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

Мы благодарим доктора Рэнди Chitwood для критического прочтения рукописи. Эта работа была поддержана фондом Whitehall и Alfred P. Sloan Foundation грантов ХИК.

1. Оптическая установка (рис. 1) <ol><li> В течение двух-фотонного возбуждения инфракрасной импульсной лазерной системы с фемтосекундных импульсов используется. Высокая выходная мощность лазера (в некоторых случаях&gt; 2 Вт при 890 нм) требует, чтобы компенсировать большие потери, вносимые оп?...

<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>

Сглаживание случайного сканирования при доступе косвенно обнаруживает запороговой пики активности с увеличением внутриклеточного кальция соматических, связанные с каждым всплеском somata нейрона. Увеличение внутриклеточного кальция обнаруживаются флуоресцентных красителей кальция...

<table border="1"><tbody><tr><td> Название реагента </td><td> Компания </td><td> Номер в каталоге </td><td> Комментарии (по желанию) </td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td> Оптические компоненты перечислены в порядке, начиная с лазерным </td></tr><tr><td> Титан-сапфирового лазера </td><td> Когерентные Инк </td><td> Chameleon Ultra 2 </td><td> Высокая выходная мощность рекомендуемого (&gt; 2 Вт при 900 нм) </td></tr><tr><td> Ахроматический объектив F = 30 мм </td><td> Thor лабораторий </td><td> AC254-030-B </td><td> Anti-отражение (AR) покрытия для 650-1050 нм </td></tr><tr><td> Ахроматический объектив F = 100 мм </td><td> Thor лабораторий </td><td> AC254-100-B </td><td> AR 650-1050 нм </td></tr><tr><td> Объектив F = 75 мм </td><td> Thor лабораторий </td><td> LA1608-B </td><td> AR 650-1050 нм </td></tr><tr><td> Объектив F = 175 мм</td><td> Thor лабораторий </td><td> LA1229-B </td><td> AR 650-1050 нм </td></tr><tr><td> Ахроматический объектив F = 300 мм </td><td> Thor лабораторий </td><td> AC254-300-B </td><td> AR 650-1050 нм </td></tr><tr><td> Ахроматический объектив F = 100 мм </td><td> Thor лабораторий </td><td> AC254-100-B </td><td> AR 650-1050 нм </td></tr><tr><td> Ахроматический объектив F = 100 мм </td><td> Thor лабораторий </td><td> AC254-100-B </td><td> AR 650-1050 нм </td></tr><tr><td> Акустооптические дефлекторы </td><td> Intraaction Corp </td><td> ATD 6510CD2 </td><td></td></tr><tr><td> Светоотражающие дифракционной решетки </td><td> Newport </td><td> 53-011R </td><td> 100 штрихов / мм для AODs с 65 МГц полосы пропускания и сканирование под углом 45 мрад </td></tr><tr><td> 21,6 мм Брюстер призм </td><td> Lambda Research Оптика Инк </td><td> IBP21.6SF10 </td><td></td></tr><tr><td> Цветное стекло </td><td> Schott </td&gt; <td> BG-39 </td><td></td></tr><tr><td> Зеркальные </td><td> Chroma Technology Corp </td><td> Z532RDC </td><td></td></tr><tr><td> Модули ФЭУ </td><td> Hamamatsu </td><td> H9305-03 </td><td></td></tr><tr><td> ЦАП-АЦП платы </td><td> National Instruments </td><td> PCI-6115 </td><td></td></tr><tr><td> Орегон Зеленый 488 ВАРТА-1 утра </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

Сигнализация информации в позвоночных центральная нервная система часто осуществляется по популяции нейронов, а не отдельными нейронами. Также распространения запороговой деятельность включает в себя пики популяций нейронов. Эмпирические исследования решении корковых функций непосредственно, следовательно, требуют записи из популяций нейронов с высоким разрешением. Здесь мы опишем оптического метода и алгоритма деконволюции для записи нейронной активности до 100 нейронов с одноклеточных и одного всплеска резолюции. Этот метод основан на выявлении преходящее увеличение внутриклеточного кальция соматических концентрация, связанная с запороговой электрических шипы (потенциалы действия) в корковых нейронов. Высокое временное разрешение оптической записи достигается за счет быстрого произвольного доступа сканирования технологии с использованием акустооптического дефлектора (AODs) 1. Двухфотонного возбуждения кальций-чувствительных красителей приводит к высоким пространственным разрешением в непрозрачную ткань мозгаСью 2. Реконструкция шипы от флуоресценции записи кальция достигается методом максимального правдоподобия. Одновременное электрофизиологические и оптические записи показывают, что наш метод надежно обнаруживает шипами (&gt; 97% шипованные эффективности обнаружения), имеет низкий уровень ложных срабатываний Обнаружение всплеска (&lt;0,003 шипы / с), а также высокой временной точностью (около 3 мс) 3. Этот оптический метод обнаружения всплеска может быть использован для записи нейронной активности в пробирке и в анестезии животных в естественных 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

Понимание функции позвоночных центральная нервная система требует записи из многих нейронов корковых функций, потому что возникает на уровне популяций нейронов. Здесь мы опишем метод оптической записи запороговой нейронной активности с одноклеточных и одного всплеска разрешение, сглаживание случайного доступа сканирования. Этот метод записи соматических флуоресценции кальций сигналов от до 100 нейронов с высоким временным разрешением. Максимального правдоподобия алгоритм deconvolves основной запороговой нейронной активности с соматическими сигналы флуоресценции кальций. Этот метод надежно обнаруживает шипы с высокой эффективностью обнаружения и низкий уровень ложных срабатываний и может быть использована для изучения нейронных популяций<em&gt; В пробирке</em&gt; И<em&gt; В естественных условиях</em&gt;.

Оптическая запись запороговой нейронной активности с одноклеточных и одного всплеска резолюции

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

Хирургическая имплантация хронических Нейронные электроды для записи один вид деятельности группы и Electrocorticographic сигналы

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

Подготовка Awake мыши для записи нервных реакций и инъекционных Трейсеры

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

Multi-единицы Запись методы для характеристики нейронной активности в Locust (<em&gt; Schistocerca Americana</em&gt;) Обонятельные схемы

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

Optogenetic Возмущение нейронной активности с лазерной подсветкой в ​​полу-нетронутыми<em&gt; Drosophila</em&gt; Личинки в движении

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

Микронного масштаба Разрешение оптической томографии целых мозг мышей с конфокальной Light Sheet микроскопии

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

Нейронной активности распространения в разложенном гиппокампа подготовки с проникающим Micro-электрода массив

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

Внеклеточной Запись нейрональной активности в сочетании с микроионофоретическое Применение нейроактивный веществ у бодрствующих мышей

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

Изготовление High-Density Контакт, с плоским Интерфейс Нервные электроды для записи и стимуляция приложений

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

Одноклеточных резолюции флуоресценции живут изображений дрозофилы суточного часов в культуре личиночной мозга

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

Анализ нейронной активности и подключение с использованием внутричерепных ЭЭГ данных с программным обеспечением УСВ

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