A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
هنا ، نقدم بروتوكولا لإجراء تصوير الكالسيوم ثنائي الفوتون في الدماغ الأمامي الظهري لسمك الزرد البالغ.
يظهر الزرد البالغ (Danio rerio) ذخيرة غنية من السلوكيات لدراسة الوظائف المعرفية. لديهم أيضا دماغ مصغر يمكن استخدامه لقياس الأنشطة عبر مناطق الدماغ من خلال طرق التصوير البصري. ومع ذلك ، كانت التقارير حول تسجيل نشاط الدماغ في سلوك الزرد البالغ نادرة. تصف الدراسة الحالية إجراءات إجراء تصوير الكالسيوم ثنائي الفوتون في الدماغ الأمامي الظهري لسمك الزرد البالغ. نحن نركز على خطوات لمنع أسماك الزرد البالغة من تحريك رؤوسها ، مما يوفر الاستقرار الذي يتيح التصوير بالليزر لنشاط الدماغ. يمكن للحيوانات المقيدة الرأس تحريك أجزاء أجسامها بحرية والتنفس دون مساعدات. يهدف الإجراء إلى تقصير وقت جراحة تقييد الرأس ، وتقليل حركة الدماغ ، وزيادة عدد الخلايا العصبية المسجلة. يتم أيضا وصف الإعداد لتقديم بيئة بصرية غامرة أثناء تصوير الكالسيوم هنا ، والذي يمكن استخدامه لدراسة الارتباطات العصبية الكامنة وراء السلوكيات المحفزة بصريا.
كان التصوير الفلوري للكالسيوم باستخدام مؤشرات مشفرة وراثيا أو أصباغ اصطناعية طريقة قوية لقياس النشاط العصبي في الحيوانات التي تتصرف ، بما في ذلك الرئيسيات غير البشرية والقوارض والطيور والحشرات1. يمكن قياس نشاط مئات الخلايا ، حتى حوالي 800 ميكرومتر تحت سطح الدماغ ، في وقت واحد باستخدام التصوير متعدد الفوتون 2,3. يمكن أيضا قياس نشاط أنواع معينة من الخلايا عن طريق التعبير عن مؤشرات الكالسيوم في مجموعات الخلايا العصبية المحددة وراثيا. يفتح تطبيق طريقة التصوير لنماذج الفقاريات الصغيرة إمكانيات جديدة في مجال حساب الخلايا العصبية عبر مناطق الدماغ.
الزرد هو نظام نموذجي يستخدم على نطاق واسع في أبحاث علم الأعصاب. تم استخدام يرقات الزرد في حوالي 6 أيام بعد الإخصاب لتصوير الكالسيوم بسبب دماغها المصغر وجسمها الشفاف4. تستخدم أسماك الزرد اليافعة (3-4 أسابيع) أيضا لدراسة الآليات العصبية الكامنة وراء المسارات الحسيةالحركية 5،6. ومع ذلك ، يتم الوصول إلى مستوى الأداء الأقصى للسلوكيات المعقدة ، بما في ذلك التعلم الترابطي والسلوكيات الاجتماعية ، في سنأكبر 7,8. وبالتالي ، يلزم وجود بروتوكول موثوق لدراسة الوظائف المعرفية المتعددة في أدمغة الزرد البالغ باستخدام طرق التصوير. في حين أن يرقة الزرد وصغار الزرد يمكن أن تكون جزءا لا يتجزأ من الأغاروز للتصوير في الجسم الحي ، فإن الزرد البالغ في عمر 2 أشهر أو أكثر يعاني من نقص الأكسجة في مثل هذه الظروف ويكون قويا جسديا بحيث لا يمكن تقييده بواسطة الأغاروز. لذلك ، يلزم إجراء عملية جراحية لتثبيت الدماغ وتمكين الحيوان من التنفس بحرية من خلال الخياشيم.
