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EEGLAB 高速提示実験でのトリガー処理

EEGLABを使って脳波を解析するとき、通常のERP実験ならば簡単にできるが、
刺激を高速で提示する場合、トリガー処理に工夫をする必要がある。

例えば、SOA400msくらいで刺激が連続提示され、たまに現れた標的刺激に対してボタン押し検出するような場合。
多くの場合は、標的の次の刺激あるいは反応の食後の刺激を分析しない、というやりかたをする。

方法はいくつかあるが、簡単なものを書くと、

①前の刺激が十分に入る長さのエポッキングを行う。-600 500 のようなかんじ。もちろんベースラインは0の直前にしておく。
②特定の刺激が入ったエポックを除外する。例えばターゲットタグが3なら、3が入っているエポックは捨てる。
③さらにそこからエポッキングする。-200 500 など。この工程いらないんじゃ?と思うかもしれないが、そうしないとアーチファクト除去の範囲が広くなってしまう。

EEGLABの、Select epochs or events を開き、トリガー番号と、一番下の二つのチェックをいれるとできる。
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ウイルスベクター②

つまりまとめると、ウイルスには、RNAを細胞に取り込ませて、細胞の働きを変える機能がある。
これを利用するのがウイルスベクターであり、「運び屋」とか言われているのは、RNAを運んでいるということ。

では、実際に使うときにはどういうことをするのか。
①毒性を取り除く
 当然である。あたりまえすぎるが、ウイルスをそのまま入れると、無限に(実際は免疫細胞がいるが)増殖する恐れがある。そのためRNAコードの中から、「このRNAをコピーせよ」という文を書き換えておく。こうすることで、細胞がRNAを取り込んでも、増殖して次の細胞へ・・・ということはできなくなり、効果範囲がその細胞だけになる。
 これについては、偶発的に低い確率で増殖する場合があるらしく、それについても、その増殖を抑える研究が行われていたりする。

②細胞に持たせたい機能をRNAに書き込む
 ここが中心的な課題になる。
 当然ながら様々なタイプがあるが、基本的にはたんぱく質を作らせることからすべては始まる。
 さて、細胞には様々なタイプの入力があることが想定される。細胞には樹状突起という入力部分がたくさんあり、そこにあるシナプスが通常の神経伝達のゲートである。さて、ここである細胞にはある種類の神経伝達物質が入力されるが、他の細胞にはそのチャネルがないことを想定する。このとき、ある神経伝達物質のチャネルの開閉に関わるたんぱく質を無理やり合成する・しないというRNAを持たせたウイルスを入れると、特定の伝達物質だけをカットできたり、むしろ促進できたりする。
 ここまではまあ、そらそうなんじゃねという話だが、さらに作られたたんぱく質が、「ある特定の物質が細胞に取り込まれたときのみ機能するゲートに重要」だとすると、どうだろうか。つまり、ある物質でスイッチが入る回路を作ることができる。そうすると、ウイルスをいれて感染させておいて、その特定物質(もちろん脳にはもともとは無い物質)を入れたり、入れなかったりで、可塑的に神経活動・経路をコントロールでき

あ、忘れてた
③ウイルスをいれて感染させる

るのだ。これは光遺伝学ほど時間的に高精度ではないが、より広範囲に効果が及ぶ方法である。

では光遺伝学とは何か。こちらもウイルスベクターを使っている。調べて紹介します。

ウイルスベクター①

神経生理系研究室に来たので、研究方法について最近しらべたことをまとめていきます。
「文系でもわかるように(自分にとってわかりやすく)」書くだけなので、理系と専門家はブラウザの戻るボt (ry

ウイルスベクターという言葉はよく出てくるが、理屈と何が起こっているのかはよくわからない。
要するにウイルスに手紙を渡しておいて、配達してもらうわけだが、なぜそんなことができるのか、配達したときに何が起こるのかよくわからない。そこで、まずはウイルスに感染するということはどういうことかを説明して、そのあとウイルスベクターとして使うときは通常の感染とどう違うのかを説明する。

