この作品は、生物医学研究のためのフリードリッヒミーシャー研究所、マックスプランク協会、およびヒューマン·フロンティア·サイエンス·プログラムによってサポートされていました。

全ての動物手順は、認可されカントンバーゼルシュタットの獣医学科のガイドラインに従って実施した。 1。ハードウェアおよびソフトウェアのセットアップ<ol><li>二光子顕微鏡のセットアップ： <ol><li>照明光源（パルス幅&lt;120フェムト秒）のようなパルス状の赤外線レーザーを使用してください。 </li><li> 8または12 kHzの共振スキャナおよび標準の検流計で構成されるスキャンヘッドを使用してください：これは750×400ピクセルで40または60Hzのフレームレートを可能にします。高フレームレートは、画像の歪みを誘発した脳の動きを最小限に抑えるために重要である。より高い信号の収率でさらに高速な共振スキャン結果および16および光毒性を退色低減します。 </li><li>複数の深さで取得時間インタリーブ画像を順次ピエゾ電気高速のzステッパを使用注：これは、任意のフレームレートを犠牲にしてデータの収率を増加させるために使用される。 </li><li> AMを使用組織へのレーザー露光を減らすためechanicalブランカ。共振スキャナの振幅に応じて、ブランカの幅を調整注：原因レゾナントスキャナのスキャン·パスの正弦波特性により、レーザービームは、スキャン方向転換点での比較的遅い移動します。レーザー露光が最大であるこれらのターンアラウンド点における組織の損傷を防止するために、機械的なブランカは、レーザビーム走査を停止し、チューブレンズの焦点面との間に導入される。 </li><li> FPGAハイパスフィルタと画素にPMT信号をビン：データ収集のためのメモフィールド·プログラマブル·ゲート·アレイ（FPGA）と組み合わせた高速デジタイザ（800 MHz）を使用する。バンドパスフィルタにおけるPMT増幅結果FPGA上で効果的なローパスフィルター上のハイパスフィルタの組み合わせは、概ねレーザ（80メガヘルツ）の繰り返し率を中心。サンプルFPGAコードは、サプリメントとして提供される。 </li></ol></li><li> Dombeckや同僚の設計に基づいて、空気がサポートしているトレッドミルのセットアップ2 <ol><li>少なくとも10mm、内径の空気供給管を用いて空気供給ラインにボールホルダーを接続する。ボールホルダ空気供給口の断面積を最大にし、主空気供給とボールホルダーとの間にチューブの十分な量を配置注増加断面および空気供給管の長さの増加は、ノイズの発生を低減する。 </li><li>カスタム設計と3D印刷のボールホルダーに発泡スチロールのボール（直径20cm）を配置します。 </li><li>行動パラダイムにおいて、前方向（および逆方向）移動が必要な場合は、ボールの側面にピン（ 例えば 19gの皮下注射針）を挿入して横（ピッチ）軸とボールの動きを制限注意：一般的に動物はに適応この減速回転パラダイムにおけるより迅速にセットアップ。 </li><li> 1つまたは2つのコンピューターの光学式マウスを用いて、ボールの軌道運動それぞれ、2または3つの軸を中心に動きを検出することに注意してください：コンピュータのマウスは、理想的に画像化した少なくとも干渉赤外線ダイオードで動作する必要があります。 </li></ol></li><li>仮想現実環境のセットアップ<ol><li>仮想現実環境を準備します（注）。Panda3D、自由に利用できるゲームエンジンに基づいてサンプル環境を、サプリメントとして提供されています。仮想環境のオブジェクトはWings3D、オープンソースの3Dモデラーを使用して生成されます。サンプルプログラムは、データ取得カードの位置情報を読み取り、仮想環境での移動にこれを変換する。コー​​ドは、トロイダルスクリーンに投影される環境に必要な非線形変換を実行します。トロイダル型スクリーンの詳細な構造は他14,17について説明した。 </li><li>仮想環境を表示するためのLEDプロジェクターやLEDバックライトコンピュータの画面を使用してください。ゲーティングCIRを統合撮影時のLEDの迅速なちらつきのためCUIT 注：視覚刺激中2光子イメージングに内在する問題は、客観的に遮蔽することによって低減することができ、視覚的刺激システム、から発生する光漏れです。しかし、視覚刺激システムからの光漏れを完全に撮像中に視覚的な刺激のために使用されるLEDアリーナで行われているように、（データが取得されていない）、共振スキャナのターンアラウンドポイントにプロジェクターの光出力を同期させることにより廃止することができますショウジョウバエ 18。これは、視覚刺激およびデータ収集の有効高速交番（ 図2参照）をもたらす。