Name: multi-layer cortical ca2+ imaging in freely moving mice with prism probes and miniaturized fluorescence microscopy
Uploaded: 2017-06-13T12:30:00
Duration: 10 min 35 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Multi-layer Cortical Ca2+ Imaging in Freely Moving Mice with Prism Probes and Miniaturized Fluorescence Microscopy at JoVE.com

Les auteurs tiennent à remercier V. Jayaraman, DS Kim, LL Looger et K. Svoboda du Projet d&#39;identification et d&#39;identification neuronale génétiquement codée (GENIE) à Janelia Research Campus de l&#39;Institut médical Howard Hughes pour leur don généreux de AAV1-GCaMP6f À l&#39;Université de Pennsylvanie Vector Core. Ils souhaiteraient également remercier le A. Olson et Neuroscience Microscopy Core à l&#39;Université de Stanford, soutenus par la subvention NS069375 du NIH pour leurs services de microscopie confocale.

<ol>
	<li>McConnell, S. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+and+decision-making+in+the+mammalian+cerebral+cortex.">Development and decision-making in the mammalian cerebral cortex.</a> Brain Res. 472 (1), 1-23 (1988).</li><li>Kwon, S. E., Yang, H., Minamisawa, G., O'Connor, D. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sensory+and+decision-related+activity+propagate+in+a+cortical+feedback+loop+during+touch+perception.">Sensory and decision-related activity propagate in a cortical feedback loop during touch perception.</a> Nat. Neurosci. 19 (9), 1243-1249 (2016).</li><li>Miller, E. K., Cohen, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+integrative+theory+of+prefrontal+cortex+function.">An integrative theory of prefrontal cortex function.</a> Annu. Rev. Neurosci. 24, 167-202 (2001).</li><li>Bailey, M. R., Simpson, E. H., Balsam, P. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neural+substrates+underlying+effort,+time,+and+risk-based+decision+making+in+motivated+behavior.">Neural substrates underlying effort, time, and risk-based decision making in motivated behavior.</a> Neurobiol. Learn. Mem. 133, 233-256 (2016).</li><li>Dehaene, S., Changeux, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reward-dependent+learning+in+neuronal+networks+for+planning+and+decision+making.">Reward-dependent learning in neuronal networks for planning and decision making.</a> Prog. Brain Res. 126, 217-229 (2000).</li><li>Ferenczi, E. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Prefrontal+cortical+regulation+of+brainwide+circuit+dynamics+and+reward-related+behavior.">Prefrontal cortical regulation of brainwide circuit dynamics and reward-related behavior.</a> Science. 351 (6268), aac9698 (2016).</li><li>Anomal, R. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impaired+Processing+in+the+Primary+Auditory+Cortex+of+an+Animal+Model+of+Autism.">Impaired Processing in the Primary Auditory Cortex of an Animal Model of Autism.</a> Front. Sys. Neurosci. 9, 158 (2015).</li><li>Pauls, D. L., Abramovitch, A., Rauch, S. L., Geller, 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=Obsessive-compulsive+disorder:+an+integrative+genetic+and+neurobiological+perspective.">Obsessive-compulsive disorder: an integrative genetic and neurobiological perspective.</a> Nat. Rev. Neurosci. 15 (6), 410-424 (2014).</li><li>Ziv, Y., et al. <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+dynamics+of+CA1+hippocampal+place+codes.">Long-term dynamics of CA1 hippocampal place codes.</a> Nat. Neurosci. 16 (3), 264-266 (2013).</li><li>Jennings, J. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Visualizing+hypothalamic+network+dynamics+for+appetitive+and+consummatory+behaviors.">Visualizing hypothalamic network dynamics for appetitive and consummatory behaviors.</a> Cell. 160 (3), 516-527 (2015).</li><li>Betley, J. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neurons+for+hunger+and+thirst+transmit+a+negative-valence+teaching+signal.">Neurons for hunger and thirst transmit a negative-valence teaching signal.</a> Nature. 521 (7551), 180-185 (2015).</li><li>Sun, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Distinct+speed+dependence+of+entorhinal+island+and+ocean+cells,+including+respective+grid+cells.">Distinct speed dependence of entorhinal island and ocean cells, including respective grid cells.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. 112 (30), 9466-9471 (2015).