Plexon OmniPlex在体多通道电生理采集分析系统

浏览: 时间:2019-08-28

Plexon 多通道记录系统主要是通过多通道电极阵列植入到实验动物头部,将神经元的胞外高频的动作电位信号以及记录电极所在脑区的局部场电位信号实时采集出来,通过多级脑电信号放大,把几微伏的脑电信号放大到几伏,然后经过数模转换,把信号传输到计算机中,通过软件分析所有信号,实现实时分析,为脑中群体神经元编码、存储和提取神经信息提供了时间上的同步,也反映了大脑神经网络信息处理的不同活动模式。所有放大后的脑电信号也可以被记录下来,然后通过系统中传感器得到动物体的准确空间位置,并且相关信息与脑电信息被同步后存入计算机。

应用:

1. 神经功能性研究、心理学、药理病理学以及人工智能等领域的主要研究手段。
2. 可进行长期跟踪记录大脑皮层神经元的活动,实时采集局部场电位(LFP) 、单神经元放电(spike)以及所有同步信号、时间标记信号。
3. 用神经电生理实验手段,在神经细胞水平上揭示神经元活动重要现象及规律和所对应的神经机制,建立完整的关于神经信息加工和存储的理论模型。
4. 建立疾病模型,观察记录相关的病理特征。
5. 自发放电和诱发放电等相关研究。
6. 基于实验动物的药物安全性,慢性和急性毒理学研究:安全药理学(如 CNS 毒性和 QT 间期延长);实验进行药物测试(癫痫,阿尔茨海默氏症,疼痛,肥胖症,厌食症,心律失常等等) 。
7. 结合行为学和光遗传学的研究。

硬件

整个系统包括:

微 型 放 大 器 headstage 及 连 接 线 headstage cable、放大器 MiniDigi / Digi Amplifier / DHP、主机 Chassis、连接线缆 PC cable,Blue cable、工作站。

软件
OmniPlex Server、OmniPlex Control、Offline Sorter、NeuroExplorer、PlexUtil 等

在线记录软件
OmniPlex Server
OmniPlex Server 可视化实验流程,从电极类型→Headstage→放大器→硬件滤波→数字滤波等、实现实时记录监测系统运行、在线实时抓取调用数据包等功能。 

PlexControl 
PlexControl 是主要的记录软件,提供可视化、交互式的操作界面,便于研究人员通过软件实时记录,并可通过软件功能实时监测实验方案及排除外界干扰。PlexControl 提供七大类实时在线(On-line)分类方法:Templates,Lines,Boxes,2D Polygons,Bands,Peak-seeking,guided sorting method。用户自定义大小的 Spike 波形会自动通过每个通道上的PlexControl 程序获取,并可随时修改Sorting 的参数。神经元即可基于实时数据的snapshots,也可直接通过 “ 绘制 ” 来定义。每一种方 法 都 可 用 来 对 单 电 极,stereotrodes 和tetrodes 进行 Spike Sorting。

连续 Spike,场电位和宽波带信号可方便地显示在PlexControl 的灵活的、可定义的用户界面上,同时还能显示检测到的 Spike 分段以及在二维(2D)和三维(3D)空间内的聚类,这样的聚类就是作为Spike Sorting 的依据。此外,所有这三种数据类型,以及阈值的的 Spike 波形分段和数字事件数据,均可以以 MultiPlex 方式展示与对比。



离线分析软件
Offline Sorter 

Offline Sorter(OFS)是目前业内最受认可和信赖的离线Spike Sorting软件,超过800篇的文章引证了OFS的方法。

现在的OFS v4是一款功能强大,易于使用查看和分选动作电位波形(Spike)的工具,这些波形是之前通过single electrodes, stereotrodes和tetrodes采集得到的。Spike通过PCA特征值降维算法,以“点”的形式显示在两维(2D)或三维
(3D)的特征空间中,手动,半自动或全自动的聚类方法可以应用于对Spike的分类。OFS也可以使用各种不同的阈值方法,从连续记录的神经数据中提取Spike。OFS允许通过一系列的显示进行Sorting验证,并可以计算聚类分离统计参数
和质量指标。经过Sorting的Spike可以导出多种文件格式以进行后续分析。

OFS v4包含了全新的波形时间段显示方式,包括cluster vs. time和sort quality vs. time,这样就显示出波形随时间变化和发展的情况。有多种从连续数据中检测Spike的方法可以被应用到,包括电压阈值、信号能量和非线性能量。并且支持stereotrode和tetrode的Spike检测。在Spike提取之前,低切滤波器可以被应用到获取连续数据。


Powerful waveform viewing and sorting:
强大的波形显示和分类功能:

