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

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 bi...

<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>

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 ...

Research

JoVE Journal

Neuroscience

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

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 ...

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

Sinir Yanıtları Kayıt ve Tarayıcıları enjekte için bir Awake Fare hazırlanması

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

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

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

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

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 ...

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

Sinir Kayıt Elekrtotların Sistematik Elektrokimyasal ve Elektrofizyolojik Değerlendirme için Bir Yöntem

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

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

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

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

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

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. ...