Name: optogenetic manipulation of neural circuits during monitoring sleep/wakefulness states in mice
Uploaded: 2019-06-19T12:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Optogenetic Manipulation of Neural Circuits During Monitoring Sleep/wakefulness States in Mice at JoVE.com

وقد حظيت هذه الدراسة بدعم من برنامج دراسات المحققين في شركة ميرك (#54843)، ومنحة كاكينجي للبحوث العلمية في المجالات المبتكرة، و"ويل ديناميك" (16H06401) (T.S.)، ومنحة كاكينجي للبحوث الاستكشافية في المجالات الابتكارية (T.S.) (18H02595).

تمت الموافقة على جميع التجارب هنا من قبل لجنة التجارب والاستخدام الحيواني ة في جامعة تسوكوبا، امتثالا للمبادئ التوجيهية للمعهد الوطني للصحة.
1. جراحة الحيوان، حقن الفيروسات، القطب الكهربائي لEEG / EMG، وزرع الألياف البصرية
 تحذير: </</c0> وينبغي اختيار تقني...

<ol>
	<li>Spoormaker, V. I., Montgomery, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Disturbed+sleep+in+post-traumatic+stress+disorder:+Secondary+symptom+or+core+feature?.">Disturbed sleep in post-traumatic stress disorder: Secondary symptom or core feature?.</a> Sleep Medicine Reviews. 12 (3), 169-184 (2008).</li><li>Dworak, M., Wiater, A., Alfer, D., Stephan, E., Hollmann, W., Struder, H. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Increased+slow+wave+sleep+and+reduced+stage+2+sleep+in+children+depending+on+exercise+intensity.">Increased slow wave sleep and reduced stage 2 sleep in children depending on exercise intensity.</a> Sleep Medicine. 9 (3), 266-272 (2008).</li><li>Mellman, T. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sleep+and+anxiety+disorders.">Sleep and anxiety disorders.</a> Psychiatric Clinics of North America. 29 (4), 1047-1058 (2006).</li><li>Scammell, T. E., Arrigoni, E., Lipton, J. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neural+circuitry+of+wakefulness+and+sleep.">Neural circuitry of wakefulness and sleep.</a> Neuron. 93 (4), 747-765 (2017).</li><li>Chemelli, R. 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=Narcolepsy+in+orexin+knockout+mice:+Molecular+genetics+of+sleep+regulation.">Narcolepsy in orexin knockout mice: Molecular genetics of sleep regulation.</a> Cell. 98 (4), 437-451 (1999).</li><li>Borb&#233;ly, A. A., Daan, S., Wirz-Justice, A., Deboer, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+two-process+model+of+sleep+regulation:+A+reappraisal.">The two-process model of sleep regulation: A reappraisal.</a> Journal of Sleep Research. 25 (2), 131-143 (2016).</li><li>Daan, S., Beersma, D. G., Borbely, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Timing+of+human+sleep:+recovery+process+gated+by+a+circadian+pacemaker.">Timing of human sleep: recovery process gated by a circadian pacemaker.</a> American Journal of Physiology-Regulatory, Integrative and Comparative Physiology. 246 (2), R161-R183 (1984).</li><li>Saper, C. B., Cano, G., Scammell, T. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Homeostatic,+circadian,+and+emotional+regulation+of+sleep.">Homeostatic, circadian, and emotional regulation of sleep.</a> Journal of Comparative Neurology. 493 (1), 92-98 (2005).</li><li>Saper, C. B., Fuller, P. M., Pedersen, N. P., Lu, J., Scammell, T. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sleep+state+switching.">Sleep state switching.</a> Neuron. 68 (6), 1023-1042 (2010).</li><li>LeDoux, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Emotion+circuits+in+the+brain.">Emotion circuits in the brain.</a> Annual Review of Neuroscience. 23, 155-184 (2000).</li><li>Tovote, P., Fadok, J. P., L&#252;thi, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neuronal+circuits+for+fear+and+anxiety.">Neuronal circuits for fear and anxiety.</a> Nature Reviews Neuroscience. 16 (6), 317-331 (2015).</li><li>Lebow, M. A., Chen, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Overshadowed+by+the+amygdala:+the+bed+nucleus+of+the+stria+terminalis+emerges+as+key+to+psychiatric+disorders.">Overshadowed by the amygdala: the bed nucleus of the stria terminalis emerges as key to psychiatric disorders.</a> Molecular Psychiatry. 21 (4), 450-463 (2016).</li><li>Wu, S., 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=Tangential+migration+and+proliferation+of+intermediate+progenitors+of+GABAergic+neurons+in+the+mouse+telencephalon.">Tangential migration and proliferation of intermediate progenitors of GABAergic neurons in the mouse telencephalon.</a> Development. 138 (12), 2499-2509 (2011).</li><li>Tye, K. M., Deisseroth, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optogenetic+investigation+of+neural+circuits+underlying+brain+disease+in+animal+models.">Optogenetic investigation of neural circuits underlying brain disease in animal models.</a> Nature Reviews Neuroscience. 13 (4), 251-266 (2012).