フリッカ周波数（24 kHzの）は、ちらつきがもはや動物によって知覚されていない上に、フリッカー値以上の桁である。商用LEDプロジェクタに本変形例の電子回路図を図3に示す。 </li></ol></li><li>子犬ILの追跡<ol><li>瞳位置追跡のためのCM​​OSベースのビデオカメラ（30 FPS）を使用します。カメラは赤外線カットフィルタが含まれていないことを確認してください。瞳孔は目を通って出る二光子励起レーザーからの迷光による録音時に高コントラストで表示されます。瞳位置および直径は、Sakataniとアイサ19の設計に基づいて、カスタムプログラムソフトウェアを用いてリアルタイムに抽出する。 </li></ol></li></ol> 2。遺伝的カルシウムインジケータとウィンドウインプラントの注入以前に以下の追加で説明したようにカルシウム指示薬20と頭蓋窓21の注入の注入が実行されます。 <ol><li>ウイルス溶液を充填し、圧力注入システムに接続されたガラス注入ピペットを用いて関心領域内にウイルスを注射する。ピペットに応じて圧力を調整インナー直径、通常は約70〜140ミリバール、1〜2分間かけてウイルス溶液約100 NLを注入する。低周波数で供給低容量噴射パルス（2 Hzで0.05秒パルス）が注射中にピペット沿っウイルスのオーバーフローを防止するために使用されるべき注：注入量を監視するために、ピペットは、小さなにマークすることができる均等立体顕微鏡下での長さ（ 例えば 、0.5ミリメートル）離間されている。マーキング間のメニスカスの変位は次いで、注入量を推定するために使用することができる。 </li><li>数週間注射後は、これは約500μmの直径が密集標識された細胞の塊を生じるはずである。関心領域におけるGECI式の有効性GECIの選択とプロモーターの組み合わせだけでなく、使用される組換えAAVの感染力価および血清型に依存します（注）。とAAV2/1-EF1α-GCaMP5の代表例として、射出ウイルスTIT満足な表情でのマウスの結果の一次視覚野に8×10 12 GC / mlとERは約2週間は、注射（ 図1）を投稿してください。 </li><li>ヘッドバーは、マウスの視野を妨げないはずですが、行動の間に安定したイメージングを可能にするのに十分に剛性でなければなりません。これは、典型的には、（ 図1を参照）ヘッドバーの両側に2つの結合点を必要とする。しっかりと頭蓋骨にヘッドバーを取り付けるには、ヘッドバーが付いてしまいますさらさ頭蓋骨の面積を最大化し、乾燥させることを確認してください。さらに、メスまたはシリンジを使用し、それによって接着する表面積を増加浅溝を作成するために頭蓋骨を傷つける。歯科用セメントでヘッドバーを取り付ける前に、シアノアクリレート組織接着剤で骨をカバーしています。 </li></ol> 3。実験手順<ol><li>ウイルス注射後2〜3週間、エピの下で明確さと表現のための頭蓋窓インプラントをチェック蛍光照明。表在血管の明瞭かつはっきりと定義された境界は、窓インプラント（ 図1参照） を撮像するのに適していることをよく示している。 </li><li>測定したサンプルで50 mWの低い値にレーザーパワーを調整します。 </li><li>球形トレッドミルへの気流をオンにします。 </li><li>顕微鏡下で、ヘッド固定のために、簡単にストレスを減少させるためにイソフルランで動物を麻酔する。イソフルラン麻酔容器に動物を配置し、動物が（約10秒）を移動させる停止するまで待ちます。動物を取り外し、すぐに頭を顕微鏡下でそれを修正する。 </li><li>まだ動物へのアクセスを可能にするために、動物にできるだけ近いビジュアル·ディスプレイ·システムを配置します。少ない視認動物実験で、少ない動物は、実験の最初の段階の間になります強調している。 </li><li>頭蓋窓のインプラントは埃や汚れのないことを確認します。水できれいに必要に応じて。 </li><li>頭蓋窓と水浸対物レンズの間に液浸媒体として明確な超音波ゲルを適用します。これは、水の蒸発や漏れが遅い画像劣化の問題を解決し、水を保持するためにヘッドバーにコーンをマウントする必要性を軽減する注：遠心の使用前のゲルは、すべての気泡を除去し、空気を作成しないように注意するゲルの適用中に気泡。気泡が厳しく、画質を劣化させる可能性がある。 </li><li>遮光のための客観的かつヘッドバーの周囲に黒いテープの一部を包む。 </li><li>その最終的な位置に仮想環境アリーナを移動し、瞳孔追跡のためのビデオカメラを調整します。 </li><li>実験中に使用される走査振幅に合わせてレーザーブランカを設定します。 </li><li>データの記録を開始。 </li></ol>

