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

המחברים מבקשים להודות V. Jayaraman, DS קים, לוגר Looger ו K. Svoboda מן גנטית- encoded ניורון מחוון ואפקטור (GENIE) פרויקט בקמפוס המחקר של ג&#39;נליה של הווארד יוז רפואי המכון על תרומתם הנדיבה של AAV1-GCaMP6f כדי אוניברסיטת פנסילבניה וקטור הליבה. הם גם רוצים להודות א Olson ו Neuroscience מיקרוסקופית Core באוניברסיטת סטנפורד נתמך על ידי NIH NS069375 להעניק עבור שירותי מיקרוסקופיה confocal שלהם.

<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>

המחברים קראו את מדיניות היומן ויש להם את האינטרסים המתחרים הבאים: SG, SO ו- VC משולמים לעובדים ב- Inscopix.

הבנת פעילות מעגל עצבי במהלך התנהגות ערנית היא רמה חיונית של החקירה neuroscientific צורך ביעילות לנתח את תפקוד המוח בבריאות ומחלות. הקורטקס הוא אזור חשוב במיוחד כדי ללמוד בהקשר של התנהגות ער, שכן הוא ממלא תפקיד חשוב בהרבה תפקודים חושיים, קוגניטיביים ומבצעים 28 , 29 . הטור הקורטיקלי נחשב ליחידה הפונקציונלית הבסיסית בקליפת המוח, והפעילות ברמת האוכלוסין של תאי קליפת המוח ידועה בהתאם למיקומם הפיזי בעמודה. לדוגמה, נוירונים מעוררים בשכבות 2/3 בפרויקט הקורטקס הסומאטוסנסורי, בעיקר לאזורים ניאו-קורטיקליים אחרים, ומאופיינים ברשתות קורטיקליות אחרות 30 , בעוד שהתאים בשכבות עמוקות יותר מתמקדים בעיקר באזורים תת-קורטיקליים כמו התלמוס 31 . הקלטה של ​​פעילות של מאותS של תאים קליפת המוח שנקבע מראש בו זמנית ובאופן אמין לאורך זמן על פני lamina שונים בחופשיות נושאים מתנהג מאוד לקדם את ההבנה שלנו של זרימת מידע קליפת המוח, ומאפשר לנתח תפקודית עדינה של עמודות קליפת המוח ידי מידע התנהגותי בזמן אמת, מאזניים. איסוף זה ברמה של נתונים מעגל עצביים מתאפשר עם שימוש יעיל ויעיל פלטפורמת מיקרוסקופ מיניאטורי לנהל בקנה מידה גדול Ca 2 + הדמיה בנושאים מתנהגים בחופשיות (או נושאים קבוע בראש לפי הצורך). משמש עם מחווני סידן מקודדים מבחינה גנטית כדי לאפשר תא מסוג ספציפי מיקוד, הדמיה שדה רב שכבתית של נוף המסופק על ידי בדיקה פריזמה מושתל כרונית, פרוטוקול זה בחנו מקרה אחד בין יישומים אפשריים רבים: התבוננות הבדלים למינרית בעיבוד קליפת המוח somatosensory כאשר עכברים פיזית עוסקת עם אובייקט חדש ( איור 5 ).זהו האיור הפרוצדורלי הראשון מסוג זה של סוג תא ספציפי, בגישה vivo ללמוד שכבות קליפת המוח מרובים ער, מתנהג בחופשיות בעלי חיים, ומרחיב את הספקטרום של שיטות ניסיוניות זמין כדי להבין מבנים למינרית במוח הפעיל. שדה הראייה פריסקופי מופעלת על ידי בדיקה פריזמה בטכניקה זו יכול להיות מוחל על מבנים מוחיים אחרים כאשר שימור הרקמות ישירות הגב אל אזור של עניין הוא הרצוי; לדוגמה, הדמיה CA3 יכול להיות מושגת ללא הפרעה של תפקוד בהיפוקמפוס. פריזמה בדיקה המבוססת על גישה הדמיה Ca 2 + פעילות מחייב את ההכנסה פיזית השתלה קבועה של microprism לתוך קליפת המוח, אשר משווה את היצירה של הנגע קליפת המוח שבו בדיקה העדשה מוכנס. זה עלול לגרום שיבושים המעגלים העצביים המקומיים, כולל ניתוק של דנדריטים ותהליכים אפיים. Tההליך שלו גם יגרום הפעלה ראשונית של תאים גליה באזור, אם כי זה צפוי להיות מקומי לרקמה על 150 מיקרומטר מ הפנים פריזמה, וכדי להירגע לאחר המוח ריפא 22 . חשוב מאוד לשקול אם טכניקה זו תשפיע על אנטומיה מעגל רגיל ו / או התנהגות של בעלי החיים בעת תכנון ניסויים. קבוצות בקרה התנהגותיות צריכות תמיד להתבצע על מנת להבטיח כי אין שינויים משמעותיים בהתנהגויות בסיסיות שעלולות לגרום לתוצאות ניסוי מבולבלות. שימוש זה מיניאטורי, נייד Ca 2 + טכניקה הדמיה עם מניפולציה neuropharmacological, שונים קוגניטיבית, חברתית, מוטורית או פרדיגמות התנהגותיות, ולשלב אותו עם מדדים פיזיולוגיים אחרים יכולים להעמיק ולהעשיר מחקרים התמקד בהבנת תפקידים תפקודיים של מעגלים עצביים בהתנהגות האות עיבוד 32 דיכוי או הפעלהAtion של מסלולים מסוימים מאופיינים על ידי תרופות יכול להשפיע על התנהגויות הקשורות, אשר ניתן ללמוד בקלות באמצעות טכנולוגיה זו 33 . הסתעפות לתוך סוגי תאים שונים על ידי שינוי המיקוד של מחוון סידן עוד יישום חזק ושימושי, ומאפשר שילובים יצירתיים רבים של כלים ניסיוניים כדי לענות על מגוון רחב של שאלות מעגל עצבי.

