تتبع العتبة الكهربائية ذات الحلقة المغلقة في الوقت الفعلي مفتوحة المصدر لأبحاث الألم الانتقالية
Özet
APTrack هو مكون إضافي برمجي تم تطويره لمنصة Open Ephys التي تتيح تصور البيانات في الوقت الفعلي وتتبع العتبة الكهربائية ذات الحلقة المغلقة لإمكانات العمل العصبي. لقد استخدمنا هذا بنجاح في تصوير الأعصاب الدقيقة لمستقبلات الألم البشرية من الألياف C ومستقبلات الألم من الألياف C والألياف Aδ.
Abstract
مستقبلات الألم هي فئة من الخلايا العصبية الواردة الأولية التي تشير إلى محفزات ضارة محتملة. تحدث زيادة في استثارة مستقبلات الألم في حالات الألم الحاد والمزمن. ينتج عن هذا نشاط مستمر غير طبيعي أو انخفاض عتبات التنشيط إلى محفزات ضارة. مطلوب تحديد سبب هذه الإثارة المتزايدة لتطوير العلاجات القائمة على الآلية والتحقق من صحتها. يمكن لتتبع العتبة الكهربائية للخلايا العصبية المفردة تحديد استثارة مستقبلات الألم. لذلك ، قمنا بتطوير تطبيق للسماح بمثل هذه القياسات وإثبات استخدامها في البشر والقوارض. يوفر APTrack تصورا للبيانات في الوقت الفعلي وتحديد إمكانات الإجراء باستخدام مخطط نقطي زمني. تكتشف الخوارزميات إمكانات الفعل عن طريق عبور العتبة وتراقب زمن وصولها بعد التحفيز الكهربائي. ثم يقوم المكون الإضافي بتعديل سعة التحفيز الكهربائي باستخدام طريقة من أعلى إلى أسفل لتقدير العتبة الكهربائية لمستقبلات الألم. تم بناء البرنامج على نظام Open Ephys (V0.54) وتم ترميزه في C ++ باستخدام إطار عمل JUCE. يعمل على أنظمة تشغيل ويندوز ولينكس وماك. الكود مفتوح المصدر متاح (https://github.com/ تصوير الأعصاب الدقيقة / APTrack). تم أخذ التسجيلات الفيزيولوجية الكهربية من مستقبلات الألم في كل من تحضير العصب الجلدي للفأر باستخدام طريقة الألياف المثارة في العصب الصافن وفي المتطوعين البشريين الأصحاء باستخدام تصوير الأعصاب الدقيقة في العصب الشظوي السطحي. تم تصنيف مستقبلات الألم من خلال استجابتها للمنبهات الحرارية والميكانيكية ، وكذلك من خلال مراقبة التباطؤ المعتمد على النشاط لسرعة التوصيل. سهل البرنامج التجربة من خلال تبسيط تحديد جهد الفعل من خلال مخطط البيانات النقطية الزمنية. نعرض تتبع العتبة الكهربائية ذات الحلقة المغلقة في الوقت الفعلي لجهود عمل الخلايا العصبية المفردة أثناء تصوير الأعصاب المجهري البشري في الجسم الحي ، لأول مرة ، وأثناء التسجيلات الفيزيولوجية الكهربية للفأر خارج الجسم الحي للألياف C وألياف Aδ. نؤسس دليلا على المبدأ من خلال إظهار أن العتبة الكهربائية لمستقبلات الألم من الألياف C الحساسة للحرارة يتم تقليلها عن طريق تسخين المجال المستقبل. يتيح هذا المكون الإضافي تتبع العتبة الكهربائية لجهود عمل الخلايا العصبية المفردة ويسمح بالقياس الكمي للتغيرات في استثارة مستقبلات الألم.