</li><li>Kitamura, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Entorhinal+Cortical+Ocean+Cells+Encode+Specific+Contexts+and+Drive+Context-Specific+Fear+Memory.">Entorhinal Cortical Ocean Cells Encode Specific Contexts and Drive Context-Specific Fear Memory.</a> Neuron. 87 (6), 1317-1331 (2015).</li><li>Pinto, L., Dan, Y. <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+Activity+in+Prefrontal+Cortex+during+Goal-Directed+Behavior.">Cell-Type-Specific Activity in Prefrontal Cortex during Goal-Directed Behavior.</a> Neuron. 87 (2), 437-450 (2015).</li><li>Cox, J., Pinto, L., Dan, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Calcium+imaging+of+sleep-wake+related+neuronal+activity+in+the+dorsal+pons.">Calcium imaging of sleep-wake related neuronal activity in the dorsal pons.</a> Nat. Comm. 7, 10763 (2016).</li><li>Resendez, S. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Visualization+of+cortical,+subcortical+and+deep+brain+neural+circuit+dynamics+during+naturalistic+mammalian+behavior+with+head-mounted+microscopes+and+chronically+implanted+lenses.">Visualization of cortical, subcortical and deep brain neural circuit dynamics during naturalistic mammalian behavior with head-mounted microscopes and chronically implanted lenses.</a> Nat. Protoc. 11 (3), 566-597 (2016).</li><li>Hooks, B. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Organization+of+cortical+and+thalamic+input+to+pyramidal+neurons+in+mouse+motor+cortex.">Organization of cortical and thalamic input to pyramidal neurons in mouse motor cortex.</a> The J. Neurosci. 33 (2), 748-760 (2013).</li><li>Masamizu, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Two+distinct+layer-specific+dynamics+of+cortical+ensembles+during+learning+of+a+motor+task.">Two distinct layer-specific dynamics of cortical ensembles during learning of a motor task.</a> Nat. Neurosci. 17 (7), 987-994 (2014).</li><li>Rowland, D. C., Moser, M. -. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=From+cortical+modules+to+memories.">From cortical modules to memories.</a> Curr. Opin. Neurobiol. 24 (1), 22-27 (2014).</li><li>Ghosh, K. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Miniaturized+integration+of+a+fluorescence+microscope.">Miniaturized integration of a fluorescence microscope.</a> Nat. Methods. 8 (10), 871-878 (2011).</li><li>Mukamel, E. A., Nimmerjahn, A., Schnitzer, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Automated+analysis+of+cellular+signals+from+large-scale+calcium+imaging+data.">Automated analysis of cellular signals from large-scale calcium imaging data.</a> Neuron. 63 (6), 747-760 (2009).</li><li>Andermann, M. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chronic+cellular+imaging+of+entire+cortical+columns+in+awake+mice+using+microprisms.">Chronic cellular imaging of entire cortical columns in awake mice using microprisms.</a> Neuron. 80 (4), 900-913 (2013).</li><li>Goldey, G. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Removable+cranial+windows+for+long-term+imaging+in+awake+mice.">Removable cranial windows for long-term imaging in awake mice.</a> Nat. Protoc. 9 (11), 2515-2538 (2014).</li><li>Chia, T. H., Levene, M. J. <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+imaging+of+deep+cortical+layers+using+a+microprism.">In vivo imaging of deep cortical layers using a microprism.</a> J. Vis. Exp. (30), (2009).</li><li>Chia, T. H., Levene, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microprisms+for+in+vivo+multilayer+cortical+imaging.">Microprisms for in vivo multilayer cortical imaging.</a> J. Neurophysiol. 102 (2), 1310-1314 (2009).</li><li>Chia, T. H., Levene, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multi-layer+in+vivo+imaging+of+neocortex+using+a+microprism.">Multi-layer in vivo imaging of neocortex using a microprism.</a> Cold Spring Harb. Protoc. 2010 (8), (2010).</li><li>Low, R. J., Gu, Y., 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=Cellular+resolution+optical+access+to+brain+regions+in+fissures:+imaging+medial+prefrontal+cortex+and+grid+cells+in+entorhinal+cortex.">Cellular resolution optical access to brain regions in fissures: imaging medial prefrontal cortex and grid cells in entorhinal cortex.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. 111 (52), 18739-18744 (2014).</li><li>Zeisel, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Brain+structure.+Cell+types+in+the+mouse+cortex+and+hippocampus+revealed+by+single-cell+RNA-seq.">Brain structure. Cell types in the mouse cortex and hippocampus revealed by single-cell RNA-seq.