A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
تقدم هذه الورقة مقاربة الجمع بين المسح الضوئي ليزر ضوئي مع تسجيلات خلية كاملة في الفئران المعدلة وراثيا معربا عن GFP في الخلايا العصبية المثبطة محدودة السكان. هذه التقنية تسمح لرسم الخرائط والتحليل الكمي واسعة النطاق للدوائر المحلية متشابك من الخلايا العصبية المثبطة محددة القشرية.
الخلايا العصبية المثبطة وظيفة ذات أهمية حاسمة لالقشرية. انهم يشكلون حوالي 20٪ من مجموع السكان العصبية القشرية، ويمكن تقسيمها إلى مزيد من الأنواع الفرعية المختلفة على أساس المورفولوجية الخاصة بهم، مناعى، والخصائص الفسيولوجية 1-4. على الرغم من أن الأبحاث السابقة كشفت الكثير عن الخصائص الذاتية للفرد من أنواع الخلايا العصبية المثبطة والمعرفة عن صلاتهم الدوائر المحلية لا تزال محدودة نسبيا 3،5،6. بالنظر إلى أن تتشكل وظيفة كل عصبون المرء عن طريق مساهمتها متشابك مثير والمثبطة داخل الدوائر القشرية، لقد تم مسح ضوئي باستخدام الليزر (LSPS) لاتصالات خريطة الدوائر المحلية لأنواع الخلايا المثبطة محددة. مقارنة التحفيز الكهربائي التقليدية أو الغلوتامات التحفيز نفخة، LSPS لديه مزايا فريدة تسمح لرسم الخرائط والتحليل الكمي واسعة من المدخلات الفنية المحلية على الخلايا العصبية بشكل فردي سجلت 3،7-9. الليزر الصورةالتحفيز عن طريق uncaging الغلوتامات ينشط الخلايا العصبية بشكل انتقائي perisomatically، دون تفعيل محاور عصبية من التشعبات أو مرور البعيدة، والتي تضمن قرار التعيين الفرعية الصفحي. هي مناسبة تماما لحساسية وكفاءة المدخلات لرسم الخرائط LSPS من مواقع عديدة على مدى التحفيز منطقة كبيرة لتحليل الدوائر القشرية.
هنا نقدم أسلوب LSPS جنبا إلى جنب مع خلية كاملة التصحيح للقط المحلية رسم خرائط الدوائر المثبطة. ومما يسهل من التسجيلات استهدفت أنواع الخلايا المثبطة محددة عن طريق استخدام الفئران المعدلة وراثيا معربا عن البروتينات الفلورية الخضراء (GFP) في الخلايا العصبية المثبطة محدودة السكان في القشرة 3،10، والتي تمكن من أخذ عينات تتفق أنواع الخلايا المستهدفة وتحديد واضح للأنواع الخلايا سجلت . أما بالنسبة لرسم الخرائط LSPS، ونحن الخطوط العريضة لنظام الأجهزة، ووصف الإجراء التجريبي والحصول على البيانات، وتقديم أمثلة على رسم خرائط الدوائر الابتدائية في الماوس somatosensory القشرة. كما هو موضح في تجاربنا، يتم تنشيط الغلوتامات في قفص في منطقة محدودة مكانيا من شريحة الدماغ عن طريق التحلل الضوئي ليزر الأشعة فوق البنفسجية؛ متزامنة الجهد المشبك التسجيلات تسمح كشف ضوئي-استجابات متشابك. يتم إنشاء خرائط لمدخلات متشابك مثير أو المثبطة إما إلى الخلايا العصبية المستهدفة عن طريق المسح الضوئي شعاع الليزر لتحفيز مئات المواقع المحتملة قبل المشبكي. وهكذا، يمكن LSPS بناء خرائط تفصيلية للمدخلات متشابك تؤثر على أنواع معينة من الخلايا العصبية المثبطة من خلال التجارب المتكررة. أخذت معا، هذه التقنية على أساس ضوئي يقدم علماء الأعصاب أداة قوية لتحديد التنظيم الوظيفي للدوائر المحلية القشرية.
1. الدماغ شريحة إعداد
2. معدات بدء التشغيل
ويتضح تنفيذ نظام شامل في الشكل 1.