Introduction
مستقبلات الألم هي خلايا عصبية واردة أولية في الجهاز العصبي المحيطي يتم تنشيطها من خلال الأحداث العلنية أو التي يحتمل أن تكون ضارة بالأنسجة وتلعب دورا وقائيا حاسما في الألم الحاد1. كشفت التسجيلات الفيزيولوجية الكهربية من مستقبلات الألم من الألياف C والألياف Aδ في النماذج الحيوانية والمتطوعين البشريين الأصحاء والمرضى عن التحسس والنشاط التلقائي غير الطبيعي في مجموعة متنوعة من حالات الألم2،3،4،5،6،7. إن فهم الآليات التي تكمن وراء هذه التغييرات في استثارة مستقبلات الألم لدى المرضى يمكن أن يتيح التدخلات العلاجية المستهدفة8. ومع ذلك ، هناك عدد قليل من الأدوات لتقييم استثارة مستقبلات الألم مباشرة ، لا سيما في المرضى9 ، ولكن إمكانية فائدة هذه الأدوات معترف بها جيدا10,11.
يمكن استخدام تتبع العتبة الكهربائية للأعصاب الكاملة لفحص استثارة المحور العصبي لدى البشر12. ومع ذلك ، نظرا لأن الخلايا العصبية الطرفية الكبيرة الميالينية تساهم بشكل غير متناسب في سعة جهد عمل المركب الحسي ، فإن تتبع العتبة الكهربائية للأعصاب الكاملة لا يسمح بتقييم وظيفة الألياف C11,13. في الواقع ، في دراسة سابقة ، لم يظهر تتبع العتبة الكهربائية للعصب الكامل في مجموعات آلام الأعصاب المزمنة مع اعتلال الأعصاب السكري واعتلال الأعصاب الناجم عن العلاج الكيميائي أي اختلافات في استثارة المحورالعصبي 11.
في دراسة سابقة ، تم استخدام تتبع العتبة الكهربائية على مستوى الخلايا العصبية المفردة لفحص استثارة مستقبلات الألم من الألياف C أثناء تسجيلات الألياف المثارة في إعداد العصب الجلدي للفئران خارج الجسم الحي 14. أظهر المؤلفون أن زيادة تركيز البوتاسيوم ، والظروف الحمضية ، وبراديكينين كلها زادت من استثارة مستقبلات الألم من الألياف C ، كما ينعكس في انخفاض العتبة الكهربائية لتوليد جهد العمل. علاوة على ذلك ، أدى تسخين المجال المستقبلي لمستقبلات الألم الحساسة للحرارة إلى تقليل عتبتها الكهربائية ، في حين أظهرت مستقبلات الألم غير الحساسة للحرارة زيادة في عتبتها الكهربائية14. يوفر هذا دليلا مهما على أن تتبع العتبة الكهربائية للخلية العصبية المفردة ممكن ويمكن أن يكون مفيدا ، ولكن لا توجد حاليا حلول برامج و / أو أجهزة متاحة لتمكين مثل هذه التحقيقات ، خاصة للدراسات البشرية.
في البشر ، تصوير الأعصاب الدقيقة هو الطريقة الوحيدة المتاحة لتقييم الخصائص الفيزيولوجية الكهربية للأليافC 15 مباشرة. وقد استخدم هذا النهج لإثبات خلل مسبب الألم في المرضى الذين يعانون من الألم المزمن2،3،4،5،6،7. يمكن لتصوير الأعصاب الدقيقة الكشف عن إمكانات عمل الخلايا العصبية المفردة. ومع ذلك ، نظرا لانخفاض نسب الإشارة إلى الضوضاء ، يستخدم الباحثون تقنية الوسم لتوصيف نشاط الألياف C16. في تقنية الوسم ، يتم تطبيق التحفيز الكهربائي فوق العتبة على المجالات المستقبلة للألياف C في الجلد. يولد هذا التحفيز الكهربائي جهد فعل يحدث عند زمن انتقال ثابت ، والذي يتم تحديده بواسطة سرعة توصيل الألياف C. تظهر الألياف C تباطؤا يعتمد على النشاط ، حيث تقل سرعة التوصيل ، وبالتالي يزداد زمن انتقال التوصيل خلال فترات تفريغ جهد العمل17. في ظل الظروف القاعدية ، لا تولد الألياف C عادة إمكانات عمل في حالة عدم وجود محفزات ضارة ، وبالتالي ، فإن زمن انتقال التوصيل استجابة للتحفيز الكهربائي منخفض التردد ثابت. تحفز المحفزات الميكانيكية أو الحرارية أو الدوائية ، التي تثير إطلاق النار ، التباطؤ المعتمد على النشاط ، مما يزيد من زمن انتقال إمكانات الفعل التي يثيرها التحفيز الكهربائي منخفض التردد المصاحب. وهذا يسمح بالتحديد الموضوعي للاستجابات للمحفزات غير الكهربائية المطبقة في سياق انخفاض نسبة الإشارة إلى الضوضاء. لذلك ، يمكن استخدام التباطؤ المعتمد على النشاط لتوصيف الألياف C16 وظيفيا. في الواقع ، تظهر الفئات الوظيفية المختلفة للألياف C أنماطا مميزة من التباطؤ المعتمد على النشاط في نماذج التحفيز الكهربائي التي تتضمن تغيير تردد التحفيز18,19. يمثل هذا التباين في زمن انتقال إمكانات عمل الألياف C تحديا للخوارزميات المصممة لمراقبتها.
يؤدي النشاط المستمر في مستقبلات الألم إلى زيادة التباين في زمن الوصول أثناء التحفيز الكهربائي منخفض التردد ، وهذا يرجع مرة أخرى إلى التباطؤ المعتمد على النشاط. هذا التباين المتزايد ، أو الارتعاش ، هو مقياس بديل قابل للقياس الكميللاستثارة 2. تشمل الأسباب الأخرى للتباين في زمن انتقال جهد الفعل التقليب ، حيث يتم تحفيز الفروع الطرفية البديلة لخلية عصبية واحدة ، مما يؤدي إلى أن يكون لجهد الفعل المستثار أزمنان انتقالان أساسيان (أو أكثر) يستبعد أحدهماالآخر 20. أخيرا ، تتسبب التغيرات في درجة حرارة الفروع الطرفية للخلايا العصبية الطرفية أيضا في حدوث تغييرات في زمن انتقال جهد الفعل بطريقة ديناميكية حرارية ، حيث يؤدي الاحترار إلى زيادة سرعة التوصيل والتبريد إلى إبطاء سرعة التوصيل19. وبالتالي ، فإن أي برنامج يسعى إلى إجراء تتبع عتبة كهربائية مغلقة الحلقة للألياف C المسببة للألم يجب أن يسمح بإجراء تغييرات في زمن الوصول في إمكانات الفعل المستثارة كهربائيا.
لتحقيق هدفنا المتمثل في تتبع العتبة الكهربائية عبر الأنواع لمستقبلات الألم من الألياف C ، قمنا بتطوير APTrack ، وهو مكون إضافي لبرنامج مفتوح المصدر لمنصة Open Ephys21 ، لتمكين تتبع العتبة الكهربائية في الوقت الفعلي والحلقة المغلقة وتتبع زمن الوصول. نحن نقدم بيانات إثبات المفهوم التي توضح أن تتبع العتبة الكهربائية لمستقبلات الألم من الألياف C أثناء تصوير الأعصاب المجهري البشري أمر ممكن. علاوة على ذلك ، نظهر أنه يمكن استخدام هذه الأداة في الفيزيولوجيا الكهربية للألياف خارج الجسم الحي للقوارض ، مما يتيح إجراء دراسات متعدية بين البشر والقوارض. هنا ، سنصف بالتفصيل كيف يمكن للباحثين تنفيذ واستخدام هذه الأداة للمساعدة في دراستهم لوظيفة nociceptor والإثارة.
Protocol
Representative Results
Discussion
APTrack هو برنامج إضافي للاستخدام مع منصة Open Ephys. لقد اخترنا هذه المنصة لأنها مفتوحة المصدر ومرنة ورخيصة التنفيذ. باستثناء تكلفة محفز التيار المستمر ، يمكن شراء جميع المعدات المطلوبة لبدء استخدام المكون الإضافي بحوالي 5,000 دولار أمريكي في وقت كتابة هذا التقرير. نأمل أن يمكن هذا الباحثين من تنفيذ APTrack في دراساتهم الفيزيولوجيا الكهربية للأعصاب الطرفية بسهولة أكبر. علاوة على ذلك ، يمكن للباحثين تعديل البرنامج بحرية ليناسب احتياجاتهم التجريبية. الأهم من ذلك ، سمحت هذه الأداة بتتبع العتبة الكهربائية لمستقبلات الألم المفردة من الألياف C ، لأول مرة ، في البشر.
كلما زادت نسبة الإشارة إلى الضوضاء ، كان بإمكان الخوارزميات تحديد إمكانات الفعل بشكل أفضل. كانت نسبة الإشارة إلى الضوضاء أثناء تصوير الأعصاب الدقيقة كافية في غالبية تسجيلاتنا ، ولكن يجب أن يكون المستخدمون في حالة تأهب لخطر تدهور الإشارة بمرور الوقت. هذا مهم بشكل خاص للبروتوكولات التجريبية الأطول ، لأنه إذا انخفضت سعة جهد الفعل المتعقب إلى ما دون عتبة الكشف ، فستزداد سعة التحفيز عن طريق الخطأ ؛ يمكن التخفيف من ذلك من خلال المجربين الذين يراقبون المكون الإضافي ثم يضبطون الإعدادات إذا لزم الأمر. يتم تحسين نسبة الإشارة إلى الضوضاء مع تصفية تمرير النطاق ، ولكن قد لا يزال يتم تحديد العابرين الأكبر بشكل خاطئ على أنهم إمكانات عمل في حالة وصولهم أثناء النافذة الزمنية لمربع البحث. يمكن تقليل خطر الخطأ في تحديد الضوضاء العابرة كجهد فعل عن طريق تضييق النافذة الزمنية التي يبحث خلالها المكون الإضافي عن إمكانات الفعل وعن طريق تحسين إعدادات العتبة. ومع ذلك ، لا تزال هناك مواقف قد يواجهها المرء تعيق أداء المكون الإضافي. قد يسبب النشاط التلقائي صعوبات إذا كانت إمكانات الفعل ذات السعة الأكبر تقع داخل نافذة مربع البحث الخاص بالخوارزمية ، حيث سيتم تحديدها بشكل خاطئ على أنها إمكانات الفعل المستهدفة. بالإضافة إلى ذلك ، قد يعني النشاط التلقائي في الخلية العصبية محل الاهتمام أن التحفيز الكهربائي يسقط خلال فترة الانكسار ، مما يتسبب في الفشل في توليد جهد الفعل. يمكن أن تنشأ صعوبات في استخدام البرنامج أيضا عندما تظهر الخلايا العصبية الواردة الأولية تقلبا ، حيث يتم تحفيز الفروع الطرفية البديلة لخلية عصبية واحدة ، مما يتسبب في أن يكون لجهد الفعل المستثار زمن انتقال أساسي (أو أكثر) يستبعد أحدهماالآخر 20. أثناء التسجيلات من الخلايا العصبية التي تظهر التقليب مع نسب إشارة إلى ضوضاء عالية ، نجحنا في إجراء زمن الوصول وتتبع العتبة الكهربائية عن طريق زيادة عرض مربع البحث لتغليف جميع سرعات التوصيل المحتملة التي أظهرتها الخلايا العصبية. ومع ذلك ، قد تختلف العتبة الكهربائية اعتمادا على الفرع الطرفي للخلية العصبية التي يتم إثارتها ، والتي من المحتمل أن تكون جزئيا بسبب الاختلافات في المسافة من موقع التحفيز الكهربائي إلى أطراف مستقبلات الألم البديلة. ومن الممكن القيام بعمل إضافي بشأن عملية تحديد هوية إمكانات العمل لتشمل، على سبيل المثال، مطابقة النماذج ويمكن دمجها في هذا البرنامج. يمكن أيضا استخدام المكونات الإضافية لواجهة المستخدم الرسومية لإيقاف النطاق أو ترشيح الضوضاء التكيفي في المنبع من APTrack في سلسلة الإشارة في حالة تطويرها.
نحن نعتبر العتبة الكهربائية المحددة على أنها التيار المطلوب لاستنباط جهد فعل بنسبة 50٪ من الوقت ، على عدد محدد من قبل المستخدم من المحفزات الكهربائية ، عادة 2-10. مورفولوجيا التحفيز الكهربائي هي 0.5 مللي ثانية ونبضات موجة مربعة موجية. هذا ليس هو نفسه تحديد rheobase ، وهو مقياس شائع الاستخدام لاستثارة الخلايا العصبية. يمكن تكييف المكون الإضافي لتحديد قاعدة الريوبيس. ومع ذلك ، فقد اتبعنا مقياسا أبسط ، حيث أن التغييرات الديناميكية في الإثارة ، مثل تلك التي يفترض حدوثها أثناء التسخين ، كان من الصعب تحديدها كميا مع تغييرات قاعدة الريو من تقدير العتبة الكهربائية لدينا.