הקורטקס הוא שחקן חיוני בתפקודים נפשיים והתנהגותיים מורכבים רבים, מתוך תשומת לב, תפיסה חושית ושליטה קוגניטיבית מלמעלה למטה 1 , 2 , 3 למסלולי מוטיבציה, גמול והתמכרות 4 , 5 . הבנת התהליכים החישוביים המונחים ביסוד תפקידה היא מטרה חשובה להניע הבנה קלינית טובה יותר של הפרעות נפשיות והתנהגותיות רבות. תיאוריות עכשוויות רבות של מרכז המחלות הפסיכיאטריות סביב הרעיון כי תפקוד לקוי של מעגלים עצביים בקליפת המוח או דיסקואורדינציה עשוי להתבסס על הפרעות קוגניטיביות והתנהגותיות שהן סימני ההיכר של התנאים כגון סכיזופרניה 6 , אוטיזם 7 או הפרעה אובססיבית-קומפולסיבית 8 . לפיכך, קבלת האוכלוסייה ברמת האוכלוסייה נתונים עצביים ממעגלים אנכיים בהקשר הנכון של מידע התנהגותי סימולטני הוא בעל חשיבות רבה, אידיאלי יכול להיות ממוקד סוגי תאים ספציפיים עבור דיסקציה מעגל עדין יותר. מיקרוסקופים מיניאטוריים בשילוב עם מיקרוסקופים מבודדים של שיפוע הדרגתי (GRIN) מאפשרים גישה אופטית להרכבים עצביים בתנאי תנועה חופשית ממגוון אזורי מוח אפשריים 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , כולל הקליפה 14 , 15 , 16 . באמצעות מערכת מיקרוסקופית נייד יחד עם מחוונים סידן מקודד גנטית מאפשר הדמיה עקבית של האוכלוסייה הסלולרית זהה המקיף מאות נוירונים על ימים עד שבועות באזורי מוח רבים 9 , והוא יכול להיותממוקד גנטית סוגי תאים ספציפיים באמצעות וקטור ויראלי או טכניקות מהונדס. כמו קליפת ידוע לתמוך פונקציות שונות להתחבר אזורים שונים במוח בהתאם למיקום של התאים בתוך lamina 17 , 18 , 19 , אנו מעוניינים לקבל פעילות רב עצבית רב שכבתיים בעת ובעונה אחת נושאים מתנהג ער. כאן אנו מדגימים כיצד לדמות מאות נוירונים שכותרתו fluorescently בעכברים מתנהג בחופשיות על פני ימים, באמצעות מיקרוסקופ פלואורסצנטי מיניאטורי 20 בשילוב עם בדיקה מנסר המנסר, אשר מציעה תצוגה רב שכבתיים של קליפת המוח ( איור 1 ). הבדיקה פריזמה משמש כאן מורכב משני עדשות GRIN נפרד: פריזמה עדשת גליל ממסר ( איור 1 ). האור מהמיקרוסקופ מעורר את התווית הנקראת פלואורסצנטליתתאים הממוקמים לאורך הפנים הדמיה של בדיקה פריזמה, לאחר משתקף מחוץ hypotenuse של החלק פריזמה של בדיקה. האור הנפלט מן התאים משקף גם את hypotenuse של הפריזמה, נאסף באמצעות המטרה של המיקרוסקופ ומגיע חיישן במיקרוסקופ. בדיקת פריזמה בשימוש בהליך זה מותאם לשימוש קל עם ציוד stereotaxic סטנדרטי. מיקרוסקופ פלואורסצנטי מיניאטורי 20 מזהה פעולה הפוטנציאל עורר Ca 2 + חולפים באוכלוסיות עצביים עם רזולוציה תא יחיד, לאחר תאים אלה כבר שכותרתו במיוחד עם Ca 2 + רגיש מחוונים ניאון מקודד גנטית. בפרוטוקול זה, אנו מזריקים Ca 2 + אינדיקטור מקודדים בקטור ויראלי (AAV1.CaMKII.GCaMP6f.WPRE.SV40), להשתיל בדיקה פריזמה, להתקין את המיקרוסקופ, ולאחר מכן להשיג מספר ימים של נתונים סומטוסנסוריים (S1 אחוריים אחוריים) נתונים עצביים מתוך חשיפה חיהד למשטחים אובייקט הרומן במהלך חקירה חופשית ( איור 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>
	</tbody>
</table>

