CONCEPT AND REALIZATION OF BACKPACK-TYPE SYSTEM FOR MULTICHANNEL ELECTROPHYSIOLOGY IN FREELY BEHAVING RODENTS

Technologie elektrofizjologii wielokanałowej odnotowują zdumiewający wzrost. Liczba kanałów dociera do tysięcy miejsc rejestracji, systemy często łączone są z elektrostymulacjami i stymulacjami optycznymi. Jednak zadanie zaprojektowania taniego, elastycznego systemu pozwalającego na swobodne zachowania zwierząt bez przywiązanego kabla nie zostało całkowicie rozwiązane. Zaproponowano system wielokanałowej elektrofizjologii zarówno dla szczurów, jak i myszy. System pozwala rejestrować aktywność jednostki i potencjał pola lokalnego (LFP) do 32 kanałów z różnymi rodzajami elektrod. System został zbudowany przy użyciu technologii Intan RHD 2132. Akwizycja danych i nagrania odbywają się na karcie DAQ, która została umieszczona w plecaku zwierzęcia. Sygnał jest wzmacniany kaskadą wzmacniaczy i digitalizowany za pomocą 16-bitowego przetwornika ADC. Filtry pozwalają filtrować sygnał w paśmie 0,1–20000 Hz. Zasilany jest z mini-baterii o wydajności 340 mA/godz. System został zwalidowany generowanymi sygnałami u znieczulonego szczura i wykazał wysoką jakość nagrań.

Słowa kluczowe:

elektrofizjologia wielokanałowa, gryzonie swobodnie zachowujące się, aktywność jednostkowa, potencjał pola lokalnego

Bibliografia

Al_Omari A. K., Saied H. F. I., Avrunin O. G.: Analysis of Changes of the Hydraulic Diameter and Determination of the Air Flow Modes in the Nasal Cavity. Image Processing and Communications Challenges 3. Springer, Berlin, Heidelberg 2011, [DOI: 10.1007/978-3-642-23154-4_34]. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-642-23154-4_34

Alam M., Chen X., Fernandez E.: A low-cost multichannel wireless neural stimulation system for freely roaming animals. Journal of neural engineering 10(6), 2013, 066010. DOI: https://doi.org/10.1088/1741-2560/10/6/066010

Bennett C. et al.: Higher-order thalamic circuits channel parallel streams of visual information in mice. Neuron 102(2), 2019, 477–492. DOI: https://doi.org/10.1016/j.neuron.2019.02.010

Erickson J. C. et al.: Intsy: a low-cost, open-source, wireless multi-channel bioamplifier system. Physiological measurement 39(3), 2018, 035008. DOI: https://doi.org/10.1088/1361-6579/aaad51

Fan D., Rich D., Holtzman T., Ruther P., Dalley J. W., Lopez A., et al.: A wireless multi-channel recording system for freely behaving mice and rats. PLoS ONE 6(7), 2011, e22033, [DOI: 10.1371/journal.pone.0022033]. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0022033

Fyrmpas G. et al.: The value of bilateral simultaneous nasal spirometry in the assessment of patients undergoing septoplasty. Rhinology 49(3), 2011, 297–303.

Ghomashchi A. et al.: A low-cost, open-source, wireless electrophysiology system. 36th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, 2014. DOI: https://doi.org/10.1109/EMBC.2014.6944288

Juavinett A. L., Bekheet G., Churchland A. K.: Chronically implanted Neuropixels probes enable high-yield recordings in freely moving mice. eLife 8, 2019, e47188. DOI: https://doi.org/10.7554/eLife.47188

Kinney J. P. et al.: A direct-to-drive neural data acquisition system. Frontiers in neural circuits 9, 2015, 46, [DOI: 10.3389/fncir.2015.00046]. DOI: https://doi.org/10.3389/fncir.2015.00046

Laxpati N. G. et al.: Real-time in vivo optogenetic neuromodulation and multielectrode electrophysiologic recording with NeuroRighter. Frontiers in neuroengineering 7, 2014, 40. DOI: https://doi.org/10.3389/fneng.2014.00040

Liang B., Ye X.: Towards high-density recording of brain-wide neural activity. Science China Materials 61, 2018, 432–434, [DOI: 10.1007/s40843-017-9175-3]. DOI: https://doi.org/10.1007/s40843-017-9175-3

Moroz V. M. et al.: Coupled Spike Activity in Micropopulations of Motor Cortex Neurons in Rats. Neurophysiology 42(2), 2010, 110–117. DOI: https://doi.org/10.1007/s11062-010-9138-4

Newman J. P. et al.: Closed-loop, multichannel experimentation using the open-source NeuroRighter electrophysiology platform. Frontiers in neural circuits 6, 2013, 98. DOI: https://doi.org/10.3389/fncir.2012.00098