</li><li>de Lecea, L., Carter, M. E., Adamantidis, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Shining+light+on+wakefulness+and+arousal.">Shining light on wakefulness and arousal.</a> Biological Psychiatry. 71 (12), 1046-1052 (2012).</li><li>Carter, M. E., Brill, J., Bonnavion, P., Huguenard, J. R., Huerta, R., de Lecea, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanism+for+hypocretin-mediated+sleep-to-wake+transitions.">Mechanism for hypocretin-mediated sleep-to-wake transitions.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 109 (39), E2635-E2644 (2012).</li><li>Weber, F., 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=Circuit-based+interrogation+of+sleep+control.">Circuit-based interrogation of sleep control.</a> Nature Publishing Group. 538, 51-59 (2016).</li><li>Weber, F., Chung, S., Beier, K. T., Xu, M., Luo, 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=Control+of+REM+sleep+by+ventral+medulla+GABAergic+neurons.">Control of REM sleep by ventral medulla GABAergic neurons.</a> Nature. 526, 435-438 (2015).</li><li>Oishi, 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=Slow-wave+sleep+is+controlled+by+a+subset+of+nucleus+accumbens+core+neurons+in+mice.">Slow-wave sleep is controlled by a subset of nucleus accumbens core neurons in mice.</a> Nature Communications. 8 (1), 1-12 (2017).</li><li>Boyden, E. S., Zhang, F., Bamberg, E., Nagel, G., Deisseroth, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Millisecond-timescale,+genetically+targeted+optical+control+of+neural+activity.">Millisecond-timescale, genetically targeted optical control of neural activity.</a> Nature Neuroscience. 8 (9), 1263-1268 (2005).</li><li>Han, X., 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=A+high-light+sensitivity+optical+neural+silencer:+development+and+application+to+optogenetic+control+of+non-human+primate+cortex.">A high-light sensitivity optical neural silencer: development and application to optogenetic control of non-human primate cortex.</a> Frontiers in Systems Neuroscience. 5, 1-8 (2011).</li><li>Kim, C. K., Adhikari, A., Deisseroth, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Integration+of+optogenetics+with+complementary+methodologies+in+systems+neuroscience.">Integration of optogenetics with complementary methodologies in systems neuroscience.</a> Nature Reviews Neuroscience. 18 (4), 222-235 (2017).</li><li>Saito, Y. 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=GABAergic+neurons+in+the+preoptic+area+send+direct+inhibitory+projections+to+orexin+neurons.">GABAergic neurons in the preoptic area send direct inhibitory projections to orexin neurons.</a> Frontiers in Neural Circuits. 7 (December), 1-3 (2013).</li><li>Atasoy, D., Aponte, Y., Su, H. H., Sternson, 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=A+FLEX+switch+targets+Channelrhodopsin-2+to+multiple+cell+types+for+imaging+and+long-range+circuit+mapping.">A FLEX switch targets Channelrhodopsin-2 to multiple cell types for imaging and long-range circuit mapping.</a> Journal of Neuroscience. 28 (28), 7025-7030 (2008).</li><li>Kodani, S., Soya, S., Sakurai, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Excitation+of+GABAergic+neurons+in+the+bed+nucleus+of+the+stria+terminalis+triggers+immediate+transition+from+non-rapid+eye+movement+sleep+to+wakefulness+in+mice.">Excitation of GABAergic neurons in the bed nucleus of the stria terminalis triggers immediate transition from non-rapid eye movement sleep to wakefulness in mice.</a> Journal of Neuroscience. 37, 7174-7176 (2017).</li><li>Lin, F., Pichard, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Handbook of practical immunohistochemistry: frequently asked questions. , (2011).</li><li>Wiegert, J. S., Mahn, M., Prigge, M., Printz, Y., Yizhar, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Silencing+neurons:+tools,+applications,+and+experimental+constraints.">Silencing neurons: tools, applications, and experimental constraints.</a> Neuron. 95 (3), 504-529 (2017).</li><li>Yizhar, O., Fenno, L. E., Prigge, M., Schneider, F., Davidson, T. J., O&#8217;Shea, D. J., Sohal, V. S., Goshen, I., Finkelstein, J., Paz, J. T., Stehfest, K., Fudim, R., Ramakrishnan, C., Huguenard, J. R., Hegemann, P., Deisseroth, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neocortical+excitation/inhibition+balance+in+information+processing+and+social+dysfunction.">Neocortical excitation/inhibition balance in information processing and social dysfunction.</a> Nature. 40 (6), 1301-1315 (2012).</li></ol>

قدمنا هنا طريقة لتقييم تأثير التحفيز البصري للخلايا العصبية مع هويات كيميائية معينة على انتقالات الدولة من النوم / اليقظة وأعطى مثالا على التلاعب الخلايا العصبيةGABA BNST. وأظهرت بياناتنا أن الإثارة البصريات من الخلايا العصبيةGABA BNST النتائج في الانتقال الفوري من النوم NREM إلى اليق...

النوم ضروري للوظيفة المعرفية المثلى. وتشير النتائج الأخيرة أيضا إلى أن الاضطرابات في النومترتبط مع مجموعة واسعة من الأمراض 1،2،3. على الرغم من أن وظائف النوم لم يتم حلها حتى الآن إلى حد كبير، وقد أحرز تقدم كبير في الآونة الأخيرة في فهم الدوائر العصبية والآليات التي تتحكم في حالات النوم / اليقظة4. في الثدييات، هناك ثلاث حالات من اليقظة: اليقظة، وحركة العين غير السريعة (NREM) النوم، وحركة العين السريعة (REM) النوم. يتميز اليقظة بتذبذبات EEG سريعة (5-12 هرتز) من السعة المنخفضة مع النشاط الحركي الهادف والمستدام. يتم تعريف النوم NREM عن طريق التذبذبات بطيئة (1-4 هرتز) من السعة العالية (موجات دلتا)، مع عدم وجود الوعي والنشاط الحركي هادفة. يتميز النوم REM من التذبذبات سريعة نسبيا (6-12 هرتز) من السعة المنخفضة والعضلات الثنائية كاملة تقريبا atonia5.
اقترح بوربلي نظرية تنظيم النوم واليقظة المعروفة باسم نموذج العملية اثنين6،7. عملية المثلية، ويشار إليها أيضا باسم عملية S، يمثل ضغط النوم الذي يتراكم أثناء اليقظة ويتبدد أثناء النوم. وثمة عملية أخرى، يشار إليها بالعملية جيم، هي عملية سيركادية، وهو ما يفسر سبب تقلب مستويات اليقظة في دورة 24 ساعة. بالإضافة إلى هاتين العمليتين، العوامل الساكنة هي أيضا مهمة لتنظيم النوم / اليقظة8،9. وتشمل العوامل الساكنة الحالات الغذائية والعاطفة. عادة ما يصاحب الخوف والقلق زيادة في الإثارة جنبا إلى جنب مع استجابات اللاإرادي والغدد الصماء العصبية10،11،12. ويعتقد أن النظام الحوفي يلعب دورا في تنظيم الخوف والقلق، وقد درست على نطاق واسع الآليات الكامنة وراء استجابات اللاإرادي والغدد الصماء العصبية، ولكن المسار الذي يؤثر النظام الحوفي على حالات النوم / اليقظة لم تم الكشف عنها حتى الآن. وقد اقترح عدد كبير من الدراسات الحديثة باستخدام علم الوراثة البصرية والدوائية أن الخلايا العصبية والدوائر العصبية التي تنظم حالات النوم / اليقظة يتم توزيعها في جميع أنحاء الدماغ، بما في ذلك القشرية، الصدارة القاعدية، المهاد، تحت المهاد، تحت المهاد، تحت المهاد، وجذع الدماغ. وعلى وجه الخصوص، سمحت لنا التطورات الأخيرة في علم الوراثة البصرية بتحفيز أو تثبيط دوائر عصبية محددة ذاتاستبانة مكانية وزمنية عالية. هذه التقنية سوف تسمح بالتقدم في فهمنا للركائز العصبية للنوم واليقظة، وكيف يتم تنظيم حالات النوم / اليقظة من قبل العمليات circadian، ضغط النوم، والعوامل اللاوستاتيكية، بما في ذلك العاطفة. تهدف هذه الورقة إلى إدخال كيفية استخدام التلاعب الجيني البصري جنبا إلى جنب مع تسجيل النوم / الاستيقاظ، والتي يمكن أن يكون لها القدرة على تحديث فهمنا للconnectomes والآليات في الدماغ التي تلعب دورا في تنظيم النوم NREM، نوم REM، واليقظة. فهم هذه الآلية التي ينظم النظام الحوفي حالات النوم / اليقظة هو ذو أهمية قصوى للصحة، لأن الأرق يرتبط عادة مع القلق أو الخوف من عدم القدرة على النوم (الخوف من النوم).
ويعتقد أن BNST تلعب دورا أساسيا في القلق والخوف. GAD 67-التعبير عن الخلايا العصبية GABAergic هي مجموعة كبيرة من السكان من BNST12،13. بحثنا تأثير التلاعب البصري لهذه الخلايا العصبية (GABABNST)على حالات النوم / اليقظة. واحدة من أعظم التطورات في علم الأعصاب في السنوات الأخيرة كانت الأساليب التي تمكن من التلاعب في الخلايا العصبية مع هويات كيميائية معينة في الجسم الحي، مع القرارات المكانية والزمنية العالية. علم الوراثة البصرية مفيد للغاية لإظهار الروابط السببية بين النشاط العصبي والاستجابات السلوكية المحددة14. نحن نصف علم الوراثة البصرية كوسيلة لدراسة الاتصال الوظيفي للدوائر العصبية المحددة في تنظيم حالات النوم / اليقظة. من خلال الاستفادة من هذه التقنية، تم تحقيق تقدم كبير في فهم الدوائر العصبية التي تنظم حالات النوم / اليقظة15،16،17،18،19 . في كثير من الحالات، يتم إدخال opsins على وجه التحديد في الخلايا العصبية مع هويات كيميائية معينة في مناطق الدماغ الانتقائية عن طريق مزيج من الفئران سائق كري ونقل الجينات Cre-inducible AAV بوساطة. وعلاوة على ذلك، التعبير البؤري للأوبسينات الحساسة للصورة مثل channelrhodopsin 2 (ChR2)20 أو archaerhodopsin (ArchT)21 جنبا إلى جنب مع نظام Cre-loxP أو Flp-FRT يسمح لنا بالتلاعب في السكان الخلايا العصبية الانتقائية ومحددة المسار العصبي22.
نحن نصف هنا التجارب على الخلايا العصبية GABAergic في BNST كمثال. للتعبير عن opsins في السكان الخلايا العصبية المعينة، وتستخدم الفئران سائق Cre المناسبة وناقلات الفيروس تعتمد على كري في كثير من الأحيان. وراثيا أو ضرب في خطوط التي يتم التعبير عن opsins في مجموعات الخلايا العصبية خاصة هي مفيدة أيضا. في التجارب التالية، استخدمنا GAD67-Cre ضرب في الفئران23 التي فقط الخلايا العصبية GABAergic التعبير عن Cre recombinase مع خلفية وراثية C57BL/6J، وناقلات AAV الذي يحتوي على ChR2 (hChR2 H134R) تنصهر مع EYFP أو EYFP كسيطرة مع "FLEx (الوجه الختان) التبديل"24. يصف الإجراء على وجه التحديد الإثارة البصرية الوراثية للخلايا العصبية GABAergic في BNST أثناء مراقبة حالات النوم / اليقظة25.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:1180px;" width="1180">
	<tbody>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;width:375px;">1x1 Fiber-optic Rotary Joints</td>
			<td style="width:191px;">Doric</td>
			<td style="width:177px;">FRJ 1x1 FC-FC</td>
			<td style="width:437px;">for optogenetics</td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;width:375px;">6-pin header</td>
			<td style="width:191px;">KEL corporation</td>
			<td style="width:177px;">DSP02-006-431G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;width:375px;">6-pin socket</td>
			<td style="width:191px;">Hirose</td>
			<td style="width:177px;">21602X3GSE</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;width:375px;">A/D converter</td>
			<td style="width:191px;">Nippon koden</td>
			<td style="width:177px;">N/A</td>
			<td>Analog to digital converter</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:375px;">AAV10-EF1a-DIO-ChR2-EYFP</td>
			<td style="width:191px;"></td>
			<td style="width:177px;"></td>
			<td>3.70&#215;1013(genomic copies/ml)</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:375px;">AAV10-EF1a-DIO-EYFP</td>
			<td style="width:191px;"></td>
			<td style="width:177px;"></td>
			<td>5.82&#215;1013(genomic copies/ml)</td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;width:375px;">Ampicillin</td>
			<td style="width:191px;">Fuji film</td>
			<td style="width:177px;">014-23302</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;width:375px;">Amplifier</td>
			<td style="width:191px;">Nippon koden</td>
			<td style="width:177px;">N/A</td>
			<td>for EEG/EMG recording</td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;width:375px;">Anesthetic vaporizer</td>
