Контрольные вопросы

1. Каким требованиям должна удовлетворять вызванная активность на электроде для стимуляции?

2. Как определяются динамические характеристики ответа на стимул?

3. Из чего состоит экспериментальная установка?

Глава 3. Исследование спонтанной активности культуры клеток гиппокампа

3.1 Детектирование импульсов в сигнале

При анализе сигналов клеток, записанных на мультиэлектродных матрицах, первой задачей является достоверное выделение импульсов электрической активности на фоне шума.

Для выделения времён возникновения импульсов из шума используется следующий метод порогового детектирования сигнала:

(1)

где x – сигнал, пропущенный через полосовой фильтр 0.3-6 КГц, n – коэффициент чувствительности порога.

Примеры оригинального, фильтрованного и детектированного сигналов приведёны на рисунке 3.1.

Рисунок 3.11. Пример оригинального, фильтрованного и детектированного сигналов.

3.2 Детектирование спонтанных пачек

Пачки синхронно возникают на различных электродах и состоят из нескольких импульсов со сравнительно коротким интервалом следования (1-50 мс). Характерный интервал следования пачек составляет 2-20 секунды. Синхронизация отдельных импульсов внутри пачки, длящейся 1-1,5 с. отсутствует, а активность представляет собой импульсные последовательности.

После детектирования импульсов с 64 каналов строится растровая диаграмма, отображающая полученный бинарный сигнал (Рисунок 3.2а).

Для определения времен возникновения пачек строится частотно-временная диаграмма F(t), где за каждые 50 мс подсчитывается общее количество импульсов на всех электродах и откладывается по оси ординат, по оси абсцисс - время (Рисунок 3.2б).

Рисунок 3.2. А) Растровая диаграмма 64-х канальной записиактивности культуры нейронов. Б) Диаграмма частотной-временной зависимости – количество импульсов на всех электродах за каждые 50 мс.

Для определения времени начала и концапачки вводится порог детектирования:

где σ – средняя квадратичная ошибка от частотно-временной диаграммы, - коэффициент чувствительности порога, равный 0.1, подбирался экспериментально на основе визуального критерия возникновения в записи популяционного разряда.

Вычислив времена начала и конца каждой пачки, появляется возможность оценки статистических параметров активности культуры клеток: среднее число и частота следования пачек на определенном временном интервале, среднее число импульсов в пачке, время возникновения первых импульсов в каждой пачке на каждом электроде и т.д. Эти и многие другие характеристики активности культуры клеток, полученные с помощью описанных методов, необходимы для исследования фундаментальных принципов взаимодействия нейронов.

Контрольные вопросы

1. Что регистрируют электроды мультиэлектродной матрицы?

2. Что такое пачечная активность?

3. Какие выделяют типы пачечной активности в культурах нейронов?

Глава 4 Обработка экспериментальных данных

В данной главе приводится описание функций обработки и анализа данных с помощью программы Meaman (Рисунок 4.1) в среде Matlab.

Рисунок 4.1. Основное окно программы обработки экспериментальных данных в среде Matlab.

4.1 Детектирование импульсов активности

Для детектирования спонтанных импульсов, полученных на системе MED64, используется методы, описанные в пунктах 3.2 и 3.3. При нажатии на кнопку "Detect Spikes" появляется диалоговое окно выбора файла. Анализируемый файл должен иметь расширение ".med". Программа поочерёдно выделяет времена возникновения импульсов по всем электродам, формируя растровую диаграмму (Рис. 4.2). Таблица с временами возникновения импульсов на всех электродах сохраняется в отдельную папку в виде файла растра с расширением ".txt".

Рисунок 4.2. Представление растровой диаграммы.