Name: 3d scanning technology bridging microcircuits and macroscale brain images in 3d novel embedding overlapping protocol
Uploaded: 2019-05-12T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about 3D Scanning Technology Bridging Microcircuits and Macroscale Brain Images in 3D Novel Embedding Overlapping Protocol at JoVE.com

M.S. é grato pelo apoio de todos os funcionários do curso de engenharia de informação médica na Graduate School of Medicine e faculdade de medicina, e quer agradecer ao Prof. Tetsuya Takakuwa, Prof. Nobukatsu Sawamoto, e Doris Zakian por sua útil Comentários. Este estudo foi apoiado por um Grant-in-Aid para a pesquisa exploratória desafiante e pela iniciativa principal para o programa excelente dos investigadores novos (líder) a M.S. de MEXT (o Ministry da instrução, da cultura, do esporte, da ciência, e da tecnologia). As experiências de MRI neste trabalho foram executadas na divisão para o animal pequeno MRI, centro médico da sustentação da pesquisa, escola graduada da medicina, Universidade de Kyoto, Japão.

Todos os procedimentos experimentais descritos aqui foram aprovados pelo Comitê de cuidados com animais da Universidade de Kyoto.
1. animais (dia 1)
<ol><li>Prepare camundongos fêmeas C57BL/6J (n = 6, com idades entre 3 − 5 semanas). Nota: Este protocolo é aplicável a todas as espécies de roedores.</li>
</ol>2. ajustes de MRI (dia 1)
<ol><li>Põr o rato em uma caixa acrílica da anestesia coloc em uma esteira do calefator ajustada...

