スパイクソーティング

スパイク ソーティングは、電気生理学的データの分析に使用される技術の一種です。スパイクソーティング アルゴリズムは、脳内の 1 つ以上の電極で収集された波形の形状を使用して、1 つ以上のニューロンの活動を背景の電気ノイズから区別します。

ニューロンは、研究室の専門用語で「スパイク」と呼ばれる活動電位を生成します。この用語は、微小電極を使用して個々のニューロンの近くで記録された電気信号を指すことが多いです（例外：EEG記録の「スパイク」）。これらの記録では、活動電位は鋭いスパイク（ベースラインからの偏差）として現れます。これらの細胞外電極は、接触点でフィールドを構成するすべてのコンポーネントを拾います。これには、シナプス電流と活動電位によるコンポーネントが含まれます。シナプス電流は時間経過が遅く、スパイクは時間経過が速いです。したがって、スパイクにはハイパス、シナプス機構にはローパスというフィルタリングによって簡単に分離できます。シナプス電流は、全体的な局所場電位（LFP）に寄与します。^[1] スパイクソーティングとは、スパイクをさまざまなニューロンに割り当てるプロセスを指します。この背景は、電極によって記録されるスパイク イベントの正確な時間経過が、ニューロンのサイズと形状、ニューロンに対する記録電極の位置などによって決まることです。ただし、組織内の細胞の外側に配置されたこれらの電極は、その近くの複数のニューロンによって生成されたスパイクを「見る」ことがよくあります。スパイクの形状はニューロンごとに独特で再現性が高いため、スパイクを使用して、異なるニューロンによって生成されたスパイクを区別し、各ニューロンによって生成された活動を分離することができます。

技術的には、これはスパイクの異なるサイズ（単純だが不正確なバージョン）またはスパイクの波形全体を利用するより高度な分析に基づいて達成されることが多いです。この手法では、主成分分析やウェーブレット分析などのツールがよく使用されます。

複数の電極は、電極付近のニューロンによって誘発された個々のスパイクごとに異なる波形を記録します。次に、電極の幾何学的構成を使用して追加の次元を定義し、記録された細胞集団のどの個々の細胞からどのスパイクが発生したかを分析できます。したがって、複数の電極を使用したスパイクの分類は、単に波形の形状に基づく分類よりも優れています。最も一般的な設定では、「テトロード」（真空管のテトロードとは異なる）と呼ばれる 4 つのマイクロ電極を使用しますが、さらに多くの電極を使用することもできます。記録電極は、実験中に良好な接触を確保し、抵抗の変化を防ぐために、露出した先端に金またはプラチナをメッキした金属ワイヤまたはPCB上の細かいプリントにすることができます。

2つの異なるニューロンからのスパイクの主成分重み

スパイクの形状は、異なるニューロンへの割り当てに応じて色分けされています。青いトレースは、明確に割り当てることができませんでした。

• Scholarpedia のスパイクソートに関する記事