Name: two-photon calcium imaging in mice navigating a virtual reality environment
Uploaded: 2014-02-20T22:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Two-photon Calcium Imaging in Mice Navigating a Virtual Reality Environment at JoVE.com

इस काम बायोमेडिकल रिसर्च के लिए फ्रेडरिक Miescher संस्थान, मैक्स प्लैंक सोसायटी, और मानव सीमाओं विज्ञान कार्यक्रम के द्वारा समर्थित किया गया.

सभी पशु प्रक्रियाओं को मंजूरी दे दी और कैंटन बेसल स्टैड के पशु चिकित्सा विभाग के दिशा निर्देशों के अनुसार किया गया. 1. हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर सेटअप <ol><li> दो photon खुर्दबीन स्कैनिंग सेटअप: <ol><li> एक र?...

<ol>
	<li>Helmchen, F., Fee, M. S., Tank, D. W., Denk, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Miniature+Head-Mounted+Two-Photon+MicroscopeHigh-Resolution+Brain+Imaging+in+Freely+Moving+Animals.">A Miniature Head-Mounted Two-Photon MicroscopeHigh-Resolution Brain Imaging in Freely Moving Animals.</a> Neuron. 31 (6), 903-912 (2001).</li><li>Dombeck, D. A., Khabbaz, A. N., Collman, F., Adelman, T. L., Tank, D. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Imaging+large-scale+neural+activity+with+cellular+resolution+in+awake,+mobile+mice.">Imaging large-scale neural activity with cellular resolution in awake, mobile mice.</a> Neuron. 56, 43-57 (2007).</li><li>Dombeck, D. A., Harvey, C. D., Tian, L., Looger, L. L., Tank, D. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+imaging+of+hippocampal+place+cells+at+cellular+resolution+during+virtual+navigation.">Functional imaging of hippocampal place cells at cellular resolution during virtual navigation.</a> Nat. Neurosci. 13 (11), 1433-1440 (2010).</li><li>Harvey, C. D., Coen, P., Tank, D. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Choice-specific+sequences+in+parietal+cortex+during+a+virtual-navigation+decision+task.">Choice-specific sequences in parietal cortex during a virtual-navigation decision task.</a> Nature. 484 (7395), 62-68 (2012).</li><li>Huber, D., Gutnisky, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multiple+dynamic+representations+in+the+motor+cortex+during+sensorimotor+learning.">Multiple dynamic representations in the motor cortex during sensorimotor learning.</a> Nature. 484 (7395), 473-478 (2012).</li><li>Keller, G. B., Bonhoeffer, T., H&#252;bener, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sensorimotor+mismatch+signals+in+primary+visual+cortex+of+the+behaving+mouse.">Sensorimotor mismatch signals in primary visual cortex of the behaving mouse.</a> Neuron. 74 (5), 809-815 (2012).</li><li>Akerboom, J., Chen, T. -. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimization+of+a+GCaMP+Calcium+Indicator+for+Neural+Activity+Imaging.">Optimization of a GCaMP Calcium Indicator for Neural Activity Imaging.</a> J. Neurosci. 32 (40), 13819-13840 (2012).</li><li>Zhao, Y., Araki, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+expanded+palette+of+genetically+encoded+Ca2++indicators.">An expanded palette of genetically encoded Ca2+ indicators.</a> Science. 333 (6051), 1888-1891 (2011).</li><li>Mittmann, W., Wallace, D. J. <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+calcium+imaging+of+evoked+activity+from+L5+somatosensory+neurons+in+vivo.">Two-photon calcium imaging of evoked activity from L5 somatosensory neurons in vivo.</a> Nat. Neurosci. 14 (8), 1089-1893 (2011).