחר סף חשמלי של עצב שלם אינו מאפשר הערכה של תפקוד סיבי C11,13. ואכן, במחקר קודם, מעקב אחר סף חשמלי של עצב שלם בקבוצות כאב נוירופתיות כרוניות עם נוירופתיה סוכרתית ופולינוירופתיה הנגרמת על ידי כימותרפיה לא הראה הבדלים בעוררות אקסונלית11.
במחקר קודם, מעקב סף חשמלי ברמת נוירון יחיד שימש לבחינת ההתרגשות של nociceptors סיבי C במהלך רישומי סיבים מתגרים בהכנה עצבית עור של חולדה ex vivo 14. המחברים הראו כי ריכוז אשלגן מוגבר, תנאים חומציים וברדיקינין הגבירו את ההתרגשות של nociceptor סיבי C, כפי שמשתקף על ידי סף חשמלי מופחת ליצירת פוטנציאל פעולה. יתר על כן, חימום שדה הקלט של הנוציצפטורים הרגישים לחום הפחית את הסף החשמלי שלהם, בעוד שנוציצפטורים רגישים לחום הציגו עלייה בסף החשמלי שלהם14. זה מספק הוכחה חשובה לכך שמעקב אחר סף חשמלי של נוירון יחיד אפשרי ויכול להיות שימושי, אך אין כיום פתרונות תוכנה ו / או חומרה זמינים המאפשרים חקירות כאלה, במיוחד עבור מחקרים בבני אדם.
בבני אדם, מיקרונוירוגרפיה היא השיטה היחידה הזמינה להעריך ישירות את התכונות האלקטרופיזיולוגיות של סיבי C15. גישה זו שימשה כדי להדגים תפקוד לקוי של nociceptor בחולים עם כאב כרוני 2,3,4,5,6,7. מיקרונוירוגרפיה יכולה לזהות פוטנציאלי פעולה של נוירון יחיד; עם זאת, בשל יחסי האות לרעש הנמוכים, החוקרים משתמשים בטכניקת הסימון כדי לאפיין את פעילות סיבי C16. בטכניקת הסימון, גירוי חשמלי suprathreshold מוחל על שדות קלט סיבי C בעור. גירוי חשמלי זה יוצר פוטנציאל פעולה המתרחש בהשהיה קבועה, הנקבעת על ידי מהירות ההולכה של סיב C. סיבי C מפגינים האטה תלוית פעילות, שבה מהירות ההולכה שלהם פוחתת, ולכן חביון ההולכה שלהם עולה בתקופות של פריקה פוטנציאלית17. בתנאים בסיסיים, סיבי C אינם מייצרים בדרך כלל פוטנציאלי פעולה בהיעדר גירויים מזיקים, ולכן חביון ההולכה שלהם בתגובה לגירוי חשמלי בתדר נמוך הוא קבוע. גירויים מכניים, תרמיים או פרמקולוגיים, המעוררים ירי, גורמים להאטה תלוית פעילות, אשר מגדילה את ההשהיה של פוטנציאלי הפעולה המתעוררים על ידי גירוי חשמלי בתדר נמוך במקביל. זה מאפשר זיהוי אובייקטיבי של תגובות לגירויים הלא חשמליים המופעלים בהקשר של יחס אות לרעש נמוך. לכן, ניתן להשתמש בהאטה תלוית פעילות כדי לאפיין תפקודית סיבי C16. ואכן, סוגים פונקציונליים שונים של סיבי C מציגים דפוסים ייחודיים של האטה תלוית פעילות בפרדיגמות גירוי חשמלי הכוללות שינוי בתדירות הגירוי18,19. שונות זו בהשהיה של פוטנציאלי הפעולה של סיבי C מציבה אתגר לאלגוריתמים המתוכננים לנטר אותם.
פעילות מתמשכת בנוציצפטור מובילה לשונות מוגברת בהשהיה שלו במהלך גירוי חשמלי בתדר נמוך, וזאת שוב בשל האטה תלוית פעילות. שונות מוגברת זו, או ריצוד, היא מדד פרוקסי הניתן לכימות של רגישות2. גורמים נוספים לשונות בחביון פוטנציאל הפעולה כוללים כפכף-כפכף, שבו מעוררים ענפים טרמינליים חלופיים של נוירון יחיד, מה שגורם לפוטנציאל הפעולה המעורר להיות בעל שני השהיות בסיסיות (או יותר) שהן בלעדיות הדדית20. לבסוף, שינויים בטמפרטורה של ההסתעפויות הסופיות של תא עצב היקפי גורמים גם הם לשינויי חביון פוטנציאליים לפעולה באופן תרמודינמי, כאשר התחממות מגדילה את מהירות ההולכה וקירור מאט את מהירות ההולכה19. לפיכך, כל תוכנה המבקשת לבצע מעקב סף חשמלי בלולאה סגורה של סיבי C נוסיספטיביים חייבת לאפשר שינויים בהשהיה בפוטנציאלי פעולה מעוררים חשמלית.
כדי להשיג את מטרתנו של מעקב סף חשמלי חוצה מינים של נוציצפטורים מסיבי C, פיתחנו את APTrack, תוסף תוכנה בקוד פתוח עבור פלטפורמת Open Ephys21, כדי לאפשר מעקב סף חשמלי ומעקב אחר השהיה בזמן אמת. אנו מספקים נתוני הוכחת היתכנות המוכיחים כי מעקב אחר סף חשמלי של Nociceptor מסיבי C במהלך מיקרונוירוגרפיה אנושית אפשרי. יתר על כן, אנו מראים כי כלי זה יכול לשמש באלקטרופיזיולוגיה של סיבים מכרסמים ex vivo , ובכך לאפשר מחקרים תרגומיים בין בני אדם למכרסמים. כאן, נתאר בפירוט כיצד חוקרים יכולים ליישם ולהשתמש בכלי זה כדי לסייע במחקרם על תפקוד nociceptor ורגישות.
Protocol
Representative Results
Discussion
APTrack הוא תוסף תוכנה לשימוש עם פלטפורמת Open Ephys. בחרנו בפלטפורמה זו מכיוון שהיא קוד פתוח, גמישה וזולה ליישום. לא כולל העלות של ממריץ זרם קבוע, כל הציוד הדרוש כדי להתחיל להשתמש בתוסף ניתן לרכוש בסביבות 5,000 דולר בזמן כתיבת שורות אלה. אנו מקווים שזה יאפשר לחוקרים ליישם APTrack במחקרי האלקטרופיזיולוגיה של העצבים ההיקפיים שלהם ביתר קלות. יתר על כן, חוקרים יכולים לשנות באופן חופשי את התוכנה כך שתתאים לצרכי הניסוי שלהם. חשוב לציין, כלי זה איפשר מעקב סף חשמלי של nociceptors סיבי C בודדים, בפעם הראשונה, בבני אדם.
ככל שיחס האות לרעש גבוה יותר, כך האלגוריתמים יכולים לזהות טוב יותר פוטנציאלי פעולה. יחס האות לרעש במהלך מיקרונוירוגרפיה היה מספיק ברוב ההקלטות שלנו, אך המשתמשים חייבים להיות ערניים לסיכון של ירידה באות לאורך זמן. זה חשוב במיוחד עבור פרוטוקולים ניסיוניים ארוכים יותר, מכיוון שאם המשרעת של פוטנציאל הפעולה העוקב יורדת מתחת לסף הגילוי, משרעת הגירוי תוגדל בטעות; ניתן להקל על כך על ידי נסיינים המנטרים את התוסף ולאחר מכן מתאימים את ההגדרות במידת הצורך. יחס האות לרעש משופר באמצעות סינון פסים, אך ארעיים גדולים יותר עדיין עשויים להיות מזוהים בטעות כפוטנציאלי פעולה אם הם מגיעים במהלך חלון הזמן של תיבת החיפוש. ניתן