multi-layer cortical ca2+ imaging in freely moving mice with prism probes and miniaturized fluorescence microscopy

במעגל vivo ו הדמיה תפקודית ברמה התאית הוא כלי קריטי להבנת המוח בפעולה. הדמיה ברזולוציה גבוהה של נוירונים קליפת המוח העכבר עם מיקרוסקופ שני פוטון סיפקה תובנות ייחודיות לתוך מבנה קליפת המוח, פונקציונליות. עם זאת, מחקרים אלה מוגבלים לבעלי חיים קבועים ראש, לצמצם במידה ניכרת את המורכבות ההתנהגותית הזמינה למחקר. במאמר זה, אנו מתארים הליך לביצוע מיקרוסקופ פלואורסצנטי כרונית עם רזולוציה הסלולר על פני שכבות קליפת המוח מרובים בעכברים מתנהג בחופשיות. השתמשנו מיקרוסקופ פלואורסצנטי מיניאטורי משולב יחד עם בדיקה מנסר המושרשת בו זמנית לדמיין ולהקליט את הדינמיקה סידן של מאות נוירונים על פני שכבות מרובות של קליפת המוח סומאטוסנסורי כמו העכבר עוסקת במשימה חיפוש חדש אובייקט, על פני כמה ימים. טכניקה זו יכולה להיות מותאמת לאזורים אחרים במוח במינים שונים של בעלי חיים אחרים p התנהגותיארדיגמות.

<html> פרוטוקול המתואר כאן מתאר דרך יעילה ויעילה לבצע אורך רב שכבת Ca 2 + הדמיה של מאות נוירונים קליפת המוח בעכברים מתנהג בחופשיות באמצעות בדיקות פריזמה ( איור 1 ). גישות קודמות כלפי רב שכבתיים הדמיה קליפתית יש בעיקר היה מוגבל חיות בראש קבוע 22 , 23 , 24 , 25 , 26 , 27 . על מנת לרכוש את רמת הנתונים הזאת בהקשר חופשי, נעשה שימוש בפלטפורמת מיקרוסקופ מיניאטורה לגמישות התנהגותית; אינדיקטור סידן מקודד גנטית (GCaMP6f) שימש למקד אוכלוסיות תאים ספציפיים (CAMKII + תאים בקליפת המוח); ו פריזמה בדיקה נבחרה לספק כרונית, רב שכבת שדה של נוף. -Together.within-page = &quot;1&quot;&gt; הראינו את זרימת העבודה להכנת החיה לצורך הדמיה. וקטור ויראלי קידוד מחוון סידן מתאים הוזרק לתוך קליפת המוח ( איור 2 , שלב 1), לפני כרוני השתלת בדיקה פריזמה כדי לאפשר גישה אופטית לתאים שכותרתו ( איור 2 , שלב 2). A baseplate המשמש כמעגן מאובטח, זמני למיקוד של המיקרוסקופ במהלך הפגישות הדמיה הותקן אז מעל הראש של החיה ( איור 2 , שלב 3), המאפשר הדמיה של פעילות קליפת המוח על פני שכבות תאים מרובים ב ערני מתנהג ניסיוני ( איור 2 , שלב 4). כדי להבטיח כי האוכלוסייה הסלולרית הרצוי היה להיות ממוקד, לאחר המוות ממותה בסעיף המוח מעכבר נציג מוצג באיור 3 עם דגימת בדיקה פריזמה שדה הראייה מסומן יחסית המעבדה GCaMP6fEled נוירונים בשכבות 2/3 ו 5 של קליפת המוח סומטו-סנסורי. במהלך התעוררות הדמיה התנהגות עם המערכת, הפעילות של נוירונים קליפת המוח somatosensory נרשמה כאשר העכבר נחשף לשלוש סביבות שונות - שדה פתוח (יום 1), אובייקט היכרות (יום 2-4) ו רומן אובייקט (יום 5) ( איור 4 ). ביום הראשון הונח העכבר בזירה התנהגותית נטולת חפצים. ביום 2-4 העכבר הונח בזירה עם שני אובייקטים שונים מבחינה טקסטורלית (בלוק ג&#39;ל ובלוק עץ). ביום 5 הוחלף אחד החפצים באובייקט חדש. החיה היה צילמו על פני 5 ימים במשך 20 דקות בכל יום. בעקבות מיצוי התא באמצעות Ca 2 + נתונים תוכנת ניתוח נתונים, מסננים מרחביים המתאים מיקומי התא היו עלים על הקרנת עוצמת פלואורסצנטי הממוצע של נתוני הקלטה מיקרוסקופ( איור 5) . קו מקווקו לבן מפריד שכבות 2/3 ו 5 תאים. מקבילים Ca 2 + עקבות מ 5 תאים מכל אחת השכבות להראות את דפוס הירי של התאים בשתי הקשרים התנהגותיים שונים - היכרות אובייקט וחשיפה אובייקט רומן. שכבת 2/3 תאים היו פעילים יותר לעומת שכבת 5 תאים ביום שבו העכבר נחשף אובייקט חדש. זה ניכר גם מן החלקות רסטר המציגים את פעילות הירי thresholded של כל תאים צילמו בימים 1, 4 ו - 5. <img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/55579/55579fig1.jpg" /> איור 1: בויו Ca 2 + הדמיה על פני שכבות קליפת המוח מרובים בחופשיות העברת עכברים. ( א ) מפרטים פריזמה בדיקה ותיאור של המטוס הדמיה. ציפוי רפלקטיבית על החלק הפנימי של hypotenuse מאפשר הדמיה 90 ° מן המטוס הכניסה של בדיקה פריזמה. העדשה cuFf משתלב עם מחזיק העדשה, אשר מייעלת את הליך ההשתלה ומאפשר צפייה פוטנציאלית של הקרינה רקמות הסביבה במהלך ההשתלה ( B ) (i). איור של מיקום של craniotomy בדיקה פריזמה חתך סכין יחסית לאתר הזרקת הנגיף, ו (ii) איור של מיקום של פריזמה בדיקה בצד שטוח יחסית לחתך סכין אתר הזרקת וירוסים. ( C ) איור של in-vivo Ca 2 + הגדרת הדמיה מראה את הנתיב האור עבור שטח קטן בתוך שדה מלא של נוף באמצעות בדיקה פריזמה מושתל קליפת עכבר. ( ד ) שדה שדה תצוגה במהלך ההתקנה פריזמה בדיקה. מיקרוסקופ מיניאטורי מחובר מחזיק העדשה, המחזיקה בדיקה פריזמה המאפשר לבדוק את הביטוי וירוס במהלך ההתקנה פריזמה בדיקה. ( E ) שילוב של מיקרוסקופ עם בדיקה מנסרה עבור הדמיה קליפתית רב שכבתיים של GCaMP6f שכותרתו תאים S1. שדה שדה לדוגמה לדוגמהבמהלך ההתקנה. נקה כלי הדם דפוס גלוי בזמן baseplate להתקין עם כמה תאים בתמונה גלם. תאים נוספים נראים בבירור כאשר DF / F מופעל בחלון רכישת התוכנה. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55579/55579fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 2" src="/files/ftp_upload/55579/55579fig2.jpg" /> איור 2: סכמטי מציג את ציר הזמן של אירועים זרימת עבודה עבור פריזמה בדיקה השתלת מיקרוסקופ התקנה. מספר השבועות מיוצגים על ציר ה- X ואת שלבי העבודה של ההליכים לאורך ציר ה- Y. ( A ) גרפי הממחישות הזרקת ויראלי (AAV1.CaMKII.GCaMP6f.WPRE.SV40) לאורך ציר dorso- הגחון אותו, כדי התווית מספר שכבות של קליפת המוח somatosensory. ( ב ) 2 שבועות לאחר זריקות וירוסים, בעיה פריזמהE הוא מושתל על ציר מקביל לאתרים הזרקת הנגיף. ( ג ) כשבוע לאחר ההשתלה בדיקה פריזמה, החיה נבדקת עבור הביטוי עם מיקרוסקופ ו baseplate מותקן על הראש אם אוכלוסייה של תאים גלוי. ( D ) בעל החיים הוא מוכן אז הדמיה כרונית במהלך משימות התנהגותיות רלוונטיות (קליפ עכבר אמנות שונה לאחר אישור מ - UW מדיסון ביוכימיה MediaLab). <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55579/55579fig2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 3" src="/files/ftp_upload/55579/55579fig3.jpg" /> איור 3: אימות שלאחר המוות היסטולוגית של מיקום פריזמה בדיקה הביטוי GCaMP. ( א ) סעיף העטרה ממוח העכבר עכבר מראה את המסלול בדיקה פריזמה עם הצד הדמיה שלה פונהאת התאים GCaMP6f להביע (AAV1.CaMKII.GCaMP6f לידי ביטוי נוירונים בשכבות 2/3 ו 5). ( ב ) באותו המוח המוח העטרה הבאים מכתים עבור DAPI. סולם בר = 250 מיקרומטר ( C ) זום לאור תאי GCaMP6f להביע בקורטקס סומאטוסנסורי. סולם בר = 100 מיקרומטר. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55579/55579fig3large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 4" src="/files/ftp_upload/55579/55579fig4.jpg" /> איור 4: פעילות עכבר במהלך הרגלה, היכרות, וחפץ אובייקט חדש בדיקה היה מעקב וידאו באמצעות תוכנת וידאו. ( א ) ביום הראשון, החיה הונחה בזירה התנהגותית נטולת חפצים (שדה פתוח). ( ב ) בימים 2-4, שני אובייקטים שונים מבחינה טקסטורלית (בלוק ג&#39;ל ובלוק עץ) הונחו בזירה (אובייקט Fami). ( ג ) ביום 5, אחד האובייקטים הוחלף עם חפץ חדש (בלוק עץ עם נייר חול) (רומן אובייקט חשיפה). <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55579/55579fig4large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 5" src="/files/ftp_upload/55579/55579fig5.jpg" /> איור 5: דינאמיקה סידן מ שכבות שטחיות ועמוקות של קליפת המוח סומטו-סנסורי של עכבר נציג צילמו עם המיקרוסקופ. ( א ) תמונה ממוזגת של מסננים נוירונים מרחביים (כתמים ירוקים) ואת הקרינה מתכוונת עוצמת הקרינה של הקלטה מיקרוסקופ דרך שדה בדיקה פריזמה של נוף. גבול בין שכבות על-גבייות ושכבות אינפרא-גרנריות המצוין על ידי קו מקווקו לבן. סולם בר = 100 מיקרומטר. ( ב ) עקבות סידן מחמישה תאים שטחיים ושכבה עמוקה (מלא כחול ואדום גElls בחלונית A), המציין יחידות של סטיית תקן של הקרינה הבאים העיקריים ניתוח רכיב עצמאי. סרגל סולם אופקי 50 s וסרגל מידה אנכי 10 SD ( C ) Raster העלילה של תאים משטחית (שכבות 2/3) ושכבות עמוקות (שכבה 5) המוצגות מעל שדה פתוח, היכרות אובייקט וחפץ אובייקט חדש. סולם בר = 100 s. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55579/55579fig5large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.</a>

