В городе Виво Беспроводной оптогенетический контроль квалифицированного двигательного поведения

Резюме

Настоящий протокол описывает, как использовать беспроводную оптогенетику в сочетании с высокоскоростной видеографией в одной задаче захвата гранул для характеристики нейронных цепей, участвующих в выполнении квалифицированного двигательного поведения у свободно движущихся мышей.

Аннотация

Мелкая моторика необходима в повседневной жизни и может быть скомпрометирована при нескольких расстройствах нервной системы. Приобретение и выполнение этих задач требует сенсорно-моторной интеграции и включает в себя точное управление двусторонними мозговыми цепями. Реализация одноручных поведенческих парадигм в животных моделях улучшит понимание вклада структур мозга, таких как полосатое тело, в сложное двигательное поведение, поскольку это позволяет манипулировать и регистрировать нейронную активность конкретных ядер в контрольных условиях и заболеваниях во время выполнения задачи.

С момента своего создания оптогенетика была доминирующим инструментом для опроса мозга, позволяя селективную и целенаправленную активацию или ингибирование нейронных популяций. Сочетание оптогенетики с поведенческими анализами проливает свет на основные механизмы конкретных функций мозга. Беспроводные головные системы с миниатюрными светодиодами (СВЕТОДИОДАМИ) позволяют осуществлять дистанционное оптогенетическое управление у полностью свободно движущегося животного. Это позволяет избежать ограничений проводной системы, которая является менее ограничительной для поведения животных без ущерба для эффективности светового излучения. Текущий протокол сочетает в себе подход беспроводной оптогенетики с высокоскоростной видеографией в универсальной задаче ловкости для анализа вклада конкретных нейронных популяций в мелкомоторное поведение.

Введение

Двигательное поведение присутствует во время большинства движений, выполняемых нами, и, как известно, оно затрагивается при нескольких расстройствах головного мозга 1,2,3,4,5,6. Выполнение задач, позволяющих изучать развитие, обучение и выполнение квалифицированных движений, имеет решающее значение для понимания нейробиологических основ двигательной функции, особенно в моделях черепно-мозговой травмы, нейродегенеративных расстройств и нарушений нервно-психического развития....

протокол

Процедуры, связанные с использованием животных, были проведены в соответствии с местными и национальными руководящими принципами и одобрены соответствующим Институциональным комитетом по уходу за животными и их использованию (протокол Института клеточной физиологии IACUC VLH151-19). В текущем протоколе использовались трансгенные самцы мышей Drd1-Cre²⁷, 35-40 дней после родов с фоном C57BL/6. Мышей содержали при следующих условиях: температура 22±1 °C; влажность 55%; световой график 12/12 ч с выключенным светом в 7 часов вечера и были отлучены от груди на 21-й день послеродового дня. Отъемные щенки размещались в однополых группах по 2-5 особей. ....

Результаты

Задача «достичь понимания» — это парадигма, широко используемая для изучения формирования, обучения, производительности и кинематики движения тонких навыков при различных экспериментальных манипуляциях. Мыши учатся выполнять задание за пару дней и достигают более 55% точности, дости?.......

Обсуждение

Использование оптогенетических манипуляций с нейронными популяциями в четко определенных поведенческих парадигмах расширяет наши знания о механизмах, лежащих в основе двигательного контроля ^7,23. Беспроводные методы особенно подходят для задач, требую.......

Материалы

Name	Company	Catalog Number	Comments
Anaesthesia machine	RWD	R583S	Isoflurane vaporizer
Anesket	PiSA		Ketamine
Breadboard	Thorlabs	MB3090/M	Solid aluminum optical breadboard
Camera lense	Canon		50mmf/ 1.4 manual focus lenses (c-mount)
Camera system	BrainVision	MiCAM02	Camera controller and synchronizer
Cotton swabs
CS solution	PiSA		Sodium chloride solution 9%
Customized training chamber	In house
Drill bit #105	Dremel	2 615 010 5AE	Engraving cutter
Dustless precission chocolate pellets	Bio-Serv	F05301
Ethyl Alcohol	J.T.  Baker	9000-02	Ethanol
Eyespears	Ultracell	40400-8	Eyespears of absorbent PVA material
Fluriso	VetOne	V1 502017-250	Isoflurane
Glass capillaries	Drumond Scientific	3-000-203-G/X	Pipettes for NanoJect II
Hidrogen peroxide	Farmacom		Antiseptic
High-speed camera	BrainVision	MiCAM02-CMOS	Monochrome high-speed cameras
Infrared emmiter	Teleopto
Insulin syringe
LED cannula	Teleopto	TelC-c-l-d	LED cannula 250um 487nm light
Micropipette 10 uL	Eppendorf	Z740436
Micro-pipette puller	Sutter	P-87	Horizontal puller
Microscope LSM780	Zeiss		Confocal microscope
Microtome
Mock receiver	Teleopto
NanoJect II	Drumond Scientific	3-000-204	Micro injector
Oxygen tank	Infra	na
pAAV-EF1a-double.floxed-hChR2(H134R)-mCherry-WPRE- HGHpA	Addgene	20297	Viral vector for ChR-2 expression
Parafilm
Paraformaldehyde	Sigma	P-6148
Phosphate saline buffer	Sigma	P-4417	Phosphate saline buffer tablets
Pipette tips 10 uL	ThermoFisher	AM12635	0.5-10 uL  volume
Pisabental	PiSA		Sodium pentobarbital
Plexiglass	commercial		Acrylic sheet
Povidone iodine	Farmacom		Antiseptic
Procin	PiSA		Xylacine
Puralube	Perrigo pharma	1228112	Eye lubricant 15% mineral oil/85% petrolatum
Rotary tool	Kmoon	Mini grinder	Standard
Scalpel
Scalpel blade
Stereotaxic apparatus	Stoelting	51730D	Digital apparatus
Super-Bond C&B	Sun Medical		Dental cement
Surgical dispossable cap
Teleopto remote controller	Teleopto
Tg Drd1-Cre mouse line	Gensat	036916-UCD	Transgene insertion FK150Gsat
Tissue adhesive	3M Vetbond	1469SB
TPI Vibratome 1000 plus	Peico		Microtome
Vectashield mounting media with DAPI	Vector laboratories	H-1200	Mounting media
Wireless receiver	Teleopto	TELER-1-P