להפחית את הסיכון לזיהוי שגוי של רעש חולף כפוטנציאל פעולה על ידי צמצום חלון הזמן שבמהלכו התוסף מחפש פוטנציאלי פעולה ועל ידי אופטימיזציה של הגדרות הסף. עם זאת, עדיין ישנם מצבים בהם אנו עשויים להיתקל אשר מעכבים את ביצועי התוסף. פעילות ספונטנית עלולה לגרום לקשיים אם פוטנציאלי פעולה באמפליטודה גדולה יותר נמצאים בחלון תיבת החיפוש של האלגוריתם, מכיוון שהם יזוהו בטעות כפוטנציאל פעולת המטרה. בנוסף, פעילות ספונטנית בתא העצב המעניין עשויה לגרום לכך שהגירוי החשמלי נופל במהלך תקופת העקשנות שלו, מה שגורם לכשל ביצירת פוטנציאל פעולה. קשיים בשימוש בתוכנה יכולים להתעורר גם כאשר נוירונים רגשיים ראשוניים מפגינים כפכף, שבו ענפים טרמינליים חלופיים של נוירון יחיד מגורים, ובכך גורמים לפוטנציאל הפעולה המעורר להיות בעל שתי השהיות בסיסיות (או יותר) שהן בלעדיות זו לזו20. במהלך הקלטות מתאי עצב המציגים כפכפים עם יחסי אות לרעש גבוהים, ביצענו בהצלחה מעקב אחר השהיה וסף חשמלי על-ידי הגדלת רוחב תיבת החיפוש כדי לתמצת את כל מהירויות ההולכה הפוטנציאליות שתא העצב הציג. עם זאת, הסף החשמלי עשוי להשתנות בהתאם לענף הסופי של תא העצב המעורר, אשר סביר להניח בחלקו בשל הבדלים במרחק מאתר הגירוי החשמלי אל הדקי nociceptor חלופיים. עבודה נוספת על תהליך זיהוי פוטנציאל הפעולה שתכלול, למשל, התאמת תבניות היא אפשרית וניתן לשלב אותה בתוכנה זו. תוספי GUI עבור band-stop או סינון רעשים אדפטיבי יכול לשמש גם במעלה הזרם של APTrack בשרשרת האות אם הם פותחו.
אנו מחשיבים את הסף החשמלי שנקבע כזרם הדרוש כדי לעורר פוטנציאל פעולה 50% מהזמן, על פני מספר מוגדר של גירויים חשמליים, בדרך כלל 2-10. המורפולוגיה של גירוי חשמלי היא 0.5 אלפיות השנייה ופעימות גל חיוביות ומרובעות. זה לא אותו דבר כמו קביעת rheobase, מדד נפוץ של רגישות עצבית. התוסף יכול להיות מותאם כדי לקבוע את rheobase. עם זאת, חיפשנו מדד פשוט יותר, מכיוון ששינויים דינמיים ברגישות, כמו אלה ששיערו שיתרחשו במהלך חימום, היו קשים יותר לכימות עם שינויים בבסיס הריאו מאשר אומדן הסף החשמלי שלנו.
תוכנה זו יכולה לשמש הן בניסויים בבני אדם והן במכרסמים. הדבר מתאפשר הודות לתמיכה גמישה במערכות הגירוי החשמלי. התוכנה תעבוד עם כל מגרה המקבל מתח פקודה אנלוגי או ניתן להתממשק ידנית עם מנוע צעד. עבור מיקרונוירוגרפיה, השתמשנו בו עם ממריץ זרם קבוע מסומן CE שתוכנן לשימוש במחקר אנושי והגירוי שלו נשלט על ידי חוגה. ממריצים המקבלים פקודות מתח אנלוגיות יכולים להיות רועשים מכיוון שהם אינם מנתקים את המעגל בין גירויים, כלומר כל זמזום או רעש של 50/60 הרץ בקלט האנלוגי יועברו להקלטה. ממריץ הדורש אות הדק TLL נוסף כדי לחבר את המעגל, המאפשר גירוי בזרם המקביל לכניסת המתח האנלוגי להיווצר, הוא אידיאלי לשימוש עם התוסף. זה מונע את העברת הרעש להקלטה בין גירויים.
התוכנה משתמשת בשיטה פשוטה מעלה-מטה כדי להעריך את הסף החשמלי. זה כבר בשימוש במבחנים פסיכופיזיקליים במשך עשורים רבים25. בהתאם לשיטת מעלה-מטה, אלגוריתם מעקב הסף החשמלי לאפנון משרעת הגירוי לוקח בחשבון רק את המשרעת והתגובה של הגירוי הקודם בעת חישוב המשרעת של הגירוי הבא. משמעות הדבר היא שמשרעת הגירוי תתנדנד סביב הסף החשמלי האמיתי, ובכך תייצר קצב ירי של 50%, בהנחה שהסף יציב. הגודל המינימלי של תוספת או גזירה הוא 0.01 V; זה שווה ערך ל- 0.01 mA בהנחה שלממריץ יש יחס קלט לפלט של 1 V:1 mA ורזולוציה מספקת כדי להשיג שינויי צעד קטנים כל כך. התוסף יעדכן את האומדן החי של הסף החשמלי של פוטנציאל פעולת המטרה בכל פעם שהוא מגיע לקצב ירי של 50% על מספר גירויים קודמים שהוגדרו על ידי המשתמש (2-10). לאחר הוק, אנו ממליצים להשתמש בממוצע מתגלגל של משרעת הגירוי על פני 2-10 הגירויים האחרונים כדי להעריך את הסף החשמלי, ויש לציין כי הערכה זו תהיה מדויקת רק כאשר קצב הירי יציב יחסית ועומד על 50%. הן באומדנים החיים והן באומדנים הפוסט-הוק של הסף החשמלי, יש איזון של רזולוציה, אמינות וזמן שיש לקחת בחשבון. שימוש במדרגות הדרגתיות וגזירה קטנות יותר יגדיל את הדיוק של אומדן הסף החשמלי, אך יגדיל את הזמן שלוקח למצוא את הסף החשמלי החדש בתחילה ולאחר הפרעה. חישוב הסף החשמלי על פני מספר גדול יותר של גירויים קודמים יספק אמינות טובה יותר אך יגדיל את הזמן הדרוש כדי להגיע לאומדן מדויק.
APTrack תוכנן לשימוש ברישומי עצבים היקפיים, במיוחד כדי לעקוב אחר הספים החשמליים של סיבי C במהלך הפרעות ניסיוניות ופתולוגיות על פני תקופות שבהן חביון פוטנציאל הפעולה עשוי להשתנות בהתאם לפעילות העצבית הבסיסית. שיטה זו תאפשר לבחון לא רק את ההתרגשות האקסונלית אלא גם את פוטנציאל מחולל הנוציצפטורים במתנדבים ובחולים בריאים. אנו צופים כי תחומים אחרים של אלקטרופיזיולוגיה עשויים לאמץ ולהתאים כלי זה לשימוש בכל ניסוי הדורש מעקב סף חשמלי של פעילות נעולה גירוי. לדוגמה, זה יכול בקלות להיות מותאם לגירוי אופטוגנטי עם פולסי אור המונעים מ- APTrack. התוסף הוא קוד פתוח וזמין לחוקרים תחת רישיון GPLv3. היא בנויה על פלטפורמת Open Ephys, שהיא מערכת איסוף נתונים בקוד פתוח הניתנת להתאמה, בעלות נמוכה. התוסף מספק ווים נוספים עבור תוספים במורד הזרם כדי לחלץ את המידע הפוטנציאלי לפעולה ולספק ממשקי משתמש נוספים או פרדיגמות אדפטיביות. התוסף מספק ממשק משתמש פשוט להדמיה ומעקב אחר השהיה של פוטנציאלי פעולה בזמן אמת. הוא יכול גם להפעיל נתונים קודמים ולהציג אותם באופן חזותי באמצעות תרשים הרסטר הזמני. יתר על כן, הוא יכול גם לבצע מעקב השהיה במהלך ההפעלה של נתונים קודמים. בעוד שישנן חבילות תוכנה אחרות הזמינות למעקב השהיה בזמן אמת, הן אינן קוד פתוח ואינן יכולות לבצע מעקב סף חשמלי26,27. ל- APTrack יש יתרון על פני שיטות מסורתיות לזיהוי פוטנציאלים של פעולת השהיה קבועה מעקבות מתח, מכיוון שהוא משתמש בתרשים רסטר זמני עבור התצוגה החזותית של הנתונים. יתר על כן, הניסיון שלנו בשימוש בו בניסויים עם יחסי אות לרעש נמוכים הצביע על כך ששיטת ההדמיה של עלילת הרסטר הטמפורלי מאפשרת זיהוי של פוטנציאלי פעולה קבועים של השהיה שאולי היו מוחמצים אחרת.
