Summer of LabVIEW The Sunny Side of System Design 30th June - 18th July 1
Sokcsatornás adatregisztráló rendszer felhasználása agykutatási célokra 2015. május 19.
Áttekintés Cégbemutatás Bevezetés A kihívás Használt eszközök és követelmények A megoldás NI hardver architektúra NI szoftver architektúra A rendszerek bemutatás Eredmények További fejlesztési lehetőségek 3
MTA Természettudományi Kutatóközpont Kognitív Idegtudományi és Pszichológiai Intézet Budapest Magyar tudósok körútja 2. Kutatási tevékenység: Agyi elektromos tevékenység vizsgálata in vivo és in vitro körülmények között (humán, patkány, macska) Az agyi elektromos aktivitás monitorozására alkalmas eszközök fejlesztése és tesztelése 4
Bevezetés Agyi elektromos aktivitás monitorozása és rögzítése Elvezetési hely: Elvezetett jel: Elvezető felszín: Jel amplitúdó: (Cooper 1974) 5
Bevezetés In vivo extracelluláris elvezetési technikák 6
Bevezetés In vitro agyszelet technikák Referencia elektróda (extracelluláris) Sharp elektróda (intracelluláris) In vitro multielektróda (extracelluláris) Agyszelet interface kamrában 4-5- 6-7- 8-9- 10-11- 12-13- 14-15- 16-17- 18-19- 20-21- 22-23- 24-25- 26-7 +16384 µv 1 s
Bevezetés Krónikus és akut kísérletek Krónikus kísérletek Hosszú távra beültetett elektródok Szabadon mozgó állat Viselkedéses vizsgálatok Berenyi et al., J Neurophysiol 2014 Akut kísérletek Rövid távú (néhány óra) vizsgálatok Általában altatott, rögzített fejű állaton 8
Bevezetés Viselkedés monitorozása krónikus kísérletekben: pl. alvásébrenléti ciklus vizsgálata macskában Komplex feladat: agyi (EEG) és izom (EMG) elektromos aktivitás, valamint a szemmozgás (EOG) monitorozása a viselkedés egyidejű rögzítésével (video) Video 9
A kihívás 1. Folytonos, analóg jel (felerősített agyi elektromos aktivitás) pontos digitalizálása, nagy sebességgel, sok csatornán (min. 20000 mintapont/másodperc, 4-64 csatorna, 16 bites felbontás) 2. Videójel szinkronizálása az elektromos aktivitással viselkedéses kísérletekben 3. Áraminjektálás agyszeletekben található sejtekbe 10
A kihívás - Használt eszközök Szenzorok (fém, szilícium elektródok) az agyi elektromos aktivitás mérésére Saját fejlesztésű erősítőrendszer (headstage előerősítővel, főerősítő) a gyenge agyi elektromos jelek erősítésére (µv-os nagyságrend) Photonfocus MV-D640-66 kamera az állatok (macska) viselkedésének monitorozására Egyéb, új fejlesztésű, agyi elektromos aktivitás rögzítésére alkalmas elektrofiziológiai rendszerek (pl. elektronikus mélységszabályzós rendszer) 11
A megoldás National Instruments hardver architektúra: o Elektromos tevékenység digitalizálása: 2x NI PCI-6259 (PC) 16 bites felbontás 1 millió mintapont/mp 32 analóg bemenet 4 analóg kimenet 48 digitális I/O 12
A megoldás National Instruments hardver architektúra: o Elektromos tevékenység digitalizálása: 2x USB-6353 (hordozható) 16 bites felbontás 1 millió mintapont/mp 32 analóg bemenet 4 analóg kimenet 48 digitális I/O 13
A megoldás National Instruments hardver architektúra: o Video jelek szinkronizálása az agyi elektromos jelekkel: NI PCIe-1427 Camera Link Frame Grabber Vision Acquisition Software Photonfocus kamera mellé 14
A megoldás NI szoftver architektúra: o NI LabVIEW 8.6 o NI Data Acquisition (NI-DAQmx) o NI Vision Acquisition Software (NI-IMAQ) o Labview Application Builder futtatható fájlok készítésére 15
A megoldás - a rendszerek bemutatása o Akut patkány- kísérletek NI USB-6353 Kontroll szoftver Szilícium mérőelektród LabVIEW adatregisztráló szoftver Interface box (jelerősítés, demultiplexálás) Sztereotaxiás keret 16
A megoldás - a rendszerek bemutatása o In vitro agyszelet elvezetések Kimenő ACSF Mikroszkóp Rezgésmentes asztal Lamináris multielektróda fém (extracelluláris elvezetés) Interface kamra (oxigenált, 32-35 C-ra melegített) Sharp elektróda - üveg (intracelluláris elvezetés) Bejövő ACSF Agyszeletek Referencia elektróda Hőmérséklet mérő 17
A megoldás Video-EEG rendszer LabVIEW Block Diagram 18
A megoldás Video-EEG rendszer LabVIEW Front Panel (Page 1) 19
A megoldás Video-EEG rendszer LabVIEW Front Panel (Page 2) 20
A megoldás Video-EEG rendszer LabVIEW Front Panel (Page 3) 21
A megoldás In vitro intracelluláris rendszer LabVIEW Front Panel 22
A megoldás In vitro intracelluláris rendszer LabVIEW Block Diagram 23
A megoldás Áramgenerátor ingerléshez LabVIEW Front Panel 24
A megoldás Áramgenerátor ingerléshez LabVIEW Block Diagram 25
Eredmények Akut patkány (EDC rendszer) 26
Eredmények Sejt ingerlése áraminjektálással 1. Ingerlés szinusz hullámforma alakú árammal (depolarizáló és hiperpolarizáló áramok váltakozása, sejttüzelés a szinuszhullám felfutó szárán) Intracelluláris aktivitás Injektált áram 2. Ingerlés folyamatos, depolarizáló áramlépcsőkkel egyre növekedő alapvonali áram mellett (depolarizáló áramok, egyre sűrűbb sejttüzelés) Intracelluláris aktivitás Injektált áram 27
Eredmények - Rögzített jelek utólagos feldolgozása 28
További fejlesztési lehetőségek Szinkronizálás más elektrofiziológiai rendszerekkel (pl. Intan rendszer) 29
Köszönöm a figyelmet! 30