</a> Science. 347 (6226), 1138-1142 (2015).</li><li>Hawrylycz, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Inferring+cortical+function+in+the+mouse+visual+system+through+large-scale+systems+neuroscience.">Inferring cortical function in the mouse visual system through large-scale systems neuroscience.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. 113 (27), 7337-7344 (2016).</li><li>Petrof, I., Viaene, A. N., Sherman, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Properties+of+the+primary+somatosensory+cortex+projection+to+the+primary+motor+cortex+in+the+mouse.">Properties of the primary somatosensory cortex projection to the primary motor cortex in the mouse.</a> J. Neurophysiol. 113 (7), 2400-2407 (2015).</li><li>Aronoff, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Long-range+connectivity+of+mouse+primary+somatosensory+barrel+cortex.">Long-range connectivity of mouse primary somatosensory barrel cortex.</a> Euro. J. Neurosci. 31 (12), 2221-2233 (2010).</li><li>Rogan, S. C., Roth, B. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Remote+control+of+neuronal+signaling.">Remote control of neuronal signaling.</a> Pharma. Rev. 63 (2), 291-315 (2011).</li><li>Berdyyeva, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Zolpidem+reduces+hippocampal+neuronal+activity+in+freely+behaving+mice:+a+large+scale+calcium+imaging+study+with+miniaturized+fluorescence+microscope.">Zolpidem reduces hippocampal neuronal activity in freely behaving mice: a large scale calcium imaging study with miniaturized fluorescence microscope.</a> PloS One. 9 (11), e112068 (2014).</li></ol>

Les auteurs ont lu la politique de la revue et ont les intérêts concurrents suivants: SG, SO et VC sont des employés rémunérés à Inscopix.

La compréhension de l&#39;activité du circuit neuronal pendant le comportement éveillé est un niveau vital d&#39;investigation neurologique nécessaire pour disséquer efficacement le fonctionnement du cerveau dans la santé et la maladie. Le cortex est une région particulièrement importante pour étudier dans le contexte du comportement éveillé, car il joue un rôle important dans de nombreuses fonctions sensorielles, cognitives et exécutives essentielles 28 , 29 . On pense que la colonne corticale est l&#39;unité fonctionnelle de base dans le cortex et l&#39;activité au niveau de la population des cellules corticales diffère en fonction de leur emplacement physique dans la colonne. Par exemple, les neurones excitateurs dans les couches 2/3 dans le cortex somatosensoriel se dirigent principalement vers d&#39;autres régions néocorticales et modulent d&#39;autres réseaux corticaux 30 , tandis que les cellules dans des couches plus profondes concernent principalement des régions sous-corticales comme le thalamus 31 . Enregistrement de l&#39;activité de centS de cellules corticales pré-spécifiées simultanément et de manière fiable au fil du temps à travers différentes lames dans des sujets à comportement libre, améliorerait considérablement notre compréhension du flux d&#39;information corticale, permettant une dissection fonctionnelle plus fine des colonnes corticales informée par l&#39;information comportementale en temps réel et le temps- Balance. La collecte de ce niveau de données du circuit neuronal est rendue possible grâce à l&#39;utilisation d&#39;une plate-forme de microscopie miniaturisée efficace et rationalisée pour mener à grande échelle l&#39;imagerie Ca 2 + dans des sujets à comportement libre (ou les sujets fixés en tête, selon vos besoins). Utilisé avec des indicateurs de calcium génétiquement codés pour permettre le ciblage spécifique du type cellulaire et l&#39;imagerie d&#39;un champ de vision multicouche fourni par une sonde de prisme implantée chroniquement, ce protocole a exploré un cas parmi plusieurs applications possibles: observation des différences laminaire dans le traitement cortical somatosensoriel chez les souris Physiquement engagé avec un objet nouveau ( figure 5 ).Il s&#39;agit de la première illustration procédurale de ce genre d&#39;approche spécifique de type cellule in vivo pour étudier de multiples couches corticales chez des animaux éveillés et de comportement libre et élargit le spectre des méthodes expérimentales disponibles pour comprendre les structures lamelles dans le cerveau actif. Le