			<td style="width:191px;">Muromachi</td>
			<td style="width:177px;">MK-AT-210D</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;width:375px;">Automatic injecter</td>
			<td style="width:191px;">KD scientific</td>
			<td style="width:177px;">780311</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;width:375px;">Carbide cutter</td>
			<td style="width:191px;">Minitor</td>
			<td style="width:177px;">B1055</td>
			<td>&#966;0.7 mm. Reffered as dental drill, used with high speed rotary micromotor&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;width:375px;">Cyanoacrylate adhesion&#160; (Aron alpha A) and acceleration</td>
			<td style="width:191px;">Konishi</td>
			<td>#30533</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;width:375px;">Dental curing light</td>
			<td style="width:191px;">3M</td>
			<td style="width:177px;">Elipar S10</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;width:375px;">Epoxy adhesive</td>
			<td style="width:191px;">Konishi</td>
			<td>#04888</td>
			<td>insulation around the solder of 6-pin and shielded cable</td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;width:375px;">Fiber optic patch cord (branching)</td>
			<td style="width:191px;">Doric</td>
			<td>BFP(#)_50/125/900-0.22</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;width:375px;">Gad67-Cre mice</td>
			<td style="width:191px;">provided by Dr. Kenji Sakimura</td>
			<td></td>
			<td>Cre recombinase gene is knocked-in in the Gad67 allele</td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;width:375px;">Hamilton syringe</td>
			<td style="width:191px;">Hamilton</td>
			<td>65461-01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;width:375px;">High speed rotary micromotor kit</td>
			<td style="width:191px;">FOREDOM</td>
			<td style="width:177px;">K.1070</td>
			<td>Used with carbide cutter</td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;width:375px;">Interconnecting sleeve</td>
			<td style="width:191px;">Thorlab</td>
			<td>ADAF1</td>
			<td>&#966;2.5 mm Ceramic&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;width:375px;">Isoflurane</td>
			<td style="width:191px;">Pfizer</td>
			<td>871119</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;width:375px;">Laser&#160;&#160;</td>
			<td style="width:191px;">Rapp OptoElectronic</td>
			<td style="width:177px;">N/A</td>
			<td>473nm wave length</td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;width:375px;">Laser intesity checker</td>
			<td style="width:191px;">COHERENT</td>
			<td style="width:177px;">1098293</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;width:375px;">Laser stimulator</td>
			<td style="width:191px;">Bio research center</td>
			<td style="width:177px;">STO2</td>
			<td>reffered as pulse generator in text</td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;width:375px;">Optic fiber with ferrule&#160;</td>
			<td style="width:191px;">Thorlab</td>
			<td>FP200URT-CANNULA-SP-JP</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;width:375px;">pAAV2-rh10</td>
			<td style="width:191px;">provided by PennVector Core</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;width:375px;">pAAV-EF1a-DIO-EYFP-WPRE-HGHpA</td>
			<td style="width:191px;">Addgene</td>
			<td>plasimid # 20296</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;width:375px;">pAAV-EF1a-DIO-hChR2(H134R)-EYFP-WPRE-HGHpA</td>
			<td style="width:191px;">provided by Dr. Karl Deisseroth</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;width:375px;">Patch cord</td>
			<td style="width:191px;">Doric</td>
			<td>D202-9089-0.4</td>
			<td>0.4m length, laser conductor between laser and rotary joint</td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;width:375px;">pHelper</td>
			<td style="width:191px;">Stratagene</td>
			<td style="width:177px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;width:375px;">Photocurable dental cement</td>
			<td style="width:191px;">3M</td>
			<td style="width:177px;">56846</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;width:375px;">Serafin clamp</td>
			<td style="width:191px;">Stoelting</td>
			<td style="width:177px;">52120-43P</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;width:375px;">Shielded cable</td>
			<td style="width:191px;">mogami</td>
			<td style="width:177px;">W2780</td>
			<td>Soldering to 6-pin socket for EEG/EMG recording</td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;width:375px;">Sleep recording chamber</td>
			<td style="width:191px;">N/A</td>
			<td style="width:177px;">N/A</td>
			<td style="width:437px;">Custum-made (21cm&#215; 29cm &#215; 19cm) with water tank holder</td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;width:375px;">Sleep sign software</td>
			<td style="width:191px;">KISSEI COMTEC</td>
			<td style="width:177px;">N/A</td>
			<td>for EEG/EMG analysis</td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;width:375px;">Slip ring</td>
			<td style="width:191px;">neuroscience,inc</td>
			<td style="width:177px;">N/A</td>
			<td>for EEG/EMG analysis</td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;width:375px;">Stainless screw</td>
			<td style="width:191px;">Yamazaki</td>
			<td style="width:177px;">N/A</td>
			<td>&#966;1.0 x 2.0</td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;width:375px;">Stainless wire</td>
			<td style="width:191px;">Cooner wire</td>
			<td style="width:177px;">AS633</td>
			<td>&#160;0.0130 inch diameter</td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;width:375px;">Stereotaxic frame with digital console</td>
			<td style="width:191px;">Koph</td>
			<td style="width:177px;">N/A</td>
			<td>Model 940</td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;width:375px;">Syringe needle</td>
			<td style="width:191px;">Hamilton</td>
			<td>7803-05</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;width:375px;">Vital recorder software</td>
			<td style="width:191px;">KISSEI COMTEC</td>
			<td style="width:177px;">N/A</td>
			<td>for EEG/EMG recording</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

optogenetic manipulation of neural circuits during monitoring sleep/wakefulness states in mice

في السنوات الأخيرة، تم استخدام علم الوراثة البصرية على نطاق واسع في العديد من مجالات البحث العلمي العصبي. في كثير من الحالات، يتم التعبير عن opsin، مثل قناة رودوبسين 2 (ChR2)، من قبل ناقلات الفيروس في نوع معين من الخلايا العصبية في مختلف الفئران سائق Cre. يتم تشغيل تفعيل هذه opsins عن طريق تطبيق النبضات الخفيفة التي يتم تسليمها عن طريق الليزر أو الصمام من خلال الكابلات البصرية، ويلاحظ تأثير التنشيط مع دقة الوقت عالية جدا. التجارب قادرة على تحفيز الخلايا العصبية بشكل حاد في حين رصد السلوك أو نتيجة فسيولوجية أخرى في الفئران. علم الوراثة البصرية يمكن أن تمكن استراتيجيات مفيدة لتقييم وظيفة الدوائر العصبية في تنظيم حالات النوم / اليقظة في الفئران. هنا نقوم بوصف تقنية لدراسة تأثير التلاعب الجيني البصري للخلايا العصبية ذات الهوية الكيميائية المحددة أثناء تخطيط الدماغ الكهربائي (EEG) ومراقبة الكهربائي (EMG) لتقييم مرحلة نوم الفئران. على سبيل المثال، نحن نصف التلاعب من الخلايا العصبية GABAergic في نواة السرير من المحطة الطرفية (BNST). الإثارة البصريات الحادة من هذه الخلايا العصبية يؤدي إلى الانتقال السريع إلى اليقظة عند تطبيقها أثناء النوم NREM. يمكن تطبيق التلاعب الجيني البصري جنبا إلى جنب مع EEG / EMG تسجيل لفك الدوائر العصبية التي تنظم حالات النوم / اليقظة.

وأظهرت هذه الدراسة تأثير الإثارة البصريات من الخلايا العصبيةGABA BNST على انتقال حالة النوم. تم التعبير عن ChR2-EYFP بشكل محوري في الخلايا العصبية GABA في BNST. وأظهرت دراسة الهتوكيميائية التهجين في الموقع أن ChR2-EYFP تم توطينها في الخلايا العصبية التي تعبر عن إشارات GAD 67 mRNA، مما ي...

Watch this Scientific Journal Video about Optogenetic Manipulation of Neural Circuits During Monitoring Sleep/wakefulness States in Mice at JoVE.com

Optogenetic Manipulation of Neural Circuits During Monitoring Sleep/wakefulness States in Mice

التلاعب الجيني البصري للدوائر العصبية أثناء مراقبة حالات النوم/اليقظة في الفئران

هنا، ونحن نصف أساليب التلاعب البصريات لأنواع معينة من الخلايا العصبية أثناء رصد حالات النوم / اليقظة في الفئران، وتقديم عملنا الأخير على نواة السرير من المحطة الطرفية stria كمثال.

In recent years, optogenetics has been widely used in many fields of neuroscientific research. In many cases, an opsin, such as channel rhodopsin 2 ...

هذا الإجراء يمكن أن تساعدنا على تحديد وظيفة الدائرة العصبية المحددة التي تشارك في تنظيم يقظة النوم مع التلاعب أقل الغازية ودقة زمنية عالية. هذه الطريقة تسمح لنا رصد سطح EEG في الوقت الحقيقي بالتزامن مع التلاعب في دائرة عصبية محددة لدراسة العلاقة السببية بين الدوائر والدول يقظة النوم. شوتا كوداني) سوف يُظهر الإجراء)بعد التأكد من عدم وجود استجابة لقرصة إصبع القارص، ضع مرهم على عيون الحيوان واستخدم قضبان الأذن ودبوس الأنف على الجهاز المجسم لتثبيت رأس الفأر المُصن على وسادة ماصة. عندما يتم إصلاح الرأس في الموقف، وجعل شق منتصف القوس في فروة الرأس للتأكد من أن التقاطع بين القوس sutura وssutura coronalis أو sutura lambdoidea هي في خط أفقي في نفس المستوى. لتجنب وجود فجوة في تحديد المواقع، اضبط قرصة الأنف وقضبان الأذن حسب الضرورة.ثم استخدام المشابك سيرافين لعقد الجلد مفتوحة تطهير السطح المكشوفة من الجمجمة لتمكين الغرز القحفية أن تكون تصور أكثر وضوحا. وضخّن ناقل الفيروس المرتبط بأدينو، قم بتحميل حقنة من الإيثانول تم تعقيمها بـ 10 ملليلتر مع اثنين من ميكرولترات الزيت المعدني، يليها الحجم التجريبي للفيروس الذي سيتم حقنه. استخدام مضخة الحقن المجهري لضبط غيض من إبرة الحقن المجهري على bregma وملاحظة الإحداثيات كنقطة المنشأ.ثم حرك الطرف إلى موقع الحقن المعين ووضع طرف الإبرة على الوضع. وضع علامة على الجمجمة في موقع الحقن واستخدام مثقاب أسنان مجهز بقاطع كربيد عيار 0.7 ملليمتر لحفر ثقب قطره حوالي 2 ملليمتر في الجمجمة. بعد إزالة الدم من حول الحفرة مع مسحة القطن، ببطء نقل الإبرة إلى نواة السرير من النتال أو BSNT وحقن ببطء حجم معين من حل الفيروس.ثم اترك الإبرة في مكانها لمدة خمس دقائق للسماح للمحلول بالتسلل بشكل كافٍ إلى أنسجة BNST قبل سحب الإبرة بعناية. لكهربية الدماغ، أو تخطيط الدماغ، وكهربية كهربائية، أو EMG، زرع القطب الكهربائي، لحام أول اثنين من أسلاك الفولاذ المقاوم للصدأ التي تم تجريد ملليمتر واحد من العزل من كلا طرفي أقطاب EMG ووضع مركز الأقطاب الكهربائية على الـ bregma. ثم وضع علامة على موقف لكل قطب EEG.لتحديد موضع زرع الألياف البصرية، قم بتوصيل ألياف بصرية إلى المتلاعب وتدوير ذراع المتلاعب بزاوية 30 درجة زائد أو ناقص مقابل خط أفقي. وضع تلميح الألياف على bregma وتسجيل الإحداثيات. حرك الطرف إلى خط الإدراج المستهدف ووضع علامة على الموضع على الجمجمة والموضع للبرلوى المرساة بجوار موقع الإدراج.استخدام مثقاب الأسنان لحفر الجمجمة في كل موقع واستخدام المتلاعب لإدراج بلطف الألياف البصرية حتى تصل إلى أعلى BNST. وينبغي أن تستند الضراوة إلى اليورانيوم المتبقي. تأمين الألياف إلى الجمجمة مع المسمار مرساة، مع الحرص على عدم كسر دورا أو تلف أي أنسجة.