Nosova Ya. V., Faruk K. I., Avrunin O. G.: A tool for researching respiratory and olfaction disorders. Telecommunications and Radio Engineering 77(15), 2018, 1389–1395. DOI: https://doi.org/10.1615/TelecomRadEng.v77.i15.90

Rolston J. D., Gross R. E., Potter S. M.: NeuroRighter: closed-loop multielectrode stimulation and recording for freely moving animals and cell cultures. Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, 2009. DOI: https://doi.org/10.1109/IEMBS.2009.5333589

Rotermund D. et al.: Open hardware: Towards a fully-wireless sub-cranial neuro-implant for measuring electrocorticography signals. BioRxiv 036855, 2017. DOI: https://doi.org/10.1101/036855

Siegle J. H. et al.: Neural ensemble communities: open-source approaches to hardware for large-scale electrophysiology. Current opinion in neurobiology 32, 2015, 53–59. DOI: https://doi.org/10.1016/j.conb.2014.11.004

Siegle J. H. et al.: Open Ephys: an open-source, plugin-based platform for multichannel electrophysiology. Journal of neural engineering 14(4), 2017, 045003. DOI: https://doi.org/10.1088/1741-2552/aa5eea

Sikes R. S., Gannon W. L.: Guidelines of the American Society of Mammalogists for the use of wild mammals in research. Journal of Mammalogy 92(1), 2011, 235–253. DOI: https://doi.org/10.1644/10-MAMM-F-355.1

Spivey R. J., Bishop Ch. M.: An implantable instrument for studying the long-term flight biology of migratory birds. Review of Scientific Instruments 85(1), 2014, 014301. DOI: https://doi.org/10.1063/1.4854635

Steinmetz N. A. et al.: Challenges and opportunities for large-scale electrophysiology with Neuropixels probes. Current opinion in neurobiology 50, 2018, 92–100. DOI: https://doi.org/10.1016/j.conb.2018.01.009

Steinmetz N. et al.: Dataset: simultaneous recording with two Neuropixels Phase3 electrode arrays. CortexLab at UCL, 2016.

Vlasenko O. et al.: Multichannel system for recording myocardial electrical activity. Information Technology in Medical Diagnostics II: Proceedings of the International Scientific Internet Conference “Computer Graphics and Image Processing" and the XLVIIIth International Scientific and Practical Conference “Application of Lasers in Medicine and Biology". CRC Press, 2019.

Vyssotski A. L. et al.: Miniature neurologgers for flying pigeons: multichannel EEG and action and field potentials in combination with GPS recording. Journal of neurophysiology 95(2), 2006, 1263–1273. DOI: https://doi.org/10.1152/jn.00879.2005

Wagenaar D., DeMarse T. B., Potter S. M.: MeaBench: A toolset for multi-electrode data acquisition and on-line analysis. Conference Proceedings. 2nd International IEEE EMBS Conference on Neural Engineering, 2005.

Wójcik W., Pavlov S., Kalimoldayev M.: Information Technology in Medical Diagnostics II. CRC Press, London 2019, [DOI: 10.1201/9780429057618]. DOI: https://doi.org/10.1201/9780429057618

Woods V. et al.: A low-cost, 61-channel µECoG array for use in rodents. 7th International IEEE/EMBS Conference on Neural Engineering (NER), 2015. DOI: https://doi.org/10.1109/NER.2015.7146687

Yüzgeç Ö. et al.: Pupil size coupling to cortical states protects the stability of deep sleep via parasympathetic modulation. Current Biology 28(3), 2018, 392–400. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cub.2017.12.049

RHD2000 Series Digital Electrophysiology Interface Chips RHD2116, RHD2132. Intan Technologies, LLC. http://intantech.com/files/Intan_RHD2000_series_datasheet.pdf

Chaikovska, O., Ponomarenko, O., Dovgan, O., Rokunets, I., Pavlov, S., Kryvoviaz, O., & Vlasenko, O. (2019). KONCEPCJA I REALIZACJA SYSTEMU PLECAKOWEGO DLA WIELOKANAŁOWEJ ELEKTROFIZJOLOGII U SWOBODNIE ZACHOWUJĄCYCH SIĘ GRYZONI. Informatyka, Automatyka, Pomiary W Gospodarce I Ochronie Środowiska, 9(4), 64–68. https://doi.org/10.35784/iapgos.688

##plugins.themes.bootstrap3.article.sidebar##

##plugins.themes.bootstrap3.article.main##

DOI

Authors

Abstrakt

Słowa kluczowe:

Bibliografia

##plugins.themes.bootstrap3.article.details##

Licencja