<ol>
	<li>Vogelsberger, 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=Properties+of+galaxies+reproduced+by+a+hydrodynamic+simulation.">Properties of galaxies reproduced by a hydrodynamic simulation.</a> Nature. 509 (7499), 177-182 (2014).</li><li>Zhang, B., 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=Integrated+systems+approach+identifies+genetic+nodes+and+networks+in+late-onset+Alzheimer&#8217;s+disease.">Integrated systems approach identifies genetic nodes and networks in late-onset Alzheimer&#8217;s disease.</a> Cell. 153 (3), 707-720 (2013).</li><li>Sporns, O., Chialvo, D. R., Kaiser, M., Hilgetag, C. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Organization,+development+and+function+of+complex+brain+networks.">Organization, development and function of complex brain networks.</a> Trends in Cognitive Sciences. 8 (9), 418-425 (2004).</li><li>Shimono, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Non-uniformity+of+cell+density+and+networks+in+the+monkey+brain.">Non-uniformity of cell density and networks in the monkey brain.</a> Scientific Reports. 3, 2541 (2013).</li><li>DeFelipe, J., Jones, E. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Cajal on the Cerebral Cortex: An Annotated Translation of the Complete Wrings. , (1988).</li><li>Kandel, E. R., Schwartz, J. H., Jessell, T. 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> Principles of Neural Science. , (2013).</li><li>Pine, J., Taketani, M., Baudry, 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+history+of+MEA+development.">A history of MEA development.</a> Advances in Network Electrophysiology. , 3-23 (2006).</li><li>Grienberger, C., Konnerth, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Imaging+calcium+in+neurons.">Imaging calcium in neurons.</a> Neuron. 73 (5), 862-885 (2012).</li><li>Shimono, M., Beggs, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+clusters,+hubs,+and+communities+in+the+cortical+microconnectome.">Functional clusters, hubs, and communities in the cortical microconnectome.</a> Cerebral Cortex. 25 (10), 3743-3757 (2014).</li><li>Amunts, 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=BigBrain:+An+Ultrahigh-Resolution+3D+Human+Brain+Model.">BigBrain: An Ultrahigh-Resolution 3D Human Brain Model.</a> Science. 340, 1472-1475 (2013).</li><li>Ali, 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=Rigid+and+non-rigid+registration+of+polarized+light+imaging+data+for+3D+reconstruction+of+the+temporal+lobe+of+the+human+brain+at+micrometer+resolution.">Rigid and non-rigid registration of polarized light imaging data for 3D reconstruction of the temporal lobe of the human brain at micrometer resolution.</a> NeuroImage. 181, 235-251 (2018).</li><li>Kozai, T. D. 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=Ultrasmall+implantable+composite+microelectrodes+with+bioactive+surfaces+for+chronic+neural+interfaces.">Ultrasmall implantable composite microelectrodes with bioactive surfaces for chronic neural interfaces.</a> Nature Materials. 11, 1065-1073 (2012).</li><li>Kampasi, 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=Dual+color+optogenetic+control+of+neural+populations+using+low-noise,+multishank+optoelectrodes.">Dual color optogenetic control of neural populations using low-noise, multishank optoelectrodes.</a> Microsystems &amp; Nanoengineering. 4 (1), 10 (2018).</li><li>Hellwig, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+quantitative+analysis+of+the+local+connectivity+between+pyramidal+neurons+in+layers+2/3+of+the+rat+visual+cortex.">A quantitative analysis of the local connectivity between pyramidal neurons in layers 2/3 of the rat visual cortex.</a> Biological Cybernetics. 82 (2), 111-121 (2000).</li><li>Bezgin, G., Reid, A. T., Schubert, D., K&#246;tter, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Matching+spatial+with+ontological+brain+regions+using+Java+tools+for+visualization,+database+access,+and+integrated+data+analysis.">Matching spatial with ontological brain regions using Java tools for visualization, database access, and integrated data analysis.</a> Neuroinformatics. 7 (1), 7-22 (2009).</li><li>Holmgren, C., Harkany, T., Svennenfors, B., Zilberter, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pyramidal+cell+communication+within+local+networks+in+layer+2/3+of+rat+neocortex.">Pyramidal cell communication within local networks in layer 2/3 of rat neocortex.</a> The Journal of Physiology. 551 (1), 139-153 (2003).</li><li>Boucsein, C., Nawrot, M., Schnepel, P., Aertsen, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Beyond+the+cortical+column:+abundance+and+physiology+of+horizontal+connections+imply+a+strong+role+for+inputs+from+the+surround.">Beyond the cortical column: abundance and physiology of horizontal connections imply a strong role for inputs from the surround.</a> Frontiers in Neuroscience. 5 (32), 1-13 (2011).</li><li>Edelsbrunner, H., Aronov, J. P. B., Basu, S., Sharir, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface+reconstruction+by+wrapping+finite+point+sets+in+space.">Surface reconstruction by wrapping finite point sets in space.</a> Discrete and Computational Geometry - The Goodman-Pollack Festschrift. , 379-404 (2003).</li><li>Roland, P. E., 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=Human+brain+atlas:+For+high&#8208;resolution+functional+and+anatomical+mapping.">Human brain atlas: For high&#8208;resolution functional and anatomical mapping.</a> Human Brain Mapping. 1 (3), 173-184 (1994).</li><li>Johnson, G. 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=Waxholm+space:+an+image-based+reference+for+coordinating+mouse+brain+research.">Waxholm space: an image-based reference for coordinating mouse brain research.</a> NeuroImage. 53 (2), 365-372 (2010).</li><li>Evans, A. C., Janke, A. L., Collins, D. L., Baillet, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Brain+templates+and+atlases.">Brain templates and atlases.</a> NeuroImage. 62 (2), 911-922 (2012).</li><li>Okabe, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Brain/MINDS&#8211;a+new+program+for+comprehensive+analyses+of+the+brain.">Brain/MINDS&#8211;a new program for comprehensive analyses of the brain.</a> Microscopy. 64 (1), 3-4 (2015).</li><li>Shimono, M., Hatano, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Efficient+communication+dynamics+on+macro-connectome,+and+the+propagation+speed.">Efficient communication dynamics on macro-connectome, and the propagation speed.</a> Scientific Reports. 8 (1), 2510 (2018).</li></ol>

Nós desenvolvemos um protocolo novo chamado o protocolo 3D-NEO para colmatar escalas espaciais macroscópicas e microscópicas sobrepondo duas superfícies do cérebro mais exatamente do que antes. Originalmente, havia dois desafios em criar este protocolo que fêz possível a sobreposição exata de duas imagens de superfície do cérebro e de gravar atividades neuronal saudáveis dos organismos vivos. Primeiramente, era necessário limpar eficazmente a solução do corte que circunda o cérebro extraído após a extra...