ثم تغطية الألياف والمسمار مع الصورة قابل للشفاء أسمنت الأسنان. بعد ذلك، حفر الثقوب لأقطاب EEG /EMG وإدراج غيض من القطب الأول في حفرة واحدة. عقد زرع بيد واحدة، وتطبيق مادة لاصقة سيانوكريات على المسافة بين الجمجمة والأقطاب الكهربائية وإدراج القطب بقية الطريق، مع الحرص على عدم تلف أي نسيج.عندما تم وضع كل من الأقطاب الكهربائية، وتغطي محيط الأقطاب الكهربائية والألياف البصرية مع لاصقة سيانوكريلات إضافية وsyanoacrylate المسرّع لتجنب التسبب في أي انقطاع في النبير إلى كابلات بصرية وأقطاب الرصاص في المناطق التي تربط الأسلاك. الآن كشف عضلات الرقبة، وإدراج الأسلاك لأقطاب EMG تحت العضلات. ضبط طول القطب EMG بحيث تناسبها فقط تحت العضلات النوى وملء يزرع مع لاصقة أكثر سيانوكريلات والمسرع.ثم ضع الماوس على وسادة الحرارة مع مراقبة حتى إعادة تعويض كامل. بالنسبة لمراقبة EEG/EMG أثناء الإثارة الضوئية للخلايا العصبية المستهدفة، استخدم أولاً عددية لضبط كثافة الليزر واستخدام الحماسة لربط طرف كابل الليزر بالألياف البصرية غير المستخدمة. تأكد من عدم وجود مساحة عند التقاطع بين الألياف والكابلات.بعد 20 دقيقة، تنبعث الليزر الاحماء إلى مدقق كثافة وضبط كثافة إلى 10 مللي واط لكل ملليمتر مربع. تعيين مدة نبض الضوء إلى 10 مللي ثانية، وفترة الراحة إلى 40 مللي ثانية، والدورة إلى 20، والتكرار إلى 20. تغيير وضع الليزر إلى منطق الترانزستور والتأكد من أن تنبعث نبضات الضوء من الألياف التي تسيطر عليها منظم النمط.قم بتوصيل القطب المزروع ومحول الكابل، ثم قم بتغطية الوصلة مع مواد غير قابلة للنفاذ لمنع تسرب الليزر. وعندما يكون الليزر جاهزًا، قم بنقل الفئران إلى الغرفة التجريبية لتسجيل EEG/EMG. لتقييم الكمون إلى اليقظة من حركة العين غير السريعة أو النوم السريع لحركة العين ، والحد من وقت التسجيل والموقع الأمثل كسب الوقت والسماح للفئران التحرك بحرية في غرفة تجريبية لمدة ساعة واحدة على الأقل.خلال الفترة التجريبية، مراقبة إشارات EEG و EMG في نفس شاشة التسجيل. تقييم حالة الماوس كاليقظة، النوم حركة العين غير السريع، أو سرعة حركة العين النوم باستخدام السيطرة على كسب كل موجة لسهولة التمييز بين كل دولة. لقياس حركة العين غير السريع النوم إلى زمن الاستجابة، لاحظ مستقرة غير السريع النوم حركة العين لمدة 40 ثانية، ثم بدوره على مولد نمط لتحفيز الصور وتأكيد انبعاثات الليزر إلى الألياف البصرية المزروعة.ثم سجل إشارات EEG/EMG حتى تتغير حالة السكون إلى اليقظة. هنا تمثل آثار EEG / EMG قبل وبعد عرض تحفيز الصورة أثناء النوم حركة العين غير السريع. الجهد العالي وبطء التردد EEG مع عدم وجود إشارات EMG ، يمثل نوم حركة العين غير السريع.أثار تحفيز الصور انتقالًا حادًا إلى اليقظة بعد ثانيتين تقريبًا من التحفيز في channelrhodopsin-2 الذي يعبر عن الفئران أثناء مراقبة الفئران لم تثبت هذا الانتقال ، مما يشير إلى أن إثارة الخلايا العصبية BNST GABA أثناء نوم حركة العين غير السريعة يؤدي إلى تحريض سريع من اليقظة. وعلى العكس من ذلك، لم يكن لتحفيز الصور أثناء النوم السريع لحركة العين أي تأثير لذلك ظهر تأثير انتقالي فقط في نوم حركة العين غير السريع. من المهم أن تأخذ الرعاية إلى التنسيق الدقيق لحقن الفيروس والخطوات زرع الألياف البصرية.يمكن استخدام آثار EEG/EMG التي تم التقاطها أثناء تحليل النوم لتقييم عواقب التلاعب بالصور على الولايات اليقظة المختلفة في الفئران. هذه التقنية سوف تساعدنا أيضا تحديد المكونات والدوائر الأخرى المشاركة في تنظيم حالات يقظة النوم. استخدام نظارات واقية لتجنب تلف الليزر للعين وتأكد من التعقيم دائماً الحاويات ناقلات الفيروس المرتبطة adeno بعد الاستخدام.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Extinction Training During the Reconsolidation Window Prevents Recovery of Fear