מעקב אחר סף עצבי שלם הוא שיטה נפוצה להערכת רגישות אקסונלית13. מעקב סף חשמלי של נוירון יחיד בסיבי C של מכרסמים שימש בעבר לכימות רגישות nociceptor14, והתועלת שלו בבני אדם מוכרת10,11; עם זאת, עד כה, זה לא היה אפשרי. אנו מספקים כלי חדשני בקוד פתוח למדידה ישירה של רגישות nociceptor יחיד הן במחקרים אלקטרופיזיולוגיים של מכרסמים והן במחקרים אלקטרופיזיולוגיים של עצבים היקפיים אנושיים. APTrack מאפשר לראשונה מעקב סף חשמלי בקוד פתוח בזמן אמת אחר פוטנציאלי פעולה של נוירון יחיד בבני אדם. אנו צופים כי זה יקל על מחקרים תרגומיים של nociceptors בין מכרסמים ובני אדם.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
ברצוננו להודות לתורמים שלנו על תמיכתם: האקדמיה למדעי הרפואה (J.P.D., A.E.P.), נגד דלקת פרקים (J.P.D., A.E.P.), מענק סידקורן של מכון ג’ין גולדינג (J.P.D., A.E.P., G.W., A.C.S., M.M.P.), ושותפות הכשרה משותפת של המועצה למחקר ביוטכנולוגיה ומדעי הביולוגיה עם אלי לילי (G.W.T.N). ברצוננו להביע את תודתנו לכל התורמים לפיתוח APTrack. ברצוננו גם להודות למתנדבים שלנו שהשתתפו בניסויי המיקרונוירוגרפיה ולמשתפי הפעולה שלנו למעורבות ומעורבות המטופלים והציבור על תרומתם שלא תסולא בפז.
Materials
| 12V DC Power Supply | NA | NA | To power uStepper S-lite. Required for dial-controlled stimulators. |
| 36 Pin Electrode Adapter Board | Intan Technology | C3410 | APTrack Dependency. For connecting electrode input to headstage. $255 USD as of March 2021. |
| APTrack Plugin | NA | NA | https://github.com/Microneurography/APTrack |
| Bipolar Ag/AgCl Recording Electrode | Custom | NA | Recording electrode for the skin-nerve preparation. Or equivalent. |
| Bipolar Concentric Stimulating Electrode | World Precision Instruments | SNE-100 | For electrical stimulation in the mouse skin-nerve preparation. Or equivalent. |
| Bipolar Transcutaneous Stimulating Electrode | Custom | NA | For transcutaneous electrical stimulation while searching for single-neuron action potentials during microneurography. |
| BNC T Splitter (1+) | NA | NA | APTrack Dependency. Any standard BNC T splitter. |
| BNC to BNC cables (3+) | NA | NA | APTrack Dependency. Any standard BNC cables. |
| C6H11NaO7 | Merck | S2054 | Skin-nerve preparation synthetic interstitial fluid constituent. Or equivalent. |
| CaCl2 | Merck | C5670 | Skin-nerve preparation synthetic interstitial fluid constituent. Or equivalent. |
| Digitimer DS4 Constant Current Stimulator | Digitimer | DS4 | Constant current stiulator for animal research. £1,695 GBP as of September 2022. |
| Digitimer DS7 Constant Current Stimulator | Digitimer | DS7A | Constant current stiulator for human research. £3,400 GBP as of September 2022. |
| Electroaccupuncture Classic Plus Stimulating Electrodes | Harmony Medical | NA | For fixed position intradermal electrical stimulation of the dorsal aspect of the foot during human microneurography. |
| Glucose | Fisher Scientific | G/0450/60 | Skin-nerve preparation synthetic interstitial fluid constituent. Or equivalent. |
| HDMI Cable | NA | NA | APTrack Dependency. Any standard passive HMDI cable. To connect OE I/O Board to OE Acquisition Board. |
| KCl | Merck | P9541 | Skin-nerve preparation synthetic interstitial fluid constituent. Or equivalent. |
| MgSO4 | Acros Organics | 213115000 | Skin-nerve preparation synthetic interstitial fluid constituent. Or equivalent. |