1. NEW Overlapping waveform analysis 叠 加波形检测分析功能 
2. NEW Support for multiple spike Sources 支持多个spike文件同时分析
3. 运用Principal Component Projections、Voltage Slices in Time、或者其他20多种波形参数(如:peak, valley, full-width at halfmaximum)的方法;
4. Time-level格式的Box Sorting方法
5. Time-voltage座标里的波形选择
6. Template模板匹配算法
7. Tetrode 和 Stereotrode 的波形提取
8. 神经元互相关分析和ISI放电间隔
9. 2D和3D空间内不同特征值座标显示波形密度
10. 波形校正
11. 去除小于ISI放电间隔的波形和运动噪音
12. Raster显示Spike和连续数据
13. Sorting结果可导入PowerPoint中,并可打印
14. Sorting的统计数据
15. 波形特征和Sorting的统计数据可导入到MATLAB®, Excel®或text中
16. Sorting结果可导入到NeuroExplorer中
17. 对于任一通道可保存和调出特定的Sorting方法
Time segmentation, adaptive sorting methods,and time-dependent analysis:
将文件分割成时间片段,对每个时间片段单独的查看和 Sorting:
1. NEW Time Segments能被单独命名和颜色标记 , 切 换 开 关 , 也 能 被 保 存 或 重 新 作 为NeuroExplorer间隔存储
2. NEW Interval Selection 工具能够重新设置Segments
3. NEW 同时加载 .PL2 文件功能

4. 将每个文件分成不同的 time segments,并可从每个 time segment 中单独查看和 sorting波形
5. Clusters vs. Time View 显示出聚类随着时间的变化发展
6. Sort Quality vs. Time Segment Graph 显 示出 Sort Quality 随时间的变化
7. Adaptive Template Sorting,使用 templates查看波形随时间变化的情况
8. Template vs. Time View 显示 Template 如何随文件不同而调整

Semi-automatic and Automatic Sorting

半自动和全自动 Sorting: 

1. NEW 增加了 sort 质量指标参数 L-Ratio 和Isolation

2. NEW 在 “Change Sort Method” 中 增 加 了Lines 和 Bands 方法
3. NEW Scan 模式,包括使用不同的随机初始聚类因素的 Scan 方式
4. NEW 能 使 用 标 准 偏 差 或 MAD 去 计 算 fit tolerances 或者 band fit tolerances
5. 全自动分类算法的参数空间会通过图形显示质量指标的方法被自动扫描,为每个通道对手动的分类结果选择合适的分类。
6. 自动扫描的结果可以保存为 . SCAN 文件。由于结合了新的批处理模式的命令,这个过程允许各种算法的运行。在快速7手动 Sorting 之后,为每个通道对手动的分类结果选择合适的分类。
7. 全 自 动 分 类 方 法 包 括 valley seeking、T-Distribution Expectation Maximization(E-M) 等算法。
8. 半 自 动 分 类 方 法 运 用 K-means、StandardE-M 等算法
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Enhanced Batch Mode Processing for Running Sorting Algorithms Overnight
功能强大的批处理模式
 :

1. 通过全自动 sorting 参数来设置批处理模式
2. 使用一个用户自定义编辑器来编写批处理文件
3. 具有批处理文件存储位置记忆功能
4. 快速批处理参考显示所有的批处理指令
5. 菜单栏会自动记录最新运行的批处理运行结果
Enhanced Continuous Data Handling andSpike Detection
强大的连续数据处理和 Spike 检测功能
 :
1. NEW  High-cut filter 功能应用于连续数据通道
2. NEW  Digital Referencing 数字参考
3. NEW  Signal-to-Noise Ratio(SNR)计算
4. NEW  Threshold Scan Graph View 可以检测SNR 和 Spike 数
5. 使用 Linear 或 spline interpolation 进行连续信号的采样
6. 连续数据的 Fast Fourier Transform (FFT)展示
7. Single 和 Dual 阈值法用于 Spike detection波形监测和提取用来处理波峰波形分段与连续尖峰数据之间的电压差异

NeuroExplorer

NeuroExplorer 可以做离线的数据分析,或者也可以在线的与 OmniPlex 系统或 MAP 系统一起结合使用。NeuroExplorer 现在已经是第五代版本,可以提供最完整的一套 Spike 分析方法。研究者可以从多个角度分析连续的信号数据和神经元的数量。强大的内置的脚本语言,让许多分析工作的自动化,同时其开放式的分析环境,您可以使用其他程序来扩展其功能。NeuroExplorer 可以读取多种文件格式,包括许多流行的数据采集系统,文本文件,Excel 电子表格和 MATLAB 创建的数据文件。为了帮助出示您的分析结果,NeuroExplorer 创建完全可编辑,达到出版质量的表格和图表。












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