</li><li>Katona, G., Szalay, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fast+two-photon+in+vivo+imaging+with+three-dimensional+random-access+scanning+in+large+tissue+volumes.">Fast two-photon in vivo imaging with three-dimensional random-access scanning in large tissue volumes.</a> Nat. Methods. 9 (2), 201-208 (2012).</li><li>Mank, M., Santos, A. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+genetically+encoded+calcium+indicator+for+chronic+in+vivo+two-photon+imaging.">A genetically encoded calcium indicator for chronic in vivo two-photon imaging.</a> Nat. Methods. 5 (9), 805-811 (2008).</li><li>Margolis, D. J., L&#252;tcke, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reorganization+of+cortical+population+activity+imaged+throughout+long-term+sensory+deprivation.">Reorganization of cortical population activity imaged throughout long-term sensory deprivation.</a> Nat. Neurosci. 15 (11), 1539-1546 (2012).</li><li>Zariwala, H. A., Borghuis, B. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Cre-dependent+GCaMP3+reporter+mouse+for+neuronal+imaging+in+vivo.">A Cre-dependent GCaMP3 reporter mouse for neuronal imaging in vivo.</a> J. Neurosci. 32 (9), 3131-3141 (2012).</li><li>Harvey, C. D., Collman, F., Dombeck, D. A., Tank, D. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intracellular+dynamics+of+hippocampal+place+cells+during+virtual+navigation.">Intracellular dynamics of hippocampal place cells during virtual navigation.</a> Nature. 461 (7266), 941-946 (2009).</li><li>H&#246;lscher, C., Schnee, A., Dahmen, H., Setia, L., Mallot, H. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rats+are+able+to+navigate+in+virtual+environments.">Rats are able to navigate in virtual environments.</a> J. Exp. Biol. 208, 561-5519 (2005).</li><li>Borlinghaus, R. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=MRT+letter:+high+speed+scanning+has+the+potential+to+increase+fluorescence+yield+and+to+reduce+photobleaching).">MRT letter: high speed scanning has the potential to increase fluorescence yield and to reduce photobleaching).</a> Microsc. Res. Tech. 69 (9), 689-692 (2006).</li><li>Reiff, D. F., Plett, J., Mank, M., Griesbeck, O., Borst, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Virtual+Reality+for+Mice,+mousevr.blogspot.com.">Virtual Reality for Mice, mousevr.blogspot.com.</a> Nat. Neurosci. 13, 973-978 (2010).</li><li>Sakatani, T., Isa, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantitative+analysis+of+spontaneous+saccade-like+rapid+eye+movements+in+C57BL/6+mice.">Quantitative analysis of spontaneous saccade-like rapid eye movements in C57BL/6 mice.</a> Neurosci. Res. 58, 324-331 (2007).</li><li>Golshani, P., Portera-Cailliau, C. <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+2-photon+calcium+imaging+in+layer+2/3+of+mice.">In vivo 2-photon calcium imaging in layer 2/3 of mice.</a> J. Vis. Exp. (13), (2008).</li><li>Holtmaat, A., Bonhoeffer, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Long-term,+high-resolution+imaging+in+the+mouse+neocortex+through+a+chronic+cranial+window.">Long-term, high-resolution imaging in the mouse neocortex through a chronic cranial window.</a> Nat. Protoc. 4 (8), 1128-1144 (2009).</li><li>Schmidt-Hieber, C., H&#228;usser, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cellular+mechanisms+of+spatial+navigation+in+the+medial+entorhinal+cortex.">Cellular mechanisms of spatial navigation in the medial entorhinal cortex.</a> Nat. Neurosci. 16 (3), 325-331 (2013).</li></ol>

व्यवहार दो photon इमेजिंग की सफलता की कुंजी दो तरह से तैयार करने की स्थिरता है: <ol><li> दिनों के बाद खिड़की आरोपण के दौरान, ऊतक के भड़काऊ प्रतिक्रियाओं दानेदार ऊतक और बाधा या भी इमेजिंग कर पाएगा कि उपास्थि के ग...

(आनुवंशिक GCaMP5 7 या आर GECO 8, या OGB या Fluo4 तरह कृत्रिम रंगों की तरह इनकोडिंग) कैल्शियम संकेतक के दो photon इमेजिंग चूहों 1-6 बर्ताव में neuronal गतिविधि को मापने का एक शक्तिशाली विधि के रूप में उभरा है. यह लगभग 800 माइक्रोन मस्तिष्क की सतह 9,10 नीचे तक है, के पास भी कार्रवाई संभावित प्रस्ताव पर कोशिकाओं के सैकड़ों की गतिविधि का एक साथ माप सक्षम बनाता है. इसके अलावा, आनुवंशिक रूप से इनकोडिंग कैल्शियम संकेतक (GECIs) का उपयोग neuronal गतिविधि चिरकाल 5,11,12 मापा जा सकता है, और आनुवंशिक रूप से परिभाषित प्रकार की कोशिकाओं में 13. साथ में, इन तरीकों विवो में neuronal अभिकलन के अध्ययन में नई संभावनाओं की एक भीड़ को खोलने कि अस्थायी और स्थानिक संकल्प की एक डिग्री प्रदान करते हैं. सर्जिकल हस्तक्षेप इमेजिंग के लिए माउस मस्तिष्क बेनकाब और लेबल करने के लिए आवश्यक है. कोशिकाओं को आमतौर पर एक पुनः संयोजक एडिनो से जुड़े वीर का उपयोग ट्रांसफ़ेक्ट हैं<html> GECI वितरण और एक कपाल खिड़की के लिए हमें (AAV) प्रणाली मस्तिष्क के लिए ऑप्टिकल पहुँच प्राप्त करने के लिए इंजेक्शन स्थल पर प्रत्यारोपित किया जाता है. एक सिर बार फिर दो photon माइक्रोस्कोप के नीचे सिर निर्धारण के लिए खोपड़ी से जुड़ा हुआ है. जाग इमेजिंग के साथ समस्याओं का सबसे तैयारी में अस्थायित्व से उठता है के रूप में इन चरणों के डिजाइन और कार्यान्वयन के लिए महत्वपूर्ण है. आदर्श रूप में यहाँ वर्णित प्रक्रिया सर्जरी के बाद कई महीने तक की पुरानी इमेजिंग के लिए अनुमति चाहिए. दो photon इमेजिंग के दौरान नेत्रहीन निर्देशित व्यवहार को सक्षम करने के लिए, सिर तय माउस यह एक आभासी वास्तविकता वातावरण नेविगेट करने के लिए उपयोग कर सकते हैं जो एक हवाई समर्थित गोलाकार ट्रेडमिल, पर बैठता है. ट्रेडमिल पर माउस की हरकत माउस 14,15 आसपास एक toroidal स्क्रीन पर प्रदर्शित किया जाता है कि आभासी वातावरण में आंदोलन के लिए युग्मित है. ऐसी हरकत, दृश्य उत्तेजना, और शिष्य की स्थिति के रूप में व्यवहार चर 6 रिकॉर्ड किया जा सकता है. टी &quot;&gt; हम एक आभासी वास्तविकता के वातावरण की खोज चूहों में पुरानी दो photon इमेजिंग में शामिल प्रक्रियाओं का वर्णन संबोधित प्रमुख बिंदु इस प्रकार हैं:. आंदोलन कलाकृतियों की कमी, प्रकाश रिसाव की कमी, एक साथ दर्ज कोशिकाओं की संख्या को अधिकतम, और के न्यूनतम फोटो नुकसान. हम भी हवा का समर्थन ट्रेडमिल, शिष्य ट्रैकिंग, और आभासी वास्तविकता वातावरण स्थापित करने पर जानकारी प्रदान करते हैं. यहाँ वर्णित प्रक्रियाओं व्यवहार मानदंड का एक संभावित विस्तृत विविधता में सिर तय चूहों में fluorescently लेबल सेल आबादी इमेजिंग के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है .

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="653">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:216px;">cover slips (d = 3-5 mm)</td>
			<td style="width:151px;">Menzel</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:167px;">window implant</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">InSight DeepSee laser</td>
			<td>Spectra-Physics</td>
			<td></td>
			<td>microscope</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">12kHz resonance scanner</td>
			<td>Cambridge Technology</td>
			<td>G1-003-30026</td>
			<td>microscope</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Galvometer</td>
			<td>Cambridge Technology</td>
			<td>G6215H</td>
			<td>microscope</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Digitizer</td>
			<td>National Instruments</td>
			<td>NI 5772</td>
			<td>microscope</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">FPGA</td>
			<td>National Instruments</td>
			<td>PXIe 7965R</td>
			<td>microscope</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Acquisition card</td>
			<td>National Instruments</td>
			<td>PCIe 6363</td>
			<td>microscope</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Emission filter 525/50</td>
			<td>Semrock</td>
			<td>FF03-525/50-25</td>
			<td>microscope</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Piezo-electric z-drive</td>
			<td>Physikinstrumente</td>
			<td>P-726.1CD</td>
			<td>microscope</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Controller for piezo-electric drive</td>
			<td>Physikinstrumente</td>
			<td>E665 LVPZT</td>
			<td>microscope</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Objective 16x, 0.8NA</td>
			<td>Nikon</td>
			<td>CFI75</td>
			<td>microscope</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:216px;">Current amplifier</td>
			<td style="width:151px;">Femto</td>
			<td style="width:119px;">DHPCA-100</td>
			<td>microscope</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:216px;">Photomultiplier tube</td>
			<td style="width:151px;">Hamamatsu</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>microscope</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">USB Camera without IR filter</td>
			<td>ImagingSource</td>
			<td>DMK22BUC03&#160;</td>
			<td>pupil tracking</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Objective 50 mm</td>
			<td>ImagingSource</td>
			<td>M5018-MP&#160;</td>
			<td>pupil tracking</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Macro adapter rings</td>
			<td>ImagingSource</td>
			<td>LAexSet</td>
			<td>pupil tracking</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Optical computer mouse</td>
			<td>Logitech</td>
			<td>G500</td>
			<td>motion tracking</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Styrofoam ball 20 cm</td>
			<td>e.g. idee-shop.de</td>
			<td>08797.00.15</td>
			<td>virtual environment</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">LED projector</td>
			<td>Samsung</td>
			<td>SP-F10M&#160;</td>
			<td>virtual environment</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Acquisition card</td>
			<td>National Instruments</td>
			<td style="width:119px;">NI 6009</td>
			<td>virtual environment</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Panda3D game engine</td>
			<td></td>
			<td><a href="http://www.panda3d.org/">www.panda3d.org</a></td>
			<td>virtual environment</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:216px;">Numpy library for Python</td>
			<td style="width:151px;"></td>
			<td style="width:119px;"><a href="http://www.scipy.org/">www.scipy.org</a></td>
			<td>virtual environment</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:216px;">Scipy library for Python</td>
			<td style="width:151px;"></td>
			<td style="width:119px;"><a href="http://www.scipy.org/">www.scipy.org</a></td>
			<td>virtual environment</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:216px;">NI-DAQmx driver</td>
			<td style="width:151px;">National Instruments</td>
			<td style="width:119px;"><a href="http://www.ni.com/">www.ni.com</a></td>
			<td>virtual environment</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:216px;">Ultrasound gel</td>
			<td style="width:151px;">Dahlhausen</td>
			<td style="width:119px;">5701.0342.10</td>
			<td>imaging</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

two-photon calcium imaging in mice navigating a virtual reality environment

यह व्यवहार 1-6 दौरान आनुवंशिक रूप से पहचान कोशिकाओं की गतिविधि की पुरानी माप के लिए अनुमति देता है के रूप में हाल के वर्षों में, दो photon इमेजिंग, तंत्रिका विज्ञान में एक अमूल्य उपकरण बन गया है. यहाँ हम जानवर एक आभासी वास्तविकता पर्यावरण navigates जबकि माउस प्रांतस्था में दो photon इमेजिंग प्रदर्शन करने की विधियों का वर्णन. हम एक चमकते जलाया आभासी वातावरण में एक बर्ताव जानवर में इमेजिंग के लिए महत्वपूर्ण हैं कि प्रयोगात्मक प्रक्रियाओं के पहलुओं पर ध्यान केंद्रित. हम यहाँ संबोधित कर रहे हैं कि इस प्रयोगात्मक सेटअप में उठता है कि प्रमुख समस्याओं:, मस्तिष्क गति संबंधी कलाकृतियों को न्यूनतम आभासी वास्तविकता प्रक्षेपण प्रणाली से प्रकाश रिसाव को कम करने, और लेजर प्रेरित ऊतकों को नुकसान को न्यूनतम. हम भी आभासी वास्तविकता पर्यावरण को नियंत्रित करने के लिए और शिष्य को ट्रैक करने की नमूना सॉफ्टवेयर प्रदान करते हैं. इन प्रक्रियाओं और संसाधनों के साथ यह चूहों बर्ताव में इस्तेमाल के लिए एक पारंपरिक दो photon माइक्रोस्कोप कन्वर्ट करने के लिए संभव हो जाना चाहिए.

एक GECI साथ लेबल सेल आबादी की दो photon कैल्शियम इमेजिंग में छवि गुणवत्ता काफी हद तक कपाल खिड़की प्रत्यारोपण की गुणवत्ता पर निर्भर करता है. वायरस इंजेक्शन कपाल खिड़की के बाद दो सप्ताह स्पष्टता के लिए निरीक्ष...

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Two-photon Calcium Imaging in Mice Navigating a Virtual Reality Environment

यहाँ हम एक आभासी वास्तविकता के वातावरण में व्यवहार के दौरान माउस प्रांतस्था के दो photon इमेजिंग में शामिल प्रयोगात्मक प्रक्रियाओं का वर्णन है.

एक आभासी वास्तविकता पर्यावरण नेविगेट चूहे में दो photon कैल्शियम इमेजिंग

In recent years, two-photon imaging has become an invaluable tool in neuroscience, as it allows for chronic measurement of the activity of genetically ...

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