Arquiteturas multiescala não uniformes em várias organizações físicas e biológicas são comumente encontradas1,2. O cérebro também é uma organização de rede muito não uniforme e multiescala3,4. As várias funções cognitivas são codificadas em tais organizações da rede, prendendo mudanças temporais de testes padrões elétricos do ponto de populações neuronal em resoluções temporais do de. Historicamente, as complexas redes entre os neurônios foram estruturalmente observadas em detalhes usando as técnicas de coloração por Santiago Ramón y Cajal de mais de 150 anos atrás5. Para observar os comportamentos de grupo de neurônios ativos, pesquisadores desenvolveram várias tecnologias de gravação6,7,8, e os recentes desenvolvimentos significativos de tais tecnologias permitiram-nos gravar atividades elétricas de um grande número de neurônios simultaneamente. Além disso, a partir de tais atividades funcionais, os cientistas conseguiram reconstruir redes de interações causais entre um grande número de neurônios e declararam a arquitetura topológica de suas interações complexas ' microconnectome '9 . As observações macroscópicas do cérebro também permitem a respeito de um cérebro inteiro como uma organização de rede porque muitas regiões cerebrais são conectadas por múltiplos feixes de fibra. A incorporação de microconnectomes no mapa global do cérebro ainda tem limitações claras dentro dos avanços tecnológicos atuais, e é por isso que esse protocolo de incorporação é tão importante. No entanto, há muitos desafios para o desenvolvimento do protocolo de incorporação. Por exemplo, a fim observar atividades de circuitos neuronal locais vivos em regiões puramente isoladas do cérebro, as fatias do cérebro precisam de ser produzidas para gravações in vitro. Além disso, as gravações de fatias cerebrais para gravações in vitro ainda são uma escolha importante por pelo menos duas razões. Em primeiro lugar, ainda não é fácil observar as atividades de muitos neurônios individuais vivos simultaneamente de regiões cerebrais mais profundas do que ~ 1,5 mm e em alta resolução temporal (< 1 ms). Em segundo lugar, quando esperamos conhecer a arquitetura interna de um circuito neuronal local, precisamos parar todas as entradas provenientes de regiões cerebrais externas para eliminar fatores de confundimento. A fim de identificar as direções e posições das fatias cerebrais produzidas, será ainda necessário integrar as posições espaciais dessas fatias cerebrais produzidas usando coordenadas. Há, entretanto, algumas maneiras sistemáticas e confiáveis de fazer fatias do cérebro em uma maneira organizada10,11. Aqui, um novo protocolo de coregistração é introduzido, usando a tecnologia de digitalização 3D para pesquisa neurocientífica, a fim de fornecer um protocolo integrativo. Este protocolo atua para coordenar micro e macroscales e incorporar microdados de matriz multieletrodo (mea)12,13 e dados de coloração em um espaço de ressonância magnética macroscópica através de superfícies de digitalização 3D de cérebros extraídos, bem como de cérebros não invasivamente gravados. Surpreendentemente, isso mostrou um erro de distância de apenas ~ 50 μm como o valor de modo do histograma. Como resultado, os valores de modo de distâncias mínimas entre duas superfícies entre a superfície de ressonância magnética e a superfície 3D digitalizada foram quase 50 μm para todos os seis camundongos, o que é um número adequado quando se verifica a semelhança entre os indivíduos. A largura típica da fatia tinha uma atividade de espiga gravada de cerca de 300 μm.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Air compressor</td>
			<td>Kimura Medical</td>
			<td>KA-100</td>
			<td>Animal preparation for MRI</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>All-in-one fluorescence microscope</td>
			<td>KEYENCE</td>
			<td>BZ-X710</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anesthesia box</td>
			<td>Bio Research Center</td>
			<td>RIC-01</td>
			<td>Animal preparation for MRI</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anesthesia system</td>
			<td>ACOMA Medical Industry</td>
			<td>NS-5000A</td>
			<td>Animal preparation for MRI</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anti-GAD67, clone 1G10.2</td>
			<td>Merk Millipore</td>
			<td>MAB5406</td>
			<td>For immunostaining</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Calcium Chrolide</td>
			<td>nacalai tesque</td>
			<td>06729-55</td>
			<td>aCSF</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Choline Chloride</td>
			<td>nacalai tesque</td>
			<td>08809-45</td>
			<td>aCSF</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>curved blunt forceps</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Disposal scalpel</td>
			<td>Kai</td>
			<td>10</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>D-PBS(-) without Ca and Mg, liquid(10x)</td>
			<td>nacalai tesque</td>
			<td></td>
			<td>For immunostaining</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>D(+)-Glucose</td>
			<td>Wako</td>
			<td>049-31165</td>
			<td>aCSF</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gelatin</td>
			<td>nacalai tesque</td>
			<td>16605-42</td>
			<td>re-secctioning</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Goat anti-Mouse IgG (H+L) Highly Cross-Adsorbed Secondary Antibody, Alexa Fluor Plus 488</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>A32723</td>
			<td>For immunostaining</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Goat anti-Rabbit IgG (H+L) Highly Cross-Adsorbed Secondary Antibody, Alexa Fluor Plus 555</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>A32732</td>
