Name: optical recording of suprathreshold neural activity with single-cell and single-spike resolution
Uploaded: 2012-09-05T12:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Optical Recording of Suprathreshold Neural Activity with Single-cell and Single-spike Resolution at JoVE.com

אנו מודים לד&quot;ר רנדי Chitwood לקראו את כתב היד קשה. עבודה זו נתמכה על ידי קרן וייטהול ומענקי פ אלפרד סלואן הקרן לHJK.

1. התקנה אופטית (איור 1) <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עבור עירור שני פוטוני מערכת ליזר פעם אינפרא אדומה עם פולסים femtosecond משמשת. הספק ליזר גבוה (במקרים מסוימים&gt; 2W באורך גל nm 890) נדרש כדי לקזז את ההפסדים הגדולים שהונהגו על ידי הרכיבים האופטיים של המערכ...

<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>

סריקה התלבטה בגישה אקראית בעקיפין מזהה פעילות suprathreshold spiking מהעליות בסיד סומטי תאי מקושר עם כל עלייה בsomata נוירון. העליות בסידן התאי מזוהות על ידי צבעי סיד ניאון. המגבלות של סריקת מיזוג צבעי גישה האקראית עולות במידה רבה משל יחס אות לרעש המוגבל של אותות קרינת סידן. יחס א?...

<table border="1" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><td> שם המגיב </td><td> חברה </td><td> מספר קטלוגים </td><td> תגובות (אופציונלי) </td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td> רכיבים אופטיים מפורטים בצו, החלו מהליזר </td></tr><tr><td> טיטאן: ספיר ליזר </td><td> קוהירנט בע&quot;מ </td><td> זיקית Ultra 2 </td><td> הספק גבוה מומלץ (&gt; 2W במהירות של 900 ננומטר) </td></tr><tr><td> עדשת achromatic f = 30 מ&quot;מ </td><td> מעבדות Thor </td><td> AC254-030-B </td><td> ציפוי נגד השתקפויות (AR) 650-1050 ננומטר </td></tr><tr><td> עדשת achromatic f = 100 מ&quot;מ </td><td> מעבדות Thor </td><td> AC254-100-B </td><td> AR 650-1050 ננומטר </td></tr><tr><td> עדשת f = 75 מ&quot;מ </td><td> מעבדות Thor </td><td> LA1608-B </td><td> AR 650-1050 ננומטר </td></tr><tr><td> עדשה 175 מ&quot;מ f =</td><td> מעבדות Thor </td><td> LA1229-B </td><td> AR 650-1050 ננומטר </td></tr><tr><td> עדשת achromatic f = 300 מ&quot;מ </td><td> מעבדות Thor </td><td> AC254-300-B </td><td> AR 650-1050 ננומטר </td></tr><tr><td> עדשת achromatic f = 100 מ&quot;מ </td><td> מעבדות Thor </td><td> AC254-100-B </td><td> AR 650-1050 ננומטר </td></tr><tr><td> עדשת achromatic f = 100 מ&quot;מ </td><td> מעבדות Thor </td><td> AC254-100-B </td><td> AR 650-1050 ננומטר </td></tr><tr><td> deflectors Acousto אופטי </td><td> Intraaction קורפ </td><td> ATD 6510CD2 </td><td></td></tr><tr><td> סריג עקיף רפלקטיבית </td><td> ניופורט </td><td> 53-011R </td><td> 100 חריצים / מ&quot;מ לAODs עם רוחב פס MHz 65 וזווית סריקה של 45 mrad </td></tr><tr><td> 21.6 מ&quot;מ רוסטר מנסרות </td><td> מבדה המחקר אופטיקה בע&quot;מ </td><td> IBP21.6SF10 </td><td></td></tr><tr><td> זכוכית צבעונית </td><td> שוט </td&gt; <td> BG-39 </td><td></td></tr><tr><td> מראה Dichroic </td><td> Chroma הטכנולוגיה קורפ </td><td> Z532RDC </td><td></td></tr><tr><td> מודולים מכפילים </td><td> Hamamatsu </td><td> H9305-03 </td><td></td></tr><tr><td> DAC-ADC לוח </td><td> מכשירים הלאומיים </td><td> PCI-6115 </td><td></td></tr><tr><td> אורגון גרין 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