まずウイルスの感染について。ウイルスは生命じゃないとかなんとか言うが、その理由はいくつかある。
そのすべては、ウイルスが細胞に比べて非常にシンプルな構造をしているからという理由に落ち着く。
ウイルスの構造は
①まく
②DNA(RNA)
これだけ。RNAはDNAの一部をコピーしたもの。
だから、自分で栄養を取り込むことも、自分で増殖することもできない。DNAはただの塩基配列なので、それだけだとただの文字列であって機能しない。
ではどうやって感染し増えるか?
①細胞膜にぺったり張り付いて、細胞内に侵入する。
②中でまくが壊れて、細胞内にRNAが漏れる。
③細胞内のRNAが細胞の核のほうに集まる。これはRNAなりDNAが細胞内でぐっちゃぐっちゃにならんように細胞が持ってる機能。
④RNAが複写される。
 ここが大事なところ。ウイルスのRNAは、細胞に取り込まれて細胞のDNAに潜り込む。もう、破壊するとかどうとかではなく、一部になって成りすましてしまうわけである。
 そして、なりすましたということは、細胞のDNAの一部になるわけなので、細胞はその塩基配列に従って仕事をすることになる。つまり設計図をぬるっとすべり込ませてしまうのだ。
 さて、ではその設計図には何が書かれているかというと・・・。「ウイルスRNAを作れ」。つまりさっき取り込んだのと同じRNAをいっぱい作れと、こう発注する。すると細胞はこのとおりの仕事をする。
⑤細胞内にRNAがたまる。
⑥RNAがまとまって、細胞の膜のほう、つまり外側に向かい、細胞の膜をもらいながら細胞外に排出される。
⑦①に戻る

このようにして、場合によってはひとつの細胞から1000以上のウイルスが生産される。
では、これをどうやって利用するのか?は次回。

Spike field coherence

どういう計算をしているかよくわからなかったので紹介。

スパイクとLocal field potentialの時間関係、あるいは同期性を示す数値。

求めかた。
まず、SpikeとLFPを同時計測する。大前提。
そして、
①Spikeにトリガーして、LFPをエポッキングする。
 これは事象関連電位なんかと同じ。
②LFPを、Spikeにあわせて加算平均する。
 これもERPと同じですね。
③FFTする。
 ここで、加算平均後のFFTをする。これがとっても大事。
 このデータは置いておく。後で使う。
④戻って、①の個別の波形に対して、FFTする。
 加算平均する前にFFTします。
⑤パワー値を、加算平均した数でわる。
 これで、ひとつのLFPにどれだけの振幅があったかわかります。
⑥③を⑤で割る。
 ここがみそ。いちばんだいじなところ。
 もしもLFPのある周波数成分(例えばγ)が、スパイクのタイミングに完全に同期しているならば、
 この値は1になる。なぜなら、平均前の波形でも、加算平均しても、γの振幅は変わらないから。
 しかし、同期していなかったら、ほとんどゼロになる。これはERPで背景脳波が消えるのと同じ原理。
 
 この計算を、周波数ごとにしていくと、横軸が周波数、縦軸がSFCのグラフがかける。

 LFPを、スパイクの前後のどこからもってくるか(-500~500 msとか)も任意に選べる。これもERPと類似。

EEGLABってすげえ

計測のことを一度はなれて、分析について。
EEGLABはMatlabで使える脳波やらなんやらを分析できるプログラム?で、フリーでおとせる。
インターフェースとしてわかりやすく、またいろんな分析手法を過去の研究者がのこしてくれているので
助かる助かる。

最も優れている点だと個人的に思うのは、処理は結局のところmファイルで保存されているプログラムコードにより実行されるので、そのプログラムさえ走らせれば、自動的に全ての処理をしてくれるということ。

現時点で自動化した処理は以下。

生データの読み込み
データの選択
フィルタ
チャンネルファイルの読み込み
エポッキング
特定のデータの除外
 アーチファクトリジェクション
 反応があったエポックの除外
加算平均
テキストファイルとしてエクスポート

ほぼすべてやってくれる。便利すぎて怖い。テンプレのプログラムが間違っていたらおしまい。

ところどころ工夫が必要だが、一度できた処理はすべて自動化プログラムに組みいれてしまえばいいわけなので、ちょっとした処理が進むだけでもとても楽しい。
プロフィール

たけ

Author:たけ
神経生理研究グループの学術研究員。
いろいろ調べているところです。勉強中にして勉強不足。
最近知った・調べたことを低精度でまとめていくつもり。

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