| Mineral Oil | Merck | 330779 | Electrical insulation for nerve recordings in th skin-nerve preparation. Or equivalent. |
| NaCl | Merck | S9888 | Skin-nerve preparation synthetic interstitial fluid constituent. Or equivalent. |
| NaHCO3 | Merck | S6014 | Skin-nerve preparation synthetic interstitial fluid constituent. Or equivalent. |
| NaHCO3 | Merck | S0751 | Skin-nerve preparation synthetic interstitial fluid constituent. Or equivalent. |
| Open Ephys Acquisition Board | Open Ephys | NA | APTrack Dependency. Includes USB cable to connect to computer and mains socket power supply. €2,955 EUR as of September 2022. |
| Open Ephys Graphical User Interface | Open Ephys | NA | https://github.com/open-ephys/plugin-GUI |
| Open Ephys I/O Board | Open Ephys | NA | APTrack Dependency. For ADC voltage inputs via BNC cables. €12.5 EUR without connectors, €85 EUR with connectors as of September 2022. |
| PulsePal V2 | Sanworks | 1102 | APTrack Dependency. Open-source DAC and train generator. $725 USD pre-assembled as of September 2022. Approx. $275 USD for self-assembly. |
| RHD 6ft SPI Cable | Intan Technology | C3206 | APTrack Dependency. For connecting headstage to OE Acquisition Board. $295 USD as of March 2021 |
| RHD2216 16ch Bipolar Headstage | Intan Technology | C3313 | APTrack Dependency. For data acquisition and digitization. $725 USD as of March 2021. Or equivalent RHD2000 series headstage. |
| Sucrose | Fisher Scientific | S/8560/60 | Skin-nerve preparation synthetic interstitial fluid constituent. Or equivalent. |
| TCS-II Thermal Stimulator | QST.Lab | NA | For thermal stimualtion of nociceptor receptive fields during human microneurography. |
| Tungsten Microelectrode Pair (Active + Reference) | FHC | 30085 | For microneurography recordings. 35mm. |
| Ultrasound Scanner iQ+ | Butterfly Network | NA | For ultrasound-guided electrode insertion during microneurography. |
| USB 3.0 5kV RMS Isolation | Inota Technology | 7055-D | For isolating human microneuroography participant from computer. €459 EUR as of September 2022. |
| USB-A to micro USB-B cable (2) | NA | NA | APTrack Dependency. To connect computer to PulsePal and to uStepper S-lite if using stepper-stimulator interfacing. |
| uStepper S-lite + NEMA17 motor | uStepper | NA | To interface with stimulators via a control dial. €50 EUR as of September 2022. |
| Von Frey Filaments | Ugo Basile | 37450-275 | For mechanical stimulation of receptive fields during sensory phenotyping of nociceptors. |
References
- Dubin, A. E., Patapoutian, A. Nociceptors: The sensors of the pain pathway. Journal of Clinical Investigation. 120 (11), 3760-3772 (2010).
- Serra, J., et al. Microneurographic identification of spontaneous activity in C-nociceptors in neuropathic pain states in humans and rats. Pain. 153 (1), 42-55 (2012).
- Serra, J., et al. Hyperexcitable C nociceptors in fibromyalgia. Annals of Neurology. 75 (2), 196-208 (2014).
- Namer, B., et al. 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. Pain. 156 (9), 1637-1646 (2015).
- Kleggetveit, I. P., et al. High spontaneous activity of C-nociceptors in painful polyneuropathy. Pain. 153 (10), 2040-2047 (2012).
- Orstavik, K., et al. Abnormal function of C-fibers in patients with diabetic neuropathy. Journal of Neuroscience. 26 (44), 11287-11294 (2006).
