Summer of LabVIEW The Sunny Side of System Design 30th June - 18th July
Dr. Ulbert István MTA TTK PPKE ITK
1
Sokcsatornás adatregisztráló rendszer felhasználása agykutatási célokra 2015. május 19.
Dr. Ulbert István MTA TTK PPKE ITK
Áttekintés • • •
Cégbemutatás Bevezetés A kihívás Használt eszközök és követelmények
•
A megoldás NI hardver architektúra NI szoftver architektúra A rendszerek bemutatás
• •
Eredmények További fejlesztési lehetőségek
Dr. Ulbert István MTA TTK PPKE ITK
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
Dr. Ulbert István MTA TTK PPKE ITK
4
Bevezetés •
Agyi elektromos aktivitás monitorozása és rögzítése Elvezetési hely: Elvezetett jel:
Elvezető felszín:
(Cooper 1974)
Jel amplitúdó: Dr. Ulbert István MTA TTK PPKE ITK
5
Bevezetés •
In vivo extracelluláris elvezetési technikák
Dr. Ulbert István MTA TTK PPKE ITK
6
Bevezetés •
In vitro agyszelet technikák Referencia elektróda (extracelluláris)
Sharp elektróda (intracelluláris)
In vitro multielektróda (extracelluláris)
Agyszelet interface kamrában 4567891011121314151617181920212223242526+16384 µV
Dr. Ulbert István MTA TTK PPKE ITK
1s
7
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
Dr. Ulbert István MTA TTK PPKE ITK
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
Dr. Ulbert István MTA TTK PPKE ITK
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
Dr. Ulbert István MTA TTK PPKE ITK
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)
Dr. Ulbert István MTA TTK PPKE ITK
11
A megoldás •
National Instruments hardver architektúra: o Elektromos
tevékenység digitalizálása: 2x NI PCI-6259 (PC) • • • • •
Dr. Ulbert István MTA TTK PPKE ITK
12
16 bites felbontás 1 millió mintapont/mp 32 analóg bemenet 4 analóg kimenet 48 digitális I/O
A megoldás •
National Instruments hardver architektúra: o Elektromos
tevékenység digitalizálása: 2x USB-6353 (hordozható) • • • • •
Dr. Ulbert István MTA TTK PPKE ITK
13
16 bites felbontás 1 millió mintapont/mp 32 analóg bemenet 4 analóg kimenet 48 digitális I/O
A megoldás •
National Instruments hardver architektúra: o Video jelek szinkronizálása az agyi elektromos jelekkel: NI PCIe-1427 • • •
Dr. Ulbert István MTA TTK PPKE ITK
14
Camera Link Frame Grabber Vision Acquisition Software Photonfocus kamera mellé
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
Dr. Ulbert István MTA TTK PPKE ITK
15
A megoldás - a rendszerek bemutatása Akut patkánykísérletek o
NI USB-6353
Kontroll szoftver Szilícium mérőelektród LabVIEW adatregisztráló szoftver
Interface box (jelerősítés, demultiplexálás)
Sztereotaxiás keret
Dr. Ulbert István MTA TTK PPKE ITK
16
A megoldás - a rendszerek bemutatása o
In vitro agyszelet elvezetések Kimenő ACSF
Mikroszkóp
Bejövő ACSF Rezgésmentes asztal
Interface kamra Sharp elektróda - üveg Lamináris (oxigenált, (intracelluláris elvezetés) multielektróda – fém 32-35°C-ra melegített) (extracelluláris elvezetés)
Dr. Ulbert István MTA TTK PPKE ITK
17
Agyszeletek Hőmérséklet mérő Referencia elektróda
A megoldás – Video-EEG rendszer •
LabVIEW Block Diagram
Dr. Ulbert István MTA TTK PPKE ITK
18
A megoldás – Video-EEG rendszer •
LabVIEW Front Panel (Page 1)
Dr. Ulbert István MTA TTK PPKE ITK
19
A megoldás – Video-EEG rendszer •
LabVIEW Front Panel (Page 2)
Dr. Ulbert István MTA TTK PPKE ITK
20
A megoldás – Video-EEG rendszer •
LabVIEW Front Panel (Page 3)
Dr. Ulbert István MTA TTK PPKE ITK
21
A megoldás – In vitro intracelluláris rendszer •
LabVIEW Front Panel
Dr. Ulbert István MTA TTK PPKE ITK
22
A megoldás – In vitro intracelluláris rendszer •
LabVIEW Block Diagram
Dr. Ulbert István MTA TTK PPKE ITK
23
A megoldás – Áramgenerátor ingerléshez •
LabVIEW Front Panel
Dr. Ulbert István MTA TTK PPKE ITK
24
A megoldás – Áramgenerátor ingerléshez •
LabVIEW Block Diagram
Dr. Ulbert István MTA TTK PPKE ITK
25
Eredmények – Akut patkány (EDC rendszer)
Dr. Ulbert István MTA TTK PPKE ITK
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
Dr. Ulbert István MTA TTK PPKE ITK
27
Eredmények - Rögzített jelek utólagos feldolgozása
Dr. Ulbert István MTA TTK PPKE ITK
28
További fejlesztési lehetőségek •
Szinkronizálás más elektrofiziológiai rendszerekkel (pl. Intan rendszer)
Dr. Ulbert István MTA TTK PPKE ITK
29
Köszönöm a figyelmet!
Dr. Ulbert István MTA TTK PPKE ITK
30