3. إنشاء شريحة نضح
4. كله خلية التصحيح لقط تسجيل
5. الليزر هيئة السلع التموينيةnning ضوئي
6. Photostimulatأيون تحليل البيانات
يتم تطبيق منهجية تم تطويرها حديثا لدينا وتنفيذ البرامج 11 إلى كشف وقياس الأحداث ضوئي-أثار متشابك في خرائط البيانات الخام. كما يتضح في الشكل 2، هي التي شيدت مرمزة الخرائط لتوضيح نمط متشابك من المدخلات إلى الخلايا العصبية المسجلة.
7. ممثل النتائج:
وتظهر النتائج مثال على تسجيل الكهربية ورسم الخرائط ضوئي في الشكل 2. واستهدفت تسجيلات من أنواع الخلايا المثبطة محددة ممكن باستخدام الفئران المعدلة وراثيا معربا عن GFP في أنواع الخلايا المثبطة المعروفة. نظرا لتنوع interneurons المثبطة، يتم الجمع بين تحليلات التعبير GFP، الكهربية الذاتية والصفات المورفولوجية (الشكل 2A) للوصول إلى التصنيف النهائي الخلية نوع. الرقم 2B-C توضيح أن ضوئي ليزر المسح يسمح لرسم خرائط واسعة من cortic المحليةشركة اتصالات الدائرة لالخلايا العصبية المثبطة واحد. يظهر مخطط البيانات الخام في الشكل 2C. ويستثنى من الردود uncaging مباشرة من تحليل البيانات (الشكل 2C). الخرائط الإدخال الكمي ومرمزة، هو موضح في الشكل 2D-F. تلقت سبيل المثال سريع التشويك المثبطة interneurons قوية مدخلات متشابك مثير (EPSCs) من طبقة 4 و الطبقات العميقة. عن طريق ربط المنظمة الخلية المدخلات متشابك لمسارات محددة القشرية، ونحن قادرون على استنتاج دورها ممكن (على سبيل المثال، وردود الفعل وتثبيط feedforward) في معالجة المعلومات القشرية.
الشكل 1. الأجهزة العامة نظام ليزر ضوئي المسح. لدينا نظام التحكم الشامل يتكون من ضوئي، تصوير الفيديو، وأنظمة تسجيل الكهربية. اعتمدنا في تصميم نظام LSPS سبق وصفها 7،17. يتم استخدام وحدة لتوليد الليزر 355 نانومتر الأشعة فوق البنفسجية لاسإيه لuncaging الغلوتامات. يتم توجيه شعاع الليزر من خلال مسار بصري لنظامنا. يتم التحكم باستخدام المغير الكهربائية الضوئية (أي pockels الخلية) ومفتاح ميكانيكي - فترات قصيرة من ومضات ليزر (3 مللي سبيل المثال، 1). شعاع الليزر الطاقة عن طريق التضمين عجلة التدرج الكثافة محايدة ورصد من خلال تحويل جزء صغير من شعاع الليزر مع ساترة الزجاج إلى الثنائي الضوئي. نظام المسح الضوئي ليزر يتضمن زوج من المرايا XY المسح، مسح العدسة، العدسة أنبوب، وعدسة الهدف. المرايا تسليم شعاع الليزر من خلال عدسة المسح الضوئي، ثم يدخل شعاع المجهر عبر مرآة مزدوج اللون ويتركز بواسطة عدسة مصنوعة خصيصا أنبوب الأشعة فوق البنفسجية الإرسال. شعاع underfills الفتحة الخلفي من الهدف المجهر لتوفير مزيد من عمودي (في مقابل المخروطية) إلقاء الضوء شعاع، والحفاظ على رسم الخرائط ثنائية الأبعاد وممكن عن طريق الحد من القرار المحوري. في إطار الهدف 4X، شعاع الليزر تشكل البقع uncaging، كل approximatiنانوغرام لمحة جاوس مع عرض من 153 ميكرومتر أفقيا في المستوى البؤري (انظر إدراج). ويمكن تحقيق العديد من المناصب تحفيز الليزر من خلال المرايا الجلفانومتر يحركها المسح XY، والمرايا وفتحة الخلفي من الهدف في الطائرات المتقارن، ترجمة مواقع مختلفة في مرآة مواقع المسح في الطائرة عدسة الهدف التنسيق. خلال uncaging، يتم تحفيز عدد متغير من نمط المواقع التي تغطي المجال الكامل بالتتابع في nonraster، اعشوائي تسلسل لتجنب إعادة النظر في محيط مواقع حفز مؤخرا. يرجى الرجوع إلى شو وآخرون (2010) للحصول على معلومات أكثر تفصيلا.