التدريب الانقراض خلال فترة الانتقالات إعادة الوحدة يمنع استرداد الخوف

Fear is maladaptive when it persists long after circumstances have become safe. It is therefore crucial to develop an approach that persistently prevents ...

Simultaneous Electroencephalography, Real-time Measurement of Lactate Concentration and Optogenetic Manipulation of Neuronal Activity in the Rodent Cerebral Cortex

في وقت واحد رسم المخ، في الوقت الحقيقي قياس تركيز اللاكتات والتلاعب Optogenetic من نشاط الخلايا العصبية في القشرة الدماغية القوارض

Although the brain represents less than 5% of the body  by mass, it utilizes approximately one quarter of the glucose used by the body  at rest1. The ...

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

طرق تسجيل متعددة الوحدات لوصف النشاط العصبي في الجراد (<em&gt; الجراد الصحراوي أمريكانا</em&gt;) الدوائر الشم

Detection and interpretation of olfactory cues are critical for the survival  of many organisms. Remarkably, species across phyla have strikingly similar ...

In Vivo Two-photon Imaging Of Experience-dependent Molecular Changes In Cortical Neurons

In Vivo Two-photon Imaging Of Experience-dependent Molecular Changes In Cortical Neurons

في الجسم الحي ثنائي الفوتون التصوير من الخبرة التي تعتمد على التغيرات الجزيئية في الخلايا العصبية القشرية

The brain's ability to change in response to experience is essential for healthy brain function, and abnormalities in this process contribute to a variety ...

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

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

Optogenetic اضطراب النشاط العصبي مع إضاءة الليزر في شبه سليمة<em&gt; ذبابة الفاكهة</em&gt; اليرقات في الحركة

Drosophila larval locomotion is a splendid model system in developmental and physiological neuroscience, by virtue of the genetic accessibility of the ...

Ex Vivo Optogenetic Dissection of Fear Circuits in Brain Slices

Ex Vivo Optogenetic Dissection of Fear Circuits in Brain Slices

فيفو السابقين علم البصريات الوراثي تشريح الدوائر الخوف في الدماغ شرائح

Optogenetic approaches are now widely used to study the function of neural populations and circuits by combining targeted expression of light-activated ...

Optogenetic Entrainment of Hippocampal Theta Oscillations in Behaving Mice

أوبتوجينيتيك الرائعة للذبذبات ثيتا هيبوكامبال في التصرف الفئران

Extensive data on relationships of neural network oscillations to behavior and organization of neuronal discharge across brain regions call for new tools ...

Disruption of Frontal Lobe Neural Synchrony During Cognitive Control by Alcohol Intoxication

تعطل فص جبهي العصبية التزامن أثناء التحكم المعرفي بالتسمم بالكحول

Decision making relies on dynamic interactions of distributed, primarily frontal brain regions. Extensive evidence from functional magnetic resonance ...

The Detection of 5-Hydroxymethylcytosine in Neural Stem Cells and Brains of Mice

الكشف عن 5-هيدروكسي ميثيل سيتوسين في الخلايا الجذعية العصبية وعقول الفئران

Multiple&#160;DNA modifications have been identified in the mammalian genome. Of that, 5-methylcytosine and 5-hydroxymethylcytosine-mediated epigenetic ...

Measuring Neural Mechanisms Underlying Sleep-Dependent Memory Consolidation During Naps in Early Childhood

قياس أليات العصبية الكامنة وراء دمج الذاكرة التي تعتمد علي النوم اثناء برامج العمل الوطنية في مرحله الطفولة

Sleep is critical for daily functioning. One important function of sleep is the consolidation of memories, a process that makes them stronger and less ...