איתות של מידע במערכת העצבים מרכזי החוליות לעתים קרובות מבוצעת על ידי אוכלוסיות של תאי עצב ולא נוירונים בודדים. גם התפשטות של פעילות spiking suprathreshold כרוכת אוכלוסיות של נוירונים. מחקרים אמפיריים העוסקים בתפקוד של קליפת המוח באופן ישיר ובכך מחייבים הקלטות מאוכלוסיות של נוירונים עם רזולוציה גבוהה. כאן אנו מתארים שיטה אופטית ואלגוריתם deconvolution להקליט פעילות עצבית מהמרחק של עד 100 נוירונים עם החלטה אחת תא וחד ספייק. שיטה זו מסתמכת על גילוי של העליות החולפות בריכוז הסידן תוך תאי הגופני קשור עם קוצי חשמל suprathreshold (פוטנציאל פעולה) בנוירונים בקליפת המוח. רזולוציה גבוהה זמנית של ההקלטות האופטיות מושגת על ידי טכניקת סריקה מהירה בגישה אקראית באמצעות deflectors acousto אופטי (AODs) 1. עירור שני פוטונים של התוצאות בסידן רגיש צבע ברזולוציה מרחבית גבוהה בtis המוח האטוםלתבוע 2. שיקום של קוצים מהקלטות סיד הקרינה מושג על ידי שיטה מקסימלי סבירות. הקלטות אלקטרו אופטיות ובו זמנית מצביעות על כך שהשיטה שלנו אמינה מזהה קוצים (&gt; 97% איתור יעיל ספייק), יש שיעור נמוך של זיהוי חיובי כוזב ספייק (&lt;0.003 קוצים / ים), ודיוק גבוה זמני (כ 3 ms) 3. שיטה זו של זיהוי אופטית ספייק ניתן להשתמש כדי להקליט את הפעילות עצבית במבחנה בחיות מורדמות in vivo 3,4.

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

הבנת התפקוד של מערכת העצבים מרכזי החוליות דורשת הקלטות מנוירונים רבים בגלל תפקוד קליפת המוח מתעורר ברמה של אוכלוסיות של נוירונים. כאן אנו מתארים שיטה אופטית להקלטת פעילות עצבית suprathreshold עם רזולוצית תא בודד ויחיד ספייק, התלבטה סריקה בגישה אקראית. זה מסמל שיטה רשום סומטיות קרינת סיד מעד 100 נוירונים עם רזולוציה גבוהה זמנית. אלגוריתם מקסימאלי סבירות deconvolves הפעילות העצבית suprathreshold הבסיסית מאותות סיד הקרינה סומטיות. שיטה זו אמינה מזהה קוצים עם איתור יעיל גבוהים ושיעור נמוך של תוצאות חיוביות שגויות ויכולה לשמש כדי לחקור אוכלוסיות עצביות<em&gt; במבחנה</em&gt; ו<em&gt; In vivo</em&gt;.

הקלטה אופטית של פעילות עצבית suprathreshold עם רזולוצית תא בודד ויחיד ספייק

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

Research

JoVE Journal

Neuroscience

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

השרשה כירורגית של אלקטרודות עצביות כרוניות להקלטת פעילות יחידה אחת אותות Electrocorticographic

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

Preparation of an Awake Mouse for Recording Neural Responses and Injecting Tracers

הכנת עכבר ער להקלטת תגובות עצביות והזרקת קליעים נותבים

It is well known that anesthesia alters neural response properties in various regions of the brain.13.  In the auditory system, fundamental response ...

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

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

שיטות הקלטה בעל מספר יחידות לאפיין את הפעילות עצבית בארבה (<em&gt; Schistocerca אמריקנה</em&gt;) מעגלי ריח

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

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

הפרעות optogenetic של פעילות עצבית עם תאורת לייזר בחצי ללא פגע<em&gt; דרוזופילה</em&gt; זחלים בתנועה

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

מיקרון בקנה מידת רזולוציה אופטית טומוגרפיה של מוח עכבר השלם עם מיקרוסקופית גיליון Confocal אור

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

A Method for Systematic Electrochemical and Electrophysiological Evaluation of Neural Recording Electrodes

שיטה לאלקטרוכימי שיטתי ואלקטרו הערכה של אלקטרודות הקלטה עצביות

New materials and designs for neural implants are typically tested separately, with a demonstration of performance but without reference to other implant ...

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

עצבי פעילות הרבייה בהיפוקמפוס הכנה פרש בחודר מיקרו-אלקטרודה 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 ...

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

הקלטה תאית של העצבית פעילות משולבת עם Microiontophoretic יישום של חומרי Neuroactive עכברי Awake

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

המצאה של צפיפות לתקשר גבוהה, אלקטרודות עצב שטוח ממשק עבור יישומי הקלטת הגירוי

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

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

קרינה פלואורסצנטית תא בודד רזולוציה לחיות הדמיה של שעונים היממה דרוזופילה בתרבות המוח זחל

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