هنا ، نصف بروتوكول مسند الرأس الذي يتضمن تصميما جديدا لقضيب رأس واحد. وقت الجراحة المنخفض البالغ 25 دقيقة هو ضعف سرعة الطريقة السابقة9. نصف أيضا تصميم غرفة التسجيل (خزان شبه سداسي) ، ومرحلة الرأس وآلية القفل السريع للجمع بين الجزأين9. أخيرا ، يتم أيضا وصف الإعداد لتقديم حافز بصري غامر لدراسة نشاط الدماغ والسلوكيات التي يتم تشغيلها بصريا. بشكل عام ، يمكن استخدام الإجراءات الموضحة هنا لإجراء تصوير الكالسيوم ثنائي الفوتون في مجموعات الخلايا المحددة وراثيا في أسماك الزرد البالغة المقيدة بالرأس ، مما يتيح التحقيق في أنشطة الدماغ خلال النماذج السلوكية المختلفة.
تمت الموافقة على جميع الإجراءات الحيوانية وتنفيذها وفقا للمبادئ التوجيهية للجنة المؤسسية لرعاية واستخدام الحيوان في Academia Sinica. يمكن العثور على تفاصيل أدوات البحث في جدول المواد.
1. إعداد غرفة التسجيل
الشكل 1: الأدوات اللازمة لجراحة مسند الرأس. (أ) آلية القفل السريع بين الصفيحة الدائرية لمرحلة الرأس ولوحة القاعدة داخل الخزان شبه السداسي. يمكن العثور على ملفات التصميم بمساعدة الكمبيوتر (CAD) للأجزاء المصنوعة حسب الطلب في الملفات التكميلية 1-4. (ب) قضيب رأس على شكل Ω لمسند الرأس. (ج) المناور الدقيق ثلاثي المحاور المستخدم لوضع قضيب الرأس في موقع الملحق. أقحم: اتجاه شريط الرأس في الطين. د: مدفع لحمل السمكة أثناء الجراحة. أقحم: اتجاه الأسماك داخل المدفع. (ه) وحدة تحميل الأسماك والمناور الدقيق المستخدم لتحميل الأسماك على مرحلة الرأس. أقحم: اتجاه الأسماك داخل الوحدة. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
2. جراحة مسند الرأس
الشكل 2: الخطوات الرئيسية أثناء جراحة تقييد الرأس. أ: تركيب الكبسولة داخل المدفع. ب: مواقع التعلق على الجمجمة (حمراء). تحدد الأسهم الحمراء مواقع الأوعية الدموية. (ج) الجزء العلوي: قضيب رأس متصل بجمجمة السمكة. القاع: الأسماك المحملة على مرحلة الرأس. د: الجروح اللازمة لإزالة الجلد فوق الدماغ الأمامي. تشير الأرقام إلى تسلسل القطع. تجنب إزالة الجلد في الموقع المحدد (رأس السهم) لمنع نزيف الحيوان. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
3. التصوير ثنائي الفوتون
الشكل 3: الإعداد لإجراء تصوير الكالسيوم، وتسجيل السلوك، وعرض المثير البصري . (أ) تقدم ثلاثة أجهزة عرض مثيرا بصريا على جدران الخزان شبه السداسي. تستخدم مصابيح الأشعة تحت الحمراء على الجانب لإضاءة جسم الزرد. (ب) وضع العدسة الموضوعية. اليسار: منظر أمامي. اليمين: منظر جانبي. تبلغ المسافة بين العدسة الشيئية 16x ومنطقة الدماغ المستهدفة حوالي 2.5 مم. (ج) مثال على صورة ثنائية الفوتون. اليسار: أقصى إسقاط للدماغ الأمامي الظهري بأكمله في Tg [neuroD: GCaMP6f]. على اليمين: صورة مكبرة للكشف عن الخلايا العصبية عبر مناطق متعددة من الدماغ. أقحم: تكبير أعلى من منطقة مختلفة من الدماغ. الصور هي متوسطات 10 ثوان من البيانات المسجلة عند 5 هرتز. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
يتكون البروتوكول من جزأين: جراحة تقييد الرأس وتصوير الكالسيوم ثنائي الفوتون للأنشطة العصبية في الدماغ الأمامي. يتم تعريف نجاح الجراحة من خلال بقاء الحيوان واستقرار مسند الرأس. يمكن تحسين معدل البقاء على قيد الحياة بشكل كبير عن طريق التروية المتكررة لمحلول TMS بنسبة 0.01٪ عن طريق الفم أثناء ا...
