Name: optical recording of suprathreshold neural activity with single-cell and single-spike resolution
Uploaded: 2012-09-05T12:00:00
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우리는 매우 원고를 읽기 위해 박사 랜디 Chitwood 감사드립니다. 이 작품은 관청 재단과 HJK 할 수있는 알프레드 P. 슬로안 재단 보조금에 의해 지원되었다.

1. 광 설치 (그림 1) <ol><li> 두 광자 여기 들어 femtosecond 펄스와 적외선 펄스 레이저 시스템이 사용됩니다. 높은 레이저 출력 전력은 (&gt; 2W 890 nm의 파장에서 경우에 따라) 시스템의 광학 구성 요소가 도입 된 대형 손실을 상쇄하기 위해 필요합니다. </li><li> 이 프리즘으로 구성된 prechirper 시스템은 AODs 1 소개 시간적 분산을 보상하기 전에 음향 광학 편 향기 (AODs)에 레이저 펄스에 부정적인 ?...

<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>

디더링 랜덤 액세스 검사는 간접적으로 신경 세포의 somata의 각 스파이크와 관련된 세포 체세포 칼슘의 증가에서 suprathreshold 솟고 활동을 감지합니다. 세포 내 칼슘의 증가는 형광 칼슘 염료에 의해 감지됩니다. 디더링 랜덤 액세스 검색의 한계는 칼슘 형광 신호의 제한된 신호 대 잡음 비율에서 크게 발생한다. 신호 대 잡음 비율이 높은 여기 요금을 사용하실 수 없습니다 photodamage에 의해 제한 차...

<table border="1"><tbody><tr><td> 시약의 이름 </td><td> 회사 </td><td> 카탈로그 번호 </td><td> 코멘트 (선택 사항) </td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td> 광학 구성 요소는 레이저부터, 순서대로 나열되어 있습니다 </td></tr><tr><td> 타이탄 : 사파이어 레이저 </td><td> 일관된 주식회사 </td><td> 카멜레온 울트라 2 </td><td> 높은 전력 출력을 권장 (900 나노 미터에서&gt; 2W) </td></tr><tr><td> 비 염색성의 렌즈 F = 30mm </td><td> 토르 실험실 </td><td> AC254-030-B </td><td> 650-1050 nm의에 대한 반사 방지 (AR) 코팅 </td></tr><tr><td> 비 염색성의 렌즈 F = 100mm </td><td> 토르 실험실 </td><td> AC254-100-B </td><td> AR 650-1050 nm의 </td></tr><tr><td> 렌즈 F = 75mm </td><td> 토르 실험실 </td><td> LA1608-B </td><td> AR 650-1050 nm의 </td></tr><tr><td> 렌즈 F = 175mm</td><td> 토르 실험실 </td><td> LA1229-B </td><td> AR 650-1050 nm의 </td></tr><tr><td> 비 염색성의 렌즈 F = 300mm </td><td> 토르 실험실 </td><td> AC254-300-B </td><td> AR 650-1050 nm의 </td></tr><tr><td> 비 염색성의 렌즈 F = 100mm </td><td> 토르 실험실 </td><td> AC254-100-B </td><td> AR 650-1050 nm의 </td></tr><tr><td> 비 염색성의 렌즈 F = 100mm </td><td> 토르 실험실 </td><td> AC254-100-B </td><td> AR 650-1050 nm의 </td></tr><tr><td> 음향 광학 편 향기 </td><td> Intraaction 사 </td><td> ATD 6510CD2 </td><td></td></tr><tr><td> 반사 회절 격자 </td><td> 뉴 포트 (Newport) </td><td> 53-011R </td><td> 65 MHz의 대역폭 45 mrad의 스캔 각도 AODs 100 홈 / mm </td></tr><tr><td> 21.6 mm Brewster 프리즘 </td><td> 람다 리서치 옵틱스 주식회사 </td><td> IBP21.6SF10 </td><td></td></tr><tr><td> 컬러 유리 </td><td> SCHOTT </td&gt; <td> BG-39 </td><td></td></tr><tr><td> 이색 성 거울 </td><td> 크로마 기술 주식회사 </td><td> Z532RDC </td><td></td></tr><tr><td> 광전자 증 모듈 </td><td> 하마 마츠 </td><td> H9305-03 </td><td></td></tr><tr><td> DAC-ADC 보드 </td><td> 내쇼날 인스트루먼트 </td><td> PCI-6115 </td><td></td></tr><tr><td> 오레곤 그린 488 Bapta - 오전 1시 </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