champ de vision périscopique permis par la sonde de prisme dans cette technique peut être appliqué à d&#39;autres structures cérébrales lorsque la préservation du tissu directement dorsal à une région d&#39;intérêt est souhaitée; Par exemple, l&#39;imagerie CA3 pourrait être obtenue sans interruption de la fonction de l&#39;hippocampe. L&#39;approche basée sur la sonde Prism pour l&#39;imagerie de l&#39;activité Ca 2+ nécessite l&#39;insertion physique et l&#39;implantation permanente d&#39;un microprisme dans le cortex, ce qui équivaut à la création d&#39;une lésion corticale où la sonde de lentille est insérée. Cela peut entraîner des perturbations dans les circuits neuronaux locaux, y compris la séparation des dendrites apicales et des processus. TSa procédure entraînera également une activation initiale des cellules gliales dans la région, bien que cela soit localisé sur le tissu à environ 150 μm de la face du prisme et pour diminuer après que le cerveau a guéri 22 . Il est très important de considérer si cette technique affectera l&#39;anatomie et / ou le comportement normal des animaux lors de la planification des expériences. Les groupes témoins comportementaux devraient toujours être conduits pour s&#39;assurer qu&#39;il n&#39;y a pas de modifications significatives dans les comportements de base qui pourraient produire des résultats expérimentaux confondus. L&#39;utilisation de cette technique d&#39;imagerie de Ca 2+ miniaturisée et mobile avec des manipulations neuropharmacologiques, de divers paradigmes de comportement cognitifs, sociaux, moteurs ou intrinsèques, et de la combiner avec d&#39;autres mesures physiologiques peut approfondir et enrichir des études axées sur la compréhension des rôles fonctionnels des circuits neuronaux dans le comportement et le signal Traitement 32 . Suppression ou activitéCertaines voies modulées par les médicaments peuvent influencer les comportements associés, ce qui peut être facilement étudié en utilisant cette technologie 33 . Ramener dans différents types de cellules en modifiant le ciblage de l&#39;indicateur de calcium est une autre application puissante et utile, et permet de nombreuses combinaisons créatives d&#39;outils expérimentaux pour répondre à diverses questions sur les circuits neuronaux.

Le cortex est un acteur essentiel dans de nombreuses fonctions mentales et comportementales complexes, de l&#39;attention, de la perception sensorielle et du contrôle cognitif top-down 1 , 2 , 3 aux voies de motivation, de récompense et d&#39;addiction 4 , 5 . La compréhension des processus informatiques qui sous-tendent sa fonction est un objectif important pour améliorer la compréhension clinique de nombreux troubles mentaux et comportementaux. Beaucoup de théories actuelles de la maladie psychiatrique se concentrent autour de l&#39;idée que le dysfonctionnement ou la discothèque du circuit nerveux cortical peuvent être à la base d&#39;anomalies cognitives et comportementales qui sont les caractéristiques de conditions telles que la schizophrénie 6 , l&#39;autisme 7 ou le trouble obsessionnel compulsif 8 . Ainsi, l&#39;obtention de données d&#39;activité neuronale au niveau de la population de coLes circuits rythmiques dans le contexte approprié de l&#39;information comportementale simultanée revêtent une grande importance et, idéalement, peuvent être ciblés sur des types de cellules spécifiques pour une dissection plus fine du circuit neuronal. Les microscopes miniaturisés en conjonction avec des microlentilles d&#39;indice de réfraction à gradient implantable (GRIN) permettent un accès optique à des ensembles neuronaux dans des conditions de déplacement libre à partir d&#39;une diversité de régions potentielles du cerveau 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , y compris le cortex 14 , 15 , 16 . L&#39;utilisation d&#39;un système de microscopie mobile couplé à des indicateurs de calcium génétiquement codés permet une imagerie cohérente de la même population cellulaire englobant des centaines de neurones au fil des jours dans de nombreuses régions du cerveau 9 et peut êtreCiblée génétiquement sur des types de cellules spécifiques en utilisant des vecteurs viraux ou des techniques transgéniques. Comme le cortex est connu pour soutenir différentes fonctions et se connecter à différentes régions du cerveau en fonction de l&#39;emplacement des cellules dans la lame corticale 17 , 18 , 19 , nous sommes intéressés à obtenir une activité neuronale multi-couche simultanée dans des sujets réveillés. Ici, nous démontrons comment imaginer des centaines de neurones marqués par fluorescence chez les souris qui se comportent librement au cours des jours, en utilisant le microscope à fluorescence miniaturisé 20 couplé à une sonde de prisme implantée, qui offre une vue multicouches du cortex ( figure 1 ). La sonde de prisme utilisée ici est composée de deux lentilles GRIN séparées: un prisme et une lentille de relais cylindrique ( Figure 1 ). La lumière provenant du microscope excite les étiquettes fluorescentesCellules situées le long de la face d&#39;imagerie de la sonde de prisme, après réflexion de l&#39;hypoténuse de la partie prisme de la sonde. La lumière émise par les cellules reflète également l&#39;hypoténuse du prisme, est recueillie par l&#39;objectif du microscope et atteint le capteur au microscope. La sonde de prisme utilisée dans cette procédure est adaptée pour une utilisation facile avec un équipement stéréotaxique standard. Le microscope à fluorescence miniaturisé 20 détecte des transitoires de Ca 2+ provoqués par un potentiel d&#39;action dans des populations neuronales avec une résolution de cellule unique, après que ces cellules ont été spécialement identifiées avec des indicateurs fluorescents sensibles au gène génétique Ca 2+ . Dans ce protocole, nous injectons un indicateur de Ca 2+ codé dans un vecteur viral (AAV1.CaMKII.GCaMP6f.WPRE.SV40), implanter une sonde de prisme, installer le microscope, puis obtenir plusieurs jours de données d&#39;activité neuronale somatosensorielle (S1) D&#39;un animal exposéD à de nouvelles surfaces d&#39;objets lors de l&#39;exploration gratuite ( figure 2 ).

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Neurostar Motorized 
			Ultra Precise Small Animal Stereotaxic Instrument</td>
			<td>Kopf</td>
			<td>Model 963SD</td>
			<td>Surgery</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stereoscope</td>
			<td>Labomed</td>
			<td>Prima DNT</td>
			<td>Surgery and Imaging</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mini Rectal Thermistor Probe (.062&#34;/1.6mm diameter) - 1/4&#34; Jack</td>
			<td>FHC</td>
			<td>40-90-5D-02</td>
			<td>Surgery</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Heating Pad 5 X 12.5cm&#160;</td>
			<td>FHC</td>
			<td>40-90-2-07</td>
			<td>Surgery</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DC Temperature Controller</td>
			<td>FHC</td>
			<td>40-90-8D</td>
			<td>Surgery</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microsyringe Pump</td>
			<td>World Precision Instruments</td>
			<td>UMP3 model; serial 155788 F110</td>
			<td>Surgery</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NanoFil 10&#956;L Syringe</td>
			<td>World Precision Instruments</td>
			<td>NANOFIL</td>
			<td>Surgery</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>35 G Beveled Tip Nanofil NDL 2PK</td>
			<td>World Precision Instruments</td>
			<td>NF35BV-2</td>
			<td>Surgery</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Omnidrill35, 115-230V</td>
			<td>World Precision Instruments</td>
			<td>503598</td>
			<td>Surgery</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Burrs for Micro Drill</td>
			<td>Fine Science Tools</td>
			<td>19007-05</td>
			<td>Surgery</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>nVista</td>
			<td>Inscopix</td>
			<td>100-001048</td>
			<td>Imaging</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Name</td>
			<td>Company</td>
			<td>Catalog Number</td>
			<td>Comments</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AAV1.CaMKII.GCaMP6f.WPRE.SV40</td>
			<td>Penn Vector Core</td>
			<td>AV-1-PV3435</td>
			<td>Surgery</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ketoprofen</td>
			<td>Victor Medical</td>
			<td>5487</td>
			<td>Surgery</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Carprofen</td>
			<td>Victor Medical</td>
			<td>1699008&#160;</td>
			<td>Surgery</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isoflurane</td>
			<td>Victor Medical</td>
			<td>1001054</td>
			<td>Surgery</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gelfoam (Patterson Veterinary Supply Inc Gelfoam Sponge 12cmx7mm)</td>
			<td>Pfizer (Fisher Scientific)</td>
			<td>NC9841478</td>
			<td>Surgery</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dumont #5/45 forceps</td>
			<td>Fine Science Tools</td>
			<td>11251-35</td>
			<td>Surgery</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dumont #5 forceps</td>
			<td>Fine Science Tools</td>
			<td>11251-30</td>
			<td>Surgery</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dissecting knives</td>
			<td>Fine Science Tools</td>
			<td>10055-12</td>
			<td>Surgery</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ProView Implant Kit</td>
			<td>Inscopix</td>
			<td>100-000756</td>
			<td>Surgery and Imaging</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ProView Prism Probe 1.0mm-Dia. ~4.3mm Length</td>
			<td>Inscopix</td>
			<td>100-000592</td>
			<td>Surgery and Imaging</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Kwik-Sil adhesive pack of 2</td>
			<td>World Precision Instruments</td>
			<td>KWIK-SIL</td>
			<td>Surgery</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Kwik-Cast Sealant</td>
			<td>World Precision Instruments</td>
			<td>KWIK-CAST</td>
			<td>Surgery and Imaging</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Miniature Optical Mounting Post</td>
			<td>Newport</td>
			<td>M-TSP-3</td>
			<td>Imaging</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microscope Baseplate</td>
			<td>Inscopix</td>
			<td>BPL-2</td>
			<td>Imaging</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microscope Baseplate Cover</td>
			<td>Inscopix</td>
			<td>BPC-2</td>
			<td>Imaging</td>
		</tr>
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multi-layer cortical ca2+ imaging in freely moving mice with prism probes and miniaturized fluorescence microscopy

L&#39; imagerie fonctionnelle en circuit et cellulaire in vivo est un outil essentiel pour comprendre le cerveau en action. L&#39;imagerie haute résolution des neurones corticaux de souris avec microscopie à deux photons a fourni des idées uniques sur la structure corticale, la fonction et la plasticité. Cependant, ces études sont limitées aux animaux fixes en tête, réduisant considérablement la complexité comportementale disponible pour l&#39;étude. Dans cet article, nous décrivons une procédure pour effectuer une microscopie à fluorescence chronique avec une résolution cellulaire à travers de multiples couches corticales chez des souris à comportement libre. Nous avons utilisé un microscope de fluorescence miniaturisé intégré couplé à une sonde de prisme implantée pour visualiser et enregistrer simultanément la dynamique du calcium de centaines de neurones à travers de multiples couches du cortex somatosensoriel lorsque la souris s&#39;est engagée dans une nouvelle tâche d&#39;exploration d&#39;objets sur plusieurs jours. Cette technique peut être adaptée à d&#39;autres régions du cerveau dans différentes espèces animales pour d&#39;autres pAradigms.

Le protocole décrit ici décrit un moyen efficace et efficace d&#39;effectuer une imagerie multicouche longitudinale de Ca 2+ à partir de centaines de neurones corticaux chez des souris à comportement libre utilisant des sondes de prisme ( Figure 1 ). Les approches antérieures en matière d&#39;imagerie corticale à couches multiples ont principalement été limitées aux animaux fixés en tête 22 , 23 , 24 , 25 , 26 , 27 . Afin d&#39;acquérir ce niveau de données dans un contexte de comportement libre, une plate-forme de microscope miniaturisé a été utilisée pour la flexibilité comportementale; Un indicateur de calcium génétiquement codé (GCaMP6f) a été utilisé pour cibler une population cellulaire spécifique (cellules CAMKII + dans le cortex); Et une sonde de prisme a été choisie pour fournir un champ de vision chronique et multicouche. <p class="jove_content" fo:keep-together.within-page = &quot;1&quot;&gt; Nous avons démontré le flux de travail pour préparer l&#39;animal à l&#39;imagerie. Un vecteur viral codant pour un indicateur de calcium approprié a été injecté dans le cortex ( Figure 2 , étape 1) avant d&#39;implanter une sonde de prisme pour implanter un accès optique aux cellules marquées ( figure 2 , étape 2). Une plaque de base qui sert de quai sécurisé et temporaire pour le positionnement du microscope lors des sessions d&#39;imagerie a ensuite été installée sur la tête de l&#39;animal ( Figure 2 , Étape 3), ce qui permet de visualiser l&#39;activité corticale dans de multiples couches cellulaires dans un essai expérimental éveillé Installation ( Figure 2 , étape 4). Pour s&#39;assurer que la population cellulaire souhaitée était ciblée, une section de cerveau coronal post-mortem d&#39;une souris représentative est montrée à la figure 3 avec le tube de sonde de prisme et le champ de vision marqué par rapport au laboratoire GCaMP6fNeurones élevés dans les couches 2/3 et 5 du cortex somatosensoriel. Au cours de l&#39;imagerie comportementale réveillée avec le système, l&#39;activité des neurones corticaux somatosensoriels a été enregistrée lorsque la souris a été exposée à trois environnements différents: champ ouvert (jour 1), familiarisation avec les objets (jour 2 à 4) et nouvel objet (jour 5) ( Figure 4 ). Le jour 1, la souris a été placée dans une arène comportementale dépourvue de tout objet. Le jour 2-4, la souris a été placée dans l&#39;arène avec les mêmes objets texturément différents (un bloc de gel et un bloc de bois). Le jour 5, l&#39;un des objets a été remplacé par un nouvel objet. L&#39;animal a été imaginé pendant 5 jours pendant 20 min par jour. Après l&#39;extraction cellulaire à l&#39;aide du logiciel d&#39;analyse de données d&#39;image Ca 2+ , les filtres spatiaux correspondant aux emplacements des cellules ont été superposés à la projection moyenne d&#39;intensité fluorescente des données d&#39;enregistrement du microscope( Figure 5) . Une ligne pointillée blanche sépare les couches 2/3 et 5 cellules. Les traces correspondantes de Ca 2+ provenant de 5 cellules de chacune des couches montrent le motif de tir des cellules dans deux contextes comportementaux différents: la familiarisation avec les objets et l&#39;exposition récente à l&#39;objet. Les cellules de couche 2/3 étaient plus actives par rapport aux cellules de la couche 5 le jour où la souris a été exposée à un nouvel objet. Ceci est également évident à partir des parcelles raster qui montrent l&#39;activité de tir à seuil de toutes les cellules imagées aux jours 1, 4 et 5. <img alt="Figure 1" src="/files/ftp_upload/55579/55579fig1.jpg" /> Figure 1: In Vivo Ca 2 + Imagerie dans plusieurs couches corticales chez les souris mobiles. ( A ) Spécifications de la sonde Prism et description du plan d&#39;imagerie. Le revêtement réfléchissant à l&#39;intérieur de l&#39;hypoténuse permet d&#39;imaginer 90 ° à partir du plan d&#39;insertion de la sonde de prisme. La lentilleFf s&#39;intègre avec le support de l&#39;objectif, qui rationalise la procédure d&#39;implantation et permet une visualisation potentielle de la fluorescence du tissu ambiant lors de l&#39;implantation ( B ) (i). Illustration du placement de la craniotomie de la sonde de prisme et de l&#39;incision du couteau par rapport au site d&#39;injection de virus, et (ii) illustration de l&#39;emplacement du côté plat de la sonde de prisme par rapport à l&#39;incision du couteau et au site d&#39;injection de virus. ( C ) Illustration de l&#39;installation d&#39;imagerie Ca 2+ in vivo montrant le chemin de lumière pour une petite zone dans le champ de vision complet à travers une sonde de prisme implantée dans le cortex de souris. ( D ) Exemple de champ de vision pendant l&#39;installation de la sonde de prisme. Le microscope miniature est fixé au support de l&#39;objectif, qui maintient la sonde de prisme permettant de vérifier l&#39;expression du virus pendant l&#39;installation de la sonde de prisme. ( E ) Intégration du microscope avec une sonde de prisme pour l&#39;imagerie corticale multi-couches de cellules S1 marquées par GCaMP6f. F Exemple de champ de visionLors de l&#39;installation de la plaque de base. Le modèle des vaisseaux sanguins propres est visible au moment de l&#39;installation de la plaque de base avec certaines cellules en image brute. Plus de cellules sont clairement visibles lorsque DF / F est activé dans la fenêtre du logiciel d&#39;acquisition. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55579/55579fig1large.jpg" target="_blank">Cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.</a> <img alt="Figure 2" src="/files/ftp_upload/55579/55579fig2.jpg" /> Figure 2: schéma montrant la chronologie des événements du flux de travail pour l&#39;implantation de la sonde prisme et l&#39;installation du microscope. Le nombre de semaines est représenté sur l&#39;axe X et les étapes du flux de travail des procédures selon l&#39;axe des Y. ( A ) Graphique illustrant l&#39;injection virale (AAV1.CaMKII.GCaMP6f.WPRE.SV40) le long du même axe dorso-ventral, pour étiqueter plusieurs couches du cortex somatosensoriel de souris. ( B ) 2 semaines après les injections de virus, un problème de prismeE est implanté sur un axe parallèle aux sites d&#39;injection de virus. ( C ) Environ une semaine après l&#39;implantation de la sonde de prisme, l&#39;animal est vérifié pour l&#39;expression au microscope et une plaque de base est montée sur la tête si une population de cellules est visible. ( D ) L&#39;animal est alors prêt pour l&#39;imagerie chronique pendant les tâches comportementales pertinentes (clip art de la souris modifié après autorisation de UW-Madison Biochemistry MediaLab). <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55579/55579fig2large.jpg" target="_blank">Cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.</a> <img alt="figure 3" src="/files/ftp_upload/55579/55579fig3.jpg" /> Figure 3: Validation histologique post-mortem de l&#39;emplacement de la sonde Prism et expression GCaMP. ( A ) Section coronal à partir d&#39;un cerveau de souris représentatif montrant le tube de sonde de prisme et avec son côté d&#39;imagerie faceLes cellules exprimant GCaMP6f (AAV1.CaMKII.GCaMP6f exprimées dans les neurones dans les couches 2/3 et 5). ( B ) Même section du cerveau coronal après coloration pour DAPI. Barre d&#39;échelle = 250 μm ( C ) Zoomé en vue des cellules exprimant GCaMP6f dans le cortex somatosensoriel. Barre d&#39;échelle = 100 μm. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55579/55579fig3large.jpg" target="_blank">Cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.</a> <img alt="Figure 4" src="/files/ftp_upload/55579/55579fig4.jpg" /> Figure 4: Activité de la souris lors de l&#39;habituation, de la familiarisation et de nouveaux tests d&#39;exposition d&#39;objet a été suivie en vidéo avec un logiciel vidéo. ( A ) Le jour 1, l&#39;animal a été placé dans une arène de comportement dépourvue de tout objet (champ ouvert). ( B ) Aux jours 2 à 4, les deux mêmes objets texturément différents (bloc de gel et bloc de bois) ont été placés dans l&#39;arène (Object FamiLiarisation). ( C ) Le jour 5, l&#39;un des objets a été remplacé par un nouvel objet (bloc de bois avec du papier de sable) (Novel Object Exposure). <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55579/55579fig4large.jpg" target="_blank">Cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.</a> <img alt="Figure 5" src="/files/ftp_upload/55579/55579fig5.jpg" /> Figure 5: Dynamique du calcium à partir de couches superficielles et profondes du cortex somatosensoriel d&#39;une souris représentative implémentée au microscope. ( A ) Image fusionnée de filtres spatiaux neuronaux (blobs verts) et projection moyenne d&#39;intensité de fluorescence de l&#39;enregistrement par microscope à l&#39;aide d&#39;un champ de vision de prisme. Bordure entre les couches supragranulaire et infragranulaire indiquées par une ligne pointillée blanche. Barre d&#39;échelle = 100 μm. ( B ) Traces de calcium de cinq exemples de cellules superficielles et de couches profondes (remplies de bleu et de rouge cElls dans le panneau A), indiquant des unités d&#39;écart type de fluorescence suite à une analyse de composant principale et indépendante. Barre d&#39;échelle horizontale 50 s et barre d&#39;échelle verticale 10 SD ( C ) Placement de cellules de couches superficielles (couches 2/3) et couches profondes (couche 5) affichées sur le champ Ouvrir, Familiarisation avec les objets et Exploration d&#39;objets nouveaux. Barre d&#39;échelle = 100 s. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55579/55579fig5large.jpg" target="_blank">Cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.</a>

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Multi-layer Cortical Ca2+ Imaging in Freely Moving Mice with Prism Probes and Miniaturized Fluorescence Microscopy

Ici, nous présentons une procédure pour effectuer une image à grande échelle Ca 2+ avec une résolution cellulaire à travers de multiples couches corticales chez des souris qui se déplacent librement. Des centaines de cellules actives peuvent être observées simultanément à l&#39;aide d&#39;un microscope à tête miniature couplé à une sonde de prisme implantée.

Multi-couche Cortical Ca<sup&gt; 2+</sup&gt; Imagerie dans les souris à mouvement libre avec des sondes prisme et microscopie à fluorescence miniaturisée

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