هنا ، نصف بروتوكولا مفصلا لتقييد رأس الزرد البالغ لتصوير الكالسيوم ثنائي الفوتون. هناك خطوتان حاسمتان لتحقيق مسند رأس مستقر بدرجة كافية للتصوير بالمسح الضوئي بالليزر. أولا ، يجب لصق شريط الرأس على مواقع التعلق المحددة للجماجم. غالبا ما تكون الأجزاء الأخرى من الجمجمة رقيقة جدا بحيث لا توف?...
ويعلن صاحبا البلاغ أنه ليس لهما مصالح مالية متنافسة.
تم دعم هذا العمل من قبل معهد البيولوجيا الجزيئية ، Academia Sinica ، والمجلس الوطني للعلوم والتكنولوجيا ، تايوان. ساعد متجر الآلات في معهد الفيزياء ، أكاديميا سينيكا في تصنيع أجزاء مصممة خصيصا. نود أيضا أن نشكر P. Argast (معهد فريدريش ميشر للبحوث الطبية الحيوية ، بازل ، سويسرا) على تصميم آلية القفل السريع لمرحلة الرأس.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Acquisition card | MBF Bioscience | Vidrio vDAQ | Microscope |
Back-projection film | Kimoto | Diland screen - GSK | present visual stimulus |
Band-pass filter (510/80 nm) | Chroma | ET510/80m | Microscope |
Base plate for the semi-hexagonal tank | custom made | see supplemental files | recording chamber |
Camera filter (<875 nm) | Edmund optics | #86-106 | Behavior recording |
Camera filter (>700 nm) | Edmund optics | #43-949 | Behavior recording |
Camera lens | Thorlabs | MVL50M23 | Behavior recording |
Chameleon Vision-S | Coherent | Vision-S | Laser |
Circular plate for the head stage | custom made | see supplemental files | recording chamber |
Controller for piezo actuator | Physik Instrumente | E-665. CR | Microscope |
Current amplifier | Thorlabs | TIA60 | Microscope |
Elitedent Q-6 | Rolence Enterprise | Q-6 | Surgery: UV lamp |
Emission Filter 510/80 nm | Chroma | ET510/80m | Microscope |
Head bar | custom made | see supplemental files | recording chamber |
Infrared light | Thorlabs | M810L3 | Behavior recording |
LED projector | AAXA | P2B LED Pico Projector | present visual stimulus |
Moist paper tissue (Kimwipe) | Kimtech Science | 34155 | Surgery: moist paper tissue |
Motorized XY sample stage | Zaber | X-LRM050 | Microscope |
Neutral Density Filters (50% Transmission) | Thorlabs | NE203B | present visual stimulus |
Ø1/2" Post Holder | ThorLabs | PH1.5V | Surgery: hollow tube for cannon |
Ø1/2" Stainless Steel Optical Post | ThorLabs | TR150/M | Surgery: fish loading module |
Objective lens 16x, 0.8NA | Nikon | CF175 | Microscope |
Oil-based modeling clay | Ly Hsin Clay | C4086 | Surgery: head bar holder |
Optical adhesive | Norland Products | NOA68 | Surgery: UV curable glue |
Photomultiplier tube | Hamamatsu | H11706P-40 | Microscope |
Piezo actuator | Physik Instrumente | P-725.4CA PIFOC | Microscope |
Pockels Cell | Conoptics | M350-80-LA-BK-02 | Microscope |
Red Wratten filter (> 600 nm) | Edmund optics | #53-699 | present visual stimulus |
Resonant-Galvo Scan System | INSS | RGE-02 | Microscope |
Right-Angle Clamp for Ø1/2" Post | ThorLabs | RA90/M | Surgery: fish loading module |
Rotating Clamp for Ø1/2" Post | ThorLabs | SWC/M | Surgery: fish loading module |
ScanImage | MBF Bioscience | Basic version | Microscope |
Semi-hexagonal tank | custom made | see supplemental files | recording chamber |
Super-Bond C&B Kit | Sun Medical Co. | Super-Bond C&B | Surgery: dental cement |
Tricaine methanesulfonate | Sigma Aldrich | E10521 | Surgery: anesthetic |
USB Camera | FLIR | BFS-U3-13Y3M-C | Behavior recording |
Vetbond | 3M | 1469SB | Surgery: tissue glue |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionExplore More Articles
This article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved