Biz eleştirel yazının okunması için Dr Randy Chitwood ederim. Bu çalışma Whitehall Vakfı ve HJK için Alfred P. Sloan Vakfı hibe ile desteklendi.

1. Optik kurulumu (Şekil 1) <ol><li> Iki foton uyarma için femtosaniye darbeler ile kızılötesi darbeli lazer sistemi kullanılmaktadır. Yüksek bir lazer gücü (&gt; 2W 890 nm dalga boyunda bazı durumlarda), sistemin optik bileşenleri tarafından sunulan büyük kayıplar telafi etmek için gereklidir. </li><li> İki prizmalar oluşan prechirper sistemi AODs 1 tarafından tanıtıldı zamansal dağılımını telafi önce acousto-optik deflektörleri (AODs) için lazer darbeleri üzerine olumsuz bir grup hızı dispersiyonu (GVD) verir. </li><li> Büyük delikler İki AODs (NA 0,8 ile 40x suya daldırma hedefi için 10 mm) iki boyutlu lazer ışını sapabilir. </li><li> 100 bahçeleri / mm olan bir yansıtıcı kırınım kısa lazer darbeleri kullanırken AODs arkasında 13 cm AODs tarafından tanıtıldı mekansal dağılımını dengelemek için yerleştirilir. </li><li> Lazer ışını dik microsco ve kamera bağlantı noktasına iki röle teleskoplar ile yönlendirilirpe. </li><li> Süsenler optik bileşenlerin uyum için düzenli aralıklarla yerleştirilir. </li><li> Objektif önünde bir dikroik ışın ayıracı numune kızılötesi uyarma ışığı iletir ve bir detektör üzerinde örneğinden floresan ışığı yansıtır. </li><li> Epi-ve transfluorescence dedektörler (fotoçoğaltıcılar, Proje Yönetim Ekipleri) amacı ile floresans sinyal toplamak ve - varsa - kondenser ile. </li><li> Renkli cam filtreleri (BG-39, 3-5 mm) dedektörleri ulaşan ikaz ışığı engellemek için dedektör önüne yerleştirilmiş. </li><li> AOD sapma açılarına da gerilim kontrollü osilatörler sürücüler dijital-analog çevirici kartı (156.25 kHz saat hızı) ile donatılmış bir bilgisayar tarafından kontrol edilir. </li><li> Fotoçoğaltıcılar gelen sinyal saklanmadan önce bir alçak geçiren Butterworth filtre (100 kHz kesme frekansı) vasıtasıyla döşenen ve bir analog-dijital çevirici (156.25 kHz saat hızı) tarafından sayısallaştırılıranalizi için bir bilgisayar. </li><li> Hizalama ve elektriksel gürültünün yanı sıra ile ve gösterge olmadan, fotoçoğaltıcılar düşük ve yüksek kazanç, lazer ışığı ile ve olmadan floresan sinyalleri dağıtım kayıt ile test edilir. Tarayıcının düzgün ayarlamak ve yüksek bir kazanç ve gösterge ile floresan sinyalleri dağıtım genişlik floresan sinyalleri başka dağılımlar (Şek. 2) genişliklerine daha büyük olduğu zaman korumalıdır. </li></ol> 2. Deneysel prosedürler <ol><li> Dithered rasgele erişim taraması kalsiyum intrasellüler kalsiyum artışını tespit dayanır. Nöronların çok sayıda sinir dokusu içine 5 bir kalsiyum göstergesinin ester formu (örneğin Oregon Green 488 Bapta-01:00) bolus enjeksiyonu ile lekeli olabilir. </li><li> Her nöron soma gelen çeşitli konumlarda (&quot;taklidi&quot;, 4 yerle her konum için 6.4 μs e = 25,6 μs kayıt süresi, kısa bir süre için her kaydedilirHer döngüde ach nöron, Şek. 3C). Ilgi nöronlar seçmek için 256x256 piksel oluşan bir full frame (Şekil 3A) elde edilir. Kaydedilecek her nöron soma merkezi bu resmin içinde manuel olarak seçilir. Kontrol yazılımı otomatik olarak bu merkez etrafında 2 mikron mesafe üç puan ekler. </li><li> Her döngü içerisinde, flüoresan sinyali 40 nöronlar (Şekil 3B) her birinden kaydedilir. Bu işlem bir kayıt (5 saniyelik kayıt = 3255 devir, 1 devir = 1.536 ms) süresi boyunca tekrarlanır. </li></ol> 3. Başak algılama verimliliği maksimize etmek için online yazılım araçları <ol><li> Floresans somatik kalsiyum sinyallerinden Spike algılama somatik flüoresan kalsiyum sinyalleri yüksek bir sinyal-gürültü (S / N) oranı dayanır. S / N yüksek bir yoğunluk uyarma artırılması ile elde edilebilir. Uyarma yoğunluk, ancak, sadece, çünkü fotohasar belirli bir sınıra kadar arttırılabilir. Spike algılama çok küçük bir windo içinde yüksekfloresans sinyalleri yüksek bir S / N ama var uyarma yoğunlukları w sadece burada sadece çok az fotohasar 3. görülmektedir. Kaydedilen sinyaller biz foton oranı (Denklem 3.2) ve çevrimiçi analizi ile bazal floresans azalması izlemek kayıtları sırasında yüksek başak algılama pencere içinde olduğundan emin olmak için. </li><li> Nöron başına yaklaşık foton hızı bazal gürültü kısa bir süre pencerede (100-200 ms) hesaplanır. Foton sayısı (N λ) ve foton oranı (λ = N λ / Dt) aşağıdaki denklem ile göreceli floresan değişikliklerin dağılımı (σ) takılması ile floresan değerleri kullanılarak hesaplanmaktadır: </li></ol><img alt="Denklem 1" src="/files/ftp_upload/4052/4052eq1.jpg" /> Bu eşitlik nisbi floresans değişikliği değişken değişimi ile foton atış gürültü için poisson dağılım gösterir: hızındaki / F = (G * K λ (t)-G * N &amp; lambda;, 0) / G * N λ G fotoçoğaltıcı kümülatif kazanç ve diğer tüm elektronik bileşenleri ifade eder 0. Foton atış gürültü ek olarak diğer gürültü kaynaklarının (hareket eserler) vardır, çünkü bu denklem doğru vivo kayıtları için saptanan fotonların sayısını belirlemek unutmayın. Bununla birlikte, bu denklem gürültü tahmin etmek için in vivo olarak kayıt için yararlıdır. <ol start="3"><li> Baz floresan aynı zamanda pencere hesaplanır ve zaman ya da denemeler bir fonksiyonu olarak çizilmiştir. Bazal ortalama düşüş bu sınırın aşılması durumunda başak algılama hızla düşmektedir çünkü lazer güç ayarlayarak 0.0002 / s altında tutulur. </li><li> Nöron somata pozisyonları her 10-20 dk Yeniden full frame bir görüntü elde edilerek doğrulanır. Gerekirse, kayıt yerle ayarlanır. Mekanlar kerede veya bireysel nöronlar için bütün nöronlar için ayarlanabilir. </li></ol> 4. Reconstruction floresan sinyalleri (ters evrişim) den başak zamanlamaları <ol><li> Kalsiyum Transientlerin çürümesi uzun zaman çünkü genellikle summate sinirsel aktivite sonucu floresans sinyalleri (birkaç yüz milisaniye). Bir metoduyla floresans sinyallerine başak ve başak zamanlamaları yeniden yapılandırır. </li><li> Kaydedilen floresans sinyali yatan en olası başak tren belirlemek için farklı modeller karşılaştırılmıştır. Burada modelini belirlemek için bir genetik algoritma kullanılan - ve başak tren ve başak zamanlamaları dolayısıyla - maksimum olabilirlik ile. </li><li> Nöronların homojen olmayan toplumlarda, başak-uyarılmış kalsiyum sinyali nöronların arasında değişebilir. Verilerin analizi denetimsiz ayarlar için biz dikkate nöron nöron için başak-uyarılmış kalsiyum sinyal değişimi alır bir algoritma tasarlanmıştır. </li><li> Yanlış pozitif bulgulama çok sayıda önlemek için, o m sabit izin genlik ve sönüm süresine kısıtlamak için yararlıdırbaşak-uyarılmış kalsiyum sinyal odel. Tek başak uyarılmış kalsiyum Transientlerin sabit genlik ve yıkım zamanı ortak dağılım eşzamanlı elektrofizyolojik ve optik kayıtlar kullanarak aynı deneysel koşullarda nöronların aynı tip deney kümesinin ayrı kaydedilir. </li><li> Yavaş baz değişiklikleri dikkate almak için ve deconvolving hesaplama maliyetlerini azaltmak için, daha uzun kayıt 1-5 saniyede birkaç kısa izleri ayrılır. </li><li> Her bir nöron ve her kayıt için, ters evrişim algoritması modeller çok sayıda (kadar 1,000,000 modelleri ya da daha fazla) test edebilir. Ters evrişim hızlandırmak için, bir deneme paralel 10 farklı bilgisayarlara kadar deconvolved edilir. </li><li> Ters evrişim sonra, başak verileri analiz ve kontrol edilir. Bir peri-uyarıcı zamanlı bir histogram, başak olasılık ve atış hızı (nöronlar başına ortalama başak) otomatik bir şekilde hesaplanır. </li></ol> 5.Temsilcisi Sonuçlar Kaydedilen floresans somatik kalsiyum sinyalleri yüksek bir sinyal-gürültü oranına Başarılı başak algılama menteşeleri. Sadece yüksek uyarma oranları (yüksek lazer gücü) kullanılarak biyolojik materyal (fotoyaşlanma) üzerine photoeffects bir olumsuz etkiye neden olabilir. Titretilmiş rasgele erişim tarama fotohasar olarak bazal floresans düşüşler olarak tezahür eder ve başak-uyarılmış kalsiyum floresans sinyalleri azaltır. Başak-uyarılmış sinyal içinde hızlı bir şekilde azalma ani tespit etmek için bir arızaya yol açabilir. Floresan sinyalleri başak tespit yüksek uyarım yoğunluğu sadece çok küçük bir pencere bulunmaktadır. Yüksek ucunda bu pencerenin alt ucunda flöresan sinyalleri düşük bir sinyal-gürültü oranı, fotohasar ile sınırlıdır. Akut dilimler halinde kortikal nöronlar için biz dilim yüzeyinin altında yaklaşık 100 mikron az kaydederken 400,000-1,500,000 hakkında foton / s foton oranları ile sonuçlanan lazer güç kullanın. Bir yüksek kullanırkenAfiniteli göstergesi - burada Oregon Green 488 BAPTA - 1 - Bu sinyal bireysel ani tespit etmek için yeterlidir. Şek. 3E çok düşük uyarma oranı, tespit penceresi içinde bir kayıt için bir örnek, çok yüksek bir oranda bir uyarma kaydedilen bir floresan sinyalinin bir örneğini göstermektedir. Tek hücreli ve tek başak çözünürlük ile nöral aktiviteyi kaydetmek için diğer teknikleri ile karşılaştırıldığında, rasgele erişim tarama aynı, yerel popülasyondaki nöronlar daha çok sayıda kayıt yapabilirsiniz titrek ve tetrode / multielectrode kayıtları karşılaştırıldığında, örneğin daha az invaziv . Böylece titretilmiş rasgele erişim tarama supratreshold aktivitesi 6 (Şek. 4A), nöronlar (kortikal plastisite) bir nüfus nöral aktivitenin değişiklikler bildirilir karşılıklı bilgi ölçmek için birçok nöronların nöral aktiviteyi kaydetmek ve supratreshold aktivite yayılımı için kullanılabilir nöronların 14 popülasyonlarının (Şekil 4B) ile <img<html> alt = &quot;Şekil 1&quot; src = &quot;/ files/ftp_upload/4052/4052fig1.jpg&quot; /&gt; Şekil 1. Titretilmiş-rasgele erişim tarama kurulum Optik tasarımı. <img alt="Şekil 2," src="/files/ftp_upload/4052/4052fig2.jpg" /> Şekil 2 Hizalama ve test:. Farklı koşullar altında kaydedilen floresans sinyallerin dağılımları. A) yüksek PMT kazancı, ancak hiçbir lazer ışığı az lazer ışığı ve düşük fotoçoğaltıcı kazanç, B) Hayır, dağıtımı nedeniyle fotoçoğaltıcı karanlık akım geniştir. C) lazer ile ve yüksek PMT kazancı kaydedildi. B gösterildiği dağılımı ve bu dağılımı arasındaki fark ikaz ışığı PMT dedektörleri ulaşır işaret eder. D) floresan sinyallerin dağıtımı nöron somata yüksek kazanç kaydedildi. Başka hiçbir gürültü kaynağı katkıda bulunuyorsa, bu dağıtım atış gürültü foton sadece doğar. . Jpg &quot;/&gt; Şekil 3 dithering ilkesinin bir döngü nöron somata pozisyonları tespit etmek ve seçmek için A) Tam kare floresan görüntüsü, B) Tarama yolu, C) İllüstrasyon;. Her soma (daire) çeşitli yerlerde sonraki ışın taşımadan önce kaydedilir iki D / A kanalların çıkış soma, D) Çizim. Her bir nöron soma için, floresan sinyalinin her soma 4 farklı lekeler (S1-S4) dan kaydedilir. Her nokta konumu x ve y pozisyonu verilir. X ve bütün noktalar ve tüm nöronlar için y pozisyonları sıralı bir şekilde dijital-analog dönüştürücü gönderilir. Kiriş, iki nöronun somata arasında taşınmış olsa da, herhangi bir sinyal (boş) elde edilir. E floresan sinyalleri) Örnekler. Her örnek (gibi elektrofizyolojik hücre ekli kayıt ile ölçülür) bir başak yanıt gösterir unutmayın. <img alt="Şekil 4," src="/files/ftp_upload/4052/4052fig4.jpg" /> Şekil 4. Corti incelenmesical fonksiyonu titretilmiş rasgele erişim tarama kullanarak. A) nöron popülasyonları tarafından işaret karşılıklı bilgi Ölçme. Üst resim bir akut beyin dilim ve katman 4 (L4) aynı kortikal sütuna yerleştirilen iki stimülasyon pipetler fotomikrografıdır gösterir. Merkezi grafikler bir uyarıcı her tekrarı için sinir tepkiler göstermektedir. Alt grafik nöronların Kaydedilen nüfus tarafından işaret Shannon karşılıklı bilgi gösterir. Kortikal nöronların popülasyonlar arasındaki supratreshold spiking aktivite B) Ölçme yayılımı (sinyal yayılımı). Üst grafiği deney tasarımı göstermektedir, merkezi görüntü floresan görüntü gösterir, kesikli çizgiler varil sınırları gösteren, düşük grafik talamokortikal lifler (üçgenler) elektriksel uyarımın etkisi tespit ani gösterir.

<ol>
	<li>Iyer, V., Hoogland, T. M., Saggau, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fast+functional+imaging+of+single+neurons+using+random-access+multiphoton+(RAMP)+microscopy.">Fast functional imaging of single neurons using random-access multiphoton (RAMP) microscopy.</a> J. Neurophysiol. 95, 535-545 (2006).</li><li>Denk, W., Strickler, J. H., Webb, W. W. <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+laser+scanning+fluorescence+microscopy.">Two-photon laser scanning fluorescence microscopy.</a> Science. 248, 73 (1990).</li><li>Ranganathan, G. N., Koester, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+recording+of+neuronal+spiking+activity+from+unbiased+populations+of+neurons+with+high+spike+detection+efficiency+and+high+temporal+precision.">Optical recording of neuronal spiking activity from unbiased populations of neurons with high spike detection efficiency and high temporal precision.</a> J. Neurophysiol. 104, 1812-1824 (2010).</li><li>Grewe, B. F., Langer, D., Kasper, H., Kampa, B. M., Helmchen, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-speed+in+vivo+calcium+imaging+reveals+neuronal+network+activity+with+near-millisecond+precision.">High-speed in vivo calcium imaging reveals neuronal network activity with near-millisecond precision.</a> Nat. Methods. 7, 399-405 (2010).</li><li>Stosiek, C., Garaschuk, O., Holthoff, K., Konnerth, A. <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+two-photon+calcium+imaging+of+neuronal+networks.">In vivo two-photon calcium imaging of neuronal networks.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 100, 7319-7324 (2003).</li><li>Pita-Almenar, J. D., Ranganathan, G. N., Koester, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impact+of+cortical+plasticity+on+information+signaled+by+populations+of+neurons+in+the+cerebral+cortex.">Impact of cortical plasticity on information signaled by populations of neurons in the cerebral cortex.</a> J. Neurophysiol. 106, 1118-1124 (2011).</li><li>Kerr, J. N., Greenberg, D., Helmchen, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Imaging+input+and+output+of+neocortical+networks+in+vivo.">Imaging input and output of neocortical networks in vivo.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 102, 14063-14068 (2005).</li><li>Lin, B. J., Chen, T. W., Schild, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cell+type-specific+relationships+between+spiking+and+[Ca2+]i+in+neurons+of+the+Xenopus+tadpole+olfactory+bulb.">Cell type-specific relationships between spiking and [Ca2+]i in neurons of the Xenopus tadpole olfactory bulb.</a> J. Physiol. 582, 163-175 (2007).</li><li>Zeng, S., Lv, X., Zhan, C., Chen, W. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simultaneous+compensation+for+spatial+and+temporal+dispersion+of+acousto-optical+deflectors+for+two-dimensional+scanning+with+a+single+prism.">Simultaneous compensation for spatial and temporal dispersion of acousto-optical deflectors for two-dimensional scanning with a single prism.</a> Opt. Lett. 31, 1091-1093 (2006).</li><li>Otsu, Y., Bormuth, V., Wong, J., Mathieu, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+monitoring+of+neuronal+activity+at+high+frame+rate+with+a+digital+random-access+multiphoton+(RAMP)+microscope.">Optical monitoring of neuronal activity at high frame rate with a digital random-access multiphoton (RAMP) microscope.</a> J. Neurosci. Methods. 173, 259-270 (2008).</li><li>Vogelstein, J. T., Watson, B. O., Packer, A. M., Yuste, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spike+inference+from+calcium+imaging+using+sequential+Monte+Carlo+methods.">Spike inference from calcium imaging using sequential Monte Carlo methods.</a> Biophys. J. 97, 636-655 (2009).</li><li>Yaksi, E., Friedrich, R. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reconstruction+of+firing+rate+changes+across+neuronal+populations+by+temporally+deconvolved+Ca2++imaging.">Reconstruction of firing rate changes across neuronal populations by temporally deconvolved Ca2+ imaging.</a> Nat. Methods. 3, 377-383 (2006).</li><li>Hendel, T., Mank, M., Schnell, B., Griesbeck, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fluorescence+changes+of+genetic+calcium+indicators+and+OGB-1+correlated+with+neural+activity+and+calcium+in+vivo+and+in+vitro.">Fluorescence changes of genetic calcium indicators and OGB-1 correlated with neural activity and calcium in vivo and in vitro.</a> J. Neurosci. 28, 7399-7411 (2008).</li><li>Ranganathan, G. N., Koester, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Correlations+decrease+with+propagation+of+spiking+activity+in+the+mouse+barrel+cortex.">Correlations decrease with propagation of spiking activity in the mouse barrel cortex.</a> Front Neural Circuits. 5, 8 (2011).</li></ol>

Çıkar çatışması ilan etti.

Dithered rasgele erişim tarama dolaylı bir nöron somata her başak ile ilişkili intraselüler somatik kalsiyum artar supratreshold spike aktivitesini algılar. Intraselüler kalsiyum artar floresan kalsiyum boyalar ile tespit edilir. Titretilmiş rasgele erişim tarama sınırlamaları kalsiyum floresan sinyallerin sınırlı sinyal-gürültü oranı büyük ölçüde kaynaklanmaktadır. Sinyal-gürültü oranı yüksek uyarma oranları kullanılarak izin vermez fotoyaşlanma, sınırlı da bulunmaktadır. Çünkü ...

<table border="1"><tbody><tr><td> Reaktif Adı </td><td> Şirket </td><td> Katalog numarası </td><td> Yorumlar (isteğe bağlı) </td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td> Optik bileşenleri lazer başlayarak, sırayla listelenir </td></tr><tr><td> Titan: Safir Lazer </td><td> Tutarlı A.Ş. </td><td> Bukalemun Ultra 2 </td><td> Yüksek güç çıkışı önerilen (900 nm&gt; 2W) </td></tr><tr><td> Akromatik lens f = 30 mm </td><td> Thor laboratuvarları </td><td> AC254-030-B </td><td> 650-1050 nm için Anti-refle (AR) kaplama </td></tr><tr><td> Akromatik lens f = 100 mm </td><td> Thor laboratuvarları </td><td> AC254-100-B </td><td> AR 650-1050 nm </td></tr><tr><td> Lens f = 75 mm </td><td> Thor laboratuvarları </td><td> LA1608-B </td><td> AR 650-1050 nm </td></tr><tr><td> Lens f = 175 mm</td><td> Thor laboratuvarları </td><td> LA1229-B </td><td> AR 650-1050 nm </td></tr><tr><td> Akromatik lens f = 300 mm </td><td> Thor laboratuvarları </td><td> AC254-300-B </td><td> AR 650-1050 nm </td></tr><tr><td> Akromatik lens f = 100 mm </td><td> Thor laboratuvarları </td><td> AC254-100-B </td><td> AR 650-1050 nm </td></tr><tr><td> Akromatik lens f = 100 mm </td><td> Thor laboratuvarları </td><td> AC254-100-B </td><td> AR 650-1050 nm </td></tr><tr><td> Acousto-optik deflektörleri </td><td> Intraaction Corp </td><td> ATD 6510CD2 </td><td></td></tr><tr><td> Reflektif kırınım ızgarası </td><td> Newport </td><td> 53-011R </td><td> 65 MHz bant genişliği ve 45 mrad tarama açısı ile AODs 100 oluklar / aa </td></tr><tr><td> 21.6 mm Brewster prizmalar </td><td> Lambda Araştırma Optik A.Ş. </td><td> IBP21.6SF10 </td><td></td></tr><tr><td> Renkli Cam </td><td> Schott </td&gt; <td> BG-39 </td><td></td></tr><tr><td> Dichroic ayna </td><td> Chroma Technology Corp </td><td> Z532RDC </td><td></td></tr><tr><td> Photomultiplier modülleri </td><td> Hamamatsu </td><td> H9305-03 </td><td></td></tr><tr><td> DAC-ADC kurulu </td><td> National Instruments </td><td> PCI-6115 </td><td></td></tr><tr><td> Oregon Yeşil 488 Bapta-01:00 </td><td> Invitrogen </td><td> O-6807 </td><td></td></tr></tbody></table>

optical recording of suprathreshold neural activity with single-cell and single-spike resolution

Omurgalı merkezi sinir sisteminde bilgi sinyal genellikle nöronlar ziyade tek nöron popülasyonları tarafından taşınır. Ayrıca supratreshold çivileme aktivite yayılımı nöron popülasyonları içerir. Kortikal fonksiyon adresleme ampirik çalışmalar doğrudan böylece yüksek çözünürlüklü nöron popülasyonları kayıtları gerektirir. Burada optik bir yöntem ve tek-hücreli ve tek başak çözünürlüğe sahip 100 nöronlara gelen nöral aktiviteyi kaydetmek için bir ters evrişim algoritma tanımladık. Bu yöntem kortikal nöronlarda supratreshold elektrik sivri (aksiyon potansiyeli) ile ilişkili intraselüler somatik kalsiyum konsantrasyonunu geçici artışlar saptanması temeline dayanır. Optik kayıt yüksek zamansal çözünürlük akusto-optik deflektörler (AODs) 1 kullanarak hızlı bir rasgele erişimli tarama tekniği ile elde edilir. Opak beyin tis yüksek uzaysal çözünürlükte kalsiyum duyarlı boya sonuçları iki-foton uyarma2 dava. Flüoresan kalsiyum kayıtlarından sivri rekonstrüksiyonu, bir maksimum olabilirlik yöntemden biri ile elde edilmektedir. Eşzamanlı elektrofizyolojik ve optik kayıtlar bizim yöntem güvenilir kramponları (&gt;% 97 başak algılama verimliliği) algılar olduğunu gösterir, yanlış pozitif başak algılama (&lt;0.003 kramponları / s) ve yüksek temporal hassasiyetli (ms yaklaşık 3) 3 düşük bir orana sahiptir. Başak tespit optik Bu yöntem, in vitro ve in vivo 3,4 anestezi uygulanmış hayvanlarda sinirsel aktiviteyi kaydetmek için kullanılabilir.

Watch this Scientific Journal Video about Optical Recording of Suprathreshold Neural Activity with Single-cell and Single-spike Resolution at JoVE.com

Optical Recording of Suprathreshold Neural Activity with Single-cell and Single-spike Resolution

Kortikal nöronlarda işlev popülasyonlarının düzeyinde ortaya çıkar, çünkü omurgalı merkezi sinir sisteminin fonksiyon anlama çok nöronların kayıtları gerektirir. Burada tek hücreli ve tek başak çözünürlüğe sahip supratreshold nöral aktiviteyi kaydetmek için bir optik yöntem tarif, rasgele erişim tarama titrek. Kadar yüksek zamansal çözünürlüğe sahip 100 nöronlara Bu yöntem kayıtları somatik flüoresan kalsiyum sinyalleri. Maksimum-olabilirlik algoritması somatik flüoresan kalsiyum sinyallerinden yatan supratreshold nöral aktivitenin deconvolves. Bu yöntem, güvenilir, yüksek algılama verimliliği ve yanlış pozitif düşük bir oranı ile sivri algılar ve nöral popülasyonlar incelemek için kullanılabilir<em&gt; In vitro</em&gt; Ve<em&gt; In vivo</em&gt;.

Tek hücreli ve tek başak çözünürlüğe sahip supratreshold nöral aktivitenin Optik kaydı

Signaling of information in the vertebrate central nervous system is often carried by populations of neurons rather than individual neurons. Also ...

optical-recording-suprathreshold-neural-activity-with-single-cell

Research

JoVE Journal

Neuroscience

11.8K Görüntüleme.  The University of Texas at Austin. Kortikal nöronlarda işlev popülasyonlarının düzeyinde ortaya çıkar, çünkü omurgalı merkezi sinir sisteminin fonksiyon anlama çok nöronların kayıtları gerektirir. Burada tek hücreli ve tek başak çözünürlüğe sahip supratreshold nöral aktiviteyi kaydetmek için bir optik yöntem tarif, rasgele erişim tarama titrek. Kadar yüksek zamansal çözünürlüğe sahip 100 nöronlara Bu yöntem kayıtları somatik flüoresan kalsiyum sinyalleri. Maksimum-o...

Video: Optical Recording of Suprathreshold Neural Activity with Single-cell and Single-spike Resolution

Surgical Implantation of Chronic Neural Electrodes for Recording Single Unit Activity and Electrocorticographic Signals

The success of long-term electrophysiological recordings often depends on the quality of the implantation surgery. Here we provide useful information for surgeons who are learning the process of implanting electrode systems. We demonstrate the implantation procedure of both a penetrating and a surface electrode. The surgical process is described from start to finish, including detailed descriptions of each step throughout the procedure. It should also be noted that this video guide is focused towards procedures conducted in rodent models and other small animal models. Modifications of the described procedures are feasible for other animal models.

We provide useful information for surgeons who are learning the process of implanting chronic neural recording electrodes. Techniques for both penetrating and surface electrode systems are described in a rodent animal model.

Tek Birim Faaliyet ve elektrokortikografik Sinyalleri Kayıt için Kronik Sinir Elektrotların Cerrahi İmplantasyonu

The success of long-term electrophysiological recordings often depends on the quality of the implantation surgery.  Here we provide useful information for ...

Nörobilim

Multi-unit Recording Methods to Characterize Neural Activity in the Locust (Schistocerca Americana) Olfactory Circuits

Detection and interpretation of olfactory cues are critical for the survival of many organisms. Remarkably, species across phyla have strikingly similar olfactory systems suggesting that the biological approach to chemical sensing has been optimized over evolutionary time1. In the insect olfactory system, odorants are transduced by olfactory receptor neurons (ORN) in the antenna, which convert chemical stimuli into trains of action potentials. Sensory input from the ORNs is then relayed to the antennal lobe (AL; a structure analogous to the vertebrate olfactory bulb). In the AL, neural representations for odors take the form of spatiotemporal firing patterns distributed across ensembles of principal neurons (PNs; also referred to as projection neurons)2,3. The AL output is subsequently processed by Kenyon cells (KCs) in the downstream mushroom body (MB), a structure associated with olfactory memory and learning4,5. Here, we present electrophysiological recording techniques to monitor odor-evoked neural responses in these olfactory circuits.
First, we present a single sensillum recording method to study odor-evoked responses at the level of populations of ORNs6,7. We discuss the use of saline filled sharpened glass pipettes as electrodes to extracellularly monitor ORN responses. Next, we present a method to extracellularly monitor PN responses using a commercial 16-channel electrode3. A similar approach using a custom-made 8-channel twisted wire tetrode is demonstrated for Kenyon cell recordings8. We provide details of our experimental setup and present representative recording traces for each of these techniques.

Multi-unit Recording Methods to Characterize Neural Activity in the Locust Schistocerca Americana Olfactory Circuits

We demonstrate variations of the extracellular multi-unit recording technique to characterize odor-evoked responses in the first three stages of the invertebrate olfactory pathway. These techniques can easily be adapted to examine ensemble activity in other neural systems as well.

Locust Sinir Aktivitesi Karakterize Multi-ünite Kayıt Yöntemleri (<em&gt; Schistocerca Americana</em&gt;) Olfaktör Devreler

Detection and interpretation of olfactory cues are critical for the survival  of many organisms. Remarkably, species across phyla have strikingly similar ...

Optogenetic Perturbation of Neural Activity with Laser Illumination in Semi-intact Drosophila Larvae in Motion

Drosophila larval locomotion is a splendid model system in developmental and physiological neuroscience, by virtue of the genetic accessibility of the underlying neuronal components in the circuits1-6. Application of optogenetics7,8 in the larval neural circuit allows us to manipulate neuronal activity in spatially and temporally patterned ways9-13. Typically, specimens are broadly illuminated with a mercury lamp or LED, so specificity of the target neurons is controlled by binary gene expression systems such as the Gal4-UAS system14,15. In this work, to improve the spatial resolution to "sub-genetic resolution", we locally illuminated a subset of neurons in the ventral nerve cord using lasers implemented in a conventional confocal microscope. While monitoring the motion of the body wall of the semi-intact larvae, we interactively activated or inhibited neural activity with channelrhodopsin16,17 or halorhodopsin18-20, respectively. By spatially and temporally restricted illumination of the neural tissue, we can manipulate the activity of specific neurons in the circuit at a specific phase of behavior. This method is useful for studying the relationship between the activities of a local neural assembly in the ventral nerve cord and the spatiotemporal pattern of motor output.

Optogenetic Perturbation of Neural Activity with Laser Illumination in Semi-intact Drosophila Larvae in Motion

Here we describe a protocol for optogenetic manipulation of motoneuronal activity while monitoring changes in motor output (muscle contraction) in semi-intact Drosophila larvae using lasers within a conventional confocal microscope. This technique enables researchers to achieve local perturbation of neural activity in a few neuromeres to elucidate the dynamics of motor circuits.

Yarı sağlam Lazer Aydınlatma ile Sinir Faaliyet optogenetic Pertürbasyon<em&gt; Drosophila</emMotion&gt; Larva

Drosophila larval locomotion is a splendid model system in developmental and physiological neuroscience, by virtue of the genetic accessibility of the ...

Micron-scale Resolution Optical Tomography of Entire Mouse Brains with Confocal Light Sheet Microscopy

Understanding the architecture of mammalian brain at single-cell resolution is one of the key issues of neuroscience. However, mapping neuronal soma and projections throughout the whole brain is still challenging for imaging and data management technologies. Indeed, macroscopic volumes need to be reconstructed with high resolution and contrast in a reasonable time, producing datasets in the TeraByte range. We recently demonstrated an optical method (confocal light sheet microscopy, CLSM) capable of obtaining micron-scale reconstruction of entire mouse brains labeled with enhanced green fluorescent protein (EGFP). Combining light sheet illumination and confocal detection, CLSM allows deep imaging inside macroscopic cleared specimens with high contrast and speed. Here we describe the complete experimental pipeline to obtain comprehensive and human-readable images of entire mouse brains labeled with fluorescent proteins. The clearing and the mounting procedures are described, together with the steps to perform an optical tomography on its whole volume by acquiring many parallel adjacent stacks. We showed the usage of open-source custom-made software tools enabling stitching of the multiple stacks and multi-resolution data navigation. Finally, we illustrated some example of brain maps: the cerebellum from an L7-GFP transgenic mouse, in which all Purkinje cells are selectively labeled, and the whole brain from a thy1-GFP-M mouse, characterized by a random sparse neuronal labeling.

In this article we describe the full experimental procedure to reconstruct, with high resolution, the fine brain anatomy of fluorescently labeled mouse brains. The described protocol includes sample preparation and clearing, specimen mounting for imaging, data post-processing and multi-scale visualization.

Eşodaklı Işık Sac Mikroskobu ile Tüm Fare Brain mikron çaplı Çözünürlük Optik Tomografi

Understanding the architecture of mammalian  brain at single-cell resolution is one of the key issues of neuroscience.  However, mapping neuronal soma and ...

Neural Activity Propagation in an Unfolded Hippocampal Preparation with a Penetrating Micro-electrode Array

This protocol describes a method for preparing a new in vitro flat hippocampus preparation combined with a micro-machined array to map neural activity in the hippocampus. The transverse hippocampal slice preparation is the most common tissue preparation to study hippocampus electrophysiology. A longitudinal hippocampal slice was also developed in order to investigate longitudinal connections in the hippocampus. The intact mouse hippocampus can also be maintained in vitro because its thickness allows adequate oxygen diffusion. However, these three preparations do not provide direct access to neural propagation since some of the tissue is either missing or folded. The unfolded intact hippocampus provides both transverse and longitudinal connections in a flat configuration for direct access to the tissue to analyze the full extent of signal propagation in the hippocampus in vitro. In order to effectively monitor the neural activity from the cell layer, a custom made penetrating micro-electrode array (PMEA) was fabricated and applied to the unfolded hippocampus. The PMEA with 64 electrodes of 200 &#181;m in height could record neural activity deep inside the mouse hippocampus. The unique combination of an unfolded hippocampal preparation and the PMEA provides a new in-vitro tool to study the speed and direction of propagation of neural activity in the two-dimensional CA1-CA3 regions of the hippocampus with a high signal to noise ratio.

We have developed an in vitro unfolded hippocampus which preserves CA1-CA3 array of neurons. Combined with the penetrating micro-electrode array, neural activity can be monitored in both the longitudinal and transverse orientations. This method provides advantages over hippocampal slice preparations as the propagation in the entire hippocampus can be recorded simultaneously.

Bir Penetran Mikro-elektrot Array ile bir Kırımsız Hipokampal Hazırlık Sinir Faaliyet Yayılım

This protocol describes a method for preparing a new in vitro flat hippocampus preparation combined with a micro-machined array to map neural activity in ...

Extracellular Recording of Neuronal Activity Combined with Microiontophoretic Application of Neuroactive Substances in Awake Mice

Differences in the activity of neurotransmitters and neuromodulators, and consequently different neural responses, can be found between anesthetized and awake animals. Therefore, methods allowing the manipulation of synaptic systems in awake animals are required in order to determine the contribution of synaptic inputs to neuronal processing unaffected by anesthetics. Here, we present methodology for the construction of electrodes to simultaneously record extracellular neural activity and release multiple neuroactive substances at the vicinity of the recording sites in awake mice. By combining these procedures, we performed microiontophoretic injections of gabazine to selectively block GABAA receptors in neurons of the inferior colliculus of head-restrained mice. Gabazine successfully modified neural response properties such as the frequency response area and stimulus-specific adaptation. Thus, we demonstrate that our methods are suitable for recording single-unit activity and for dissecting the role of specific neurotransmitter receptors in auditory processing.
The main limitation of the described procedure is the relatively short recording time (~3 hr), which is determined by the level of habituation of the animal to the recording sessions. On the other hand, multiple recording sessions can be performed in the same animal. The advantage of this technique over other experimental procedures used to manipulate the level of neurotransmission or neuromodulation (such as systemic injections or the use of optogenetic models), is that the drug effect is confined to the local synaptic inputs to the target neuron. In addition, the custom-manufacture of electrodes allows adjustment of specific parameters according to the neural structure and type of neuron of interest (such as the tip resistance for improving the signal-to-noise ratio of the recordings).

We present methods for the construction of electrodes to simultaneously record extracellular neural activity and release multiple neuroactive substances at the vicinity of the recording sites in awake mice. This technique allows the detailed analysis of putative local synaptic inputs to the neuron of interest.

Uyanık Farelerde Nöroaktif Maddelerin Microiontophoretic Uygulaması ile birlikte Nöronal Faaliyet dışı Kaydı

Differences in the activity of neurotransmitters and neuromodulators, and consequently different neural responses, can be found between anesthetized and ...

Fabrication of High Contact-Density, Flat-Interface Nerve Electrodes for Recording and Stimulation Applications

Many attempts have been made to manufacture multi-contact nerve cuff electrodes that are safe, robust and reliable for long term neuroprosthetic applications. This protocol describes a fabrication technique of a modified cylindrical nerve cuff electrode to meet these criteria. Minimum computer-aided design and manufacturing (CAD and CAM) skills are necessary to consistently produce cuffs with high precision (contact placement 0.51 &#177; 0.04 mm) and various cuff sizes. The precision in spatially distributing the contacts and the ability to retain a predefined geometry accomplished with this design are two criteria essential to optimize the cuff&#39;s interface for selective recording and stimulation. The presented design also maximizes the flexibility in the longitudinal direction while maintaining sufficient rigidity in the transverse direction to reshape the nerve by using materials with different elasticities. The expansion of the cuff&#39;s cross sectional area as a result of increasing the pressure inside the cuff was observed to be 25% at 67 mm Hg. This test demonstrates the flexibility of the cuff and its response to nerve swelling post-implant. The stability of the contacts&#39; interface and recording quality were also examined with contacts&#39; impedance and signal-to-noise ratio metrics from a chronically implanted cuff (7.5 months), and observed to be 2.55 &#177; 0.25 k&#8486; and 5.10 &#177; 0.81 dB respectively.

