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NI软硬件有效 开发神经学研究自动 化系统 LabVIEW不 仅提供了一套完整的 标准编程函数，而且 还提供了一组稳固的 用户界面组件。 - Robert Arias, Wyeth Neuroscience The Challenge: 从多个脑片自动生成 突触生理学数据，支 持神经学的药物开 发。 The Solution: 应用NI硬件和软件 开发灵活、强大而易 于使用的系统，帮助 更方便地设计、执行 和分析可以激发体外 脑片的刺激诱发电位 实验 NI PCI 6229 数据采集 设备可用于大脑皮层 切片状态记录 Author (s): Robert Arias - Wyeth Neuroscience 当前，很多药学研究 都致力于神经元突触 (即脑部细胞之间通 信的电化联会)的治 疗学方面的调节。将 简单的电脉冲信号加 到老鼠的体外脑片 上，将诱发可重复 的、特征非常明显的 电压信号。我们记录 并分析该信号，将其 作为神经功能是否紊 乱的判定线索。这种 所谓的脑片场电位记 录是突触生理学研究 中广泛采用的一种实 验方法。现在已经定 义了大量的标准突触 测试，每一种测试都 阐明了突触功能的某 些特定方面，包括突 触的可塑性、学习和 记忆的生理学基础等 等。本质上来说，所 有的突触测试都由一 系列的激励-响应事 件构成。在本案例 中，激励就是加到某 一神经元纤维束上的 电流，该电流可以是 单一的方波脉冲，也 可以是具有特定时间 模式的一组脉冲。响 应就是在下游神经元 区所记录到的波形。 实际上，这种通用的 测试框架存在无限多 的实验可能性。 由于无法指定一种商 业产品来实现所有必 需的灵活性与功能， 所以我们探求去开发 一种自定义仪器。这 种仪器应当具备以下 特征： 用户界面友好，易于 配置复杂的突触生理 学实验设计 可以控制所有仿真参 数，包括μA精度的 激励脉冲强度和 μsec精度的可塑 性诱导时间模式 能够以一种自动化的 方式，同时从多个脑 片中记录数据 能够自动地在多个灌 注方案间进行切换 在实验进行的时候， 能够对采集波形数据 进行实时的详尽分 析；在分析完成后， 能够迅速将结果导出 为电子表格 可以采用成本低的商 业可用组件完成设计 鉴于其广泛的软硬件 选择， NI公司的 产品线在早期就被指 定为开发 Synaptic Explorer系 统的平台。 仪器设计 因为脑片场电位记录 的采样要求是相对比 较适中的(每 20～60s，以 20kS/s的速率 采样 10～50ms)， 所以低成本的NI M系列数据采集卡是 理想的选择。另外必 须考虑到每一个脑片 都需要一组专用的模 拟输出通道(AO， 用于激励发生) 和 模拟输入通道 (AI，用于响应读 取) 。然后，板载 触发将提供一种理想 的方式来协调激励- 响应事件。最后，需 要数字I/O口来控 制夹管阀阵列，实现 药物解决方案的交 流。在 Windows XP操作系统的 Dell Precision 340工作站中， NI PCI- 6229数据采集板 将为我们的仪器提供 一个强大而经济实惠 的基础。 NI硬件配件的性能 完全满足任务需求， 而该硬件与NI LabVIEW开发 套件的结合，真正提 供了一个完整的解决 方案平台。借助于 LabVIEW，我 们可以方便地创建并 测试各种功能算法， 然后将它们作为子 VI逐步地集成到整 个系统中。 LabVIEW不仅 提供了一套完整的标 准编程函数，而且还 提供了一组稳固的用 户界面组件。 系统操作与功能 Synaptic Explorer的 用户界面组织成一种 全屏的标签页控件容 器 (control container) ，其四个标签页顺序 排列，与典型的场电 位记录实验的功能顺 序相匹配。所有的标 签页根据各自的四个 记录通道，组织成四 个水平排列的彼此类 似的界面元件组。这 些标签页如下： 设置：用户为每个记录通 道的独立标签页控件 设置一组参数，来设 计自动化实验。4幅 XY坐标图为每个通 道都提供了整个实验 设计的用户事件驱动 显示。每个脑片可能 需要独立设置50多 个参数，然后将其保 存，方便后续设计重 载这些参数。 测试：该部分提供脑片场电 位的手动激励记录。 绘图每个脑片所最新 记录的场电位，同时 将累积分析结果制 图。该标签页展现了 典型实验中的手动步 骤。实验中，用户需 要仔细优化电极的位 置，并监测脑片的稳 定性。 操作：选择该标签页来开始 执行在“设置”标签页中所配置的实 验。有一个对话框显 示了可选的待激活通 道。然后，将运行该 实验直至完成，一般 来说这个过程要持续 好几个小时。每个记 录通道的其它标签控 件中都有一组图表， 而且这些图表中的分 析结果不断更新。  1/4