<ol>
	<li>Helmchen, F., Fee, M. S., Tank, D. W., Denk, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Miniature+Head-Mounted+Two-Photon+MicroscopeHigh-Resolution+Brain+Imaging+in+Freely+Moving+Animals.">A Miniature Head-Mounted Two-Photon MicroscopeHigh-Resolution Brain Imaging in Freely Moving Animals.</a> Neuron. 31 (6), 903-912 (2001).</li><li>Dombeck, D. A., Khabbaz, A. N., Collman, F., Adelman, T. L., Tank, D. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Imaging+large-scale+neural+activity+with+cellular+resolution+in+awake,+mobile+mice.">Imaging large-scale neural activity with cellular resolution in awake, mobile mice.</a> Neuron. 56, 43-57 (2007).</li><li>Dombeck, D. A., Harvey, C. D., Tian, L., Looger, L. L., Tank, D. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+imaging+of+hippocampal+place+cells+at+cellular+resolution+during+virtual+navigation.">Functional imaging of hippocampal place cells at cellular resolution during virtual navigation.</a> Nat. Neurosci. 13 (11), 1433-1440 (2010).</li><li>Harvey, C. D., Coen, P., Tank, D. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Choice-specific+sequences+in+parietal+cortex+during+a+virtual-navigation+decision+task.">Choice-specific sequences in parietal cortex during a virtual-navigation decision task.</a> Nature. 484 (7395), 62-68 (2012).</li><li>Huber, D., Gutnisky, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multiple+dynamic+representations+in+the+motor+cortex+during+sensorimotor+learning.">Multiple dynamic representations in the motor cortex during sensorimotor learning.</a> Nature. 484 (7395), 473-478 (2012).</li><li>Keller, G. B., Bonhoeffer, T., H&#252;bener, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sensorimotor+mismatch+signals+in+primary+visual+cortex+of+the+behaving+mouse.">Sensorimotor mismatch signals in primary visual cortex of the behaving mouse.</a> Neuron. 74 (5), 809-815 (2012).</li><li>Akerboom, J., Chen, T. -. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimization+of+a+GCaMP+Calcium+Indicator+for+Neural+Activity+Imaging.">Optimization of a GCaMP Calcium Indicator for Neural Activity Imaging.</a> J. Neurosci. 32 (40), 13819-13840 (2012).</li><li>Zhao, Y., Araki, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+expanded+palette+of+genetically+encoded+Ca2++indicators.">An expanded palette of genetically encoded Ca2+ indicators.</a> Science. 333 (6051), 1888-1891 (2011).</li><li>Mittmann, W., Wallace, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Two-photon+calcium+imaging+of+evoked+activity+from+L5+somatosensory+neurons+in+vivo.">Two-photon calcium imaging of evoked activity from L5 somatosensory neurons in vivo.</a> Nat. Neurosci. 14 (8), 1089-1893 (2011).</li><li>Katona, G., Szalay, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fast+two-photon+in+vivo+imaging+with+three-dimensional+random-access+scanning+in+large+tissue+volumes.">Fast two-photon in vivo imaging with three-dimensional random-access scanning in large tissue volumes.</a> Nat. Methods. 9 (2), 201-208 (2012).</li><li>Mank, M., Santos, A. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+genetically+encoded+calcium+indicator+for+chronic+in+vivo+two-photon+imaging.">A genetically encoded calcium indicator for chronic in vivo two-photon imaging.</a> Nat. Methods. 5 (9), 805-811 (2008).</li><li>Margolis, D. J., L&#252;tcke, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reorganization+of+cortical+population+activity+imaged+throughout+long-term+sensory+deprivation.">Reorganization of cortical population activity imaged throughout long-term sensory deprivation.</a> Nat. Neurosci. 15 (11), 1539-1546 (2012).</li><li>Zariwala, H. A., Borghuis, B. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Cre-dependent+GCaMP3+reporter+mouse+for+neuronal+imaging+in+vivo.">A Cre-dependent GCaMP3 reporter mouse for neuronal imaging in vivo.</a> J. Neurosci. 32 (9), 3131-3141 (2012).</li><li>Harvey, C. D., Collman, F., Dombeck, D. A., Tank, D. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intracellular+dynamics+of+hippocampal+place+cells+during+virtual+navigation.">Intracellular dynamics of hippocampal place cells during virtual navigation.</a> Nature. 461 (7266), 941-946 (2009).</li><li>H&#246;lscher, C., Schnee, A., Dahmen, H., Setia, L., Mallot, H. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rats+are+able+to+navigate+in+virtual+environments.">Rats are able to navigate in virtual environments.</a> J. Exp. Biol. 208, 561-5519 (2005).</li><li>Borlinghaus, R. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=MRT+letter:+high+speed+scanning+has+the+potential+to+increase+fluorescence+yield+and+to+reduce+photobleaching).">MRT letter: high speed scanning has the potential to increase fluorescence yield and to reduce photobleaching).</a> Microsc. Res. Tech. 69 (9), 689-692 (2006).</li><li>Reiff, D. F., Plett, J., Mank, M., Griesbeck, O., Borst, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Virtual+Reality+for+Mice,+mousevr.blogspot.com.">Virtual Reality for Mice, mousevr.blogspot.com.</a> Nat. Neurosci. 13, 973-978 (2010).</li><li>Sakatani, T., Isa, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantitative+analysis+of+spontaneous+saccade-like+rapid+eye+movements+in+C57BL/6+mice.">Quantitative analysis of spontaneous saccade-like rapid eye movements in C57BL/6 mice.</a> Neurosci. Res. 58, 324-331 (2007).</li><li>Golshani, P., Portera-Cailliau, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vivo+2-photon+calcium+imaging+in+layer+2/3+of+mice.">In vivo 2-photon calcium imaging in layer 2/3 of mice.</a> J. Vis. Exp. (13), (2008).</li><li>Holtmaat, A., Bonhoeffer, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Long-term,+high-resolution+imaging+in+the+mouse+neocortex+through+a+chronic+cranial+window.">Long-term, high-resolution imaging in the mouse neocortex through a chronic cranial window.</a> Nat. Protoc. 4 (8), 1128-1144 (2009).</li><li>Schmidt-Hieber, C., H&#228;usser, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cellular+mechanisms+of+spatial+navigation+in+the+medial+entorhinal+cortex.">Cellular mechanisms of spatial navigation in the medial entorhinal cortex.</a> Nat. Neurosci. 16 (3), 325-331 (2013).</li></ol>