يمكن استخدام هذا البرنامج في كل من التجارب البشرية والقوارض. أصبح هذا ممكنا بفضل الدعم المرن لأنظمة التحفيز الكهربائي. سيعمل البرنامج مع أي محفز يقبل جهد أمر تناظري أو يمكن توصيله يدويا بمحرك متدرج. بالنسبة لتصوير الأعصاب الدقيقة ، استخدمناه مع محفز تيار ثابت يحمل علامة CE تم تصميمه للاستخدام في الأبحاث البشرية وتم التحكم في تحفيزه بواسطة قرص. يمكن أن تكون المحفزات التي تقبل أوامر الجهد التناظري صاخبة لأنها لا تفصل الدائرة بين المحفزات ، مما يعني أن أي همهمة أو ضوضاء 50/60 هرتز على الإدخال التناظري سيتم نقلها إلى التسجيل. يعد المحفز الذي يتطلب إشارة تشغيل TLL إضافية لتوصيل الدائرة ، مما يسمح بتوليد حافز عند تيار مشابه لإدخال الجهد التناظري ، مثاليا للاستخدام مع المكون الإضافي. هذا يمنع انتقال الضوضاء إلى التسجيل بين المحفزات.
يستخدم البرنامج طريقة بسيطة من أعلى إلى أسفل لتقدير العتبة الكهربائية. وقد استخدم هذا في اختبارات الفيزياء النفسية لعدة عقود25. تماشيا مع الطريقة من أعلى إلى أسفل ، فإن خوارزمية تتبع العتبة الكهربائية لتعديل سعة التحفيز تأخذ في الاعتبار فقط سعة التحفيز السابق واستجابته عند حساب سعة التحفيز التالي. هذا يعني أن سعة التحفيز سوف تتأرجح حول العتبة الكهربائية الحقيقية ، وبالتالي تنتج معدل إطلاق بنسبة 50٪ ، على افتراض أن العتبة مستقرة. الحد الأدنى لحجم الزيادة أو النقصان هو 0.01 فولت ؛ هذا يعادل 0.01 مللي أمبير بافتراض أن المحفز لديه نسبة مدخلات إلى مخرجات 1 V: 1 mA ودقة كافية لتحقيق تغييرات خطوة صغيرة. سيقوم المكون الإضافي بتحديث التقدير المباشر للعتبة الكهربائية لجهد الفعل المستهدف في كل مرة يصل فيها إلى معدل إطلاق 50٪ على عدد محدد من المحفزات السابقة التي يحددها المستخدم (2-10). بعد ذلك ، نوصي باستخدام متوسط المتداول لسعة التحفيز على آخر 2-10 محفزات لتقدير العتبة الكهربائية ، وتجدر الإشارة إلى أن هذا التقدير لن يكون دقيقا إلا عندما يكون معدل إطلاق النار مستقرا نسبيا عند 50٪. في كل من التقديرات الحية واللاحقة للعتبة الكهربائية ، هناك توازن بين الدقة والموثوقية والوقت الذي يجب مراعاته. سيؤدي استخدام خطوات الزيادة والنقصان الأصغر إلى زيادة دقة تقدير العتبة الكهربائية ولكنه سيزيد من الوقت المستغرق للعثور على العتبة الكهربائية الجديدة في البداية وبعد الاضطراب. سيوفر حساب العتبة الكهربائية على عدد أكبر من المحفزات السابقة موثوقية أفضل ولكنه سيزيد من الوقت اللازم للوصول إلى تقدير دقيق.