This article provides a detailed description on the fabrication process of a high contact-density flat interface nerve electrode (FINE). This electrode is optimized for recording and stimulating neural activity selectively within peripheral nerves.

Kayıt ve Stimülasyon Uygulamaları için Yüksek İletişim-Yoğunluk Fabrikasyon, Düz Arayüz Sinir Elektrotlar

Many attempts have been made to manufacture multi-contact nerve cuff electrodes that are safe, robust and reliable for long term neuroprosthetic ...

Single-cell Resolution Fluorescence Live Imaging of Drosophila Circadian Clocks in Larval Brain Culture

The circadian pacemaker circuit orchestrates rhythmic behavioral and physiological outputs coordinated with environmental cues, such as day/night cycles. The molecular clock within each pacemaker neuron generates circadian rhythms in gene expression, which underlie the rhythmic neuronal functions essential to the operation of the circuit. Investigation of the properties of the individual molecular oscillators in different subclasses of pacemaker neurons and their interaction with neuronal signaling yields a better understanding of the circadian pacemaker circuit. Here, we present a time-lapse fluorescent microscopy approach developed to monitor the molecular clockwork in clock neurons of cultured Drosophila larval brain. This method allows the multi-day recording of the rhythms of genetically encoded fluorescent circadian reporters at single-cell resolution. This setup can be combined with pharmacological manipulations to closely analyze real-time response of the molecular clock to various compounds. Beyond circadian rhythms, this multipurpose method in combination with powerful Drosophila genetic techniques offers the possibility to study diverse neuronal or molecular processes in live brain tissue.

Single-cell Resolution Fluorescence Live Imaging of Drosophila Circadian Clocks in Larval Brain Culture

The goal of this protocol is to establish ex vivo Drosophila larval brain culture optimized to monitor circadian molecular rhythms with long-term fluorescence time-lapse imaging. The application of this method to pharmacological assays is also discussed.

Tek hücreli çözünürlük Floresans canlı görüntüleme Drosophila sirkadiyen saatler larva beyin kültür

The circadian pacemaker circuit orchestrates rhythmic behavioral and physiological outputs coordinated with environmental cues, such as day/night cycles. ...

Analyzing Neural Activity and Connectivity Using Intracranial EEG Data with SPM Software

Measuring neural activity and connectivity associated with cognitive functions at high spatial and temporal resolutions is an important goal in cognitive neuroscience. Intracranial electroencephalography (EEG) can directly record electrical neural activity and has the unique potential to accomplish this goal. Traditionally, averaging analysis has been applied to analyze intracranial EEG data; however, several new techniques are available for depicting neural activity and intra- and inter-regional connectivity. Here, we introduce two analytical protocols we recently applied to analyze intracranial EEG data using the Statistical Parametric Mapping (SPM) software: time-frequency SPM analysis for neural activity and dynamic causal modeling of induced responses for intra- and inter-regional connectivity. We report our analysis of intracranial EEG data during the observation of faces as representative results. The results revealed that the inferior occipital gyrus (IOG) showed gamma-band activity at very early stages (110 ms) in response to faces, and both the IOG and amygdala showed rapid intra- and inter-regional connectivity using various types of oscillations. These analytical protocols have the potential to identify the neural mechanisms underlying cognitive functions with high spatial and temporal profiles.

We present two analytical protocols that can be used to analyze intracranial electroencephalography data using the Statistical Parametric Mapping (SPM) software: time-frequency statistical parametric mapping analysis for neural activity, and dynamic causal modeling of induced responses for intra- and inter-regional connectivity.

Sinirsel aktivite ve bağlanırlığı İntrakraniyal EEG veri SPM yazılım programıyla analiz

Measuring neural activity and connectivity associated with cognitive functions at high spatial and temporal resolutions is an important goal in cognitive ...

Wide-field Single-photon Optical Recording in Brain Slices Using Voltage-sensitive Dye

Wide-field single photon voltage-sensitive dye (VSD) imaging of brain slice preparations is a useful tool to assess the functional connectivity in neural circuits. Due to the fractional change in the light signal, it has been difficult to use this method as a quantitative assay. This article describes special optics and slice handling systems, which render this technique stable and reliable. The present article demonstrates the slice handling, staining, and recording of the VSD-stained hippocampal slices in detail. The system maintains physiological conditions for a long time, with good staining, and prevents mechanical movements of the slice during the recordings. Moreover, it enables staining of slices with a small amount of the dye. The optics achieve high numerical aperture at low magnification, which allows recording of the VSD signal at the maximum frame rate of 10 kHz, with 100 pixel x 100-pixel spatial resolution. Due to the high frame rate and spatial resolution, this technique allows application of the post-recording filters that provide sufficient signal-to-noise ratio to assess the changes in neural circuits.

We introduce a reproducible and stable optical recording method for brain slices using voltage-sensitive dye. The article describes voltage-sensitive dye staining and recording of optical signals using conventional hippocampal slice preparations.

Gerilim duyarlı boya kullanarak beyin dilimleri geniş alan tek foton optik kayıt

Wide-field single photon voltage-sensitive dye (VSD) imaging of brain slice preparations is a useful tool to assess the functional connectivity in neural ...