			<td>For immunostaining</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Heater mat</td>
			<td>Bio Research Center</td>
			<td>HM-10</td>
			<td>Animal preparation for MRI</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Heater mat controller</td>
			<td>Bio Research Center</td>
			<td>BWT-100A</td>
			<td>Animal preparation for MRI</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Heater system</td>
			<td>SA Instruments</td>
			<td>MR-compatible Small Animal Heating System</td>
			<td>Animal preparation for MRI</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isoflurane</td>
			<td>AbbVie</td>
			<td></td>
			<td>Animal preparation for MRI</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isoflurane vaporizer</td>
			<td>ACOMA Medical Industry</td>
			<td>MKIIIai</td>
			<td>Animal preparation for MRI</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Linear Slicer</td>
			<td>DOSAKA</td>
			<td>Neo Linear Slicer MT</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>L(+)-Ascorbic Acid Sodium Salt</td>
			<td>Wako</td>
			<td>196-01252</td>
			<td>aCSF</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magnesium Chrolide Hexahydrate</td>
			<td>Wako</td>
			<td>135-00165</td>
			<td>aCSF</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MaxOne Single-Well MEA</td>
			<td>MaxWell Biosystems</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Metal Spatula</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Monitoring system</td>
			<td>SA Instruments</td>
			<td>Model 1025</td>
			<td>Animal preparation for MRI</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Monitoring software</td>
			<td>SA Instruments</td>
			<td>PC-SAM V.5.12</td>
			<td>Animal preparation for MRI</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MRI compatible cradle</td>
			<td>Bruker BioSpin</td>
			<td>T12812</td>
			<td>Animal preparation for MRI</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MRI coil</td>
			<td>Bruker BioSpin</td>
			<td>T9988</td>
			<td>For MRI</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MRI operation software</td>
			<td>Bruker BioSpin</td>
			<td>ParaVision 5.1</td>
			<td>For MRI</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Neo LinearSlicer MT</td>
			<td>D.S.K.</td>
			<td>NLS-MT</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NeuN (D4G40) XP Rabbit mAb</td>
			<td>Cell Signaling</td>
			<td>24307</td>
			<td>For immunostaining</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Normal Goat Serum</td>
			<td>Wako</td>
			<td>143-06561</td>
			<td>For immunostaining</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potassium Chloride</td>
			<td>Wako</td>
			<td>163-03545</td>
			<td>aCSF</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polyethylene Glycol Mono-p-isooctylphenyl Ether</td>
			<td>nacalai tesque</td>
			<td>12967-45</td>
			<td>For immunostaining</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pressure-sensitive respiration sensor</td>
			<td>SA Instruments</td>
			<td>RS-301</td>
			<td>Animal preparation for MRI</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Preclinical MRI scanner</td>
			<td>Bruker BioSpin</td>
			<td>BioSpec 70/20 USR</td>
			<td>For MRI</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pyruvic Acid Sodium Salt</td>
			<td>nacalai tesque</td>
			<td>29806-54</td>
			<td>aCSF</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SCAN in a BOX</td>
			<td>Open Technologies srl</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>scissors</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sieve bottle</td>
			<td>TIGERCROWN</td>
			<td>81</td>
			<td>For 3D scan</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SlowFade Gold Antifade Mountant</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>S36937</td>
			<td>For immunostaining</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium Chloride</td>
			<td>Wako</td>
			<td>191-01665</td>
			<td>aCSF</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium Dihydrogenphosphate</td>
			<td>Wako</td>
			<td>197-09705</td>
			<td>aCSF</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium Hydrogen Carbonate</td>
			<td>Wako</td>
			<td>191-01305</td>
			<td>aCSF</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium Hydrogensulfite</td>
			<td>nacalai tesque</td>
			<td>31220-15</td>
			<td>For immunostaining</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thermistor temperature probe</td>
			<td>SA Instruments</td>
			<td>RTP-101-B, PLTPC-300</td>
			<td>Animal preparation for MRI</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tooth bar</td>
			<td>Bruker BioSpin</td>
			<td>T10146</td>
			<td>Animal preparation for MRI</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Winged intravenous needle</td>
			<td>TERUMO</td>
			<td>SV-23CLK</td>
			<td>For perfusion</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1 mol/l-Tris-HCl Buffer Solution</td>
			<td>nacalai tesque</td>
			<td>35436-01</td>
			<td>For immunostaining</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1 mol/l-Hydrochloric Acid</td>
			<td>nacalai tesque</td>
			<td>37314-15</td>
			<td>For pH adjustment of solution</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>16%-Paraformaldehyde Aqueous Solution</td>
			<td>Electron Microscopy Sciences</td>
			<td>15710</td>
			<td>For immunostaining</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