척추 중추 신경계의 정보 신호는 종종 뉴런이 아닌 개별 뉴런의 인구에 의해 수행됩니다. 또한 suprathreshold의 난리 활동의 전파는 뉴런의 인구를 포함합니다. 대뇌 피질의 기능을 해결 경험적 연구는 직접 따라서 고해상도로 뉴런의 인구에서 녹음이 필요합니다. 여기 광학 방법 및 최대 단일 셀 및 단일 스파이크 해상도 100 뉴런에서까지 신경 활동을 기록 할 수있는 deconvolution 알고리즘을 설명합니다. 이 방법은 대뇌 피질의 뉴런의 suprathreshold 전기 스파이크 (활동 전위)와 관련된 세포 체세포의 칼슘 농도의 일시적 증가 감지에 의존하고 있습니다. 광학 녹음의 높은 시간적 해상도는 음향 광학 편 향기 (AODs) 1을 사용하여 빠른 랜덤 액세스 스캐닝 기술에 의해 달성된다. 불투명 뇌 소유의 높은 공간 해상도의 칼슘에 민감한 염료 결과의 2 광자 여기2 고소 해요. 형광 칼슘 녹음에서 스파이크의 재건은 최고 가능성 방법에 의해 달성된다. 동시 electrophysiological 및 광학 녹음은 우리의 방법은 안정적으로 스파이크를 (&gt; 97% 스파이크 검출 효율) 검색을 나타냅니다, 허위 긍정적 인 스파이크 감지 (&lt;0.003 스파이크 / s)로, 높은 시간적 정밀 (MS 3) 3의 낮은 속도가 있습니다. 스파이크 검출이 광학 방식은 체외과 생체 3,4에 anesthetized 동물의 신경 활동을 기록하는 데 사용할 수 있습니다.

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

대뇌 피질의 기능이 뉴런의 인구의 수준에 발생하기 때문에 척추 중추 신경계의 기능을 이해하는 것은 많은 뉴런의 녹음이 필요합니다. 다음은 단일 셀 및 단일 스파이크 해상도로 suprathreshold 신경 활동을 기록 할 수있는 광학 방법을 설명, 랜덤 액세스 검사는 디더링. 까지의 높은 시간적 해상도 100 뉴런이 방법을 기록 체세포 형광 칼슘 신호. 최고 확률이 알고리즘은 체세포의 형광 칼슘 신호의 기본 suprathreshold 신경 활동을 deconvolves. 이 방법은 안정적으로 높은 검출 효율과 잘못된 반응의 낮은 속도로 스파이크를 감지하고 신경 인구를 공부하는 데 사용할 수 있습니다<em&gt; 체외에서</em&gt;와<em&gt; 생체 내</em&gt;.

단일 셀 및 단일 스파이크 해상도 suprathreshold 신경 활동의 광 기록

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

단일 유닛 활동과 Electrocorticographic 신호를 녹음하기 위해 만성 신경 전극 외과 이식

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

연구

신경과학

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

신경 응답을 녹음하고 추적하는 주사에 대한 깨어 마우스의 작성

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

메뚜기에 신경 활동을 특성화하기 위해 다중 단위 기록 방법 (<em&gt; Schistocerca 아메리카나</em&gt;) 강한 회로

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

세미 그대로의 레이저 조명과 신경 활동의 Optogenetic 섭동<em&gt; 초파리</em모션&gt; 유충

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

공 초점 빛 시트 현미경 전체 마우스 두뇌의 마이크론 규모의 해상도 광학 단층 촬영

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

신경 기록 전극의 체계적인 전기 및 전기 생리 평가를위한 방법

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

관통 마이크로 전극 배열을 펼친 해마 준비에 신경 활동 전파

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

깨어 마우스의 신경 활성 물질의 Microiontophoretic 응용 프로그램과 결합하여 신경 활동의 세포 외 기록

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

녹화 및 자극 애플리케이션을위한 높은 접촉 밀도의 제작, 평면 인터페이스 신경 전극

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

단일 셀 해상도 형광 애벌레 뇌 문화에 살고 있는 초파리 Circadian Clock의 이미징

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