著者は、彼らが競合する経済的利益を持っていないことを宣言します。

行動2光子イメージングの成功の鍵は、二つの方法で製剤の安定性です。 <ol><li>ウィンドウ移植後日間にわたって、組織の炎症反応は、妨げたり、画像化を防ぐことができます肉芽組織や軟骨の形成の向上につながることができます。 </li><li>実験中に脳が神経活動に関連する蛍光シグナルを破損からモーションアーチファクトを防ぐのに十分安定していなければならない。 </li></ol><p class="j...

（遺伝子GCaMP5 7またはR-GECO 8、又はOGB又はFLUO4など合成染料のような符号化された）カルシウム指示薬の2光子イメージングは、マウス1-6挙動におけるニューロン活性を測定する強力な方法として登場した。それは、脳表面9,10の下約800ミクロンまでのほぼ単一の活動電位解像度での細胞の何百もの活性の同時測定を可能にします。さらに、遺伝的にコードされたカルシウム指示薬（GECIs）を用いたニューロンの活動は、慢性的に5,11,12を測定することができ、遺伝学的に定義された細胞型における13。一緒に、これらの方法は、生体内での神経計算の研究に新たな可能性の多くを開く時間的および空間分解能の程度を提供する。 外科的介入は、イメージングのためのマウス脳を露出させ、標識する必要がある。細胞は、通常、組換えアデノ随伴VIRを使用してトランスフェクトする<html> GECI送達および頭蓋窓のためのボランティア（AAV）系は、脳への光学的アクセスを得るために注射部位上に移植される。ヘッドバーは、次いで、二光子顕微鏡下で、ヘッド固定用の頭蓋骨に取り付けられている。目を覚ましイメージングに関する問題のほとんどは準備中の不安定性に起因するとして、これらのステップの設計と実装は非常に重要です。理想的には、ここで説明する手順は、手術後数ヶ月までの慢性的なイメージングを可能にする必要があります。 2光子イメージングの際に視覚的に導かれた動作を有効にするには、ヘッド固定マウスが空気に座って、それが仮想現実環境をナビゲートするために使用できる球状のトレッドミルを、サポートしていました。トレッドミル上でのマウスの移動は、マウス14,15を囲むトロイダル画面上に表示される仮想環境内の動きに連結されている。このような運動、視覚刺激、及び瞳位置などの行動変数が06を記録することができる。 tは &quot;&gt;我々は仮想現実環境を探索したマウスの慢性2光子イメージングに関わる手順を説明し対処さのキーポイントは次のとおりです。運動アーチファクトの低減、光漏れの低減、同時に記録する細胞の数の最大化、および最小化光損傷。また、空気がサポートしているトレッドミル、瞳孔の追跡、および仮想現実環境の設定について詳しく説明します。ここで説明する手順は行動パラダイムの可能性のある多種多様なヘッドを固定したマウスにおいて、蛍光標識された細胞集団を画像化するために使用することができます。