- Orstavik, K., et al. Pathological C-fibres in patients with a chronic painful condition. Brain. 126, 567-578 (2003).
- Raja, S. N., Ringkamp, M., Guan, Y., Campbell, J. N., John, J. Bonica Award Lecture: Peripheral neuronal hyperexcitability: The "low-hanging" target for safe therapeutic strategies in neuropathic pain. Pain. 161, S14-S26 (2020).
- Middleton, S. J., et al. Studying human nociceptors: From fundamentals to clinic. Brain. 144 (5), 1312-1335 (2021).
- Marshall, A., Alam, U., Themistocleous, A., Calcutt, N., Marshall, A. Novel and emerging electrophysiological biomarkers of diabetic neuropathy and painful diabetic neuropathy. Clinical Therapeutics. 43 (9), 1441-1456 (2021).
- Themistocleous, A. C., et al. Axonal excitability does not differ between painful and painless diabetic or chemotherapy-induced distal symmetrical polyneuropathy in a multicenter observational study. Annals of Neurology. 91 (4), 506-520 (2022).
- Bostock, H., Cikurel, K., Burke, D. Threshold tracking techniques in the study of human peripheral nerve. Muscle Nerve. 21 (2), 137-158 (1998).
- Kiernan, M. C., et al. Measurement of axonal excitability: Consensus guidelines. Clinical Neurophysiology. 131 (1), 308-323 (2020).
- Sauer, S. K., et al. Can receptor potentials be detected with threshold tracking in rat cutaneous nociceptive terminals. Journal of Neurophysiology. 94 (1), 219-225 (2005).
- Vallbo, A. B. Microneurography: How it started and how it works. Journal of Neurophysiology. 120 (3), 1415-1427 (2018).
- Torebjork, H., Hallin, R. A new method for classification of C-unit activity in intact human skin nerves. Advances in Pain Research and Therapy. 1, 29-34 (1976).
- Brown, G. L., Holmes, O. The effects of activity on mammalian nerve fibres of low conduction velocity. Proceedings of the Royal Society of London. Series B: Biological Sciences. 144 (918), 1-14 (1956).
- Obreja, O., et al. Patterns of activity-dependent conduction velocity changes differentiate classes of unmyelinated mechano-insensitive afferents including cold nociceptors, in pig and in human. Pain. 148 (1), 59-69 (2010).
- Serra, J., Campero, M., Ochoa, J., Bostock, H. Activity-dependent slowing of conduction differentiates functional subtypes of C fibres innervating human skin. Journal of Physiology. 515, 799-811 (1999).
- Weidner, C., Schmidt, R., Schmelz, M., Torebjork, H. E., Handwerker, H. O. Action potential conduction in the terminal arborisation of nociceptive C-fibre afferents. Journal of Physiology. 547, 931-940 (2003).
- Siegle, J. H., et al. Open Ephys: An open-source, plugin-based platform for multichannel electrophysiology. Journal of Neural Engineering. 14 (4), 045003 (2017).
- Sanders, J. I., Kepecs, A. A low-cost programmable pulse generator for physiology and behavior. Frontiers in Neuroengineering. 7, 43 (2014).
- Zimmermann, K., et al. Phenotyping sensory nerve endings in vitro in the mouse. Nature Protocols. 4 (2), 174-196 (2009).
- Dunham, J. P., Sales, A. C., Pickering, A. E. Ultrasound-guided, open-source microneurography: Approaches to improve recordings from peripheral nerves in man. Clinical Neurophysiology. 129 (11), 2475-2481 (2018).
- Levitt, H. Transformed up-down methods in psychoacoustics. Journal of the Acoustical Society of America. 49 (2), 467 (1971).
- Turnquist, B., RichardWebster, B., Namer, B. Automated detection of latency tracks in microneurography recordings using track correlation. Journal of Neuroscience Methods. 262, 133-141 (2016).
- Kiernan, M. C., Burke, D., Andersen, K. V., Bostock, H. Multiple measures of axonal excitability: A new approach in clinical testing. Muscle Nerve. 23 (3), 399-409 (2000).