3d scanning technology bridging microcircuits and macroscale brain images in 3d novel embedding overlapping protocol

O cérebro humano, sendo um sistema multidimensionado, tem sinais elétricos macroscópicos, fluindo globalmente ao longo de feixes de fibras de matéria branca grossas, e picos neuronais microscópicos, propagando-se ao longo de axônios e dendritos. Ambas as escalas complementam diferentes aspectos das funções cognitivas e comportamentais humanas. No nível macroscópico, a RM tem sido a atual tecnologia de imagem padrão, na qual a menor resolução espacial, tamanho de VOXEL, é de 0,1 – 1 mm3. Também, no nível microscópico, os estudos fisiológicos precedentes estavam cientes de arquiteturas neuronal não uniforme dentro de tais voxels. Este estudo desenvolve uma maneira poderosa de incorporar com precisão dados microscópicos em um mapa macroscópico por meio da interface de pesquisa científica biológica com avanços tecnológicos na tecnologia de digitalização 3D. Desde que a tecnologia da exploração 3D tem sido usada na maior parte para a engenharia e o projeto industrial até agora, reaproveitado para a primeira vez incorporar microconnectomes no cérebro inteiro ao preservar o spiking natural em pilhas de cérebro vivas. A fim alcançar esta finalidade, primeiramente, nós construímos um protocolo da exploração para obter imagens 3D exatas dos bio-organismos vivos que desafiam inerentemente à imagem devido às superfícies húmidas e reflexivas. Em segundo, nós treinamos para manter a velocidade para impedir a degradação do tecido vivo do cérebro, que é um factor chave em reter melhores condições e em registrar uns pontos neuronal mais naturais dos neurônios ativos no tecido de cérebro. Duas imagens de superfície corticais, independentemente extraídas de dois módulos de imagem diferentes, ou seja, ressonância magnética e imagens de superfície do scanner 3D, surpreendentemente mostram um erro de distância de apenas 50 μm como valor de modo do histograma. Esta exatidão é comparável na escala à definição microscópica de distâncias intercelular; também, é estável entre diferentes camundongos individuais. Este novo protocolo, o romance 3D incorporando sobreposição (3D-NEO) protocolo, pontes macroscópicas e microscópicos níveis derivados por este protocolo integrativo e acelera novos achados científicos para estudar arquiteturas de conectividade abrangentes (ou seja, microconnectome).

Foram avaliadas as distâncias entre as superfícies corticais, produzidas pela remoção do volume de RM e superfícies obtidas a partir de varreduras 3D de cérebros extraídos. Os valores de modo do histograma das distâncias são apenas 55 μm (Figura 3a). Adicionalmente, ao acumular o histograma a partir do ponto em que a distância é igual a zero, o valor acumulado atinge 90% do total de números de amostra em ~ 300 μm (Figura 3B<...

Watch this Scientific Journal Video about 3D Scanning Technology Bridging Microcircuits and Macroscale Brain Images in 3D Novel Embedding Overlapping Protocol at JoVE.com

3D Scanning Technology Bridging Microcircuits and Macroscale Brain Images in 3D Novel Embedding Overlapping Protocol

Tecnologia de digitalização 3D Bridging microcircuitos e imagens cerebrais Macroscale em 3D Novel incorporação de protocolo de sobreposição

Este artigo introduz um protocolo experimental utilizando tecnologia de digitalização 3D que constrói duas escalas espaciais: a escala espacial macroscópica da anatomia do cérebro inteiro imaged por RM a > 100 μm e a escala espacial microscópica de distribuições neuronais utilizando Coloração imuno-histoquímica e um sistema de arranjo multieletrodo e outros métodos (~ 10 μm).