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="653">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:216px;">cover slips (d = 3-5 mm)</td>
			<td style="width:151px;">Menzel</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:167px;">window implant</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">InSight DeepSee laser</td>
			<td>Spectra-Physics</td>
			<td></td>
			<td>microscope</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">12kHz resonance scanner</td>
			<td>Cambridge Technology</td>
			<td>G1-003-30026</td>
			<td>microscope</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Galvometer</td>
			<td>Cambridge Technology</td>
			<td>G6215H</td>
			<td>microscope</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Digitizer</td>
			<td>National Instruments</td>
			<td>NI 5772</td>
			<td>microscope</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">FPGA</td>
			<td>National Instruments</td>
			<td>PXIe 7965R</td>
			<td>microscope</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Acquisition card</td>
			<td>National Instruments</td>
			<td>PCIe 6363</td>
			<td>microscope</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Emission filter 525/50</td>
			<td>Semrock</td>
			<td>FF03-525/50-25</td>
			<td>microscope</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Piezo-electric z-drive</td>
			<td>Physikinstrumente</td>
			<td>P-726.1CD</td>
			<td>microscope</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Controller for piezo-electric drive</td>
			<td>Physikinstrumente</td>
			<td>E665 LVPZT</td>
			<td>microscope</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Objective 16x, 0.8NA</td>
			<td>Nikon</td>
			<td>CFI75</td>
			<td>microscope</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:216px;">Current amplifier</td>
			<td style="width:151px;">Femto</td>
			<td style="width:119px;">DHPCA-100</td>
			<td>microscope</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:216px;">Photomultiplier tube</td>
			<td style="width:151px;">Hamamatsu</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>microscope</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">USB Camera without IR filter</td>
			<td>ImagingSource</td>
			<td>DMK22BUC03&#160;</td>
			<td>pupil tracking</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Objective 50 mm</td>
			<td>ImagingSource</td>
			<td>M5018-MP&#160;</td>
			<td>pupil tracking</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Macro adapter rings</td>
			<td>ImagingSource</td>
			<td>LAexSet</td>
			<td>pupil tracking</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Optical computer mouse</td>
			<td>Logitech</td>
			<td>G500</td>
			<td>motion tracking</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Styrofoam ball 20 cm</td>
			<td>e.g. idee-shop.de</td>
			<td>08797.00.15</td>
			<td>virtual environment</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">LED projector</td>
			<td>Samsung</td>
			<td>SP-F10M&#160;</td>
			<td>virtual environment</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Acquisition card</td>
			<td>National Instruments</td>
			<td style="width:119px;">NI 6009</td>
			<td>virtual environment</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Panda3D game engine</td>
			<td></td>
			<td><a href="http://www.panda3d.org/">www.panda3d.org</a></td>
			<td>virtual environment</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:216px;">Numpy library for Python</td>
			<td style="width:151px;"></td>
			<td style="width:119px;"><a href="http://www.scipy.org/">www.scipy.org</a></td>
			<td>virtual environment</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:216px;">Scipy library for Python</td>
			<td style="width:151px;"></td>
			<td style="width:119px;"><a href="http://www.scipy.org/">www.scipy.org</a></td>
			<td>virtual environment</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:216px;">NI-DAQmx driver</td>
			<td style="width:151px;">National Instruments</td>
			<td style="width:119px;"><a href="http://www.ni.com/">www.ni.com</a></td>
			<td>virtual environment</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:216px;">Ultrasound gel</td>
			<td style="width:151px;">Dahlhausen</td>
			<td style="width:119px;">5701.0342.10</td>
			<td>imaging</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

two-photon calcium imaging in mice navigating a virtual reality environment

それは行動1-6中に遺伝的に特定された細胞の活性の慢性的測定を可能にするように、近年では、2光子イメージングは、神経科学の非常に貴重なツールとなっています。ここでは、動物は仮想現実環境をナビゲートするときにマウスの皮質における二光子イメージングを実行するための方法を記載している。私たちは、明るく照らされた仮想環境内で動作して、動物におけるイメージングの鍵と実験手順の側面に焦点を当てる。我々はここでアドレスされ、この実験で発生する主要な問題：、脳の運動関連する成果物を最小限にするバーチャルリアリティ投影システムからの光漏れを最小限に抑え、レーザー誘導される組織の損傷を最小限に抑えることができます。また、仮想現実環境を制御し、瞳孔追跡を行うためにサンプルソフトウェアを提供しています。これらの手順とリソースを使えば、マウスを行動する際に使用するため、従来の2光子顕微鏡を変換することが可能でなければなりません。

GECIで標識された細胞集団の二光子カルシウムイメージングの画質が大きく頭蓋窓インプラントの品質に依存する。ウイルス注射の頭蓋窓を次の二週間は、明確にするために点検してください。何肉芽組織や骨の再成長見えた（ 図1A）があってはならない。また、表在血管のパターンが変更されないままべきであり、血管系の境界がはっきりと定義されるべきである。同時に、GEC...

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Two-photon Calcium Imaging in Mice Navigating a Virtual Reality Environment

ここでは、仮想現実環境での動作中のマウス皮質の2光子イメージングに関わる実験手順について説明します。

仮想現実環境をナビゲートマウスにおける二光子カルシウムイメージング

In recent years, two-photon imaging has become an invaluable tool in neuroscience, as it allows for chronic measurement of the activity of genetically ...

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Research

JoVE Journal

Behavior

30.8K ビュー.  Friedrich Miescher Institute for Biomedical Research. ここでは、仮想現実環境での動作中のマウス皮質の2光子イメージングに関わる実験手順について説明します。 

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Development of a Virtual Reality Assessment of Everyday Living Skills

Cognitive impairments affect the majority of patients with schizophrenia and these impairments predict poor long term psychosocial outcomes.&#160; Treatment studies aimed at cognitive impairment in patients with schizophrenia not only require demonstration of improvements on cognitive tests, but also evidence that any cognitive changes lead to clinically meaningful improvements.&#160; Measures of &#8220;functional capacity&#8221; index the extent to which individuals have the potential to perform skills required for real world functioning. &#160;Current data do not support the recommendation of any single instrument for measurement of functional capacity.&#160; The Virtual Reality Functional Capacity Assessment Tool (VRFCAT) is a novel, interactive gaming based measure of functional capacity that uses a realistic simulated environment to recreate routine activities of daily living. Studies are currently underway to evaluate and establish the VRFCAT&#8217;s sensitivity, reliability, validity, and practicality.&#160;This new measure of functional capacity is practical, relevant, easy to use, and has several features that improve validity and sensitivity of measurement of function in clinical trials of patients with CNS disorders.

A challenge for proving treatment efficacy for cognitive impairments in schizophrenia is finding the optimizing measurement of skills related to everyday functioning.&#160; The Virtual Reality Functional Capacity Assessment Tool (VRFCAT) is an interactive gaming based computerized measure aimed at skills associated with everyday functioning, including baseline impairments and treatment related changes.

日常生活スキルのバーチャルリアリティ評価の開発

Cognitive impairments affect the majority of patients with schizophrenia and these impairments predict poor long term psychosocial outcomes.&#160; ...

行動学

A Protocol for Housing Mice in an Enriched Environment

Environmental enrichment (EE) is a housing environment for mice that boosts mental and physical health compared to standard laboratory housing. Our recent studies demonstrate that environmental enrichment decreases adiposity, increases energy expenditure, resists diet induced obesity, and causes cancer remission and inhibition in mice. EE typically consists of larger living space, a variety of &#8216;toys&#8217; to interact with, running wheels, and can include a number of other novel environmental changes. All of this fosters a more complex social engagement, cognitive and physical stimulations. Importantly, the toy location and type of toy is changed regularly, which encourages the mice to adapt to a frequently changing and novel environment. Many variables can be manipulated in EE to promote health effects in mice. Thus these approaches are difficult to control and must be properly managed to successfully replicate the associated phenotypes. Therefore, the goal of this video is to demonstrate how EE is properly set up and maintained to assure a complex, challenging, and controlled environment so that other researchers can easily reproduce the protective effects of EE against obesity and cancer.

Environmental enrichment for mice requires a complex and challenging setup, as well as comprehensive husbandry and handling techniques to assure robust metabolic and anti-cancer effects in the mice. This protocol provides detailed procedures to reproduce the above mentioned effects in mice.

豊かな環境の住宅マウス用のプロトコル

Environmental enrichment (EE) is a housing environment for mice that boosts mental and physical health compared to standard laboratory housing. Our recent ...

Multifunctional Setup for Studying Human Motor Control Using Transcranial Magnetic Stimulation, Electromyography, Motion Capture, and Virtual Reality

The study of neuromuscular control of movement in humans is accomplished with numerous technologies. Non-invasive methods for investigating neuromuscular function include transcranial magnetic stimulation, electromyography, and three-dimensional motion capture. The advent of readily available and cost-effective virtual reality solutions has expanded the capabilities of researchers in recreating &#8220;real-world&#8221; environments and movements in a laboratory setting. Naturalistic movement analysis will not only garner a greater understanding of motor control in healthy individuals, but also permit the design of experiments and rehabilitation strategies that target specific motor impairments (e.g. stroke). The combined use of these tools will lead to increasingly deeper understanding of neural mechanisms of motor control. A key requirement when combining these data acquisition systems is fine temporal correspondence between the various data streams. This protocol describes a multifunctional system&#8217;s overall connectivity, intersystem signaling, and the temporal synchronization of recorded data. Synchronization of the component systems is primarily accomplished through the use of a customizable circuit, readily made with off the shelf components and minimal electronics assembly skills.

Transcranial magnetic stimulation, electromyography, and 3D motion capture are commonly used non-invasive techniques for investigating neuromuscular function in humans. In this paper, we describe a protocol that synchronously samples data generated by all three of these tools along with the unique addition of virtual reality stimulus presentation and feedback.

経頭蓋磁気刺激、電、モーションキャプチャ、およびバーチャルリアリティを用いたヒトモータ制御研究のための多機能のセットアップ

The study of neuromuscular control of movement in humans is accomplished with numerous technologies. Non-invasive methods for investigating neuromuscular ...

Using Virtual Reality to Transfer Motor Skill Knowledge from One Hand to Another

As far as acquiring motor skills is concerned, training by voluntary physical movement is superior to all other forms of training (e.g. training by observation or passive movement of trainee&#39;s hands by a robotic device). This obviously presents a major challenge in the rehabilitation of a paretic limb since voluntary control of physical movement is limited. Here, we describe a novel training scheme we have developed that has the potential to circumvent this major challenge. We exploited the voluntary control of one hand and provided real-time movement-based manipulated sensory feedback as if the other hand is moving. Visual manipulation through virtual reality (VR) was combined with a device that yokes left-hand fingers to passively follow right-hand voluntary finger movements. In healthy subjects, we demonstrate enhanced within-session performance gains of a limb in the absence of voluntary physical training. Results in healthy subjects suggest that training with the unique VR setup might also be beneficial for patients with upper limb hemiparesis by exploiting the voluntary control of their healthy hand to improve rehabilitation of their affected hand.

We describe a novel virtual-reality based setup which exploits voluntary control of one hand to improve motor-skill performance in the other (non-trained) hand. This is achieved by providing real-time movement-based sensory feedback as if the non-trained hand is moving. This new approach may be used to enhance rehabilitation of patients with unilateral hemiparesis.

仮想現実を使用して 1 つの手から別の運動技能知識を転送するには

As far as acquiring motor skills is concerned, training by voluntary physical movement is superior to all other forms of training (e.g. training by ...

Mobile Game-based Virtual Reality Program for Upper Extremity Stroke Rehabilitation

Stroke rehabilitation requires repetitive, intensive, goal-oriented therapy. Virtual reality (VR) has the potential to satisfy these requirements. Game-based therapy can promote patients&#39; engagement in rehabilitation therapy as a more interesting and a motivating tool. Mobile devices such as smartphones and tablet PCs can provide personalized home-based therapy with interactive communication between patients and clinicians. In this study, a mobile VR upper extremity rehabilitation program using game applications was developed. The findings from the study show that the mobile game-based VR program effectively promotes upper extremity recovery in patients with stroke. In addition, patients completed two weeks of treatment using the program without adverse effects and were generally satisfied with the program. This mobile game-based VR upper extremity rehabilitation program can substitute for some parts of the conventional therapy that are delivered one-on-one by an occupational therapist. This time-efficient, easy to implement, and clinically effective program would be a good candidate tool for tele-rehabilitation for upper extremity recovery in patients with stroke. Patients and therapists can collaborate remotely through these e-health rehabilitation programs while reducing economic and social costs.

Here, we present a protocol to develop and apply a mobile game-based virtual reality program for the recovery of upper limb dysfunction in patients with stroke. The present study shows that the mobile program is feasible and effectively promotes upper limb recovery in stroke patients.

上肢リハビリテーションのためのモバイル ゲーム ベースの仮想現実プログラム

Stroke rehabilitation requires repetitive, intensive, goal-oriented therapy. Virtual reality (VR) has the potential to satisfy these requirements. ...

A Method to Study Adaptation to Left-Right Reversed Audition

An unusual sensory space is one of the effective tools to uncover the mechanism of adaptability of humans to a novel environment. Although most of the previous studies have used special spectacles with prisms to achieve unusual spaces in the visual domain, a methodology for studying the adaptation to unusual auditory spaces has yet to be fully established. This study proposes a new protocol to set-up, validate, and use a left-right reversed stereophonic system using only wearable devices, and to study the adaptation to left-right reversed audition with the help of neuroimaging. Although individual acoustic characteristics are not yet implemented, and slight spillover of unreversed sounds is relatively uncontrollable, the constructed apparatus shows high performance in a 360&#176; sound source localization coupled with hearing characteristics with little delay. Moreover, it looks like a mobile music player and enables a participant to focus on daily life without arousing curiosity or drawing attention of other individuals. Since the effects of adaptation were successfully detected at the perceptual, behavioral, and neural levels, it is concluded that this protocol provides a promising methodology for studying adaptation to left-right reversed audition, and is an effective tool for uncovering the adaptability of humans to a novel environments in the auditory domain.

The present study proposes a protocol to investigate the adaptation to left-right reversed audition achieved only by wearable devices, using neuroimaging, which can be an effective tool for uncovering the adaptability of humans to a novel environment in the auditory domain.

左から右への適応を研究する方法を逆にオーディション

An unusual sensory space is one of the effective tools to uncover the mechanism of adaptability of humans to a novel environment. Although most of the ...

Measuring the Kinematics of Daily Living Movements with Motion Capture Systems in Virtual Reality

The inability to complete instrumental activities of daily living (IADL) is a precursor to various neuropsychological diseases. Questionnaire-based assessments of IADL are easy to use but prone to subjective bias. Here, we describe a novel virtual reality (VR) test to assess two complex IADL tasks: handling financial transactions and using public transportation. While a participant performs the tasks in a VR setting, a motion capture system traces the position and orientation of the dominant hand and head in a three-dimensional Cartesian coordinate system. Kinematic raw data are collected and converted into &#39;kinematic performance measures,&#39; i.e., motion trajectory, moving distance, and time to completion. Motion trajectory is the path of a particular body part (e.g., dominant hand or head) in space. Moving distance refers to the total distance of the trajectory, and time to completion is how long it took to complete an IADL task. These kinematic measures could discriminate patients with cognitive impairment from healthy controls. The development of this kinematic measuring protocol allows detection of early IADL-related cognitive impairments.

We designed a virtual reality test to assess instrumental activities of daily living (IADL) with a motion capture system. We propose a detailed kinematic analysis to interpret the participant&#39;s various movements, including trajectory, moving distance, and time to completion to evaluate IADL capabilities.

バーチャル ・ リアリティーのモーション キャプチャ システムで日常の生活動作の運動を測定

The inability to complete instrumental activities of daily living (IADL) is a precursor to various neuropsychological diseases. Questionnaire-based ...

A Networked Desktop Virtual Reality Setup for Decision Science and Navigation Experiments with Multiple Participants

Investigating the interactions among multiple participants is a challenge for researchers from various disciplines, including the decision sciences and spatial cognition. With a local area network and dedicated software platform, experimenters can efficiently monitor the behavior of the participants that are simultaneously immersed in a desktop virtual environment and digitalize the collected data. These capabilities allow for experimental designs in spatial cognition and navigation research that would be difficult (if not impossible) to conduct in the real world. Possible experimental variations include stress during an evacuation, cooperative and competitive search tasks, and other contextual factors that may influence emergent crowd behavior. However, such a laboratory requires maintenance and strict protocols for data collection in a controlled setting. While the external validity of laboratory studies with human participants is sometimes questioned, a number of recent papers suggest that the correspondence between real and virtual environments may be sufficient for studying social behavior in terms of trajectories, hesitations, and spatial decisions. In this article, we describe a method for conducting experiments on decision-making and navigation with up to 36 participants in a networked desktop virtual reality setup (i.e., the Decision Science Laboratory or DeSciL). This experiment protocol can be adapted and applied by other researchers in order to set up a networked desktop virtual reality laboratory.

This paper describes a method for conducting multi-user experiments on decision-making and navigation using a networked computer laboratory.

意思決定科学の複数の参加者とナビゲーション実験ネットワーク デスクトップ仮想現実のセットアップ

Investigating the interactions among multiple participants is a challenge for researchers from various disciplines, including the decision sciences and ...

Virtual Reality Experiments with Physiological Measures

Virtual reality (VR) experiments are increasingly employed because of their internal and external validity compared to real-world observation and laboratory experiments, respectively. VR is especially useful for geographic visualizations and investigations of spatial behavior. In spatial behavior research, VR provides a platform for studying the relationship between navigation and physiological measures (e.g., skin conductance, heart rate, blood pressure). Specifically, physiological measures allow researchers to address novel questions and constrain previous theories of spatial abilities, strategies, and performance. For example, individual differences in navigation performance may be explained by the extent to which changes in arousal mediate the effects of task difficulty. However, the complexities in the design and implementation of VR experiments can distract experimenters from their primary research goals and introduce irregularities in data collection and analysis. To address these challenges, the Experiments in Virtual Environments (EVE) framework includes standardized modules such as participant training with the control interface, data collection using questionnaires, the synchronization of physiological measurements, and data storage. EVE also provides the necessary infrastructure for data management, visualization, and evaluation. The present paper describes a protocol that employs the EVE framework to conduct navigation experiments in VR with physiological sensors. The protocol lists the steps necessary for recruiting participants, attaching the physiological sensors, administering the experiment using EVE, and assessing the collected data with EVE evaluation tools. Overall, this protocol will facilitate future research by streamlining the design and implementation of VR experiments with physiological sensors.

Virtual reality (VR) experiments can be difficult to implement and require meticulous planning. This protocol describes a method for the design and implementation of VR experiments that collect physiological data from human participants. The Experiments in Virtual Environments (EVE) framework is employed to accelerate this process.

仮想現実実験生理学的対策

Virtual reality (VR) experiments are increasingly employed because of their internal and external validity compared to real-world observation and ...

Longitudinal Two-Photon Imaging of Dorsal Hippocampal CA1 in Live Mice

Two-photon microscopy is a fundamental tool for neuroscience as it permits investigation of the brain of live animals at spatial scales ranging from subcellular to network levels and at temporal scales from milliseconds to weeks. In addition, two-photon imaging can be combined with a variety of behavioral tasks to explore the causal relationships between brain function and behavior. However, in mammals, limited penetration and scattering of light have limited two-photon intravital imaging mostly to superficial brain regions, thus precluding longitudinal investigation of deep-brain areas such as the hippocampus. The hippocampus is involved in spatial navigation and episodic memory and is a long-standing model used to study cellular as well as cognitive processes important for learning and recall, both in health and disease. Here, a preparation that enables chronic optical access to the dorsal hippocampus in living mice is detailed. This preparation can be combined with two-photon optical imaging at cellular and subcellular resolution in head fixed, anesthetized live mice over several weeks. These techniques enable repeated imaging of neuronal structure or activity-evoked plasticity in tens to hundreds of neurons in the dorsal hippocampal CA1. Furthermore, this chronic preparation can be used in combination with other techniques such as micro-endoscopy, head-mounted wide field microscopy or three-photon microscopy, thus greatly expanding the toolbox to study cellular and network processes involved in learning and memory.

This method describes a chronic preparation that allows optical access to the hippocampus of living mice. This preparation can be used to perform longitudinal optical imaging of neuronal structural plasticity and activity-evoked cellular plasticity over a period of several weeks.

生きたマウスにおける後部海馬CA1の縦方向2光子イメージング

Two-photon microscopy is a fundamental tool for neuroscience as it permits investigation of the brain of live animals at spatial scales ranging from ...