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

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

כאן, אנו מציגים הליך לביצוע בקנה מידה גדול Ca 2 + הדמיה עם רזולוציה הסלולר על פני שכבות קליפת המוח מרובים בעכברים נעים באופן חופשי. מאות תאים פעילים ניתן לצפות בו זמנית באמצעות מיקרוסקופ מיניאטורי, ראש רכוב יחד עם בדיקה מנסר פריזמה.

רב שכבתיים Ca קליפת המוח<sup&gt; 2+</sup&gt; הדמיה בחופשיות העברת עכברים עם בדיקות פריזמה מיקרוסקופית פלואורסצנטי מיניאטורי

In vivo circuit and cellular level functional imaging is a critical tool for understanding the brain in action. High resolution imaging of mouse cortical ...

Research

JoVE Journal

Behavior

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

Functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) with Auditory Stimulation in Songbirds

Functional Magnetic Resonance Imaging fMRI with Auditory Stimulation in Songbirds

הדמיה תהודה מגנטית תפקודית (fMRI) עם גירוי שמיעתי בציפורי שיר

The neurobiology of birdsong, as a model for human speech, is a pronounced area of research in behavioral neuroscience. Whereas electrophysiology and ...

Long-term Potentiation of Perforant Pathway-dentate Gyrus Synapse in Freely Behaving Mice

הגברה לטווח ארוך של Perforant מסלול-משוננת gyrus סינפסה בחופשיות מתנהג עכברים

Studies of long-term potentiation of synaptic efficacy, an activity-dependent synaptic phenomenon having properties that make it attractive as a potential ...

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

סידן הדמיה שני פוטונים בעכברים ניווט סביבת מציאות מדומה

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

Quantitative Assessment of Cortical Auditory-tactile Processing in Children with Disabilities

הערכה כמותית של עיבוד בקליפת המוח שמיעתי-מישוש בילדים עם מוגבלויות

Objective and easy measurement of sensory processing is extremely difficult in nonverbal or vulnerable pediatric patients. We developed a new methodology ...

Measurement of Fronto-limbic Activity Using an Emotional Oddball Task in Children with Familial High Risk for Schizophrenia

מדידה של פעילות פרונטו-הלימבית שימוש מוזר משימה רגשית בילדים בסיכון גבוה לסכיזופרניה משפחתי

Adolescence is a critical developmental period where the early symptoms of schizophrenia frequently emerge. First-degree relatives of people with ...

Flat-floored Air-lifted Platform: A New Method for Combining Behavior with Microscopy or Electrophysiology on Awake Freely Moving Rodents

פלטפורמה הרימה-Air-מרוצף שטוחה: שיטה חדשה לשילוב עם התנהגות מיקרוסקופית או אלקטרופיזיולוגיה על Awake לנוע בחופשיות מכרסמים

It is widely acknowledged that the use of general anesthetics can undermine the relevance of electrophysiological or microscopical data obtained from a ...

The Modified Hole Board - Measuring Behavior, Cognition and Social Interaction in Mice and Rats

מועצת החור השתנה - מדידת התנהגות, קוגניציה ואינטראקציה חברתית בעכברים וחולדות

This protocol describes the modified hole board (mHB), which combines features from a traditional hole board and open field and is designed to measure ...

Simultaneous Transcranial Alternating Current Stimulation and Functional Magnetic Resonance Imaging

סימולטני transcranial גירוי הזרם הנוכחי ו הדמיה תפקודית תהודה מגנטית

Transcranial alternating current stimulation (tACS) is a promising tool for noninvasive investigation of brain oscillations. TACS employs ...

Reversible Cooling-induced Deactivations to Study Cortical Contributions to Obstacle Memory in the Walking Cat

הפיכה Deactivations קירור-induced ללמוד תרומות קורטיקלית מכשול זיכרון של החתול הליכה

On complex, naturalistic terrain, sensory information about an environmental obstacle can be used to rapidly adjust locomotor movements for avoidance. For ...

A Wireless, Bidirectional Interface for In Vivo Recording and Stimulation of Neural Activity in Freely Behaving Rats

A Wireless, Bidirectional Interface for In Vivo Recording and Stimulation of Neural Activity in Freely Behaving Rats

חיבור אלחוטי, ממשק דו-כיווני ההקלטה In Vivo גירוי של פעילות עצבית להתנהג בחופשיות חולדות

In vivo electrophysiology is a powerful technique to investigate the relationship between brain activity and behavior at a millisecond and micrometer ...