The human brain, being a multiscale system, has both macroscopic electrical signals, globally flowing along thick white-matter fiber bundles, and ...

Este protocolo é o primeiro a introduzir a tecnologia de digitalização 3D no campo de pesquisa anatômica, especificamente neuroanatomical, e tem alcançado um desempenho altamente preciso sobreposto. A neuro 3D incorporando sobreposição, ou protocolo neuro 3D, incorpora tomadas estéreis em microescamas em imagens cerebrais em macroesponíveis, e conecta essas diferentes escalas espaciais perfeitamente. Também temos que aplicar o protocolo neuro 3D às ressonâncias magnéticas humanas e ao cérebro pós-morte.A sobreposição nos permite identificar padrões conhecidos de contraste de ressonância magnética relacionados à doença. Os sistemas de varredura 3D são sensíveis à água ao redor do biorganismo extraído, por isso é fundamental limpar a água com muito cuidado. Além disso, o procedimento deve ser realizado o mais rápido possível.Inicie este procedimento com a preparação de um mouse, bem como aquisições de ressonância magnética e preparações de equipamentos conforme descrito no protocolo de texto. No segundo dia, corte o couro cabeludo de um rato previamente eutanizado ao longo da sutura sagital usando uma tesoura cirúrgica. Use uma tesoura cirúrgica para cortar o crânio em direções diagonais do ponto lambda a um ponto um pouco na frente do bregma.Em seguida, retire suavemente o crânio do cérebro usando pinças curvas. Levante o cérebro com uma espátula e transfira-o para uma placa de Petri com solução de corte gelado. Usando uma bomba de gás externa com uma velocidade de bomba rotativa controlada, fluir ar contendo 95% de oxigênio e 5% de dióxido de carbono para gerar pequenas bolhas na solução de corte gelado.Depois de um a dois minutos, coloque o cérebro em um pano de microfibra cuja superfície é ligeiramente coberta por uma peneira de farinha. Limpe suavemente o fluido da superfície cerebral usando o pano de microfibra. Coloque o cérebro, com seu aspecto dorsal para cima, no suporte da amostra.Em seguida, coloque o suporte amostral no centro do toca-discos automático. Escureça a sala durante a varredura 3D e realize uma varredura 3D no toca-discos. Para testar se a varredura 3D funciona bem, clique em Digitalizar 3D selecionando o ângulo entre duas tomadas como 22,5, o ângulo de partida como zero e o ângulo final como 360.Mova o cérebro para uma placa de Petri e borbulhe o cérebro na solução de corte por aproximadamente 10 segundos. Corte o cérebro em dois blocos no meio do plano coronal, usando um bisturi. Em seguida, mova os dois blocos cerebrais suavemente para a superfície plana usando uma espátula cirúrgica.Anexar os blocos cerebrais da base do bloco cerebral usando cola instantânea. Limpe suavemente e cuidadosamente o fluido da superfície cerebral dentro de um a dois minutos, usando o pano de microfibra. Em seguida, faça uma varredura 3D novamente.Coloque uma lâmina no suporte da lâmina do vibratome. Conecte a fita preta cobrindo o centro da base do bloco cerebral ao centro do estágio de corte para um vibratome. Despeje a solução de corte na fase de corte e coloque o estágio de corte no vibratome.Ajuste a velocidade de corte e a amplitude. Faça de duas a cinco fatias coronais de 300 mícrons de espessura dos dois blocos cerebrais. Mantenha a solução na fase de corte borbulhando, se possível.Otimize a velocidade de corte, a frequência e a amplitude de vibração do sistema, definindo-os como 12,7 milímetros por minuto para a velocidade, 87 a 88 hertz para a frequência e 0,8 a 1,0 milímetros para a largura do balanço. Ao cortar as fatias cerebrais, registo da coordenada fatiada no formato, incluindo a coordenada anterior-posterior, hemisfério e outras condições. Transfira suavemente as fatias cerebrais para um béquer cheio de ACSF pré-aquecido usando uma pipeta de plástico grossa.Incubar as fatias cerebrais no béquer a aproximadamente 34 graus Celsius por uma hora. Durante este tempo, realize uma varredura 3D dos blocos cerebrais restantes no estágio de corte. Agora, defina uma matriz multieletrísda, ou chip MEA, em uma unidade de gravação.Conecte o chip a uma bomba peristáltica usando dois tubos. Use um tubo para guiar o mesmo ACSF no chip MEA e o outro tubo para guiar o ACSF para fora do chip MEA. Anexar duas agulhas, conectadas nas pontas dos dois tubos, ao topo da parede do chip MEA.Corrija suas posições com suas pontas seguindo a parede interna do chip MEA. Defina a taxa de fluxo do ACSF para 4,1 RPM. Realize o processamento de dados de ressonância magnética para extrair volumes corticais conforme descrito no protocolo de texto.Para realizar o processamento de imagens de ressonância magnética, baixe o software livre 3D Slicer. Abra as imagens de MR dos cérebros extraídos que foram produzidos usando a renderização de volume e módulos de editor no Cortador 3D. Altere o modo de editor para renderização de volume, e clique em um botão de destino para fazer com que a imagem do cérebro chegue ao centro da tela.Selecione o modo cérebro MRT-2 e sintonize os limiares movendo a barra de câmbio. Em seguida, mova-se de renderização de volume para editor e clique no botão de efeito limiar. Aplique o rótulo 41, córtex cerebral.Em seguida, salve os dados da superfície cerebral como um arquivo STL alterando o formato de arquivo de VTK para STL na lista de verificação de formulário. Realize uma coregistração automática entre oito ou 16 imagens tiradas de oito ou 16 ângulos diferentes dentro de uma sequência de uma varredura para corrigir pequenos desencontros. Para isso, clique em Registro Global incluído na opção de alinhamento e integre as imagens.Repita os scans de diferentes ângulos para obter toda a superfície cerebral. Se a integração entre imagens digitalizadas de diferentes ângulos não foi bem sucedida, clique em Alinhamento Manual e selecione um par de imagem fixa e uma imagem em movimento. Inicie o alinhamento manual das imagens selecionando três ou quatro pontos comuns em diferentes imagens.Em seguida, clique em OK. O algoritmo de otimização é o algoritmo iterativo de ponto mais próximo e não inclui uma deformação não linear. Faça uma malha de todas as imagens alinhadas selecionando todas as imagens e clicando no botão de geração de malha. Em seguida, selecione a opção, pequeno objeto artístico, para obter a malha na mais alta resolução.Salve a imagem como STL Binary ou um formato ASCII. Agora, abra a superfície de ressonância magnética e mescle-a com a superfície de varredura 3D usando o software de processamento de superfície. Realize um processo de alinhamento manual como antes.Em seguida, salve essas imagens de superfície registradas novamente. Se necessário, limpe os dados da superfície individual apagando pequenos ruídos ao redor da região cerebral, especialmente no caso dos dados de ressonância magnética, e preenchendo quaisquer buracos, especialmente no caso dos dados de varredura 3D. Finalmente, abra os dados de superfície com softwares de análise de dados, como o MATLAB.Gerar e avaliar os histogramas das distâncias mínimas entre as duas superfícies. As distâncias foram avaliadas entre superfícies corticais produzidas pela remoção do volume de ressonância magnética e superfícies obtidas a partir de escaneamentos 3D de cérebros extraídos. Os valores de modo do histograma das distâncias são de apenas 55 mícrons.Além disso, ao acumular o histograma a partir do ponto em que a distância é igual a zero, o valor acumulado atinge 90% do número total da amostra em aproximadamente 300 mícrons. O histograma final das distâncias entre duas superfícies mostrou um pico típico em torno de 50 mícrons. Do ponto de vista macroscópico, esse valor de modo corresponde à limitação geométrica, que era de 100 mícrons do tamanho do voxel de MRIs.Este ponto indiretamente sugere que o algoritmo sobreposto entre a ressonância magnética e a varredura 3D funcionou soberbamente bem, e que os níveis de ruído tanto da ressonância magnética quanto da varredura 3D foram suprimidos como um valor baixo. Este protocolo é o primeiro a se uprise através da tecnologia de varredura para biorganismo. A tecnologia foi originalmente utilizada para demandas puramente de engenharia.Aplicar essa tecnologia à medicina pode responder a novas perguntas. Após a varredura 3D, podemos usar gravações de patch gram de parede de imagem de cálcio para obter conhecimento complementar em termos de resolução temporal e espacial e números graváveis de células. O desempenho altamente preciso que este protocolo fornece tornará uma associação perfeita entre a escala espacial anatômica e a escala espacial zero mais realista do que antes.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Electrophysiological and Morphological Characterization of Neuronal Microcircuits in Acute Brain Slices Using Paired Patch-Clamp Recordings

Eletrofisiológica e Caracterização Morfológica de Neuronal Microcircuits em aguda fatias do cérebro do Usando Emparelhados patch-clamp Recordings

The combination of patch clamp recordings from two (or more) synaptically coupled neurons (paired recordings) in acute brain slice preparations with ...

Neurociência

Interfacing 3D Engineered Neuronal Cultures to Micro-Electrode Arrays: An Innovative In Vitro Experimental Model

Interfacing 3D Engineered Neuronal Cultures to Micro-Electrode Arrays: An Innovative In Vitro Experimental Model

Interface 3D Engineered culturas neuronais para Micro-Arrays eletrodo: An Innovative<em&gt; In Vitro</em&gt; Modelo Experimental

Currently, large-scale networks derived from dissociated neurons growing and developing in vitro on extracellular micro-transducer devices are the ...

Utilizing 3D Printing Technology to Merge MRI with Histology: A Protocol for Brain Sectioning

Utilizando tecnologia de impressão 3D para mesclar MRI com Histologia: Um protocolo para o Cérebro Seccionamento

Magnetic resonance imaging (MRI) allows for the delineation between normal and abnormal tissue on a macroscopic scale, sampling an entire tissue volume ...

High-resolution Confocal Imaging of the Blood-brain Barrier: Imaging, 3D Reconstruction, and Quantification of Transcytosis

De alta resolução de imagem latente Confocal da barreira sangue - cérebro: geração de imagens, reconstrução 3D e quantificação de Transcytosis

The blood-brain barrier (BBB) is a dynamic multicellular interface that regulates the transport of molecules between the circulation and the brain. ...

Live Images of GLUT4 Protein Trafficking in Mouse Primary Hypothalamic Neurons Using Deconvolution Microscopy

Imagens ao vivo da proteína GLUT4 tráfico de Mouse de neurônios hipotálamo primário usando microscopia de deconvolução

Type 2 diabetes mellitus (T2DM) is a global health crisis which is characterized by insulin signaling impairment and chronic inflammation in peripheral ...

Assay Development for High Content Quantification of Sod1 Mutant Protein Aggregate Formation in Living Cells

Desenvolvimento de ensaio para quantificação de conteúdo elevado de Sod1 proteína mutante formação agregada em células vivas

Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a fatal neurodegenerative disease that can be caused by inherited mutations in the gene encoding copper-zinc ...

A Novel In Vitro Model of Blast Traumatic Brain Injury

A Novel In Vitro Model of Blast Traumatic Brain Injury

Um modelo de romance In Vitro de explosão traumatismo crânio-encefálico

Traumatic brain injury is a leading cause of death and disability in military and civilian populations. Blast traumatic brain injury results from the ...

High-Resolution 3D Imaging of Rabies Virus Infection in Solvent-Cleared Brain Tissue

Imagem latente 3D de alta resolução da infecção do vírus da raiva no tecido solvente-cancelado do cérebro

The visualization of infection processes in tissues and organs by immunolabeling is a key method in modern infection biology. The ability to observe and ...

A Method for 3D Reconstruction and Virtual Reality Analysis of Glial and Neuronal Cells

Um método para reconstrução 3D e análise de realidade virtual de células gliais e neuronais

Serial sectioning and subsequent high-resolution imaging of biological tissue using electron microscopy (EM) allow for the segmentation and reconstruction ...

Using Near-infrared Fluorescence and High-resolution Scanning to Measure Protein Expression in the Rodent Brain

Usando a fluorescência near-infrared e a exploração de alta resolução para medir a expressão da proteína no cérebro do roedor

Neuroscience is the study of how cells in the brain mediate various functions. Measuring protein expression in neurons and glia is critical for the study ...