تم تصميم APTrack للاستخدام في تسجيلات الأعصاب الطرفية ، وتحديدا لتتبع العتبات الكهربائية للألياف C أثناء الاضطرابات التجريبية والمرضية على مدى فترات قد يختلف فيها زمن انتقال جهد الفعل اعتمادا على النشاط العصبي الأساسي. ستمكن هذه الطريقة من فحص ليس فقط استثارة المحور العصبي ولكن أيضا إمكانات مولد مستقبلات الألم لدى المتطوعين والمرضى الأصحاء. نتوقع أن تتبنى مجالات أخرى من الفيزيولوجيا الكهربية هذه الأداة وتكيفها لاستخدامها في أي تجربة تتطلب تتبع العتبة الكهربائية لنشاط مغلق بالتحفيز. على سبيل المثال ، يمكن تكييف هذا بسهولة للتحفيز البصري الوراثي بنبضات ضوئية مدفوعة من APTrack. البرنامج المساعد مفتوح المصدر ومتاح للباحثين بموجب ترخيص GPLv3. إنه مبني على منصة Open Ephys ، وهو نظام للحصول على بيانات مفتوح المصدر ومنخفض التكلفة وقابل للتكيف ومنخفض التكلفة. يوفر المكون الإضافي خطافات إضافية للمكونات الإضافية النهائية لاستخراج معلومات إمكانات الإجراء وتوفير واجهات مستخدم إضافية أو نماذج تكيفية. يوفر المكون الإضافي واجهة مستخدم بسيطة للتصور وتتبع زمن الوصول لإمكانات العمل في الوقت الفعلي. يمكنه أيضا تشغيل البيانات السابقة وتصورها باستخدام مخطط البيانات النقطية الزمنية. علاوة على ذلك ، يمكنه أيضا إجراء تتبع زمن الوصول أثناء تشغيل البيانات السابقة. في حين أن هناك حزم برامج أخرى متاحة لتتبع زمن الوصول في الوقت الفعلي ، إلا أنها ليست مفتوحة المصدر ولا يمكنها إجراء تتبع العتبة الكهربائية26,27. يتمتع APTrack بميزة على الطرق التقليدية لتحديد إمكانات عمل زمن الانتقال الثابت من آثار الجهد لأنه يستخدم مخططا نقطيا زمنيا لتصور البيانات. علاوة على ذلك ، أشارت تجاربنا في استخدامه في التجارب ذات نسب الإشارة إلى الضوضاء المنخفضة إلى أن طريقة تصور المخطط النقطي الزمني تسمح بتحديد إمكانات عمل الكمون الثابت التي ربما تم تفويتها بطريقة أخرى.
تتبع عتبة العصب الكامل هو طريقة مستخدمة على نطاق واسع لتقييم استثارة المحورالعصبي 13. تم استخدام تتبع العتبة الكهربائية أحادية الخلية العصبية في ألياف C للقوارض سابقا لتحديد استثارة مستقبلات الألم14 ، وتم التعرف على فائدتها في البشر10,11 ؛ ومع ذلك ، حتى الآن ، لم يكن هذا ممكنا. نحن نقدم أداة جديدة ومفتوحة المصدر لقياس استثارة مستقبلات الألم المفردة بشكل مباشر في كل من دراسات الفيزيولوجيا الكهربية للأعصاب الطرفية للقوارض والإنسان. يتيح APTrack تتبع العتبة الكهربائية المفتوحة المصدر في الوقت الفعلي لجهود عمل الخلايا العصبية المفردة في البشر ، لأول مرة. نتوقع أنه سيسهل الدراسات الانتقالية لمستقبلات الألم بين القوارض والبشر.
Açıklamalar
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
نود أن نشكر ممولينا على دعمهم: أكاديمية العلوم الطبية (J.P.D. ، A.E.P.) ، مقابل التهاب المفاصل (J.P.D. ، A.E.P.) ، معهد جان جولدنج Seedcorn Grant (J.P.D. ، A.E.P. ، GW ، A.C.S. ، M.M.P.) ، ومنحة الدكتوراه في شراكة التدريب التعاوني لمجلس أبحاث التكنولوجيا الحيوية والعلوم البيولوجية مع Eli Lilly (G.W.T.N.). نود أن نعرب عن شكرنا لجميع المساهمين في تطوير APTrack. نود أيضا أن نشكر متطوعينا الذين شاركوا في تجارب تصوير الأعصاب الدقيقة والمتعاونين معنا في إشراك المرضى والجمهور ومشاركتهم على مساهماتهم التي لا تقدر بثمن.
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. |
Referanslar
- 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).