الشكل 2. رسم الخرائط المحلية الاتصالات الدائرة مثير لعصبون السريعة التشويك، معربا عن GFP في طبقة القشرة 4 من الماوس الحسية الأولية. A1 و A2 عرض الصور وDIC الفلورسنت GFP للخلية المستهدفة تحت 60Xالهدف في شريحة الدماغ المعيشة، في حين A3 يبين شكل الخلية التي كشفت عنها تلطيخ biocytin في شريحة، بعد تسجيل الثابتة. A4 يوضح أنماط إطلاق الخلية GFP مسجل، سمة من عصبون السريعة التشويك المثبطة، واستجابة لحقن الحالي intrasomatic من نقاط القوة مختلفة. B تظهر صورة شريحة فرضه مع 16 موقعا ضوئي بسرعة x16 (*). يشار إلى موقع الخلية بواسطة دائرة حمراء صغيرة. C يظهر مجموعة من آثار استجابة ضوئي-أثار من المواقع التحفيز هو مبين في B، بينما عقدت خلية في -70 بالسيارات للكشف عن التيارات مثير الداخل. ويوضح أشكال مختلفة من الاستجابات ضوئي من آثار في مواقع 1 و 2، والذي يتم توسيع وتظهر بشكل منفصل في إدراج. تتبع 1 هو مثال للردود مباشرة (المشار إليها بواسطة رؤوس سهام الحمراء) إلى الغلوتامات uncaging على جسم الخلية والتشعبات promximal. آثار أخرى في 2 أمثلة نموذجية من متشابك مثير فيوضع استجابات (الأزرق). ويمكن تمييز الاستجابات المباشرة والمدخلات متشابك من سعة والإختفاء الاستجابة. D، E و F هي خرائط ملونة (16X16 المواقع) من متوسط السعة EPSC، الأرقام EPSC، وأول الكمون EPSC الكشف في الموقع، على التوالي، للبيانات الخام هو مبين في الخريطة C. اتساع المدخلات المتوسط من كل موقع التحفيز هو السعة متوسط EPSCs في إطار التحليل، مع استجابة عفوية خط الأساس تطرح من الاستجابة ضوئي من نفس الموقع. كما يتم قياس عدد EPSCs ووقت الوصول أو الكمون من EPSC أول اكتشاف في الموقع وتآمر. يرجى الرجوع إلى (شي وآخرون، 2010) لمزيد من التفاصيل.
وقد تم تعيين ضوئي تقنيات القائمة على التطبيق الفعال لتحليل الدوائر القشرية. ليزر ضوئي مسح جنبا إلى جنب مع تسجيل خلية كاملة يسمح رسم الخرائط عالية القرار من توزيعات الصفحي من مصادر إدخال الخلايا العصبية قبل المشبكي إلى واحد، وذلك لأن وقت واحد تسجيل من الخلايا العصبية...
الإعلان عن أي تضارب في المصالح.
نشكر تران هيونه، أندرو سان أنطونيو، لين جيري للحصول على المساعدة التقنية. وقد تم تمويل هذا العمل من قبل المعاهد الوطنية للصحة منح DA023700 وDA023700-04S1 إلى XX
Name | Company | Catalog Number | Comments |
اسم كاشف | شركة | كتالوج رقم | تعليقات |
خطوط الماوس المعدلة وراثيا | جاكسون المختبر أو من مصادر أخرى | يرجى الرجوع إلى وكلوي شو (2009) | |
نظارات GFP | BLS المحدودة، المجر | ||
vibratome | نظم ايكا | VT1200S | |
MNI الغلوتامات في قفص (4-ميثوكسي-7-nitroindolinyl-L-الغلوتامات في قفص) | العلوم البيولوجية Tocris، Ellisville، MO | القط رقم 1490 | |
biocytin | B4261 | ||
القطب مجتذب | سوتر الصك، نوفاتو، CA | P-97 | |
أنابيب الزجاج لصنع أقطاب كهربائية | BF150-86-10 | ||
Multiclamp مكبر للصوت 700B | الجزيئية الأجهزة، سانيفيل، CA | Multiclamp 700B | |
الكاميرا الرقمية CCD | Q-التصوير، أوستن، TX | Retiga 2000 | |
البحث المجهر | أوليمبوس، طوكيو، اليابان | BW51X | |
UV وحدة الليزر | DPSS الليزر، سانتا كلارا، كاليفورنيا | نموذج 3501 | |
غيرها من معدات ليزر المسح phostimulation | يرجى الرجوع إلى شو وآخرون (2010) |
الحلول:
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved